配电网自动化技术—郭谋发——CH2配电网及一次设备【修订】

配电网自动化技术DistributionAutomationTechnology电气工程与自动化学院郭谋发第2章配电网及一次设备•2.1配电网接线–2.1.1放射式接线–2.1.2网格式接线–2.1.3环式接线•2.2配电网一次设备–2.2.1配电变压器–2.2.2断路器–2.2.3负荷开关–2.2.4隔离开关–2.2.5熔断器•2.3开闭所•2.4环网柜和电缆分支箱–2.4.1环网柜–2.4.2电缆分支箱•2.5配电站和箱式变–2.5.1配电站–2.5.2箱式变压器•2.6配电网的接地方式2.1配电网接线配电网自动化对一次接线的要求如下：（1）配电自动化实施区域的网架结构应布局合理、成熟稳定，其接线方式应满足Q/GDW156《城市电力网规划设计导则》和Q/GDW370《城市配电网技术导则》等标准要求；（2）一次设备应满足遥测和（或）遥信要求，需要实现遥控功能的还应具备电动操动机构；（3）实施馈线自动化的线路应满足故障情况下负荷转移的要求，具备负荷转供路径和足够的备用容量。（4）配电自动化实施区域的站、所应提供适用的配电终端工作电源，进行配电网电缆通道建设时，应考虑同步建设通信通道。常用的配电网络接线模式接线分类单回路放射式双回路放射式树枝式放射式网络式多分段多联络两分段两联络三分段两联络三分段三联络四分段三联络五分段三联络六分段三联络“2-1”手拉手接线“3-1”接线“4-1”接线“N-1”接线环式4x6接线一、放射式接线图2-2单回路放射式接线图2-3双回路放射式接线10kV图2-4树枝式接线10kV10kV每个电杆上都架有两回线路，每个客户都能由两路供电，即常说的双“T”接线二、网格式接线网格接线目前在欧美大城市负荷密集区的低压配电网用得比较多。根据负荷情况，在网格中的适当位置引入一定数量电源，每个用户都可以从多个方向获得电源。所有0.4kV低压配电线路沿街布置，在街口连接起来，构成一个个的格子。三、环式接线--“N—1”接线N—1”接线一般都是有N条线工作，有一条线备用，所有线路的末端通过联络开关连接，线路的平均负载率是（N-1）/N。N越大，负载率越高，但运行操作复杂，一般N最大取5。（一）“N—1”接线（一）“N—1”接线1.“2—1”手拉手接线2.“3—1”接线图2-7有备用线的“3—1”环网接线图2-6手拉手接线T1T2QF1QF2T1主供线路1主供线路2备用线路QF1QF3QF2T2T3当有一个电源故障时，与故障电源相连的分段开关打开，联络开关闭合，负荷转移到另外一个电源上。2条线路的设备满负荷运行，备用线路的设备又要求空载运行，并不是一种合理的运行方式。（1）有备用线的环网接线（2）首端环网接线（3）末端环网接线T1＊＊:开环点＊QF1QF2＊＊＊联络开关房1联络开关房2联络开关房3T2T3QF3T2甲段乙段＊:开环点＊＊QF1QF2QF3T1T3在不同电源线路间进行末端环网，相对首端环网接线减少了各分片环网的环网电缆长度。2.“3—1”接线T1T4T2T3电源切换柜QF1QF2QF3QF4电源切换柜将三个回路的末端接入，并引一条线路接至附近变电站作三个回路的备用电源T4实现环网。一般情况下，各同方向环网末端用户间的距离远小于到变电站的距离。3.“4—1”接线（二）多分段多联络接线架空线路两分段两联络QF1QF3QF2QF4T1T3T2T4分段的数目大于联络的数目，分段数目越多，故障停电和检修停电的时间越少，则网络的可靠性越高，所以分段数影响供电可靠性。而联络线的数目不仅影响可靠性，还影响线路的负载率。电缆线路三分段两联络（二）多分段多联络接线T1T2T4T3QF1QF3QF2QF4架空线路三分段三联络T5T3T1T2T4T6QF1QF3QF5QF6QF2QF4（二）多分段多联络接线T1T2T3T4QF4QF3QF1QF2该接线有4个电源点，6条手拉手线路组成，任何两个电源点间都存在联络或可转供通道。当任意两个元件发生故障仍能保证正常供电。（三）“4×6”接线方式配电网接线实例2.2配电网一次设备变压器、断路器、负荷开关、隔离开关、熔断器、电压互感器、电流互感器等。配电网自动化对一次设备的要求：（1）需要实现遥信功能的开关设备，应至少具备一组辅助触点；需要实现遥测功能的一次设备，应至少具备电流互感器；需要实现遥控功能的开关设备，应具备电动操作机构。（2）一次设备的建设与改造应考虑预留安装配电终端所需要的位置、空间、工作电源、端子及接口等。（3）需获取配电终端的供电电源时，应配置电压互感器或电流互感器，容量满足配电终端运行和开关操作等需求。（4）配电网站所内应配置配电终端用后备电源，保证在主电源失电的情况下能够维持配电终端运行一定时间和开关分合闸一次。一、配电变压器配电变压器通常是指电压为35kV及以下、容量为2500kVA以下、直接向终端用户供电的电力变压器。按照应用场合来分，配电变压器分成公用变压器（简称“公变”）和专用变压器（简称“专变”）。（1）公变由电力部门投资、管理，比如安装在居民小区的变压器、市政工程用变压器等；（2）专变一般是业主投资，电力部门代管，只给投资的业主自己使用，比如安装在大中型企业的变压器等。二、断路器断路器具有可靠的灭弧装置，它不仅能通断正常的负荷电流，而且能接通和承担一定时间的短路电流，并能在保护装置作用下自动跳闸，切除短路故障。图2-15真空断路器外形图12345671—静触头；2—动触头；3—屏蔽罩；4—波纹管；5—与外壳封接的金属法兰盘；6—波纹管屏蔽罩；7—外壳图2-16真空断路器的灭弧结构图负荷开关在10~35kV供电系统中应用，可作为独立的设备使用，也可安装于环网柜等设备中。可手动或电动操作，用于开断负荷电流，关合、承载额定短路电流。图2-18真空式负荷开关三、负荷开关隔离开关无灭弧能力，不允许带负荷拉闸或合闸，但其断开时可以形成可见的明显开断点和安全距离，保证停电检修工作的人身安全。主要安装在高压配电线路的出线杆、联络点、分段处，以及不同单位维护的线路的分界点处。四、隔离开关熔断器依靠熔体或熔丝的特性，在电路出现短路电流或不被允许的大电流时，由电流流过熔体或熔丝产生的热量将熔体或熔丝熔断，使电路开断，保护电气设备。图2-19户外式跌落式熔断器限流式熔断器具有安装使用方便，价格低，限流性能好等优点。在环网柜和箱式变中被广泛采用。限流式熔断器可在10ms内开断电路，较断路器动作时间60ms（内含继电器保护动作时间）更快。五、熔断器2.3开闭所图2-20开闭所常见接线方式a）单母线接线b）单母线分段接线c）双母线接线开闭所是变电站10kV母线的延伸，是母线和开关的组合体。当负荷离变电站较远，采用直供方式需要比较长的线路时，可在这些负荷附近建设一个开闭所，然后由开闭所出线来保证这些负荷的正常供电。开闭所承担着接受和重新分配10kV出线，减少了高压变电所的10kV出线间隔和出线走廊，从而使发生故障的概率相对较低，可用作配电线路间的联络枢纽，还可为重要用户提供双电源。2.3开闭所一、环网柜环网柜是环网运行方式的重要设备，是将一组高压开关设备安装于铠装结构柜体内或做成拼装间隔式环网供电单元的电气设备。图2-21双侧电源环网供电图T1T2环网柜QF1QF2环网柜环网柜2.4环网柜和电缆分支箱（一）环网柜的基本组成单元柜（壳）体母线负荷开关熔断器（或负荷开关—熔断器组合电器）断路器隔离开关电缆插接件二次控制部件等（二）环网柜配电单元组成结构一般由3个间隔组成，包括两个进出线间隔和变压器间隔，进出线间隔主要用于故障线路的隔离，以及通过调整电源方向来恢复正常供电；变压器间隔则通过组合电器来对变压器内部短路故障进行快速切除。ABCF在1989年国际配电网会议上，从理论上阐述了负荷开关—限流熔断器组合电器对小型变压器的有效保护作用，欧洲一些电力公司还从实践说明了这点，认为其比断路器更有效。（三）实例应用图2-23环网供电系统一次接线图a）正常运行T1QF1QF2ABCDEFGF1F2F3F1F2F3F1F2F3F4F1F2F1F2F1F2F3F3F3F3F1F2T2图2-23环网供电系统一次接线图b）故障隔离后T1QF1QF2ABCDEFGF1F2F3F1F2F3F1F2F3F4F1F2F1F2F1F2F3F3F3F3F1F2T2X（三）实例应用电缆分支箱（又称“电缆分接箱”）是完成配电系统中电缆线路的汇集和分接功能的专用电气连接设备。图2-2410kV环网柜—电缆分支箱组成的电缆环网结构图T1环网柜1电缆分支箱环网柜2环网柜3环网柜6环网柜5环网柜4电缆分支箱箱变馈线电缆分支箱变压器或PT箱变T2可以和环网柜配合使用，构成电缆环网结构二、电缆分支箱10kV电缆分支箱主要由箱体外壳、套管（母线）、带电指示器和硅橡胶预制式电缆接头组成。套管带电指示器电缆接头箱体外壳（一）组成结构（二）主要分类1.普通分支箱单盖式•所有进线盒出线电缆都分相地连接到内部电气并联的母排板上•三芯电缆的分相跨接比较困难双盖式•中间隔板装有三相的双向穿壁套管，两端均可连接电缆附件•其优点是三相器件相距小，分相跨接容易。ABC高级分支箱内含有开关设备，既可起普通分支箱的分接、分支作用，又可起供电电路的控制、转换以及改变运行方式的作用。图2-28门箱式电缆分支箱箱壳上有若干个活动的门，有的门为开关设备的操作而设，有的门是为电缆连接器件的安装施工或维护检修而设的。（二）主要分类2.高级分支箱•10kV配电站是指将一路或两路10kV电源变成0.4kV，送至各建筑物给用电设备供电。•配电站由配电变压器、高压开关柜、低压开关柜、母线及其辅助设备组成，起到变换电压和分配电能作用。2.5配电站和箱式变压器一、配电站配电站应用实例图2-29某工厂配电站一次电气接线图进线柜1计量柜进线柜2出线柜1出线柜2B至站用配电箱箱式变压器（又称“箱式变电站”、“预装式变电站”）是一种将变压器、高低压开关按照一定的结构和接线方式组合起来的一种预装式配电装置。二、箱式变压器变压器、高压开关、铠装母线、进出线、避雷器、电流互感器等电气单元。大电流接地方式（中性点有效接地方式）和小电流接地方式（中性点非有效接地方式）。在大电流接地方式中，主要有中性点直接接地和中性点经低电阻、低电抗或中电阻接地；小电流接地方式主要有中性点经消弧线圈接地、中性点不接地和中性点经高阻接地等。2.6配电网的接地方式