供配电系统的构成

供配电系统的构成本章主要介绍变、配电站主结线形式及成套配电装置；供配电系统的网络形式及线路的结构。要求掌握几种供配电系统常用的主结线形式和网络形式，了解变、配电站的布置形式、成套配电装置的结构、线路的结构与敷设方式。索引第一节供电可靠性与负荷等级第二节变、配电站主接线第三节变配电站结构与布置第四节供配电网络结构第一节供电可靠性与负荷等级一、供电可靠性供配电系统的供电质量主要由电能质量和供电可靠性两大指标来衡量。电能质量指标包括电压、波形和频率。供电可靠性是指供电企业对用户的供电连续性，一般用供电企业的实际供电小时数与全年时间内实际总小时数的百分比来衡量，也可以全年的停电次数和停电持续时间来衡量。二、负荷等级这里“负荷”的概念是指用电设备，“负荷的大小”是指用电设备功率的大小。不同的负荷，重要程度是不同的。重要的负荷对供电可靠性的要求高，反之则低。因此根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上造成的损失或影响的程度进行分级，并针对不同负荷等级确定其对供电电源的要求。我们通常将负荷分为三级：1．一级负荷2．二级负荷3．三级负荷负荷分级标准负荷分级标准：1．符合下列条件之一的，为一级负荷。1）中断供电，将造成人身伤亡的负荷。如：医院急诊室、监护病房、手术室等处的负荷。2）中断供电，将在政治、经济上造成重大损失的负荷。如：由于停电，使重大设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废、国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等的负荷。3）中断供电，将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作的负荷，如：重要交通枢纽、重要通信枢纽、重要宾馆、大型体育场馆、经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位中的重要负荷。在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。如：在工业生产中正常电源中断时处理安全停产所必须的应急照明、通信系统、保证安全停产的自动装置等；民用建筑中大型金融中心的关键电子计算机系统和防盗报警系统、大型国际比赛场馆的记分系统及监控系统等。2．符合下列条件之一的，为二级负荷。l）中断供电，将在政治、经济上造成较大损失的负荷。如：由于停电，使主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等的负荷。2）中断供电，将影响重要用电单位的正常工作的负荷。如：交通枢纽、通信枢纽等用电单位中的重要负荷，以及中断供电将造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要的公共场所秩序混乱的负荷。3．不属于一、二级负荷者为三级负荷。在一个工业企业或民用建筑中，并不一定所有用电设备都属于同一等级的负荷，因此在进行系统设计时应根据其负荷级别分别考虑。三、不同等级负荷对电源的要求1．一级负荷对电源的要求一级负荷中有普通一级负荷和一级负荷中特别重要的一级负荷之分。（1）普通一级负荷应由两个电源供电，且当其中一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。在我国目前的经济、技术条件和供电情况下，符合下列条件之一的，即认为满足一级负荷电源的要求：2）一级负荷中特别重要的负荷，除由满足上述条件的两个电源供电外，尚应增设应急电源专门对此类负荷供电。应急电源可以是独立于正常电源的发电机组、供电网络中独立于正常电源的专用的馈电线路、蓄电池、干电池等。其中“供电网络中独立于正常电源的专用的馈电线路”是指能够保证两条供电线路不同时中断供电的线路。2．二级负荷对电源的要求一般应由两回线路供电，当电源来自于同一区域变电站的不同变压器时，即可认为满足要求。在负荷较小或地区供电条件困难时，可由一回6kV及以上专用的架空线路或电缆线路供电。当采用架空线时，可为一回架空线供电；当采用电缆线路时，应采用两根电缆组成的线路供电，且每根电缆应能承受100％的二级负荷。这主要是考虑架空线路的常见故障检修周期较短，而并非电缆的故障率高，相反，电缆的故障率较架空线低。3．三级负荷对电源的要求三级负荷对电源无特殊要求，一般单电源供电即可。第二节变、配电站主给线一、对主结线的基本要求和主要电气元件的功能（－）主结线的定义主结线是指由各种开关电器、电力变压器、母线、电力电缆或导线、移相电容器、避雷器等电气设备依一定次序相连接的接受和分配电能的电路。主结线只表达上述电气设备之间的电气联结关系，与其具体安装地点无关。主结线的实施场所是变电站或配电站。主结线可分为有母线结线和无母线结线两大类。有母线结统又可分为单母线结线和双母线结线；无母线结线可分为单元式结线、桥式结线和多角形结线。中、低压供配电系统中主要采用单母线结线、单元式结线和桥式结统。（二）对主结线的基本要求1．安全性必须保证在任何可能的运行方式及检修状态下运行人员及设备的安全。2．可靠性主结线的可靠性要求由用电负荷的等级确定。要保证主结线的可靠性可以采用多种措施。如系统中某一电气元件故障时，可以由保护装置自动把故障元件迅速切除，使之不影响系统其他部分的继续运行；也可以在系统中设置备用元件，当工作元件故障时，由自动装置立即投入备用元件来替代工作元件。因此，在主结线中就要考虑是否方便电气元件的投切操作。3．灵活性应能适应各种可能的运行方式的要求。主结线的电路关系是可以改变的，在系统运行中，这种主结线电路关系的改变叫运行方式的改变。运行方式的改变通常是通过对主结线中某些电气元件的投入和切除来实现的，因此，主结线应考虑是否方便电气元件的投切操作。从而适应各个时段能源供电能力与负荷变化的要求，适应元件检修的要求，保证各种不正常运行方式下系统仍能达到足够的供电质量。4.经济性应满足最少的投资与年运行费用的要求，使得总经济效益为最佳。如：简化结线、减少电压层次等。（三）主结线中主要电气元件的功能主结线图是一种电路图，以单线表示法绘图，用单线表示三相，其中各电气元件以IEC标准或国家标准统一规定的图形符号和文字符号表示，如表2－1所示，表中部分电气元件的主要功能如下：1．断路器是一种开关电器，能切除或投入正常负荷，并能切断故障回路。故障回路中故障电流通常很大（如短路电流），切断故障回路需专门强灭弧能力的灭弧装置，所以断路器主触头设于灭弧装置内，无法观察其通断状态，即断开时无可见断点。考虑使用安全，除小容量低压断路器外，一般断路器均不能单独使用，必须与能产生可见断点的隔离电器配合使用。2．负荷开关也是一种开关电器，能切除或投入正常负荷，具有一定的灭弧能力，断时有明显可见断点。3．隔离开关是一种隔离电器，只能切除或投入空载或很小（儿安）的负荷，断开时有明显可见的断点。往往与断路器配合使用。4．熔断器是一种保护电器，专门用于切断过负荷较大的回路或短路回路。当熔断器熔体上通过的电流超过一定值后，熔体发热熔断，切断电路。5．电流互感器是一种电流变换电器，隔离高电压，通常将大电流变成小电流，以取得测量和保护用电流信号。6．电压互感器是一种电压变换电器，隔离高电压，通常将高电压变成低电压，以取得测量和保护用电压信号。7．避雷器防过电压侵入。避雷器设于被保护设备的前端，当有过电压侵入时，将避雷器击穿，对地放电，以起到保护后面的电气设备的作用。8．移相电容器作无功功率补偿。供配电系统大多都是感性负荷，从系统汲取感性无功，致使系统中感性无功成分增加，功率因数下降；电容器向系统汲取容性无功，使系统容性无功成分增加，以抵消部分感性无功，提高功率因数。常见电气元件主要功能：（四）开关电器的组合方式及操作顺序1．开关电器的组合方式对电气设备或配电线路进行投入或切除，是由各种开关电器实施的。在确定开关元件时，要考虑到既能投、切正常负荷，又能在回路故障时切除故障回路，因此通常采用“断路器十隔离开关”（两台隔离开关分设于断路器两侧，可产生明显断点）或“负荷开关十熔断器”的开关组合方式来完成上述功能，如图2－2所示。当断路器的负荷侧无电流倒送可能时，则可省去断路器负荷侧的隔离开关。2.开关电器的操作顺序由“断路器十隔离开关”组成的开关组，因隔离开关不能切合负荷电流和短路电流，在进行回路投入和退出操作时，必须遵循的操作顺序是：接通回路时，先闭合隔离开关，后闭会断路器。断开回路时，先断开断路器，后断开隔离开关。由“负荷开关十熔断器”组成的开关组，当正常负荷投、切时，使用负荷开关操作；回路过负荷或短路时，由熔断器自动切断电路。不能用熔断器投、切正常负荷。正确执行开关操作操序，是避免发生事故，保证主结线安全运行的十分重要的措施。主结线中开关进行投、切操作，可以改变主结线的电路关系，即改变主结线的运行方式。二、单母线结线母线，实质上是主结线电路中接受和分配电能的一个电气联结点，形式上它将一个电气联结点延展成了一条线，以便于多个进出线回路的联结。在中、低压供配电系统中通常使用短形截面的铜导体（铜排）来作母线。单母线结城是有母线主结线中的一种，是中、低压供配电系统中最常用的一种主结线形式。顾名思义，这种结线形式中只有一条母线，单母线结线又可分为单母线不分段结线、单母线分段结线、单母线带旁路结线等。（一）单母线不分段结线其主结线形式如图2-3所示。WB为母线，母线上侧为电源进线回路，下侧为负荷的配出线回路。值得注意的是：每个回路上都有一组开关，包括一台断路器及其上下两侧的隔离开关。这是因为每条回路都有故障的可能，当征一回路故障时，应能可靠地从系统中切出，并出现可见的断点。这组开关也可为“负荷开关十熔断器”。单母线不分段结线通常有两种情况：1．单进线回路如图2－3a所示，此时只有一种运行方式，结线简单、清晰，使用设备少；但可靠性差，一旦电源或母线出现故障，则造成所有出线回路中断供电。只能向三级负荷供电。2．双进线回路如图2－3b所示，此时有三种运行方式，即双电源并列运行、双电源一用一备运行、电源一进一出运行。有两个电源的运行方式，可提高供电可靠性。若母线故障，仍会使所有的负荷都停电。但由于母线的故障率很低，所以这种主结线形式可用于向一、二级负荷供电。（1）双电源并列运行:两个电源同时向母线供电，两个电源互相备用，这种备用方式又叫暗备用或热备用。当一个电源故障时，可将故障电源切除，对负荷的供电不受影响。注意：须强调的是，双电源并列运行必须满足两个电源的同期要求（即电源电压幅值、相位、频率相同），否则可能会使系统造成严重事故。一般来讲，若两个电源不是来自于上一级变电站的同一段母线，它们满足同期要求的可能性很小。因此这种运行方式很少使用。（2）双电源一用一备运行：只有一个电源（工作电源）向母线供电，另一电源（备用电源）作为备用，这种备用方式叫明备用或冷备用。当工作电源故障时，先将故障电源切除，再投入备用电源向负荷供电。负荷会受到短时停电的影响，如果采用备用电源自动投入装置，可减小这种影响。（3）电源一进一出运行：电源功率从一条进线输入后，一部分供本变、配电站使用，其余部分由另一条进线输出到其他电能用户。这种运行方式的变电站也叫中间型变电站。这种运行方式在城市环网供电系统中应用很普遍，这时一般使用“负荷开关+熔断器”开关组合。（二）单母线分段结线母线用隔离开关或“断路器+隔离开关”分成两段或多段，通常用于有两回或多回进线线路的情况，如图2-4所示。单母线分段结线通常有双电源并列运行、双电源分列运行和双电源一用一备运行三种运行方式。当一段母线故障时，可保证部分负荷不中断供电。当一回电源故障时，若另一回电源有足够的容量，可保证所有负荷不中断供电。双电源并列运行此时母线分断开关闭合。1.若母线分段开关为断路器，当一段母线如WB1故障，由电源进线回路断路器QF1和母线分段断路器QF3断开故障母线，其上所带负荷停电，非故障母线段继续运行；当一回电源如S1故障时，由电源进线回路断路器QF1断开故障电源，负荷不停电。2.若母线分段开关为隔离开关，当一段母线如WB1故障时，由于隔离开关QS不能直接断开故障电流，必须先将两个电源回路的进线断路器QF1、QF2都断开，使母线上没有电流流过，再断开母线隔离开关QS，然后闭合非故障母线段上的电源进线断路器QF2，这样会造成故障母线段WB1上的