2.配电网及一次设备

第二章配电网及一次设备第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–2.5.3高压开关柜•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、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”手拉手接线图2-6手拉手接线T1T2QF1QF2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。（一）“N—1”接线2.“3—1”接线图2-7有备用线的“3—1”环网接线T1主供线路1主供线路2备用线路QF1QF3QF2T2T32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。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）多分段多联络接线三、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。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配电网一次设备配电网一次设备是指用来接受、输送和分配电能的电气设备；包括：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。四遥：•遥测(遥测信息)：远程测量。采集并传送运行参数，包括各种电气量（线路上的电压、电流、功率等量值）和负荷潮流等。•遥信(遥信信息)：远程信号。采集并传送各种保护和开关量信息。•遥控(遥控信息)：远程控制。接受并执行遥控命令，主要是分合闸，对远程的一些开关控制设备进行远程控制。•遥调(遥调信息)：远程调节。接受并执行遥调命令，对远程的控制量设备进行远程调试，如调节发电机输出功率。遥测：采集模拟量（如电流电压等）遥信：采集开关状态（如断路器状态，地刀状态）遥控：远方控制开关分合遥调：调整设备运行参数（如变压器档位，保护整定值等参数）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。它的作用有以下两个：1)满足用户用电电压等级的需要。配电变压器的作用是把35kV、20kV或10kV的电压变成适合于用户生产和照明用的三相400V或单相220V电压。2)向广大用户提供电能。根据用户用电量的大小，安装不同容量的配电变压器满足用户的用电需求。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。按照材料、制造工艺来分：普通油侵式变压器密封式油侵变压器卷铁芯变压器等•配电变压器的主要技术参数：（1）额定容量（2）额定电流（3）额定电压（4）阻抗电压（5）空载电流（6）空载损耗（7）负载损耗负荷开关在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真空式负荷开关二、负荷开关作用：•使用：•分类：•分合正常的负荷电流，包括一定范围内的过负荷电流（频繁操作）。•负荷开关与高压熔断器相配合，正常时：操作由负荷开关完成；故障时：操作由熔断器完成。•灭弧方式分：产气式、压气式、SF6型、真空型、油型；•安装地点分：户内式、户外式。•工作过程是：分闸时，在分闸弹簧的作用下，主轴顺时针旋转，一方面通过曲柄滑块机构使活塞向上移动，将气体压缩；另一方面通过两套四连杆机构组成的传动系统，使主闸刀先打开，然后推动灭弧闸刀使弧触头打开，气缸中的压缩空气通过喷口吹灭电弧。•由于负荷开关不能开断短路电流，故常与限流式高压熔断器组合在一起使用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。三、隔离开关2.组成结构图2-18柱上隔离开关•隔离开关的主要特点是无灭弧能力，只能在没有负荷电流的情况下分、合电路。隔离开关用于各级电压，用作改变电路连接或使线路或设备与电源隔离，它没有断流能力，只能再用其它设备将线路断开后再操作。一般带有防止开关带负荷时误操作的联锁装置，有时需要销子来防止在大的故障的磁力作用下断开开关。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。四、熔断器高压熔断器FU•原理：•熔断过程：•优点：•缺点：•时间电流曲线：•详解：•由电流流过熔体或熔丝产生的热量将熔体或熔丝熔断，断开电路。•熔体发热到开始熔化→开始熔化到电弧产生→电弧产生到熄灭•安装方便、价格低、限流性能好。•每动作一次需要更换熔管。高压熔断器•户内/户外/低压负荷开关与高压熔断器相配合五、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1.技术参数1)额定电压：表征断路器绝缘强度的参数，是断路器长期工作的标准电压。2)最高工作电压：较额定电压约高15%左右。3)额定绝缘水平：反映工频电压下的耐压水平，是断路器最大额定工作电压。4)额定电流：断路器允许连续长期通过的最大电流。5)额定短路开断电流：在额定电压下，断路器能保证可靠开断的最大电流。6)额定短路开断次数：反映断路器开断故障电流(小于额定短路开断电流)性能，当断路器的实际开断次数小于额定短路开断次数时，其性能能够保持完好。7)额定动稳定电流(峰值)：断路器在合闸状态下或关合瞬间，允许通过的电流最大峰值，又称为极限通过电流。8)热稳定电流：反映断路器承受短路电流热效应的能力。9)机械寿命：主要指弹簧、转轴、连动杆等构成机械传动控制系统的各个机械部件的整体使用寿命，任一部件损坏则使用机械寿命终止，至少允许10000次开断。“真空断路器”因其灭弧介质和灭弧后触头间隙的绝缘介质都是高真空而得名；其具有体积小、重量轻、适用于频繁操作、灭弧不用检修的优点，在配电网中应用较为普及。六、重合器QR•1.重合器的性能特点和分类•定义：•功能：•硬件包括：•Recloser，集断路器、继电保护、操动机构为一体，具有控制和保护功能的开关。•进行故障电流的检测和按预先整定的分合操作次数自动完成分合操作，并在动作后能记忆动作次数、自动恢复、闭锁和手动复位。•灭弧部分与控制部分•分类：•相数分：•灭弧介质可：•控制方式不同分：•结构：•单相、三相；•油重合器、真空重合器、SF6重合器；•液压控制式、电子控制式；•布式结构、整体式结构。ESR型整体式结构重合器的断面图•1—瓷套；2—导电杆；3—上盖；4—固定环；5—箱体；6—转轴；7—绝缘隔板；8—静触头9—动触头；10、11—动触头支撑架；12—线圈；13—支撑架；14、15—绝缘架；16—机构；17—密封垫；18—互感器；19—连杆；20—充放气阀；21—手动操作轴；22—护盖；23—机构轴连板分布式结构重合器图•1.套管端子•2.硅橡胶套管罩•3.真空灭弧室•4.壳体•5.箱体•6.永磁机构•7.驱动绝缘子•8.分闸弹簧•9.电压和电流互感器•10.辅助开关•重合器与断路器的比较•注意：重合器独有，断路器没有的两个问题：•1）时间—电流特性曲线TCC（time-currentcurver）•2）重合器的操作顺序重合器断路器结构由灭弧室、操动机构、控制系统和高压合闸线圈组成由灭弧室和操动机构组成功能识别故障，断开故障电流，多次重合、分闸闭锁断开故障电流，电路分合闸动作方式自身具有检测故障电流功能，自动分闸，再次重合，无需通信通道和接受命令只能接受保护信号动作分闸和控制室遥控命令分合闸开断特点具有双时限和双时性开断特性开断、重合均由控制保护系统决定一安装地点可安装于变电站内或架空线路上一般安装于变电站内•1）时间—电流特性曲线TCC•定义：重合器开断时间与开断电流的关系曲线•根据t-I曲线分为：•快速动作特性曲线（瞬动特性）；•慢速动作特性曲线（延时动作特性）。•重合器时间—电流特性曲线TC