电气安全-第二章--低压配电系统(第3版)

第二章低压配电系统第一节城市电网与供配电系统第二节低压配电系统结构第三节低压系统接地形式和导体配置第四节常用低压配电电器第五节低压系统短路电流计算第六节低压配电线路的过电流保护第七节低压配电线路带电导体截面积选择第一节城市电网与供配电系统•城网是为城市送电和配电的各级电网的总称，它服务于一座城市的市区及所属（部分）郊区。•城网、农网、电气化铁路网等都是负荷中心电网，大多具有受端网的特征。供配电系统是受端网的最末端部分。•在介绍城网的基础上，引出供配电系统的概念。•从城网入手，向上可深入到区域大电网，向下可延伸至用户网，是理解电力系统的一个很好的切入点。一、城市电网电力设施1、城网供电设施1）城市变电所。指起变换电压等级、并起集中和分配电能作用的供电设施。由主变压器、配电装置、二次系统及相应的土建设施等构成。2）开关站。起接受和分配电能作用的配电设施，又称开闭所，配电所。不变换电压等级，无主变压器。3）公用变配电所。向低压电力用户供电的变配电所，与城市变电所原理类同，但在城网中所处地位不同。“公用”一词对应于“专用”。专用变配电所指电力用户自己建设运行的变配电所，而公用变配电所是供电企业建设运行的。电力行业称其为“公用配电所”，建筑电气行业有的称其为“公用配变电所”。前者易与无变压器的配电所、开关站混淆，不建议采用；后者强调末级配电特征，可采用。电压等级单台主变容量（MVA）主变台数占地面积（m2）500kV500、750、1000、15002约100000（户外式）220kV90、120、150、1802～38000～30000（户外式）110kV31.5、40、50、6302～3800～1500（户内式）城网变电站容量及占地面积城市负荷密度：闹市区10～120MW/km2城市总负荷：特大城市高峰负荷几千MW，部分上万MW某城市220kV户外式区域变电所三维模型110kV配电装置区#3主变#2主变#1主变10kV配电装置室值班室库房220kV配电装置区220kV二次室补偿电容器装置区某城市220kV户外式区域变电所外观110kV配电装置220kV配电装置220kV配电装置180MVA主变压器220kV侧接线（共3台）主变压器110kV、10kV侧接线10kV电缆出线110kV架空出线110kV配电装置10kV配电装置室补偿电容器装置户外杆上10/0.38kV公用变配电所预装式10/0.38kV变配电所高压室变压器室低压室10kV户内式开闭所探讨：变电所电压等级表达方式细节问题变电所电压等级常用“一次侧电压/二次侧电压”表述，本课程认为一、二次侧电压都宜为所在电网标称电压，如“10/0.38kV变配电所”等。但业界也有用变压器额定电压表述的，如“10/0.4kV变配电所”等。理由：有的变电所主变若干台，各主变二次额定电压可能不同。如城乡交接地带的110kV区域变电所，110/11kV和110/10.5kV变压器可能同时存在，前者供郊区，后者供市区。后者因负荷密度大，供电半径小，电压损失轻微，二次额定电压选择较低。此时若用变压器额定电压表示变电所电压等级，会出现混乱。2、城网电力线路架空线路和电缆线路两类。220kV及以上线路一般为铁塔架空线路，110kV以下依城市规划要求一般为地下电缆线路。地下电缆线路需沿市政道路敷设。110kV线路中，架空和电缆线路并存，但新建者电缆线路逐渐增多。农网各电压等级线路基本为架空线。3、城网电源与负荷1）城网电源城市发电厂（生产电能），电源变电所（接受域外输入的电能）。新技术动态：分布式电源技术，使用户自备发电站、小型新能源发电站等也可成为城市电网电源。2）城网负荷直接负荷：电力用户；间接负荷：下级供电设施。二、城市电网结构以送电电压500kV城网为例城网简化模型1、送电网送电网是城网中电压等级最高的电网，大城市多已达到500kV，一般城市为220kV。送电网要求成环状网，一般要求成双环。除城市发电厂的部分电能外，城网电源都将电能送至送电网上，送电网上电功率（潮流）可双向输送，可将所有电源电能在网上重新配置，使每一电源都有被任一负荷使用的可能，故称之为“送电”网，即整个网都是电源的含义，又称电源网。送电网上的城市变电所称为枢纽变电所。枢纽变电所中，接受域外电能或城市发电厂电能的变电所称为电源变电所。每一枢纽变电所一次侧都有与其他枢纽变电所的连接，进入枢纽变电所一次侧的电功率，可能一部分通过变压器送入下一电压等级电网，而另一部分则转送至同级电网其他变电所，成为穿越功率。送电网一般环城市外围布置，城市密集的城市群地区可环若干城市布置。南方电网公司特高压输电规划重庆地区2002年送电网示意（220kV与500kV送电网并存）上海城网送电网规划图标称电压/kV传输方式输送容量输送距离/km0.22架空线50kW0.15电缆线100kW0.20.38架空线100kW0.25电缆线170kW0.3510架空线3000kW5～15电缆线5000kW10110架空线10～50MW50～150220架空线100～500MW100～300500架空线1000～1500MW150～850线路输送距离与容量的合理范围2、高压配电网枢纽变电所二次出线至区域变电所之间的电网，称为高压配电网。送电电压500kV的城网中，高压配电网电压一般为220kV和110kV；送电电压220kV城网中，高压配电网电压一般为110kV和35kV。高压配电网功率一般只单向流动，但也可能部分参与潮流调度，这时很可能通过变压器铁芯形成电磁环网，应尽量避免。区域变电所是城市中一个较小范围的公共供电设施，供电半径在主城区一般不超过10km。按城市用地40MW/km2负荷密度估算，若110kV区域变电所主变容量为（2~3）×50MVA，则110kV区域变电所供电范围仅2~3km2左右。现特大城市已开始将新建的市中心主力区域变电所电压提升到220kV，供电容量增大，典型主变容量（2~3）×180MVA，可以扩大供电服务范围。但若直降至10kV，会导致出线回路过多（现状10kV电缆线路极限供电容量9000kVA左右），因此20kV中压配电已提至议事日程，已有少量试运行。3、中压配电网从区域变电所二次出线，到公用或专用变配电所间的电网，叫中压配电网。中压配电网电压一般为10kV，现部分地区试运行20kV。中压配电网中通常设置有较多的10kV开闭所，起分级配电作用。中压配电网功率只单向流动，不参与潮流调度。4、低压配电网公用变电所二次侧出线至低压用户电表之间的电网，叫低压配电网。专用变电所二次侧出线后的电网，以及低压用户自己的电网，技术上也属于低压配电网，但不属于供电企业运行管理的范围。送电网和高压配电网综合示例三、供配电系统技术角度看：指区域变电所以下的电网，或一般情况下指110kV及以下电网。工程实际角度看：指电力用户电网。特征：处于电力系统的最末端，以使用电能为主要任务，功率单向流动，不参与潮流调度。研究重点：配电、用电问题，部分涉及供电问题。学科背景：电气工程技术，用户技术。末端用户技术特征：需求主导（而非供给主导），非专业性（环境，人员），“面”分布，随机性，不可控性，环境复杂性，兼容性，博弈性……与发输变电专业课程的区别：生产与消费的区别。简单说本课程更专注于电力用户和用电技术。工程界的划分：勘察设计行业实施工程师执业资格制度，将注册电气工程师划分为“发输变电”与“供配电”两个专业。第二节低压配电系统结构电源：公用或专用变配电所，自备电源机房。负荷：用电设备。一、低压配电系统配电设施与装置1、低压配电设施（1）变配电所与自备电源机房。变配电所有预装式、杆上式、独立式、附设式、室内式等多种形式；电源机房主要有柴油发电机和蓄电池EPS机房。设施内通常有配电装置，因此既是电源设施，也是配电设施。因靠近电源，所内配电装置称为电源侧配电装置或一级配电装置。（2）电气小间（室）与电气竖井。电气小间或电气室是二级配电设施，对电源设施馈出的电能进行再次分配；电气竖井是建筑物内竖向电气管线的通道，为节省空间，可将其按层分隔后兼作电气小间。（3）室内线路设施。电缆沟、电气竖井，以及电缆槽盒、梯架等配线构件在公共空间构成的设施。2、低压配电装置（1）低压配电柜。主要作为一级配电装置，用在变配电所和电源机房中，也可用在动力配电控制中心等集中、量大的二级配电设施中。一般有多面柜体，成排布置。（2）（中间）配电箱。作为二级配电装置向终端配电箱分配电能，也可直接向用电设备配电。安装在配电小间或建筑公共空间处。（3）终端配电箱。末端配电装置，向用电设备和电具（插座等）供电。安装在各种功能房间内。装配中的GGD低压配电柜低压固定式开关柜GGD型固定式开关柜实物图片进线柜出线柜固定柜柜体补偿柜低压抽出式开关柜出线柜MCCGCS型抽出式开关柜实物图片进线柜出线柜PC出线柜MCC中间配电箱终端配电箱*相关术语（GB/T2900-2008《电工术语》）（1）电气回路（electriccircuit）。电气装置中电气设备的组合，它由同一个（组）的保护器件提供过电流保护。826-14-01（2）配电回路（distributioncircuit）。为一个或多个配电盘供电的电气回路。826-14-02（3）终端回路（finalcircuit）。直接为用电设备或插座供电的电气回路。826-14-03回路由带电导体、保护导体（如果有的话）、保护器件和相连带的开关、控制设备及附件组成。保护导体可能是若干回路公用的——GB/T16895.1-2008，附录B。（4）电气装置（electricalinstallation）。相关电气设备的组合，具有为实现特定目的所需的相互协调的特性。826-10-01TC64体系中，低压电气装置范围伸缩空间大，大到含电源在内的整个系统，小到单台设备回路。（5）电气装置受电点（originoftheelectricalinstallation）。电能馈入电气装置的点。826-10-02可能多于1个。GB/T16895.1-2008，附录B。（6）配电盘（distributionboard）。包含有一条或多条进出线回路的不同形式的开关、控制设备的组合，并具有中性导体和保护导体的端子。二、低压配电系统接线1、低压配电系统接线需要考虑的因素电源确定的情况下，接线主要与负荷相关。主要有以下因素。（1）负荷等级。（2）负荷类别。（3）负荷量值。（4）负荷空间分布。（5）负荷工艺关联性。2、低压配电系统配电层次典型低压配电系统由电源级（一级）、中间级（二级）和终端级（三级）等三个配电层级组成。相应有电源级、中间级和终端级等三级回路。相应有电源级、中间级和终端级等三级配电盘。还常有以下说法：电源级配电回路：主干（一级）配电回路，干线…中间级配电回路：分支（二级）配电回路，支干线…电源级配电盘：主配电盘，总配电屏…中间级配电盘：分（中间）配电盘，楼层配电箱…3、接线示例第一级配电装置电源侧配电装置主配电盘第一级配电回路主干配电回路电源级配电回路变配电所主接线图表达范围从电源进线到第一级配电回路馈出线；配电干线系统图表达范围从第一级配电回路馈出点到最末级配电箱（盘）。第三节低压系统接地形式和导体配置一、术语解释1、中性点（neutralpoint）双重含义（1）电气中性点：指对称多相系统电源或负荷端存在这样一个电气上的点，从该点到各相端子间的电压大小相等，通常相位差也相等。（2）电路（或系统、绕组）中性点：指多相系统导体元件星形或曲折连接中的公共点，又称为电路星接点或中心点。826-14-05,195-02-05探讨中性点的“中”是指与指定对象间关系不偏不倚，其含义既指电路结构的实体节点，也指电气参量关系（主要指电压关系）的电位点，后者的含义在很多时候被电路结构节点掩蔽。为使概念更清晰，本课程明确指出这双重含义。参考依据列示如下。1、全国科学技术名词审定委员会。电力（一级学科）；通论（二级学科）。neutralpoint中性点：（1）多相系统中星形连接和曲折连接中