变配电技术共23页文档

第七章变配电技术第一节电力系统概要一、电力系统组成电力系统是由发电厂、送电线路、变电站、配电网和电力负荷组成的系统，是将生产、输送、消费电力的环节经电力网有机联结成的整体。

简单的电力系统见图7-1。

图7-1 电力系统发电厂将燃料的热能、水的位能或动能、核能等转换为电能。

电力系统至少含有两个以上的发电厂。

发电机输出的电压一般需要升压后送往送电线路。

送电线路指电压35kV及35kV以上的电力线路。

送电线路是电力系统的主要网络。

其作用是将电输送到各个地区的区域变电站和大型企业的用户变电站。

送电线路分架空线路和电缆线路。

变电站构成电力系统的中间环节，用以汇集电源、升降电压和分配电力。

可分为区域变电站（中心变电站）和用户变电站。

配电网由电压10kV及10kV以下的配电线路和相应电压等级的配电站组成。

其作用是将电能分配到各个用户。

配电线路也有架空线路与电缆线路之分。

电力负荷包括国民经济各部门用电及人民生活用电的各种负荷。

二、电能质量指标电压及对称性、频率、波形、可靠性是电能的基本质量指标。

电压主要受系统内无功功率的影响。

电压指标通常用用户受电端电压与系统额定电压偏差的相对值来衡量。

电压偏差的相对值表示为式中，U和U N分别表示实际电压和额定电压。

用户电压太低的危害是：①电动机起动困难甚至无法起动；②电动机转速下降，对于恒功率负载，电流增大，发热增加；③用电设备达不到额定出力；④装有欠电压保护的设备停机或不能起动；⑤灯具发光效率降低，气体放电灯起动困难或无法起动；⑥无线电设备工作质量下降。

用户电压太高有增加线路和设备发热，缩短其使用寿命等危害。

用户供电电压允许变化范围见表7-1。

三相电压不对称不得超过5%。

各相电压应依次相差120。

电压波形应为正弦波形。

表7-1 用户供电电压允许变化范围线路额定电压U N电压允许变化范围35kV及以上10kV及以下低压照明农业用电5% U N7% U N5% UN~ 10% U N5% UN~ 10% U N频率主要受系统中有功功率的影响。

电力网频率允许偏差见表7-2。

表7-2 电力网频率允许偏差运行情况频率允许偏差 /Hz正常运行中、小容量系统大容量系统0.5 0.211.54按照可靠性的要求，10kV系统每年停电不应超过3次。

第二节企业供电企业供电系统由高压配电线路、变电站、配电室、低压配电线路等组成。

企业供电方式决定于高压受电距离、企业总负荷的大小和负荷的分布、负荷的性质等因素。

一、负荷分级根据供电可靠性的要求及中断供电在政治上、经济上造成损失的大小或影响程度，用电负荷分为以下三级：(1)一级负荷指中断供电将造成人身伤亡，或造成重大经济损失，或影响有重大政治意义、经济意义的用电单位的正常工作的负荷。

其中，中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，应视为特别重要的一级负荷。

(2)二级负荷指中断供电将在政治上、经济上造成较大损失，或中断供电将影响重要用电单位的正常工作的负荷。

(3)三级负荷指不属于一级、二级负荷的负荷。

一级负荷应由两个电源供电，而且当一个电源发生故障时另一个电源不得同时受到损坏。

对于特别重要的一级负荷，除两个电源外，还应增设应急电源。

二级负荷宜由双回线路供电。

当取得双回线路有困难时，允许由一回专用线路供电。

三级负荷对供电无特殊要求。

二、供电电压从前级变电站给用户供电的供电电压主要决定于用户负荷大小和受电距离。

各种供电电压的合理供电容量和供电距离可参见表7-3。

表7-3 线路供电容量和供电距离就电压等级而言，电力用户主要有以下四种供电方式：①进线电压35kV，经总变电站降低为10kV分送到各车间，再经车间变电站降低为0.4kV送往配电箱或用电设备。

这种供电方式适用于大型企业和大中型企业。

②进线电压10kV，经总配电站分送到各车间，在车间变电站降低为0.4kV送往配电箱或用电设备。

这种供电方式适用于中型企业。

③进线电压10kV，经变电站降低为0.4kV分送到各车间，再经车间配电室送往配电箱或用电设备。

这种供电方式适用于中小型企业和小型企业。

④进线电压0.4kV，经配电室送往配电箱或用电设备。

这种供电方式适用于小型企业。

这种用户叫做低压用户。

三、企业配电1．企业高压配电企业高压配电有放射式、树干式、环式等三种基本方式。

放射式配电是经一条母线分别给大型电动机、电炉变压器、电力变压器送电的配电方式。

放射式配电的优点是各线路上的故障不影响其他线路，配电可靠性高；各线路继电保护容易整定，便于实现自动化。

放射式配电适用于负荷地点分散，但大型负荷集中的企业。

树干式配电是由一条干线引下若干支线向用电负荷送电的配电方式。

树干式配电可节省投资、简化线路结构，但由于一条线路的故障可能影响到其他线路，供电可靠性较低。

环式配电是树干式的一种。

正常时也是开环运行。

不同之处在于每一干线各自成环。

其配电可靠性较高。

2．企业低压配电企业低压配电有放射式、树干式、混合式及链式等方式。

低压放射式配电（图7-2）与高压放射式配电相似，可靠性高。

低压树干式配电的机动性差、可靠性低，纯树干式配电极少采用。

图7-2 低压放射式配电图7-3 低压混合式配电1-配电站；2-配电箱；3-大型设备 1-配电站；2-主干线兼有树干式特点和放射式特点的混合式配电又叫变压器-干线式配电（图7-3）。

其结构比较简单，配电适应性强，应用比较广泛。

链式配电如图7-4所示。

这种配电方式只用于车间内相互距离近、容量又很小的同类型用电设备。

链式配电接线简单但可靠性低。

图7-4 低压链式配电第三节变配电站一、变配电站组成35kV及35kV以上的变配电站，由于变、配电设备体积较大，要求的安全间距也较大，为了节省投资，多建成室外变配电站。

室外变配电站占地面积大、建筑面积小、土建费用低、受环境的影响比较严重。

10kV及10kV 以下者，由于变、配电设备的体积和安全间距较小，为了便于管理，多建成室内变配电站。

室内变配电站占地面积小、建筑费用高。

在人员密集的场所和污染严重的场所，宜采用全封闭的箱式成套变电站。

一般变配电站由高压配电室、低压配电室、值班室、变压器室、电容器室等组成。

变配电站装有电力变压器、高、低压开关电器、电力电容器、高、低压母线、仪用互感器、测量仪表、继电保护装置等多种高、低压电气设备。

二、变配电站主接线变配电站的主接线是变配电站变压器、断路器等高压电器、互感器、母线等主要一次设备的连接方式。

变配电站的主接线用单线图表示。

单线图是用一条线代替同样功能和同样连接的三条线以表示三相电路。

图7-5所示为几种常见主接线方式。

图7-5 变配电站主接线(a)线路变压器式接线 (b)单电源单母线接线 (c)双电源单母线分段接线第四节 电力变压器和互感器变压器变配电站的核心设备。

电力变压器是静止的电气设备，起升高或降低电压的作用。

工业企业的变压器大部分是起降低电压作用的。

通常是把10~35kV 的高压电降低为0.4kV 的低压电，供给电气设备使用。

这种变压器称作配电变压器。

一、变压器原理电力变压器的电磁部分由铁心和线圈组成。

其基本原理是电产生磁和磁产生电的作用。

变压器的原理如图7-6所示。

当一次边接通电源时，一次电流I 1在铁心内产生磁通。

该图7-6 变压器的原理磁通同时通过一次线圈和二次线圈，在一次线圈和二次线圈内产生感应电动势E 1和E 2。

图中，N 1和N 2是一次线圈和二次线圈的匝数。

按照电磁感应定律，感应电动势与线圈的匝数成正比，即二者符合以下关系： 不难证明，E 1和E 2分别为于是，电压与匝数就有了以下关系：即变压器的端电压近似与线圈匝数成正比。

变压器一次额定电压与二次额定电压之比称作变压器的变压比。

又由于变压器是传送电能的设备，本身2121N N E E =22211144.444.4U fN E U fN E ≈=≈=ΦΦ2121N N U U ≈消耗的功率很小，其一次边的容量与二次边的容量近似相等，即S1=U1I1S2=U2I2。

由此可以得到即变压器的电流近似与匝数成反比。

由以上规律可以知道，变压器高压侧电流小，而低压侧电流大。

二、电力变压器结构1．油浸式变压器非封闭油浸式电力变压器和全封闭油浸式电力变压器的外形见图7-7。

(a) (b)图7-7 油浸式电力变压器外形(a)S9系列油浸式电力变压器 (b) S9-M系列全封闭油浸式电力变压器非封闭油浸式电力变压器由器身、油箱、冷却装置、保护装置和出线装置组成。

器身包括铁心、绕组（线圈）、绝缘、引线和分接开关；油箱包括油箱本体和油箱附件（放油阀、接地螺钉、小车、铭牌等）；冷却装置包括散热器和冷却器；保护装置包括油枕、油标、防爆管、吸湿器、测温元件和气体继电器；出线装置包括高、低压套管。

变压器的铁心是由铁心柱和铁轭组成的闭合磁路，用厚度0.3mm左右的硅钢片叠压而成。

变压器绕组套装在铁心（柱）上，用绝缘铜导线或绝缘铝导线绕制而成。

油浸式电力变压器的铁心和绕组都浸没在绝缘油里。

变压器里的油兼有散热、绝缘、防止内部元件和材料氧化以及内部发生故障时熄灭电弧的作用。

容量稍大的变压器，油箱外焊有散热管，油经过油箱的散热管循环流动，把绕组的铁心发出的热量散发到空气中去。

大型变压器还可采用加装风扇、强迫油循环以及水内冷等冷却方式。

油箱是油浸式变压器的外壳。

其作用除装油外，还用来安装其他部件。

非封闭油浸式电力变压器油箱四周的散热管或散热片的作用是散发热油携带的热量。

全封闭油浸式电力变压器油箱的波纹结构有良好的伸缩性能，能适应油箱内油的体积随温度升降而发生变化的需要。

油箱底部的侧面有用于放油和取油样的放油阀和用于接地的螺栓。

非封闭油浸式电力变压器油箱上方窄端一侧装有油枕。

油枕的下部有油管与油箱连通。

油枕的作用是给油的热胀冷缩留有缓冲余地，保持油箱始终充满油；同时，由于有了油枕，减小了油与空气的接触面积，可减缓油的氧化。

油枕上有油标，供观察之用。

油枕经呼吸器或注油器与外界相通。

油枕上还有集污盒、取油样放油阀、注油孔等附件。

非封闭油浸式电力变压器油枕的下方或侧面装有呼吸器（吸湿器）。

呼吸器主要由玻璃筒、干燥剂（硅胶）、底罩（盛油槽）、连接管等组成。

其连接管上方伸进油枕，且其上端高出油枕内油面。

呼吸器是变压器油枕的内部空间与变压器外部空间连接的通道。

外部空气进入变压器内部时，空气先经过呼吸器底罩内的变压器油过滤，再经过干燥剂吸潮。

其作用是使油箱内、外压力保持一致；并减缓油箱内变压器油的氧化和受潮。

非封闭油浸式电力变压器装有气体继电器。

变压器的气体继电器安装在变压器油箱与油枕之间连接油管的中部。

气体继电器的作用是当变压器内部发生故障时给出信号或切断电源。

800kV A及以上的非封闭油浸式电力变压器的油箱顶盖上装有防爆管。

防爆管下端与变压器油箱相连、上端弯曲向外。