1、内容提要：本章介绍了用户供电系统的电力负荷与负荷计算，介绍了供电电压以及电源的选择、变电所的主接线和二次接线，还介绍了配电系统的设计，最后简单介绍了供电系统的电能节约与电能质量控制。,第2章 用户供电系统,第2章 用户供电系统,第一节 电力负荷与负荷计算 第二节 供电电压与电源的选择 第三节 用户变电所 第四节 变电所的电气主接线 第五节 变电所的二次接线 第六节 高低压配电网 第七节 用户供电系统的电能损耗与节约 第八节 供电系统的方案比较,第一节 电力负荷与负荷计算,一、关于负荷的基本概念,a)连续运行工作制 b)短期运行工作制 c)断续周期工作制:负荷持续率(暂载率)FC,1. 设备安装
2、容量,设备安装容量PN（亦称设备功率）是指连续工作的用电设备铭牌上的标称功率PE。用电设备具有不同的运行工作制，应按设备铭牌功率予以折算。,设备安装容量的确定,重复短暂工作制的设备容量 吊车机组用电动机:,电焊机及电焊变压器,长期工作制和短时工作制的设备容量 : PN.M=PE,（2）电焊机的设备安装容量电焊机属于反复短时工作制设备，它的设备容量应统一换算到 ， 所以2台电焊机的设备容量：,解：（1）金属切削机床的设备安装容量金属切削机床属于长期连续工作制设备，所以20台金属切削机床的总容量为：,例 某小批量生产车间380V线路上接有金属切削机床共20台（其中10.5kW-4台，7.5kW-8
3、台，5kW-8台），车间有380V电焊机2台（每台容量20kVA， , ），车间有吊车1台11kW， ），试计算此车间的设备容量。,（3）吊车的设备安装容量吊车属于反复短时工作制设备，它的设备容量应统一换算到 ， 所以1台吊车的容量为：(4) 车间的总设备安装容量为：,例 某小批量生产车间380V线路上接有金属切削机床共20台（其中10.5kW-4台，7.5kW-8台，5kW-8台），车间有380V电焊机2台（每台容量20kVA， , ），车间有吊车1台11kW， ），试计算此车间的设备容量。,2. 负荷与负荷曲线,电力负荷：有功功率、无功功率和视在功率。 电力负荷随时间变化的曲线称为负荷曲线
4、。,图2-1 日负荷曲线与年负荷曲线 a)日有功负荷曲线 b)年有功负荷曲线,负荷曲线作用 负荷曲线分类： 按作图方式分。 按功率性质分。 按时间分。,3. 平均负荷、最大负荷、有效负荷与计算负荷,（1）平均负荷Pav,（2）最大负荷Pmax,（3）有效负荷Pe,平均负荷与最大负荷,电力用户的实际负荷并不等于用户中所有用电设备额定功率之和。在用户供电系统设计中，必须首先找出这些用电设备的等效负荷。等效：实际变动负荷所产生的最大热效应与等效负荷产生的热效应相等，或实际负荷产生的最大温升与等效负荷产生的温升相等。在供电系统设计中，将等效负荷称为计算负荷Pc。计算负荷可以作为供电系统设计和电气设备选
5、择的依据。,（4）计算负荷Pc,4. 负荷系数、利用系数、需要系数与形状系数,（1）负荷系数,（2）利用系数,（3）需要系数,（4）形状系数,5. 年最大负荷利用小时数Tmax,年最大负荷利用小时数Tmax是一个假想时间,二、负荷的估算,1. 单位产品耗电量法,2. 负荷密度法,3. 形状系数法,1）将用电设备分组，求出各用电设备组的总安装容量. 2）查出各用电设备组的利用系数及对应的功率因数，计算平均负荷：,3）选择形状系数Kz的值（一般情况下可取Kz=1.15）估计计算负荷：,三、负荷的计算,根据工艺和建筑设计等部门提供的用电设备及其安装容量确定计算负荷的工作称为负荷计算。其理论依据是相似
6、性原理。负荷计算就是求计算负荷Pc,Qc,Sc和Ic负荷计算的方法：需要系数法、二项式法、附加系数法等。其中，需要系数法应用最广。,三、负荷的计算,1单台用电设备的计算负荷,用电设备铭牌给出的功率因数角的正切值,2用电设备组的计算负荷,需要系数法适用范围。 对设备台数较少的处理。,3配电干线的计算负荷,4车间或全厂变压器低压侧的计算负荷,5车间或全厂变压器高压侧的计算负荷,6单相用电设备计算负荷的确定,当单相用电设备的总容量小于三相设备总容量的15时，可直接按三相平衡负荷计算；若单相用电设备的总容量大于三相用电设备总容量的15时，需先将单相换算成三相等效负荷，再计算。,单相设备接于相电压单相设
7、备接于线电压,四、功率因数及其提高,1）瞬时功率因数,1功率因数分类和计算,2）平均功率因数,3）自然功率因数4）总功率因数,（1）系统中输送的总电流增加。 （2）增加输电线路上的有功功率损耗和电能损耗。 （3）线路的电压损耗增大。 （4）发电机出力相对降低。,2功率因数对供电系统的影响,3功率因数的提高,高压：功率因数应达到0.9以上 其他用户：功率因数应在0.85以上。,人工补偿无功功率,提高自然功率因数,提高功率因数,1）提高自然功率因数,采用降低各用电设备所需的无功功率的措施： 电动机不宜轻载空载运行； 电力变压器不宜轻载运行 改变轻负荷电动机的接线；,2）人工补偿无功功率 当采用提高
8、用电设备自然功率因数的方法后仍不能达到供用电规则所要求的数值时，就需要设置专门的无功补偿电源，人工补偿无功功率。 人工补偿无功功率的方法主要有以下三种：并联电容器补偿、 同步电动机补偿、动态无功功率补偿,电容器的补偿原理及方式,无功补偿应本着就近平衡的原则。 补偿装置应尽量靠近无功负荷。 按照补偿电容器安装的位置，分为就地补偿和集中补偿。,原理：容前感后方法：并联静电电容器,电容器的补偿方式,就地补偿： 优点：补偿效果最好。 缺点：电容器利用率较低。,集中补偿： 优点：电容器的利用率较高。 缺点：补偿效果稍差。 具体分为：分组集中补偿、低压集中补偿和高压集中补偿。 低压集中补偿：补偿6(10)
9、kV变压器低压侧的无功功率。 高压集中补偿：补偿高压用电设备的无功功率和6(10)kV变压器的无功损耗。,图2-3 补偿电容器的布置方式,各种补偿方式的补偿范围,5补偿容量和补偿后计算负荷的计算,（1）补偿容量的计算,(2) 补偿后计算负荷的计算,确定电容器的个数,补偿后总的无功计算负荷为,补偿后的视在计算负荷为,五、供电系统负荷计算示例,某用户供电系统结构和负荷数据如图2-4所示，按照需要系数法，各级负荷计算如下。,例,图2-4 负荷计算示例图,（1）通风机 通风机：PN=29kW，查表得Kd0.85和tan=0.75，于是,（2）高频加热设备 高频加热设备：PN=80kW，查表得Kd=0.
10、8和tan=1.33，于是,（3）机加工车间 冷加工机床：PN=50kW，查表得Kd=0.16和tan=1.73； 热加工机床：PN=28kW，查表得Kd=0.25和tan=1.52；于是,1. 用电设备组的负荷计算,（4）点焊机 点焊机：PN=90kW，查表得Kd=0.35和tan=1.33，于是,取1变电所各组负荷的同期系数为：K =0.90，于是,2. 1变电所低压侧计算负荷,采用电容器分组自动投切的低压集中补偿方式，设补偿后功率因数为cos=0.93，则,补偿后变压器低压侧计算负荷为122kW+j48kvar，Sc=131kVA。,1变电所变压器损耗按下式估算：,1变电所高压侧计算负荷
11、为：,3. 低压集中补偿容量的计算,4. 变电所高压侧计算负荷,取全厂负荷的同期系数为：K =0.90，于是,5.全厂总计算负荷,第二节 供电电压与电源的选择,1、一个集中负荷线路的电压损失,每相电压损失：UUA-UB,线电压损失： U,电压损失的百分值：,一、线路电压损失,由于线路存在阻抗，当输送一定负荷时，线路首末端将存在电压之差。,（二）带多个集中负荷线路的电压损失,总的电压损失,采用各负载功率来计算：,若线路截面全长都相等：,负荷距,二、电压与负荷容量和输送距离的关系,由于受导线截面的限制和线路电压损失的要求，每一标称电压下线路的输电能力是有限的。,1) 对截面为A的导线，设其可承载的
12、最大电流为Imax，则其可输送的最大功率为:,例如：对截面为240mm2的铝芯架空线，在满足经济性条件下其可承受的最大电流为216A，设负荷功率因数为0.8，则在10kV电压下可输送的最大功率为：,二、电压与负荷容量和输送距离的关系,2) 按线路电压损失要求确定输送距离：,例如：对截面为240mm2的铝芯架空线，线间几何均距为1m，设负荷功率因数为0.8，则在10kV电压下的最大负荷距为：,最大负荷下的传输距离为：,三、电压的选择,1供电电压的选择,综合各种因素而定。一般用户的供电电压为610kV，大中型工业企业的供电电压可为35kV。对于个别特殊电力用户，在技术经济合理的条件下，可考虑采用更
13、高一级电压供电。,2高压配电电压的选择,用户供电系统的高压配电电压一般采用610kV。 首选10kV。 当用户有多台6kV用电设备、且容量较大、在技术经济上合理时，才采用6kV。,3低压配电电压的选择,我国是380220V。 对于矿山和油田等特殊场合，用电可采用660380V或1140/660V。,四、电源的选择,依据用电设备对供电可靠性的要来选择供电电源,1负荷等级,(1)一级负荷（关键负荷）,(2)二级负荷（重要负荷）,(3)三级负荷（一般负荷）,2电源及其选择,电力用户可由多种电源供电。 正常电源。 应急电源。,一级负荷 应由两个独立电源供电，有特殊要求的一级负荷，还需增设应急电源。二级
14、负荷 应由两回线路供电三级负荷 对供电方式无特殊要求。,独立电源指不受其他电源影响的电源。具备下列条件的发电厂或变电所的不同母线均属于独立电源：每段母线的电源来自不同的发电机，且以后的输变配各环节均为分列运行。 母线段间无联系，或虽有联系但当其中一段母线发生故障时，能自动断开联系，不影响其余母线继续供电。,第三节 用户变电所,图2-7 用户供电系统结构框图 1总降压变电所 2配电所 310(6)kV变电所 4高压用电设备,一、变电所的作用与组成,变电所的主要作用是降低电压、配电。 用户变电所按电压等级分：总降压变电所和10(6)kV变电所（在工业企业称为车间变电所）。 高低压开关、供配电线路和
15、测量保护设备等是变电所中的主要电气设备。 安全、可靠、合理、经济是对用户供电系统的基本要求，也是对用户变电所的要求。,二、变电所的设置及位置的确定,1总降压变电所或总配电所,当用户供电电压为35kV及以上时，应考设置总降压变电所。变压器为12台。 当供电电压为10(6)kV且有多台高压用电设备宜设置总配电所。 对负荷不大的小型用户，可将总配电所与某个10(6)kV变电所合并，扩充为变配电所，或仅设一个独立式变电所。 总降压变电所的位置应接近负荷中心，并适当靠近电源的进线方向。,210(6)kV变电所,10(6)kV变电所（车间变电所）的设置主要取决于车间（或小区）负荷的大小、车间（或小区）之间
16、的距离。一个10(6)kV变电所一般设置12台变压器，单台变压器容量一般不大于1600kVA。,10(6)kV变电所的形式,独立变电所 附设变电所 箱式变电所 地下变电所,三、变压器的选择,电力变压器分类：,按绕组形式可分为：双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器。 按相数可分为：单相变压器、三相变压器和多相变压器。 按冷却方式可分为：油浸自冷、油浸风冷、油浸水冷和空气自冷等。 按绝缘介质可分为：油浸式变压器，干式变压器，充气式变压器等。 按调压方式分为：有载调压变压器、无励磁调压变压器。 按中性点绝缘水平分为：全绝缘变压器和半绝缘变压器。,单相变压器,三相电力变压器,油浸变压器,干式变压器,
17、三、变压器的选择,选用低损耗节能型。 调压方式的选择。 绕组形式的选择。 变压器台数的选择。 变压器容量的确定。 变压器的绕组接线型式的选择。,三、变压器的选择,1变压器的过负荷能力,正常过负荷事故过负荷,自然循环油冷双绕组变压器的允许过负荷百分数,变压器急救情况下的允许过负荷百分数和时间,三、变压器的选择,2变压器的经济运行,变压器的经济运行是指：变压器在运行中传输单位kVA所产生的有功功率损耗最小。 变压器的经济运行与变压器的负荷率有关，通常单台变压器的经济运行负荷率约为70。 多台并列运行的变压器，也存在经济运行的问题。,3变压器数量的选择,变压器台数的选择：通常12台。 一、二级负荷较
18、大时，应采用2台。 一、二级负荷较小，并可由低压侧取得足够容量的备用电源，也可装设1台 。 三级负荷时，通常采用1台。但当负荷较大或认为经济合理时，也可采用2台。,三、变压器的选择,3变压器容量的选择,单台变压器额定容量应大于等于计算负荷。两台并列运行的变压器，应满足：,三、变压器的选择,3变压器容量的选择,设有两台变压器的变电所，2台变压器等容量。其单台变压器的容量选择根据它的备用方式。 明备用：一台变压器工作，另一台变压器停止运行作为备用。此时，两台变压器均按最大负荷时变压器负荷率为100考虑。 暗备用：两台变压器同时投入运行，正常情况下每台变压器各承担约全部负荷的50 。此时，每台变压器
19、的容量宜按全部最大负荷的70选择。,暗备用应用较广！,四、变电所的主要电气设备,由一次设备和二次设备组成： 一次设备：指直接生产、输送和分配电能的设备。 包括变压器、高压断路器、隔离开关、电抗器、并联补偿电力电容器、电力电缆、送电线路、母线等。又称为一次部分。 二次设备：对一次设备的工作状态进行监视、测量、控制和保护的辅助电气设备称为二次设备。 包括测量仪表、控制与信号回路、继电保护装置、制动装置以及远动装置等。又称为二次部分。这些设备通常由电压互感器、电流互感器、蓄电池组或低压电源供电。,1、开关设备,在电力系统中，将能接通、断开或转换高压电路的电器统称为“高压开关电器” 。 分立使用的高压
20、开关电器主要有： 断路器 隔离开关 负荷开关 熔断器, 断路器,高压断路器（circuit-breaker）是带有强力灭弧装置的高压开关设备，是供配电系统中重要的开关设备。 能够开断和闭合正常线路与故障线路。 高压断路器通常按照灭弧介质分类，主要有: 多油断路器 少油断路器 真空断路器 SF6（六氟化硫）断路器,少油断路器,多油断路器,真空断路器,动触杆 波纹管 动触头 屏蔽罩,真空灭弧室的结构,SF6 断路器,SF6 断路器,隔离开关,主要功能是隔离电源。由于不设灭弧装置，隔离开关一般不允许带负荷操作，即不允许接通和分断负荷电流。可用来分合一定的小电流。,隔离开关的操作暨倒闸操作规定,由于隔
21、离开关没有灭弧装置，只能切除相当小的电流，所以严禁带负荷进行分合闸操作。须严格遵守“倒闸操作”的规定。 倒闸操作：指电气设备或电力系统由一种运行状态变换到另一种运行状态，由一种运行方式变换到另一种运行方式所进行的一系列的有序操作。 常指：断路器和隔离开关的操作。,分闸时，先断QF，后断QS； 合闸时，先合QS，后合QF。,倒闸操作规定：,负荷开关,高压负荷开关：有简单的灭弧装置。可以用来切断负荷电流，但不能用来切断短路电流。在分闸状态有明显可见的断口。常与高压熔断器串联合用代替断路器。,带有高分断能力熔断器的高压负荷开关,户内高压真空负荷开关一熔断器组合电器,熔断器,高压熔断器（fuse）,跌
22、落式熔断器,限流式熔断器,2、母线,作用：汇集电流 材料：铜、铝和钢等，一般以铝为多 形状：矩形，管形和多股绞线 排列：横排和竖排 母线的着色： 直流：正极红色；负极蓝色 交流：A相黄色；B相绿色；C相红色 中性线：不接地中性线白色；接地中性线紫色,3、绝缘子,绝缘子：用来支持和固定载流导体，并使导体与地绝缘，或使装置中处于不同电位的载流导体之间绝缘。绝缘子必须具有足够的绝缘强度和机械强度，并能耐热和耐潮湿。 支柱绝缘子 套管绝缘子,绝缘子,4、高压开关柜,属于成套配电设备。类型：固定式：GG系列(GG-1A)、 KGN系列、XGN系列 手车式：GC系列、JYN系列、GFC系列、KYN系列,K
23、GN5,GG-1A,结构原理：一次绕组串联在主电路中或直接利用一次母线；二次绕组所接仪表、继电器均串联。,电流互感器(CT),5、互感器,准确度级：测量用有0.1、0.2、0.5、1、3、5等级;保护用有5P和10P两级。,I2N=5A或1A,高压电流互感器一般制成两个铁心和两个二次绕组，其中准确度级高的二次绕组接测量仪表，其铁心易饱和；准确度级低的二次绕组接继电器，其铁心不应饱和。,低压电流互感器一般只制造一个铁心和一个二次绕组，一次绕组则利用一次母线或电缆。,电流互感器在工作时其二次侧不得开路。 电流互感器的二次侧有一端必须接地； 电流互感器在连接时，要注意其端子的极性。,使用注意事项,U
24、2N=100伏,结构原理：一次绕组并联在主电路中,二次绕组中仪表，继电器均并联连接。,电压互感器的基本结构和接线,U2,U1,电压互感器,按相数分：有单相式和三相式； 按绕组数量分：有双绕组（如JDZ-10型）和三绕组（如JDZJ-10型）,类型,准确度级：有0.2、0.5、1、3等级。,有的电压互感器具有3个绕组（有2个二次绕组），其符号为,三相三绕组电压互感器的铁心为三相五心柱式，为了测量零序电压。,使用注意事项：在工作时其二次侧不得短路；二次侧有一端必须接地；连接时要注意其端子的极性。,两个单相电压互感器接成V/V形，或称开口三角连接。可测量三相三线制电路的各个线电压，也可接电能表或功率
25、表。常用于中性点不接地系统中。,电压互感器常用接线方案,三相三芯式的Y/Y0连接。可测量线电压，也可接电能表或功率表，但不能测相电压。,常用接线方案,三个单相三绕组电压互感器或一个三相五心柱三绕组电压互感器接成Y0/Y0/ 形，可测量线电压、相电压，也可接电能表或功率表。另一个二次辅助绕组接成开口三角形，用来测量电路对地绝缘，即测量零序电压。用的最多。,常用接线方案,6、避雷器,避雷器：防止雷电产生的过电压沿线路侵入变配电所，以免危及被保护设备的绝缘。 氧化锌避雷器还有吸收操作过电压的功能。 避雷器应与被保护设备并联，装在被保护设备的电源侧。,7、其他主要电气设备,静电电容器 所用变压器 低压
26、开关 低压断路器（自动空气开关） 低压隔离开关（刀开关） 低压熔断器,第四节 变电所的电气主接线,一、电气主接线及其要求,电气主接线：由高压电器设备通过连接线组成的接受和分配电能的电路。也称一次电路或一次接线。 用规定的设备文字和符号，按其作用依次连接的单线接线图称作主接线图或一次接线图。由于三相交流电力装置中三相连接方法相同，主接线图通常只画出一相的连接，因而也称为单线图。 对变电所主接线的基本要求：安全、可靠、灵活、经济。还应考虑未来用电负荷的发展，即要求电气主接线具有发展和可扩展性。,二、母线制,1单母线制,图2-12 单母线制,二、母线制,1.单母线制,断路器：用于切断和关合正常的负荷
27、电流，并能切断短路电流。 隔离开关作用：,靠近母线侧的称母线隔离开关(上隔离)，用于隔离母线电源和检修断路器； 靠近线路侧的称线路隔离开关(下隔离)，用于防止在检修断路器时从用户侧反向送电，防止雷电过电压沿线路侵入，保证维修人员安全。,2单母线分段制,单母线分段制优点：在可靠性和灵活性方面较单母线制有所提高。 当双回路同时供电时，母线分段开关正常是打开的。 单母线分段的缺点是，某分段上的母线或母线隔离开关发生故障或检修时，该段母线上的负荷将中断供电，而且电源只能通过一回进线供电。,图2-13 单母线分段制 a)用隔离开关分段 b)用断路器分段,3双母线制,图2-14 双母线制,双母线制的优点有
28、：轮流检修母线或母线隔离开关，不致引起供电中断；在工作母线发生故障时，通过备用母线能迅速恢复供电。 双母线制的缺点：开关数目增多，联锁机构复杂，切换操作繁琐，造价高。对用户供电系统不推荐采用双母线制。,三、总降压变电所的主接线,总降压变电所的常用电气主接线包括：线路变压器组方式和桥形接线方式。,1.线路变压器组接线,图2-15 线路变压器组接线方式,图2-16 双回线路变压器组接线方式,双回线路变压器组接线,2 桥式结线,对具有两回电源进线、两台变压器的变电所，可采用桥式结线。“桥”为一条由断路器和隔离开关组成的用以进行线路的横联和跨接。根据跨接桥横联位置的不同，桥式结线可分为“内桥式”、“外
29、桥式”和“全桥式”。,外桥 内桥 全桥,桥：图中的QF3,将两条线路和变压器连接在一起，互相备用，形似桥。 QF3与进线断路器QF1,QF2位置的不同，分为内桥、外桥和全桥三种。,外桥 内桥 全桥,WL2,WL1,外桥结线,优点：对变压器的切换方便 缺点：倒换线路时操作不方便。 范围：这种结线适用于进线短而倒闸次数少的变电所；或变压器需要经常切换的终端变电所；以及可能发展为有穿越负荷的变电所。原来线路WL1通过变压器T1对负载供电(此时假设WL2、T2退出运行) ，假设现在需要： 切换变压器： 合QS7,QS8，QF3 -再合QS4,QS6，QF2- 断QF1,QS5,QS3 -向负载供电 切
30、换线路： 切除负载-断QF1,QS5,QS3-等待上级变电所断WL1-断QS1、合QS2-等待上级送电-合QS8,QS7 ，QF3-合QS3,QS5 ，QF1 -向负载供电,WL1,WL2,内桥结线,优点：倒换线路时操作方便。 缺点：操作变压器和扩建成全桥或单母线分段不如外桥方便。 范围：适用于进线距离长，变压器切换少的终端变电所。,原来线路WL1通过变压器T1对负载供电， (此时假设WL2、T2退出运行) 假设现在需要： 切换变压器：切除负载-断QF1,QS3,QS1 -断开QS5 -闭合QS6-合QS1,QS3 ，再合QF1 -合QS7,QS8 ，再合QF3 -向负载供电 切换线路： 合Q
31、S2,QS4 ，再合QF2-合QS8,QS7 ，再合QF3 -断QF1,QS3,QS1-向负载供电,全桥结线,全桥优点：对线路、变压器的操作均方便，运行灵活。 缺点：设备多、投资大，变电所占地面积大。,四、10(6)kV配电所的主接线,配电所是用户电能的中转站。 10(6)kV配电所的馈出线路一般不少于45回。 在配电母线上常设有电压互感器、避雷器、静电电容器、所用变压器等。 配电所的配电母线可以是单母线或单母线分段制。,(1) 10(6)kV电源进线,图2-18 配电所10(6)kV电源进线的接线方式,(2) 10(6)kV馈出线,图2-19 配电所10(6)kV馈出线的接线方式,五、10(
32、6)kV变电所的主接线,10(6)kV变电所供电线路常采用电缆。,图2-20 由电缆供电的10(6)kV变电所典型主接线,当10(6)kV变电所由架空线供电时：,图2-21 由架空线供电的10(6)kV变电所典型主接线,图2-22 变电所低压馈出线的典型接线方式,地面部分,井下部分,六、变电所主接线的绘制,变电所主接线图应说明：电源电压、电源进线回路数和线路结构；变电所的接线方式和运行方式；高压开关柜和低压配电屏的类型和电路方案；高低压电气设备的型号及规格；各条馈出线的回路编号、名称及容量等。,图2-23 某35kV变电所高压配电系统图,图2-24 某10kV变电所低压配电系统图,第五节 变电
33、所的二次接线,一、 二次接线的基本概念,一次设备是指直接生产、输送和分配电能的设备，主电路中的变压器、高压断路器、隔离开关、电抗器、并联补偿电力电容器、电力电缆、送电线路以及母线等设备都属于一次设备。,对一次设备的工作状态进行监视、测量、控制和保护的辅助电气设备称为二次设备。变电所的二次设备包括测量仪表、控制与信号回路、继电保护装置以及远动装置等。它们相互间所连接的电路称为二次回路或二次接线。 二次回路按照电源性质分为直流回路、交流回路。按照功用可分为操作电源回路、测量表计回路、断路器控制回路和信号回路、中央信号回路、继电保护和自动装置回路等；,一、 二次接线的基本概念,图2-25 变电所二次
34、系统与一次系统的关系,一、电气测量仪表及测量回路,图2-26 610kV高压线路电气测量仪表接线原理图,图2-27 610kV母线的电压测量及绝缘监视接线原理图 TV电压互感器 S联锁开关 Q电压切换开关 KV电压继电器 KS信号继电器,二、断路器的操作控制与信号回路,断路器的控制与信号回路一般分为控制保护回路、合闸回路、事故信号回路和预告信号回路等。控制回路：可以进行手动或自动的合闸和跳闸。控制回路应有反映断路器位置状态的信号。具有“防跳”装置。监视电源是否完好。在变电所内对断路器的控制，分为集中控制与就地控制。,图2-28 灯光监视的断路器的控制与信号回路,图2-29 LW2-Z型控制开关
35、触点表,三、信号装置,变电所的信号都在中央控制室中反映出来，所以通常称为中央信号。 中央信号装置按形式分为灯光信号和音响信号。按用途分为事故信号、预告信号和位置信号。 全所共用的音响信号，称为中央音响信号装置。,四、操作电源,操作电源应满足如下基本要求：1)正常情况下，提供信号、保护、自动装置、断路器跳合闸以及其他二次设备的操作控制电源。2)在事故状态下，当电网电压下降甚至消失时，应能提供继电保护跳闸和应急照明电源，避免事故扩大。,操作电源是指变电所的控制、信号、保护和自动装置及其他二次回路的工作电源。 操作电源有直流和交流两种。,图2-30 单母线直流系统接线图,1.直流操作电源,单母线接线
36、 有储能蓄电池 整流设备的交流电源来自所用变。,小型一体柜,目前在较重要的中、大型变配电所选用的直流操作电源大多为带免维护铅酸蓄电池高频开关电源成套装置。,充电模块,监控模块,直流馈电柜,交流配电单元,电池室,绝缘监测模块,小型分屏柜,2.交流操作电源,图2-32 交流操作电源下断路器保护跳闸原理接线图,比直流操作电源简单。 保护跳闸可采用直接动作式继电器或跳闸线圈去分流的方式，即靠断路器弹簧操作机构中的过电流脱扣器直接跳闸，跳闸能源来自电流互感器。 来自于所变和电压互感器的交流电压型操作电源主要供给信号、控制、断路器合闸回路和断路器分励脱扣器线圈跳闸回路。 可靠性较低。要提高可靠性需要采用U
37、PS。,第六节 高低压配电网,一、配电网的接线方式,用户供电系统的配电网主要是10(6)kV高压配电网和380V低压配电网。配电网常用的典型配电方式分为放射式、树干式和环式三种。,1放射式,放射式的优点是：供电可靠性高，故障发生后影响范围小；继电保护装置简单且易于整定；便于实现自动化；运行简单，切换操作方便。 放射式的缺点是：配电线路和高压开关柜数量多，投资大。,图2-34 放射式接线图 a)单回路放射式 b)双回路放射式 c)带有公共备用线路的放射式,2树干式,图2-35 单树干式接线图 a)架空线 b)电缆,树干式的优点是变配电所的馈出线回路数少、投资小、结构简单。 缺点是可靠性差、线路故
38、障影响范围大。,图2-36 双回路树干式接线图,为满足二级负荷供电的要求，也可采用双回路干线式。,3环式,图2-37 环式接线图,环式接线的供电可靠性较高，运行方式灵活。,其保护装置和整定配合困难采用开环运行,图2-38 低压配电系统的接线方式a)放射式配电系统 b)树干式配电系统 c)链式配电系统,二、配电网的结构,工厂高低压配电网最普通的两种户外结构是架空线和电缆。架空线的主要优点有：设备简单，造价低。易发现缺陷，易于检修和维护。利用空气绝缘，建造比较容易。架空线路也存在以下问题：需占一定的空间，占地较大。架空线影响美化。,架空线路的基本结构 1导线；2绝缘子；3横担； 4金具；5拉线；6
39、电杆,架空线路的结构架空电力线路包括： 电杆、导线、金具、绝缘子、横担、拉线、避雷线等。,电杆,导线 导线有裸导线和绝缘导线两种。架空线路一般采用裸导线。 导线的材料有铝和铜两种。 型号：铝绞线 LJ 钢芯铝绞线 LGJ铜绞线 TJ,横担 作用是支持绝缘子架设导线，保证导线对地及导线与导线之间有足够的距离。 常用的横担有角铁横担、木横担以及低压瓷横担。 铁横担的机械强度高，应用广泛。 瓷横担兼有横担和绝缘子的作用，但机械强度低，一般仅用于较小截面导线的架空线路。,绝缘子,金具,电缆线路,电缆的种类 按电压分：高压电缆、低压电缆。 按线芯数分：单芯、双芯、三芯和四芯等。 按绝缘材料分：油浸纸绝缘
40、电缆、塑料绝缘电缆和橡胶绝缘电缆及交联聚乙烯绝缘电缆等。,电缆线路与架空线路相比 优点：运行可靠，不易受外界影响，不占地面， 缺点：投资大，敷设维修困难，难于发现和排除故障。,电缆的结构 电缆主要由导体、绝缘层、护套层和铠装层组成。,电缆的型号 电缆型号中的字母排列一般按照下列次序：特征绝缘种类导体内护层其他结构特点外被层,电缆型号举例,YJV22： 铜芯(缺省)、交联聚乙烯绝缘(YJ)、聚氯乙烯内护套(V)、统包型(缺省)、双钢带铠装(2)、聚氯乙烯外护套(2)电力电缆 。,电缆敷设有三种类型：1)直接埋地2)敷设在混凝土管中3)敷设在电缆沟中,图2-39 电缆直接埋地,电缆的敷设,图2-4
41、0 电缆敷设在混凝土管中,图2-41 电缆沟 a)户内 b)户外 c)厂内 1盖板 2电缆支架 3预埋铁件,三、供电线路的电阻和电抗,1电阻,2电抗,Dav三相导线的几何均距；Di三相导线间的距离；r导线的外半径,架空线的换位：,图2-43 导线的换位,电缆三相相间距离小，其电抗值远比架空线小。,实际计算中：架空线：x0=(0.35-0.4)/km；电缆：x0=0.08/km；或查相关手册,按允许载流量选择。 按机械强度选择。 按电压损耗选择。 按经济性选择。,对于35kV及110kV高压供电线路，其截面主要按照经济电流密度来选择，但应按允许载流量来校验。对于工厂内较短的高压线路，可不进行电压
42、损耗的校验。 车间内动力线路一般按照允许载流量来选择截面。 照明线路一般按照电压损耗来选择。,四、导线截面的选择,1按经济电流密度选择导线、电缆截面,综合考虑投资和电能损耗这两方面的因素，定出总的经济效益为最好的截面，称为经济截面。 对应于经济截面的电流密度称为经济电流密度 。,AJN=Imax/JN,式中 AJN 导线的经济截面；Imax 线路最大长期工作电流；JN 经济电流密度。可查相关手册。,2按允许载流量选择导线、电缆截面,通过导线的计算电流或正常运行方式下的最大负荷电流Imax应当小于它的允许载流量。,IalImax或IalIC,式中 Ial导线允许载流量；Imax线路最大长期工作电
43、流，即最大负荷电流。 IC 计算电流。,允许载流量的修正,Tal导体正常工作时的最高允许温度； T0导体允许载流量所采用的环境温度；T0导体敷设地点实际的环境温度。,3按机械强度校验导线截面,架空裸导线和绝缘导线有最小允许截面的要求，可查表进行校验。 规程规定110kV架空线路不得采用单股线。 电缆不必校验机械强度。,架空裸导线的最小截面,4按电压损耗选择导线和电缆截面,对于输电距离较长或负荷电流较大的线路，必须按允许电压损耗来选择或校验导线的截面:,对于架空线路可先取 ，对于电缆线路可先取 ，因此可由上式求出R0：R0 于是，可导出满足电压损耗要求的导线截面A：A 式中 导线材料的电阻率。根
44、据上式所得A值选出导线标称截面后，再根据线路布置情况得出实际R0和X0进行校验。,例 设有一回10kV的LJ型架空线路向两个负荷点供电，线路长度和负荷情况如图所示。已知架空线线间距为1m，空气中最高温度为37，允许电压损耗 ，试选择导线截面。,解：设线路AB段和BC段选取同一截面LJ型铝绞线，先取 ，则对AB段（l1段）来说，P1=p1+p2， Q1=q1+q2 ；对BC段（ l2段）来说， P2=p2 ， Q2=q2 。因此可得,5%,代入数据可得,A ,例 设有一回10kV的LJ型架空线路向两个负荷点供电，线路长度和负荷情况如图所示。已知架空线线间距为1m，空气中最高温度为37，允许电压损
45、耗 ，试选择导线截面。,解：,选取LJ-70铝绞线，查表可得： ，将参数代入可得,5%,可见，LJ-70型导线满足电压损失要求，下面按发热条件进行校验。导线最大负荷电流为AB段承载电流，其值为,查表，得LJ-70型导线在25条件下的载流量为265A，乘以37时的修正系数0.856，可得载流量为226.8A，大于导线最大负荷电流，满足发热条件。,查表，得LJ-70型导线在40条件下的载流量为215A，大于导线最大负荷电流，满足发热条件。,第七节 用户供电系统的电能损耗与节约,一、电能节约的途径,降低供电系统的电能损耗。 降低生产中的电能消耗。,二、供电系统中的电能损耗与节约,供电系统中的电能损耗
46、包括变压器和线路中的电能损耗。降低电能损耗的主要途径有变压器的经济运行、线路的经济运行、供电系统负荷的经济调配、无功功率补偿等。,1.变压器的电能损耗与经济运行,（1）变压器的功率损耗,（2）变压器的电能损耗,（3）变压器的经济运行,变压器经济运行的条件是：传输单位kVA所消耗的有功功率损耗归算值最小。 有功功率损耗归算值包括变压器本身的有功损耗和变压器无功损耗在电网中传输时所引起的附加有功损耗。单台变压器的总有功功率损耗率为：,通常变压器的经济负荷率为70%左右,2. 线路的电能损耗与经济运行,（1）线路的电能损耗,（2）线路的经济运行,合理选择导线截面和材质； 合理走线，避免线路迂回，减少
47、线路长度； 采用灵活的主接线，可能时双回线路并列运行；,3. 供电系统的节电措施,综合三个式子可得出结论： 在输送同等电能的条件下，Tmax越大或功率因数越高，则计算负荷越小，变压器和线路中的电能损耗就越小。,3. 供电系统的节电措施,（1）供电系统负荷的经济调配：1）使变压器和电力线路实现经济运行。2）削峰填谷。3）使三相负荷尽量均衡。,（2）供电系统的无功功率补偿： 例如某线路将功率因数由0.7提高到0.9，其电能损耗减小40。,三、用电系统中的电能节约,1. 电动机节电,1)采用高效电动机，合理选择电动机额定功率,2)大力推广交流电机变频调速技术,3)提高电机负载率,2.照明节电,（1）
48、充分利用天然采光节电,（2）推广使用高效节能光源,（3）合理选择高效灯具,（4）使用智能照明控制系统,例 某起重机厂总降变电所有一台5600kVA变压器，P0.T=12kW，PCu.N.T=50kW。调整前，每日6时至22时平均负荷为3100kVA（不含电炉），10时至18时投入2500kVA电炉使负荷达到5600kVA高峰，22时至次日6时进入低谷，负荷为400kVA。为降低供电系统的电能损耗，将电炉投入时间改为22时至次日6时，试计算负荷调整后仅变压器的一年的节电效果。,解 设工厂采用无功功率自动补偿装置，任何情况下功率因数都基本保持在cos=0.9，年运行360天，调整前后的负荷曲线如图2-49所示。,
