第四章供配电系统

第四章供配电系统 供配电系统主要解决：（1）供配电电压的确定；（2）变电所的配置和位置选择；（3）变压器的台数和容量的确定；（4）变电所主接线的确定；（5）配电方式的确定。 • 第一节电压的选择 • 第二节变电所位置的确定 • 第三节变压器的选择 • 第四节变电所主要电器设备 • 第五节变电所主接线 • 第六节变电所的布置和结构

第一节电压的选择 一、供电电压的确定供电电压是指供配电系统从电力系统所取得的电源电压。我国目前所用的供电电压为110kV、35kV、10kV、6kV。究竟采用哪一级供电电压，主要取决于以下三个方面因素。（1）电力部门所能提供的电源电压。（2）用户负荷大小及距离电源线路远近。（3）用户大型设备的额定电压决定了企业的供电电压。

二、配电电压的确定 配电电压是指用户内部向用电设备配电的电压等级。由用户总降压变电所向高压用电设备配电的配电电压，称为高压配电电压；由用户车间变电所或建筑物变电所向低压用电设备配电的配电电压，称为低压配电电压。 1.高压配电电压（1）一般情况下,优先采用10kV作厂内高压配电电压。（2）对于有6kV设备的企业，如化工、制药厂等：若6kV设备容量较大时，采用6kV厂内高压配电电压；

若6kV设备容量较小时，高压配电电压采用10kV。6kV设备采用10/6kV变压器供电。若6kV设备容量较小时，高压配电电压采用10kV。6kV设备采用10/6kV变压器供电。 (3)如果厂区环境条件允许也可采用35kV作为高压配电电压深入负荷中心的直配方式,将35kV直接降为380V供电。 2.低压配电电压我国规定低压配电电压等级为380V/220V，但在石油、化工及矿山（井）场所可以采用660V的配电电压。

第二节变电所位置的确定 一、变电所的类型变电所是接受、变换、分配电能的环节，是供配电系统的重要组成部分。变电所按其在供配电系统中的地位和作用分为总降压变电所、独立变电所、车间变电所、杆上变电所、建筑物及高层建筑物变电所。 1. 总降压变电所（35～110/6～10kV ） ①企业规模不太大，车间或生产厂房布局比较集中，设一个总降压变电所；

②企业规模较大，且有两个或以上的集中大负荷用电车间群，而彼此之间相距又较远时，设立两个或两个以上的总降压变电所。②企业规模较大，且有两个或以上的集中大负荷用电车间群，而彼此之间相距又较远时，设立两个或两个以上的总降压变电所。 2. 独立变电所　（6～10/0.4/0.23kV ）设置独立变电所的原因（1）相邻几个车间负荷大，将变电所建到某一车间不适宜；（2）由于车间环境的限制，如制药车间、化工车间之间由于管道较多或有腐蚀性气体、易燃易爆气体等环境限制，必须建立独立变电所；

（3）中小型企业负荷不太大，建立一个全厂独立变电所，向全厂各车间供电。（3）中小型企业负荷不太大，建立一个全厂独立变电所，向全厂各车间供电。 3. 车间变电所　（6～10/0.4/0.23kV）

①附设变电所 附设变电所是利用车间的一面或两面墙壁，而其变压器室的大门朝外开。车间附设变电所又分内附式和外附式。 ②车间内变电所车间内变电所位于车间内的单独房间内。

4. 建筑物及高层建筑物变电所 建筑物及高层建筑物变电所是民用建筑中经常采用的变电所形式。 ①楼内建筑物变电所高层建筑物多采用楼内建筑物变电所，置于高层建筑物的地下室或中间某层；地下室和高层；地下室、中间某层和高层。变压器一律采用干式变压器。

②辅助建筑物变电所 与独立变电所相似，辅助建筑物变电所置于离开高层建筑物的辅助建筑物内，变压器采用油浸式变压器。 5. 柱上（或杆上）变电所变电器安装在室外电杆上，适用于315KVA及以下变压器，常用于居民区、用电负荷小的用电单位。

二、变电所的位置选择 变电所的位置选择应根据选择原则，从安全、经济、方便等方面来综合考虑，经技术、经济比较后确定。 1．总降压变电所位置选择的原则（1）靠近负荷中心；（2）考虑电源的进线方向，偏向电源侧；（3）进出线方便；（4）设备运输方便；（5）不应防碍企业的发展，要考虑扩建的可能性；（6）不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所；（7）不应设在有剧烈震动和高温场所；（8）不应设在地势低洼和可能积水的场所；（9）不应设在有爆炸危险区域。

2．车间变电所位置选择的原则 在计算得出车间总计算负荷的基础上，按分散布置并接近负荷中心的原则确定车间变电所的位置，便于低压电网的备用联络。同时车间变电所位置选择还要考虑：进出线方便；靠近电源测；运输方便等。变电所选址尽量靠近负荷中心是供电设计的一项基本原则，可以按负荷矩法确定负荷中心。 3．负荷中心确定负荷中心可以用负荷指示图或负荷矩的计算法近似确定。

（1）负荷指示图 负荷指示图是将电力负荷按一定比例用负荷圆的形式标示在企业或车间的平面图上。各车间的负荷圆的圆心位于车间的负荷“重心”（负荷中心）。在负荷均匀分布的车间，负荷中心就是车间的中心，在负荷分布不均匀的车间内，负荷中心应偏向负荷集中的一侧。由车间的计算负荷得负荷圆的半径r为式中K为负荷圆的比例（kW/mm2）,Pc为计算负荷。

（2）负荷功率矩法确定负荷中心 设有负荷P1、P2、P3，如图示。它们在任选的直角坐标系中的坐标分别为P1（x1，y1）、P2（x2，y2）、P3（x3，y3）。现假设总负荷的负荷中心位于坐标P（x，y）处。负荷中心的坐标为：

按负荷功率矩法确定负荷中心，只考虑了各负荷的功率和位置，而未考虑各负荷的工作时间，因而负荷中心被认为是固定不变的。（3）按负荷电能矩法确定负荷中心事实上，各负荷的工作时间不同，因而负荷中心不可能是固定不变的，负荷中心不只是与各负荷的功率有关，而且与各负荷的工作时间有关，因而提出了负荷电能矩来确定负荷中心的方法。类似负荷功率矩法的公式，按负荷电能矩法确定负荷中心的公式为：

式中，Pi为各负荷的有功计算负荷；Ai为各负荷的年有功电能消耗量ti为各负荷在同一时间内的实际工作时间，应采用各负荷的年最大负荷利用小时。需要指出由于负荷中心原则并不是确定变电所位置的惟一因素，且负荷中心也是会随机变动的，大多数工厂变电所的位置都是靠近负荷中心偏向电源侧。

第三节变压器的选择 变压器是变电所中关键的一次设备，其主要功能是升高或降低电压，以利于电能的合理输送、分配和使用。一、变压器型号选择文字符号：T 图形符号（双绕组变压器）： 1.变压器的分类（1）按绝缘介质分：油浸式；干式。（2）按调压方式分：有载调压；无载调压（3）按相数分：单相；三相

（4）按导线分：铜芯；铝芯（5）按冷却方式分：自冷；风冷；强冷 （4）按导线分：铜芯；铝芯（5）按冷却方式分：自冷；风冷；强冷（6）按用途分又可分为普通变压器和特种变压器。 2.型号及含义：

如S9-1000/10表示三相铜绕组油浸式（自冷式）变压器，设计序号为9，容量为1000 kVA，高压绕组额定电压为10 kV。 3.变压器型号的选择原则（1）在多尘或有腐蚀性气体严重影响变压器安全的场所，应选择密闭型变压器或防腐型变压器；（2）供电系统中没有特殊要求和民用建筑独立变电所常采用三相油浸自冷电力变压器（S9、SL9、S10-M、S11、S11-M等）；（3）对于高层建筑、地下建筑、发电厂、化工等单位对消防要求较高场所，宜采用干式电力变压器（SC、 SCZ、SCL 、SG3、 SG10、 SC6等）；

（4）对电网电压波动较大，为改善电能质量采用有载调压电力变压器(SLZ7、 SZ7、 SFSZ 、SGZ3等)。二、变压器台数和容量的确定安装在总降压变电所的变压器通常称为主变压器（简称主变），安装在6~10KV/0.4KV的变压器常叫做配电变压器（简称配变）。 1．总降变电所变压器台数和容量的确定（1）变压器台数的确定：1~2台 ①满足负荷对供电可靠性的要求,Ⅰ、Ⅱ级负荷比较大时,选择2台主变压器。②季节性负荷或昼夜负荷比较大时，宜采用经济运行方式,技术经济合理时，可设2台主变。

③三级负荷一般选择一台主变压器，如果负荷较大时，也可选择两台主变压器。有少量Ⅰ、Ⅱ级负荷可从邻近取得低压备用电源，可设1台主变压器。③三级负荷一般选择一台主变压器，如果负荷较大时，也可选择两台主变压器。有少量Ⅰ、Ⅱ级负荷可从邻近取得低压备用电源，可设1台主变压器。（2）容量： ①单台变压器容量的确定单台变压器其额定容量SN应能满足全部用电设备的计算负荷Sc，留有余量，并考虑变压器的经济运行，即： SN = (1.15～1.4) SC

②2台变压器容量的确定 任意一台主变压器容量SN应同时满足下列两个条件：任一台变压器单独运行时，应满足总计算负荷的60%~70%的要求。 SN=（0.6~0.7）Sc 任一台变压器单独运行时，应能满足全部一、二级负荷SC（Ⅰ+Ⅱ）的需要SN ≥ SC（Ⅰ+Ⅱ） ③考虑负荷发展留有一定的容量裕度

2．车间变电所变压器台数和容量的确定 （1）台数： ①同总降变电所 ②负荷不大时视负荷大小及距邻近车间变电所的距离决定是否设车间变电所。由邻近车间变电所供电的容量和距离（2）容量： ① 1台变压器：SN ≥ SC ② 2台变压器：SN = (0.6～0.7) SC SN ≥ SC（Ⅰ+Ⅱ） ③ 单台容量不宜超过1000KVA

例4-1某一车间变电所（10kV/0.4 kV），总计算负荷为1350 kVA，其中一、二级负荷680kVA。试选择变压器的台数和容量。解：根据车间变电所变压器台数及容量选择要求，该车间变电所有一、二级负荷，故宜选择两台变压器。任一台变压器单独运行时，要满足60%~70%的负荷，即 SN=（0.6~ 0.7）×1350kV A=810kV A~945 kV A 且任一台变压器应满足SN≥680 kV A 因此，可选两台容量均为1000 kV A的变压器，具体型号为S9-1000/10

三、变压器容量和过负荷能力1．变压器的容量三、变压器容量和过负荷能力1．变压器的容量电力变压器的额定容量，是指它在规定的环境温度条件下，室外安装时，在规定的使用年限内（一般规定为20年）连续输出的最大视在功率。一般规定，如果变压器安装地点的年平均气温θ0.av≠20 ，则年平均气温每升高，变压器的容量应相应减小1％。因此变压器的实际容量应计入一个温度校正系数Kθ。对室外变压器其实际容量为：式中SN.T为变压器的额定容量。

对室内变压器其实际容量为： 2．变压器正常过负荷对于油浸式变压器，其允许过负荷包括以下两部分： (1）由于昼夜负荷不均匀而考虑的过负荷,由日负荷率和最大负荷持续时间确定； (2）由于夏季欠负荷而在冬季考虑的过负荷，夏季每低1%，冬季可过负荷1%，但不得超过15%。

以上两部分过负荷同时考虑，室外变压器过负荷不得超过30%，室内变压器过负荷不得超过20%。干式变压器一般不考虑正常过负荷。 3. 变压器的故障过负荷能力在事故情况下，允许短时间较大幅度的过负荷运行，而不论故障前负荷大小，但运行时间不得超过规定时间。

第四节变电所主要电器设备 一、高压断路器 1、作用：正常工作时断开和接通负荷电流；短路时断开短路电流。 2、图形符号： 3、文字符号：QF 4、型号：

5、种类和结构 1）SN10-10型高压少油断路器 SN10-10型少油断路器按断流容量分有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型。Ⅰ型，断流容量Soc为300MVA，Ⅱ型为500MVA；Ⅲ型为750MVA。油仅作灭弧介质。 2）SF6 断路器利用SF6气体作为绝缘和灭弧介质。 SF6特点：①无色、无味、无毒且不易燃烧，在150℃以下时，其化学性能相当稳定。

②不含碳（C）元素，对于灭弧和绝缘介质来说，具有极为优越的特性。②不含碳（C）元素，对于灭弧和绝缘介质来说，具有极为优越的特性。 ③不含氧（O）元素，不存在触头氧化问题。 ④具有优良的电绝缘性能，在电流过零时，电弧暂时熄灭后，SF6能迅速恢复绝缘强度，从而使电弧很快熄灭。 ⑤在电弧的高温作用下，SF6会分解出氟（F2），具有较强的腐蚀性和毒性 ⑥能与触头的金属蒸汽化合为一种具有绝缘性能的白色粉末状的氟化物。

应用场合：适用于需频繁操作及有易燃易爆危险的场所，要求加工精度高，对其密封性能要求更严 。 3）真空断路器利用 “真空”作为绝缘和灭弧介质。真空断路器有落地式、悬挂式、手车式三种形式。

二、高压隔离开关 文字符号：QS 图形符号：主要功能：隔离高压电源，以保证其他设备和线路的安全检修及人身安全。高压隔离开关按安装地点分为户内式和户外式两大类；按有无接地可分为不接地、单接地、双接地三类

三、高压负荷开关 文字符号：QL 图形符号作用：通断负荷电流和过负荷电流。高压负荷开关主要有产气式、压气式、真空式和SF6等结构类型，主要用于10kV等级电网。负荷开关有户内式和户外式两大类。适用场合：适用于无油化、不检修、要求频繁操作的场所，可配用CS6-1操动机构也可配用CJ系列电动操动机构。

高压负荷开关型号的表示和含义如下：

四、高压熔断器 文字符号：FU 图形符号：主要功能：对电路及其设备进行短路和过负荷保护。高压熔断器型号的表示和含义如下：

1. RN系列高压熔断器 RN1型用于电力变压器和电力线路短路保护，RN2型用于电压互感器的短路保护。主要由熔管、触头座、动作指示器、绝缘子和底板构成。熔管一般为瓷质管，熔丝由单根或多根镀银的细铜丝并联绕成螺旋状，熔丝埋放在石英砂中，熔丝上焊有小锡球。

2. RW系列高压跌落式熔断器 用于配电变压器或电力线路的短路保护和过负荷保护。其结构主要由上静触头、上动触头、熔管、熔丝、下动触头、下静触头、瓷瓶和安装板等组成。

五、互感器 主要功能是: （1）可使仪表和继电器标准化。如电流互感器副绕组的额定电流都是5A；电压互感器副绕组的电压通常都规定为100V。（2）可使测量仪表、继电器等二次设备与一次主电路隔离。降低仪表及继电器的绝缘水平，简化仪表构造，同时保证工作人员的安全。（3）可以避免短路电流直接流过测量仪表及继电器的线圈。

电流互感器 • 电流互感器简称CT（文字符号为TA，单二次绕组电流互感器图形符号为），是变换电流的设备。工作原理：一、二次饶组与一、二次电路串联，工作时接近于短路状态。电流互感器的变流比用Ki表示，则电流互感器种类和型号按一次电压分，有高压和低压两大类；按一次绕组匝数分有单匝（包括母线式、芯柱式、套管式）和多匝式（包括线圈式、绕环式、串级式）；

按用途分有测量用和保护用两大类； 按绝缘介质类型分有油浸式、环氧树脂浇注式、干式、SF6气体绝缘等。型号如下：

接线方式 ①一相式接线B相装一个电流互感器，如图a所示。能测量一相电流，用于三相负荷平衡系统，供测量电流和过负荷保护。 ②两相式接线这种接线也叫不完全星形接线，如图b所示。能测量三个相电流，公共线上的电流为，广泛用于中性点不接地系统，测量三相电流、电能及作过电流保护之用。

③两相电流差接线 这种接线又叫两相一继电器式接线，如图4-15c所示。流过电流继电器线圈的电流为两相电流之差，其量值是相电流的倍。适用于中性点不接地系统，作过电流保护之用。 ④三相星形接线由于每相均装有互感器，能反映各相电流，广泛用于三相不平衡高压或低压系统中，作三相电流、电能测量及过电流保护之用，如图d所示。

2.电压互感器 电流互感器使用注意事项 ①电流互感器在工作时二次侧不得开路。 ②电流互感器二次侧有一端必须接地 ③电流互感器在接线时，必须注意其端子的极性电压互感器简称PT（文字符号为TV，单相式电压互感器图形符号为），是变换电压的设备。（1）工作原理和接线方式一、二次饶组与一、二次电路并联，工作时接近于断路状态。电压互感器的变压比用Ku表示

接线方式： 一相式接线　采用一个单相电压互感器如图ａ所示。供仪表和继电器测量一个线电压，如用作做备用线路的电压监视。两相式接线　又叫V-V形接线，采用两个单相电压互感器如图b所示。供仪表和继电器测量三个线电压。

Y0/Y0形接线　采用三个单相电压互感器如图c所示。供仪表和继电器测量三个线电压和相电压。在小电流接地系统中，这种接线方式中的测量相电压的电压表应按线电压选择。Y0/Y0形接线　采用三个单相电压互感器如图c所示。供仪表和继电器测量三个线电压和相电压。在小电流接地系统中，这种接线方式中的测量相电压的电压表应按线电压选择。

采用三个单相三绕组电压互感器或一个三相五芯柱式电压互感器接成Y0/Y0/ 形(d)。其中一组二次绕组接成Y0，供测量三个线电压和三个相电压；另一组绕组（零序绕组）接成开口三角形，接电压继电器，当线路正常工作时，开口三角两端的零序电压接近于零，而当线路上发生单相接地故障时，开口三角两端的零序电压接近100V，使电压继电器动作，发出信号。

（2）电压互感器的种类和型号 电压互感器按绝缘介质分，有油浸式、环氧树脂浇注式两大主要类型；按使用场所分，有户内式和户外式；按相数来分，有三相和单相两类。电压互感器型号表示和含义如下:

（3）电压互感器使用注意事项 ①电压互感器在工作时，其一、二次侧不得短路，装装熔断器； ②电压互感器二次侧有一端必须接地； ③电压互感器在接线时，必须注意其端子的极性。

六、避雷器 1.作用：用于保护电力系统中电气设备的绝缘免受沿线路传来的雷电过电压或由操作引起的内部过电压的损害。 2.图形符号： 3、文字符号：F 4.种类: (1)保护间隙避雷器 (2)管型避雷器 (3)阀型避雷器（有普通阀型避雷器FS、FZ型和磁吹阀型避雷器）

第四章 供配电系统