1、電力系統基礎知識寸草塔煤礦機電隊張超1 電力系統概述電力系統概述2 電力負荷的計算電力負荷的計算 3 變電所位置及變壓器臺數和容量選擇變電所位置及變壓器臺數和容量選擇 4 變配電所高低壓一次設備變配電所高低壓一次設備 5 變配電所的主電路圖變配電所的主電路圖 6 低壓供配電線路的接線方式低壓供配電線路的接線方式 7 供電系統的防雷與接地供電系統的防雷與接地 1 電力系統概述電力系統概述1.1電力系統的構成電力系統的構成 1）一個完整的電力系統由分布各地的各種類型的發電廠、升壓和降壓變電所、輸電線路及電力用戶組成，它們分別完成電能的生產、電壓變換、電能的輸配及使用。 2）電力網絡或電網）電力網絡

2、或電網 指電力系統中除發電機和用電設備之外的部分,即電力系統中各級電壓的電力線路及其聯系的變配電所。 3）動力系統）動力系統 指電力系統加上發電廠的“動力部分”。 “動力部分”包括水力發電廠的水庫、水輪機，熱力發電廠的鍋爐、汽輪機、熱力網和用電設備，以及核電廠的反應堆等等。總結總結：電力網絡是電力系統的一個組成部分，而電力系統又：電力網絡是電力系統的一個組成部分，而電力系統又是動力系統的一個組成部分，這三者的關系也示于圖是動力系統的一個組成部分，這三者的關系也示于圖1-1。 圖圖1-1 動力系統、電力系統、電力網絡示意圖動力系統、電力系統、電力網絡示意圖 1.2 1.2電力系統的電壓電力系統的

3、電壓1. 1. 三相交流電網和電力設備的額定電壓三相交流電網和電力設備的額定電壓根據受電設備和供電設備的額定電壓，國標GB/T1562007標準電壓規定了交流電力網和電力設備的額定電壓等級。 1） 電網(電力線路)的額定電壓電網的額定電壓是確定其它一切電力設備額定電壓的基本依據，它是國家根據國民經濟發展的需要以及電力工業的現有水平，經過全面的技術分析后確定的。三相交流電網和電力設備常用的額定電壓如表1.1所示。 表表1.1 我國交流電力網和電氣設備的額定電壓我國交流電力網和電氣設備的額定電壓 電力變壓器額定電壓/KV 分類 電網和用電設備 電壓/KV 發電機額定 電壓/KV 一次繞組 二次繞組

4、 低壓 0.38 0.66 0.40 0.69 0.38 0.66 0.40 0.69 高壓 3 6 10 35 66 110 220 330 500 750 3.15 6.3 10.5 13.8, 15.75, 18,20,22,24,26 3 及 3.15 6 及 6.3 10 及 10.5 13.8, 15.75, 18,20,22,24,26 35 66 110 220 330 500 750 3.15 及 3.3 6.3 及 6.6 10.5 及 11 38.5 72.6 121 242 363 550 820 2） 電力設備的額定電壓 用電設備的額定電壓規定與同級電網的額定電壓相同

5、。 發電機的額定電壓規定高于同級電網額定電壓的5， 以補償線路上的電壓損失。 變壓器的額定電壓分為一次繞組額定電壓和二次繞組額定電壓。（1） 變壓器一次繞組額定電壓分兩種情況：當變壓器直接與發電機相連時，如圖1.2中的變壓器T1，其額定電壓與發電機額定電壓相同，即高于同級電網額定電壓的5；當變壓器連接在線路上時，如圖1.2中的變壓器T2，成為電網上的一個負荷，其一次繞組額定電壓與電網額定電壓相同。 圖1.2 電力變壓器的額定電壓說明 （2） 變壓器的二次繞組額定電壓也分兩種情況：當變壓器二次側供電線路較長時，如圖1.2中的變壓器T1，其額定電壓應高于同級電網額定電壓的10，5%用來補償變壓器二

6、次繞組的內阻抗壓降，5%用來補償線路上的電壓損失；當變壓器二次側供電線路不太長時，如圖1.2中的變壓器T2， 其額定電壓只需高于電網額定電壓的5即可，用于補償變壓器內部的電壓損耗。 圖1.2 電力變壓器的額定電壓說明 2. 2. 電壓分類及高低電壓的劃分電壓分類及高低電壓的劃分按國標規定， 額定電壓分為三類： 第一類額定電壓為100 V及以下，如12 V、24 V、36 V等， 主要用于安全照明、潮濕工地建筑內部的局部照明及小容量負荷。 第二類額定電壓為100 V以上、1000 V以下，如127 V、 220 V、380 V、600 V等，主要用作低壓動力電源和照明電源。 第三類額定電壓為1

7、kV以上， 有6 kV、10 kV、35 kV、 110 kV、220 kV、330 kV、 500 kV、750 kV等，主要用于高壓用電設備、發電及輸電設備。 在電力系統中，通常把1 kV以下的電壓稱為低壓，1 kV以上的電壓稱為高壓，220 kV以上的電壓稱為超高壓，1000 kV以上的電壓稱為特高壓。三相電力設備的額定電壓不作特別說明時均指線電壓。 1.31.3供電系統配電電壓的選擇供電系統配電電壓的選擇1 1 高壓配電電壓的選擇高壓配電電壓的選擇供電系統的高壓配電電壓主要取決于當地供電電源電壓以及高壓用電設備的電壓、容量和數量等因素。中、 小型工廠采用的高壓配電電壓通常為610 kV

8、，從技術經濟指標來看，最好采用10 kV配電電壓。由于同樣的輸送功率和輸送距離條件下，配電電壓越高，線路電流越小，線路所采用的導線或電纜截面越小，因而采用10 kV配電電壓可以減少線路的初投資和金屬消耗量，還可以減少線路的電能損耗和電壓損耗。從設備的選型及將來的發展來說，10 kV更優于6 kV。 對于一些廠區面積大、負荷大且集中的大型廠礦，如廠區的環境條件允許，可采用35220 kV架空線直接深入工廠負荷中心配電， 這樣可以分散建立總降壓變電所，簡化供電環節，節約有色金屬， 降低功率損耗和電壓損失。 2 2 低壓配電電壓的選擇低壓配電電壓的選擇供電系統的低壓配電電壓一般采用220/380 V

9、的標準電壓等級，但在某些特殊的場合如礦井，因負荷中心遠離變電所，為保證負荷端的電壓水平故采用660 V電壓作為配電電壓， 這樣不僅可以減少線路的電壓損耗，降低線路有色金屬消耗量， 而且能夠增加配電半徑，提高供電能力，簡化供配電系統。 另外，在某些場合，由于安全的原因，可以采用特殊的安全低電壓配電。 1.4 1.4 供電系統的質量指標供電系統的質量指標 1 1 電壓的質量要求電壓的質量要求國家標準GB 123252008電能質量 供電電壓偏差規定了不同電壓等級的允許電壓偏差的限值： 35 kV及以上供電電壓 正、 負偏差絕對值之和不超過標稱電壓的10%；20 kV及以下三相供電電壓偏差為標稱電壓

10、7%；220 V單相供電電壓偏差為標稱電壓的+7%、 -10%。 對供電點容量較小，供電距離較長以及對供電電壓偏差有特殊要求的用戶，由供、用電雙方協議確定。2 2 頻率的要求頻率的要求我國規定的額定電壓頻率為50 Hz，大容量系統允許的頻率偏差為0.2 Hz，中、小容量系統允許的頻率偏差為0.5 Hz。 頻率的調整主要由發電廠進行。電力系統的頻率指標由電力系統給予保證。 3 3 供電的可靠性要求供電的可靠性要求保證供電系統的安全可靠性是電力系統運行的基本要求。 所謂供電的可靠性，是指確保用戶能夠隨時得到供電。這就要求供配電系統的每個環節都安全、可靠運行，不發生故障，以保證連續不斷地向用戶提供電

11、能。 不同的用戶對供電可靠性的要求是不一樣的。根據對供電可靠性的要求及中斷供電造成的損失或影響的程度，將電力用戶負荷分為三類。 1） 一級負荷一級負荷是指中斷供電將造成人身傷亡危險，或造成重大設備損失且難以修復，或給國民經濟帶來重大損失，或在政治上造成重大影響的電力負荷。 礦井一級電力負荷有主要通風機、井下主排水設備、下山開采的采區排水設備升降人員的主井提升機、抽放瓦斯設備（包括井下移動抽放泵站設備）。一級負荷要求由兩個獨立電源供電，當其中一個電源發生故障時， 另一個電源應不致同時受到損壞。對一級負荷中特別重要的負荷，除上述兩個電源外， 還必須增設應急電源。 常用的應急電源有：獨立于正常電源的

12、發電機組、專門的供電線路、 蓄電池、干電池等。 2） 二級負荷 二級負荷是指中斷供電將在政治、經濟上造成較大損失的電力負荷， 如主要設備損壞、大量產品報廢、 連續生產過程被打亂需較長時間才能恢復、重點企業大量減產等。 礦井的二級電力負荷有主井提升機、經常升降人員的斜井提升設備、副井井口及井底操車設備、主要空氣壓縮機、主井裝卸設備、大巷帶式輸送機、井下主要電機車運輸設備、井下運輸信號系統、礦井信息系統、安全監測及生產監控設備、綜合機械化采煤及其運輸設備、礦燈充電設備、礦井行政通信及調度通信設備、井筒保溫及其供熱設備、有熱害礦井的制冷站設備、運煤索道的驅動機、配有備用泵的消防泵、無事故排出口的礦井

13、污水泵、地面生產系統、生產流程中的照明設備、鐵路裝車設備、單臺蒸發量為4t/h以上的鍋爐。 二級負荷要求由雙回路供電，供電變壓器也應有兩臺，當其中有一條回路或一臺變壓器發生常見故障時，二級負荷應不致中斷供電，或中斷供電后能迅速恢復供電。 3） 三級負荷三級負荷為一般電力負荷， 所有不屬于上述一、二級負荷者均為三級負荷。 由于三級負荷為不重要的一般負荷， 因而它對供電電源無特殊要求。 2 電力負荷的計算電力負荷的計算2.1 2.1 計算負荷及設備容量計算負荷及設備容量1. 1. 計算負荷的概念計算負荷的概念 根據用電設備的安裝容量，采用一定的計算方法得出的負荷，稱為計算負荷。計算負荷是一個假想負

14、荷，其熱效應和實際負荷產生的熱效應相等。 如以計算負荷連續運行，根據計算負荷選擇的電氣設備和導線電纜其發熱溫度不會超過允許值。 導體通過電流達到穩定溫升的時間大約為(34)，為發熱時間常數。 截面在16 mm2及以上的導體，其10 min。 因此，載流導體大約經30 min后可達到穩定溫升值，計算負荷也就是半小時最大負荷。分別用P30、Q30、S30和I30表示有功計算負荷、無功計算負荷、視在計算負荷和計算電流。 計算負荷是分析和設計供電系統的基礎，是選擇供電系統導線、變壓器、開關電器等設備的依據。如計算負荷過大， 則將使電器和導線電纜選得過大，造成投資和有色金屬的浪費； 如計算負荷過小，又將

15、使電器和導線電纜處于過負荷下運行， 增加電能損耗，產生過熱，導致絕緣過早老化甚至燒毀。因此， 正確確定計算負荷意義重大。 2. 2. 設備容量的確定設備容量的確定采用需要系數法確定計算負荷時，首先要知道設備的容量Pe。設備容量與設備的工作制有關，設備容量不一定就是設備銘牌上所標定的額定容量。 因此，當統計設備的安裝容量時， 不能將銘牌上的額定功率直接相加，而應按不同的工作性質將用電設備分組，再將不同負荷持續率下的額定功率換算為統一持續率下的功率，這就是設備容量。 1） 長期連續運行工作制采用長期連續運行工作制的設備工作時間長，連續運行， 絕大多數用電設備都屬于這一類設備， 如風機、泵類、機床、

16、 照明等。 這類設備的設備容量就是設備銘牌上的額定容量。 2） 短時運行工作制采用短時運行工作制的設備工作時間短，停歇時間長， 如船閘電動機、機床中的輔助電動機等，其設備容量按銘牌額定容量計算。 3） 斷續周期工作制繼續周期工作制也稱反復短時工作制，采用這種工作制的設備時而工作，時而停歇，反復運行， 如吊車用電動機、 電焊機等，其設備容量是將所有設備在不同負載持續率下的銘牌額定容量換算到一個統一的負荷持續率下的功率之和。 斷續周期工作制的用電設備常用的有電焊機和吊車電動機。2.2 2.2 按需要系數法確定計算負荷按需要系數法確定計算負荷1. 1. 三相用電設備組計算負荷的確定三相用電設備組計算

17、負荷的確定用電設備組是由工藝性質相同、需要系數相近的用電設備合并組成的。 用電設備組的計算負荷是指用電設備組從供電系統中取用的半小時最大負荷， 其基本公式為 ed30PKP （2.1） Kd為需要系數，反映用電設備組中投入運行的設備性質、 容量、線路損耗、設備效率及操作人員的技能等諸多因素， 是一個綜合系數。用電設備組設備臺數較少時，Kd值適當取大些，如只有12臺設備時，取Kd1。當只有一臺電動機時， P30=PN/, PN為電動機額定容量，為電動機的效率。Pe為用電設備組中各設備容量之和（不包括備用設備）。 在求出有功計算負荷P30后，可按下列各式分別求出無功計算負荷、 視在計算負荷和計算電

18、流。 無功計算負荷為 tan3030PQ（2.2） 式中：tan為對應于用電設備組cos的正切值。視在計算負荷為 cos3030PS（2.3） 式中：cos為用電設備組的平均功率因數。 計算電流為 N30303USI（2.4） 式中:UN為用電設備組的額定電壓。 負荷計算中常用的單位：有功功率為“千瓦”(kW)，無功功率為“千乏”(kvar)，視在功率為“千伏安”(kVA)，電流為“安”(A)， 電壓為“千伏”(kV)。 2 多組用電設備計算負荷的確定多組用電設備計算負荷的確定確定擁有多組用電設備的干線上或車間變電所低壓母線上的計算負荷時，應考慮各組用電設備的最大負荷不同時出現的情況。因此，在

19、確定多組用電設備的計算負荷時，應結合具體情況對其有功負荷和無功負荷分別計入一個同時系數Kp、 Kq，則計算負荷為 ipPKP,3030iqQKQ,303023023030QPSN30303USI（2.5） 以上兩式中的P30,i和Q30, i分別為各組設備的有功和無功計算負荷之和。對車間干線取Kp=0.850.95，Kq=0.900.97；對車間母線取Kp=0.900.95，Kq=0.930.97。 注意：由于各組設備的功率因數不一定相同，因此總的視在計算負荷和計算電流一般不能用各組的視在計算負荷或計算電流之和來計算。此外，在計算多組設備總的計算負荷時，為了簡化和統一，各組的設備臺數不論多少，

20、各組的計算負荷均按供電設計手冊所列的計算系數來計算，而不必考慮設備臺數少而適當增大Kd和cos值的問題。 3 .確定全廠計算負荷的方法確定全廠計算負荷的方法1） 按逐級計算法確定全廠計算負荷從計算低壓用電設備的負荷開始，逐級向電源方向計算， 只需要在每級配電點乘以同時系數Kp、Kq，然后再考慮變壓器的功率損失： T3030T3030QQQPPP （2.6） 式中，為變壓器高、低壓側計算負荷；、為變壓器有功、無功損耗，按經驗估算值為 30303030QPQP 、TPTQ303006. 0015. 0SQSPTT（2.7） 最后確定出工廠總計算負荷。 2） 按不同工廠的需要系數確定全廠計算負荷 首

21、先確定全廠總設備容量，再乘以工廠的需要系數Kd，就得到該廠的計算負荷。 ed30PKP （2.8） 其中查有關工廠需要系數的資料。 3） 按年產量估算工廠計算負荷 按年產量估算工廠計算負荷為 M30TMWP （2.9） 式中，M為工廠年產量；W為單位產品耗電量；TM為工廠年最大有功負荷利用小時數，查有關資料。 2.3 2.3 工廠的功率因數、無功補償及補償后的工廠計算負荷工廠的功率因數、無功補償及補償后的工廠計算負荷 1 工廠常用的幾種功率因數1） 瞬時功率因數瞬時功率因數可由功率因數表直接測量，亦可由功率表、 電流表和電壓表的讀數按下式求出 IUP3cos（2.10） 式中: P為功率表測出

22、的三相功率讀數(kW)；I為電流表測出的線電流讀數(A)；U為電壓表測出的線電壓讀數(kV)。 瞬時功率因數只用來了解和分析工廠或設備在生產過程中無功功率的變化情況，以便采取適當的補償措施。 2） 平均功率因數平均功率因數亦稱加權平均功率因數， 按下式計算 222p11cosqpqpWWWWW（2.11）式中: Wp為某一時間內消耗的有功電能，由有功電度表讀出； Wq為某一時間內消耗的無功電能，由無功電度表讀出。 我國電業部門每月向工業用戶收取電費， 就規定電費要按月平均功率因數的高低來調整。 3） 最大負荷時的功率因數最大負荷時的功率因數指在年最大負荷(即計算負荷)時的功率因數，按下式計算

23、3030cosSP（2.12） 我國電力規程規定：高壓供電的用戶功率因數應達到0.90以上，其它電力用戶功率因數應為0.85以上； 同時還規定，凡功率因數未達到上述規定的，應增添無功補償裝置。 這里所指的功率因數為最大負荷時的功率因數。 2. 2. 無功功率補償無功功率補償 達不到規定的工廠功率因數要求時，則需要考慮人工補償。人工補償最普遍采用的方法是并聯電容器來提高功率因數。 要使功率因數由cos提高到cos，必須裝設的無功補償裝置容量為 )tan(tan303030PQQQC（2.13） 式中，稱為無功補償率，表示要使1kW的有功功率由提高到所需要的無功補償容量kvar值。3 3無功補償后

24、的工廠計算負荷無功補償后的工廠計算負荷 工廠(或車間)裝設了無功補償裝置以后，則在確定補償裝置裝設地點以前的總計算負荷時，應扣除無功補償的容量，即總的無功計算負荷 CQQQ3030（2.15） 補償后總的視在計算負荷 23030230)(CQQPS（2.16） 3 變電所位置及變壓器臺數和容量選擇變電所位置及變壓器臺數和容量選擇 3.1 3.1 變配電所的所址選擇變配電所的所址選擇確定變電所位置時，應考慮以下因素： 盡量接近負荷中心； 進出線方便； 接近電源側； 設備運輸方便； 不應設在有劇烈振動或高溫的場所； 不宜設在多塵或有腐蝕性氣體的場所； 不應設在有爆炸危險環境的正上方或正下方，且不宜

25、設在有火災危險環境的正上方或正下方； 保證供電安全，便于今后發展。 其中，變配電所接近負荷中心是最重要的。 實際上影響變電所位置選擇的因素很多，如廠區建筑、 車間布置、供電部門的要求等，都可能制約變電所位置的選擇。 因此，應結合實際情況，進行技術、經濟比較，選出較為理想的變電所位置。 3.2 3.2 變電所主變壓器臺數和容量的選擇變電所主變壓器臺數和容量的選擇1. 1. 變電所主變壓器臺數的選擇變電所主變壓器臺數的選擇 選擇主變壓器臺數時應考慮下列原則： （1） 應滿足用電負荷對供電可靠性的要求。對供有大量一、二級負荷的變電所，宜采用兩臺變壓器，當一臺變壓器發生故障或檢修時，另一臺變壓器能對一

26、、二級負荷繼續供電。 對只有二級而無一級負荷的變電所，也可以只采用一臺變壓器， 但必須在低壓側敷設與其它變電所相連的聯絡線作為備用電源。 （2）對季節性負荷或晝夜負荷變動較大而宜于采用經濟運行方式的變電所，可考慮采用兩臺變壓器。 2. 2. 變電所主變壓器容量的選擇變電所主變壓器容量的選擇 1) 只裝一臺主變壓器的變電所主變壓器容量ST應滿足全部用電設備總計算負荷S30的需要， 即 30TSS （3.6） 2) 裝有兩臺主變壓器的變電所每臺變壓器的容量ST應同時滿足以下兩個條件： （1） 任一臺變壓器單獨運行時，宜滿足總計算負荷S30的大約6070的需要，即 30T)7 . 06 . 0(SS

27、 （3.7） （2） 任一臺變壓器單獨運行時， 應滿足全部一、 二級負荷S30(+)的需要，即 （3.8） ）（30TSS3) 車間變電所主變壓器單臺容量的選擇車間變電所主變壓器的單臺容量，一方面受到低壓斷路器斷流能力和短路穩定度的限制，另一方面考慮到應使變壓器更接近于車間負荷中心，因此容量一般不宜大于1250kVA。 4 變配電所高低壓一次設備變配電所高低壓一次設備 變配電所中承擔輸送和分配電能任務的電路稱為一次電路或稱主電路(主接線)。一次電路中所有的電氣設備稱為一次設備或一次元件。 一次設備按其功能分為以下幾類： （1） 變換設備，其功能是按電力系統工作的要求來改變電壓或電流，例如電力變

28、壓器、電流互感器、電壓互感器等。 (2) 控制設備，其功能是按電力系統工作的要求來控制一次電路的通、斷，例如各種高低壓開關。 (3) 保護設備，其功能是用來對電力系統進行過電流和過電壓等的保護，例如熔斷器和避雷器等。 (4) 成套設備， 它是按一次電路接線方案的要求，將有關一次設備及二次設備組合為一體的電氣裝置，例如高壓開關柜、 低壓配電屏、 動力和照明配電箱等。 4.1 4.1 高壓一次設備高壓一次設備1. 1. 高壓斷路器高壓斷路器QFQF1) 高壓斷路器的功能高壓斷路器是高壓電器中最重要的設備， 是電力系統一次設備中起控制和保護作用的關鍵電器。高壓斷路器在電網中起兩方面的作用：一是控制作

29、用， 即根據電網運行的需要，將部分電氣設備或線路投入或退出運行；二是保護作用，即在電氣設備或電力線路發生故障時，繼電保護自動裝置發出跳閘信號，起動斷路器，將故障部分設備或線路從電網中迅速切除，確保電網中無故障部分電路的正常運行。 2) 高壓斷路器的分類高壓斷路器一般按滅弧介質的不同分為： (1) 油斷路器，指采用變壓器油作為滅弧介質的斷路器。 它又分為多油斷路器和少油斷路器。多油斷路器的油除了作滅弧介質和觸頭開斷后的絕緣外，還作為帶電部分對地的絕緣。 少油斷路器的油只作為滅弧介質和觸頭開斷后的絕緣，而帶電部分對地絕緣采用瓷件或其他介質。和多油斷路器相比，少油斷路器具有用油量少，體積小，重量輕，

30、運輸安裝方便， 有利于防火等優點。 在610 kV戶內配電裝置中常用的有SN1010型少油斷路器。 (2) 真空斷路器，指采用真空的高絕緣強度來滅弧的斷路器。這種斷路器的動靜觸頭密封在真空泡內，利用真空作為滅弧介質和絕緣介質。它的特點是體積小，壽命長，維修工作量小，主要用于頻繁操作的場所。常用的真空斷路器有ZN1212、 ZN28A12型戶內高壓真空斷路器，其外形如圖4.1所示。 圖4.1 ZN1212型戶內高壓真空斷路器 (3) 六氟化硫(SF6)斷路器，指利用具有優異的絕緣性能和滅弧性能的SF6氣體作為滅弧介質和絕緣介質的斷路器。SF6氣體是無色、無臭、不燃燒、無毒的惰性氣體，它的絕緣能力

31、約高于空氣2.5倍，而滅弧能力則高達百倍。SF6斷路器比少油斷路器串聯斷口要少，可使制造、安裝、調試和運行比較方便和經濟。它的特點是滅弧能力強，絕緣強度高，開斷電流大， 燃弧時間短， 檢修周期長，斷開電容電流或電感電流時無重燃，過電壓低等。SF6斷路器主要用于需頻繁操作及有易燃、 易爆危險的場所，特別用于全封閉組合電器中。常用的SF6斷路器為LN2型。 真空斷路器、六氟化硫斷路器是現在和未來重點發展與使用的斷路器。 2. 2. 隔離開關隔離開關QSQS1) 隔離開關的功能 隔離開關的作用主要有以下三方面： (1) 隔離電源，保證安全。利用隔離開關將高壓電氣裝置中需要檢修的部分與其他帶電部分可靠

32、隔離， 隔離開關斷開后有明顯可見的斷開間隙， 能充分保證人身和設備的安全。 (2) 倒閘操作。隔離開關經常用來進行電力系統運行方式改變時的倒閘操作。例如，當主接線為雙母線時，利用隔離開關將設備或線路從一組母線切換到另一組母線。 特別強調，隔離開關沒有專門的滅弧裝置，在任何情況下，均不能接通或切斷負荷電流和短路電流，并應設法避免可能發生的誤操作。 當隔離開關與斷路器配合操作時，其順序應為：斷電時， 先拉開斷路器，再拉開隔離開關；送電時，先合隔離開關， 再合斷路器。總之，隔離開關與斷路器配合操作時，隔離開關必須在斷路器處于斷開（分閘）位置時才能進行操作。 2) 隔離開關的分類按裝設地點的不同， 隔

33、離開關分為戶內和戶外兩種。 戶內隔離開關（型號為GN）的額定電壓一般在35 kV以下。 工廠供配電系統常用的高壓戶內隔離開關為GN19、 GN22和GN24型等， 其外形如圖4.2所示。 圖4.2 GN2212戶內高壓隔離開關 戶外隔離開關（型號為GW）由于觸頭暴露在大氣中， 工作條件比較惡劣，因而一般要求有較高的絕緣等級和機械強度。戶外隔離開關的額定電壓一般在35 kV以上，常用的有GW435G（D）和GW4110D型。 3. 3. 高壓負荷開關高壓負荷開關QLQL 1) 高壓負荷開關的功能高壓負荷開關具有簡單的滅弧裝置， 因此能通斷一定的負荷電流和過負荷電流。 但它不能斷開短路電流，負荷開

34、關斷開后，與隔離開關一樣， 具有明顯可見的斷開間隙，因此， 它也具有隔離電源、保證安全檢修的功能。 它一般與高壓熔斷器串聯使用，借助熔斷器來進行短路保護。2) 高壓負荷開關的分類高壓負荷開關按安裝地點的不同分為戶內式和戶外式； 按滅弧方式的不同分為產氣式、壓氣式、油浸式、真空式和SF6式。高壓負荷開關目前主要用于10 kV及以下配電系統中， 常用的型號有戶內壓氣式FN210(R)型、FN310(R)型（R表示帶有熔斷器）和戶外產氣式的FW510型等。戶內高壓真空負荷開關ZFN2110的外形如圖4.3所示。 圖4.3 高壓真空負荷開關 4. 4. 高壓熔斷器高壓熔斷器1) 熔斷器的功能 熔斷器F

35、U是最簡單和最早使用的一種保護電器，它串聯在電路中使用，當所在電路短路或過載時，熔斷器自動斷開電路， 使其它電氣設備得到保護。 2) 熔斷器的分類熔斷器按安裝地點不同，分為戶內式和戶外式按電壓的高低，分為高壓熔斷器和低壓熔斷器；按滅弧方式及結構特點的不同，分為瓷插式、封閉填料式和產氣縱吹式等。目前常見的戶內高壓熔斷器有RN1、 RN2、 RN3、 RN5和RN6等管式熔斷器，用于635 kV的戶內配電裝置中， 其外形見圖4.4。 它們均為填充石英砂的限流式熔斷器。 圖4.4 高壓限流式熔斷器 5. 5. 高壓開關柜高壓開關柜高壓開關柜是按一定的線路方案將有關一、 二次設備組裝在一起而形成的一種

36、高壓成套配電裝置， 在發電廠和變配電所中用于控制和保護發電機、變壓器和高壓線路，也可用于大型高壓交流電動機的起動和保護，其中安裝有高壓開關設備、保護電器、監測儀表和母線、絕緣子等。 高壓開關柜內配用的主開關為真空斷路器、SF6斷路器和少油斷路器。目前少油斷路器已逐漸被真空斷路器和SF6斷路器所取代。 4.2 4.2 低壓一次設備低壓一次設備1. 1. 低壓熔斷器低壓熔斷器低壓熔斷器的功能主要是實現低壓配電系統的短路保護， 有的熔斷器也能實現過負荷保護。 2. 2. 低壓刀開關低壓刀開關QKQK低壓刀開關的分類方式很多。 低壓刀開關按其操作方式分，有單投和雙投兩種；按其極數分，有單極、雙極和三極

37、三種；按其滅弧結構分，有不帶滅弧罩和帶滅弧罩兩種。 不帶滅弧罩的刀開關一般只能在無負荷下操作， 作隔離開關使用。 3. 3. 低壓負荷開關低壓負荷開關QLQL低壓負荷開關是由帶滅弧裝置的刀開關與熔斷器串聯組合而成、 外裝封閉式鐵殼或開啟式膠蓋的開關電器。 低壓負荷開關具有帶滅弧罩刀開關和熔斷器的雙重功能， 既可帶負荷操作， 又能進行短路保護。 4. 4. 低壓斷路器低壓斷路器QFQF低壓斷路器又稱低壓自動開關。它既能帶負荷通斷電路，又能在短路、過負荷和低電壓(或失壓)時自動跳閘， 其功能與高壓斷路器類似。 配電用低壓斷路器按保護性能分，有非選擇型和選擇型兩類。非選擇型斷路器一般為瞬時動作，只作

38、短路保護用；也有的為長延時動作，只作過負荷保護用。選擇型斷路器分為兩段保護、三段保護和智能化保護。兩段保護分為瞬時（或短延時）與長延時特性兩段。三段保護分為瞬時、短延時與長延時特性三段。其中瞬時和短延時特性適于短路保護，而長延時特性適于過負荷保護。智能化保護斷路器的脫扣器的微機控制，其保護功能更多，選擇性更好。 配電用低壓斷路器按結構形式分，有塑料外殼式和萬能式兩大類。 塑料外殼式斷路器的外形如圖4.5所示。萬能式斷路器的外形如圖4.6所示。 圖4.5 塑料外殼式斷路器 圖4.6 DW45系列智能型萬能斷路器 5. 5. 低壓配電屏低壓配電屏低壓配電屏是按一定的線路方案將有關一、 二次設備組裝

39、在一起而形成的一種低壓成套配電裝置， 在低壓配電系統中作動力和照明配電之用。低電配電屏的每個柜中分別裝有自動空氣開關、 刀開關、接觸器、 熔斷器、 儀用互感器、 母線以及信號和測量裝置等設備。 低壓配電屏的結構型式，有固定式和抽屜式兩大類，不過抽屜式價格昂貴，一般中小工程多用固定式。表表4.1 常用一次設備的圖形符號和文字符號常用一次設備的圖形符號和文字符號 表表4.1 常用一次設備的圖形符號和文字符號常用一次設備的圖形符號和文字符號 7 電力電容器 C 19 熔斷器式負荷開關 Q 8 有一個二次繞組電流互感器 TA 20 熔斷器式隔離開關 Q 9 具有兩個二次繞組的電流互感器 TA 21 接

40、觸器 K 或 KM 10 電壓互感器 TV 22 電纜終端頭 W 11 三繞組電壓互感器 TV 23 輸電線路 WL 或 L 12 母線 WB 24 接地 5 變配電所的主電路圖變配電所的主電路圖 5.1 5.1 概述概述主電路圖是指變電所中一次設備按照設計要求連接起來，表示供配電系統中電能輸送和分配路線的電路圖，亦稱為主接線圖或一次電路圖。主電路圖一般繪成單線圖，圖中設備用標準的圖形符號和文字符號表示。 主電路圖的形式將影響配電裝置的布局、供電的可靠性、 運行的靈活性以及二次接線、繼電保護等問題。 典型的電氣主電路圖可分為有母線和無母線兩種形式。 有母線主電路圖主要包括單母線接線和雙母線接線

41、方式；無母線主要有橋形接線等方式。 5.2 5.2 電氣主電路圖的基本形式電氣主電路圖的基本形式1. 單母線接線單母線接線 如圖5.1所示，單母線接線的特點是整個配電裝置只有一組母線，所有電源進線和出線都接在同一組母線上。 每一回路均裝有斷路器QF和隔離開關QS。斷路器用于在正常或故障情況下接通與斷開電路，隔離開關當停電檢查斷路器時作為隔離電器隔離電壓。 單母線接線的特點是接線簡單，操作方便，投資少，便于擴建；但可靠性和靈活性較差，當母線和母線隔離開關檢修或故障時，各支路都必須停止工作，當引出線的斷路器檢修時，該支路要停止供電。因此，單母線接線不能滿足不允許停電的重要用戶的供電要求，只適用于不

42、重要負荷的中、小容量的變電所。 圖5.1 單母線接線 2. 2. 單母線分段接線單母線分段接線如圖5.2所示，當引出線數目較多時，為提高供電可靠性，可用斷路器將母線分段，即采用單母線分段接線方式。 正常工作時，分段斷路器可以接通也可以斷開。 如果正常工作時分段斷路器QF是接通的，則當任意段母線故障時，母線繼電保護動作跳開分段斷路器和接至該母線段上的電源斷路器， 這樣非故障母線段仍能工作。 當一個分段母線的電源斷開時， 連接在該母線上的出線可通過分段斷路器QF從另一段母線上得到供電。 如果正常工作時分段斷路器QF是斷開的，則當一段母線故障時，連在故障母線段上的電源斷路器在繼電保護的作用下跳開，非

43、故障母線段仍能照常工作；但當一分段母線的電源斷開時， 連接在該母線上的出線會全部停電。 圖5.2 單母線分段接線 3. 3. 雙母線接線雙母線接線如圖5.3所示，雙母線接線有兩組母線(母線和母線)，兩組母線之間通過母線聯絡斷路器QF(以下簡稱母聯斷路器)連接；每一條引出線和電源支路都經一臺斷路器與兩組母線隔離開關分別接至兩組母線上。 圖5.3 雙母線接線雙母線接線的特點為： (1) 可輪流檢修母線而不影響正常供電。 (2) 檢修任一母線側隔離開關時， 只影響該回路供電。 (3) 工作母線發生故障后， 所有回路短時停電并能迅速恢復供電。 (4) 出線回路斷路器檢修時，該回路要停止工作。 雙母線接

44、線有較高的可靠性，廣泛用于出線帶電抗器的610 kV配電裝置中，當3560 kV配電裝置的出線數超過8回和110 kV配電裝置的出線數為5回及以上時，也采用雙母線接線。 4. 4. 橋形接線橋形接線如圖5.4所示，橋形接線適用于僅有兩臺變壓器和兩條出線的裝置中。橋形接線僅用三臺斷路器，根據橋回路(QF3)的位置不同，可分為內橋和外橋兩種接線方式。橋形接線正常運行時， 三臺斷路器均閉合工作。 圖5.4 橋形接線 (a) 內橋接線； (b) 外橋接線 1) 內橋接線 內橋接線如圖5.4（a）所示，橋回路置于線路斷路器內側(靠變壓器側)，此時線路經斷路器和隔離開關接至橋接點， 構成獨立單元。而變壓器

45、支路只經隔離開關與橋接點相連，是非獨立單元。 內橋接線的特點為： (1) 線路操作方便。如線路發生故障，僅故障線路的斷路器跳閘，其余三回路可繼續工作，并保持相互的聯系。 (2) 正常運行時變壓器操作復雜。如變壓器T1檢修或發生故障，則需斷開斷路器QF1、QF3，使未故障線路L1供電受到影響，需經倒閘操作，拉開隔離開關QS1后，再閉合QF1、QF3才能恢復線路L1工作， 這將造成該側線路的短時停電。 (3) 橋回路故障或檢修時全廠分列為兩部分，使兩個單元之間失去聯系；同時，出線斷路器故障或檢修時，造成該回路停電。 內橋接線適用于較小容量的發電廠，對一、二級負荷供電，并且變壓器不需要經常切換運行或

46、線路較長、故障率高的變電所。 2) 外橋接線如圖5.4（b）所示，橋回路置于線路斷路器外側(遠離變壓器側)，此時變壓器經斷路器和隔離開關接至橋接點，構成獨立單元；而線路支路只經隔離開關與橋接點相連，是非獨立單元。 外橋接線的特點為： (1) 變壓器操作方便。當變壓器發生故障時，僅故障變壓器回路的斷路器自動跳閘，其余三回路可繼續工作，并保持相互的聯系。 (2) 線路投入與切除時，操作復雜。當線路檢修或發生故障時，需斷開兩臺斷路器，并使該側變壓器停止運行，需經倒閘操作恢復變壓器工作，這會造成變壓器短時停電。 (3) 當橋回路發生故障或檢修時全廠分列為兩部分，使兩個單元之間失去聯系。當出線側斷路器發

47、生故障或檢修時， 造成該側變壓器停電。 外橋接線適用于容量較小的發電廠，對一、二級負荷供電，并且線路較短、故障率小或變壓器需要經常切換的變電所。 5.3 車間（或小型工廠）變電所的主電路圖車間（或小型工廠）變電所的主電路圖 1. 只裝有一臺主變壓器的小型變電所只裝有一臺主變壓器的小型變電所主電路圖主電路圖只有一臺主變壓器的小型變電所， 其高壓側一般采用無母線接線。高壓側采用隔離開關斷路器的變電所主電路如圖5.5所示。這種主電路由于采用了高壓斷路器，因而變電所的停、送電操作十分靈活方便。同時，高壓斷路器都配有繼電保護裝置，在變電所發生短路和過負荷時均能自動跳閘。由于只有一路電源進線，因而此種接線

48、一般只用于三級負荷； 如果變電所低壓側有聯絡線與其它變電所相連，則可用于二級負荷。圖5.5 高壓側采用隔離開關斷路器的變電所主電路 2. 2. 裝有兩臺主變壓器的小型變電所主電路圖裝有兩臺主變壓器的小型變電所主電路圖高壓側無母線、低壓側單母線分段的變電所主電路如圖5.6所示。這種主電路的供電可靠性較高。當任一主變壓器或任一電源線停電檢修或發生故障時，該變電所通過閉合低壓母線分段開關，即可迅速恢復對整個變電所的供電。這種主電路可供一、二級負荷。 圖5.6 高壓側單母線、低壓側單母線分段的變電所主電路如圖5.7所示。這種主電路適用于裝有兩臺及以上主變壓器或具有多路高壓出線的變電所，其供電可靠性也較

49、高。當任一主變壓器檢修或發生故障時，通過切換操作，可很快恢復整個變電所的供電，此電路可供二、三級負荷；有聯絡線時，可供一、 二級負荷。 圖5.75.4 5.4 總降壓變電所主電路圖總降壓變電所主電路圖對于電源進線電壓為35 kV及以上的大、中型工廠，通常先經工廠總降壓變電所將電壓降為610 kV的高壓配電電壓， 然后經車間變電所降為一般用電設備所需的電壓(如220 V/380 V)。工廠總降壓變電所一般設變壓器12臺，電源進線12回，電壓為35110 kV/610 kV。 1. 1. 一次側采用橋形接線、一次側采用橋形接線、 二次側采用單母線分段的總降二次側采用單母線分段的總降壓變電所主電路壓

50、變電所主電路一次側采用橋形接線、二次側采用單母線分段的總降壓變電所主電路如圖5.8所示。在這種主電路中，一次側的高壓斷路器QF10跨接在兩路電源進線之間，內橋形接線斷路器處在線路斷路器QF11和QF12的內側，靠近變壓器；外橋形接線斷路器處在線路斷路器QF11和QF12的外側，靠近電源方向。這種主電路的運行靈活性較好，供電可靠性較高， 適用于一、二級負荷的工廠。 圖5.8 一次側采用內橋形接線、二次側采用單母線分段的 總降壓變電所主電路 2. 2. 一次、一次、 二次側均采用單母線分段的總降壓變電所主二次側均采用單母線分段的總降壓變電所主電路電路一、 二次側均采用單母線分段的總降壓變電所主電路

51、如圖5.9所示， 這種主電路兼有上述橋式接線運行靈活的優點， 但所用高壓開關設備較多， 可供一、 二級負荷， 適于一、 二次側進出線較多的總降壓變電所。 圖5.9 一、 二次側均采用單母線分段的總降壓變電所主電路 6 低壓供配電線路的接線方式低壓供配電線路的接線方式 6.1 6.1 放射式接線放射式接線圖6.1所示為低壓放射式接線。此接線方式由變壓器低壓母線上引出若干條回路，再分別配電給各配電箱或用電設備。 放射式接線的特點是：供電線路獨立，引出線發生故障時互不影響， 供電可靠性較高，但是一般情況下有色金屬消耗量較多， 采用的開關設備也較多。放射式接線多用于設備容量大或對供電可靠性要求較高的場

52、合，例如大型消防泵、電熱器、 生活水泵和中央空調的冷凍機組等。 圖6.1 低壓放射式接線6.2 6.2 樹干式接線樹干式接線圖6.2所示為兩種常見的低壓樹干式接線。樹干式接線從變電所低壓母線上引出干線，沿干線再引出若干條支線， 然后再引至各用電設備。 樹干式接線的特點正好與放射式接線相反。一般情況下，樹干式接線采用的開關設備較少，有色金屬消耗量也較少，但干線發生故障時的影響范圍大，因此供電可靠性較低。樹干式接線在機械加工車間、工具車間和機修車間中應用比較普遍，而且多采用成套的封閉型母線，使用靈活、方便，也比較安全，很適于供電給容量較小而分布較均勻的用電設備，如機床、小型加熱爐等。圖6.2(b)

53、所示的“變壓器干線組”接線還省去了變電所低壓側的整套低壓配電裝置， 從而使變電所結構大為簡化， 投資大為降低。 圖6.2 低壓樹干式接線(a) 低壓母線放射式接線；(b) “變壓器干線組”接線 圖6.3(a)和(b)所示為一種變形的樹干式接線，通常稱為鏈式接線。鏈式接線的特點與樹干式基本相同，適于用電設備彼此相距很近而容量均較小的次要用電設備。鏈式相連的設備一般不超過5臺； 鏈式相連的配電箱不宜超過3臺，且總容量不宜超過10 kW。 圖6.3 低壓鏈式接線(a) 連接配電箱； (b) 連接電動機 6.3 6.3 環形接線環形接線圖6.4所示為由一臺變壓器供電的低壓環形接線方式。 環形接線實質上

54、是兩端供電的樹干式接線方式的改進型。 一個工廠內的一些車間變電所低壓側也可以通過低壓聯絡線相互連接成為環形。環形接線供電可靠性較高，任一段上的線路發生故障或檢修時，都不致造成供電中斷；或只短時停電， 一但切換電源的操作完成，即能恢復供電。環形接線可使電能損耗和電壓損耗減少，但是環形系統的保護裝置及其整定配合比較復雜，如配合不當，容易發生誤動作， 反而會擴大故障停電范圍。 圖6.4 低壓環形接線 7 工廠供電系統的防雷與接地工廠供電系統的防雷與接地 7.1 7.1 工廠的防雷保護工廠的防雷保護1. 1. 雷電的危害雷電的危害雷電的破壞作用主要是雷電流引起的。雷電流是一種幅值很大、陡度很高的沖擊波

55、電流。 由雷電產生的過電壓， 其電壓幅值可高達上億伏，電流幅值可高達幾十萬安培，對工廠供電系統、 生產設備和建筑物都會造成很大危害。雷電所造成的危害主要通過直擊雷、 感應雷和雷電波侵入來實現。 (1) 直擊雷又稱為直接雷擊，指雷電直接擊在地面建筑物、供配電網絡及設備上，其過電壓引起強大的雷電流并通過這些物體燒毀或造成機械破壞。 (2) 感應雷是指雷電對設備、線路或其它物體的靜電感應所引起的過電壓現象。它會造成室內電線、金屬管道、設備的空隙之間發生放電現象，引起火災、爆炸并危及人身安全。 (3) 雷電波侵入。當雷云出現在架空線上方時，在線路上因靜電感應而聚集有大量異性等量的束縛電荷。雷云向其它地

56、方放電后，線路上的束縛電荷被釋放成為自由電荷向線路兩端行進，形成很高的過電壓。這個高電壓沿著架空線路、金屬管道侵入室內，有可能擊穿設備絕緣而損壞設備。 2. 2. 防雷裝置防雷裝置防直擊雷采取的措施是引導雷云與避雷裝置之間放電， 使雷電流迅速泄入大地，從而保護建(構)筑物免受雷擊。防直擊雷的避雷裝置有避雷針、避雷帶、避雷網、避雷線等。 防止由于雷電感應在建筑物上聚集電荷的方法是在建筑物上設置收集并泄放電荷的裝置，如避雷帶、 避雷網。 防止建筑物內金屬物上雷電感應的方法是將金屬設備、 管道等金屬物均通過接地裝置與大地作可靠的連接， 以便將雷電感應電荷立即引入大地，避免雷害。防止雷電波沿供電線路侵

57、入建筑物內行之有效的方法是利用避雷器將雷電波引入大地， 以免危及電氣設備。 3. 3. 變配電所的防雷措施變配電所的防雷措施1） 裝設避雷針室外配電裝置應裝設避雷針來防護直接雷擊。 2） 高壓側裝設避雷器高壓側裝設避雷器主要用來保護主變壓器，以免雷電沖擊波沿高壓線路侵入變電所，損壞變電所的關鍵設備。為此， 要求避雷器應盡量靠近主變壓器，安裝避雷器的接地端應與變壓器低壓側中性點及金屬外殼等連接在一起接地，如圖7.1所示。 圖7.1 高壓配電裝置中避雷器的裝設 3） 低壓側裝設避雷器這種防雷措施主要用在多雷區，用來防止雷電波沿低壓線路侵入而擊穿電力變壓器的絕緣。當變壓器低壓側中性點不接地時，其中性

58、點可裝設閥式避雷器或金屬氧化物避雷器作保護間隙。 7.2 7.2 接地保護接地保護1. 1. 接地的概念接地的概念電氣設備的某部分與土壤之間作良好的電氣連接，稱之為接地。埋入地中并直接與大地接觸的金屬導體稱為接地體， 連接接地體和電氣設備接地部分的導線稱為接地線。接地線和接地體合稱為接地裝置。 2. 2. 接地的種類接地的種類 工廠供電系統和電氣設備的接地按其功能分為工作接地、 保護接地以及重復接地三大類。 1） 工作接地工作接地是為了電力系統和用電設備正常工作而進行的接地, 如變壓器、發電機、中性點接地以及防雷接地等都屬該類接地。 2） 保護接地保護接地是為了人身安全、防止間接觸電而對設備的外露可導電部分進行的接地，如設備外殼的直接接地，電流、電壓互感器二次線圈的接地以及配電屏、控制柜框架的接地等。 我國220/380 V低壓配電系統采用的是中性點直接接地運行方式，引出中性線N、保護線PE和保護中性線PEN。中性線N的作用是用來接單相設備，傳導三相系統不平衡電流和單相電流并減少中性點偏移；保護線PE的作用是將設備外殼、外露可導電部分連接到電源的接地點去，當設備發生單相接地故障時形成單相短路，使設備或系統的保護裝置動作，切除故障設備， 保護人身安全；PEN