供配电系统运行与维护(第二版)
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项目一 供配电系统认知

任务 认识供配电系统

任务概述

电力系统是将发电厂、变电站、电力线路和用电设备联系在一起组成的一个发电、输电、变电、配电和用电的整体。为建立电力系统的整体概念,本次任务组织学生到学校周边地区的火电厂、变电所、大型工厂企业配电室、开关厂、学院配电房等现场参观,以便对电力系统的发电、变电、配电、用电等不同环节有一个感性认识,熟悉供配电系统的组成、额定电压、中性点的运行方式,了解供配电系统的基本概念和基本要求,区分供配电系统的电气一、二次设备,为后面课程的开展奠定基础。要求学生在参观过程中做好参观记录,参观结束后提交一份参观总结报告。

相关知识

当前我国经济建设飞速发展,作为先行工业的电力系统,其建设步伐异常迅猛。随着三峡电厂的建成,我国电网将以三峡为中心,连接华中、华东、川渝的大规模中部电网;初步形成以华北电网为中心,包括西北、东北、山东的大规模北部电网;南方电网也将随着龙滩、小湾水电站及贵州煤电基地的开发,进一步加强我国南部电网的结构,增加云南外送的电力,最终形成全国统一的特大规模电网。作为电力系统从业技术人员,通过对供配电系统基础知识的学习,要求了解国内外供配电技术的发展概况及电力系统的组成,熟悉电力系统的相关基本概念,了解电力系统的运行特点,熟悉供电质量及其改善措施,掌握电力用户供配电电压的选择,熟悉工厂供配电系统的基本结构组成。

一、我国电力工业发展概况及电力系统的组成

1.我国电力工业发展概况

众所周知,电能已广泛用于现代工业、农业、交通运输、科学技术、国防建设及社会生活等方方面面,人们的工作和生活离不开电能。电力工业作为电能生产和建设行业,在国民经济中具有极其重要的地位。电力工业是先行工业和基础工业,国家发展必须优先发展电力工业。电力工业的发展水平是国家经济发展水平的标志,是衡量一个国家综合国力强弱的重要尺码。

1949年以来,我国发电工业取得了快速发展,取得了辉煌的成就:目前全国已有东北、华北、华东、华中、西北、南方、川渝等多个跨省电网,全国总装机容量达到15.6亿千瓦,年发电量达6万亿千瓦时,居世界第二位,仅次于美国。现在,我国已经进入了大机组、大电厂、大电网、超高压、远距离输电发展的新时期,先进的计算机技术、网络技术、控制技术和通信技术已普遍应用于电力系统,输变电设备正在向数字化、智能化、信息化、自动化方向发展。

然而,由于我国大部分能源资源分布在西部地区,而东部沿海地区经济发达,电力负荷增长迅速,电力供需矛盾突出,所以在新形势下,加强电网建设、拓展电力市场、提高电力工业的整体效益刻不容缓。另外,由于能源危机日益紧迫,在能源开发方面,必须由化石能源发电逐步向开发新能源发电方向转变,这是新时代的历史使命。

2.电力系统的结构和组成

电能是由发电厂生产的,但发电厂往往距离城市和工业中心很远,因此电能必须经过线路才能输送到城市和工业企业。为了减少输电的电能损耗,输送电能时要升压,采用高压输电线路将电能输送给用户,同时为了满足用户对电压的要求,输送到用户之后不但要经过降压,而且还要合理地将电能分配到用户的各个用电设备。

为了提高供电的可靠性和经济性,将分散于各地的众多发电厂用电力网连接起来并联工作,以期实现大容量、远距离的输送电能。这种将发电机、升压变电站、高压输电网、降压变电站、高压配电网和用户连接在一起构成的统一整体就是电力系统,用于实现完整的发电、输电、变电、配电和用电。如图1-1所示为电力系统组成示意图,如图1-2所示为电力系统结构图。

图1-1 电力系统组成示意图

图1-2 电力系统结构图

由电力系统加上发电厂动力装置构成的整体称作动力系统。其中,由各类升压变电所、输电线路、降压变电所组成的电能传输和分配的网络称为电力网。电力网按其功能的不同可分为输电网和配电网:输电网的电压等级一般在110kV以上,是输送电能的通道;配电网的电压等级一般在110kV及以下,是分配电能的通道。随着电力系统规模的扩大,配电网的电压等级将逐步相应地提高。按供电范围的大小和电压等级的高低,电力网还可分为地方电力网、区域电力网和超高压输电网3种类型。一般情况下,地方电力网的电压不超过35kV,区域电力网的电压为110~220kV,电压为330kV及以上的为超高压远距离输电网。

3.电力系统运行的特点

电力系统是一个有机的整体,电力系统中任何一个主要设备运行情况的改变,都将影响整个电力系统的正常运行。

发电厂发出的交流电不能直接储存,决定了电能的生产、输送、分配和使用必须同时进行,而且要保持动态平衡。由于能量的转换是以功率的形式表现出来的,所以要时刻保持电力系统有功功率和无功功率的平衡。

有功功率平衡:发电厂发出的有功功率,扣除厂用电和网损之后,要与用户消耗的有功功率完全相等。如果发出的有功功率多了,系统的频率就会升高;反之就会降低。我国规定频率标准为50Hz、装机容量在3GW以上的电网,频率偏差不得超过±0.2Hz。

无功功率平衡:无功功率产生于“容性装置”中(如发电机、调相机、电力电容器及高压输电线路的充电电容),消耗在“感性装置”中(异步电动机、电抗器、输电线路的电抗等)。无功功率的平衡体现在电压水平上,无功过剩电压升高,无功不足电压降低。电压过高、过低都会对电气设备和电力系统自身的安全产生很大的危害。无功严重不足时还能造成“电压崩溃”使局部电网瓦解。

电力系统的运行状态是不断变化的动态,除了设备的计划停送电外,异常和事故对系统的冲击是随机的;正常情况下电力系统的负荷和机组功率的变化也是随机的。

电力系统负荷变化的随机性:电力系统的总负荷是由千千万万个电能用户的用电负荷叠加起来构成的。在高峰(上午和晚上)和低谷(中午和夜间)之间,负荷之差可达最大负荷的30%~50%。

发电机的功率不是固定不变的,有时需要人为调整。当频率波动时机组在调整器的作用下功率会有摆动,在主机异常或辅机故障时机组功率也会出现大幅度下降等。

由于电力系统的上述随机变化,电力系统要求各级调度部门必须运用一切手段不断进行调节和控制,以维持电力系统的电力平衡,保证电力系统的频率和中枢点电压合格。

二、发电厂、变电所的类型

1.发电厂的类型

电能是由一次能源转换而得到的,所以发电厂的类型一般根据一次能源来分类,主要有以下几种。

(1)火电厂

火电厂是以煤、石油、天然气为燃料,燃料燃烧时的化学能被转换成热能,再借助汽轮机等热力机械将热能转换成机械能,再由同轴连接的发电机将机械能转换成电能。

火电厂又分为凝汽式电厂和热电厂两种类型。凝汽式电厂仅向用户供出电能。我国多数凝汽式电厂一般建在各煤矿、煤炭基地及附近,或建在铁路交通便利的地方,这类火电厂发出来的电能,通过高压输电线路送到负荷中心。

热电厂不仅向用户供电,同时还向用户供热。由于供热距离不宜太远,所以热电厂多建在城市和用户附近。热电机组的发电功率与热力用户的用热有关,用热量多时热电机组相应多发电,用热少时热电机组发出的电能相应减少。

(2)水电厂

水力发电厂简称水电厂,也称水电站,是将水的位能和势能转变为电能的工厂。水电厂的生产过程是:用拦河大坝拦截水流形成高水位,再用压力水管将水流引入水轮机蜗壳,推动水轮机转动,将水的位能转换为机械能,由水轮机带动发电机旋转,于是机械能就可转换成电能,做过功的水,经过尾水管再往下游排泄。

(3)核电厂

核电厂是利用核能发电的工厂,其发电过程与火电厂发电过程相似,它利用原子能反应堆代替火电厂的锅炉,原子反应堆中的核燃料不断发生裂变产生热能,利用这种热能产生高温、高压蒸汽,蒸汽被送到汽轮机中,推动与汽轮机同轴的发电机运转发出电能。

核电站的主要优点是:可以大量节省煤炭、石油、天然气等燃料,有利于减少二氧化硫及灰尘等有害物质对城市的污染。

(4)其他发电厂

除了以上三种主要的能源用于发电外,还有其他形式的一次能源被用来发电,如风力发电、太阳能发电、潮汐发电、地热发电等,这些统称为新能源,目前正在广泛开发中。

图1-3所示为几种典型的发电厂。

图1-3 典型发电厂的外貌

2.变电所的类型

发电厂通常建立在距离一次能源丰富或传输便利的地域,与电能用户有一定的距离。为了经济、可靠、快速地把电能从发电厂输送至用户,必须经过变电所升高电压,因此,升压变电所一般安装在发电厂中,不另设变电所。由于高压危险,距离用户较近时还必须把传送的高压降低,电网中的降压变电所的作用就是在传递电能的同时降低电压。所以,变电所是汇集电源、升降电压和分配电力的场所,是联系发电厂和用户的中间环节,如图1-4所示。

图1-4 变电所

电力网中的变电所除了有升压、降压的分类方法外,还可按它们在电力系统的地位和作用分为系统枢纽变电所、地区变电所、工厂企业变电所以及终端变电所等。

(1)枢纽变电所

枢纽变电所位于电力系统的枢纽点,汇集多个大电源和多条重要线路,在电力系统中具有极其重要的地位。高压侧多为330kV以上,变电容量大;全站停电后将造成大面积停电,或系统瓦解,枢纽变电所对电力系统运行的稳定性和可靠性起着重要作用。

(2)地区变电所

地区变电所是供电给一个地区的主要供电点。一般从2~3个输电线路受电,受电电压通常为110~220kV,供电给中低压下一级变电所。

(3)工厂企业变电所

工厂企业变电所是专供电给某工厂企业用电的降压变电所,受电电压可以是220kV、110kV或35kV及10kV,因工厂企业大小而异。

(4)终端变电所

为了提高系统的供电质量,终端变电所一般建设在负荷中心,尽可能靠近用电多的地方,高压侧引入线10~110kV经降压后向用户供电。

三、电力系统中性点运行方式

电力系统的中心点是指三相绕组做星形连接的变压器和发电机的中性点。电力系统中性点与大地之间的电气连接方式,称为电力系统中性点运行方式。在电力系统中,中性点的运行方式有:中性点不接地、中性点经消弧线圈接地和中性点直接接地3种。前两种接地系统称为小接地系统,后一种接地系统又称为大接地系统。

1.中性点不接地的三相系统

(1)正常运行情况

中性点不接地系统正常运行时,电力系统的三相导线之间及各相对地之间,沿导线全长都分布有电容,这些电容在电压作用下将有附加的电容电流通过。为了便于分析,可认为三相系统是对称的,对地电容电流可用集中于线路中央的电容来代替,相间电容可不予考虑。

系统正常运行时,电源三相相电压分别为,是对称的,如图1-5所示。此时各相对地分布电压为相电压,三相对地电容电流分别为也是对称的,中性点N点的电位为零。

图1-5 中性点不接地系统正常运行

(2)单相接地故障

当中性点不接地系统由于绝缘损坏发生单相接地故障时,各相对地电压和电容电流的情况将发生明显变化。下面以金属性接地故障为例进行分析,中性点不接地系统单相接地情况如图1-6所示。

图1-6 中性点不接地系统发生单相接地故障

金属性接地又称完全接地。设C相在k点发生单相接地,此时C相对地电压为零。而中性点对地电压不再为零。

'N=-   (1-1)

A相对地电压为

'A=-=   (1-2)

B相对地电压为

'B=-=   (1-3)

经分析可知,中性点不接地系统发生单相接地故障时,系统的3个线电压无论其相位和大小均保持不变,系统中所有设备仍可照常运行,故允许其继续运行2h。

而非故障相对地电压升高到原来相电压的倍,变为线电压,因此这种系统的设备相绝缘,不能只按相电压来考虑,而要按线电压来考虑。

另外,非故障相对地电压的升高,又造成对地电容电流相应增大,各相对地电容电流分别升至为'AC'BC'CC,C相在k点的对地短路电流为,C相的线路阻抗为Xc,而'CC=0,则

=-('AC+'BC)   (1-4)

'AC===   (1-5)

='AC=3   (1-6)

结论:单相接地时流过接地点的电流为正常运行的每相对地电容电流的3倍,会引起电弧,此电弧的强弱与接地电流的大小成正比。

(3)适用范围

当线路不长,电压不高时,接地点的电流数值较小,电弧一般能自动熄灭。特别是在35kV及以下的系统中,绝缘方面的投资增加不多,而供电可靠性较高的优点比较突出,中性点宜采用不接地方式。

目前,我国中性点不接地系统的适用范围有以下几种。

① 电压等级在500V以下的三相三线制系统;

② 3~10kV系统接地电流小于或等于30A时;

③ 20~35kV系统接地电流小于或等于10A时;

④ 与发电机有直接电气联系的3~20kV系统,如要求发电机带单相接地故障运行,则接地电流小于或等于5A时。

2.中性点经消弧线圈接地方式的三相系统

在中性点不接地系统中发生单相接地时,如果接地电流较大,将会在接地点产生断续电弧,这就可能使线路发生谐振过电压现象。为了克服这个缺点,可将电力系统的中性点经消弧线圈单相接地,如图1-7所示。

图1-7 中性点经消弧线圈接地系统单相接地

消弧线圈实际上是一种带有铁芯的电感线圈,其电阻很小,感抗很大,其铁芯柱有很多间隙,以避免磁饱和,使消弧线圈有一个稳定的电抗值。系统正常运行时,中性点电位为零,没有电流流过消弧线圈。

当系统发生单相接地(设C相)短路故障时,C相对短路电流为,流过消弧线圈的电流为,且             +'AC+'BC-=0

因此

=-('AC+'BC

由此可知,单相接地短路电流是电感电流与其他两相对地电容电流之差,选择适当大小消弧线圈电感L,可使值减小。

中性点采用经消弧线圈接地方式,就是在系统发生单相接地故障时,消弧线圈产生的电感电流补偿单相接地电容电流,以使通过接地点电流减少能自动灭弧。消弧线圈接地方式在技术上不仅拥有了中性点不接地系统的所有优点,而且还避免了单相故障可能发展为两相或多相故障,产生过电压损坏电气设备绝缘和烧毁电压互感器等危害。 

在各级电压网络中,当单相接地故障时,通过故障点的总的电容电流超过下列数值时,必须尽快安装消弧线圈。

① 对3~6kV电网,故障点总电容电流超过30A;

② 对10kV电网,故障点总电容电流超过20A;

③ 对22~66kV电网,故障点总电容电流超过10A。

3.中性点直接接地的三相系统

中性点直接接地的系统称为大接地电流系统,如图1-8所示。

图1-8 中性点直接接地的系统

这种系统正常运行时,由于三相系统对称,中性点的电压为零,中性点没有电流流过。当发生单相接地时,由于接地相直接通过大地与电源构成单相回路,故称这种故障为单相短路。单相短路电流Ik非常大,必须通过继电保护装置立即动作,使断路器断开,切除故障部分,以防止Ik造成更大的伤害。如果故障是瞬时的,可利用重合闸恢复正常运行。

目前我国电压为110kV及以上的电力系统,广泛采用中性点直接接地的运行方式。

四、低压配电系统的接地方式

我国380V/220V低压配电系统广泛采用中性点直接接地的运行方式,而且引出有中性线(N线),保护线(PE线),或保护中性线(PEN线)。电气设备在使用时必须采用接地或接零的保护措施,故低压配电系统就可分为TN系统,TT系统和IT系统。

1.TN系统

TN系统的中性点直接接地,所有设备的外露可导电部分均接公共的保护线(PE线)或保护中性线(PEN线),这种保护方式称为“保护接零”。TN系统又分为TN-C系统(N线与PE线全部合并)、TN-S系统(N线与PE线全部分开)、TN-C-S系统(N线与PE线前一部分合并,后一部分分开),如图1-9所示。

图1-9 低压配电系统的TN系统

2.TT系统

TT系统中所有设备的外露可导电部分,均各自经PE线单独接地,如图1-10所示。

图1-10 低压配电的TT系统

3.IT系统

IT系统中所有设备的外露可导电部分,也都各自经PE线单独接地,如图1-11所示。它与TT系统不同的是,其电源中性点不接地或经高阻抗接地,且通常不引出中性线。

图1-11 低压配电的IT系统

五、电力系统的供电质量及其改进措施

1.供配电的电能质量

供电电能的质量是以电压、频率和波形来衡量的。

(1)电压

电力系统要求电压稳定在其额定电压下。这是因为,如果电网电压偏差过大,不仅影响电力系统的正常运行,而且对用电设备的危害也很大。对照明负荷来说,白炽灯对电压的变化是敏感的。当电压降低时,白炽灯的发光效率会急剧下降;当电压上升时,白炽灯的使用寿命将大为缩短。对异步电动机而言,最大转矩与其端电压的平方成正比。当端电压下降时,转矩急剧减小,以致转差率增大,从而使得定子、转子电流都显著增大,引起电动机的温度上升,加速绝缘的老化,甚至可能烧毁电动机。同时,转矩减小会使电动机转速降低,甚至停转,导致工厂产生废品,甚至导致重大事故。

电压偏差:以电压实际值与额定值之差ΔU对额定电压的百分值ΔU%来表示的,即

ΔU%=×100%   (1-7)

在电力系统正常情况下,供电企业供到用户受电端的供电电压允许偏差见表1-1。

表1-1 电压的允许变化范围  

(2)频率

我国规定的电力系统的额定频率为50Hz,电网装机容量为300万千瓦以上时,供电频率允许偏差为±0.2Hz;电网装机容量为300万千瓦以下时,供电频率允许偏差为±0.5Hz;在电力系统非正常情况下,供电频率允许偏差不应超过±1.0Hz。

(3)波形

通常,要求电力系统给用户供电的电压及电流的波形为标准的正弦波。为此,首先要求发电机发出符合标准的正弦波形电压。其次,在电能输送和分配过程中不应使波形产生畸变。电压波形的畸变程度用电压正弦波畸变率来衡量,也称为电压谐波畸变率,要求其畸变率小于3%。

2.提高电能质量的措施

电能质量的改善,在工矿企业中通常采用以下措施。

① 就地进行无功功率补偿,及时调整无功功率补偿量。

② 调整同步电动机的励磁电流,使其超前或滞后运行,产生超前或滞后的无功功率,以达到改善系统功率因数和调整电压偏差的目的。

③ 正确选择有载或无载调压变压器的分接头(开关),以保证设备端电压稳定。

④ 尽量使系统的三相负荷平衡,以降低电压偏差。

⑤ 采用电抗值最小的高低压配电线路方案。架空线路的电抗约为0.4Ω/km;电缆线路的电抗约为0.08Ω/km。条件许可下,应尽量优先采用电缆线路供电。

六、供配电电压的选择

工厂供配电电压的高低,对电能质量及降低电能损耗均有重大的影响。在输送功率一定的情况下,若提高供电电压,就能减少电能损耗,提高用户端电压质量。但从另一方面讲,电压等级越高,对设备的绝缘性能要求随之增高,投资费用相应增加。因此,供配电电压的选择主要取决于用电负荷的大小和供电距离的长短。各级电压电力网的经济输送距离的参考值见表1-2。

表1-2 各级电压电力网的经济输送容量与输送距离  

1.供配电系统电力变压器的额定电压

① 电力变压器连接于线路上时,其一次绕组的额定电压应与配电网的额定电压相同,高于供电电网额定电压5%。

② 电力变压器的二次绕组额定电压是指变压器的一次绕组施加额定电压,而二次绕组开路时的空载电压。考虑到变压器在满载运行时,二次绕组内约有5%的电压降,另外二次侧供电线路较长等原因,变压器的二次绕组端电压应高于供电电网电压10%,其中5%用来补偿变压器峰荷时绕组内部的压降,另外的5%用于补偿变压器二次绕组连接的配电线路的电压损耗。

2.电压等级划分及适用范围

(1)高、低压的划分

我国现在统一以1000V为界限将电压划分为低压和高压2种电压等级。

低压——指额定电压在1000V以下者;

高压——指额定电压在1000V以上者。

另外,也可划分为低压、中压、高压、超高压、特高压4种电压等级。

低压——指额定电压在1000V以下者;

中压——指额定电压在1000V~10kV者;

高压——指额定电压在35~220kV者;

超高压——指额定电压在330~500kV者;

特高压——指额定电压在1000kV以上者。

(2)电压的适用范围

220kV及其以下电压为输电电压,用来完成电能的远距离输送。

110kV及以下电压,一般为配电电压,完成对电能进行降压处理并按一定的方式分配至电能用户。35~110kV配电网为高压配电网,10~35kV配电网为中压配电网,1kV以下为低压配电网。3kV、6kV、10kV是工矿企业高压电气设备的供电电压。

供配电系统中的所有设备,都是在一定的电压和频率下工作的,为使供配电设备实现生产标准化、系列化,供配电系统中的电力变压器、电力线路及各种供配电设备,均按规定的额定电压进行设计和制造,电气设备长期在额定电压下运行,其技术与经济指标最佳。

3.企业对配电电压的选择

工矿企业的生产、国民经济建设发展使用的电能,一般都取自于电力网输送来的电能,经过配电设备后,馈电分布给各个用户。因此,配电所或配电设置实际上起着电力“转运站”的作用,它上连电源,下接成千上万的电能用户,起着承上启下的枢纽作用。

我国大型工矿企业供配电系统的配电电压应根据用电容量、用电设备特性、供电距离、供电线路的回路数、当地公共电网现状及发展规划等因素,经技术经济比较后确定。用户对配电电压的选择,一般规律是用户所需的功率大,供配电电压等级应相应提高;输电线路越长,供配电电压等级要求也越高,以降低线路电压损耗;供电线路的回路数多,通常考虑降低供配电电压等级;用电设备中若波动负荷多,宜由容量大的电网供电,以提高配电电压等级。这些规律仅是从用户配电角度考虑的,权衡这些规律选择配电电压等级,还要看用户所在地的电网能否方便和经济地提供用户所需要的电压。

工矿企业用户的供配电电压有高压和低压两种,高压供电通常指6~10kV及以上的电压等级。中、小型企业通常采用6~10kV的电压等级,当6kV用电设备的总容量较大,选用6kV就比较经济合理;对大型工厂,宜采用35~110kV电压等级,以节约电能和投资。低压供配电是指采用1kV及以下的电压等级。大多数低压用户采用380V/220V的电压等级,在某些特殊场合,例如矿井下,因用电负荷往往离变配电所较远,为保证远端负荷的电压水平,要采用660V电压等级。

目前提倡提高低压供配电的电压等级,目的是减少线路的电压损耗,保证远端负荷的电压水平,减小导线截面积和线路投资,增大供配电半径,减少变配电点,简化供配电系统。因此,提高低压供配电的电压等级有其明显的经济效益,也是节电的一项有效措施,在世界上已经成为一种发展趋势。

七、工厂供配电系统的构成及布置

工厂供配电系统是指企业所需的电力能源从进入企业到分配至所有用电设备终端的整个电路组成。工厂供配电系统一般包括工厂总降压变电所、高压配电线路、车间变配电所、低压配电线路及用电设备等环节,如图1-12所示。

图1-12 工厂供配电系统

根据用户对供配电系统的基本要求,合理选择和布置工厂供配电系统的电气设备、继电保护、控制方式和测量仪表,可最大限度地提高供配电系统运行的经济性和可靠性。

1.工厂供配电系统的构成

(1)工厂供配电系统的负荷

供配电系统的负荷,按其对供电可靠性的要求,通常分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三类负荷。

Ⅰ类负荷:若对此类负荷停电,将会造成人身伤亡、重大设备损坏等严重事故,破坏生产秩序,给国民经济带来极大损失或造成重大的政治影响。因此要求Ⅰ类负荷由两个独立的电源供电,而对特别重要的Ⅰ类负荷,应由两个独立的电源点供电。

Ⅱ类负荷:若对此类负荷停电,将会造成工厂生产机器部分停止运转,或生产流程紊乱且难以恢复,致使产品大量减产,工厂内部交通停顿,造成一定的经济损失,或使城市居民的正常生活受到影响。Ⅱ类负荷在工矿企业中占有的比例最大,因此应由两个回路供电,也可以由一回专用架空线路供电。

Ⅲ类负荷:指短时停电不会造成严重后果的用户,一般所有不属于Ⅰ、Ⅱ类负荷的其他负荷均属于Ⅲ类负荷。通常Ⅲ类负荷对供电无特殊要求,较长时间停电也不会直接造成用户的经济损失,因此,Ⅲ类负荷可采用间单回路供电。例如工厂附属车间和居民用电等。

大、中型工厂中的Ⅰ类、Ⅱ类负荷往往占到总负荷的60%~80%,因此,即便是短时停电也会造成企业相当可观的经济损失。学习供配电技术,就是要掌握工厂的负荷分类及其对供电可靠性的要求,在设计新建或改造企业供电系统时,按照实际情况进行方案的拟定和分析比较,使确定的供电方案在技术、经济上最合理。

(2)企业供配电系统的设备组成

供配电系统一般由电力变压器、配电装置、保护装置、操作机构、自动装置、测量仪表及附属设备构成。

电力变压器:在供配电系统中的作用是,将一种电压的电能转变为另一种或几种电压的电能供给用电单位。变电所或配电房中的电力变压器,通常是将高压电能转变为低压电能,馈电给用电设备。

配电装置:其作用是接受和分配电能,配电装置包括母线、开关、断路器、操作机构、自动装置、测量仪表以及仪用互感器等。供配电系统中的保护装置也属于配电装置,按其工作电压的不同又可分为高压配电装置和低压配电装置。

2.工厂供配电系统布置

供配电系统的设备一般包括开关设备、互感器、避雷器、熔断器、连接母线等,并按照一定的顺序连接、布置而成。

大多工矿企业用电单位的供配电系统分有户内式和户外式两种。目前中小型企业6~10kV变配电所多采用户内式结构。户内式变配电所主要由三部分组成:高压配电室、变压器室、低压配电室。此外,有的还设有高压电容器室和值班室。与户内变配电室相边的户外电气设备安装在屋外,一般用于35kV及以通电压级,如图1-13所示。

图1-13 工厂供电系统的平面布置示意图

(1)供配电系统布置的总体要求

① 便于运行维护和检修:值班室一般应尽量靠近高低压配电室,特别是靠近高压配电室,且有直通门或与走廊相通。

② 运行要安全:变压器室的大门应向外开并避开露天仓库,以利于在紧急情况下人员出入和处理事故。门最好朝北开,不要朝西开,以防“西晒”。

③ 进出线方便:如果是架空线进线,则高压配电室宜位于进线侧。户内供配电的变压器一般宜靠近低压配电室。

④ 节约占地面积和建筑费用:当供配电场所有低压配电室时,值班室可与其合并。但这时低压电屏的正面或侧面离墙不得小于3m。

⑤ 高压电力电容器组应装设在单独的高压电容器室内,该室一般临近高压配电室,两室之间砌防火墙。低压电力电容器柜装在低压配电室内。

⑥ 留有发展余地,且不妨碍车间和工厂的发展。在确定供配电场所的总体布置方案时应因地制宜,合理设计,通过几个方案的技术经济比较,力求获得最优方案。

(2)供配电装置和各设备间距离的要求

为保证供配电系统运行中电气设备及人员的安全和检修维护工作及搬运的方便,供配电装置中的带电导体的相间、导体相对地面之间都应有一定的距离,以保证设备运行或过电压时空气绝缘不会被击穿,这个距离称为电气间距。

由于户外供配电装置受环境的影响,电气间距比户内供配电装置要大。表1-3和表1-4分别表示户外、户内供配电装置的最小安全净距。即表中的A1A2,其中A1为最基本电气间距。其余各值是在A1A2的基础上考虑运行维护、检修和搬运工具等活动范围计算而得。

表1-3 户外配电装置最小安全净距  mm

表1-4 户内配电装置最小安全净距  mm

例如表1-4中B1表示户内带电部分到栅栏的净距,要防止运行人员手臂误入栅栏时发生的触电事故,运行人员的手臂长度一般不大于750mm,当电压为35kV时

B1=A1+750=300+750=1050(mm)

又如表1-4中C值,是指无遮栏裸导体至地面的高度,要使运行人员举手时不发生触电事故,一般运行人员举手时高度不超过2300mm,当电压为35kV时,为保证安全,则

C=A1+2300=300+2300=2600(mm)

户内配电装置最小安全净距的校验图如图1-14所示,户外配电装置最小安全净距的校验图如图1-15所示。

图1-14 户内配电装置最小安全净距的校验图

图1-15 户外配电装置最小安全净距的校验图