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10kV及以下供配电系统设计内容与设计原则分

作者:双核期刊发表网; 更新时间:2018-04-18
摘  要
 
本文主要针对10kV及以下供配电系统设计中变配电所位置和类型的选择、变配电所主结线方案的确定、低压配电网络的确定等三个方面的设计内容与设计原则进行详细探讨。首先,分析变配电所位置的选择原则及负荷中心的确定方法,并探讨如何根据具体环境、技术经济情况选择相应的变配电所型式;然后对电气主结线的设计原则和要求进行详细讨论,并重点对变配电所主结线的设计流程与设备配置规则进行分析;最后对低压配电系统接线方式及相应的方案确定原则进行探讨。
 
关键词:供配电系统;设计;原则
 
 
目 录
 
1 引 言.... 1
2变配电所位置和类型的选择.... 1
2.1 变配电所位置选择的原则.... 1
2.2 变电所位置的选择.... 1
2.3 变配电所类型的选择.... 2
2.4 变配电所型式的选择.... 2
3变配电所主结线方案的确定.... 2
3.1电气主结线的设计原则和要求.... 2
3.2变配电所主结线设计.... 3
4 低压配电网络的确定.... 5
4.1 低压配电系统接线方式.... 5
4.2 低压配电网络的确定.... 6
5 结 语.... 7
参 考 文 献.... 7
  
 
 1 引 言
10kV及以下电网一般用于小型工业和民用企业,处于电力网的末端,电压低,电网结构简单,大多为开式电网。而随着经济的发展,人民生活水平的提高,各种用电也越来越广,城乡电网的改造和低压配电自动化程度要求越来越高,其设计工作的要求也越来越高,设计的内容也越来越广泛,其具体流程包括:首先根据系统给定的条件比如电源、负荷参数、建筑物平面位置等,进行负荷统计计算及无功补偿,以便于选择相应的电气设备和导线。其次,根据无功补偿后的容量和负荷等级等条件确定变压器的选择容量。然后确定变电所的主接线及低压配电接线,根据短路计算结果,选择和校验电气设备、电缆和导线;根据防雷规范进行防雷和接地设计。

2变配电所位置和类型的选择

2.1 变配电所位置选择的原则

变配电所位置选择的原则可以概括为以下几个方面:(1) 尽量接近负荷中心。(2) 进出线方便,特别要便于架空进出线。(3) 接近电源,特别是工厂的总降压变配电所和高压配电所。(4) 设备运输方便,特别要考虑电力变压器和高低压成套配电装置的运输。(5) 应避开剧烈震动或高温的场所。(6) 应避开多尘或有腐蚀性气体的场所。(7) 应避开低洼或有积水的场所。(8) 不应设在有爆炸危险和火灾危险的正上方或正下方。

2.2 变电所位置的选择

变配电所的位置选择应尽量接近负荷中心,负荷中心的确定方法通常有两种:负荷指示图和负荷功率矩法。
(1) 利用负荷指示图确定负荷中心。负荷指示图是将负荷按一定比例用负荷圆的形式标明在小区或城市规划平面图上。这样根据平面图上的负荷圆表示的负荷指示图可大致判断负荷中心的位置。负荷圆的半径由计算负荷P30=Kπr2,求得:。式中,K为负荷圆比例系数(kw/mm)。
(2) 按负荷功率矩法确定负荷中心。在平面图上,作一直角坐标x轴和y轴,测出各负荷点的坐标位置,利用如下公式可得负荷中心的坐标:
 
 


式中,p1、p2、p3…为各负荷的有功功率;x1y1、x2y2…为p1、p2各负荷的坐标位置。以上计算不要求精确,同时结合其他条件最终确定变配电所的位置。

2.3 变配电所类型的选择

变配电所的类型包括:(1)户内式变配电所、户内式变配电所有车间附设变配电所、车间内变配电所、独立变配电所、地下变配电所、楼上变配电所等。(2)户外式变配电所。户外式变配电所有露天变配电所、半露天变配电所、柱上变配电所等。(3)成套变配电所。(4)移动式变配电所。

2.4 变配电所型式的选择

变配电所型式的选择应根据具体环境,技术经济情况选择。(1)对于10/0.4kV配变电所,用电负荷不大且比较分散的企事业和生产或储存易燃物品的化工企业,应采用独立式变电所。(2)对于一般企业的生产车间视工艺流程和环境情况,可以采用内附式或外附式布置。(3)大型生产车间和大型民用建筑可采用室内变电所。(4)9层以下的多层民用建筑,多幢楼共用一个配变电所。(5)若对建筑物环境要求不高,且空气中无腐蚀性尘埃及腐蚀性气体时,可采用杆上变压器(单台容量不超过630kV·A),只将低压侧的电气设备置于配电室内。(6)住宅小区变电站宜优先选用户外成套变电设备。如采用箱式变电站时,环境温度平均值比标准平均温度(35℃)每升高1℃,则箱式变电站的连续工作电流应降低1%使用。

3变配电所主结线方案的确定

3.1电气主结线的设计原则和要求

电气主结线的设计是变配电所整体设计的重要内容之一。主结线的确定,对电气设备的选择、配电装置的结构、今后供电的可靠性以及经济运行都有很密切的关系。因此要求设计的变配电所主结线,应根据变配电所在供电系统中的地位、进出线回路数、设备特点及负荷性质等条件确定,并应满足安全、可靠、灵活经济等要求。
(1) 安全性。在高压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧,必须装设高压隔离开关。在低压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧,必须装设低压刀开关。在装设高压熔断器-负荷开关的出线柜母线侧,必须装设高压隔离开关。变配电所高压母线上及架空线路末端,必须装设避雷器。装于母线上的避雷器,宜与电压互感器共用一组隔离开关。接于变压器引出线上的避雷器,不宜装设隔离开关。
(2) 可靠性。变配电所的主结线方案,必须与其负荷等级相适应。对一级负荷,应有两个电源供电。对二级负荷,应有两回路或者一回专用架空(电缆)供电;采用电缆供电时,应采用两根电缆组成的线路,且每根电缆应能承受100%的二级负荷。变配电所的非专用电源进线侧,应装设带短路保护的断路器或串熔断器的负荷开关。当双电源供多个变配电所时,宜采用环网供电方式。对一般生产区的车间变配电所,宜由工厂总变配电所采用放射式高压配电,以确保供电可靠性,但对辅助生产区及生活区的变配电所,可采用树干式配电。 变配电所低压侧的总开关,宜采用低压断路器。当有继电保护或自动切换电源要求时,低压侧总开关和低压母线分段开关,均应采用低压断路器。pagebreak
(3) 灵活性。变配电所的高低压母线,一般宜采用单母线或单母线分段接线。需带负荷切换主变压器的变配电所,高压侧应装设高压断路器或高压负荷开关。主结线方案应与主变压器经济运行的要求相适应。主结线方案应考虑到今后可能的扩展。
(4) 经济性。主结线在满足运行要求的前提下,应力求简单,变配电所高压侧宜采用断路器较少或不用断路器的结线。变配电所的电气设备应选用技术先进、经济适用的节能产品,不得选用国家明令淘汰的产品。中小型工厂变配电所一般采用高压少油断路器;在需要频繁操作的场合,则应采用真空断路器或SF6断路器。工厂的电源进线上应装设专用的计量柜,其中的电流、电压互感器只供计费的电度表用。应考虑无功功率的人工补偿,使最大负荷时功率因数达到规定的要求。

3.2变配电所主结线设计

3.2.1 原始资料分析
内容包括:(1) 变配电所的类型;(2) 变配电所的地位和作用。分析变配电所在系统中处的地位,本所停电对系统供电可靠性的影响等。(3) 负荷分析。分析各负荷性质、进出线回路数、输送容量、负荷组成、供电要求等因素。对于每一个负荷应具体分析其重要负荷所占的百分数。分别求出近期、远期的最大计算负荷。
3.2.2 变配电所电气主结线设计
根据任务书的要求,在分析原始资料的基础上,参照变配电所设计技术规程,拟订出几种可行方案。因为对电源进出线回路数、变压器台数、容量及母线结构等考虑,应根据主接线的基本要求,从技术经济上论证各方案的优缺点,进行可靠性分析计算比较,最后获得最优的主接线方案。
(1) 主结线的基本形式和特点。有母线的主结线形式包括单母线和双母线接线。单母线又分为单母线、单母线有分段、单母线分段带旁路母线等形式;双母线又分为双母线、双母线分段、带旁路母线的双母线和二分之三接线等形式。工业与民用建筑10KV及以下配电所中常用的高低压主接线是单母线和分段单母线两种,这里只介绍单母线和单母线分段接线。
(2) 单母线接线。该接线型式下,所有电源及出线均接在同一母线上。其优点是简单明显,采用设备少,操作方便,便于扩建,造价低;缺点是供电可靠性低。单母线也可用隔离开关分段,当母线故障时,可用隔离开关将故障的母线分开后很快恢复非故障母线段的供电。
(3) 单母线分段接线。单母线用断路器母线分段后可进行轮换检修。当一段母线发生故障时,由于分段断路器在继电保护作用下自动将故障段迅速切除,从而保证了正常母线段不间断供电和不致于使重要用户停电。其优点是一定程度上提高了供电可靠性;缺点是当一段母线隔离开关故障或检修时,该段母线上的所有回路都要长时间停电,所以其连接的回路数一般比单母线增加一倍。
3.2.3 10KV及以下变电所中母线及主要电器设备配置的规则
(1) 配、变电所高低压母线宜采用单母线或分段单母线接线,当供电连续性要求很高时,高压母线可采用分段单母线带旁路母线或双母线接线。
(2) 配电所专用电源线的进线开关宜采用断路器或带熔断器的负荷开关,当无继电保护和自动装置要求,且出现回路少无需带负荷操作时,可采用隔离开关或隔离触头。
(3) 总配电所以放射式向分配电所供电时,该分配电所的电源进线开关宜采用隔离开关或隔离触头。当分配电所需要带负荷操作或继电保护,自动装置有要求时,应采用断路器。
(4) 配电所的10kV或6kV非专用电源线的进线侧,应装带保护的开关设备。
(5) 10kV或6kV母线的分段处宜装断路器,当不需带负荷操作且无继电保护和自动装置要求时,可装隔离开关。
(6) 两配电所间的联络线,应在供电侧的配电所装断路器,另侧装隔离或负荷开关;当两侧供电可能性相同时,应在两侧均装断路器。
(7) 配电所引出线宜装断路器,当满足继电保护和操作要求时,可装带熔断器的负荷开关。
(8) 向频繁操作的高压用电设备供电的出线开关兼做操作开关时,应采用具有频繁操作性能的断路器。
(9) 10kV或6kV固定式配电装置出线侧,在架空出线回路或有反馈可能的电缆出现回路中,应装线路隔离开关。
(10) 采用10kV或6kV熔断器负荷开关固定式配电装置时,应在电源侧装隔离开关。
(11) 接在母线上的避雷器和电压互感器,宜合用一组隔离开关,变、配电所架空进出线的避雷器,可不装隔离开关。
(12) 由地区电网供电的配电所电源进线处,宜装计费用的专用电压互感器、电流互感器。
(13) 变压器一次侧开关,以树干式供电时,应装带保护的开关设备或跌落式断路器;以放射式供电时,宜装隔离开关或负荷开关。变压器在本配电所内时,可不装开关。
(14) 变压器低压侧为0.4kV的总开关,宜采用低压断路器或隔离开关。有继电保护自动切换电源要求时,总开关和母线分段开关均用低压断路器。
(15) 低压母线为双电源,变压器低压侧总开关和母线分段开关采用低压断路器时,在总开关出线侧及母线分段开关两侧,宜装刀开关或隔离触头。
3.2.4 低压侧配电主结线规则
(1) 单电源的车间变配电所低压配电系统通常采用单母线制。双电源的低压配电系统则采用单母线分段制。
(2) 当变压器高压侧的操作开关不在低压配电装置附近或没有操作开关时,变压器低压侧应设置能带负荷操作的总开关。
(3) 低压引出线在下列情况下采用自动空气开关:当需要带负荷切换线路时;当需要自动切换的线路时;当联络线引出端有线路开关时;低压配电系统保护上有需要时。其他情况考虑刀开关。

4 低压配电网络的确定

配电网络就是电力网中主要起分配电能作用的网络,是由电源端(变、配电站)向负荷端(电能用户或用电设备)输送电能时采用的网络形式,是由电力线路将变、配电站与各电能用户或用电设备连接起来构成的网络。低压配电网是指220~380V电能的分配。

4.1 低压配电系统接线方式

常用低压配电系统接线方式有放射式、树干式、链式、环形网络及混合式等。
(1) 放射式接线。如下图(a)所示为放射式接线形式。一般下列情况采用放射式配电:容量大、负荷集中、很重要的用电设备;需要集中联锁起动、起停的设备;有腐蚀性介质和爆炸危险场所不宜将配电及保护起动设备放在现场者。
                      (a) 放射式接线    (b) 放射式接线      (c) 放射式接线pagebreak
(2) 树干式接线。如图(b)所示。一般用于容量不大、负荷分布比较均匀,对供电可靠性要求不高的场合。比如,对多层或高层民用建筑各楼层配电箱配电时,多采用分区树干式接线。对居住小区内的多层建筑,在多数情况下一个大系统也都采用树干式与放射式混合的配电方式。
(3) 链式接线。如图(c)所示为链式接线。它是树干式接线的变形,只是接线时直接从前一台配电开关上取电。适用于距离供电点较远而用电设备相距很近且容量小的场所,每回路的链接的设备不宜超过5台或者容量不超过10kW。
(4) 环形接线。环形结线供配电的特点是由一变电所引出两条干线,有环形断路器构成一个环网。这种结线方式在10kV用的较多,多用于一个地区有几个负荷中心的情况,低压配电极少采用。

4.2 低压配电网络的确定

低压配电网络的确定方法,就是由变电所的位置,变压器的台数及主接线方式、配电干线、支线走向布置、连接负荷点方式等确定出配电网,并可由此画出配电草图。确定低压电网时,应考虑配电变压器的容量及其供电范围和导线截面,使电网适应日益增长的电力负荷。低压电网接线应满足以下原则:
(1) 供电半径一般不超过400m;(2) 选定干线和支线的导线规格及配电变压器的容量均应满足下列要求:当变压器故障时,可将负荷拆开,向邻近电网2-3个方向转移;故障转移负荷时,导线运行率不超过100%,线路末端电压不超过规定。
城市的经济开发区、繁华地区、重要地段、主要道路及高层住宅区的低压供电,需要采用电缆,其接线如下:
(1) 设置若干配电所(或箱式变电所)。
(2) 自配电所低压侧以大截面电缆将电源引入低压开关箱和接户线分支箱,再分别接至负荷点,按需要组成有备用的接线。

5 结 语

应该说,10kV及以下供配电系统的设计内容繁多,其发展的趋势是尽可能实现自动化设计,即专门针对10kV及以下低压供配电系统开发CAD一体化设计系统,从而提高设计质量和效率。本文分析和讨论的一些10kV及以下供配电系统设计内容与原则,可为CAD设计系统或专家系统的开发提供一些参考。

参 考 文 献

[1] 李宗纲,刘玉林,《工厂供电设计》,吉林科学技术出版社.
[2] 刘介才,《工厂供电》,机械工业出版社.
[3] 龙莉莉,肖铁岩,《建筑供配电问答实录》,机械工业出版社.
[4] 傅知兰,《电力系统电气设备选择与实用计算》,中国电力出版社.
[5] 杨期余,《配电网络》,中国电力出版社.
[6] 方向晖,《中低压配电网规划与设计基础》,中国水利水电出版社.
[7] 任元会,《工业与民用配电设计手册》,中国电力出版社.
[8] 焦留成,《实用供配电技术手册》,华中科技大学出版社.
[9] 中华人民共和国建设部,《供配电系统设计规范》,中国水利水电出版社.
 
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