电力系统电压等级与变电站种类剖析

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1、 电力系统电压等级与变电站种类 . 一、电力系统电压等级 二、变配电站种类 三、变电站一次回路接线方案 四、变配电站二次回路 五、变配电站继电保护 六、微机保护装置 七、低压配电系统微机监控系统 八、变配电站综合自动化系统 contents 目 录 一、电力系统电压等级 u常用电压等级：220/380V（0.4 kV），3 kV、6 kV、10 kV、20 kV、35 kV、66 kV、 110 kV、220 kV、330 kV、500 kV。 u电机电压等级：10 kV电动机已批量生产，所以3 kV、6 kV已较少使用，20 kV、66 kV也很少使用。 u供电系统：10 kV、35 kV为

2、主。 u输配电系统：110 kV以上为主。 u发电厂发电机：有6 kV与10 kV两种，现在以10 kV为主。 u低压系统： 220/380V（0.4 kV）。 根据城市电力网规定设计规则规定： 输 电 网：为500 kV、330 kV、220 kV、110kV， 高压配电网：为110kV、66kV， 中压配电网：为20kV、10kV、6 kV， 低压配电网：为0.4 kV（220V/380V）。 输电线路输送距离： 发电厂发出6 kV或10 kV电，除发电厂自己用（厂用电）之外，也可以用10 kV 电压送给发电厂附近用户。 10 kV：为10Km、 35 kV：为2050Km、 66 kV：

3、为30100Km、 110 kV：为50150Km、 220 kV：为100300Km、 330 kV：为200600Km、 500 kV：为150850Km。 二、变配电站种类 电力系统各种电压等级均通过电力变压器来转换。 u电压升高为升压变压器（变电站为升压站）。 u电压降低为降压变压器（变电站为降压站）。 u一种电压变为另一种电压的选用两个线圈（绕组）的双圈变压器。 u一种电压变为两种电压的选用三个线圈（绕组）的三圈变压器。 变电站除升压与降压之分外，还以规模大小分为枢纽站，区域站与终 端站。 u枢纽站：电压等级一般为三个（三圈变压器），550kV /220kV /110kV 。 u区域

4、站：一般也有三个电压等级（三圈变压器），220 kV /110kV /35kV或 110kV /35kV /10kV。 u终端站：一般直接接到用户，大多数为两个电压等级（两圈变压器） 110kV /10 kV或35 kV /10 kV。用户本身的变电站一般只有两个电压等级（双圈 变压器）110 kV /10kV、35kV /0.4kV、10kV /0.4kV，其中以10kV /0.4kV为最 多。 三、变电站一次回路接线方案 变电站一次回路接线是指输电线路进入变电站之后，所有电力设备（ 变压器及进出线开关等）的相互连接方式。其接线方案有： 线路变压器组 桥形接线 单母线 单母线分段 双母线 双

5、母线分段 环网供电 1）线路变压器组 变电站只有一路进线与一台变压器，而且再无发展的情况下采用线 路变 压器组接线。 优点：断路器少，接线简单，造价省，220kV采用线路变压器组。 缺点：可靠性相对较差，线路故障检修停运时，变压器将被迫停运，对 变电所的供电负荷影响较大。 适用：上海中心城区 2）桥形接线 有两路进线、两台变压器，而且再没有发展的情况下，采用桥形接线。 针对变压器，联络断路器在两个进线断路器之内为内桥接线，联络断路器在 两个进线断路器之外为外桥接线。由于变压器运行可靠，而且不需要经常进 行投入和断开，因此内桥接线的应用较广泛。 优点：桥形接线中使用的断路器和隔离开关台数少，其配

6、电装置占地面 积也小，能够满足变电所可靠性的要求，具有一定的运行灵活性。 适用：桥形接线适用于线路为两回、变压器为两台的交流牵引变电所和 铁路变电所等。 3）单母线 变电站进出线较多时，采用单母线，有两路进线时，一般一路供电、一路 备用（不同时供电），二者可设备用电源互自投，多路出线均由一段母线引 出。 优点：简单清晰，设备较少，操作方便和占地少。 缺点：但因为所有线路和变压器回路都接在一组母线上，所以当母线或 母线隔离开关进行检修或发生故障,或线路、变压器继电保护装置动作而断路 器拒绝动作时，都会使整个配电装置停止运行，运行可靠性和灵活性不高。 适用：仅适用于线路数量较少、母线短的牵引变电所

7、和铁路变、配电 所。 4）单母线分段 有两路以上进线，多路出线时，选用单母线分段，两路进线分别接到两 段母线上，两段母线用母联开关连接起来。出线分别接到两段母线上。 单母线分段运行方式比较多。一般为一路主供，一路备用（不合闸）， 母联合上，当主供断电时，备用合上，主供、备用与母联互锁。备用电源容 量较小时，备用电源合上后，要断开一些出线。这是比较常用的一种运行方 式。 对于特别重要的负荷，两路进线均为主供，母联开关断开，当一路进线 断电时，母联合上，来电后断开母联再合上进线开关。 优点：单母线分段也有利于变电站内部检修，检修时可以停掉一段母线 ，如果是单母线不分段，检修时就要全站停电，利用旁路

8、母线可以不停电， 旁路母线只用于电力系统变电站。 5）双母线 双母线主要用于发电厂及大型变电站，每路线路都由一个断路器经过两 个隔离开关分别接到两条母线上，这样在母线检修时，就可以利用隔离开关 将线路倒在一条母线上。双母线也有分段与不分段两种，双母线分段再加旁 路断路器，接线方式复杂，但检修就非常方便了，停电范围可减少。 优点：供电可靠，调度灵活，扩建方便，便于设计。 缺点：增加了一组母线，每一回路增加一组母线隔离开关，增加了投资 ，操作复杂，占地面积增加。 适用：发电厂及大型变电站。 6）双母线分段 在发电厂、变电站中，母线发生故障时的影响范围很大。采用单母线分 段或不分段的双母线接线时，一

9、段母线故障将造成约半数回路停电或短时停 电。大型发电厂和变电站对运行可靠性与灵活性的要求很高，必须注意避免 母线系统故障以及限制母线故障影响范围，防止全厂（站）性停电事故的发 生，为此可考虑采用双母线分段接线。 7）环网供电 环网供电是指在不同的变电所或同一变电所的不同母线的两回或多回馈线，相互 之间连接成一个环路进行供电的方式。 优点：配网线路实现环网供电后，大大改善了现有单电源供电缺陷，实现支干线 互联供电，最大优势在于将用电负荷进行合理分配，缩短供电半径，全面提升用户端 电压质量。而且，当线路的某一部分出现故障，可以及时隔离故障部位，设法从两侧 开关向负荷正常供电，这样避免了电网发生大面

10、积停电事故，缩短故障抢修时间，减 少停电损失。 适用：在大面积集中供电的地方（大多是城市供电方式）。 四、变配电站二次回路 1）二次回路的种类 变配电站二次回路包括：测量、保护、控制与信号回路部分。 测量回路包括：计量测量与保护测量。 控制回路包括：就地手动合分闸、防跳联锁、试验、互投联锁、保护跳 闸以及合分闸执行部分。 信号回路包括：开关运行状态信号、事故跳闸信号与事故预告信号。 2）测量回路 测量回路分为：电流测量回路与电压测量回路。 电流测量回路各种设备串联于电流互感器二次侧（5A），电流互感器是 将原边负荷电流统一变为5A测量电流。 计量与保护分别用各自的互感器（计量用互感器精度要求高

11、），计量测量串接于 电流表以及电度表，功率表与功率因数表电流端子。保护测量串接于保护继电器的电 流端子。微机保护一般将计量及保护集中于一体，分别有计量电流端子与保护电流端 子。 电压测量回路，220/380V低压系统直接接220V或380V，3KV以上高压系统全部经 过电压互感器将各种等级的高电压变为统一的100V电压，电压表以及电度表、功率表 与功率因数表的电压线圈经其端子并接在100V电压母线上。微机保护单元计量电压与 保护电压统一为一种电压端子。 3）控制回路 合分闸回路 合分闸通过合分闸转换开关进行操作，常规保护为提示操作人员及事故跳闸报警 需要，转换开关选用预合-合闸-合后及预分-分

12、闸-分后的多档转换开关。以使利用不对 应接线进行合分闸提示与事故跳闸报警，国家已有标准图设计。采用微机保护以后， 要进行远分合闸操作后，还要到就地进行转换开关对位操作，这就失去了远分操作的 意义，所以应取消不对应接线，选用中间自复位的只有合闸与分闸的三档转换开关。 防跳回路 当合闸回路出现故障时进行分闸，或短路事故未排除，又进行合闸（误操作）， 这时就会出现断路器反复合分闸，不仅容易引起或扩大事故，还会引起设备损坏或人 身事故，所以高压开关控制回路应设计防跳。防跳一般选用电流启动，电压保持的双 线圈继电器。电流线圈串接于分闸回路作为启动线圈。电压线圈接于合闸回路，作为 保持线圈，当分闸时，电流

13、线圈经分闸回路起动。如果合闸回路有故障，或处于手动 合闸位置，电压线圈起启动并通过其常开接点自保持，其常闭接点马上断开合闸回路 ，保证断路器在分闸过程中不能马上再合闸。防跳继电器的电流回路还可以通过其常 开接点将电流线圈自保持，这样可以减轻保护继电器的出口接点断开负荷，也减少了 保护继电器的保持时间要求。 有些微机保护装置自己已具有防跳功能，这样就可以不再设计防跳回路。断路器 操作机构选用弹簧储能时，如果选用储能后可以进行一次合闸与分闸的弹簧储能操作 机构（也有用于重合闸的储能后可以进行二次合闸与分闸的弹簧储能操作机构），因 为储能一般都要求10秒左右，当储能开关经常处于断开位置时，储一次能，

14、合完之后 ，将储能开关再处于断开位置，可以跳一次闸；跳闸之后，要手动储能之后才能进行 合闸，此时，也可以不再设计防跳回路。 试验与互投联锁与控制 对于手车开关柜，手车推出后要进行断路器合分闸试验，应设计合分闸试验按钮 。进线与母联断路，一般应根据要求进行互投联锁或控制。 保护跳闸 保护跳闸出口经过连接片接于跳闸回路，连接片用于保护调试，或运行过程中解 除某些保护功能。 合分闸回路 合分闸回路为经合分闸母线为操作机构提供电源，以及其控制回路，一般都应单 独画出。 4）信号回路 （1）开关运行状态信号由合闸与分闸指示两个装于开关柜上的信号灯组成：经过 操作转换开关不对应接线后接到正电源上。采用微机

15、保护后，转换开关取消了不对应 接线，所以信号灯正极可以直接接到正电源上。 （2）事故信号有事故跳闸与事故预告两种信号，事故跳闸报警也要通过转化开关 不对应后，接到事故跳闸信号母线上，再引到中央信号系统。事故预告信号通过信号 继电器接点引到中央信号系统。采用微机保护后，将断路器操作机构辅助接点与信号 继电器的接点分别接到微机保护单元的开关量输入端子，需要有中央信号系统时，如 果微机保护单元可以提供事故跳闸与事故预告输出接点，可将其引到中央信号系统。 否则，应利用信号继电器的另一对接点引到中央信号系统。 （3）中央信号系统为安装于值班室内的集中报警系统，由事故跳闸与事故预告两 套声光报警组成，光报

16、警用光字牌，不用信号灯，光字牌分集中与分散两种。采用变 电站综合自动化系统后，可以不再设计中央信号系统，或将其简化，只设计集中报警 作为计算机报警的后备报警。 五、变配电站继电保护 1）变配电站继电保护的作用 变配电站继电保护能够在变配电站运行过程中发生故障（三相短路、两相短路、 单相接地等）和出现不正常现象时（过负荷、过电压、低电压、低周波、瓦斯、超温 、控制与测量回路断线等），迅速有选择性发出跳闸命令将故障切除或发出报警，从 而减少故障造成的停电范围和电气设备的损坏程度，保证电力系统稳定运行。 2）变配电站继电保护的基本工作原理 变配电站继电保护是根据变配电站运行过程中发生故障时出现的电流增加、电压 升高或降低、频率降低、出现瓦斯、温度升高等现象超过继电保护的整定值（给定值 ）或超限值后，在整定时间内，有选择的发出跳闸命令或报警信号。 根据电流值来进行选择性跳闸的为反时限，电流值越大，跳闸越快。根据时间来 进行选择性跳闸的称为定时限保护，定时限在故障电流超过整定值后，经过时间定值 给定的时间后才出现跳闸命令。瓦斯与温度等为非