课题3 10kV高压配电设计 3.1 供电电源 3.2 常用高压主接线 3.3 电力变压器的选择 3.4 发电机作为备用电源的主接线 3.5 高压供配电系统设计案例 3.1 供电电源 (1) 一级负荷的供电电源应符合下列 规定： ① 一级负荷应由两个电源供电 ，当一个电源发生故障时，另一个电源不 应同时受到损坏 ② 一级负荷中特别重要的负荷 ，除由两个电源供电外，尚应增设应急电 源，并严禁将其他负荷接入应急供电系统 3.1.1 按负荷级别确定供电电源 下列电源可作为应急电源： n独立于正常电源的发电机组 n供电网络中独立于正常电源的专用的 馈电线路 n蓄电池 n干电池 根据允许中断供电的时间可分别 选择下列应急电源： v允许中断供电时间为15 s以上的供电， 可选用快速自启动的发电机组 v自投装置的动作时间能满足允许中断供 电时间的，可选用带有自动投入装置的独立 于正常电源的专用馈电线路 v允许中断供电时间为毫秒级的供电，可 选用蓄电池静止型不间断供电装置、蓄电池 机械贮能电机型不间断供电装置或柴油机不 间断供电装置 v应急电源的工作时间应按生产技术上要 求的停车时间考虑当与自动启动的发电 机组配合使用时，不宜少于10 min。
（2） 二级负荷的供电系统，宜 由两回线路供电在负荷较小或地区供电 条件困难时，二级负荷可由一回6 kV及以 上专用的架空线路或电缆供电当采用架 空线时，可为一回架空线供电；当采用电 缆线路时，应采用两根电缆组成的线路供 电，其每根电缆应能承受100%的二级负 荷 （3） 三级负荷的供电系统对电 源没有特别的要求 随着负荷密度的增加，城市高压配 电变电所的容量随之加大，而变电所的中压 馈线数量由于路径的条件而受到限制，因而 影响了变电所的输出容量为解决这个问题 ，在城市负荷密集地区推行“卫星式”网络， 即在城市变电所中压配电馈线设置开闭所 开闭所根据负荷分布密集程度设置，其转送 容量可为8000～10000 kV·A每个开闭所均 为单母线分段接线方式，电源分别来自变电 所的两台主变压器开闭所每段母线可以有 馈线10～20路，从而可以满足部分一、二级 负荷的供电，如图3.1和图3.2所示 3.1.2 按网络的接线方式确定供电电源 随着城市建设的发展，城市中的 中压配电网逐步由架空线路改变为电缆线 路根据电缆线路的特点，电缆线路均构 成环形网，形成沿街道分布的环形网络， 如图3.3所示 用电单位供电方式包括： （1） 由二次变电所直接供电， 一般用于供电容量大、距变电所相对距离 较近的单位。
（2） 由中压开闭所供电 （3） 由电缆环网供电 （4） 对中小型用电单位或不属 于一、二级负荷的用电单位，亦可由干线 式架空线路供电 图3.1 卫星式中压配电网示意图 图3.2 中压开闭所接线方式图 图3.3 电缆环形网络示意图 对用电容量在250 kV·A以下的用 电单位，采用低压(220／380 V)供电方式 系统形式根据负荷性质可分为三相四线 式、三相三线式和单相二线式低压供电 的电源一般为公用配电变压器，也可以根 据负荷性质的区别，设置专用的配电变压 器 3.1.3 低压供电电源 为保证电压质量，由公用配电变 压器和低压配电网供电的低压用户，送电 距离一般不超过250 m用电容量较大时 ，还应适当缩短送电距离，或采用大截面 导线对设置专用变压器的用户，变压器 应设置在距受电端尽可能近的位置，以减 少电压损耗 另外，在用电单位中，除前面所 述的重要的、政治性的负荷外，还有一些 负荷性质特殊的用户，这些用户负荷的存 在会影响电网的供电质量因此，对于特 殊的用户负荷（如冲击性负荷），要采取 相应的措施 3.2 常用高压主接线 3.2.1 与主接线有关的概念 1.高压供配电系统 高压供配电系统是指建筑物及其 附属建筑物的各类电气系统的设计与施工 以及所有产品、材料、技术的生产和开发 的总和，它以电能、电气设备、电气系统 和电气技术为手段，满足工业和民用建筑 物对电气方面的要求，并能创造、维持和 改善空间环境。
高压供配电系统的主要组成部分 是变、配电所，其一次接线（即主接线） 主要是指变、配电所内各设备和线路的连 接图，所以高压供配电系统主接线又称为 变、配电所主接线，研究的内容也主要是 变、配电所的主接线方案 建筑高压供配电系统所包含的变 电所和配电所为生产和生活提供安全、稳 定的电源 区域变电所的供电电压等级一般 是35～220 kV，通过企业总降压变电所或 者城区变电所将电压降为6～10 kV，然后 输送到小区变电所或者厂区、车间变电所 （配电所），再将电压降为380/220 V，供 企业或民用建筑的用户使用 建筑高压供配电系统一般是从城 市电力网取得高压10 kV作为电源供电， 然后将电能分配到各用电负荷处电源和 负荷之间用各种设备(变压器、变配电装 置和配电箱)、元件(导线、电缆、开关等) 连接起来，组成建筑物的供配电系统 2.供配电系统主接线 供配电系统主接线（即一次接线 ）是指电力系统对建筑物内各用户供电、 配电的电路部分，它表明了供配电系统中 发电机、变压器、断路器和线路等电气设 备的数量、规格、连接方式以及可能的运 行方式，直接关系到建筑电气工程中各种 电气设备的选择、配电装置的布置、继电 保护和自动装置的确定，是建筑电气安装 工程部分投资大小的决定性因素。
供配电系统主接线是整个变电所 和配电所电气部分的主干，它直接关系到 整个供配电系统的安全、稳定、灵活和经 济运行，也直接影响到工业生产和人民生 活 3.电气主接线图 供配电系统电气主接线图是由各 种电气元件（如发电机、变压器、断路器 、隔离开关、互感器、母线、电缆、线路 等）按照一定的要求和顺序连接起来，并 用国家统一规定的图形和外文符号表示的 供、配电（接受和分配电能）的电路图 电气主接线图中常用字符见表 3.1（见P44）所示 4.供配电系统的主接线形式 供配电系统的主接线形式有线路 变压器组接线、单母线接线、双母线接 线和桥式接线 （1） 可靠性 （2） 稳定性 （3） 灵活性 （4） 方便性 （5） 经济性 （6） 扩展性 3.2.2 高压供配电系统主接线的基本要求 采用一条电源线路与变压器连接 成组，即单回路、单变压器供电的接线方 式称为线路－变压器组接线变电所中的 变压器高压侧普遍采用线路 变压器组接 线，其高压侧均不设置母线 线路－变压器组接线方式具有接 线简单、清晰，需用电气设备少，不易误 操作，投资少等优点；它的缺点是供电可 靠性和灵活性较差，当线路、变压器、电 气设备中任何一处发生故障或者检修时， 整个供配电系统全部停电。
3.2.3 线路－变压器组接线 小区变电所以及工厂车间降压变 电所将供电电压等级由6～10 kV降为 380/220 V,电源进线采用电力电缆敷设或 者架空线路（应装设避雷器）引至变压器 室，经开关设备接入电力变压器，再经过 低压侧的低压断路器（即自动开关）、刀 开关将电能送给用户 根据变压器一次侧选用的开关设 备不同，常见的线路 变压器组接线方式 分为六种，如图3.4所示 图3.4小区降压变电所、车间降压变电所线路－变压器组接线方式 （a） 隔离开关引入；（b） 跌落式熔断器引入；（c） 电力电缆直接引入； （d） 隔离开关与接地开关组引入；（e） 负荷开关与熔断器引入； （f） 隔离开关与断路器引入 变电所内电力变压器与馈线之间 采用一根母线连接的方式称为单母线接线 单母线接线方式根据母线分段与 否可以分为不分段接线和分段接线两种； 根据进线回数（电源回数）又可以分为一 回进线、双回进线、三回进线等单母线接 线方式 3.2.4 单母线接线 1.单母线不分段接线 在变电所主接线中，单母线不分 段接线形式最简单，如图3.5所示 单母线不分段接线的优点是：① 结构简单清晰，操作简便，不易误操作； ② 使电气设备少，配电装置投资省，占地 少；③ 便于扩建。
但其可靠性和灵活性较 差 单母线不分段接线只适用于对供 电可靠性和连续性要求不高的三级负荷， 或有备用电源的二级负荷用户 2.单母线分段接线 为了提高供电系统的灵活性，将 图3.5所示的单母线不分段接线中的母线分 为两段及以上，结果如图3.6所示 3.两回进线的单母线分段接线方式 在两回进线的条件下，可以采取 单母线分段接线，即采用隔离开关(QS)或 断路器(QF)将母线分段的接线方式，如图 3.7所示这种接线方式可以克服单母线不 分段接线方式的缺点，其可靠性和灵活性 比不分段接线都有所提高，适用于一、二 级负荷用户 根据电源的数目、功率和电网的 接线情况来确定单母线的分段数通常每 段母线要接1～2回电源，引出线再分别从 各段上引出 （1） 用隔离开关分段的单母线接线 用隔离开关分段的单母线接线如 图3.7（a）所示，适用于双回电源供电、 可靠性要求不高且允许短时停电的二级负 荷用户相对于用断路器分段而言，它可 以节省一台断路器和一台隔离开关，但在 母线分段发生故障或检修时全部装置仍会 短时停电这种接线方式可以分段单独运 行，也可以并列同时运行 ① 采用分段单独运行时，各段 相当于单母线不分段接线的运行状态，各 段母线的电气系统互不影响。
当任一段母 线发生故障或检修时，仅停止对该段母线 所带负荷的供电（如分两段，仅对约50％ 负荷停止供电)当任一回电源线路发生 故障或检修时，假如其余运行电源容量能 负担全部引出线负荷时，则可经过“倒闸 操作”恢复对全部引出线负荷的供电，但 在操作过程中须对母线做短时停电 “倒闸操作”是指：接通电路时， 先闭合隔离开关，后闭合断路器；切断电 路时，先断开断路器，后断开隔离开关 这是因为带负荷操作过程中要产生电弧， 而隔离开关没有灭弧能力，所以隔离开关 不能带负荷操作例如，在图3.7（a）中， 当需要检修电源Ⅰ时，先断开断路器QF1 、QF2，然后再断开隔离开关QS1～QS4， 这时，再合上母线隔离开关QSW，闭合 QS3、QS4，最后再闭合QF2，恢复全部负 荷供电(当电源Ⅱ不能承担全部负荷时，可 先把部分引出回路的非重要负荷切除) ② 采用并列同时运行时，当某 一电源发生故障或检修时，则无须母线停 电，只须切断该回路电源的断路器及隔离 开关，并对另外电源的负荷做适当调整就 行但是，当母线发生故障或检修时，将 会引起正常母线段短时停电 （2） 用断路器分段的单母线接线 分段断路器QFW除具有分段隔 离开关QSW的作用外，还具有相应的继电 保护作用，当某一分段母线发生故障时， QFW在保护作用下会首先自动跳开，保证 非故障分段母线的持续、正常供电。
当某段母线发生故障时，分段断 路器QFW与电源进线断路器(QF1或QF2)将 同时切断，非故障段母线仍保持正常工作 当对某段母线进行检修时，可操作分段 断路器QFW和相应的电源进线断路器、隔 离开关按程序切断，而不影响其余各段母 线的正常运行，减少母线故障影响范围 所以采用断路器分段的单母线接线比采用 隔离开关分段的单母线接线供电可靠性明 显提高，但投资费用也相应地增加 4.带旁路母线的单母线接线方式 在图3.7所示的单母线分段接线 方式中，不管是用断路器还是隔离开关进 行分段，当母线发生故障或检修时会使接 在该母线段上的用户停电；另外，在检修 引出线断路器时，该引出线上的用户必须 停电为了克服这一缺点，可采用单母线 加旁路母线的接线形式，如图3.8所示 根据主母线是否分段，带旁路母 线的单母线接线方式可分为主母线不分段 接线和主母线分段接线两种 （1） 主母线不分段接线 这种接线方式如图3.8（a）所示， 它与单母线不分段接线的区别在于增设了一 条旁路母线和旁路断路器QF2，旁路母线通 过旁路隔离开关（如QS7）与每一出线连接 ，提高了供电可靠性和连续性 正常运行时，旁路断路器QF2和旁 路隔离开关是断开的。