三明职业技术学院低压供配电系统的设计论文

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1、. . . . 毕 业 论 文题目 职业技术学院低压供配电系统的设计 专 业：电气工程与其自动化学 院： 电气工程学院 年 级：学习形式：学 号论文 指导教师：职 称：完成时间： 重 声 明本人的学位论文是在导师指导下独立撰写并完成的，学位论文没有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规和侵权行为，否则，本人愿意承担由此而产生的法律责任和法律后果，特此重声明。 学位论文作者（签名）： 2015年04月11日摘 要本次毕业设计的主要任务是设计与研究职业技术学院的配电系统。该系统为10kV电源进线，经过降压变电所变为0.4kV的低压，供给学校各楼宇使用。供配电系统设计需要考虑很多方面，分析变电所各用

2、户负荷并根据用户数据对相应的负荷进行计算，为了降低线路损耗，提高电网的功率因数，确定用户无功功率补偿装置。此外，进行各种变压器的选择，进而确定变电所的电气主接线方式，再选择变电所高低压电气设备，最后确定整个学校变配电所的主接线图。本次供配电系统的设计包括了：对学校现有系统的分析、变配电所选址与布置、负荷计算、变压器选择、设备介绍、主接线形式、防雷与接地等。关键词：降压变电所，电力负荷，变压器，电气主接线AbstractThe main task of the graduation design is the power distribution system of the school. Th

3、e system can turn 10kV voltage level into 0.4kV low-voltage supply by step-down substation to supply the building in our school. Many aspects needs to be considered in power supply and distribution system design. Analysis of the substation load and the user according to the user data to a correspond

4、ing load was calculated, in order to reduce the line loss, improve power factor, determine the user reactive power compensation device. In addition, the choice of a variety of transformers, and then determine the electrical substation main wiring mode, then choose the substation of high and low volt

5、age electrical equipment, finally determine the whole school in the substation main wiring diagram.The design of power supply and distribution system includes: the school existing system analysis, substations address and layout, load calculation, selection of equipment, transformer, the form of the

6、main wiring, lightning protection and grounding.Keywords: substation, electrical load, transformer, the main electrical wiring目 录摘 要IIIAbstractIV目 录V1 绪 论12 供配电系统设计的规22.1 负荷分级与供电要求22.1.1 一级负荷22.1.2 二级负荷22.1.3 三级负荷22.2 无功补偿32.3 高、低压配线32.3.1 放射式32.3.2 树干式42.3.3 环形43 学校现有配电系统的分析53.1 全院负荷调查53.1.1 学院概况与变

7、电所现有分区53.1.2 学院配电系统图53.1.3 负荷统计63.2 学院用电量的统计与配电分析63.3 对现有系统的评价74 总体规划设计94.1 变配电台区选址、变配电所布置94.1.1变配电所的选址94.1.2 变配电所布局104.2变压器选择114.2.1 设备选择144.3 电气主接线174.4 防雷与接地234.4.1供配电系统的防雷234.4.2 供配电系统的接地274.5 确定设计方案284.5.1 配电母线设置284.5.2 配电所设置294.5.3 设备更换294.5.4 功率补偿295 结论30致31参考文献：3233 / 371 绪 论 供配电技术，就是研究电力的供应

8、与分配的问题。电力，是现代工业生产、民用住宅、与企事业单位的主要能源和动力，是现代文明的物质技术基础。没有电力，就没有国民经济的现代化。现代社会的信息化和网络化，都是建立在电气化的基础之上的。因此，电力供应如果突然中断，则将对这些用电部门造成严重的和深远的影响。因此，作好供配电工作，对于保证正常的工作、学习、生活将有十分重要的意义。供配电工作要很好的为用电部门与整个国民经济服务，必须达到以下的基本要求：（1）安全在电力的供应、分配与使用中，不发生人身事故和设备事故。（2）可靠应满足电力用户对供电可靠性和连续性的要求。（3）优质应满足电力用户对电压质量和频率质量的要求。（4）经济应使供配电系统投

9、资少，运行费用低，并尽可能的节约电能和减少有色金属消耗量。我们这次的毕业设计的论文题目是：技术学院低压供配电系统的设计。作为高校，随着专科教育工作的推进和未来几年国网学院的继续扩招，对学校的基础设施建设特别是电力设施建设将提出相当大的挑战。因此，我们这次做供配电系统设计，要作到未雨绸缪，为未来发展提供足够的空间；这主要表现在电力变压器与一些相当重要的配电线路上，应力求在满足现有需求的基础上从大选择，以避免一台变压器或一组变压器刚服役不到几年又因为容量问题而光荣下岗的情况的发生。 总之一句话：定位现实，着眼未来；以发展的眼光来设计此课题，供配电系统设计应贯彻执行国家的经济技术指标，做到保障人身安

10、全，供电可靠，技术先进和经济合理。在设计中，必须从全局出发，统筹兼顾，按负荷性质、用电容量、工程特点，以与地区供电特点，合理确定设计方案。还应注意近、远期结合，以近期为主。设计中尽量采用符合国家现行有关标准的电气产品。2 供配电系统设计的规供配电系统设计应贯彻执行国家的经济技术指标，做到保障人身安全，供电可靠，技术先进和经济合理。2.1 负荷分级与供电要求电力负荷应根据对供电可靠性的要求与中断供电在政治、经济上所造成的损失与影响的程度分为一级、二级、三级负荷。独立于正常电源的发电机组，供电网络中独立于正常的专用馈电线路，以与蓄电池和干电池可作为应急电源。二级负荷的供电系统，应由两线路供电。必要

11、时采用不间断电源（UPS）。2.1.1一级负荷一级负荷为中断供电将造成人身伤亡者；或将在政治上，经济上造成重大损失者；或中断将影响有重大政治经济意义的用电单位的正常工作者。就学校供配电这一块来讲，我校现没有一级用电负荷。2.1.2二级负荷二级负荷为中断供电将在政治上，经济上产生较大损失的负荷，如主要设备损坏，大量产品报废等；或中断供电将影响重要的用电单位正常的工作负荷，如交通枢纽、通信枢纽等；或中断供电将造成秩序混乱的负荷等。在本次毕业设计中：职业技术学院现有的二级负荷有：消防水泵，应急照明，医院急诊室用电设备，教培中心会议用电，保卫处用电设备，学校大门照明与门禁系统，东、西区水泵，教学楼照明

12、。2.1.3三级负荷三级负荷为不属于前两级负荷者。对供电无特殊要求。职业技术学院除了前面罗列的二级负荷外，全为三级负荷。2.2 无功补偿 供配电设计中正确选择电动机、变压器的容量，降低线路的感抗。当工艺条件适当时，应采取同步电机或选用带空载切除的间歇工作制设备等，提高用电单位自然功率因数措施后，仍达不到电网合理运行要求时，还可以采用并联电力电容器作为无功补偿装置；合理时，还可采用同步电动机。当采用电力电容器作为无功补偿装置时，应就地平衡补偿。低压部分的无功功率应由低压电容器补偿；高压部分的无功功率应由高压电容器补偿。容量较大，负荷平稳且经常使用的用电设备的无功功率应就地补偿、集中补偿。在环境正

13、常的车间，低压电容器应分散补偿。 无功补偿容量应按照无功功率曲线或无功补偿计算确定。当补偿低压基本无功功率的电容器组，常年稳定的无功功率，经常投入运行的变压器或配变电所投切次数较少的高压电动机与高压电容器组时，应采用手动投切的无功补偿装置。当为避免过补偿时，装设无功自动补偿装置，在经济合理时只有装设无功自动补偿装置才能满足在各种运行负荷的情况下的电压偏差允许时，应装设无功自动补偿装置。当采用高低压自动补偿装置效果一样时，应采用低压自动补偿装置。 为基本满足上述要求，我们在设计时把无功补偿装置统一装设在变压器的低压母线侧。这样的补偿，可以选择相对较小容量的变压器，节约初期投资。对于容量较大，并且

14、功率因数很低的用电负荷采用单独集中补偿。2.3 高、低压配线高、低压配电网常用电气主接线形式有：放射式、树干式、环形等基本接线形式。2.3.1 放射式放射式接线的特点是其引出线发生故障时互不影响，因此供电可靠性较高。但在一般情况下，其有色金属消耗量较多，采用的开关设备较多。多用于设备容量较大或对供电可靠性要求较高的设备配电。2.3.2 树干式树干式接线的特点与放射式相反，一般情况下，树干式接线采用的开关设备较少，有色金属消耗量也较少，但当线路发生故障时，影响围较大，因此供电可靠性较低。2.3.3 环形高压环形接线，实质上是两端供电的树干式接线，这种接线在现代城市电网中应用很广。为了避免线路上发

15、生故障时影响整个网络，也为了便于实现线路保护的选择性，环形线路中有一段断开。为了便于切换操作，环形线路中的开关多采用负荷开关。供电可靠性较高；在一段线路发生故障时，都不致造成供电中断，但易发生误操作。(b)树干式（a）放射式(c)环形图2-1 低压配电主接线形式在正常环境的车间或建筑物，当大部分用电设备为中小容量，并且无特殊要求的时候，应采用树干式配电。当用电设备为大容量时，或负荷性质重要，或在有特殊要求的建筑物，应采用放射式配电。对供电可靠性要求高时，采用环形接线。我学校接线较多，采用树干式与放射式相结合的方式供电，既可以节约成本，又能保证供电可靠性。3 学校现有配电系统的分析3.1全院负荷

16、调查3.1.1 学院概况与变电所现有分区职业技术学院是经省人民政府批准设立，国家教育部备案的一所公立全日制普通高等专科学校，是在优化整合原业余大学、财经学校、卫生学校、轻纺工业学校等教育资源基础上组建的综合性高职院校，具有几十年的优良办学传统和扎实的办学基础。学院规划占地325亩，已有建筑面积8万多平方米，拥有教学仪器设备总值1540万元，图书馆藏书20万余册，期刊600多种；已建成校园网和护理专业实验室、会计专业实验室、现代物流专业实验室、公共实验室、轻纺实训中心、机电实训中心、数控实训中心和现代语音室等,拥有教学用计算机600多台，实训场地9个，校外实习实训基地50多个，教室全部配多媒体教

17、学设备职业技术学院现有师生5000余人，变电所共记有一处，仅架设了2台630千伏安的变压器。其管辖围如下：办公楼、教学楼、图书馆、学生食堂、卫生室、学生公寓、锅炉房、体育馆、路灯、实训楼。现有的变压器容量仅仅只能满足学校用电需求。随着教学的发展，多媒体、空调等电气大量应用，用电负荷不断攀升，电压不稳定等问题日渐明显，用电高峰期经常要对学生公寓采取轮流停电等减负措施。3.1.2 学院配电系统图图3-1直观、详细的表现出学院的供电现状。学院采用双电源供电，一侧电源停止供电时，学院总负荷可临时由另侧电源供电，保证了供电可靠性。母线采用单线分段方式，运行灵活。高压侧采用放射式接线，另外放射式线路之间互

18、不影响，因此供电可靠性较高。图3-1 学院供电系统图3.1.3负荷统计负荷估测，就是对学院各楼宇用电量调查，通过对学院各楼宇用电量的分析，可以对学院的负荷分布有一个直观的认识。通过对学院总用电量的分析，可以反过来计算出各楼宇的用电情况，对后文计算学院负荷中心有很大帮助。表3.1 学校楼宇负荷估测表楼宇教学楼图书馆办公楼综合楼实习楼负荷/kw2006848488422055.831130.58续 表楼宇物业楼科创中心楼实训楼锅炉房学生公寓负荷/kw528.7514608.756275.29649.23127.143.2 学院用电量的统计与配电分析表3-2和图3-2是三年来职业技术学院各个用电负荷

19、的年总用电量。通过比较，可以发现：三年来该学院量是逐年递增的，且增幅较大；中心变是学院的大负荷，将近学院总负荷的70% 。从图3-3中可以看出：6、7、12、1四月是学院的用电高峰期。表3.2 近三年学校用电量楼宇中心变总实训楼总教学楼总学生公寓总全院总2012年度66546801316284134783836132296802242013年度693940816839441963975375396109627232014年度65388401727555327471331290611873337图3-2 12、13、14用电量比较图3-3 2014各月用电量比较3.3 对现有系统的评价现代社会的

20、发展，包括企事业的飞速发展，已经越来越紧密地与电联系在一起。可以说：没有电，就没有现代文明的进步。经济合理、安全可靠的供电质量对现代文明的发展更是如虎添翼。职业技术学院也一样，正因为有了这样的基础设施建设，学院的发展才如此的迅速，总的来说，学院现有的供配电系统有如下优点：(1) 选址位置基本位于负荷中心，减少了电缆长度（即有色金属的耗量）节约了成本。供电距离都不是很长，电压损失较小，供电质量高。(2) 变电所区域管辖围比较合理，通常1、2台变压器管理一个区域，供电可靠性较高，供电不会出现紧状况，监管和维护也比较容易。(3) 由于这是学校单位，每年都有寒暑两季假期，在这一期间，学生宿舍，教学楼等

21、平时用电负荷很大的场所，这时候用电量都大幅度的萎缩，减小。故，现有系统的低压联络线设置得是很合理的，在假期中节约了大量的能源。缺点如下：(1) 中心配电室建在实训楼一、二楼，对在实训楼的工作人员产生了较严重的噪声影响，建议改建该配电室。(2) 中心配电室部分电气设备存在老旧问题，若条件允许，建议整改。4 总体规划设计4.1变配电台区选址、变配电所布置4.1.1变配电所的选址把中压配电电压（6-10kv）转变成低压配电电压（0.4kv）的场所统称变配电所，变配电所的设计和规划要做到安全和经济的统一，应保证有充足的电力，以满足供电可靠性和运行经济性的要求，并应考虑环保和标准化等方面的要求。变配电所

22、址选择原则：(1) 尽量靠近负荷中心，以减少配电系统的电能损耗、电压损耗、和有色金属消耗量。(2)进出线方便，特别是采用架空线出现时要考虑这一点。(3)接近电源侧，对总变、配电所特别要考虑这一点。(4)设备运输方便。(5)尽量避开剧烈震动和高温场所。(6)不宜设在多尘和有腐蚀性气体的场所；当无法远离时，则应设在污染源的上风侧。(7)不应设在厕所、浴室或其他常积水的正下方，且不易于上述场所相贴临。(8)不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方，且不易设在有火灾危险环境的正上方或正下方。当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗邻时，应符合现行国家标准GB50058-1992爆炸和火灾危险环境电力装置设计规

23、的规定。(9)高压配电所应尽量与车间变电所或有大量高压用电设备的厂房合建。(10)不应妨碍企业或车间的发展，应与当地建设总体规划相协调，并适当考虑今后扩建的可能。根据以上原则我们分析:负荷中心位于图书馆东南角，紧靠学校东西主干道，将配电所建在这里显然是不适合的，负荷中心南侧是教学楼，配电室不能建在这里，东侧是树林，西侧是图书馆，也不能满足要求，所以我们决定，将配电室还建在食堂楼，但做出一点改变。将配电室的高、低压侧都放在食堂负一楼。将现有的中心配电室低压侧扩建，以满足配电室对空间的需求。4.1.2变配电所布局变配电所的设备布局，包括高低压配电柜、变压器室、补偿电容、控制室。着重于平面布置。控制

24、室应位于运行方便、电缆较短、朝向良好和便于观察屋外主要设备的地方。控制柜的排列布置，宜与配电装置的间隔排列次序相对应。控制室的建筑，应按变电所的规划容量在一期工程中一次建成。变电所的布置应合理紧凑，便于值班人员操作、检修、试验和搬运，配电装置的安放布置应保证具有规定的最小允许通道宽度。具体布置要求如下： （1）配电室、控制室和值班室可以开窗，对采光、通风等有利。变压器室和电容器室需要有良好的自然通风，但通风、采光均必须采取防止小动物进入的措施。应对门窗、电缆、电线用的管沟、槽等出入口处，采取防止小动物进入的措施。因为小动物进入室会造成电气设备事故，如老鼠咬伤电缆，蛇、猫等造成电气设备短路。（2

25、）配电设备的布置必须遵循安全、可靠、适用和经济的原则，并应便于安装、操作、搬运、检修、试验和监测。应合理布置变电所各室的相对位置，高压配电宅与电容器室、低压配电室与电力变压器室应相互邻近，且便于进、出线，控制室、值班室(与辅助间)的位置应便于值班人员的工作管理.（3）变电所不允许采用可燃材料装修，不允许各种水管、热力管道和可燃气体管道从变电所通过，变电所不宜设置厕所和卫生间等。（4）变电所配电装置的设置应符合人身安全和防火要求，对于电气设备载流部分要采用金属网或金属栏杆隔离出一定的安全距离。（5）高压开关柜有靠墙安装和离墙安装等两种安装方式。若变电所采用电缆出线，可采用靠墙安装方式，以减少配电

26、室的建筑面积；根据出线回路数和负荷类型来确定采用架空出线或电缆出线。若出线回路数较多或为高压电动机供电的线路宜采用电缆出线。根据以上要求。我们决定：将学院中心配电室的变压器室；高、低压配电室；值班室放在一起，安排在实训楼一楼。与原来相比，去除了高压值班室，节省了人力，也提高了工作效率。并且将配电室安排在一楼，一定程度上了对实训楼的噪声起到抑制作用。具体布置如下图所示：高压配电室值 班 室低压配电室图4-1 配电室布置图4.2变压器选择变压器的选取原则：(1) 变压器台数的选取电力变压器台数的选取应根据用电负荷的特点、经济运行、节能和降低工程造价等因素综合确定。如果周围环境因素恶劣，选用具有防尘

27、、防腐性能的全密闭电力变压器BSL1型；对于高层建筑，地下建筑，机场等消防要求高的场所，宜选用干式电力变压器SLL、SG、SGZ、SCB型；如电网电压波动较大而不能满足用电负荷的要求时，则应选用有载调压电力变压器，以改善供电电压的质量。对于一般车间、居民住宅、机关学校等，如果一台变压器能满足用电负荷需要时，宜选用一台变压器，其容量大小由计算负荷确定，但总的负荷通常在1000KV以下，且用电负荷变化不大。对于有大量一、二级用电负荷或用电负荷季节性（或昼夜）变化较大，或集中用电负荷较大的单位，应设置两台与以上的电力变压器。如有大型冲击负荷，为减少对照明或其它用电负荷的影响，应增设独立变压器。对供电

28、可靠性要求高，又无条件采用低压联络线或采用低压联络线不经济时，也应设置两台电力变压器。选用两台变压器时，其容量应能满足一台变压器故障或检修时，另一台仍能对一级和部分二级负荷供电。变压器的台数一般根据负荷等级、用电容量和经济运行等条件综合考虑确定。10kV与以下变电所设计规GB5005394中规定，当符合以下条件之一时，宜装设两台与两台以上的变压器：（1） 有大量一级或二级负荷；（2） 季节性负荷变化较大；（3） 集中负荷容量较大。（2）变压器类型的选择 电力变压器类型的选择是指确定变压器的相数、调压方式、绕组形式、绝缘与冷却方式、联结组别等。 变压器按相数分，有单相和三相两种。用户变电所一般采

29、用三相变压器。 变压器按调压方式分，有无载调压和有载调压两种。10kV配电变压器一般采用无载调压方式。 变压器按绕组形式分，有双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器等。用户供电系统大多采用双绕组变压器。 变压器按绝缘与冷却方式分，有油浸式、干式和充气式（SF6）等。 10kV配电变压器有Yyn0和Dyn11两种常见联结组。由于Dyn11联结组变压器具有低压侧单相接地短路电流大，具有利于故障切除、承受单相不平衡负荷的负载能力强和高压侧三角形接线有利于抑制零序谐波电流注入电网等优点，从而在TN与TT系统接地形式的低压电网中得到越来越广泛的应用。由上面分析得出选择变压器的类型为干式、无载调压、双绕组

30、、Dyn11联结组。（3）变压器容量的选择先计算电力变压器的二次侧的总的计算负荷，并考虑无功补偿容量，从而求得变压器的一次侧计算负荷，并作为选择变压器容量的重要依据。对于无特殊要求的用电部门，应考虑近期发展，单台电力变压器的额定容量按总视在计算负荷值再加大15%25%来确定，以提高变压器的运行效率，但单台变压器的容量应不超过1000KVA。对有两台变压器的变电所，通常采用等容量的变压器，每台容量应同时满足以下两个条件：满足总计算负荷70%的需要，即：0.7 ； （4-1）满足全部一、二级负荷的需要，即： （4-2）电力变压器的选择，应综合供配电计算负荷、供电可靠性要求和用电单位的发展规划等因素

31、考虑，力求经济合理，满足用电负荷的要求。但有一个不变的原则是：在保证供电可靠性的前提下，电力变压器的台数应尽量的减少，尽可能的少。表4.1 学校主变电所出线负荷表楼宇名称教学楼图书馆锅炉房实训楼办公楼科创楼体育馆出线负荷437kw 152kw 49kw 122kw 300kw 143kw 21kw需用系数0.90.80.80.80.90.80.8已知，电力线路的功率因数为0.9，根据上表中的各电力负荷的参数，进行负荷计算，如下所示：有功计算负荷：=4370.9+1520.8+490.8+1430.8+1220.8+3000.9+210.8=1053（Kw）无功计算负荷：Q=P=10530.48

32、=505KvarS=1170 KVA无功补偿：（采用变压器二次侧并联电容器的方式）Q1=0.31053=316 Kvar （cos0.9cos0.99）Q1=1356kVA0.71356=949.2kVA，同时又考虑到未来5-10年得负荷发展，初步取=1000kVA主变压器形式为：2*1000kVA无载调压、双绕组、Dyn11联结、干式变压器。4.2.1设备选择1、断路器选用原则：（1）根据用途选择断路器的型式与极数，具体要： 断路器的额定工作电压线路额定电压； 断路器的额定短路通断能力线路计算负载电流； 断路器的额定短路通断能力线路中可能出现的最大短路电流（一般按有效值计算）； 线路末端单相

33、对地短路电流1.25倍断路器瞬时（或短延时）脱扣整定电流断路器欠压脱扣器额定电压等于线路额定电压； 断路器的分励脱扣器额定电压等于控制电源电压； 电动传动机构的额定工作电压等于控制电源电压； 断路器用于照明电路时，电磁脱扣器的瞬时整定电流一般取负载电流的6倍。 （2）采取断路器作为电动机的短路保护时，瞬时脱扣器的整定电流为电动机启动电流的1.35倍（DW系列断路器）或1.7倍（DZ系列断路器）。 DZ20系列塑料外壳式断路器适用于交流50Hz，额定绝缘电压660V，额定工作电压380 V（400 V）与以下，其额定电流至1250A 。一般作为配电用，额定电流200A和400A型的断路器亦可作为

34、保护电动机用。在正常情况下，断路器可分别作为线路不频繁转换与电动机的不频繁起动之用。 （3）采用断路器作为配电变压器低压侧总开关时，其分断能力应大于变压器低压侧的短路电流值，脱扣器的额定电流不应小于变压器的额定电流，短路保护的整定电流一般为变压器额定电流的6-10倍；过载保护的的整定电流等于变压器的额定电流。 DW15 系列万能式空气断路器适用于交流50Hz、额定电流至4000A,额定工作电压至1140V（壳架等级额定电流630A以下）80V（壳架等级额定电流 1000A与以上）的配电网络中，用来分配电能和供电线路与电源设备的过载、欠电压、短路保护之用。壳架等级额定电流630A与以下的断路器也

35、能在交流 50Hz、380V网络中供作电动机的过载、欠电压和短路保护。（4）照明、生活用导线保护断路器，是指在生活建筑中用来保护配电系统的断路器，选用时应考虑：长延时整定值小于等于线路计算负载电流；瞬时动作整定值等于(620)倍线路计算负载电流。DZ12系列塑料外壳式断路器，体积小巧，结构新颖、性能优良可靠。主要装在照明配电箱中，用于宾馆、公寓、高层建筑、广场、航空港、火车站和工商企业等单位的交流50Hz单相230V，三相380V与以下的照明线路中，作为线路的过载，短路保护以与在正常情况下作为线路的不频繁转换之用。 （5）初步选定断路器的类型和等级后，还要与上、下级开关的保护特性进行配合，以免

36、越级跳闸，扩大事故围。2、隔离开关作用：隔离开关是具有明显断开点的开关，而且断开间隙的绝缘与相间绝缘都是足够可靠的，可用于通断有电压而无负载的线路，还允许接通或断开空载的短线路、电压互感器与有限容量的空载变压器。隔离开关没有灭弧装置，因此不能用来切断负荷电流或短路电流，否则在高压作用下，断开点将产生强烈电弧，并很难自行熄灭，甚至可能造成飞弧（相对地或相间短路），烧损设备，危与人身安全，这就是所谓“带负荷拉隔离开关”的严重事故。隔离开关还可以用来进行某些的切换操作，以改变系统的运行方式。例如：在双母线电路中，可以用隔离开关将运行中的电路从一条母线切换到另一条母线上。3、熔断器熔断器是一种在短路或

37、严重过载时利用熔化作用而切断电路的保护电器，它主要由熔体和熔断管组成。其中熔体既是敏感元件又是执行元件。由易溶金属制成，熔断管用瓷、玻璃或硬制纤维制成。当电路发生故障或异常时，伴随着电流不断升高，并且升高的电流有可能损坏电路中的某些重要器件或珍贵器件，也有可能烧毁电路甚至造成火灾。若电路中正确地安置了熔断器，那么，熔断器就会在电流异常升高到一定的高度和一定的时候，自身熔断切断电流，从而起到保护电路安全运行的作用。假如电路中安装了断路器就可以不用熔断器，目前熔断器一般多用于控制回路。4、电容器电力电容器分为串联电容器和并联电容器，它们都改善电力系统的电压质量和提高输电线路的输电能力，是电力系统的

38、重要设备。 a、电力电容器的作用 串联电容器的作用：（1）提高线路末端电压。串接在线路中的电容器，利用其容抗Xc补偿线路的感抗XL，使线路的电压降落减少，从而提高线路末端（受电端）的电压，一般可将线路末端电压最大可提高10%20%。（2） 降低受电端电压波动。当线路受电端接有变化很大的冲击负荷（如电弧炉、电焊机、电气轨道等）时，串联电容器能消除电压的剧烈波动。（3） 改善系统潮流分布。在闭合网络中的某些线路上串接一些电容器，部分地改变了线路电抗，使电流按指定的线路流动，以达到功率经济分布的目的。 （4） 提高系统的稳定性。当线路故障被部分切除时，系统等效电抗急剧增加，此时，将串联电容器进行强行

39、补偿，即短时强行改变电容器串、并联数量，临时增加容抗c，使系统总的等效电抗减少，提高了输送的极限功率，从而提高系统的动稳定。b、并联电容器的作用 热电技术联盟并联电容器并联在系统的母线上，类似于系统母线上的一个容性负荷，它吸收系统的容性无功功率，这就相当于并联电容器向系统发出感性无功。因此，并联电容器能向系统提供感性无功功率，系统运行的功率因数，提高受电端母线的电压水平，同时，它减少了线路上感性无功的输送，减少了电压和功率损耗，因而提高了线路的输电能力。对于学校而言，电容器主要用于降低变压器二次侧电压波动。提高系统运行的功率因数。，具体数值在变压器选择时计算出，在此不作阐述。电容器补偿容量为：

40、316kVar。5、互感器互感器是按比例变换电压或电流的设备，互感器分为电压互感器和电流互感器两大类，其主要作用有：将一次系统的电压、电流信息准确地传递到二次侧相关设备；将一次系统的高电压、大电流变换为二次侧的低电压（标准值）、小电流（标准值），使测量、计量仪表和继电器等装置标准化、小型化，并降低了对二次设备的绝缘要求；将二次侧设备以与二次系统与一次系统高压设备在电气方面很好地隔离，从而保证了二次设备和人身的安全。电压互感器按原理分为电磁感应式和电容分压式两类。前者多用于220千伏（kV）与以下各种电压等级；后者则一般用于110kV以上的电力系统，在330765kV超高压电力系统中应用较多。按

41、用途，电压互感器又分为测量用和保护用两类：电磁感应式电压互感器。工作原理与变压器一样。基本结构也是铁芯和原、副绕组。特点是容量很小且比较恒定，正常运行时接近于空载状态。电压互感器本身阻抗很小，一旦副边发生短路，电流将急剧增加而烧毁线圈。为此，电压互感器原边接有熔断器，副边接地，以免原、副边绝缘损坏时，副边出现对地高电位而造成事故。电容分压式电压互感器。在电容分压器的基础上制成。电容式电压互感器多与电力系统载波通信的耦合电容器合用，以简化系统，降低造价。此时，它还需满足通信运行上的要求。电流互感器工作原理、等值电路与一般变压器一样，只是其原边绕组串联在被测电路中，且匝数很少；副边绕组接电流表、继

42、电器电流线圈等低阻抗负载，近似短路。原边电流（即被测电流）和副边电流取决于被测线路的负载，与电流互感器副边负载无关。电流互感器运行时，副边不允许开路。因为在这种情况下，原边电流均成为励磁电流，将导致磁通和副边电压大大超过正常值而危与人身与设备安全。因此，电流互感器副边回路中不允许接熔断器，也不允许在运行时未经旁路就拆卸电流表与继电器等设备。4.3电气主接线电气主接线是变电所由高压电气设备通过连线组成的接收和分配电能的电路。用规定的设备、文字符号，按其作用依次连接的电气主接线单线图称作主接线图。电气主接线根据变电所在电力系统中的地位、回路数、设备特点与负荷性质等条件确定，并应满足运行可靠、简单灵

43、活、操作方便、易于维护检修、利于远方监控和节约投资等要求。发电厂、变电所的一次接线是由直接用来生产、汇聚、变换、传输和分配电能的一次设备的一次设备构成的，又称为电气主接线。是发电厂（变电所）电气部分的主体结构，也是电力系统网络结构的重要组成部分。它对电气设备选择、配电装置布置、继电保护与自动装置的配置起着决定性的作用，因此，主接线必须综合考虑各方面因素，经技术经济比较后方可确定出正确、合理的设计方案。电气主接线应满足以下基本要求：（1）具有一定的灵活性主接线在力求简单、明了、操作方便的同时，也要求有一定的灵活性，以适应系统不同运行方式的要求。1) 调度时，应可以灵活的投入和切除发电机、变压器和

44、线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以与特殊运行方式下的系统调度要求。2) 检修时，可以方便的停运断路器、母线与其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的用电。3) 扩建时，可以容易的从初期接线过渡到最终接线。在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装机组、变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分的改建工作量最小。（2）操作应尽可能简单、方便主接线应简单清晰、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运行人员掌握。复杂的接线不仅不便于操作，还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。但接线过于简单，可能又不能满足运行方式的需要，而且也会给运行造成不便或

45、造成不必要的停电。（3）可靠性供电可靠性是电力生产和分配的首要任务，保证供电可靠性是电气主接线最基本的要求。分析和研究主接线可靠性通常应从以下几方面综合考虑：1）变电站在电力系统中的地位和作用变电站是电力系统的重要组成部分，其可靠性应与系统相适应。例如：对一个中小型变电站的主接线就毋须要求过高的可靠性，也就没有必要采取太复杂的接线形式；而对于一个大型发电厂或超高压变电站，由于它们在电力系统中的地位很重要，供电容量大、围广，发生事故可能使系统稳定运行遭破坏，造成巨大损失。因此，其主接线应采取供电可靠性高的接线形式。2）变电站的运行方式与负荷性质电能的特点是：发电、变电、输电和用电同时完成。而负荷

46、的性质按其重要性又有类、类和类之分。因此，根据发电厂的运行方式和负荷的要求，进行具体分析，以满足必要的供电可靠性 。3）断路器检修时是否会影响对用户的供电。4）设备和线路故障或检修时，停电线路的多少和停电时间的长短，以与能否保证对重要用户的供电。（4）经济性主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，还应使投资和年运行费用小，占地面积最少，使其尽地发挥经济效益。一般应当从以下几方面考虑：1)投资小 2)占地面积少3)电能损耗少（5）扩建的可能性由于近年来，我国的经济建设高速发展，各地区的电力负荷的需求近年来增加的很快，因此，在选择主接线时，要充分考虑到具有扩建的可能性，并且预留出合适的扩建空间

47、。主接线的分类：（1）单母线接线母线起汇集和分配电能的作用。每一条进出线回路都组成一个接线单元，每个接线单元都与母线相连。1）优点：简单、经济接线简单（设备少）、清晰、明了；布置、安装简单，配电装置建造费用低；断路器与隔离开关间易实现可靠的防误闭锁，操作安全、方便，母线故障的几率低；易扩建和采用成套式配电装置。2）缺点：不够灵活可靠。主母线、母隔故障或检修，全厂停电；任一回路断路器检修，该回路停电。3）适用围：小型骨干水电站台以下或非骨干水电站发电机电压母线的接线；610kV出线（含联络线）回路5回；35kV出线（含联络线）回路3回；110kV出线（含联络线）回路2回。（2）单母线分段接线为了

48、克服一般单母线接线存在的缺点，提高它的供电可靠性和灵活性，把单母线分成几段，在每段母线之间装设一个分段断路器和两个隔离开关。每段母线上均接有电源和出线回路，便成为单母线分段接线。1）单母线分段接线的优点：用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路,有两个电源供电。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。2）单母线分段接线的缺点：当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间停电。当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。扩建时需向两个方向均衡扩建。3）单母线分段接线的适用围：610kV配电装置出线回路数为

49、6回与以上时。3563kV配电装置出线回路数为48回时。110220kV配电装置出线回路数34时。（3）单母线带旁路母线的接线有了旁路母线，检修与它相连的任意回路的断路器时，该回路便可以不停电，从而提高了供电的可靠性。它广泛地用于出线数较多的110kV与以上的高压配电装置中。而35kV与以下的配电装置一般不设旁路母线，因为负荷小，供电距离短，容易取得备用电源，有可能停电检修断路器，并且断路器的检修、安装或更换均较方便。一般35kV以下配电装置多为屋型，为节省建筑面积，降低造价都不设旁路母线。只有在向特殊重要的、类用户负荷供电，不允许停电检修断路器时，才设置旁路母线。带有专用旁路断路器的接线，加

50、装了价高的断路器和隔离开关，增加了投资。供电可靠性有特殊需要或接入旁路母线的线路过多、难于操作时采用。为节约建设投资，可以不采用专用旁路断路器。对于单母线分段接线，常采用以分段断路器兼作旁路断路器的接线。两段母线均可带旁路母线，正常时旁路母线不带电。该出线路这种接线方式，对于进出线不多，电压为35110kV的变电所较为适用，具有足够的可靠性和灵活性。（4）双母线接线1）可轮流检修母线而不影响供电2）检修任一母线侧隔离开关时，只影响该回路供电3）工作母线发生故障后，所有回路短时停电并能迅速恢复供电4）可利用母联断路器代替引出线断路器工作5）便于扩建6）由于双母线接线的设备较多，配电装置复杂，运行

51、中需要用隔离开关切换电路，容易引起误操作；投资和占地面积也较大表4-2 双母线主接线方案比较方案项 目方案单母线方案单母线分段方案双母线技 术会造成全校停电调度不够灵活保证对重要用户的供电任一断路器检修，该回路停止工作不会全校停电调度较灵活操作简单供电可靠调度灵活扩建方便便于试验易误操作经 济占地少设备少占地较少便于维护设备多、配电装置复杂投资和占地面大根据以上对电气主接线的介绍，结合学院的供电特点，该学院10kV配电所主接线宜采用单母线分段接线。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。在高压断路器的电源侧与可能反馈电能的一侧，装设高压隔离开关。10kV母线的分段处，装设断

52、路器。配电所每段高压母线上装设避雷器。接在母线上的避雷器和电压互感器，宜合用一组隔离开关。架空进出线上的避雷器回路中，不装设隔离开关。每段高压母线上装设2组电压互感器。用于检测电源进线电压值。图4-2 学院主变电所主接线图4.4防雷与接地4.4.1供配电系统的防雷雷电的危害 雷电的破坏作用主要是雷电电流引起的。它的危害本可以分为两种类型：一是雷直接击在建筑物上发生的热效应作用和电动力作用；而是雷电的二次作用，即雷电产生的静电感应作用和电磁感应作用。雷电流的热效应主要表现在雷电流通过导体时产生大量的热能，可能烧断导线，烧毁设备，引起火灾或爆炸。雷电流的机械力作用能使被击物破坏，击毁杆塔或建筑物。

53、雷电流的电磁效应和静电感应回产生过电压，击穿电气设备的绝缘，甚至引起火灾和爆炸，造成人身伤亡事故。雷击损害部设备有多种途径，基本上会有以下几种表现形式：直击雷击、感应雷击、电磁脉冲辐射、雷击的地电位反击。图4-3 雷击损坏设备的途经1、过电压与雷电的有关概念过电压是指在电气线路或电气设备上出现的超过正常工作要求的电压。在电力系统中，按过电压产生原因的不同，可分为部过电压和外部过电压（雷电过电压）两大类。（1）部过电压部过电压是由于电力系统本身的开关操作、发生故障或其他原因，使系统的工作状态突然改变，从而在系统部出现电磁振荡而引起的过电压。分为操作过电压和谐振过电压两种形式，运行经验表明，部过电

54、压一般不会超过系统正常运行时相电压的34倍，因此对电力线路和电气绝缘设备的威胁不是很大。（2）雷电过电压雷电过电压又称外部过电压或大气过电压，是由于电力系统的设备或建筑物遭受来自大气中的雷击或雷电感应而引起的过电压。有两种基本形式：1）直接雷击 它是雷电直接击中电气设备、线路或建筑物，其过电压引起强大的雷电电流通过这些物体放电入地，从而产生破坏性极大的热效应和机械效应，相伴的还有电磁效应和闪络放电。这种雷电过电压又称为“直击雷”。2）间接雷击 它是有雷电对设备、线路或其他物体产生静电感应或电磁感应而引起的过电压。这种雷电过电压又称为“感应过电压”或“感应雷”。感应过电压除了上述两种形式外，还有

55、一种是由于架空线路遭受直接雷击或间接雷击而引起的过电压波，沿线路侵入变配电锁或其他建筑物，这称为“雷电波侵入”或“高点压侵入”。据统计，电力系统中由于雷电波侵入而造成的雷害事故，占整个雷害事故的50%70%，比例很大，因此对雷电波侵入的防护应予以足够的重视。2、防雷设备接闪器，是指专门用来接受雷击的金属物体。接闪的金属杆，称为避雷针，接闪的金属线，称为避雷线，又称为架空地线。接闪的金属带，称为避雷带。接闪的金属网，称为避雷网。（1）避雷针防雷电以避雷针作为接闪器的防雷电。避雷针通过导线接入地下，与地面形成等电位差，利用自身的高度，使电场强度增加到极限值的雷电云电场发生畸变，开始电离并下行先导放

56、电；避雷针在强电场作用下产生尖端放电；形成向上先导放电；两者会合形成雷电通路，随之泄入，达到避雷效果。 实际上，避雷装置是引雷针，可将周围的雷电引来并提前放电，将雷电电流通过自身的接地导体传向地面，避免保护对象直接遭雷击。（2）避雷线防雷电是通过防护对象的制高点向另外制高点或地面接引金属线的防雷电。根据防护对象的不同避雷线分为单根避雷线、双根避雷线或多根避雷线。可根据防护对象的形状和体积具体确定采用不同截面积的避雷线。避雷线一般采用截面积不小于35平方毫米的镀锌钢绞线。它的防护作用等同于在弧垂上每一点都是一根等高的避雷针。（3）避雷带防雷电是指在屋顶四周的屋脊、屋檐上安装金属带做接闪器的防雷电

57、。避雷带的防护原理与避雷线一样，由于它的接闪面积大，接闪设备附近空间电场强度相对比较强，更容易吸引雷电先导，使附近尤其比它低的物体受雷击的几率大大减少。避雷带的材料一般选用直径不小于8毫米的圆钢，或截面积不小于48平方毫米、厚度不少于4毫米的扁钢。（4）避雷网防雷电避雷网分明网和暗网。明网防雷电是将金属线制成的网，架在建（构）筑物顶部空间，用截面积足够大的金属物与连接的防雷电。暗网是利用建（构）筑物钢筋混凝土结构中的钢筋网进行雷电防护。只要每层楼的楼板的钢筋与梁、柱、墙的钢筋有可靠的电气连接，并与层台和地桩有良好的电气连接，形成可靠的暗网，则这种方法要比其他防护设施更为有效。无论是明网还是暗网

58、，网格越密，防雷的可靠性越好。3、配电所的防雷虽然目前人类还无法制止雷电的产生，但可以通过努力将雷击的能量给予阻挡并将它泄放入，以避免它所带来的灾害。雷击与过电压的保护是一项系统的工作。外部防雷:(安装避雷针、避雷带等)只能防止直击雷击，对于感应雷击、电磁脉冲辐射、雷击的地电位侵入和反击却无能为力，部设备仍然经常遭到以上这几种雷击的损害，对雷电科学的研究需要和社会的发展、进步相适应。在作好外部防雷的同时更注重部防雷。部防雷:是为保护建筑物部设备以与人员的安全而设置的。通过在需要保护设备的前端安装合适的避雷器，使设备、线路、与形成一个有条件的等电位体。将可能进入的雷电流阻拦在外，将因雷击而使部设

59、施所感应到的雷电流得以安全泄放入地，能有效地防止感应雷击、电磁脉冲辐射、雷击的地电位侵入和反击，确保部设备的安全。电源系统防雷:根据国际电工委员会IEC防雷规中有关防雷分区的要求，将电源系统分为三级保护，可防从直击雷到工业浪涌的各级过电压的侵袭。第一级防雷：（总系统电源的防雷）在电源进入端的主级防雷器，它至少应有大于70-150KA的通流容量，可将数万甚至数十万伏的过电压限制到数千伏，防雷器并联安装在单位部的变压器进线端处，对后接设备的功率不限（详见电源系统三级防雷示意图之I处）。可选用带有雷击计数器的专用防雷箱DS74R，可以对通过线路传输的直击雷和高强度感应雷实施泻放保护。第二级防雷：（分

60、配电柜的防雷）作为工厂分级配电柜的防雷器，可将几千伏的过电压进一步限制到1点几千伏，要求具有40KA的通流容量。防雷器并联安装在分级配电柜处，对后接设备的功率不限。当从配电柜接出的电源是三相四线时可选用CITEL 公司的防雷模块DS43，当所接出的电源是单相三线制时可选用CITEL公司的防雷模块DS42。可以对已经经过初级防雷器限制电压的直击雷、高强度感应雷和一、二级间感应雷实施泻放保护。第三级防雷：（安装在被保护设备的前端）这也是系统防雷中最重要也是最容易被忽视的地方，现代的电子设备都使用很多的集成电路和精密的元件，这些器件的击穿电压往往只是几十伏，最大允许工作电源也只是mA级的，若不做第三

61、级防雷，由经过一二级防雷而进入设备的雷击残压仍将有千伏之上，这将对后接设备造成很大的冲击，并导致设备的损坏。作为第三级的防雷器，要求有10KA的通流容量。它结合了插座的通用功能，串联在设备前端，可将过电压限制到对后级设备没有损害的7、8百伏，同时加入了EMI/RFI滤波功能，纯净电源，防止EMI（电磁干扰）或RFI（无线电干扰）信号对精密仪器、电脑或数据产生的破坏和干扰，对于相线和零线之间的浪涌电压可以起到很好的抑制作用，对于部产生的操作过电压（如感性或容性负载设备的启动或关机等）和高压静电有极好的防效果。选用设备A6-420NS-PRO、A6-420NS，此级防雷器串联安装，后接设备不能超过

62、防雷器的额定功率2500W。能有效地防止雷击电压与工业过电压对设备的损坏。 学院的进、出线线路基本上是用电缆，所以，学校的防雷主要是建筑型防雷，考虑到学院配电室所在楼的高度，一定程度上降低了配电所遭受雷击的可能，所以建筑防雷选择避雷针，电源系统的防雷图示如下:图4-4 防雷示意图4.4.2供配电系统的接地接地概述将电气设备的某一部分与地做良好的连接，叫做接地。埋入地中并直接与接触的金属导体，叫做接地体（或接地极）。分为：自然接地体和人工接地体。连接设备接地部位和接地体的金属导线，叫做接地线。接地体和接地线的总合，叫做接地装置。接地的类型根据接地目的的不同，接地类型主要有工作接地、保护接地、保护接零三种。1. 工作接地电力系统由于运行安全的需要，将电源中性点接地，这种接地方式叫做工作接地。2. 保护接地将电气设备的金属外壳与作良好的电气