电气设计

电气设计PAGE18/NUMPAGES52电气设计电气设计，就是根据要求，对电源、负荷等级和容量、供配电系统接线图、线路、照明系统、动力系统、接地系统等各系统从开始，进行分析、配置和计算，优化方案，提出初步设计，交用户审核，待建设意见返回后，再进行施工图设计，期间要与建设方多次沟通，以使设计方案最大限度满足用户要求，但又不违背规范规定，最终完成向用户供电的整个设计过程，就是电气设计。按现在要求，设计还应包括消防、智能建筑的内容。供配电系统的接线第一节供配电网的接线方式1．电力网的接线：用来示电力网中各主要元件相互联接关系。2．接线图分类：电气接线图：表示出电力系统各主要元件之间的电气联系地理接线图：发电厂、变电所的相对地理位置以及电力线路都按一定比例表示出来3．供配电系统的电气接线：包括供配电网络接线和变电所的主接线4.常用的电气设备图形符号和文字符号见表2－l。一、电气接线方式1．无备用式（又称开式）：由一条电源线路向用户供电分为单回路放射式、干线式、链式和树枝式。主要优点：接线简单，运行方便；主要缺点：供电可靠性差。2．有备用式（也称闭式）：由两条及两条以上电源线路向用户供电分为双回路放射式、双回路干线式、环式、两端供电式和多端供电式，分别如图2－2所示。特点:供电可靠性高，适用于对I类负荷供电。二、配电网接线方式中、低压配电网：接线方式应符合N—1原则（即一回线故障不会造成对用户停电）的可靠性要求。城市电力网一般采用有备用的接线方式，而且往往根据负荷的大小、分布以及对供电可靠性的不同要求，选取几种方式相结合的混合接线型式，并按电压等级220／60（110）／10kV布局成“强／弱／强”的接线形式。<一>高压配电网的接线方式1．包括110kV、60kV和35kV的线路和变电所。2．由于可靠性要求很高，故一般用有备用的接线。3．采用架空线路时，为两回路；采用电缆线路时可分多回路。为避免双回路同时故障而使变电所全停，应尽可能在双侧有电源。运行时两侧电源不并列。<二>中压配电网的接线方式组成：10kV线路、配电所、开闭所、箱式配电所、杆架变压器等主要的接线方式：放射式、普通环式、拉手环式、双路放射式、双路拉手环式等五种。⑴放射式架空线路的放射式结构见图2－6；电缆线路为多回路平行线式，如图2－7所示。特点：结构简单，投资较小，维护方便⑵普通环式只有一个电源，中压变电站停电，则用户停电。a.架空线路的普通环式在同一个中压变电站的供电范围内，不同线路的末端或中部连接起来构成环式网络，见图2－8。注意：中压变电站10kV侧为单母线分段时，两回线路最好分别来自不同的母线段，这样只有中压变电站全停时，才会影响用户用电。特点：配电线路可分段检修，停电范围较小。图2－8普通环式供电接线原理图b.电缆线路的普通环式图2-9电缆环式供电接线原理图单一电源供电由电缆本身构成环式注意：每个用户入口都要装设由负荷开关或电缆插头组成的“П”接进口设备，便于电缆分段检修。⑶拉手环式两端都有电源。a.架空线路拉手环式特点：两端都有电源、环式设计、开式运行；任何一端都可以供给全线负荷，变电站的备用容量要适当增加；线路可分段检修。⑷双线放射式一端供电，两回线路，即常说的双“T”接。任何一回线路事故或检修停电时，都可由另一回线路供电。只有在这个中压变电站全停时，用户才会停电。可靠性较高。⑸双线拉手环式两端有电源，双“T”接。这种接线的架空线路造价过高，很少采用。该接线方式对双电源用户基本上可以做到不停电，目前电缆线路供电的某些重要用户已采用这种接线供电。3．应用举例：城市配电网就可采用拉手环式；城市边缘和乡镇配电网就可采用普通环式和放射式；中压变电站邻近的末端集中负荷就可采用多回路平行线式；供电可靠性要求高的就可采用双线放射式或双线拉手环式。<三〉低压配电网的接线方式低压配电网:指电压等级1kV以下的自配电变压器低压侧或从直配发电机母线，至各用户受电设备的电力网络。低压配电网的接线要综合考虑配电变压器的容量及供电范围和导线截面。低压配电网供电半径一般不超过400m。接线形式有以下几种。1、放射式⑴低压架空配电网放射式a.一台配电变压器一组低压熔断器所有的低压配电线路都由一组低压熔断器控制。优点：接线简单，造价较低。缺点：供电可靠性差，安全性差、灵敏度差。用于：负荷密度较小、供电范围也较小的地区，且配电变压器容量不超过50kV•A或100kV•A时。b.多组低压熔断器接线方式一路低压配电线路采用一组低压熔断器，如图2－15所示。特点：停电面积小，可靠性高；熔断器的保护灵敏度高。图2-15一台变压器多组低压熔断器放射式接线方式图⑵电缆配电网放射式有单回路放射式、双回路放射式、带低压开闭所的放射式。图2－16双回路放射图2－17有低压开闭所的低压供电示意图供电接线原理图2、普通环式在电缆线路中，只有一台配电变压器或几台属于同一中压电源的配电变压器供电的低压配电网。一般用于住宅楼群区。3、拉手环式两侧都有电源。供电可靠性大大高于单电源的普通环式。4、格式用于低压电缆线路。分为低压格网、低压变电站群、中压配电线路三个部分。配电变压器一般都是同一容量。要求：每个配电变压器周围的其他配电变压器的电源应来自不同中压变电站或同一中压变电站不同母线段的中压配电线路。特点：结构灵活，供电可靠性高。第二节变电所主接线的基本形式1.变电所的电气主接线由变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线和电缆等电气设备，按一定顺序连接的，用以表示生产和分配电能的电路。又称为一次接线。2.电气主接线图:用规定的设备文字符号和图形符号，按其实际连接顺序绘制而成的,通常用单线图表示。如果三相不尽相同，则局部可以用三线图表示。电气主接线图表示了各主要设备的规格、数量，反映了各设备的作用、连接方式和各回路间的相互联系。3.主接线的基本要求：（1）保证供电的可靠性（2）具有一定的灵活性和方便性主接线应能适应各种运行方式，并能灵活地进行方式转换（3）具有经济性（4）可扩展性一、具有母线的主接线母线的作用：汇集和分配电能<－>单母线接线1.断路器QF:用来接通或切断电路隔离开关QS:检修断路器时，形成一个明显的断口母线隔离开关:紧靠母线的隔离开关QS1、QS2出线隔离开关:靠近线路的隔离开关QS3接地隔离开关EQS:检修出线时闭合，代替安全接地线的作用.2.隔离开关和断路器的操作顺序保证隔离开关“先通后断”或在等电位状态下进行操作。如给出线WL1送电时，必须先合QS1,再合QS3，最后合上断路器QF2；如停止供电，须先断开QF2，然后再拉开QS3,最后短开QS1。此外:为防止误操作，除严格执行操作规程外，在隔离开关和相应的断路器之间，应加装电磁闭锁或机械闭锁。3．单母线接线的特点优点：接线简单清晰、操作方便、设备少、投资小，隔离开关仅用于检修，不作为操作电器，不容易发生误操作。缺点：（1）母线和母线隔离开关检修或故障时，将造成全部回路停电；（2）出线断路器检修时，该回路将停电。4．主要用于小容量的发电厂和变电所中。<二>单母线分段接线1.优点：可分段检修母线和母线隔离开关，减小母线故障的影响范围，缺点：出线断路器检修时，该出线停电。2．运行方式⑴正常运行时,分段断路器DQF是断开的.在DQF上还装有备用电源自动投入装置，当任一电源失电，电源断路器断开后，DQF自动接通，保证全部线路的继续供电；⑵正常运行时，DQF是接通的任一母线故障，DQF断开，保证非故障段母线可以正常工作。在可靠性要求不高时，可以用隔离开关分段，故障时将短时停电拉开分段隔离开关DQS后，正常段母线即可恢复供电。DQS－分段隔离开关；DQF一分段断路器3.分段的数目取决于电源数量和容量。段数分得越多故障时停电范围越小，但同时所用断路器等设备也增多，且运行也越复杂。通常2～3段为宜，为减少母线故障的影响范围，应尽可能使一段母线上的电源功率与出线功率之和相等。<三>带旁路母线的单母线接线旁路母线的作用：可以不停电地检修与它相连的任一断路器。优点：可不停电检修任一出线断路器。W—母线SW—旁路母线SQF—旁路断路器SQS一旁路隔离开关虚线表示旁路母线系统也可以用来不断开电源的检修电源断路器。1．正常运行时，旁路不带电。2．隔离开关作为操作电器必须遵循的“等电位原则’，即判断操作前后隔离开关两端的电位。检修QF之前的步骤：（1）先合隔离开关QS3，再合QS4；（2）合上SQF（对旁路母线充电检查）；（3）合上SQS；（4）断开QF；（5）断开QS1，再断开QS2。3．适用范围由于旁路系统造价昂贵，同时使配电装置和运行复杂，所以规程规定：电压为35kV而出线在8回以上，110kV、6回以上，220kV、4回以上的屋外配电装置都可加设旁路母线。6~10kV屋内配电装置，一般不装设旁路母线。<四>单母线分段带旁路的接线用专门的分段断路器和旁路段路器，则断路器数目较多，造价较高，一般不用。常用：以分段断路器兼作旁路断路器的接线形式，如上图所示。2．正常运行时旁路母线不带电，以单母线分段方式运行分段断路器DQF及隔离开关QS1、QS2在闭合状态，QS3、QS4、QS5均断开。3．单母线方式运行DQF作为旁路断路器运行，若闭合隔离开关QS1、QS4（此时QS2、QS3断开）及DQF，旁路母线即接至A段母线；若合上隔离开关QS2、QS3（此时QS1、QS4断开）及DQF，则旁路母线接至B段母线。可以通过隔离开关QS5并列运行。4．适用于：进出线不多，容量不大的中小型发电厂和变电所。<五>双母线接线具有两组母线：工作母线Ⅰ和备用母线Ⅱ。1.优点：⑴供电可靠a.检修任一母线时，不会停止对用户连续供电。例如，检修工作母线，可将全部电源和线路倒换到备用母线上。操作步骤：①先合上母联断路器两侧的隔离开关，再合上母联断路器CQF，向备用母线充电，此时两组母线等电位。②然后按照‘先通后断’操作顺序，先接通备用母线上的隔离开关，再断开工作母线上的隔离开关。③完成母线切换后，最后断开CQF和其两侧隔离开关，即可对母线I进行检修。b.检修任一组隔离开关，只需断开此隔离开关所属回路和与此隔离开关相连的该组母线，其他电路均可通过另一组母线继续运行。c.检修任一出线断路器，只需短时停电。如欲检修QF2，只需将WL2回路短时停电.①断开QF2及两侧隔离开关QS2和QS3，将断路器退出；②用‘跨条’（图中虚线表示）将遗留缺口接通；③接通隔离开QS1和QS3；④投入CQF。于是WL2重新投入运行，母联断路器代替了出线WL2的断路器QF2。⑵运行调度灵活。通过倒闸操作可以形成不同运行方式。a.单母线分段运行母联断路器闭合，两组母线同时运行，进出线分别接在两组母线上.b.相当于单母线运行母联断路器断开，一组母线运行，另一组母线备用，全部进出线接于运行母线上。⑶易于扩建向双母线左右两侧扩建，均不会影响两组母线上电源和负荷的自由组合。目前我国大容量的重要发电厂和变电所中广泛采用。2．缺点a.隔离开关作为操作电器容易发生误操作；b.检修任一回路的断路器或母线故障时，仍将短时停电；c.使用设备多，配电装置复杂，投资较多。为了消除上述某些缺点可以采取如下措施；a.为防止设操作，要求运行人员熟悉操作规程，另外在隔离开关与断路器之间装设特殊的闭锁装置，以保证正确的操作顺序。b.正常运行时，采用单母线分段的运行方式，以减少母线故障短时停电的范围。c.采用双母线分段，进一步减少母线故障影响范围。d.为了不停电检修出线断路器，采用双母线带旁路母线的接线.如图2-25（b）所示。正常时CQF起母联断路器作用，当出线断路器检修时，须将所有回路部切换到规定的一组母线Ⅰ上，然后通过旁路隔离开关将旁路母线投入，以母联断路器代替旁路断路器工作。图c进一步改善其功能，旁路母线可任意接在两组母线上。以母联断路器代替旁路断路器，虽然节省了断路器，但这样使操作复杂，增加误操作的可能性，而且运行不够灵活，因为CQF或者作为母联断路器、或者作为旁路断路器，二种功能不能同时兼得。<六>3/2接线运行时，两组母线和全部断路器都投入运行形成多环状供电，具有较高的供电可靠性和运行灵活性。2.优点⑴一母线故障或检修，均不致停电；⑵任一断路器检修不影响正常供电；⑶隔离开关仅作检修之用，不作为操作电器，误操作的可能性较少。⑷在进线功率和出线功率大致相等的情况下，就是两组母线同时故障，功率仍可继续输送。3．缺点使用设备较多、投资大、而且继电保护装置复杂。所以一般使用在220kV以上的超高压系统中。二、没有母线的主接线使用断路器数量较少<一>桥形接线当只有两台变压器和两条线路时，可以采用桥形接线。正常运行时，桥连断路器闭合。1.内桥接线连接桥设置在变压器侧.线路的投入和切除比较方便，变压器的投入和切除比较复杂.适用于较长的线路和变压器不需要经常切换的场合。2.外桥接线连接桥设置在线路侧。适用于线路较短和变压器需经常切换两条线路间有穿越功率时，也应采用外桥接线。3．特点桥形接线有工作可靠、灵活、使用的电器少、装置简单清晰和建设费用低等优点，并且它特别容易发展为单母线分段或双母线接线。因此广泛使用在220kV及以下的变电所中，具有二路电源的工厂企业变电所也普遍采用，还可以作为建设初期的过渡接线。<二>角形接线hornscheme多角形接线分成三角形、四角形、六角形接线等。下图为四角形接线。1．优点（1）任一断路器检修不致中断供电；（2）隔离开关只用于检修，不作为操作电器，误操作可能性小。注意：电源和馈线回路相互交错开布置或按对角原则连接，将会提高供电可靠性。2．缺点（1）开环情况下，线路和断路器故障，易造成系统解列或分成两部分。如检修QF2时，WL2线路故障，QF1和QF3断开，将造成变压器T2失电。（2）开、闭环工作电流相差很大，造成设备选型困难，继电保护整定复杂。（3）扩建较困难。因此，运行中回路数不要太多，3～4条为宜，最多不超过6条。<三>单元接线unitscheme1.发电机—变压器单元接线接线简单、开关设备少、操作简便的特点。a.发电机—双绕组变压器单元接线。发电机出口不装设断路器，为调试发电机方便应可装隔离开关。b.发电机—三绕组变压器单元接线。发电机出口处应装断路器，以便在发电机停止工作时，还能保持高压和中压电网之间的联系，。2．变压器—线路单元接线当只有一台变压器和一回线路时，可采用这种接线。线路和变压器高压侧共用一组断路器（QF2）。线路和变压器之间的断路器（QF2）也可以不装设，当变压器发生故障时，可由线路始端的断路器（QF1）切除变压器。若线路始端的继电保护的灵敏度不能满足要求时，应采取专门措施，如在变压器高压侧装设接地开关等。这种接线一般使用在小容量的终端变电所和小容量的农村变电所