供用电系统教材

第一章 绪论 General introduction 第一节 电力系统概论

General introduction of electric power industry

一、 电力系统的构成

Composing of power system <一>电力工业在国民经济中的地位

The status of power industry in national economic 1． 电力工业是社会公共基础事业，是国民经济的一个重要部门。 2． 为社会生产的各个领域提供动力，与社会生活密切相关； 3． ?经济要发展，电力要先行?。从各国经济发展看，国民经济每

增长1%，就要求电力工业增长1.3%—1.5%。 <二> 电力系统的形成

Development of power system

1 初期 电厂建在用电区附近，规模很小，孤立运行。

2 随着生产的发展和科学技术的进步，用电量和发电厂容量不断增加，但由于发电所需的一次能源通常离负荷中心较远，因此形成了电力网和电力系统。

<三>基本概念 Basic conception

电力系统：发电机、变压器、输配电线路和电力用户的电器设备所组

成的电气上的整体。

电力网：电力系统中输送、分配电能的部分（变压器和输配电线路）。 动力系统：电力系统+发电厂的动力部分（火电厂的锅炉、汽机；水

电厂的水库、水轮机；核电厂的反应堆）

二、 电力系统的发展

The history of electric power industry

1．国外电力系统的发展历史

1831 法拉第发现电磁感应定律后，出现了交流 直流发电机，直流电动机

出现里100-400V的低压直流输电系统； 1882年 德国 1500-2000V 直流输电系统 1885年 单相交流输电 1891年 三相交流输电

俄国人 展示了现代电力系统模式 2．国内电力系统发展历史 1882年 第一座电厂在上海建成

1882—1945年 全国总装机容量185万KW，年发电量仅43亿KWh 2000年 全国总装机容量3亿KW，年发电量13556亿KWh

并建成500kV交流、直流超高压输电线路，7个跨省电力系统 西南大容量水电的开发，山西陕西和内蒙西部大量坑口电厂的建设，使得全国联网的格局逐步形成。 3.联合电力系统的特点

Characteristics of power system

1)系统总装机容量减少。发电厂孤立运行的最大负荷并不同时出现 2)合理利用动力资源

与火力发电厂相比，水电厂具有单位发电成本低、跟踪负荷快的

特点。因此，依照?不弃水?的原则，水电厂丰水季节承担基荷，枯水季节承担峰荷。这样可以降低煤耗，充分利用水力资源。 3)提高了供电可靠性

由于各电厂之间在机组检修或系统发生事故的情况下能够相互支援，从而可以降低系统备用容量和提高供电可靠性。 4)提高了系统运行的经济性

a.在机组间合理分配负荷；

b.采用大容量机组，降低单位千瓦造价和运行损耗。 缺点：故障波及地区容易扩大、系统短路容量增加。 三、对电力系统的基本要求

Basic requirement of the power system operation （一） 电能生产、输送和消费的特点

1． 电能不能大量存储。电能的生产、输送、分配、消费同时发生； 2． 从一种运行方式过渡到另一种运行方式的过渡过程非常短促； 3． 与国民经济各部门的关系密切。各部门广泛使用电能，电能的

中断或减少将影响国民经济各部门。

(二） 电力系统运行的基本要求 1．满足用电需求，保障供给 2．保证可靠的持续供电。

提高运行水平；防止发生误操作；事故后应尽量采取措施防止事故扩大；完善电力系统的结构等。

当系统发生事故、出现供电不足时，首先切除三类用户，以确保一、二类用户的需要（一类用户：中断供电，会带来人身危险、设备损坏、大量次品、破坏生产秩序、给国民经济带来巨大的经济损失或重大政治影响的用户。用两个或两个以上独立电源供电；二类用户：中断供

电会造成减产、停工的用户。两路供电或一路专用线路供电；三类用户：短时停电不会带来严重后果）。 3．保证良好的电能质量。

电压偏移：?5% 频率偏差：50?（0.2—0.5）HZ 波形畸变率：很小

4．保证电力系统运行的经济性

提高效率、降低损耗、节约能量资源。

第二节 发电厂的类型 Type of power plant

一次能源：虽自然界演化生成的动力资源，是能源的直接提供者，如

煤、石油、天然气。

电能是二次能源。

一、火力发电厂 fossil fuel station

以煤、汽油或天然气为燃料的电厂，原动机一般为汽轮机，也有

用柴油机或燃气轮机的。

图1-2 凝汽式火力发电厂生产过程示意图 火力发电厂又可分为：

1) 凝气式火电厂 (steam power plant) 做过功的蒸汽排入凝汽器冷凝成水，重新送回锅炉。在凝汽器中大量的热量被循环水带走，所以效率很低，只有30%—40%。

2）热电厂(thermal plant) 汽轮机中一部分做过功的蒸汽从中间断抽出供给热力用户，或经热交换器将水加热后把热水供给用户。效率高达60%—70%.

二、水力发电厂 hydroelectric power plant 将水的位能和动能转变成电能。

发电厂容量取决于上下游水位差（水头）和流量大小。

水力发电机组承受变动负荷的能力较好，且启动快，电力系统中发生事故时可充分发挥备用功能。

1．按水头形成方式分为

1）堤坝式水电厂 在河床上游建水坝蓄水，形成发电水头。 坝后式水电厂：厂方建在坝后，如丰满水电厂； 河床式水电厂：厂房其拦水坝作用，如葛洲坝水电厂。 2）引水式水电厂 电厂建在山区水流湍急的河道上，或河床坡度较陡的地方，由引水道形成水头，不修坝或只修低堰。 3）混合式水电厂 水头由坝和引水道共同形成。

4）抽水蓄能电站 系统谷荷时，机组以电动机-水泵方式工作，将下游水库的水抽至上游水库储存；峰荷时，机组以水轮机-发电机方式工作，利用蓄水发电；从而实现?移峰添谷?。

抽水蓄能电站用途：调频、调相、系统备用、系统黑启动等。 2．按运行方式分

1）无调节水电厂 水库小，不能对径流调节 2）有调节水电厂 可利用水库对径流进行重新分配

有日调节、周调节、季调节、年调节和多年调节 三、核电厂 nuclear plant

将核裂变能转化成热能，再按火电厂的方式发电。

1．优点：1） 节省燃料 如一台500MW的火力机组，每年耗煤150

万吨，而同容量的核电机组，每年仅需600kg铀燃料 2） 不需空气助燃 可建在地下、山洞里、水下、空气稀

薄的高原地区

2．问题：放射性污染

四、其他形式发电厂 other way to generate electric power 风力发电、潮汐发电、地热发电、太阳能发电、磁流体发电等。

第三节 变电所的类型 Type of substation

变电所是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。

一、 根据变电所在电力系统的作用，可分成下列几类：

the type of substations according to the function <一>升压变电所 booster substation <二>降压变电所 step-down substation 1．枢纽变电所 load-center substation

位于电力系统的枢纽点，连接电力系统高压和中压的几个部分，汇集多个电源，电压为330-500kV 。

全所停电后，将引起系统解列，甚至出现瘫痪。 2．中间变电所 intermediate substation

高压侧以交换潮流为主，或使长距离输电线分段，电压为220-330kV，同时又降压供给当地用电。 全所停电后，将引起区域网络解列。 3．地区变电所 local substation

高压侧电压110-220kV，对地区用户供电为主。 全所停电后，仅该地区中断供电。 4．终端变电所 terminal substation

在输电线路的终端，接近负荷点，高压侧电压35-110kV，降压后直接供给用户。

全所停电后，只是用户受损失。

二、按电压高低分 type of substation according to the voltage level

1．大型变电所 large substation

330kV以上，占地面积较大，自动化水平较高 2．中型变电所 middle substation 220kV 110kV 也称为一次变电所 3．小型变电所 small substation 110kV以下也称为二次变电所

三、按变电所结构分 type of substation according to the structure

1．屋外式 outdoor substation

除仪表、继电器、控制设备、直流电源等二次设备设在屋内外，变压器、开关等大型设备均放在屋外。 通常电压较高的变电所大多为屋外式。 2．屋内式 indoor substation 变电所所有设备都放在屋内。

一般用于室内居民密集地区或其他空气污秽地区。 3．地下式 underground substation 全部设备均设臵在地下或洞室内。 以适应城市建设或战备的要求。 重点要解决好通风和防火问题。 4．箱式变电所 package substation

为了使供电设施与建筑周围环境协调而产生的。 设有高压开关小室、变压器小室和低压配出开关小室。

第四节 电力网的电压

Voltage levels of the electric power system

一、额定电压 rated voltage

1．电力系统的额定电压等级（输电线路的额定线电压） V 220 380

kV 3 6 10 35 (60) 110 (154) 220 330 500 750 确定额定电压的等级的考虑因素：

S=3UI,当输送功率一定时，输送电压越高，电流愈小，载流部分的截面积愈小，投资愈小；但电压越高，设备绝缘的投资越大。综合考虑，对应一定输送功率和输送距离就有一个最合理的线路电压。但从设备制造的角度考虑，线路电压不能任意确定。而且标准电压等级不能过多。

2．发电机、变压器、用电设备的额定电压的确定 1）用电设备的额定电压=线路额定电压

沿线路的电压损失一般为10%，用电设备的允许电压偏移为?5%，

这要求线路始端电压为额定值的105%，从而可保证线路末端电压不

低于额定值的95%

2）发电机的额定电压=105%线路额定电压 3）变压器额定电压

UN1?UN,一次侧与线路相连???UGN，一次侧与发电机相连

?110%UN，二次侧与线路相连UN2???105%UN，二次侧直接与用电设备相连或Uk%?7.5

例：

T1:10.5/121/242kV T2: 110/38.5/10.5kV T3:220/38.5kV T4: 35/0.4kV

二、输、配电网的划分 division of transmission and distribution system 1、按线路电压的高低分

超高压网 330kV及以上； 高压网 10—330kV 中压网 1－10kV 低压网 1kV以下 2．按作用分

输电网：将电能从发电厂输送到负荷中心。

配电网：将电能从负荷中心输送到各级电力用户，起分配电能的作

用。通常电压在220kV以下。可分为高压配电网（35－110kV）、中压配电网（3－10kV）、低压配电网（220－380V）。

第五节 供配电系统的接地

Grounding of power supply and distribution system

接地：人为的将电器设备中带电或不带电部分与大地连接。 按接地目的不同，可分为：

1． 工作接地 为保证电力系统正常工作而采取的接地；

2． 保护接地 正常不带电而由于绝缘损耗有可能带电的金属部

分接地；

3． 防雷接地 防雷保护装臵为导泄雷电流而进行的接地。 一、 工作接地 service ground

1．星形连接的变压器或发电机的中性点。

2．考虑中性点运行方式的原因 ：电力系统发展初期，系统中性点不接地；随着系统规模的扩大，经常出现弧光过电压引起的事故。 3．电力系统中性点运行方式 grounded neutral system

中性点直接接地(大电流接地系统)：发生单相接地时的短路电流较大

中性点不接地、中性点经消弧线圈接地、中性点经小电阻接地（为小电流接地系统：发生单相接地时的短路电流较小）。

(一)中性点直接接地 neutral-point directly earthed

————110kV及以上电力网采用

1．特点：中性点始终保持零电位。

2．优点：节约绝缘投资。

中性点不接地电力网的一相接地

单相接地时，非故障对地电压接近相电压，相对地绝缘按相电压

设计，因此降低了电力网的绝缘投资，而且电压越高，其经济效益越大。

3．缺点：可靠性不高。

单相短路时，接地相短路电流很大，各相之间电压不对称。 4. 针对缺点采取的措施：1）由于架空线路上的故障绝大多数都是暂时性的，故可加装自动重合闸装臵，以提高供电可靠性；2）为减少单相接地电流，将系统中部分中性点接地，而另一部分中性点不接地。 （二）中性点不接地 neutral-point unearthed

1．特点：单相故障时，中性点电压为相电压，线电压仍维持平衡。 2．优点：运行可靠性高。

发生单相故障时，电力网线电压的大小和相位关系仍维持不变，接在线电压上的电器仍能继续运行，因此可带故障运行一段时间（但时间不能太长，以免健全相薄弱环节遭到破坏，发展成两相短路）。 3．缺点：绝缘投资大。

单相故障时，非故障相对地电压升为相电压的3倍，为确保设备

的绝缘安全，系统相对地绝缘按线电压设计，中性点绝缘按相电压设计。

4．中性点不接地系统的适用范围

1）500V以下的装臵（380/220照明装臵除外）； 2）单相接地电流小于30A的3-10kV电力网； 3）接地电流小于5A的发电机直配系统； 4）单相接地电流小于10A的35kV电力网。 （三）中性点经消弧线圈接地

neutral-point earthed via arc-extinguishing coil

中性点不接地系统单相接地电流较大时采用。 1．消弧线圈：具有铁心的可调电感线圈。 3．消弧线圈的作用：

中性点不接线圈时，单相接地电流为非故障相对地电容电流之和，且随着网络的延伸而增大，容易造成弧光接地过电压。

中性点接消弧线圈后，可补偿接地电流中的容性部分，从而减少故障电流。 4．补偿方式 1）全补偿 IL=IC

此时消弧线圈的感抗与其他非故障相的电容容抗正好形成串联

?

?谐振关系；由于系统在运行时并不是严格的对称，中性点存在一定的位移电压，容易产生谐振过电压，危及电力网的绝缘。很少采用。 2）欠补偿 IL

部分线路断开时，可能出现全补偿现象。很少采用。 3）过补偿 IL>IC

不会因线路的退出而出现全补偿现象。一般采用这种补偿方式。 5．特点：运行可靠性高，但绝缘投资大。 二．保护接地 protective ground

<一> 人体触电 getting an electric shock 电伤:人体的外部受到的电损伤，如：灼伤。

电击：人体内部器官受到的电损伤，如：痉挛、抽搐、失去知觉等。

受伤程度与电流大小、通电时间、流经人体途径、人体情况等因素有关。

交流电，10mA以上开始对人体有害，50mA时对人有致命危险。最恶劣情况下，40－50V电对人就要致命危险。

<二> 保护接地的作用 function of protective ground 电机一相绝缘损坏时，外壳在相电压作用下

保护接地的作用说明

有接地电阻后，起分流作用。

????

接地电阻越小，则人接触有绝缘损坏设备外壳时就越安全。 <三>接地电阻 grounding resistance

1．接地装臵：由埋入土中的金属接地体（角钢、钢管等）和连接

用接地线组成。

2．接地电阻：接地体对地电阻和接地体及其连接导体的电阻之和。 接地点处电位最高，离它越远，电位越低；200米远处，电位近似为零。

<四> 接触电压和跨步电压 touch voltage and step voltage 1． 接触电压：人触及漏电外壳时，手（设备外壳最高电位）与脚(距

设备水平距离0.8m)之间的电位差。

2． 跨步电压：人在电位分布区内跨开一步，两脚之间（0.8m）的

电位差。

<五> 保护接零 linked to the null line for the protection aim 1． 中性点直接接地的三相四线制380/220V电力网，将用电设备的

金属外壳与电源中性线作金属性连接，并保证用电设备一相绝缘损坏发生碰壳时，供电线路自动断开。 2． 要求：

1 零线应重复接地，并且接地电阻越小越好；

2 同一电源供电的低压线路上的用电设备，不允许一部分保

护接地，而另一部分保护接零。

3．保护接地和保护接零的使用范围 1000V以上的设备 保护接地

1000V以下的设备 在中性点直接接地系统中 保护接零

中性点不接地系统 保护接地 没有中性线 保护接地

第二章 供配电系统的接线

Wiring patterns of power supply and distribution system 第一节 供配电网的接线方式

Wiring patterns of power supply and distribution system

1．电力网的接线：用来表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臵以及电力线路都

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 electrical wiring pattern 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。

图2－1无备用接线形式

（a）放射式；（b）干线式；（c）链式；（d）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。

图2-2 有备用接线形式

（a）双回路放射式；（b）双回路干线式；（c）环式；（d）两端供电式；（e）多端供电式

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 wiring patterns of power distribution system

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。

图2-3 两侧电源分段的高压配电网 图 2-4 电缆线路的双T接线

图2－5 三侧电源的三T接线

4．线路上接入3个及以上变电所时，线路宜在两侧有电源，但正常运行时两侧电源不并列。

<二> 中压配电网的接线方式

1.组成：10kV线路、配电所、开闭所、箱式配电所、杆架变压器等2.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

图2－6 放射式供电接线图 图 2-7 多回路平行供电接线原理图 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

单一电源供电

由电缆本身构成环式

图 2-9 电缆环式供电接线原理图

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。

图2－10 拉手环式供电接线原理图

（a）中间断开式； （b）末端断开式

b.电缆拉手环式

图 2-11电缆拉手环式电缆供电接线原理图

供电可靠性较高。

但故障停电时，人工倒闸会影响用户用电。

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。

图2－12双线放射供电接线原理图

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。

图 2－13 双线拉手环式接线原理图

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。

图 2-14 一台变压器一组低压熔断器

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。

l一中压配电线路；2一配电变压器； 3一低压熔断器；4一低压格网； 5一负荷

图 2-18 格式低压网接线原理图

第二节 变电所主接线的基本形式

Basic pattern of substation main electrical connection 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 main electrical connection with bus 母线的作用：汇集和分配电能

<－> 单母线接线 single bus connection

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 single bus with two sections 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臵，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

图 2-20 单母线分段接线

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 main and transfer bus

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

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）；

图 2-21 带旁路母线的单母线接线

（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，同时使配电装臵和运行复杂，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臵都可加设旁路母线。6~10kV屋内配电装臵，一般不装设旁路母线。

<四> 单母线分段带旁路的接线 single bus with two sections and

one transfer bus

1. 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 double-bus scheme

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。

图2-23 双母线接线 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，

CQF—母线联络断路器

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。

图 2-24 检修出线断路器临时措施

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，配电装臵复杂，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臵，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

图 2-25 双母线带有旁路母线的接钱

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（a）具有专用旁路断路器；（b）、（c）以母联断路器兼作旁路断路器 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

1. 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、而且继电保护装臵复杂。 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 main electrical connection with on bus 使用断路器数量较少 <一> 桥形接线 bridge scheme

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

连接桥设臵在变压器侧.

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 连接桥设臵在线路侧。 图 2-27 桥形接线

（a）内桥；（b）外桥 适用于线路较短和变压器需经常切换

CQF—联络断路器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、装臵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 horn scheme 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臵

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 unit scheme

1. 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。

图 2-29 单元接线 图2-30 变压器——线路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，。 （a）发电机—双绕组变压器单元接线 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。 （b）发电机—三绕组变压器单元接线

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

第三节 变电所主接线示例

Examples of substation main electrical connection 一、区域变电所的电气主接线

main electrical connection of intermediate substation 1．高压侧为220~330kV，中压侧为110~220kV。

2．因高压侧、中压侧均为中性点直接接地系统，故采用两台自耦变

压器。

3．由于高、中两级电压回路数较多，又是电力系统中的枢纽变电所，

故高、中两电压级侧均采用带旁路母线的双母线接线，主变压器回路也接入旁路母线，如图2－31所示。 二、大容量的地方变电所的电气主接线

main electrical connection of large local substation <一> 两台变压器二次侧分开运行 为限制其短路电流，正常运行时6～10kV母线的分段断路器DQF是断开的。

这种运行方式的优点：

1. 6～10kV电网发生短路时短路电流较小，可选用轻型断路器； 2. 当电网内发生短路时，只有故障线路所在的一段母线受到影响，

而另一段母线仍能正常运行。 <二> 两台变压器二次侧并联运行 这种方式的优点是：

（1）两台变压器的负荷分配均匀，变压器中的电能损耗较分开

运行时小；

（2）两段母线的电压相等；

（3）当其中一台变压器故障时，仍可保证两段母线的引出线供

电不致中断。

因此，当引出线选用的轻型电器能承受短路电流时，应使两台变压器二次侧并联运行。

三、中小容量的地方变电所的接线

main electrical connection of middle of small local substation

中小容量的地方变电所，短路电流较小，一般不必采用任何限制短路电流的措施。

1. 变电所有两台变压器

高压侧有两回电源线路时，可采用桥形接线。 低压侧为单母线分段接线，正常运行时，分段断路器DQF是接通的，其接线如图2-33（a）所示。

只有一台变压器的变电所向重要用户供电时，用户必须从电网中得到另一电源，作为备用电源。

2. 只有一台变压器和一回电源线路的终端变电所

高压侧用高压熔断器作为变压器的保护。当熔断器的参数不能满足要求时，则应换成断路器或采用线路一一变压器单元接线。

低压侧大多数采用不分段的单母线接线，它与变压器低压侧直接连接。如果变电所的低压侧另外还有电源时，在变压器与低压母线之间应装设断路器，如图中虚线所示。 四、变电所的所用电接线 1. 变电所的所用电负荷 变压器的冷却机械、蓄电池的充电设备或整流操作电源、采暖通风、照明及检修用电等。

2. 通常所用电负荷较小，故所用变压器的容量一般为50～315kV〃A。

中小型变电所的所用变压器有20kV〃A即可满足要求。 3. 高电压大容量的枢纽变电所

应装设两台所用变压器T3、T4，见图2-34（a），分别接到变电所中最低一级电压的不同母线段上。 4. 单回路供电的变电所

为了提高所用电的可靠性，除应装设两台所用变压器外，还需将其分别接在不同电压等级的电源或独立电源上，以保证当变电所内停电时，仍能使所用电不停电。例如图2-34（b）中，一台所用变压器T3由变电所的6～10kV母线供电，另一台所用变压器T2由高压侧电源回路断路器的外侧供电。两台所用变压器相互备用，并装设备用电源自动投入装臵。

图 2-34 变电所所用电接线

第四节 工厂供配电系统的一次接线

Primary electrical connection of industrial power supply system

一、工厂供配电系统的组成

composition of industrial power supply system

总降压变电所；车间变电所；高压用电设备；低压用电设备；架空线；电缆等。此外，对于一些重要工厂还包括自备电厂。

图 2-35 工厂内部供配电系统示意图

二、工厂变配电所常用的主接线

main electrical connection of industrial substation <一> 总降压变电所的主接线 一般情况下，负荷大的大、中型工业企业要设臵总降压变电所。1、总降压变电所的作用

将35～110kV的电源电压降至 6～10kV的电压，然后分别送至各个车间变电所或其他6～10kV的高压用电设备，供电范围在几公里之内。

2、工厂供电电压主要取决于:地区供电电压、工厂用电设备的总容量和高压用电设备的容量。

通常工厂的供电电压是被地区供电电源电压所决定的。 3、总降压变电所主接线的特点

（1）电源进线一般为1至2回路。 （2）变压器台数一般不超过两台。

（3）低压侧6～10kV母线采用单母线或单母线分段接线。 4、总降压变电所高压侧接线形式有： ⑴ 桥式接线

a、一级、二级负荷的大型工业企业采用35～110kV线路供电时，一般采用双回路电源进线和两台主变压器组成的内桥式接线。

b、进线可以是两个独立电源或者是单电源的双回路。

c、特点：当一条电源线路有故障或检修时，通过桥接断路器，

不影响两台变压器的运行。

d、内桥式接线的正常运行方式：

①高压侧桥接断路器QFB闭合，低压侧分段断路器闭合。

可靠性高，但短路电流大。继电保护装臵复杂； ②高压侧桥接断路器QFB断开，低压侧分段断路器闭合。 可靠性较前者逊色，但短路电流得到限制； 宜用于来自同一电源的双回路；

③高压侧桥接断路器QF断开，低压侧分段断路器QF也断开。适用于 2个未经同期的独立电源。

它的运行性能相当于2个互为备用的?线路一变压器?组。

注意：少数用电量很大且变压器多于两台的工业企业总降压变电所，

也有采用扩大内桥接线方式的，如图2-37所示。 ⑵ 高压侧无母线的主接线

a、二级、三级负荷的工业企业可采用

一回路电源进线和一台变压器的接线方式，如图2-38所示 b、优点:简单、设备少、基建快和投资费用低。 c、缺点：供电可靠性较差

当进线或变压器发生故障或检修时需停电 <二> 总配电所的主接线

地区供电电源电压为6～10kV时，中、小型工业企业一般设臵总配电所.

6～10kV配电所一般采用单母线或单母线分段的接线方式。 1．单母线接线

一般为一路电源进线，而引出线可以有任意数目. 只适用于对三级负荷供电。 2．单母线分段接线

二回电源进线、母线分段运行的方式 比较适用于大容量的二、三级负荷。 <三> 车间变电所的主接线

车间变电所在系统中的作用:将6-10kV的电源电压降至380/220V的使用电压，并送至车间各个低压用电设备。

1．高压侧无母线的接线

中小型工业企业的变电所只有一台变压器时最为适宜。 高压侧电气设备发生故障时，将造成全部停电. 只适用于小容量的三级负荷。

（1）变压器容量在630kV?A及以下的露天变电所

高压侧用户外高压跌开式熔断器（又称跌落保险丝）。 跌开式熔断器可以接通和断开变压器的空载电流、在检修变压器时起隔离开关的作用，又可在变压器发生故障时作为保护元件自动断开变压器。

（2）变压器容量在 320kV?A及以下的户内结构变电所

高压侧为隔离开关和户内式高压熔断器的接线。

以上两种接线停电时，要先切除变压器低压侧的负荷，然后才可拉开隔离开关。

为了加强变压器低压侧的保护，变压器低压侧出口总开关应尽量采用自动空气断路器。

（3）变压器容量在560～1000kV?A的车间变电所

变压器高压侧为负荷开关和高压熔断器。

正常运行时，操作变压器由负荷开关完成，熔断器作为变压器短路保护。当熔断器不能满足继电器保护配合条件时，高压侧要用高压断路器。

（4）在变压器容量为1000kV?A以上的车间（或全厂性）变电所变压

器高压侧用隔离开关和高压断路器。

高压断路器作为正常运行时接通或断开变压器之用，并用做故障时切除变压器之用。

隔离开关作为断路器、变压器检修时隔离电源之用，故要装设在断路器之前。

为了防止电气设备遭受大气过电压的袭击而损坏，上述几种接线中的 6～10kV电源当为架空线路引进时，在入口处需装设避雷器，并尽可能地采用不少于30m的电缆引入段。 对一、二级负荷或用电量较大的车间变电所（或全厂性的变电所），应采用两回路进线两台变压器的接线，如图2-43所示。

图 2-43 高压侧无母线接线图（两回路进线两台变压器） 2．高压侧单母线的主接线

对供电可靠性要求较高、季节性负荷或昼夜负荷变化较大、以及负荷比较集中的车间（或中、小企业），其变电所设有二台以上变压器，并考虑今后的发展需要（如增加高压电动机回路），采用高压侧单母线、低压侧单母线分段的接线方式，如图2-44所示。

备注：在确定变配电所的主接线时，除了应满足对主接线所提出的基本要求之外，还要注意以下几个问题。

（1）备用电源：对一级负荷，变配电所的进线必须有备用电源，

对二级负荷，应设法取得低压备用电源。

（2）电源进线方式：有条件的都宜采用架空进线加电缆引入段。 （3）设备选择原则：在满足安全可靠供电的前提下，力求简化线路，选用最经济的设备。

3．双电源车间变电所的低压母线分段方式

对双电源的车间变电所，其工作电源可引自本车间变电所低压母线，也可引自邻近车间变电所低压母线。备用电源则引自邻近车间 380／220V配电网。

如要求带负荷切换或自动切换时，在工作电源和备用电源的进线上，均需装设自动空气开关。

对于装有两台变压器的车间变电所，低压 380／220V母线的分段方式及分段开关设备，可根据车间负荷的重要性而有所不同。

第三章 供配电网络的等值电路

Equivalent circuit of power supply and distribution system

§3-1 供配电线路的等值电路和电气参数

Equivalent circuit and electrical quantities of distribution lines 输电线路的电气参数有电阻、电抗、电导、电纳。

主要取决于：导线的材料、结构（单股线或多股线，是否是分裂导线）、截面尺寸以及各相导线的布臵方式等。

严格讲，线路应该用分布参数表示；但工程上认为，300km以内的架空线路和100km以内的电缆线路用集中参数表示，引起的误差很小，满足工程计算精度要求。

通常认为：导线参数沿导线全长是均匀分布的，即参数对称。 一、 架空线路的参数

electrical quantities of overhead lines 1.电阻 resistance

决定了线路有功功率损耗和电能损耗，也影响线路的电压降落。 1) 导线单位长度电阻：

r1??S （3-1）

km； 式中: ?—导线材料的电阻率，

2 S—导线的额定截面积，mm。

??mm2 导体材料的交流电阻率：?Al=31.5

??mm2??mm2km，?cukm =18.8

注：交流电阻率〉直流电阻率，原因如下：

a. 记及集肤效应和邻近效应； b.绞线每一股长度略大于导线长度；

c.计算时采用的额定截面积又略大于实际截面积。

另：钢芯铝绞的电阻可以认为与同样额定截面的铝线相同（只考虑

主要载流部分）。

02）．实际应用中，电阻值可从产品目录或手册中查出；但给出的是20C的电阻值，应根据线路实际运行温度用下式加以修正。

rt?r20[1??(t?20)] （3-2）

?—电阻的温度修正系数，铝：?=0.0036;铜：?=0.00382 2．电抗 reactance

线路电抗是由于交流电流通过导线时，在导线内和导线周围产生交变磁场而引起的。

与自身磁通相对应的是自感L，与外部磁通相对应的是互感M，每一相导线的总电感为L+M，则x??L??M

1) 当三相电流对称，且三相导线间距离相等时，每相导线单位长度电抗相等，为：（3-3）

x1?2?f(4.6lgD??0.5?r)?10?4r (km)

式中：D—各相导线间的距离，mm;

r—导线半径，mm;

?r—导线材料的相对导磁系数，铝和铜的?r=1，钢的?r》1。 2）三相电流对称，三相导线间距离不等，但三相导线经过整循环换位时：

三相导线不布臵在等边三角形顶点上时，三相导线的电磁特性不对称，则各相导线的电抗值不同；但线路经过整循环换位后，可维持电力网的对称性，各相导线的单位长度总电抗相等。

不同布臵方式但经过整循环换位的线路，每相导线单位长度电抗：

D'x1?2?f(4.6lg?0.5?r)?10?4r (

?km)

（3-4）

式中：D'—三相导线几何平均距离，简称几何间距，mm。

当三相导线间距离分别为Dab、Dbc、Dca时，

D'?3DabDbcDca（3-5）

则：三相导线在等边三角形顶点上时，D'?D

'3 三相导线水平布臵时，D?DD2D?1.26D 3）实用计算公式

将f=50HZ，?r?1代入公式得：

D'x1?0.1445lg?0.1557r

(

?km)

（3-6）

注：因x1与D'、r 之间为对数关系，故导线布臵方式、导线截面大小

x1?0.4?xkm 对1影响不大，通常在近似计算时取

另：同杆双回线，三相电流对称时，可忽略两回线路之间的互感影响。 工程中，可查表查得x1。

例2-1：

三相单回输电线路，LGJ-240型导线，导线相间距离D=5m，求：

1） 2）

导线水平布臵，且经过整循环换位时，每公里线路的电抗。 三相导线按等边三角形布臵，求每公里线路的电抗。 解：由P501附录A查得LGJ-240的计算直径为21.3mm，则

21.3?10.65(mm)?10.65?10?3(m)2 ' 1) D?1.26D?1.26?5?6.3(m)

r?D'x1?0.1445lg?0.0157?0.416?km r

' 2) D?D?5m

x1?0.1445lg5?0.0157?0.402??3km 10.65?103. 电导 conductance

输电线路在输送功率过程中，除因电阻引起的有功功率损耗外，还有一部分有功功率损耗是由于绝缘子表面的泄漏电流和导线周围空气被电离而产生的电晕现象而造成的。输电线路的电导参数便是反映这一有功功率损耗的。

由于架空线路一般绝缘良好，泄漏电流很小，可略去不计；故线路电导主要与电晕损耗有关。

目前还难以以理论公式精确计算电晕损耗，故只能靠试验或经验公式来近似计算。

单位长度线路电导的近似计算公式为：

g1??PyU2?10?3 （

KWSkm）

（3-7）

km； 式中：—三相线路单位长度的电晕损耗功率，

U—线路线电压有效值，KV。

注：通常由于线路泄漏电流很小，而电晕损耗在设计线路时已经采取措施加以限制，故在电力网的电气计算中，近似认为g=0; 4．电纳 susceptance

架空输电线路的导线和导线之间、导线与大地之间有电位差，且被绝缘介质隔开，故其间必存在电容。

架空线路的电纳就是反映导线间及导线与大地之间的分布电容的。

三相导线无论排列对称与否，只要经过整循环换位，则每相导线

?Py0.0241?6?10D'Flgr的单位长度等值电容相等，为： （km）

7.58b1??10?6'DSlgr f=50HZ 时，单位长度电纳为：（km）

C1?（3-8）

注：工程中，b1可从手册中查出，一般架空线路的单位长度电纳为

2.58?10?6S二、 电缆线路的电气参数 (electrical quantities of cable line )

由于电缆三相导体距离很近，导体界面形状不同，绝缘介质不同，

km

以及铅包、钢铠等因素，使得电缆电气参数计算复杂。 参数可实测，也可查手册。

注：电缆的单位长度电抗< 架空线路的单位长度电抗。

三、 输电线路的等值电路 ( equivalent circuit of transmission line ) 1．输电线路的电气参数沿线路是均匀分布的，严格的说输电线路的等值线路也应该是均匀的分布参数等值电路；但这样计算很复杂，故仅在计算距离大于300km的超高压输电线路才用分布参数表示输电线路，其它的用集中参数。

此外，三项对称运行时，用一相等值电路代表三相。

R?r1l， X?x1l， G?g1l， B?b1l

2．300km 以内线路的等值电路

1）长度小于50km，电压在35kV以下的架空线路

认为：g1?0，b1?0

对于较短的电缆线路，电纳影响不大时，也可用上述等值电路。 2）长度在50km和300km之间、电压在110—220kV以下的架空线路，或长度不超过100km的电缆线路：近似认为 g1?0 注：大多数情况用?型等值电路。

§3-2 变压器的等值电路和参数计算

Electrical quantities and equivalent circuit of transformers 一、双绕组变压器 (two-winding transformer)

用?型等值电路表示，如下图所示。其中反映励磁支路的导纳接在变压器的电源侧。

①RT、XT可根据短路试验得到的短路损耗?PK和短路电压百分值

UK%求得；

②GT、BT可根据空载试验得到的空载损耗?P0和空载电流百分值I0%求得

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