水厂变配电系统

第一章水厂变配电系统第一节电力系统概念所谓电力系统，就是包括不同类型的发电机、配电装置、输配电线路、升压及降压变电所和用户，它们组成一个整体，对电能进行不间断的生产和分配。

电力系统是具有多个电压层次的大系统。

按照电压等级可以分成四个层次：1、220kv（110kv）及以上的一次送电网；2、110 kv~35 kv的二次送电网；3、10（6）kv的高压配电网；4、0.4 kv的低压配电网。

电力是供水企业的主要能源，每个水厂都有其与生产相适应的电力系统。

在一般水厂中，电力系统不外分为三个部分，即变电、配电和用电。

变电的主要任务是将来自某种电压层次的电源电压转变为生产上电气设备所适用的电压；配电的主要任务是将转变后的电能分配到各生产现场以供应用；用电的主要任务是将电能可以控制地送给用电设备。

三个部分都以导电材料，例如电线、电缆、母排连接起来组成一个系统，称之为水厂的电力系统。

每个水厂都有这样一个电力系统，区别的则是复杂程度不同而已。

第一节负荷分级供电部门的供电质量按照国家标准为电压、频率、可靠性。

供电频率应为50赫，允许偏差为±0.5赫。

35 kv及以上的供电电压允许偏差不得超过电压的±10%，电压10kv及以下的高压供电和低压电力用户的电压变化不得超过额定电压的±7%，照明用电的电压变化不得超过额定电压的±5%或－10%。

可靠性则是用户供电质量的主要指标。

它可根据用电负荷的性质和由于事故停电在政治、经济上造成损失或影响的程度对用电设备提出不中断供电的要求，工业和非工业用户均可分为三级。

工业用户的负荷分级为：1、一级负荷：突然停电将造成人身伤亡危险，或重大设备损坏事故，且长期难以修复，给经济带来不可弥补的重大损失者；2、二级负荷：突然停电将产生大量废品，大量原材料报废，大量减产，复杂的生产过程长期混乱，或发生重大人身、设备事故，给经济带来相当大的损失者；3、三级负荷：停电影响不大，所有不属一、二级的负荷。

根据国家有关规定，凡属一、二类城市的主要供水水源、净（配）水厂、泵站供电应采用一级负荷；一、二类城市非主要的供水水源、净（配）水厂、泵站及三类城市的供水水源、净（配）水厂、泵站的供电可采用二级负荷。

这里所指的一类城市为首都、直辖市、特大城市、经济特区以及重点旅游城市；二类城市指省会城市、大城市、重要中等城市；三类城市指一般中等城市、小城市。

第三节供电方式各级工业（或非工业）负荷的供电方式，应按照对供电可靠性的要求，允许停电的时间及用电单位的规模、性质和用电容量，并结合地区电网的供电条件，经过技术经济比较，全面地加以决定。

一般原则如下：1、一级负荷的供电方式：应由两个独立电源供电，按照生产需要和允许停电时间，采用双电源自动或手动切换的接线；或采用双电源对多台一级用电设备分组同时供电的接线。

水厂一般采用前一种方式。

独立电源是指几个电源中，任何一个电源故障或停止供电时，不影响其他电源继续供电。

2、二级负荷的供电方式：一般由二回线路供电，当取得二回线路有困难时，允许由一回专用线路供电，要求不会长时间中断供电，而能迅速恢复供电。

3、如用户有各种级别的负荷时，其备用电源的容量或供电能力的选择，应根据发生事故时，只保证一级负荷的用电设备来选择。

水厂一般选择要求至少应有75%的供电能力。

4、如向互为备用的生产机组或向几条并列的生产流水线送电时，对每条流水线应由一个变电所中的不同母线段来供电，同一生产流水线的各种用电设备应尽量由同一母线段供电。

水厂为确保安全供水，一般都遵循这个原则，保证一路电流突然故障时挂在另一路电源上的机组和净水工艺继续生产。

5、三级负荷：对供电电源无特殊要求。

第四节电气主接线按电气设备图形符号和文字来表示电气设备各个元件及其相互联系的工程图叫电气接线图，也称电路图。

电路图一般分两种，一种表示电力输送和分配的接线图叫一次接线图，也叫主接线图，其中直接相联的电气设备就称一次设备；另一种表示控制、指示、监视、测量和保护一次设备运行的接线图，叫做二次接线图。

一、桥式主接线电源3DL1DL2DL1号主变2号主变ⅠⅡ电源3DL1DL2DL1号主变2号主变ⅠⅡ图3—1 图3—2变电所是接受电能，变压和配电的通路。

桥式接线较多应用于水厂两路35kv及以上电源进线和两台走变压器的变电所。

其主要特点是有一条横连跨接的“桥”。

它可分为内桥式和外桥式两种，分别如图3—1、3—2所示：内桥接线的跨接桥靠近变压器侧，桥断路器3DL装在线路断路器（1DL、2DL）之内；外桥接线的跨接桥靠近线路侧，桥断路器3DL装在变压器断路器（1DL、2DL）之外。

内桥式接线运行方式，一般桥断路器在热备用状态（即断路器在分闸位置，两侧闸刀合上），一条线路供一台变压器，达到二个独立电源。

桥断路器上装有备用电源切换装置（自动或手动切换），当任意一路电源停电时，对应的线路断路器跳闸，桥断路器合上。

因此，另一路电源同时供两台主变压器，满足负荷的需要。

外桥式主接线由于线路停电操作比内桥式复杂，并且桥断路器不能装备用电源自动切换装置，在主变压器容量允许的情况下，自投（自切）需在10kV（6kV）分段断路器上实现。

因而，只有当电网要求两路电源之间经常需要通过断路器联络运行（并能操作）来转移动率的情况下，才考虑此种接线方式。

二、母线制接线母线制接线是指洪和分配电能的一种接线方式。

一般中小型水厂的主接线都比较简单，采用一路进线，经变压器后低压配电出线。

低压配电母线则采用单母线制；这种一路进线和单母线制的接线，可靠性和灵活性均较低。

在两路电源进线的条件下，可以采用单母线分段和双母线制两种接线方式，这在大中型水厂采用较多。

单母线分段可采用如图3—3结线：通过分段开关（DL）搬运或自动切换，可以保证一路进线故障或检修时，另一路电源可继续供应两段母线上的负荷。

当然，当一段线仍可工作，但供电功率要降低许多。

ⅠⅡ电源图3—3还有一种双母线制接线，如图3—4，这种结线的配电馈出线可在正副母线向选择，以调整主变乃至电源的负荷，有利于电网的运行灵活性；两条母线可以轮流停电维护检修，有利于提高供电可靠性。

然而，这种结线由于操作较复杂，相对地增加了误操作的可靠性，所以水厂内部的变电所，如果没有特殊需要，一般不宜采用。

ⅠⅡ电源 图3—4三、配电所接线由于电网联络的需要以及为了便于电缆等线路的分区配电，往往在一个符合比较集中的地方建一配电所，配电所没有变压器，因而没有降压作用。

通过配电所可以将一条馈线分支为好几条出线向一个分区扩散配电，并且可实行分级保护，缩小事故范围。

因此，在好多情况下，以建配电所减少变电所中出线。

大中型水厂亦一般均在靠近净水工序的负荷中心设若干个6kv 或0.4kv 的车间配电所。

配电所接线亦可根据现场负荷的性质采用一回路进线单母线配电或双回路进线单母线分段的配电方式。

第五节 水厂主要电气装置一、变配电装置所谓变配电装置，是指用来接受、转换和分配电能的全部电气装置。

一般包括变压器，高低压开关，继电保护和测量仪表，连接母线（或电缆）和其他辅助设备等。

分户内和户外两种。

户外变配电装置的一次设备全装在屋外，户内变配电装置的全部设备都装在屋内。

采用户内变配电装置可以减少占地，减少尘埃污染，有利于运行维护，所以现在大中型水厂的变配电装置已大多采用户内布置。

当然也有部分大水厂的35kv 变电站、小水厂的杆式变压器等还属于户外式。

为了确保人身安全和设备安全，便利操作和维护，正确选择和合理安装各种变配电装置的导体和设备是十分重要的。

变配电装置的布置亦要有一定的电气安全间距，适当的通道和遮拦，变配电所的建筑应保证“四防一通”，即防火、防汛、防雨雪、防小动物，并有良好的通风。

户内变配电装置在户内变配电所内布置，一般可分隔为高压配电室、低压配电室、变压器室及电容器室、蓄电池室等，还有中央控制室。

高压配电室负责电源的受电、量电、联络和馈电至变压器的高压侧；低压配电室负责把由主变转换过来的电能从主变低压侧受电后再分配给各个用电现场或设备；中央控制室一般都放置信号屏、继保屏、计量屏、直流屏、所用交流屏等，负责整个变配电系统的测量、控制和监视保护等；电容器室放置油浸电力电容器以补偿全厂长功率因数的需要；蓄电池室放置开启式蓄电池组以作为变配电设备的控制、信号等备用电源。

随着现代科学技术的进步，干式变压器和电容器，镉镍电池和免维护电池等新产品的出现，亦已可以不再单独设置房间布置。

二、高压开关柜现在，大部分水厂10（6kv）乃至35kv的高压配电室都已采用成套高压开关柜布置。

成套高压开关柜一般由固定式和手车式两种。

手车式高压开关柜因其维护检修安全方便等优点正在逐步取代固定式。

手车式高压开关柜由固定的本体和可以用滚轮移动的手车两部分组成，手车根据需要可装断路器、电压互感器等一次设备；手车又可分为落地式和中置式两种，中置式的好处是对地坪要求不高，故正在被用户接受；整个柜可分为手车室、母线室、继保仪表室、电缆室四个部分。

按照用途，高压成套开关柜内可装高压断路器、电流互感器、电压互感器、避雷器、高压熔断器等一次设备。

这种成套配电装置有一定的防护等级，还有防止误操作的联锁装置，即所谓的“五防”闭锁功能：防止带负荷拉合隔离刀闸；防止误合误分断路器；防止带接地线合闸；防止有电挂接地线；防止误入带电间隔，因此可靠性、安全性、维护性均较高。

按照变配电所一次接线，选用适当的开关柜，固定在预制的基础上，然后接通开关柜操作电源，连接供电电源，经检查和试验合格后即可投入运行，安装维护很方便。

大中型水厂高压开关柜。

三、低压开关柜成套的低压开关柜如同高压开关柜一样，也有固定式和抽出式（抽屉式）两种。

一次主元件可移出柜体的叫抽出式，其主元件可在一个柜体上根据容量大小分好几个单元（俗称抽屉）装入。

因此结构紧凑，可以较小的空间容纳较多的功能，每一个抽屉均装有可靠的机械和电气联锁，能保证在运行、试验、分离三个位置的安全可靠。

低压配电室的电源从变压器0.4kv侧引来，汇集在低压母线上，再经低压配电柜各条馈线送向现场用电，因此又叫动力配电中心，简称PC，相应的低压开关柜则称为动力配电柜，它的主元件一般是刀闸、熔断器和空气断路器等。

另一种低压开关柜可用来控制电动机的起动停止，它的主元件是交流接触器或可控的空气断路器等。

由这一类元件组成的低压开关柜叫电动机控制中心，简称MCC柜。

作为低压开关柜类，水厂还常用集中控制台，就地控制箱、辅助动力及照明配电箱之类。

集中控制台在一般大中型水厂中用于某一车间某一工序的集中控制，台上装有控制按钮，信号灯及相关仪表等。

就地控制箱则挂在用电设备就近地方，用于紧急控制用电设备。

随着国内水厂自动化深层次的发展，集中控制台控制方式将会被PLC（可编程序控制器）所替代。