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风电场电气系统,第6章配电装置,制作朱永强，张旭，申惠琪,华北电力大学,关注的问题配电装置的图示，配电装置的设计要求是什么配电装置的种类有哪些应该如何选型和布置风电场发电机组的排列布置，升压站电工建筑物的布置。,第6章配电装置,教学目标了解风电场配电装置的概念和表示方法，熟悉各种常见的配电装置，理解和掌握配电装置的设计要求及选型和布置方法，了解风电场发电机组的排列布置和升压变电站电工建筑物的布置。,配电装置可以理解为接受和分配电能的装置，它是电气主接线的具体实现，用于完成进出线回路之间的连接。配电装置不仅仅包括母线、断路器、隔离开关、互感器等电气设备，还可能包括继电保护装置、测量表计以及架构、电缆沟、房屋通道等辅助设备。它是集电力、结构、土建等技术于一体的整体装置，最终用于实现发电机、变压器、线路等回路的连接。,第6章配电装置,不同于电气主接线图对于电路的抽象描述，为了描述配电装置自身的结构形状，配电装置的图示常采用平面布置图断面图的描述方式,6.1配电装置的图示,如以下两图所示，以两个二维图形描述配电装置的三维空间外形和结构。,6.1配电装置的图示,6.2.1满足安全净距的要求不同的电气设备之间、电气设备的不同相之间都要求保持足够的距离以满足绝缘的要求，即满足最小安全净距的要求最小安全净距指在这一距离下，无论是在正常最高工作电压或出现内、外部过电压时，都不至使空气间隙被击穿。最小安全净距A类分为A1和A2值，A1和A2值是根据过电压与绝缘配合计算，并根据间隙放电试验曲线来确定的，而B、C、D、E等类安全净距是在A值的基础上再考虑运行维护、设备移动、检修工具活动范围、施工误差等具体情况而确定的。,6.2配电装置的设计要求,6.2.1满足安全净距的要求1A值A1带电部分至接地部分之间的最小电气净距；A2不同相的带电导体之间的最小电气净距。2B值B1带电部分至栅状遮栏间的距离和可移动设备在移动中至带电裸导体间的距离，即式中750考虑运行人员手臂误入栅栏时手臂的长度B2带电部分至网状遮栏间的电气净距，即式中30考虑在水平方向的施工误差；70指运行人员手指误入网状遮栏时，手指长度不大于此值,6.2.1满足安全净距的要求3C值C值为无遮栏裸导体至地面的垂直净距。保证人举手后，手与带电裸导体间的距离不小于A1值，即式中2300运行人员举手后的总高度；200屋外配电装置在垂直方向上施工误差4D值D值为不同时停电检修的平行无遮栏裸导体之间水平净距，即式中1800考虑检修人员和工具的允许活动范围；200考虑屋外条件较差而取得裕度,6.2.1满足安全净距的要求5E值E值为屋内配电装置通向屋外的出线套管中心线至屋外通道的距离。35kV及以下取E4000mm；60kV及以上，EA13500mm，并取整数值，其中3500为人站在载重汽车车厢中举手的高度，mm。,6.2.1满足安全净距的要求图为屋内配电装置安全净距校验图,1配电装置中，电气设备的栅状遮栏高度不应低于1200mm，栅状遮栏至地面的净距以及栅条间的净距应不大于200mm。2配电装置中，电气设备的网状遮栏高度不应低于1700mm，网状遮栏网孔不应大于40mm40mm。3位于地面（或楼面）上面的裸导体导电部分，如其尺寸受空间限制不能保证C值时，应采用网状遮栏隔离。网状遮栏下通行部分的高度不应小于1900mm。,6.2.1满足安全净距的要求图为室外配电装置安全净距校验图,6.2.1满足安全净距的要求工程上采用相间距离和相对地的距离，通常大于下面两表所列的数值。,屋外配电装置的安全净距（mm）,6.2.1满足安全净距的要求,屋内配电装置的安全净距（mm）,6.2.2施工、运行和检修的要求配电装置的设计要考虑现场施工的便利，结构在满足安全运行的前提下应该尽量予以简化，并考虑构件的标准化和工厂化，减少架构类型以节省三材、缩短工期，同时配电装置的施工工艺布置设计应考虑土建施工误差，确保电气安全距离的要求，分期建设和扩建过渡的便利也是配电装置的设计必须考虑在运行中应考虑各级电压配电装置之间，以及它们和各种建筑物之间的距离和相对位置，应按最终规模统筹规划，充分考虑运行的安全和便利。在检修工作中应充分考虑检修中人员及具体检修作业对于安全的影响，以保证人员和检修机械在保证足够安全净距的情况下的作业方便。,6.2.3噪声的允许标准及限制措施配电装置中的噪声源主要是变压器、电抗器及电晕放电对500kV电气设备距外壳2m外的噪声水平，宜不超过下述数值电抗器80dB；断路器连续性噪声水平85dB；非连续性噪声水平，屋内为90dB，屋外为110dB；变压器等其他设备85dB。限制噪声的措施有1）优先选用低噪声或符合标准的电气设备；2）注意主（网）控室、通信楼、办公室等与主变压器的距离和相对位置，尽量避免平行相对布置。,6.2.4静电感应的场强水平和限制措施在高压输电线路或配电装置的母线下和电气设备附近有对地绝缘的导电物体时，由于电容耦合感应而产生电压。当上述被感应物体接地时，就产生感应电流。这种感应通称为静电感应。常以空间场强来衡量某处的静电感应水平所谓空间场强，是指离地面1.5m处的空间电场强度。,6.2.4静电感应的场强水平和限制措施关于静电感应的限制措施，设计时应注意①尽量不要在电气设备上部设置带电导体；②对平行跨导线的相序排列要避免同相布置，尽量减少同相导线交叉及同相转角布置，以免场强直接叠加；③当技术经济合理时，可适当提高电器及引线安装高度；④控制箱和操作设备尽量布置在场强较低区，必要时可增设屏蔽线或设备屏蔽环等。,6.2.5电晕无线电干扰和控制在超高压配电装置内的设备、母线和设备间连接导线，由于电晕产生的电晕电流具有高次谐波分量，形成向空间辐射的高频电磁波，从而对无线电通信、广播和电视产生干扰。为增加载流量及限制无线电干扰，超高压配电装置的导线采用扩径空芯导线、多分裂导线、大直径铝管或组合铝管等。,配电装置根据其安装地点分为屋内式和屋外式根据其装配方式分为成套式和装配式。,6.3配电装置的分类,6.3.1装配式和成套式装配式指配电装置在现场将电器组装而成而制造厂根据要求将配电装置内的开关电器、互感器等组成电路成套运至现场安装使用的成为成套配电装置。成套式配电装置常用于室内，常见的类型有低压配电屏、高压开关柜、气体全封闭组合电器GIS等，其中GIS也根据实际情况可能采用屋外布置。高压开关柜一般分为固定式和手车式气体全封闭组合电器GIS将断路器、隔离开关、快速或慢速接地开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、母线和出现套管等元件，按照电气主接线的要求依次连接，组成一个整体，并且全部封闭于接地的金属外壳内,6.3.1装配式和成套式,,1、4隔离开关2断路器3互感器5继电器6表计7隔离开关操作机构8断路器操作机构9断路器控制把手,10kV成套高压开关柜如图,6.3.1装配式和成套式,可以看出相对于独立装配的电气组合，其所占空间要小很多,安装于室外的GIS,安装于室外的GIS,6.3.2屋内配电装置6.3.2.1屋内配电装置的分类及特点发电厂和变电站的屋内配电装置，按其布置型式，一般可以分为三层、二层和单层式。三层式是将所有电器依其轻重分别布置在各层中，二层式是将断路器和电抗器布置在第一层，将母线、母线隔离开关等较轻设备布置在第二层在屋内配电装置中，通常将同一回路的电气设备和导体布置在一个间隔内。各间隔依次排列起来形成所谓的列，按行程的列数可分为单列布置和双列布置。,6.3.2.2屋内配电装置的布置原则（1）总体布置1尽量将电源布置在每段母线的中部2同一回路的电器和导体应布置在一个间隔内3较重的设备（如电抗器）布置在下层4充分利用间隔的位置。5设备对应布置，便于操作。6有利于扩建。,6.3.2.2屋内配电装置的布置原则（2）屋内配电装置的设备布置1母线及隔离开关母线通常装在配电装置的上部，一般呈水平、垂直和直角三角形布置。母线隔离开关，通常设在母线的下方。2断路器及其操动机构断路器通常设在单独的小室内。油断路器小室的形式，按照油量多少及防爆结构的要求，可分为敞开式、封闭式以及防爆小室。断路器的操动机构设在操作通道内。,6.3.2.2屋内配电装置的布置原则3互感器和避雷器电流互感器无论是干式或油浸式，都可和断路器放在同一小室内。穿墙式电流互感器应尽可能作为穿墙套管使用。电压互感器都经隔离开关和熔断器接到母线上，需占用专用的间隔当母线上接有架空线路时，母线上应装避雷器4电抗器电抗器比较重，大多布置在封闭小室的第一层。电抗器按其容量不同有三种不同的布置方式三相垂直布置、品字形布置和三相水平布置,6.3.2.2屋内配电装置的布置原则5电缆隧道及电缆沟电缆隧道及电缆沟是用来放置电缆的。为使电力电缆发生事故时不致影响控制电缆，一般将电力电缆与控制电缆分开排列在过道两侧。6配电装置室的通道和出口配电装置的布置应便于设备操作、检修和搬运，故需设置必要的通道（走廊）。为了保证工作人员的安全及工作的便利，不同长度的屋内配电装置室，应有一定数目的出口。,6.3.2.2屋内配电装置的布置原则7配电装置室的采光和通风配电装置室可以开窗采光和通风，但应采取防止雨雪、风沙、污秽和小动物进入室内的措施。配电装置室应按事故排烟要求，装设足够的事故通风装置。,6.3.2.2屋内配电装置实例,10kV配电装置进出线断面图,1主变压器进线柜；210kV出线柜；3高压穿墙套管；4封闭母线桥,6.3.2.2屋内配电装置实例110kV配电装置断面图,6.3.3屋外配电装置6.3.3.1屋外配电装置的分类及特点屋外配电装置将所有电气设备和母线都装设在露天的基础、支架或构架上。屋外配电装置的结构形式，除与电气主接线、电压等级和电气设备类型有密切关系外，还与地形地势有关。根据电气设备和母线布置的高度，屋外配电装置可分为中型配电装置、高型配电装置和半高型配电装置。,6.3.3.1屋外配电装置的分类及特点1中型配电装置中型配电装置是将所有电气设备都安装在同一水平面内，并装在一定高度的基础上，母线所在的水平面稍高于电气设备所在的水平面，母线和电气设备均不能上、下重叠布置。中型配电装置按照隔离开关的布置方式，可分为普通中型配电装置和分相中型配电装置。2高型配电装置高型配电装置是将一组母线及隔离开关与另一组母线及隔离开关上下重叠布置的配电装置高型配电装置按其结构的不同，可分为单框架双列式、双框架单列式和三框架双列式三种类型。,6.3.3.1屋外配电装置的分类及特点3半高型配电装置半高型配电装置是将母线置于高一层的水平面上，与断路器、电流互感器、隔离开关上下重叠布置由于高型和半高型配电装置可大量节省占地面积，因而在电力系统中得到广泛应用。,6.3.3.2屋外配电装置的选型1中型配电装置。一般用在非高产农田地区及不占良田和土石方工程量不大的地方，宜在地震烈度较高的地区采用。2高型配电装置。一般在下列情况宜采用高型①配电装置设在高产农田或地少人多的地区；②由于地形条件的限制，场地狭窄或需要大量开挖、回填土石方的地方；③原有配电装置需要改建或扩建，而场地受到限制。在地震烈度较高的地区不宜采用高型。高型配电装置适用于220kV电压等级。3半高型配电装置。适用于110kV电压等级。,6.3.3.3屋外配电装置的布置原则1母线及构架屋外配电装置的母线有软母线和硬母线两种。软母线可选用较大的档距，但一般不超过三个间隔宽度，硬母线常用的有矩形和管形。矩形母线用于35kV及以下配电装置，管形则用于110kV及以上的配电装置。屋外配电装置的构架，可用型钢或钢筋混凝土制成。2电力变压器电力变压器外壳不带电，故采用落地布置，安装在变压器基础上。变压器基础一般制成双梁形并铺以铁轨，轨距等于变压器的滚轮中心距。,6.3.3.3屋外配电装置的布置原则3高压断路器按照断路器在配电装置中所占据的位置，可分为单列、双列和三列布置。断路器有低式和高式两种布置。低式布置的断路器安装在0.5～1m的混凝土基础上，在中型配电装置中，断路器和互感器多采用高式布置4避雷器110kV及以上的阀型避雷器多落地安装在0.4m的基础上。磁吹避雷器及35kV阀型避雷器一般采用高式布置。5隔离开关和互感器隔离开关和互感器均采用高式布置，其要求与断路器相同。,6.3.3.3屋外配电装置的布置原则6电缆沟屋外配电装置中电缆沟的布置，应使电缆所走的路径最短。7道路为了运输设备和消防的需要，应在主要设备近旁铺设行车道路。,6.3.3.4屋外配电装置布置实例1普通中型配电装置,1、2、9-母线I、II和旁路母线；3、4、7、8-隔离开关；5-少油断路器；6-电流互感器；10-阻波器；11-耦合电容器；12-避雷器；13-中央门型架；14-出线门型架；15-支持绝缘子；16-悬式绝缘子串；17-母线构架；18-架空地线,所示为220kV双母线进出线带旁路、合并母线架、断路器单列布置的配电装置,6.3.3.4屋外配电装置布置实例普通中型布置的特点是布置比较清晰，不易误操作，运行可靠，施工和维修都比较方便，构架高度较低，抗震性能较好，所用钢材较少，造价较低，经过多年的实践已经积累了丰富的经验，但占地面积较大。,6.3.3.4屋外配电装置布置实例2分相中型配电装置所谓分相布置系指隔离开关是分相直接布置在母线的正下方。,1、2-主母线I、II；3-断路器；4-伸缩式隔离开关；5-电流互感器；6-避雷器；7-并联电抗器；8-阻波器；9-耦合电容器及电压互感器,所示为500kV一台半断路器接线、断路器三列布置的进出线断面图。,分相中型配电装置具有接线简单，清晰，占地面积小的特点。,6.3.3.4屋外配电装置布置实例3高型配电装置,1、2-主母线；3、4、7、8-隔离开关；5-断路器；6-电流互感器；9-旁路母线；10-阻波器；11-耦合电容器；12-避雷器,所示为220kV双母线进出线带旁路、三框架、断路器双列布置的进出线断面图。,该布置方式特别紧凑，纵向尺寸显著减少，占地面积一般只有普通中型的50％；母线、绝缘子串和控制电缆的用量也比中型少。,6.3.3.4屋外配电装置布置实例4半高型配电装置,所示为110kV单母线、进出线带旁路、半高型布置的进出线断面图。半高型配电装置将旁路母线与出线断路器、电流互感器重叠布置。,1-母线；2-旁路母线；3、4、7-隔离开关；5-断路器；6-电流互感器；8-阻波器；9-耦合电容器,其优点是①占地面积约比中型布置减少30％；②由于将不经常带电运行的旁路母线及旁路隔离开关设在上层，减少高层检修的工作量；③旁路母线与母线采用不等高布置，实现进出线均带旁路母线，很方便。其缺点是，隔离开关下方未设置检修平台，检修不够方便。,风机的布设应该综合考虑风场的实际情况，尽量因地制宜地优化布置。现在的一般性要求是风电场布置风电机组时，在盛行风向上要求机组间相隔59倍风轮直径，在垂直于盛行风向上要求机组间相隔35倍的风轮直径。,6.4风电机组的位置排列,风电机组具体布置时应根据风向玫瑰图和风能玫瑰图确定风电场主导风向，对平坦、开阔的场址可以采用单排、多排布置风电机组，多排布置时应呈梅花型排列，以减少风电机组之间的尾流影响。对于复杂地形下的风电场，可利用WasP软件等工具对场址风能资源分析，寻找风能资源丰富、具有开发价值的布机点，并结合以上一般要求进行风机布置。,6.4风电机组的位置排列,6.4风电机组的位置排列,1-列距，35倍风轮直径；2-连接电网；3-主风向；4-行距，59倍风轮直径；5-变压器,风电机组的梅花型布置,沿海岸风机线单列布置的风电场,6.5.1电工建筑物的总的平面布置电工建筑物的总的平面布置应该满足电气生产工艺流程，首先确定好占地面积大的高野配电装置的方位，同时选择好主控制楼或网控楼的位置还应考虑建筑物的防火间距，与厂、所内道路路边的间距，35500kV出线走廊的间距，相关间距应符合具体规定。电工建筑物的竖向布置，需要考虑对于总体平面布置进行局部修正，统筹好二者之间的关系电工建筑物的道路设计要在基本布置原则下，合理三级道路的设计路面,6.5升压站的电工建筑物的布置,6.5.2升压站电工建筑物的总布置6.5.2.1高压出线及高压配电装置的布置方式高压配电装置的位置和朝向，主要决定于对应的高压出线的方位，避免各级电压架空出现的交叉。根据各级电压配电装置的相对位置（以长轴为准），一般有以下四种组合方式1）双列式布置，2）L型布置3）Π型布置4）一列式布置,6.5.2.2其它设施的布置主变压器的布置一般在各级电压配电装置和调相机或静止补偿装置较为中间的位置静止补偿装置一般临近主变低压侧布置高压并联电抗器及串联补偿装置，一般布设在出线侧，位于高压配电装置场地内，高压并联电抗器也可以喝主变并列布置主控制楼应该综合人员运行检修、相对场地的视野、至场地的距离、受噪声影响、朝向及通风条件设计通讯楼、值班休息室、检修材料间等最好和控制楼联合成一座建筑。,6.5.2.3风电场升压站电工建筑物总布局高压配电装置的布置决定了总布局的基本格局。高压配电装置的位置和朝向，主要决定于对应的高压出线的方位，避免各级电压架空出现的交叉。以此为基础，再结合主变压器、调相机、静止补偿设备的布置，并注意总平面的整体性。风电场中的升压站由于电压等级较少，多为1035kV/110kV，因此多采用双列式布置，此外根据实际情况也可采用Π型布置或一列式布置。,6.5.2.3风电场升压站电工建筑物总布局,采用双列布置的某变电站的总平面布置图,朱永强，zyq华北电力大学电气与电子工程学院,本课程的配套教材风电场电气系统，朱永强张旭主编，机械工业出版社，普通高等教育“十一五”电气信息类规划教材,