供配电专业有关技术名词及术语的理解与分析

随着社会的发展，就会出现一些新的技术方面的技术名词与术语，另外由于时间的推移、加上语言的差异，同一个技术问题，可能会出现不同的技术名词与术语。从原理上加深对技术名词与术语的理解，也有助于记忆与运用。现在对供配电系统方面的一些技术名词与术语进行分析，希望大家能够展开讨论。

1电力系统、供电系统与配电系统、最大运行方式、最小运行方式

1）由于电能不能够储存，电能在电力系统中一直处于一个动态平衡状态。由发电设备以及输变电设备与线路组成的系统称为电力系统。仅有输变电设备与线路的系统称为供电系统，也称为电网。

2）最大运行方式，是指电力系统投入运行时的电源容量最大，具有最小短路阻抗值，发生短路事故后，产生短路电流最大的一种运行方式。一般根据系统最大运行方式下的短路电流，来校验所选用的开关电器的的遮断容量、动合容量与动稳定，以及进行电流速断保护动作电流整定值计算。

3）最小运行方式，是指电力系统设备检修或故障时，投入运行时的电源容量最小，具有最大短路阻抗值，发生短路事故后产生短路电流最小的一种运行方式。一般根据保护装置安装处电力系统最小运行方式下的短路电流，来校验电流速断保护的的灵敏系数。 4）在所以进行短路电流计算时，需要收集最大与最新运行方式下的系统短路容量，及系统参数，才能够计算出最大与最新运行方式下的短路电流。

2供配电系统的相线、中性线、保护接地线、接地系统与接零系统、三相三线制、三相四线制与三相五线制

1）相线、中性线与保护接地线

电力系统中的发电机与变压器都有三组绕组，每组绕组中的电压与电流都是正弦波交流电压与电流，绕组两端无法用正负极性来表示，只能够采用同名端来表示绕组的极性。发电机与变压器三组绕组的电流方向也按照同名端来规定，接在绕组电流流出端的线路称为相线，接在绕组电流流入端的线路称为中性线，三相绕组连接在一起的那一点称为中性点，由中性点连引出的线路称为中性线。三相交流电三根相线分别用L1、L2与L3表示，颜色分别用黄、绿、红表示。中性线用N表示，颜色用淡蓝表示。在二次电路图中，三相分别用A、B与C表示,新标准三根相线分别用U、V与W表示。

由于供配电系统三相中性点接在一起，过去曾经称为中心点，现在称为中性点。中性点连接在一起引出一根中性线，过去曾经称为中心线，现在称为中性线。由于供配电系统相线与中性线之间，以及相线与大地之间存在有电压，所以曾经把220/388V低压配电系统的相线称为火线，220/388V低压配电系统电源直接接地，中性线与大地之间电压为零，所以过去曾经把中性线称为零线。今后尽量不再用火线与零线这些技术名词与术语。

为保证人身安全，电气设备的外露导电体需要接大地，接地大地的导线称为保护接地线。保护接地线用PE表示，颜色用黄绿相间来表示。

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2）接地系统与接零系统

电源中性点接地方式决定于继电保护要求，并于电气安全及供电可靠性有关。我国110kV及以上电压等级的供电系统，采用电源中性点直接接地系统。10kV、35kV与66kV中压供电系统，采用电源中性点不接地、串联电阻接地、与串联消弧线圈接地。低压供电系统除特殊场合外，均采用电源中性点直接接地系统。根据电源中性线（N）与保护接地线（PE）的形式分为：TN－C接地系统〔电源中性线（N）与保护接地线（PE）合为一根导线（PEN）〕、TN－C－S接地系统〔从电源中性点引出时，只有电源中性线与保护接地线合为一根的导线（PEN），无单独的保护接地线（PE），进入建筑物时，重复接地后再增加一根保护接地线（PE），成为TN－S接地系统〕。TN－S接地系统〔从电源中性点开始，电源中性线（N）与保护接地线（PE）分别为两根导线〕、与TT接地系统〔电源中性点与电气设备外露导电体保护接地分开单独接地，从电源中性点开始，只有电源中性线（N），无保护接地线（PE）〕。

TN－C接地系统中性线（N）与保护接地线（PE）采用一根线（PEN），电气设备外露导电体的保护地也接在PEN上。由于PEN过去称为零线，所以过去曾经称为接零系统。PEN一旦断开，绝缘损坏后就会带来隐患。过去我国采用原苏联电气规范与标准，接地系统采用TN－C接地系统。现场我国采用IEC标准，TN－C接地系统已经不再使用。

TN－S与TT接地系统中，电气设备外露导电体保护接地都直接接地大地，所以称为接地系统。实际上，TN－C接地系统电气设备外露导电体保护接地也都直接接地大地，只是通过PEN线接地。

3）三相三线制、三相四线制与三相五线制

三相三线制及三相四线制与接地系统是两个不同的概念。三相三线制及三相四线制是指负荷电源需要的电压是相电压还是线电压，及其数量，以及供电电源线路的数量。接地系统是指根据继电保护和电气安全要求，电源中性点及电气设备外露导电体的接地方式，及其接地线的数量。所以三相三线制或三相四线制，可以是TN－S接地系统、TN－C接地系统、TN－C－S接地系统、TT接地系统。同样上述各接地系统中，可以有三相三线制、三相四线制或单相两线制接线的负荷。

只需要三个线电压，不需要相电压，即不需要中性线（N）时，即只有三根相线的三相系统称为三相三线制接线，只需要两个线电压的系统称为两相两线制。需要三相相电压，即需要中性线（N）时，除三根相线外，同时需要中性线（N）的三相系统系统称为三相四线制接线，只需要一个相电压与中性线的单相系统称为单相两线制。

因为没有35kV及以上电压等级的用电设备，所以35kV及以上电源等级供电系统，均为三相三线制接线，可以减少一根中性线，与电源中性点接地方式无关。10kV电压等级虽然有高压电动机电负荷，但也采用三相三线制接线。低压供电系统有大量单相负荷，所以均采用三相四线制接线。

对于TN－S接地系统，有三根相线（L1、L2与L3），一根中性线（N）与一根保护接地线（PE），共计五根导线。但由于正常运行时保护接地线（PE）上无负荷电流，只

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有在发生事故或故障时，才有短路电流或故障电流，即保护接地线（PE）与负荷无关，虽然有5根导线，一般也不宜采用三相五线制接线这样技术名词与术语来表示。 正确理解三相三线制与三相四线制，对电气参数测量回路的设计，以及安装接线和日后维护都有一定指导意义。三相三线制无中性线，一次侧只能够取得线电压，所以功率与电能测量只能够选用三相三线制功率与电能表。由于三相三线制电源与负载之间无中性线，三相电流的向量和为零，即使三相负载不平衡，电能测量也不会出现测量误差，我国10kV及以上电压等级的供电系统的功率测量与收费计量电能表都采用三相三线制功率与电能表。可以节省一台高压电流互感器。

因为我国目前10～66kV供配电系统为三相三线制，而且采用电源中性点不直接接地系统，发生单相接地故障后，不接地两相对地电压升高为线电压。所以即使选用Y/Y型接线的电压互感器，与三相式电流互感器，二次侧可以取得三相相电压与三相相电流，虽然有关设计规范没有规定，也不宜选用三相四线制功率与电能表。因为一次侧发生单相接地故障后，电压互感器二次侧不接地两相的相电压也会升高为线电压，运行时间过长对三相四线制功率与电能表的绝缘会造成影响。

对于一次侧为三相四线制的供配电系统，一次侧有中性线，当三相负载不平衡时，三相电流向量和不为零，中性线上就会有电流，所以必须选用三相四线制功率与电能表，否则在三相负载不平衡时，就会产生非常大的测量误差。

3供配电系统中的额定电压、电压等级、相电压、线电压、对地电压、零序电压、不平衡电压

1）额定电压与电压等级

额定电压是指电气设备与线路的绝缘水平，能够允许长期运行的电压，所以在设计中选用供配电系统电气设备时，必须保证额定电压符合要求。国际与国内都制定有标准的额定电压的电压等级。我国交流电力网和电气设备的标准额定电压等级见下表。

我国交流电力网和电气设备的标准额定电压等级。 电压等级电网和用电设应用范围 系统 （V） 备的额定电压 220/380 380/660 3 中压配电6 系统 （kV） 10 － 35 66 高压输电110 系统 （kV） 220 330 低压配电127/220 发电机的额定电压 230 400 690 3.15 6.3 10.5 13.8,15.75,18,20 － － － － － － 3

电力变压器的额定电压 一次绕组 127/220 220/380 380/660 3及3.15 6及6.3 10及10.5 13.8,15.75,18,20 35 66 110 220 330 500 二次绕组 133/230 230/400 400/690 3.15及3.3 6.3及6.6 10.5及11 38.5 72.6 121 242 363 550 超高压输500

电系统750 （kV） 1000 － － 750 1000 825 1100 低压配电系统为三相四线制接线，额定电压同时采用相电压与线电压表示，例如：220/380V与380/660V，国外有些国家采用127/220V电压等级。我国矿山低压配电系统由于供电距离比较远，一般采用380/660V电压等级。中、高压供配电系统为三相三线制接线，额定电压采用线电压表示。例如10kV系统的线电压为10kV，其相电压则为10kV/3＝10kV/1.732＝5.77 kV。

在中压配电系统中，3kV电气设备已经淘汰不再生产，6kV电压等级主要用于有6kV高压电动机的用户供配电系统。随着高压电动机制造水平的提高，新设计工程项目有高压电动机时，都应选用10kV高压电动机，因为10kV系统比6kV系统传输容量大、线损小、经济合理。6kV电压等级新设计项目中已经不再采用。

国外有20kV电压等级，我国在一些地区新建工程项目中也开始采用20kV电压等级，并于2012年制定了国家电力行业标准“20kV配电设计技术规定（DL5449－2012）”，目的是提高配电网的规定能力与电能质量。规定中提出：接线方式从采用单环网，逐步过渡到“两供一备”与“三供一备”。供电半径为2km～5km，最大不宜超过10km。短路电流水平宜控制在20kA。中性点接地方式仍然执行先行电力行业标准“交流电气装置的过电压保护和绝缘配合（DL/T620）”。当单相接地故障电容电流小于10A时，采用不接地方式。当单相接地故障电容电流大于10A，小于150A时，可采用消弧线圈接地方式，接地故障电流宜控制在10A以内。当单相接地故障电容电流100A，小于150A时，可采用高阻接地方式，接地故障电流宜控制在500A～1000A。以上各项规定也可以于10kV供电系统。

根据计算单相接地故障电容电流等于单相对地电容电流的3倍。电缆线路单相对地电容电流的估算公式为：Ic＝0.1UrL,式中Ur为线路的额定电压（kV），L为线路的长度（km）。对于10kV电缆线路，线路的长度超过10km，单相对地电容电流就接近于10A。 国外20kV电压等级采用电源中性点直接接地系统，我国20kV电压等级仍然采用电源中性点不直接接地系统，这样相关电气设备与线路对地绝缘需要按照线电压设计，与35kV电压等级相比较优越性就不突出了，这点需要进一步论证。

110kV电压等级可能很快会被列入中压配电系统，在新建工程项目中替代35kV与66kV电压等级。高压输电系统可能只保留220kV与500kV电压等级。我国超高压输电系统已经开始采用1000kV电压等级，是世界上第一个投入运行1000kV电压等级的国家。

2）相电压、线电压与对地电压

供配电系统相线与中性线之间的电压称为相电压, 分别用Ua、Ub与Uc表示。相线与相线之间的电压称为线电压，分别用Uab、Ubc与Uac表示。在三相交流电路中，正常运行情况下，三相电压大小相等，相位各相差120电角度，通过向量计算可以得出，线电压为相电压的3倍。220/380V低压配电系统，相电压为220V时，线电压为220×3＝220×1.732＝380V。

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供配电系统电源中性点直接接地时，电源中性点就与大地等电位，所以三根相线对地电压就为相电压。所有电气设备的对地绝缘水平都按照相电压进行设计。供配电系统电源中性点不直接接地时，假如所有电气设备对地绝缘为无穷大，即为理想状态，供配电系统与大地就

无电的联系，对地测量不到电压。但是任何电气设备对地绝缘都不会为无穷大，与大地之间总会有电容存在，对于交流供配电系统，通过对地电容充放电，供配电系统就与大地有了电的联系。电源中性点不接地系统，

大地成为三相电容电流的中性点，正常运行时供配电系 统对地电压便为相电压。对地电容电流示意图见附图。 电源中性点不接地的供配电系统系统发生单相接地 故障后，假设A相发生单相接地故障，A相与大地处于 相同电位，对地电压为零，对地电容电流也就为零。未 接地的B相与C相对地电压就升高为线电压，升高3倍， 所以电源中性点不接地的供配电系统电气设备的绝缘都 需要按照线电压进行设计。对地电容电流示意图见附图。 3）零序电压、电压不平衡与不平衡电压 （1）零序电压

供配电系统中三相电压不平衡时，无论幅值或相位发生变化，三相电压向量和就不为零，电源的中性点就会发生漂移，向量相加后就会出现零序电压，此时三相电压就可以分解为正（顺）序、负（逆）序与零序电压。用负（逆）序与正（顺）序电压之比来表示电压不平衡度。

电源中性点不接地的供配电系统，当一相发生单相接地故障后，三相之间的电压没有发生变化仍然对称；但三相对地电压就不再平衡，接地一相对地电压为零，未接地两相对地电压分别升高3倍，均为线电压。如果电压互感器一次侧与二次侧中性点均接地时，接地一相绕组中电压为零，未接地两相绕组中电压的向量相加后，就会出现非常大的零序电压。所以电源中性点不接地的供配电系统，可以利用发生单相接地故障后，未发生接地两相电压向量相加后出现非常大的零序电压，来检测单相接地故障。

变电所电气设计时，选用Y/Y/△（开口三角形绕组，或剩余绕组）型电压互感器，并将一次侧与二次侧绕组中性点都接地，将第三组绕组按照同名端（极性）及A、B与C三相相序，依次连接成开口三角形（剩余）绕组，开口三角形（剩余）绕组的出口电压就为三相电压的向量和。三相电压正常时，开口三角形（剩余）绕组的出口电压就为零。发生单相接地故障后，开口三角形（剩余）绕组的出口电压就会出现零序电压，最大时为一相电压的3倍。所以电压互感器开口三角形（剩余）绕组的额定电压为1/3线电压。当零序电压超过单相接地故障报警动作整定值时，就可以进行单相接地故障报警。有些资料将开口三角形绕组称为剩余电压绕组，那么开口三角形出口电压是否可称为剩余电压，需要进一步理解与落实。

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剩余电压及其与零序电压的关系，不如剩余电流容易理解。三相电压不平衡就会出现零序电压，对于电压中性点直接接地的系统，发生单相接地事故后，接地一相及电源中性点对地电压为零，不接地两相对地电压仍然为相电压。此时三相电压不平衡，就会出现零序电压。

对于电源中性点不接地的系统，发生单相接地故障后，接地一相对地电压为零，不接地两相对地电压升高为线电压，但此时三相电压仍然平衡，而且对称，就不会出现零序电压。当电压互感器为Y/Y接线时，而且原边与付边中性点均接地，此时接地一相电压就为零，因此在开口三角形（剩余）绕组的出口电压就不为零，就会出现零序电压。为何又可称为剩余电压，是否可以理解为除去接地一相后剩余的电压，需要大家都来分析。 （2）电压不平衡与不平衡电压

三相电压不平衡是指三相电压幅值或相位发生变化，此时就会发生中性点漂移。在继电保护中，不平衡电压是指各星形接线电源中性点发生中性点漂移后，两个电源中性点之间出现的电位差。高压无功补偿的并联电力电容器采用两组星形接线时，当内部并联电力电容器出现故障，引起星形接线的高压并联电力电容器组中性点漂移后，两组星形接线的并联电力电容器组中性点就会出现不平衡电压。所以两组星形接线的并联电力电容器组，可以利用不平衡电压对并联电力电容器组进行保护。由此可见三相电压不平衡与不平衡电压是两个不同的技术名词与概念。

4供配电系统中的相电流、线电流、零序电流、剩余电流、泄露电流、漏电电流、短路电流及故障电流 1）相电流与线电流

供配电系统发电机与变压器三相绕组中的电流称为相电流，分别用IA、IB与IC表示。线路中的电流称为线电流，对于星形接线分别用Ia、Ib与Ic表示；对于三角形接线分别相电压与线电压比较好理解，因为线电压是指两相之 间，相电压是指一相与中性线之间的电压。而电流只能 够为相线，或相线中的电流之差表示。见附图，对于星 形接线，线路中的线电流与绕组中的相电流大小相等，相 位相同。可以讲线电流与相电流相等。

对于三角形接线中的电流，各相线路中的电流见附图，为相邻两相绕组中电流的向量差，为此有些文献资及料中称其为相电流差。由计算结果

用Iab、Ibc与Iac表示。

二次侧为星形接线时，接线系数为1；电流互感器二次侧 为三角形接线时，接线系数为3；道理就在于此。 2）零序电流、剩余电流、泄露电流与漏电电流

供配电系统当三相电压或电流不平衡时，无论幅值或相位发生变化，其向量和就不为零，此时中性点发生漂移，形成不对称三相正弦电路，在进行不对称三相正弦电路计算

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行继电保护整定计算时，需要乘以接线系数，电流互感器

可知：电流幅值增加3倍，相位相差30°电角度。在进

时，需要先分解为正（顺）序、负（逆）序与零序；各自再按照对称三相正弦电路进行计算，然后再合成后，就能够得出对称三相正弦电路的三相电流。三相电压或电流的不平衡度，也需要分别用电压或电流的负（逆）序分量与正（顺）序分量均方根值之比的百分比来表示。

对于三相三线制接线，由于没有中性线，所以三相电流不平衡时，三相电流的瞬时值及向量值之和均分别为零。对于三相四线制接线，由于有中性线，所以三相电流不平衡时，中性线上就会有电流，所以三相相电流的瞬时值及向量值之和分别均不为零，而三相相电流与中性线上的电流的瞬时值及向量值之和才分别均为零。

电源中性点直接接地的供电系统，发生单相接地后，由接地点通过大地与电源中性点形成阻抗非常小的回路，单相接地事故电流比较大，所以称为单相短路电流，此时三相电流出现不平衡，就会有很大的零序电流，此零序电流通过接地点、大地及电源中性点流回电源。

对于电源中性点不接地的三相三线制系统，各路出线安装零序电流互感器进行单相接地保护，此时三根相线穿过零序电流互感器。正常运行时即使三相负荷电流不平衡，三相负荷电流中包含有零序电流，但是三相电流向量和及瞬时值和均为零，零序电流互感器二次侧就感应不出零序电流。

对于电源中性点不接接地的三相三线制系 统，发生单相接地故障后的接地故障电流流向 见附图,假设第3路出线A相发生单相接地故 障，此变压器本侧所有出线的A相与大地的电 压为零，其对地电容电流均为零。此时B相与 C相对地电容电流先流入大地，再通过发生单 相接地故障出线A相接地故障点，由A相流回电源。

非接地的出线电流互感器TAL只能够感应出本回路单相接地故障电流，它等于未发生单相接地故障的B相与C相对地电容电流向量和。发生接地故障出线的故障电流，先由本回路B相与C相流出，通过大地与A相故障点，最后经过A相流回电源，一进一出相互抵消，零序电流互感器TAL就感应不出本路出线本身的单相接地故障电流。但是可以感应出由接地故障点，通过发生接地故障回路A相导线流回电源的非接地的所有出线的单相接地故障电流。这样单相接地保护就可以有选择性的判断出是那一路出线发生单相接地故障。

由以上分析可以看出：电源中性点不接地的供电系统，发生单相接地后，由于电源中性点不接地，接地点通过大地与电源中性点就形不成回路，所以单相接地故障电流就比较小，称为故障电流，而不称为短路电流。对于未发生单相接地的回路，接地故障电流为三相对地不平衡电容电流，它等于不接地两相对地电容电流的向量和，但是它不经过本出线回路流回电源，而是通过接地故障出线回路流回电源。对于发生单相接地故障的回路，接地故障电流为变压器本侧所有出线接地故障电流的和，

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减去本出线接地故障电流，而且通过本出线接地故障相流回电源。由于都能够测量到故障电流，这些故障电流均为对地不平衡电容电流，都包含有零序电流。

在220/380V低压配电系统中，剩余电流保 护的动作电流称为剩余电流。经常还会遇到泄露 电流与漏电电流两个技术名词与术语。泄露电流、 漏电电流与剩余电流的流向见附图。第一路为正 常运行的出线回路，导线与大地之间存在有电容， 对于交流供配电系统就会有对地电容电流与线间

电容电流存在，这些电容电流的大小与导线的绝缘水平有关，绝缘正常时这些电容电流很小，而且向量和为零，中性点不漂移，与大地等电位，三相对地电容电流只通过线路不通过大地流回电源。这些与负荷无关的电容电流是否应该称为泄露电流，大家可以进行讨论。

第二路表示A相与电气设备外露导电体绝缘损伤而出现故障电流，此故障电流一部分由电气设备外露导电体的保护地线（PE）流回电源中性点，一部分由大地流回电源中性点，此电流通常称为漏电电流。当A相与电气设备外露导电体绝缘完全破坏，或直接接触，A相就会通过电气设备外露导电体的保护地线（PE）与电源中性点形成短路，另外还由大地与电源中性点形成短路，此电流非常大，称为单相接地短路电流。

第三路表示有人员与A相接触，发生电击事故，或者A相与电气设备外露导电体绝缘损伤程度不太严重。此时由人体通过大地流回电源中性点，或者由电气设备外露导电体绝缘损伤处，通过保护地线（PE）流回电源中性点电流比较小，称为故障电流，或漏电电流，利用漏电电流而动作的保护称为漏电保护。IEC标准把漏电保护称为剩余电流保护（RCD），其动作电流分为6 mA、10 mA与15 mA、几种。当漏电电流超过动作电流时，无延时动作将事故切除，以保证人身安全。

由以上分析可以看出：泄露电流、漏电电流与剩余电流均为与负荷无关的电流，只是出现的场合与大小不完全相同。泄露电流为绝缘未发生损伤，正常运行时的线间电容电流及对地电容电流，其值比较小。漏电电流为绝缘发生损伤，故障电流比较大，而且通过保护接地线（PE）或大地流回电源。剩余电流是否应包括泄露电流与漏电电流。漏电保护更为准确，但是剩余电流是由Residual Current 直接翻译出来，采用剩余电流这一名词，可能会与国际标准及国外一些电气技术文献相一致。 3）供配电系统中的短路电流与故障电流

短路电流与故障电流也是供配电系统中经常遇到的两个名词。当输电线路、母线及开关设备各相之间发生短路，或电源中性点直接接地的供配电系统发生单相接地地短路，此时短路的回路阻抗积聚减小，电流非常大，称为短路电流，而且出现非常复杂的过渡（暂态）过程，发生短路时称为短路事故。由于短路点阻抗几乎为零，又称为金属性短路。短路事故分为两相或三相相间短路，以及电源中性点直接接地系统的单相接地短路。 当供配电系统发生非金属性短路后，回路阻抗比较大，或电源中性点不接地，或电源中性点不直接接地，发生单相接地后回路阻抗也比较大，此时事故电流比较小，称为故

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障电流。发生的事故称为故障，而不称为短路。

当供配电系统发生金属性短路后，回路阻抗积聚减小，由于阻抗中电感电流不能突变，电容两端电压不能突变，就会出现一个非周期分量，非周期分量使短路电流成为一个不对称的正弦电流，非周期分量衰减为零，短路电流就成为对称的正弦电流，此时就进入稳定状态，所以达到稳定过程就需要一个过渡（暂态）过程。如果短路点距离发电厂比较近，发生短路事故后，发电机母线电压下降过大，发电机强行励磁动作后，使发电机母线电压升高，短路电流就会增加，进入稳定状态，即过渡（暂态）过程就会加长。 供配电系统电流根据短路点与电源之间的距离，分为近距离短路与远距离短路。近距离短路点是指距离电源比较近，短路阻抗比较小的短路故障；一般归算后各电源容量的标幺值阻抗Xs＜3，短路电流比较大，对电源影响比较大，发电机端电压下降很多，发电机电枢去磁作用很强，致使短路电流的周期分量随着时间而衰减，但是发电机的自动电压调节装置及强行励磁装置会很快动作，从而使短路电流中的周期分量回升，所以暂态（过渡）过程比较长，非周期分量衰减时间一般为0.1～0.2s，暂态（过渡）过程持续时间一般为3～5s，对于带延时的继电保护整定就需要考虑这一情况；近距离短路点短路，可以理解为系统电源为有限容量，

或电动机等设备出口短路,近距离 短路点短路后短路电流变化曲线 见附图。

远距离短路点是指距离电源 比较远，系统短路阻抗比较大，

一般归算后各电源容量的标幺值阻抗Xs≥3，或者变压器低压侧阻抗XTLV比较大，XTLV≥Xs时，短路电流相对比较小，对电源影响也就比较小，发电机端电压或者母线电压下降很小，发电机的自动电压调节装置及强行励磁装置就不会快速动作，短路电流的周期分量也不会随着时间而衰减，所以暂态（过渡）过程就比较短，非周期分量衰减的时间一般为0.1～0.2s，暂态（过渡）过 程持续时间一般也为0.1～0.2s；远 距离短路点短路可以理解为系统电源 为无穷大容量；远距离短路点短路后 短路电流变化曲线见附图。 以上两个图中：

ufh与ifh分别为:正常运行方式下的电压及负荷电流值；

Ich 为:冲击电流，又称为短路电流最大峰值；

izq为:短路后暂态（过渡）过程中短路电流周期分量，又称为暂态电流； ifzq为:短路后暂态（过渡）过程中短路电流非周期分量； i为:短路后暂态（过渡）过程中短路电流周期分量瞬时值； Id″为：短路开始后第一个周期内短路电流周期分量的有效值，即起始次暂态电流，

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i∞与I∞分别为:稳态短路电流瞬时值与有效值；其最大值为又称为超瞬态电流，其最大值为2Id″；

2I∞；

冲击电流Ich用于校验电气设备的动稳定；起始次暂态电流（超瞬态电流）Id″用于电流速断保护动作整定值计算；暂态电流izq用于延时电流速断保护动作整定值计算； 稳态短路电流I∞用于过电流保护动作整定值计算及电气线路与设备的热稳定校验；过去还需要计算出0.2s短路电流周期分量有效值I0.2，进行断路器遮断容量校验，现在采用真空断路器后，其分闸时间缩短到十几毫秒，需要用暂态电流izq进行断路器遮断容量校验。

5供配电系统中相序与相位及其表示方法、变压器绕组连接方式、视在功率、有功功率、无功功率、功率因数 1）供配电系统中相序与相位

电力系统中的电压与电流是三相正弦波交流电压与电流，正常运行时三相正弦波交流电的电压之间分别有120°电角度的相位差，相序是指三相电压各相之间的相位顺序，三相正弦波交流电分为三个相序。相位是指三相电压之间、三相电流之间、以及电压与电流之间的电角度，所以相位与相序两个不相同的技术名词与术语。相序一旦确定就不会再变化，但相位随着负载阻抗的变化随时在变化。三相电流之间或三相电压之间的相位，决定于三相电流或三相电压的对称度；三相电流或三相电压不对称时，电源中性点就会发生发生漂移，三相电压之间或三相电流之间的相位差就不再是120°电角度。当负载的感抗或容抗发生变化后，相同相的电压与电流之间的相位就会发生变化。三相电流或三相电压的不对称度，用其负（逆）序分量与正（顺）序分量之比的百分数表示。 无论在电力系统、配电网，还是用户供电系统，相序要求非常严格，相序接错就会造成相间短路事故。相序又与三相正弦波交流电产生的旋转磁场方向有关，用户电动机相序接错，电动机就会反转，当然也可以利用改变电动机的相序接线，来实现电动机正反转控制。所以变电所设计与运行管理中都需要理解相序的含义，并在实际工作中注意电力线路的相序。

当负载的感抗或容抗发生变化后，相同相的电压与电流之间的相位就会发生变化。电压与电流之间的相位用相位角（φ）的余弦函数（cosφ）表示，称为功率因数。 2）供配电系统相序与相位的表示方法

供配电系统的相序有多种表示方法，各用于不同场合。用A、B与C表示三相电压相序，大家已经非常熟悉。在电力电缆与导线中用L1、L2与L3分别表示A、B与C三相线芯与导线，线芯与导线的中性线仍然用N表示。在一些电气设备中还用颜色来表示相序，用黄、绿与红色分别表示A相、B相与C相，国际电工委员会（IEC）还规定中性线（N）用淡蓝色表示，保护地线线（N）用黄绿相间表示。

过去供配电系统三相分别用A、B与C表示，现在分别用U、V与W表示。在变电所二次电路中，电流回路过去分别用A411、B411与C411表示，现在分别用U411、V411与W411表示；电压回路过去分别用A631、B631与C631表示，现在分别用U631、V631与W631表示。

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了解供配电系统的相序有多种表示方法后，知道A、U与L1都表示A相，B、V与L2都表示B相，C、W与L3都表示C相，N表示中性线就可以了。不同场合有不同的表示方法，对于上述规定有些可能是出自不同标准，有些可能是出自不同时代。 3）变压器绕组连接方式

电力变压器根据其绕组的相序及同名端，可组成不同的绕组连接。电力变压器的绕组接线组别的选择与配电系统运行方式及供电系统电源中性点的接地方式有关。并列运行的电力变压器，绕组接线组别必须相同。在同一电网中电力变压器的绕组接线组别，电力部门都有严格的规定，变电所设计时需要根据电力部门的规定来选择电力变压器的绕组接线组别。

我国10kV供电系统目前采用电源中性点不接地方式，220/380V低压供电系统除特殊场合外，都采用电源中性点接地系统，即TN－C－S、TN－S以及TT系统。因此在10/0.4kV变电所设计中，电力变压器的绕组接线组别一般都选用△/Y－11型。其原因是10kV系统电源中性点不接地，电源中性点不需要不引出，三次谐波及三的倍数次谐波可以在10kV侧△接线内部形成回路，从而可减小三次谐波及三的倍数次谐波对10kV供电系统的影响。220/380V低压供电系统电源中性点需要接地，因此必须采用Y形接线，以便引出电源中性点后进行接地。

有些地区供电部门要求10kV系统电源中性点通过串联电阻接地，即采用小电流接地系统，电力变压器10kV侧为△接线时，就需要另外选用只具有10kV侧绕组，而且为Y形接线的接地变压器，以便将10kV供电系统进行人工接地。

电力变压器差动保护的整定也必须考虑变压器的绕组接线组别，以便消除电力变压器原边与付边电压的固有相位角不同，计算差电流时产生的计算误差。所以变电所设计时，熟悉电力变压器的绕组接线组别的表示方法与形成原理还是需要的。

电力变压器的绕组接线组别用时钟发来表示。电力变压器原边与付边电流的固有相位角最大相差360°电角度。每30°为一计算单位，代表一种组别，360°除以30°等于12，电力变压器的绕组接线组别的原边与付边电流的固有相位角就有12种表示方法。电力变压器原边与付边电流的固有相位角又与原边及付边绕组的接线方式及其极性有关，所以就可以根据电力变压器原边与付边绕组的接线方式与极性，通过电流或电压向量图推算出电力变压器原边与付边电流或电压的固有相位角，从而得出电力变压器的绕组接线组别。下面以电流向量图举例说明电力变压器的绕组接线组别的表示方法与形成原理。 绕组接线组别为Y/Y－0型电力变压器的绕组连 接与电流向量图见附图。从图中可以看到，电力变 压器原边与付边绕组均为Y型连接，原边与付边绕

组的同名端都在绕组的线路引出端，即绕组接线的 极性相同。电力变压器内部各相中电流方向是相同 的，由于原边定义电流由线路流入绕组为正，付边定

义电流由绕组流出到线路为正，此时电流由线路流入绕组则为负。由于电力变压器原边与付边绕组极性相同，电力变压器原边与付边线路中的电流相位就相同，从图中的电流

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向量图可以看出，电力变压器原边与付边电流相位相同，即固有相位角为0，所以绕组接线组别定义为Y/Y－0。

绕组接线组别为△/Y－11型的电力变压器的绕 组接线与电流向量图见附图。从图中可以看到，电 力变压器原边绕组为△型接线，付边绕组为Y型接 线，原边与付边绕组的同名端都在绕组的线路引出 端，即绕组接线的极性相同。电力变压器内部各相

中电流方向是相同的，由于电力变压器原边绕组为

△型接线，由线路流入绕组的电流为相电流差，它等于相关两相电流的向量和，大小增加√3倍，相位落后30°。电力变压器付边绕组为Y型接线，由绕组流到线路的电流为绕组中的相电流，大小与相位都没有发生变化。从图中的电流向量图可以看出，电力变压器原边电流为两个绕组中相电流的向量和，电力变压器付边电流落后原边电流330°，即固有相位角相差为330°，所以绕组接线组别就为△/Y－11。 绕组接线组别为Y/△－11型的电力变压器的 绕组接线与电流向量图见附图。从图中可以看到， 电力变压器原边绕组为Y型接线，付边绕组为△ 型接线，原边与付边绕组的同名端都在绕组的线 路引出端，即绕组接线的极性相同。电力变压器 内部各相中电流方向是相同的，由于电力变压器

原边绕组为Y型接线，由线路流到绕组的电流为线路中的相电流，大小与相位都没有发生变化。电力变压器付边绕组为△型接线，由绕组流到线路的电流为相电流差，它等于相关两相电流的向量和，大小增加√3倍，相位落后30°。从图中的电流向量图可以看出，电力变压器付边电流为两个绕组中相电流的向量和，电力变压器付边电流落后原边电流330°，即固有相位角相差为330°，所以绕组接线组别就为Y/△－11。

从以上分析可以看出，电力变压器的绕组接线组别可以根据变压器原边与付边绕组的连接方式与绕组极性以及三相绕组定义不同，组成若干个绕组接线组别，但实际应用中只有△/Y－11与Y/△－11、Y/Y－0、Y/Y－4、Y/Y－6、等几种。 4）视在功率、有功功率、无功功率、功率因数与无功功率补偿 （1）各种电气参数

U：电压有效值 I：电流有效值 F：频率 Cosφ：功率因数 P：有功功率 Q：无功功率 S: 视在功率（计算） Wh：有功电能（电度） Warh：无功电能（电度）

采用常规仪表时，测量什么参数，就需要什么仪表，早期电力监控采用电量变送器，将各种电气参数转换为计算机模拟量输入（AD转换）能够接受的直流参数进行测量，所以需要测量什么电气参数，就有什么电量变送器。计算机模拟量输入（AD转换）交流采样技术出现是一场，计算机模拟量输入（AD转换）直接采集50周交流电压与电流，取消了电量变送器，从而出现了数字式（微机）保护装置，由于可以将保护与监控由一

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台装置来完成，所以又称为综合自动化装置。综合自动化装置只需要测量电压与电流，其余参数均可以由内部CPU通过计算得出。 （2）有关计算公式

电流、电压与功率因数计算公式如下：

瞬时值： i＝Im×SiN(ωt+φ) u＝UmSiN(ωt+φ)； 有效值： Iy＝√1/T ∫0T i2dt＝Im÷1.414＝0.707 Im；

Uy＝√1/T ∫0T U2dt＝Um÷1.414＝0.707 Um；

绝对值平均值：Ip＝2/T ∫0T i2dt＝0.637 Im；

波形因数 Kn＝Iy/ Ip＝1.11（有效值与绝对值平均值之比）； 波顶因数 Kc＝Im÷Iy＝1.414（最大值与有效值之比）；

电工测量均为有效值。根据楞次——焦尔定律，有效值等效于瞬时值在一个周期

产生的热量。有效值的平方等于一个周期内瞬时值的平方，所以有效值又叫均方根值。 （3）视在功率

不考虑电压与电流的相位，即不考虑功率因数，电压与电流的乘积为视在功率，单位为VA或kVA(伏安或千伏安)。视在功率为功率三角形的斜边。计算公式为：

单相视在功率：S＝UφIφ＝√(P+Q) VA或kVA(伏安或千伏安)；

三相视在功率：S＝P＋jQ＝Ua×Ia＋Ub×Ib＋Uc×Ic VA或kVA(伏安或千伏安)； （4）无功功率

在正弦交流电路中，由于输变电设备与用电设备中，有电容（容性负荷）与电感存在（感性负荷），电容两端电压不能突变，电压升高时，需要电源进线充电；电压降低时，放电返回电源。此时电流相位超前电压，即容性负荷电流相位超前电压。

电感中的自感使其电流不能突变，电流增加时，电源需要提供电流抵消自感产生的电流；电流减小时，自感产生电流返回电源。此时电流相位落后电压，即感性负荷电流相位落后电压。

由此可见在理想的状态下，容性负荷与感性负荷不需要电源提供功率，容性负荷与感性负荷与电源交换的功率就称为无功功率。其计算公式如下：

单相无功功率：Q＝Uφ×Iφ×sinφ VAR或kVAR(乏或千乏)； 三相无功功率：Q＝3×Iab×Uab×Sinφ VAR或kVAR(乏或千乏)； （5）有功功率

在正弦交流电路中，如果负荷为纯电阻性负载，或假设只有产生旋转磁场需要的电流，此时就只有电源提供电流给负荷，负荷不返回电流给电源，电流与电压相位相同，功率因数为1。电源提供的电流，对纯电阻性负载全部转换位有用的热能，对产生旋转磁场需要的电流通过电磁力或电场力转换为有用的电动力。所以电源提供给纯电阻性负载与产生旋转磁场需要的功率，称为有功功率。其计算公式如下：

单相有功功率：P＝Uφ×Iφ×COSφ W 或kW(瓦或千瓦)； 三相有功功率：P＝√3×Uab×Iab×Cosφ W 或kW(瓦或千瓦)；

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（6）功率因数

当负荷中包含有电容性与电感性负载时，电流与电压相位就不同，电流与电压的向量夹角称为相位角。在功率三角形中，视在功率与有功功率夹角的余弦函数称为功率因数。其计算公式如下：

COSφ＝P÷S （-1～1～0）

（7）无功功率补偿

功率因数越低，表示无功功率越大。无功功率虽然是负载的感抗或容抗与电网之间的功率交换，并不消耗电网的有功功率。但无功功率增加，无功电流就会增加，无功电流增加，视在电流与视在功率就会增加。在同一个视在功率下，无功功率大，有功功率就会减小，发电、输电、变电与配电设备的利用率就会降低。视在电流增加输变电设备于线路上的电压降及有功功率损耗就会增加。当功率因数低于供电部门规定值时（一般为0.9），变电所设计时需要就需要采取无功补偿措施。无功补偿分为集中安装在变电所配电室，及分散安装在功率因数低的较大功率负荷处的并联电力电容器补偿。另外需要考虑尽量选用功率因数高的同类用电设备，日光灯电子镇流器。

由于过补偿也会加大视在电流与视在功率，所以供电部门不允许过补偿。变压器低压侧补偿就无法解决高压侧自然功率因数低的问题，所以有10kV高压电动机时，需要考虑采用10kV高压并联电力电容器补偿。

6 变电所、变电所与变配电站、配电所、开闭所与开关站、一次设备与二次设备 1）变电所、变电所与变配电站

变电所、变电所与变配电站都是为实现升压与降压、以变压器为主，包括开关设备、母线、过电压防护、测量、计量及继电保护等装置的建筑物。从功能上划分，靠近发电厂将电压升高后再输送出去的变电所称为升压变电所，电力系统有两个以上电压等级的变电所，称为区域变电所或枢纽变电所。系统末端有两个电压等级的变电所称为末端变电所。用户内部的变电所称为降压变电所。大型工矿企业的第一级变电所称为总降压变电所。既有变压器，又有给内部各分变电所供电的配电室的称为变配电站。用户内部规模比较小的变电所称为变电所。设置在车间的变电所称为车间变电所。 2）配电站、开闭所与开关站

只有一个电压等级及多路出线，没有变压器的称为配电站，城市电网电力部门的配电站称为开闭所，有些地方也称为开关站，在工矿企业称为分配电站，分配电站需要由上一级变电所供电，然后再由其配电室引出多路出线给分变电所供电， 3）一次设备 （1）一次设备定义

直接用于生产、输送和分配电能生产过程中的发电机、变压器、输电线路及其配套设备、电力电缆、开关柜、断路器（QF）、隔离开关、刀开关、母线、电抗器、电动机、电流互感器（TA）与电压互感器（TV）等称为一次。在变电所一次系统单线图设计时，需要注明一次与二次设备的型号、规格与数量，继电保护要求及采用的保护装置型号，操作电压规格，以及电源进线及母联断路器的运行方式与。

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（2） 一次设备的作用

发电机：把各种形式的能量转化为电能的设备。变压器：电能需要传送，变压器将电压升高进行长距离传输，这样可以降低电压与电能损耗。在使用电能之前，为了满足用户电气设备的要求，变压器又将电压降低到电气设备需要的电压等级。线路与电缆：传输电能。并联电力电容器：给系统补偿无功功率，提高用户的功率因数。断路器：具有灭弧功能，可以在正常操作与发生短路事故的情况下，切断电气设备之间的联系。隔离刀闸：为了检修设备时，有可靠与明显的断开点，保证安全。电流互感器：将一次侧的大电流转换为二次侧额定值统一为5A或1A的小电流，有利于电气测量仪表与继电保护装置的制造，并起到隔离作用。电压互感器：将一次侧高电压转换为二次侧额定值统一为100V的的低电压，有利于电气测量仪表与继电保护装置的制造，并起到隔离作用。避雷器及过电压吸收装置；对雷击过电压及操作过电压继续防护。 （3）一次设备的选用

一次设备选用时除额定电压、额定电流（或额定容量）、开关设备的遮断容量以及导线与母线的载流量应满足要求外，还需要进行热稳定与动稳定校验；电流与电压互感器的精度需要满足测量精度要求，电流互感器还需要根据准确级限值系数P进行误差校验。对于定型的成套的开关柜，可以不再进行热稳定与动稳定校验 4）二次设备 （1）二次设备定义

二次设备是指对一次设备的工作进行监测、控制、调节、保护，以及为运行、维护人员提供运行工况、事故报警和生产指挥信号所需要的低压电气设备，如继电保护与监控装置、测量与计量仪表、信号灯、转换与控制开关、小型低压断路器与熔断器，以及信号、继电器、自动开关、接触器，与控制电缆等。 （2）二次设备的作用

二次设备的作用是把反应一次侧电流与电压值的电流与电压互感器二次侧0～5A、（0～1A）与0～100V标准量，通过各种电工测量仪表显示出一次侧电流与电压值的实际值，给测量与观察电力系统各种运行参数提供了条件；继电保护装置在电力系统运行发生事故与出现故障时，给断路器发出跳闸命令将事故切除，并将各种事故与故障信号及时传送到值班室。采用变电所总行自动化（电力监控）系统后，随时将各种测量数据以及事故与故障信号报警传送到值班室。 （3）二次设备的选用

二次设备选用时额定电压、供电电源电压及其功能必须满足使用要求。电工测量仪表有指针式与数字式显示仪表，数字式显示仪表又称为数显表或网络电力仪表。新设计的工程项目中，继电保护继电器的常规继电保护已经很少选用，基本上都选用数字式（微机）保护装置。由于数字式（微机）保护装置可以测量到各种电气参数，所以选用数字式（微机）保护装置后，可以不再选用各种电工测量仪表，需要时可选用简单的指针式电流与电压表。

7变电所的供电方案、接线方案、备用电源自动投入

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1）供电方案 （1）供电方案

变电所供电方案是指变电所电源的供电方式。从供电电源上划分，只有一路电源供电的称为单电源供电，有两路电源供电的称为双电源变电所。从上一级供电电源方式上划分，有放射式、树干式（又称为链式）与环网式。从有无备用电源分为有备用电源与无备用电源两种，备用电源又分为备用电源与非备用电源两种。采用放射式专用线路的备用电源称为备用电源，采用树干式（又称为链式）或环网式供电的一路供电电源作为多个变电所备用电源的称为非备用电源。

由两路及以上电源供电的变电所，经常运行而且为所有负荷供电的电源称为主供电源。主供电源断电后才投入运行，一般只给一级与二级负荷供电的电源称为备用电源。其备用电源投入方式称为线路备自投。两路供电电源同时运行，互为备用，一路电源断电，由另外一路电源给所有一级与二级负荷供电，其备用电源投入方式称为母联备自投。 有大容量一级负荷及重要负荷的变电所主供与备用电源需要分别来自两个的电源，满足不了时就需要设计自备电源。电源又称为双重电源，即两个电源距离相隔较远，同时发生事故停电的几率非常低。

对于只允许电源中断为毫秒级的重要负荷，如大中型计算机系统，需要选用两套在线式UPS不间断电源，每套容量应按照计算负荷的100%考虑，但交流供电电源的安装容量仍然按照计算负荷的100%考虑，不应安装两套UPS不间断电源安装容量之和考虑。两套UPS不间断电源同时运行互为备用，负荷率分别为50%。蓄电池Ah数需要按照变电所电源中断再回复，以及重要负荷自保护处理时间来确定，一般为2小时。 （2）放射式供电

由上变配电站引出一路电供电线路后，只给一个变电所作为供电电源的供电方案称为放射式供电，其供电线路称为专用线。放射式供电方案供电可靠性高，但投资大，用于有一、二级负荷的变电所，及重要用户的总变下一级分变电所 （3）树干式供电

由上变配电站引出一路供电线路后，同时给若干个分变电所供电，每个分变电所只有一路电源进线，通过高压熔断器或负荷开关接到供电线路上，此种供电方式称为树干式供电（又称为链式）。树干式供电一旦供电线路发生事故，会造成供电线路上所有变电所停电，由其供电的所有变电所继电保护整定非常困难，与上一级变电所单独引出线继电保护的选择性配合很难保证。但占用上一级变电所出线间隔以及外线电缆少，需要的投资就小。所以只能够用于对供电可靠性要求不高的变电所。也可以用于多个需要线路备自投变电所的备用电源。 （4）环网式供电

由上变配电站引出一路供电线路后，先作为第一个分变电所的供电电源，由第一个分变电所的电源出线引出后，再作为第二个分变电所的供电电源，以此类推，直至最后一个分变电所的电源出线引出后，接到另外一个上一级变电所的出线上。此种供电方式称为环网式供电。

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由此可以看出环网式供电与树干式供电的区别是，线路由两个供电电源，每个分变电所都有一进一出两路电源接到供电线路上。此时一段供电线路一旦发生事故，只要断开相邻两个分变电所的一个电源进线，再把另外一个电源出线断路器合闸供电，剩余分变电所就可以恢复供电。所以环网式供电的可靠性比树干式高。

环网式供电在两端各有一个供电电源，一路电源出线断路器合闸供电，另外一路电源出线断路器分闸，处于备用状态，此种运行方式称为开环运行。当环网式供电在两端两个电源出线断路器均处于合闸运行状态，称为闭环运行。环网两端的电源分别引自同一个变电所的两段不同母线上时，称为单端环网式供电。环网两端的两路电源分别引自两个不同的变电所时，称为双端环网式供电。

由于环网式供电继电保护也比较复杂，国家《继电保护与安全自动技术规程（GB/14285－2006）》第4.4.2.3条规定：10kV环网式供电应采用开环运行，当必须采用闭环运行时，为简化继电保护，可采用故障时先将环网自动解列，暂时开环运行而后回复的方法。对不宜解列的环网式供电，可采用带方向或不带方向的电流速断闭环和过电流保护，短线路与电缆线路可采用光纤电流差动保护作为主保护，采用带方向或不带方向的电流速断闭环和过电流保护作为后备保护。国外解决了环网式供电闭环运行的继电保护问题，所以环网式供电普遍处于闭环运行。

两个环网式供电并列运行称为双环网式供电。我国目前环网式供电尚未推广闭环之前，可以采用双端环网式供电，提高环网式供电的可靠性。 2）变电所的接线方案 （1）变电所的接线方案

变电所接线方案是指变电所内部电源进线与出线的接线方式，经常采用的有线路变压器组、单母线与单母线分段三种。变电所只有一路电源进线与一台变压器，电源进线与变压器直接连接，此时无母线，称为线路变压器组。变电所只有一路或两路电源进线与多台变压器出线，电源进线与变压器出线均接在一段母线上，称为单母线。

变电所有两路及以上电源进线与多台变压器出线，电源进线与变压器出线分别接在不同母线段上，各段母线通过母线联络断路器与母线隔离柜或隔离开关连接起来，称为单母线分段。

（2）单母线不分段接线

变电所电源进线与出线都接在一段母线上的接线称为单母线接线。一般用于一路电源进线与有两台及以上变压器出线的变电所与环网式供电的变电所。平面布置图有条件时，可预留备用开关柜位置。 （3）单母线分段接线

变电所电源进线与出线分别接在两段母线上，两段母线之间通过母线联络断路器与母线联络隔离开关连接起来的接线称为单母线分段接线。一般用于有两路电源进线与多路出线、母线检修时不允许全站停电的变电所。每段各接一路电源进线、一台计量柜、一台电压互感器柜及二分之一出线回路，如果变电所需要检修，可以分段检修，就能够实现检修时不全站停电的目的。

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如果两路电源的运行方式为母线联络断路器常合，两路电源为一供一备，即线路备自投时，母线分段开关可以选用母线联络隔离开关。由于隔离开关不允许带负荷分闸，在变电所母线检修时，必须先将检修母线段上所有断路器分闸后，才能够断开母线联络隔离开关，然后再开始进线母线检修。如果两路电源的运行方式为母线联络断路器常分，两路电源均为主供，即母联自投时，母线分段开关必须采用母线联络断路器。 （4）桥形接线

如果变电所只有两路电源进线与两台变压器，一路采用断路器，另外一路采用隔离开关，分别接在两段单母线上，两段单母线再用一台断路器与隔离开关连接起来，称为桥形接线。电源进线采用断路器，变压器出线采用隔离开关，即断路器在电源侧，称为内桥接线，此时选用断开变压器是操作报警复杂。电源进线采用隔离开关，变压器出线采用断路器，即断路器在变压器侧，称为外桥接线。连接两段母线的断路器称为桥断路器。采用桥形接线变压器继电保护较复杂，但可以减少两台断路器，所以一般用于一次设备价格比较高的35kV及以上电压等级的变电所。 （5）环网式接线

环网式供电的变电所，电源为一进一出，与变压器出线共同接到一段母线上称为环网式接线。环网式接线的变电所，一般采用采用高压熔断器与负荷开关的环网柜，如果此时选用数字式（微机）保护装置，电流速断保护应退出运行，由高压熔断器进行短路保护，过电流、过负荷、瓦斯与温度保护由数字式（微机）保护装置进行保护。对于采用断路器而不采用高压熔断器与负荷开关的环网柜，必须选用数字式（微机）保护装置，此时所有保护均由数字式（微机）保护装置进行保护。 3）备用电源自动投入

变电所具有两路供电电源，一路为主供电源，另外一路为备用电源，有母联断路器或隔离开关时为常合，需要备用电源自动投入时，采用线路备自投，当主供电源断电后，备用电源自动合闸。两路电源均为主供电源，母联断路器为常分，需要备用电源自动投入时，其中有一路电源断电后，需要母联断路器自动合闸时，采用采用母联备自投。备用电源自动投入有3种方式，1号电源进线为主供电源，2号电源进线为备用电源的线路备自投，为方式1；2号电源进线为主供电源，1号电源进线为备用电源的线路备自投，为方式2；母联备自投为方式3。

现在有些重要用户变电所采用三路电源供电，两路为主供电源（也可以互为备用），一路为备用电源。此时变电所的一次系统接线需要选用三段母线，两路为主供电源与一路为备用电源各占用一段母线段，两路为主供电源母线段，位置在两边，备用电源母线段位置在中间。备用电源母线段通过两台母线分段断路器、隔离柜以及计量柜分别与两段主供电源母线段联络。这样备用电源母线段通过与两路电源进线母线段各自的母线联络断路器实现线路备自投。各自的母线联络断路器为常分，主供电源断电分闸后，相应段的母线联络断路器合闸，由备用电源供电。

现在变电所数字式（微机）保护装置的功能发展非常快，如果备用电源进线选用断路器，在备用电源停电时，两路主供电源进线之间也可以实现母联备自投。这样三路电

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源供电变电所的备用电源自投就增加了一种方式，便可增加三路电源供电变电所的供电可靠性。

8供配电系统的继电保护、保护装置、数字化变电所、电流保护、电压保护、单相接地保护、距离保护、差动保护、非电量保护、主保护与后备保护 1）继电保护

继电保护能够根据电流、电压与温度等参数变化，当其超过整定值时，及时进行报警（预告信号）与跳闸并报警（事故信号）。达到减小事故停电范围、保证电力系统稳定运行、防止事故扩大、尽快回复供电等目的。

可靠性、速动性、选择性与灵敏性是继电保护的四大要素。变电所继电保护设计应在满足上述四大要素及继电保护设计规范与技术规程的前提下，尽量采用简单的继电保护方案与先进的数字（微机）变化装置，以提高继电保护的可靠性。 2）保护装置

常规继电保护由电流继电器、电压继电器、信号继电器与时间继电器组成。随着电子技术的发展，出现了由电子元器件组成的继电保护，称为晶体管保护。随着计算机技术的发展，出现了由单片机组成的继电保护，称为微机保护，微机保护为一个完整装置，统称微机保护装置。

用于变电所的微机保护装置，除具有继电保护功能外，还具有就地监测与远方调度监控功能，所以又称为变电所综合自动化装置。用于发电机、110kV及以上电压等级的输电线路、及大中型变压器的微机保护装置仍然称为微机保护装置。

国家标准《继电保护和安全自动装置技术规程（GB/T 14258－2006）》第3.4条提出：“在确定继电保护和安全自动装置的方案时，应优先选用具有成熟运行经验的数字式装置”。所以微机保护应采用国家标准提出的数字式保护装置这一技术名词与术语，考虑到历史原因也可以采用数字式（微机）保护装置。

变电所数字式（微机）保护装置一般按照被保护对象进行分类，分别有变电所电源进线数字式（微机）保护装置、母联数字式（微机）保护装置、线路数字式（微机）保护装置、变压器数字式（微机）保护装置、高压电动机数字式（微机）保护装置，及高压并联电力电容器数字式（微机）保护装置，以及电压互感器监控装置。现在已经开始推广通用型数字式（微机）保护装置，保护装置硬件不再按照被保护对象分类，按照输入与输出接口的容量分为两种，软件包括所有继电保护功能，实际工程中再按照被保护对象的具体保护要求设置所需要的保护功能。 3）数字化变电站

数字化变电站是当前世界上最为先进的采用数字式（微机）保护系统的变电所，变电站内部电流与电压互感器，以及断路器的操动机构，全部采用数字化装置，然后采用双路光纤将其连接成为一个变电站内部专用的计算机网络系统，充分发挥计算机技术的优势，统一实现变电站的继电保护，就地监控与远方调度管理。

我国110kV及以上电压等级的变电站已经开始推广数字化变电站。电力系统要求采用具有成熟运行经验的数字式装置，数字化变电站仍然以引进国外产品为主。国内只是从

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数字式电压与电流互感器开始，与现有的数字式（微机）保护装置连接，逐步向数字化变电站过渡。110kV以下电压等级的变电所采用广数字化变电站还有不同看法，近期很难推广。 4）电流保护

根据电流超过继电保护动作整定值而动作的保护称为电流保护。国外数字式（微机）保护装置电流保护根据保护动作电流与动作时间，分为若干段进行保护，最多可达四段以上；国内数字式（微机）保护装置通常为三段式保护，现在也开始有四段以上的保护。 三段保护实际上就是电流速断、过电流与过负荷保护。有些数字式（微机）保护装置三段保护分别为无延时电流速断、带延时电流速断与过电流保护，这样加上过负荷保护，就可认为是四段保护。

无延时电流速断为主保护，优点是能够无延时动作将事故切除，缺点是与下一级主保护之间采用动作电流整定值实现选择性配合，所以保护范围受到影响而减小，另外电力系统运行方式变化时短路电流会发生变化，所以受电力系统运行方式变化影响比较大。现在有些数字式（微机）保护装置可以设置多套保护定值，但是还需要人工就地或远程进行设置，目前还不能够采用自适应原理自动进行设置。

带延时电流速断作为变压器、高压电动机、长距离输电线路与高压并联电力电容器的主保护时，通过延时来躲过变压器励磁涌流、高压电动机启动电流、长距离输电线路与高压并联电力电容器的充电电流。有时也可以作为下一级主保护的远后备保护，利用短延时电流速断保护与下一级主保护的无延时电流速断保护的动作时间实现选择性配合。 过电流保护主要作为主保护的后备保护，利用同一个数字式（微机）保护装置过电流保护作为主保护的后备保护称为近后备保护，利用上一级数字式（微机）保护装置过电流保护作为下一级主保护的后备保护为远后备保护。

过负荷保护主要是用来对变压器与高压电动机等用电设备超负荷运行进行保护，有人值班时一般只报警不跳闸，无人或少人值班时可设置为跳闸。 5）电压保护及闭锁

当运行电压超过或低于保护动作电压与动作时间整定值而动作的保护称为电压保护。电压保护分为过电压保护与低电压保护。电源电压完全消失而动作的保护称为失压保护。 过电压保护为运行电压超过保护动作电流与动作时间整定值而动作的保护。继电保护设计规范规定高压无功补偿并联电力电容器需要设置过电压保护。低电压保护为运行电压低于保护动作电压而动作的保护。继电保护设计规范规定高压电动机，以及高压无功补偿的高压并联电力电容器，需要设置过电压保护。大部分数字式（微机）保护装置的低电压保护，增加了判电流的判据，即运行电压低于保护动作电压整定值时，还要判电流是否大于电流整定值，大于电流整定值时低电压保护才动作。由于继电保护设计规范没有规定判电流，给低电压保护整定带来一些困惑。

现在数字式（微机）保护装置都具有过电压与低电压保护功能，对于继电保护设计规范没有作出需要设置过电压与低电压保护的电气设备，可以将过电压保护设置为退出，或设置为报警。

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失压保护为运行过程中失去电压而动作的保护。继电保护设计规范规定无功补偿的并联电力电容器需要设置过失压保护，因为运行过程中，母线失去电压时，需要将无功补偿的并联电力电容器断开，否则在并联电力电容器未完成放电前，万一上一级保护重合闸成功，会造成并联电力电容器过电压。对于断电后不允许再自起动的高压电动机，也需要选用失压保护，断电后跳闸防止自起动。

备用电源自动投入也需要根据失压保护来动作。当电源进线判断为无电压，而且为合闸时，说明电源进线上一级电源断电，失压保护动作跳闸后，就可以根据需要进行备用电源互投。为增加失压保护动作的可靠性，增加判断无电流判据，无电压而且无电流时，失压保护才动作。

对于雷电及操作过程中出现的瞬时（瞬态）过电压的保护，不属于继电保护的保护范围，可采用避雷器与过电压吸收装置进行瞬时（瞬态）过电压进行保护。变电所可以在电源进线隔离柜、电源进线柜、或电压互感器柜安装避雷器；安装有高压断路器的开关柜，还需要安装过电压吸收装置。避雷器及过电压吸收装置的接地线需要采用绝缘导线分别单独引到接地母排。过电压吸收装置泄露电流比较大时，会产生干扰；其质量必须保证，而且应定期检查与做试验。

发生短路事故后，引起发电机或重要用户变电所母线电压降低，需要进行保护时采用低电压起动的电流保护。也可以采用复合电压（低电压与负序电压）起动的电流保护。对于高压电动机起动时引起变电所母线电压降低，需要时可采用低电压闭锁的电流保护。 6）单相接地保护

单相接地保护与供配电系统的接地方式有很多关系。供配电系统的接地是指电源中性点接地，称为系统接地，有些地方称为工作接地。变电所还有电气设备外露导电部分的接地，它是为了保证电气设备与人员安全而进行的接地，称为保护接地，保护接地线用PE表示。供配电系统的电源中性点是否接地，需要根据供配电系统继电保护要求来决定。 我国110kV及以上电压等级的输变电系统采用的是电源中性点直接接地的接地系统。10～66kV电压等级的输变电系统采用的是电源中性点不接地系统，或不直接接地系统。电源中性点不接地时 ，发生单相接地后，接地相不能够通过大地与电源中性点形成回路，故障电流为三相对地不平衡电流，其值比较小，不称为短路电流，称为故障电流，事故也不称为短路事故，而称为故障，允许带故障继续允许一段时间，从而提高了供电的可靠性。

对于电源中性点直接接地的供配电系统，采用安装在电源（发电机与变压器）中性点引出线上的零序电流互感器进行单相接地保护。零序电流互感器的安装位置与运行方式，由供电部门根据供配电系统的运行方式来确定。由于电源中性点直接接地，发生单相接地后，接地相就通过大地与电源中性点形成回路，电源中性点的接地电阻及大地的电阻都非常小，所以事故电流就非常大，为短路电流，事故称为短路事故。此时供配电系统称为大电流接地系统，单相接地保护根据安装在电源中性线上的零序电流互感器采集到的零序电流进行单相接地保护。

对于电源中性点不直接接地的供配电系统，可选用Y/Y/△（开口三角形 、剩余电压

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绕组）型电压互感器，利用单相接地故障后，开口三角形绕组（剩余电压绕组）出现的零序电压进行无选择性单相接地故障报警。需要有选择性单相接地保护时，采用安装在电源进线与引出线上的零序电流互感器进行有选择性单相接地保护。当零序电流超过单相接地保护动作整定值时，由选择性报警或跳开有关断路器。

当利用10/0.4kV变压器高压侧三相过电流保护，作为0.4kV低压侧母线或母干线单相接地保护，灵敏系数满足不了要求时，采用安装在变压器0.4kV低压侧中性线上的零序电流互感器，进行0.4kV低压侧单相接地保护。

如果在三相三线制供配电系统的出线上安装零序电流互感器，只有三根相线穿过零序电流互感器。由于是三相三线制系统，即使三相负载不平衡，在三相对地电容电流平衡时，零序电流互感器二次侧感应不出电流。

由附图可以看出，发生单相接地故障后，事故电流为不接地两相对地电容电流的向量和，零序电流互感器二次侧就 能够感应出电流。未发生单相 接地出线回路零序电流互感器 只感应出本回路不接地两相对 地电容电流的向量和，此电流 比较小。而发生单相接地故障 的回路，感应出的电流为其他 所有未发生单相接地故障回路， 不接地两相对地电容电流向量 和，减去本回路单相接地各种 电流，此电流比较大。所以采 用零序电流互感器就可以实现 有选择性的单相接地保护。

供配电系统比较大时，未发生单相接地故障的回路就比较多，不接地两相对地电容电流和的计算比较困难。它包括最上一级变电所一台或两台并列运行变压器的10kV母线，以及与之有联络的10kV母线上所有未发生单相接地故障的回路；而且还包括以上述母线引出的出线作为电源的下一级开闭所，以及与之联络的10kV母线上所有未发生单相接地故障的回路，还有可能再向下延伸一级。最后还包括用户变电所或配电站10kV母线上所有未发生单相接地故障的回路。这些回路的对地电容电流是根据线路总长度，乘以每公里电容电流进行计算。根据上述分析可以看出线路总长度的统计非常可能，计算就很难准确。采用零序电流互感器作为单相接地保护时，单相接地保护的动作电流整定值很难计算准确，从而影响到单相接地有选择性保护动作的可靠性。

为了提高单相接地保护有选择性动作的可靠性，国外10kV系统也采用电源中性点直接接地系统，此时供配电系统就为大电流接地系统。因为一旦发生单相接地事故就跳闸，所以变电所设计时需要提高供电方案的可靠性。

随着10kV供配电系统规模的不断扩大，单相接地故障电流越来越大，超过规定值10A

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时就需要跳闸。为了保证单相接地保护跳闸的可靠性，我国有些地区供电部门要求采用电源中性点串联大电阻接地，此时供配电系统称为小电流接地系统。发生单相接地故障后，故障电流由故障点、经过大地及串联电阻流回电源，此回路的电阻比较小，故障电流就比较大，有时可达数百安培，从而提高了单相接地保护动作的可靠性。

我国220/380V低压配电系统除特殊场合外，一般采用TN－S、TN－C－S、及TT接地系统，TN－C接地系统不再采用。发生单相接地事故，或当电气设备外露导电部分绝缘损坏比较严重故障电流比较大时，由低压断路器，或低压熔断器进行保护。当电气设备外露导电部分绝缘损坏不严重时，故障电流比较小，低压断路器与低压熔断器就无法进行保护。此时就需要采用剩余电流保护，又称为漏电保护。剩余电流保护需要选用专用的零序电流互感器，而且只允许电源相线与中性线穿过此零序电流互感器，绝对不允许保护接地线（PE）穿过零序电流互感器。

我国变电所设计规范规定变配电站接地电阻为4Ω，国外规定为2Ω。假设通过电气设备外露导电部分的故障电流为10A，继电保护不能够跳闸，变配电站接地电阻为4Ω时，故障电压可达40V；接地电阻为2Ω时，故障电压只有20V，可见国外对电气安全的要求比较高。如果变配电站接地电阻为1Ω时，电气设备外露导电部分的故障电流为40A时，故障电压才能够达到40V。所以变配电站接地电阻为1Ω时，10kV系统的保护接地与220/380V低压配电系统的系统接地与保护接地可以采用一个接地系统。由于我国各部门对10kV变电所的电源中性点接地，即系统接地，与保护接地能否采用一个接地系统，以及接地电阻值为4Ω、2Ω还是1Ω，还有不同看法，所以10kV变电所的接地需要按照当地供电部门的要求进行设计。 7）距离保护

根据输电线路发生短路事故后，短路事故点到保护安装处的阻抗变化进行的保护称为距离保护。短路事故点到保护安装处的阻抗变化，相当于短路事故点到保护安装处的距离变化，所以称为距离保护。距离保护不受供配电系统运行方式的影响，保护范围比电流保护大，但保护整定计算复杂。一般用于110kV及以上电压等级的输电线路保护。 8）差动保护

利用被保护输电线路或电气设备各端的电流差进行的保护称为差动保护。差动保护分为纵差动保护与横差动保护两种。利用一路输电线路两端、高压电动机电源端与中性线引出端、以及变压器各侧的电流差进行的保护称为纵差动保护。利用并列运行的两条输电线路中电流差的保护称为横差动保护。利用光纤传输差动信号的输电线路纵差动保护称为光纤差动保护。

由于数字式（微机）保护装置的技术越来越成熟，价格越来越低，所以在10/0.4kV及35/0.4kV变电所中，单台变压器容量比较大时，可以采用变压器差动保护。在环网式供电系统中，也可以采用线路光纤差动保护解决闭环允许中的接地保护问题。 9）非电量保护

利用油浸变压器发生故障后产生的瓦斯气体进行的保护、油浸变压器及干式变压器温度超过规定值进行的保护，大型变压器冷却系统故障进行的保护，称为非电量保护。箱

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变需要有开门保护。 10）主保护与后备保护

按保护所起的作用可分为主保护、后备保护、断路器失灵保护与辅助保护等。能够满足电力系统稳定和设备安全运行要求，能以最快速度有选择地切除被保护设备和线路事故的保护，称为主保护。在主保护或断路器拒动时用来切除事故的保护，称为后备保护；后备保护又分为远后备保护和近后备保护两种，远后备保护为当主保护或断路器拒动时，由上一级相邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护，近后备保护为当主保护拒动时，由本电力设备或线路的另一套保护来实现的后备的保护。

当断路器拒动时，跳开拒动断路器母线上的所有电源的后备保护，称为断路器失灵保护。为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备保护退出运行而增设的简单保护称为辅助保护。断路器失灵保护与辅助保护用于35kV及以上电压等级的变电所。 9变电所的所用电源与操作电源

1）变电所的所用电源包括照明、空调、办公、检修需要电源，及操作电源。一半应设计备用电源与事故照明电源。

2）变电所操作电源包括断路器合分闸电源、信号电源、数字（微机）式保护装置电源，变电站自动化系统需要的电源。由此可见操作电源一旦断电，变电所就会处于无继电保护运行状态，如果此时发生事故就会引起越级跳闸，而使全变电所停电。所以变电所操作电源的可靠性必须保证，由所用电源引出后，一般不再接其他用电负荷。交流操作采用UPS不间断电源作为备用电源，直流操作采用直流屏中的蓄电池作为备用电源，可靠性更高。 10解列与并网 1）电网的运行过程

电力系统一直处于动态运行过程，随着负荷的变化，或发生事故，电网的频率与电压就会发生变化。我国电网的频率为50周，所有发电机组均有自动调频装置，并由调度选定几个电厂的几台发电机组作为调频，保持电网频率处于稳定运行状态。根据系统潮流变化，通过调整发电机组的出口电压，实现电网的发电与用电功率的动态平衡。 2）解列

当电力系统发生短路事故，如果事故不能够及时切除，非常大的短路电流会引起系统震荡，使系统稳定运行遭到破坏，此时就需要将电网解列，保证未发生事故的部分稳定运行。当发电机组检修时，也需要将其从单位解列。 3）并网

解列后继续运行的电网在事故处理后，需要通过并网恢复运行。发电机组检修结束后，也需要并网恢复运行。并网的条件为：并网点两端电网的频率相同、电压相序与相位相同、及电压大小相等。所以最后在并网点两端单独安装V/V型电压互感器，一般取得三个线电压。有通过自动并网设备的自动并网，与通过人工手动调节的手动并网。 4）用户供电系统的解列与并网

用户供电系统一般为电网的末（终）端系统，在电力系统发生事故后，有时电力系统

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为了甩负荷，通过低周波减载将用户供电系统解列。当用户供电系统有自备发电设备，当恢复联网运行时，也需要并网。

对于用户自备柴油发电机组，一般供电部门不允许上网运行，只能够在用户供电电源完全断开后才能够运行，供电给应急负荷。所以柴油发电机一般没有解列与并网问题，只有为了防止与电网并网，需要设计互投连锁。 5）太阳能与风力发电的解列与并网

太阳能与风力发电都有解列与并网问题，它属于太阳能与风力发电单位与电力系统之间的问题，与工业与民用配电设计关系不大，只要有所了解就可以了。由于技术上难度比较大，刚开始电力系统拒绝太阳能与风力发电并网运行。最近在太阳能与风力发电迅速发展，及国家有关部门的要求下，电力系统开始同意太阳能与风力发电并网运行，

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