模块四变配电所及高低压一次设备.docx

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模块四变配电所及高低压一次设备

模块四变配电所及高低压一次设备

4.1变配电所

4.1.1.工厂变配电所的任务与类型

工厂变电所（transformersubstation）担负着从电力系统受电，经过变压，然后分配电能的任务。

工厂配电所（distributionsubstation）担负着从电力系统受电，然后直接分配电能的任务。

工厂变配电所是工厂供电系统的枢纽，在工厂中占有特殊重要的地位。

工厂变电所又分总降压变电所和车间变电所。

一般中小型工厂不设总降压变电所。

车间变电所按其主变压器的安装位置来分，有下列类型：

图4-1车间变电所的类型

1、2—内附式；3、4—外附式；5—车间内式；6—露天或半露天式；

7—独立式；8—杆上式；9—地下式；10—楼上式

4.1.2.工厂变配电所的所址选择原则

（1）.尽量靠近负荷中心。

（2）.进出线方便，特别是要考虑便于架空进出线。

（3）.靠近电源侧，特别是在选择工厂总变配电所所址时要考虑这一点。

（4）.设备运输方便，以便运输电力变压器和高低压开关柜等大型设备。

（5）.不应设在有剧烈振动或高温的场所。

（6）.不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所；当无法远离时，不应设在污源盛行风向的下风侧。

（7）.不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴邻。

（8）.不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方，且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方。

当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗连时，应符合GB50058-1992《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》的规定。

（9）.不应设在地势低洼和可能积水的场所。

项目4.2电弧与触头

电弧是电气设备运行中经常发生的一种物理现象，其特点是光亮很强和温度很高。

电弧的产生对供电系统的安全运行有很大影响。

首先，电弧延长了电路开断的时间。

同时，电弧的高温可能烧损开关的触头，烧毁电气设备和导线电缆，甚至可能引起火灾和爆炸事故。

此外，强烈的弧光可能损伤人的视力，严重的可致人失明。

4.2.1.电弧的产生

（一）产生电弧的根本原因

触头本身及触头周围的介质中含有大量可被游离的电子。

这样，当分断的触头之间存在足够大的外施电压的条件下，这些电子就有可能强烈电离而产生电弧。

4.2.2电弧的熄灭

（一）电弧熄灭的条件

要使电弧熄灭，必须使触头间电弧中的去游离率大于游离率，即其中离子消失的速率大于离子产生的速率。

（二）电弧熄灭的去游离方式

（1）正负带电质点的“复合”复合就是正负带电质点重新结合为中性质点。

（2）正负带电质点的“扩散”扩散就是电弧中的带电质点向周围介质中扩散开去，从而使电弧中的带电质点减少。

扩散的原因，一是由于电弧与周围介质的温度差，另一是由于电弧与周围介质的离子浓度差。

扩散也与电弧截面有关。

电弧截面越小，离子扩散也越强。

上述带电质点的复合与扩散，都使电弧中的离子数减少，使去游离增强，从而有助于电弧的熄灭。

（三）交流电弧的熄灭

由于交流电流每半个周期要经过零值一次，而电流过零时，电弧将暂时熄灭，所以交流电弧每一个周期（2π电角度）要暂时熄灭两次，如图4-4所示。

可利用交流电流过零时电弧要暂时熄灭这一特性，来加速电弧的熄灭。

低压开关的交流电弧显然是比较容易熄灭的。

具有较完善灭弧结构的高压断路器，交流电弧的熄灭一般也只几个周期；而真空断路器灭弧只需半个周期，即电流第一次过零时就能使电弧熄灭。

图4-2开关断开交流电流时电路电压和电流的变动曲线

（四）开关电器中常用的灭弧方法

（1）.速拉灭弧法

（2）.冷却灭弧法

（3）.吹弧灭弧法

（4）.长弧切短灭弧法

（5）.粗弧分细灭弧法

（6）.狭沟灭弧法

（7）.真空灭弧法

（8）.六氟化硫（SF6）灭弧法

4.2.3.对电气触头的基本要求

电气触头是开关电器中极其重要的部件。

开关电器工作的可靠程度，与触头的结构和状况有着密切的关系。

为保证开关电器可靠工作，电器触头必须满足下列基本要求：

（1）.满足正常负荷的发热要求

（3）.具有足够的动稳定度和热稳定度在可能发生的最大短路冲击电流通过时，触头不致因电动力作用而损坏；并在可能最长的短路时间内通过短路电流时，触头不致被其产生的热量过度烧损或熔焊。

（4）.具有足够的断流能力在开断所规定的最大负荷电流或短路电流时，触头不应被电弧过度烧损，更不应发生熔焊现象。

4.3高压一次设备

变配电所中承担输送和分配电能任务的电路，称为一次电路或一次回路，亦称主电路。

一次电路中所有的电气设备，称为一次设备。

凡用来控制、指示、监测和保护一次设备运行的电路，称为二次电路或二次回路，亦称副电路。

二次电路通常接在互感器的二次侧。

二次电路中的所有设备，称为二次设备。

一次设备按其功能来分，可分以下几类：

（1）.变换设备如电力变压器、电流互感器、电压互感器等。

（2）.控制设备例如各种高低压开关。

（3）.保护设备例如熔断器和避雷器等。

（4）.补偿设备其功能是用来补偿电力系统的无功功率，以提高电力系统的功率因数，例如并联电容器。

（5）.成套设备它是按一次电路接线方案的要求，将有关一次设备及二次设备组合为一体的电气装置，例如高压开关柜、低压配电屏。

4.3.1高压熔断器

熔断器（fuse,文字符号为FU）是一种当所在电路的电流超过规定值并经一定时间后，使其熔体（fuse-element）熔化而分断电流、断开电路的一种保护电器。

熔断器的功能主要是对电路和设备进行短路保护，但有的也具有过负荷保护的功能。

工厂供电系统中，室内广泛采用RN1、RN2等型高压管式限流熔断器；室外则广泛采用RW4-10、RW10-10F等型高压跌开式熔断器，也有的采用RW10-35型高压限流熔断器等。

高压熔断器全型号的表示和含义如下：

一RN1和RN2型户内高压管式熔断器

RN1型和RN2型的结构基本相同。

RN1型主要用于高压线路和设备的短路保护，也能起过负荷保护的作用，其熔体要通过主电路的电流，额定电流可达100A。

而RN2型只用作高压电压互感器一次侧的短路保护。

结构尺寸较小，其熔体额定电流一般为0.5A。

图4-3RN1、RN2型高压熔断器

1-瓷质熔管2-金属管帽3-弹性触座4-熔断指示器

5-接线端子6-瓷绝缘子7-底座

图4-4RN1、RN2型高压熔断器的熔管剖面图

1-管帽；2-瓷管；3-工作熔体；4-指示熔体；

5-锡球；6-石英砂填料；7-熔断指示器

其灭弧能力很强，能在短路后不到半个周期即短路电流未达冲击值之前就能完全熄灭电弧，切断短路电流，从而使熔断器本身及其所保护的电路和设备，不必考虑短路冲击电流的影响，因此这种熔断器属于“限流”熔断器。

RW4-10和RW10-10F型户外高压跌开式熔断器

跌开式熔断器（drop-outfuse,文字符号一般用FD，负荷型用FDL），又称跌落式熔断器，广泛应用于环境正常的室外场所。

其功能是：

既可作6~10kV线路和设备的短路保护，又可在一定条件下，直接用高压绝缘操作棒（俗称令克棒）来操作熔管的分合。

一般的跌开式熔断器如RW4-10G型等，只能在无负荷下操作，或通断小容量的空载变压器和空载线路等。

而负荷型跌开式熔断器如RW10-10F型，则能带负荷操作。

属于“非限流”熔断器。

图4-5RW4-10G型跌开式熔断器

1-上接线端子；2-上静触头；3-上动触头；4-管帽（带薄膜）；5-操作环；6-熔管；

7-铜熔丝；8-下动触头；9-下静触头；10-下接线端子；11-绝缘瓷瓶；12-固定安装板

二.高压隔离开关

高压隔离开关（high-voltagedisconnector,文字符号为QS）的功能，主要是隔离高压电源，以保证其他设备和线路的安全检修。

因此其结构有如下特点，即断开后有明显可见的断开间隙，而且断开间隙的绝缘及相间绝缘都是足够可靠的，能充分保证设备和线路检修人员的人身安全。

但是隔离开关没有专门的灭弧装置，因此不允许带负荷操作。

然而它可用来通断一定的小电流，如励磁电流不超过2A的空载变压器、电容电流不超过5A的空载线路以及电压互感器和避雷器等。

高压隔离开关按安装地点，分户内式和户外式两大类。

图4-15是GN8-10型户内式高压隔离开关的外形；图4-16是GW2-35型户外式高压隔离开关的外形。

图4-7GN8-10型户内式高压隔离开关

1-上接线端子2-静触头3-闸刀4-套管瓷瓶5-下接线端子6-框架7-转轴

8-拐臂9-升降瓷瓶10-支柱瓷瓶

图4-7GW2-35型户外式高压隔离开关

1-角钢架2-支柱瓷瓶3-旋转瓷瓶4-曲柄5-轴套6-传动框架7-管形闸刀

8-工作动触头9、10-灭弧角条11-插座；12、13-接线端子14-曲柄传动机构

三．高压负荷开关

高压负荷开关具有简单的灭弧装置，因而能通断一定的负荷电流和过负荷电流。

但是它不能断开短路电流，所以它一般与高压熔断器串联使用，借助熔断器来进行短路保护。

负荷开关断开后，与隔离开关一样，也具有明显可见的断开间隙，因此它也具有隔离高压电源、

保证安全检修的功能。

四．高压断路器

高压断路器的功能是，不仅能通断正常负荷电流，而且能接通和承受一定时间的短路电流，并能在保护装置作用下自动跳闸，切除短路故障。

高压断路器按其采用的灭弧介质分，有油断路器、六氟化硫断路器、真空断路器以及压缩空气断路器、磁吹断路器等。

其中应用最广的是油断路器。

油断路器按其油量多少和油的功能，又分多油和少油两大类。

多油断路器的油量多，其油一方面作为灭弧介质，另一方面又作为相对地（外壳）甚至相与相之间的绝缘介质。

少油断路器的油量很少（一般只几千克），其油只作为灭弧介质，其外壳通常是带电的。

一般35kV及以下的户内配电装置中现在都采用少油断路器。

五．高压开关柜

高压开关柜是按一定的线路方案将有关一、二次设备组装在一起而成的一种高压成套配电装置，在发电厂和变配电所中作为控制和保护发电机、变压器和高压线路之用，也可作为大型高压交流电动机的起动和保护之用，其中安装有高压开关设备、保护电器、监测仪表和母线绝缘子等。

高压开关柜有固定式和手车式（移开式）两大类型。

在一般中小型工厂中普遍采用较为经济的固定式高压开关柜。

六．高压一次设备的选择

高压一次设备的选择，必须满足一次电路正常条件下和短路故障条件下工作的要求，同时设备应工作安全可靠，运行维护方便，投资经济合理。

电气设各按在短路故障条件下工作进行选择，就是要按最大可能的短路故障时的动稳定度和热稳定度进行校验。

对熔断器及装有熔断器保护的电压互感器，不必进行短路动稳定度和热稳定度的校验。

对电力电缆，由于其机械强度足够，所以也不必进行短路动稳定度的校验。

高压开关柜型式的选择：

应根据使用环境条件来确定是采用户内型还是户外型；根据供电可靠性要求来确定是采用固定式还是手车式。

此外，还要考虑到经济合理。

高压开关柜一次线路方案的选择：

应满足变配电所一次接线的要求，并经几个方案的技术经济比较后，优选出开关柜的型式及其一次线路方案编号，同时确定其中所有一、二次设备的型号规格，主要设备应进行规定的选择校验。

向开关电器厂订购高压开关柜时，应向厂家提供一、二次电路图纸及有关技术资料。

项目4.4低压一次设备

一、概述

低压一次设备，是指供电系统中1000V（或略高）及以下的电气设备。

二、低压熔断器

低压熔断器的功能，主要是实现低压配电系统的短路保护，有的熔断器也能实现过负荷保护。

（－）RM10型低压密闭管式熔断器

RM10型熔断器由纤维熔管、变截面锌熔片和触头底座等部分组成。

当其熔片熔断时，纤维管的内壁将有极少部分纤维物质因电弧烧灼而分解，产生高压气体，压迫电弧，加强离子的复合，从而改善了灭弧性能。

但总的来说，这种熔断器的灭弧断流能力仍不强，不能在短路电流到达冲击值之前完全熄弧，因此这种熔断器属非限流熔断器。

（二）RT0型低压有填料封闭管式熔断器

RT0型熔断器主要由瓷熔管、栅状铜熔体和触头底座等几部分组成。

其栅状铜熔体系由薄铜片冲压弯制而成，具有引燃栅。

由于引燃栅的等电位作用，可使熔体在短路电流通过时形成多根并列电弧。

同时熔体又具有变截面小孔，可使熔体在短路电流通过时又将长弧分割为多段短弧。

而且所有电弧都在石英砂内燃烧，可使电弧中的正负离子强烈复合。

因此这种熔断器的灭弧断流能力很强，属限流熔断器。

（三）RZ1型低压自复式熔断器

一般熔断器包括上述RM型和RT型熔断器，都有一个共同缺点，就是在熔体一旦熔断后，必须更换熔体才能恢复供电。

这里介绍的自复式熔断器弥补了这一缺点，既能切断短路电流，又能在故障消除后自动恢复供电，无需更换熔体。

三、低压刀开关和负荷开关

（－）低压刀开关

低压刀开关的类型很多。

按其操作方式分，有单投和双投。

按其极数分，有单极、双极和三极。

按其灭弧结构分，有不带灭弧罩和带灭弧罩的两种。

不带灭弧罩的刀开关一般只能在无负荷或小负荷下操作，作隔离开关使用。

带有灭弧罩的刀开关，能通断一定的负荷电流。

（二）低压熔断器式刀开关

低压熔断器式刀开关又称刀熔开关，是一种由低压刀开关与低压熔断器组合的开关电器。

刀熔开关具有刀开关和熔断器的双重功能。

采用这种组合型开关电器，可以简化配电装置结构，经济实用。

（三）低压负荷开关

低压负荷开关，是由低压刀开关和低压熔断器串联组合而成、外装封闭式铁壳或开启式胶盖的开关电器。

低压负荷开关具有带灭弧罩刀开关和熔断器的双重功能，既可带负荷操作，又能进行短路保护，但短路熔断后需更换熔体才能恢复供电。

四、低压断路器

低压断路器又称低压自动开关，它既能带负荷通断电路，又能在短路、过负荷和低电压（失压）下自动跳闸，其功能与高压断路器类似。

低压断路器按灭弧介质分类，有空气断路器和真空断路器等；按用途分类，有配电用断路器、电动机保护用断路器、照明用断路器和

漏电保护用断路器等。

配电用低压断路器按保护性能分，有非选择型和选择型两类。

（－）塑料外壳式低压断路器

塑料外壳式低压断路器又称装置式自动开关，其全部机构和导电部分都装设在一个塑料外壳内，仅在壳盖中央露出操作手柄，供手动操作之用。

它通常装设在低压配电装置之中。

（二）万能式低压断路器

万能式低压断路器又称框架式自动开关。

它是敞开地装设在金属框架上的，而其保护方案和操作方式较多，装设地点也较灵活，故名“万能式”或“框架式”。

五、低压配电屏

低压配电屏是按一定的线路方案将有关一、二次设备组装而成的一种低压成套配电装置，在低压配电系统中作动力和照明配电之用。

低压配电屏的结构型式，有固定式和抽屉式两大类型。

不过抽屉式价昂，一般中小工厂多用固定式。

六、低压一次设备的选择

低压一次设备的选择，与高压一次设备的选择一样，必须满足在正常条件下和短路故障条件下工作的要求，同时设备应工作安全可靠，运行维护方便，投资经济合理。

4.5电力变压器

电力变压器是变电所中最关键的一次设备，其主要功能是将电力系统的电能电压升高或降低，以利于电能的合理输送、分配和使用。

一、电力变压器的分类

二、电力变压器的结构和型号

电力变压器的基本结构，包括铁心和绕组两大部分。

三、电力变压器的联结组别及其选择

指变压器一、二次绕组因采取不同的联结方式而形成变压器一、二次侧对应的线电压之间不同相位关系。

（－）配电变压器的联结组别

6～10kV配电变压器有Yyn0和Dyn11两种常见的联结组。

配电变压器采用Dyn11联结较之采用Yyn0联结有下列优点：

1）谐波电有利于抑制3n次（n为正整数）高次谐波电流。

2）有利于低压单相接地短路故障的保护和切除。

3）有利于单相不平衡负荷

（二）防雷变压器的联结组别

四、变电所主变压器台数和容量的选择

（－）变电所主变压器台数的选择

选择主变压器台数时应考虑下列原则：

1）应满足用电负荷对供电可靠性的要求。

2）对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所，也可考虑采用两台变压器。

（二）变电所主变压器容量的选择

1．只装一台主变压器的变电所

主变压器容量SN·T应满足全部用电设备总计算负荷S30的需要，即

2．装有两台主变压器的变电所

1）任一台变压器单独运行时，宜满足总计算负荷S30的大约60％～70％的需要，即

2）任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需要，即

3．车间变电所主变压器的单台容量上限

车间变电所主变压器的单台容量，一般不宜大于1000kV·A（或1250kV·A）。

4.适当考虑负荷的发展。

五、电力变压器并列运行条件

两台或多台变压器并列运行时，必须满足三个基本条件：

（1）并列变压器的额定一、二次电压必须对应相等亦即并列变压器的电压比必须相同，允许差值不超过±5％。

（2）并列变压器的阻抗电压（即短路电压）必须相等

（3）并列变压器的联结组别必须相同这也就是所有并列变压器一、二次电压的相序和相位都必须对应地相同，否则不能并列运行。

此外，并列运行的变压器容量应尽量相同或相近，其最大容量与最小容量之比，一般不能超过3∶1。

如果容量相差悬殊，不仅运行很不方便，而且在变压器特性稍有差异时，变压器间的环流将相当显著，特别是容量小的变压器容易过负荷或烧毁。

项目4.6电流互感器和电压互感器

一、概述

电流互感器又称仪用变流器。

电压互感器又称仪用变玉器。

它们合称仪用互感器或简称互感器。

从基本结构和工作原理来说，互感器就是一种特殊变压器。

互感器的功能主要是：

（1）用来使仪表、继电器等二次设备与主电路绝缘

（2）用来扩大仪表、继电器等二次设备的应用范围

二、电流互感器

（－）电流互感器的基本结构原理和接线方案

电流互感器的一次电流I1，与其二次电流I2，之间有下列关系：

式中，N1，N2，分别为电流互感器一、二次绕组匝数；Κi为电流互感器的电流比，一般表示为其一、二次的额定电流之比，即Κi＝I1N/I2N，例如100A/5A。

电流互感器在三相电路中的几种常见接线方案：

（1）一相式接线

（2）两相V形接线

（3）两相电流差接线（4）三相星形接线

（二）电流互感器的类型和型号

电流互感器的类型很多。

按一次绕组的匝数分，有单匝式（包括母线式、芯柱式、套管式）和多匝式（包括线圈式、线环式、串级式）。

按一次电压分，有高压和低压两大类。

按用途分，有测量用和保护用两大类。

按准确度级分，测量用电流互感器有0.1、0.2、0.5、1、3、5等级，保护用电流互感器有5P、l0P两级。

（四）电流互感器使用注意事项

1．电流互感器在工作时其二次侧不得开路

2．电流互感器的二次侧有一端必须接地

3．电流互感器在连接时，要注意其端子的极性

三、电压互感器

（－）电压互感器的基本结构原理和接线方案

电压互感器的一次电压U1与其二次电压U2之间有下列关系：

式中，N1、N2，为电压互感器一次、二次绕组的匝数；Κu为电压互感器的电压比，一般表示为其额定一、二次电压比，即Ku＝U1N/N2N，例如10000V／100V。

电压互感器在三相电路中有几种常见的接线方案。

（1）一个单相电压互感器的接线供仪表、继电器接于一个线电压。

（2）两个单相电压互感器接成V／V形供仪表、继电器接于三相三线制电路的各个线电压，广泛用在工厂变配电所的6～10kV高压配电装置中。

（3）三个单相电压互感器接成Y0/Y0形供电给要求线电压的仪表、继电器，并供电给接相电压的绝缘监视电压表。

（4）三个单相三绕组电压互感器或一个三相五芯柱三绕组电压互感器接成Y0/Y0/△（开口三角）形其接成Y0的二次绕组，供电给需线电压的仪表、继电器及需线电压的绝缘监视用电压表；接成△（开口三角）形的辅助二次绕组，接电压继电器。

（二）电压互感器的类型和型号

电压互感器按相数分，有单相和三相两类。

按绝缘及其冷却方式分，有干式（含环氧树脂浇注式）和油浸式两类。

（四）电压互感器的使用注意事项

1．电压互感器工作时其二次侧不得短路

2．电压互感器的二次侧有一端必须接地

3．电压互感器在连接时也应注意其端子的极性