工厂变配电所及其一次系统 (2).ppt

第四章工厂变配电所及其一次系统,本章主要内容：工厂变配电所任务和类型电力变压器电流互感器和电压互感器高压、低压一次设备结构、原理及选择变配电所主接线图的分析,第一节工厂变配电所的任务和类型,一、变配电所的任务,变电所：受电、变压、配电的任务配电所：受电、配电的任务,二、变配电所的类型,工厂变电所：总降压变电所车间变电所:车间附设变电所车间内变电所,如下图所示,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，9地下式，10楼上式,一、电力变压器及其分类,电力变压器是供配电系统中实现电能输送、电压变换，满足不同电压等级负荷要求的核心器件，使用最多的是三相油浸式电力变压器和环氧树脂浇注式干式变压器。按调压方式分，有单相、三相；按结构分，有双绕组、单绕组；按绝缘方式分，有油浸式、干式。,第二节电力变压器（T）,分类（1）按功能分：升压变压器和降压变压器；（2）按相数分：单相和三相变压器；（3）绕组导体的材料：铜绕组和铝绕组；铜绕组电阻率小，但价格贵；铝绕组的电阻率大，但是价格便宜；（4）冷却方式和绕组绝缘分：油浸式和干式；（5）按用途分：普通变压器和特种变压器；（6）调压方式：无载调压变压器和有载调压变压器；,二变压器型号表示：,直接从型号上分析变压器的类型和特性，决定是否符合现场的需要。,三、联接组别及选择,变压器一、二绕组因采取不同的联结方式而形成一、二侧对应的线电压之间不同相位关系。常用两种联结方式：,即,即,图4-4变压器Yyn0联结组a)一、二次绕组接线图b)一、二次电压相量图c)时钟示意图,图4-5变压器Dyn11联结组a)一、二次绕组接线图b)一、二次电压相量图c)时钟示意图,图4-6Yzn11联结的防雷变压器a)一、二次绕组接线图b)一、二次电压相量图,防雷变压器的联结组别通常采用Yzn11联结组，其结构特点是每一铁心柱上的二次绕组都分为两半个匝数相等的绕组，而且采用曲折形（Z形）联结。,2、主变压器容量的选择,装设一台主变压器,装设两台主变压器,车间变电所单台变压器容量上限：1000KVA或1250KVA,四、变电所主变压器台数和容量的选择,1、台数选择：满足用电负荷对供电可靠性的要求，对季节性负荷或昼夜负荷变动较大，采用经济运行方式。一般车间变电所采用一台，应考虑欠负荷的发展，有一定余地。,例：某10/0.4kV车间变电所，总计算负荷为1400kVA，其中一、二级负荷为750kVA，试初步确定主变压器台数和单台容量。解：由于变电所所有一、二级负荷，所以变电所应选用两台变压器。SN.T0.7S30=0.71400=980KVASN.TS30（1+2）=750kVA因此单台变压器容量选为1000kVA。,五、电力变压器并列运行条件,1、变压器的一、二次额定电压必须对应相等。2、变压器的阻抗电压（短路电压）必须相等。3、变压器的连接组别必须相同。4、变压器的容量尽量相同或相近，最大容量与最小容量之比不超过3：1。,解：并列运行的变压器之间的负荷分配是与其阻抗标幺值成反比的，因此先计算其阻抗标幺值。变压器的阻抗标幺值按下式计算：,例4-2现有一台S9-800/10型配电变压器与一台S9-2000/10型配电变压器并列运行，均为Dyn11联结。问总负荷达到2800kVA时，上列变压器中哪一台将要过负荷？过负荷可达多少？,查附录表5-1，S9-800型变压器（T1），S9-2000型变压器（T2），因此这两台变压器的阻抗标幺值分别为（取kVA）：,由此可以计算出两台变压器在负荷达2800kVA时各台变压器负担的负荷分别为,一、概述1互感器：一种特殊的变压器，用于一次回路和二次回路之间的联络；属于一次设备。2分类：,第三节电流互感器和电压互感器,3互感器作用：隔离：一二次侧只有电磁联系，高压隔离；保证测量、监测设备以及人身安全。变换：将高电压、大电流变换成标准的测量信号，电压变为100V，电流变为5A或1A；使测量仪表和继电器标准化，形成了一定的规范、标准，利于相关产品的生产和匹配。,二、电流互感器电流互感器（CurrentTransformer简称CT）文字符号：TA单二次绕组的电流互感器的图形符号为：,1.结构原理及其特点（1）一次绕组匝数很少，有的型号没有一次绕组，利用穿过铁心的一次回路最为一次绕组。一次绕组呈现：匝数少，低阻抗特点；使得电流互感器的串入不影响一次侧电流或者影响很小。,（2）二次绕组匝数很多，阻抗大，与后面的测量仪表、继电器等电流线圈串联，形成闭合回路；由于串联的仪表以及继电器的电流线圈阻抗很小，二次线圈在正常情况下接近于短路状态。电流互感器的变比：,2.常用接线方案电流互感器在三相电路中常用的接线方案有：（1）一相式接线:电流线圈通过的电流反映一次电路对应相的电流，通常用在负荷平衡的三相电路中测量电流，或在继电保护中作为过负荷保护接线。,（2）两相V形接线:也称为两相不完全Y形接线，这种接线的三个电流线圈分别反映三相电流，其中最右边的电流线圈是接在互感器二次侧的公共线上，反映的是两个互感器二次电流的相量和，正好是未接互感器那一相的二次电流。,（3）三相Y形接线:这种接线的三个电流线圈正好反映各相电流，因此广泛用于中性点直接接地的三相三线制特别是三相四线制电路中，用于测量或继电保护。,3.电流互感器的类型按一次绕组的匝数分，有单匝式（包括母线式、心柱式、套管式）和多匝式（包括线圈式、线环式、串级式）；按用途分，有测量用和保护用两大类；按准确度等级分，测量用电流互感器有0.1、0.2、0.5、1、3、5六个等级，保护用电流互感器有5P和10P两级。,图为户内低压500V的LMZJ1-0.5型（500-800/5）母线式电流互感器的外形图。它本身没有一次绕组，母线从中孔穿过，母线就是其一次绕组（1匝）。,LMZJ1-0.5型电流互感器,图为户内高压10kV的LQJ-10型线圈式电流互感器的外形图，它的一次绕组绕在两个铁芯上，每个铁芯都有一个二次绕组，分别为0.5级和3级，0.5级接测量仪表，3级接继电保护。,LQJ-10型电流互感器,4.电流互感器使用注意事项（1）电流互感器工作时其二次侧不得开路会使铁芯过热，烧毁互感器，因为二次绕组匝数远比一次绕组匝数多，还会在二次侧感应出危险高电压。（2）电流互感器的二次侧有一端必须接地为了防止其一、二次绕组间绝缘击穿时一次侧的高电压窜入二次侧而危及人身和设备安全，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在安装和使用电流互感器时，一定要注意端子的极性，否则其二次侧所接仪表、继电器中流过的电流就不是预想的电流，从而影响正确测量，甚至引起事故。,1.基本结构原理电压互感器的结构特点是：一次绕组匝数很多，而二次绕组匝数较少，相当于降压变压器。接入电路的方式是：其一次绕组并联在一次电路中；而其二次绕组则并联仪表、继电器的电压线圈。由于二次仪表、继电器等的电压线圈阻抗很大，所以电压互感器工作时二次回路接近于空载状态。二次绕组的额定电压一般为100V。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：U1N1/N2U2KUU2,三、电压互感器（TV）,电压互感器,1铁心,2一次绕组,3二次绕组,2.电压互感器的分类按相数分，有单相、三相三芯柱和三相五芯柱式；按绕组分，有双绕组式和三绕组式；按绝缘与其冷却方式分，有干式（含环氧树脂浇注式）、油浸式和充气式（SF6）；按安装地点分，有户内式和户外式。,图为应用广泛的单相三绕组、户内JDG-0.5，JDZ-10型电压互感器。,JDG-0.5，JDZ-10型电压互感器,、电压互感器的常用接线方式,单相电压互感器、V/V型、三相五柱式等,电压互感器的接线方案,a)一个单相电压互感器b)两个单相电压互感器接成V/V形c)三个单相电压互感器接成YoYo形d)三个单相三绕组或一个三相五芯柱三绕组电压互感器接成YoYo(开口三角)形,4.电压互感器使用注意事项（1）电压互感器在工作时其二次侧不得短路由于电压互感器一、二次侧都是在并联状态下工作的，发生短路时将产生很大的短路电流，有可能烧毁互感器，甚至影响一次电路的安全运行，因此电压互感器的一、二次侧都必须装设熔断器进行短路保护，熔断器的额定电流一般为0.5A。（2）电压互感器的二次侧有一端必须接地这与电流互感器二次侧接地的目的相同，也是为了防止一、二次绕组绝缘击穿时一次侧的高电压窜入二次侧而危及人身和设备的安全。（3）电压互感器在连接时要注意其端子的极性电压互感器在连接时一定要注意端子的极性，否则其二次侧所接仪表、继电器中的电压就不是预想的电压而影响正确测量，乃至引起保护装置的误动作。,第四节高压一次设备,一次电路：,（主电路、主接线、主回路）,变配电所中承担输送和分配电能任务的电路。,一次设备：一次电路中所有的设备称一次设备。,一、一次设备及其分类,电弧：一种强烈的电游离现象，光亮很强，温度很高，可烧毁触头、延长断电时间等。（表面温度30004000度，弧心温度10000度。）,二、电气设备运行中的电弧问题与灭弧方法,触头在分断电流时，触头本身及触头周围的介质中含有大量可被游离的电子，在外加电压足够大时，产生强烈的电游离而发生电弧。,（一）、电弧的产生,1、产生电弧的游离方式：,1）热电发射：触头分断电流时，阴极表面由于大电流收缩集中，出现炽热光斑，触头表面电子吸收热能发射到触头间隙，形成自由电子。2）高电场发射：触头开断初，电场强度大，触头表面电子被强行拉出。3）碰撞游离：高速电子碰撞中性质点，使中性质点变成正离子和自由电子，当离子浓度足够大时，介质击穿产生电弧。4）热游离：电弧中心温度高达10000摄氏度，电弧中的中性质点游离为正离子和自由电子。,2、结论,碰撞游离产生电弧，热游离维持电弧。,2、熄灭电弧的去游离方式,正负带电质点的“复合”，重新成为中性质点正负带电质点的“扩散”，使电弧区带电质点减少,3、交流电弧的熄灭特点,交流电弧每一个周期要暂时熄灭两次，完善的灭弧装置熄灭交流电弧一般需要几个周期，真空断路器灭弧只要半个周期，同等条件下交流电弧比直流电弧容易熄灭。,（二）、电弧的熄灭,1、电弧熄灭的条件,去游离率游离率,4、开关电器中常用的灭弧方法,速拉灭弧法、冷却灭弧法、吹弧灭弧法、长弧切短灭弧法、粗弧切短灭弧法、狭沟灭弧法、真空灭弧法、SF6灭弧法。,如图所示（下页）,吹弧方式（1电弧，2触头）,a)横吹b)纵吹,电动力吹弧,磁力吹弧,1磁吹线圈，2灭弧触头，3电弧,铁磁吸弧,1电弧，2钢片,钢灭弧栅对电弧的作用,1钢栅片，2电弧，3触头,绝缘灭弧栅对电弧的作用,1绝缘栅片，2电弧，3触头,三、高压熔断器,(fuse，文字符号为FU),在电路电流超过规定值并经过一定时间后，使熔体熔化而分断电流、断开电路的一种保护电器。熔断器的功能主要是对电路及设备进行短路保护，有的熔断器还具有过负荷保护的功能。,高压熔断器全型号的表示和含义如下：,1、RN1和RN2型户内高压管式熔断器（限流式）,RN1型：主要用于高压电路和设备的短路保护（额定电流可达100A）,RN2型：高压电压互感器一次侧短路保护（额定电流一般为0.5A）,RN1、RN2型高压熔断器安装图,l瓷熔管，2金属管帽3弹性触座，4熔断指示器，5接线端子，6支柱瓷瓶，7底座,2、RW4和RW10（F）型户外高压跌开式熔断器,既可作610KV线路和设备的短路保护，又可在一定条件下，用高压绝缘钩棒操作熔管的分合，起高压隔离开关的作用。,RW410(G)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，5操作环，6熔管(内套纤维质消弧管)，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,四、高压隔离开关（QS）,隔离高压电源、保证设备和线路的安全检修。断开后有明显可见的断开间隙，没有专门的灭弧装置，不允许带负荷操作，可以通断不超过2A的空载变压器、电容电流不超过5A的空载线路，与高压断路器配合使用。户内用CS6（83页）型手动操作机构、户外多用绝缘钩棒手工操作。,GN810600型高压隔离开关,1上接线端子，2静触头，3闸刀，4绝缘套管，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,五、高压负荷开关（QL）,具有简单的灭弧装置，能通断一定的负荷电流和过负荷电流，不能断开短路电流，与高压熔断器配合使用。,FN310RT型高压负荷开关,1主轴，2上绝缘子兼气缸，3连杆，4下绝缘子，5框架，6RN1型高压熔断器，7下触座，8闸刀，9弧动触头，10绝缘喷嘴(内有弧静触头)，11主静触头，12上触座，13断路弹簧，14绝缘拉杆，15热脱扣器,高压负荷开关的压气式灭弧装置工作示意图,1弧动触头，2绝缘喷嘴，3弧静触头，4接线端子，5气缸，6活塞，7上绝缘子，8主静触头，9电弧,六、高压断路器（QF）,能通断负荷电流和短路电流，并能在保护装置作用下自动跳闸，切除短路故障。,SNl010型高压少油断路器,1铝帽，2上接线端子，3油标，4绝缘筒，5下接线端子，6基座，7主轴，8框架，9断路弹簧,真空断路器的真空灭弧室结构,1静触头，2动触头3屏蔽罩，4波纹管，5与外壳封接的法兰盘，6金属波纹管，7玻壳,七、高压一次设备的选择,第四节低压一次设备,1000V（或1200V）及以下的电气设备，本节介绍常用的低压熔断器、低压开关和配电屏。,一、低压熔断器,种类：插入式（RC型）螺旋式（RL型）无填料密封管式（RM型）有填料密封管式（RT型）有填料管式（gF、aM）高分断能力（NT型）RZ1型低压自复式熔断器,RMl0型低压熔断器,1铜管帽，2管夹，3纤维熔管，4刀形触头(触刀)，5变截面锌熔片,RT0型低压熔断器,RZ1型低压自复式熔断器,二、低压刀开关和负荷开关低压刀开关：低压刀开关的最大特点是有一个刀形动触头，基本组成部分是闸刀（动触头）、刀座（静触头）和底板，结构如图所示。,HD13型低压刀开关,胶盖闸刀开关是使用最广泛的一种刀开关，又称开启式负荷开关。闸刀装在瓷质底板上，每相附有保险丝、接线柱，用胶木罩壳盖住闸刀，以防止切断电源时电弧烧伤操作者。胶盖闸刀开关价格便宜、使用方便，在建筑中广泛使用。,低压负荷开关,开启式负荷开关,（一）开启式负荷开关（HK）,铁壳开关又称封闭式负荷开关，因其早期的产品都带有一个铸铁外壳，所以称铁壳开关。铁壳开关主要由触头及灭弧系统，熔断器以及操作机构三部分组成.铁壳开关一般用于电气照明、电热器、电力排灌等线路的配电设备中，供不频繁手动接通和分断负荷电路之用，包括用做感应电动机的不频繁起动和分断。,铁壳开关外形图,（二）封闭式负荷开关（HH）,三、低压断路器低压断路器又称低压空气开关或自动空气开关，它具有良好的灭弧性能，能带负荷通断电路，可以用于电路的不频繁操作，同时又能提供短路、过负荷和失压保护。断路器主要由触头系统、灭弧系统、脱扣器和操作机构等部分组成，它的操作机构比较复杂，主触头的通断可以手动，也可以电动。,五、低压一次设备的选择,一、概述基本概念,（一）、电气接线图电气接线图描绘主要电气设备之间的电气联系的示意图，包括一次接线图和二次接线图。,第六节工厂变配电所的主接线,（二）一次接线（电气主接线）（1）一次接线图：又称电气主接线、一次回路、主电路。将各种主要电气设备按照一定顺序连接而成的接受、传输和分配电能的总电路；供配电系统中承担接受、输送和分配电能任务的电路。（负荷电流直接流过的电路）。特点：一般用单线表示对称的三相。设备用标准的图形符号和文字符号表示。（2）一次设备：一次接线中所有的电气设备。一次设备主要包括：变换设备：变压器、互感器（PT、CT）等；控制设备：高低压开关、断路器等；保护设备：熔断器、避雷器等；补偿设备：并联电容器；成套设备：高低压开关柜、低压配电屏、动力和照明配电箱等；配电线路：母线、电缆、架空线路；,（三）二次接线二次接线：用来测量、控制、信号指示、保护和自动调节一次设备运行的电路。（又称：二次回路）。主要为一次回路服务，并直接参与电能的输送与分配，但又是保证一次设备正常运行所必不可少的。二次设备：二次回路中的所有设备。主要有：各种仪表、测量元件、保护继电器、操作电源等。二次设备之间的连接互感器。注意：电压互感器、电流互感器归属于一次设备，是一次设备、二次设备之间联系的桥梁。,（四）变电所主接线的要求：安全：主接线设计符合国家的有关技术规范，充分保证人身和设备的安全；可靠：满足用电单位对供电可靠性的要求；灵活：适应各种不同的运行方式，操作检修方便；经济：设计简单、投资少、运行管理费用低，节约电能和有色金属的消耗量；,二电气主接线的基本形式电气主接线主要反映系统中电能接受、输送和分配的电路；按母线的形式对电气主接线分类：有母线和无母线。有母线主电路图主要包括单母线接线和双母线接线方式；无母线主要有桥形接线，线路变压器-组方式。母线理论上等电位点；实际上汇流排，完成电能的汇集和分配，即功率的汇总与分配点。,1、单母线接线(单母线不分段)：整个配电装置只有一组母线，所有电源进线和出线都接在同一组母线上。每一回路均装有断路器QF和隔离开关QS。断路器用于在正常或故障情况下接通与断开电路，隔离开关当停电检查断路器时作为隔离电器隔离电压。优点：接线清晰，设备少，经济性较好，不易误操作。缺点：可靠性差和灵活性差。当电源进线、母线或者母线隔离开关发生故障或者进行检修时，必须断开所有回路的电源，造成全部用户供电中断。,单母线接线,倒闸操作当电气主接线从一种运行状态转换到另一种运行状态时，按照一定顺序对隔离开关和断路器进行接通或者断开的操作。倒闸操作的注意事项：隔离开关不能通断负荷电路（不能带负荷操作），没有灭弧能力；而断路器可以；倒闸操作原则：接通电路时先闭合隔离开关，后闭合断路器；切断电路时，先断开断路器，然后断开隔离开关。,2、单母线分段接线当引出线数目较多时，为提高供电可靠性，可用断路器将母线分段，即采用单母线分段接线方式。正常工作时，分段断路器可接通(并列运行)也可断开(独立运行)。当某段母线发生故障时，分段断路器QFW与电源进线断路器(QF1或QF2)将同时切断，非故障段母线仍保持正常工作。当对某段母线进行检修时，可操作分段断路器QFW和相应的电源进线断路器、隔离开关按程序切断，而不影响其余各段母线的正常运行，减少母线故障影响范围。,单母线分段接线,3、双母线接线双母线接线有两组母线(母线和母线)，两组母线之间通过母线联络断路器QF(以下简称母联断路器)连接；每一引出线和电源支路都经一台断路器与两组母线隔离开关分别接至两组母线上。,双母线接线,优点：供电可靠：可以轮流检修母线而不中断用户供电；检修方便：修理任一条母线隔离开关时，先将电源以及其他出线切换到备用母线，然后断开该GL开关所属的那条线路即可。运行灵活：工作母线故障时，可以迅速切换到备用母线上；双母线接线可以作为单母线分段方式运行，各接1/2进线和出线；检修任一回线路断路器时，经倒闸操作后，可用母线联络断路器代替被检修的断路器工作，这样仅在切换的过程中短时停电。缺点：隔离开关数目增加，配电装置复杂，经济性差；工作母线停电时，仍会短时停电。,4、桥形接线桥形接线适用于仅有两台变压器和两条出线的装置中。桥形接线仅用三台断路器，根据桥回路(QF3)的位置不同，可分为内桥和外桥两种接线方式。桥形接线正常运行时，三台断路器均闭合工作。,桥形接线(a)内桥接线；(b)外桥接线,4、桥形接线特点：接线简单:高压侧无母线,无多余设备；经济：4个回路只用了三个断路器，省去了12断路器，节约投资；可靠性高:无论哪条回路故障或检修，均可通过倒闸操作切除故障回路,不致使二次侧母线长时间断电；安全：每台断路器两侧都设有隔离开关，可形成明显断点保证安全检修。,桥形接线(a)内桥接线；(b)外桥接线,（1）内桥接线跨桥靠近变压器侧特点：灵活性好，供电可靠性高，适用于一二级负荷；当任一电源回路检修或者故障时，经过相应的倒闸操作后，不影响正常线路的运行。（注：故障时，断路器自动断开）；,（2）外桥接线跨桥靠近线路侧。特点：灵活性好，供电可靠性较高，适用于对一二级负荷供电。对变压器检修和故障的处理比较方便。,对于桥式接线主要适用于：35KV及以上的总降压变电所，有两路进线及两台主变时，一般采用该方式。内外桥接线具体适用场合：内桥接线适用场合：电源线较长，因而容易发生故障和停电检修的机会较多；并且变压器不需要经常切换的总降压变电所。（主要对供电线路的检修和故障处理较方便）；正常运行时，两边的功率相对比较平衡，即没有穿越功率。外桥接线适用场合：电源线路较短并且故障几率小，而且变电所负荷变动较大、适于经济运行需要经常切换的总降压变电所。,5.线路变压器组单元接线特点：一条进线、一台（两台）变压器；电气设备少，接线简单，配电装置简单，节约投资，占地面积小；但当任一设备检修时，全部设备停止工作。,三、车间（或小型工厂）变电所的主电路图1、只装有一台主变压器的小型变电所主电路图只有一台主变压器的小型变电所，其高压侧一般采用无母线接线。高压侧采用隔离开关断路器的变电所主电路如图所示。这种主电路由于采用了高压断路器，因而变电所的停、送电操作十分灵活方便。同时，高压断路器都配有继电保护装置，在变电所发生短路和过负荷时均能自动跳闸。由于只有一路电源进线，因而此种接线一般只用于三级负荷；如果变电所低压侧有联络线与其它变电所相连，则可用于二级负荷。,图4-71高压侧采用隔离开关断路器的变电所主电路,2、装有两台主变压器的小型变电所主电路图（1）高压侧无母线、低压侧单母线分段当任一主变压器或任一电源线停电检修或发生故障时，该变电所通过闭合低压母线分段开关，即可迅速恢复对整个变电所的供电。这种主电路可供一、二级负荷。,图4-73高压侧无母线、低压侧单母线分段的变电所主电路,图4-74高压侧单母线、低压侧单母线分段的变电所主电路,（2）高压侧单母线、低压侧单母线分段这种主电路适用于装有两台及以上主变压器或具有多路高压出线的变电所，其供电可靠性也较高。当任一主变压器检修或发生故障时，通过切换操作，可很快恢复整个变电所的供电，此电路可供二、三级负荷；有联络线时，可供一、二级负荷。,四、总降压变电所主电路图对于电源进线电压为35kV及以上的大、中型工厂，通常先经工厂总降压变电所将电压降为610kV的高压配电电压，然后经车间变电所降为一般用电设备所需的电压(如220V/380V)。工厂总降压变电所一般设变压器12台，电源进线12回，电压为35110kV/610kV。,一次侧线路一变压器组、二次侧单母线不分段主接线,又称一次侧无母线、二次侧单母线不分段主接