工厂变配电所及其一次系统PPT课件

第4章工厂变配电所及其一次系统 工厂供电 皖西学院电气工程及其自动化专业 2 第4章工厂变配电所及其一次系统 4 1工厂变配电所的任务和类型 4 3高压一次设备 4 4低压一次设备 4 5电力变压器 4 6电流互感器和电压互感器 4 7工厂变配电所的主接线图 3 4 1工厂变配电所的任务和类型 4 1 1变配电所任务 变电所 transformersubstation 担负着从电力系统受电 经过变压 然后配电的任务 配电所 distributionsubstation 担负着从电力系统受电 然后直接配电的任务 变配电所是工厂供电系统的枢纽 在工厂中占有特殊的地位 4 4 1 2变配电的类型 按安装位置分 1车间附设变电所2车间内变电所3露天 半露天 变电所4独立变电所5杆上变电所6地下变电所7楼上变电所8成套变电所9移动式变电所 5 4 2电气设备中的电弧问题及对触头的要求 电弧是电气设备运行中经常发生的一种强烈的电游离现象 其特点是光亮很强和温度很高 4 2 1概述 延长了电路的开断时间 电弧高温烧坏开关的触头 电气设备及导线电缆 电弧的主要影响 6 4 2 2产生的原因触头本身及触头周围介质含有大量可被游离的电子 内因 当分断的触头间存在足够大的外施电压的条件下 而且电路电流也达到最小生弧电流 其间的介质就会强烈游离形成电弧 外因 产生电弧的游离方式 1 热电发射 2 高电场发射 3 碰撞游离 4 热游离 7 电弧的熄灭 条件 去游离率 游离率 去游离方式 正负带电质点的 复合 正负带电质点的 扩散 交流电弧的熄灭特点 交流电流过零时电弧要暂时熄灭 8 常用的灭弧方法 六氟化硫 SF6 灭弧法 速拉灭弧法 冷却灭弧法 吹弧灭弧法 长弧切短灭弧法 粗弧分细灭弧法 狭沟灭弧法 真空灭弧法 电场强度减弱 降低温度 9 对电气触头的基本要求 满足正常负荷的发热要求 具有足够的机械强度 具有足够的动稳定度和热稳定度 具有足够的断流能力 10 4 3高压一次设备 概述 2 凡用来控制 指示 测量一次设备运行的电路称二次回路 电路 接线 二次回路通常接在互感器的二次侧 二次电路的电气设备称二次设备或二次元件 1 变配电所中担负输送和分配电能任务的电路 称一次回路或一次电路 或主电路 主接线 一次电路中的电气设备称为一次设备或一次元件 11 一次设备按其在一次电路中的功用可分为 变换设备 控制设备 保护设备 补偿设备 成套设备 12 高压熔断器 FU 是一种简单的保护电器 由熔体 熔体管和接触导电等部分组成 一 功能1 主要对电流和电路中的设备进行短路保护2 有时也有过负荷保护 跌落式熔断器 限流式熔断器 13 保护变压器 保护线路过载及短路 14 RW4 10 G 型跌开式熔断器 RN1和RN2型熔断器的熔管断面示意图 RN1和RN2型户内高压管式熔断器 RN1和RN2型户内高压管式熔断器外形结构图 15 高压隔离开关 QS 主要功能是隔离电源 当它处于分闸状态时 有着明显的断口 使处于其后的高压母线 断路器等电力设备与电源或带电高压母线隔离 以保障检修工作的安全 由于不设灭弧装置 隔离开关一般不允许带负荷操作 即不允许接通和分断负荷电流 和断路器配合使用时 要严格遵守操作顺序 即停电时 应先使断路器跳闸 后拉开隔离开关 送电时 应先合隔离开关 再闭合断路器 但可用来分合一定的小电流 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 16 17 GN19 10系列插入式户内高压隔离开关 18 GN30 10型旋转式户内高压隔离开关 19 GW4 110型双柱式隔离开关 20 GW7 220型隔离开关 21 GW11 252型双柱水平伸缩式隔离开关 22 GW6 220GD型单柱式隔离开关 23 GW10 252型单柱式垂直伸缩式隔离开关 24 25 高压负荷开关 QL 是一种介乎隔离开关与断路器之间的结构简单的高压电器 具有简单的灭弧装置 常用来分合负荷电流和较小的过负荷电流 但不能分断短路电流 此外 负荷开关还大多数具有明显的断口 具有隔离开关的作用 负荷开关常与熔断器联合使用 由负荷开关分断负荷电流 利用熔断器切断故障电流 因此在容量不是很大 同时对保护性能的要求也不是很高时 负荷开关与熔断器组合起来便可取代断路器 从而降低设备投资和运行费用 这种形式广泛应用于城网改造和农村电网 26 真空式 SF6式 油浸式 压气式 27 FN3 10RT型高压负荷开关 压气式 28 联动结构 真空负荷开关 29 高压断路器 circuit breaker 是带有强力灭弧装置的高压开关设备 是供配电系统中重要的开关设备 它能够开断和闭合正常线路与故障线路 主要用于供配电系统发生故障时与保护装置配合自动切断系统的短路电流 高压断路器通常按照灭弧介质分类 主要有 油断路器真空断路器SF6 六氟化硫 断路器 高压断路器 QF 30 SN10 10型断路器 31 ZN28 12型 ZN28A 12型 VD4型 32 瓷柱式SF6 落地罐式SF6 33 真空断路器的真空灭弧室结构 SN 10型高压少油断路器一相油箱内部结构 34 35 高压开关柜 high voltageswitchgear 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 36 老系列的高压开关柜全型号的表示和含义如下 37 新系列的高压开关柜全型号的表示和含义如下 38 按主开关的安装方式分为 固定式和移开式 又称手车式 按开关柜隔室结构分为 铠装式 间隔式和箱式 按柜内绝缘介质分为 空气绝缘和复合绝缘 高压开关柜内配用的主开关为真空断路器 SF6断路器和少油断路器 目前少油断路器已逐渐被真空断路器和SF6断路器取代 柜型和主开关的选择 应根据工程设计 造价 使用场所 保护对象来确定 39 40 41 42 GG 1A F 07S型高压开关柜 断路器柜 43 44 五防 功能高压开关柜必须装设防止电气误操作的装置 具体功能为 防止误分 误合断路器 防止带负荷误拉 误合隔离开关 防止带电误挂接地线 防止带接地线误合隔离开关 防止人员误入带电间隔 45 高压一次设备的选择 满足一次电路正常条件下和短路故障下工作的要求 同时设备应工作安全可靠 运行维护方便 投资经济合理 46 47 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 48 4 4低压一次设备 4 1概述 低压一次设备是指供电系统中1000V 或略高 及以下的开关电器 本节只介绍常用的低压断路器 低压熔断器和低压配电屏等 着重讲述低压断路器 49 4 2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 低压熔断器的类型很多 如插入式 RC型 螺旋式 RL型 无填料密闭管式 RM型 有填料封闭管式 RT型 以及引进技术生产的有填料管式gF aM系列 高分断能力的NT型等 50 国产低压熔断器全型号的表示和含义如下 51 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 RM10型低压密闭管式熔断器 52 1 栅状铜熔体2 刀形触头 触刀 3 瓷熔管4 熔断指示器5 盖板6 弹性触座7 瓷质底座8 接线端子9 扣眼10 绝缘拉手手柄 RTO型低压有填料密闭管式熔断器 a 熔体 b 熔管 c 熔断器 d 绝缘操作手柄 53 1 接线端子2 云母玻璃3 氧化钦瓷管4 不锈钢外壳5 钠熔体6 氩气7 接线端子 RZ1型低压自复式熔断器 54 低压刀开关和负荷开关 低压刀开关 低压刀开关 low voltageknife switch 文字符号为QK 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 带有灭弧罩的低压刀开关 能通断一定的负荷电流 55 低压刀开关全型号的表示和含义如下 56 1 上接线端子2 钢片灭弧罩3 闸刀4 底座5 下接线端子6 主轴7 静触头8 传动连杆9 操作手柄带有灭弧罩的低压刀开关 57 低压熔断器式刀开关 低压熔断器式刀开关又称刀熔开关 fuse swich 文字符号为QKF是一种由低压刀开关与低压熔断器组合的开关电器 最常见的HR3型刀熔开关 就是将HD型刀开关的闸刀换以RTO型熔断器的具有刀形触头的熔管 1 RTO型熔断器的熔管2 弹性触座3 传动连杆4 操作手柄5 配电屏面板刀熔开关结构示意图 58 低压负荷开关低压负荷开关 low voltageloadswitch 文字符号为QL 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 低压负荷开关全型号的表示和含义如下 59 4 4低压短路器 低压断路器 low voltagecircuit breaker 文字符号为QF 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 其原理结构和接线如右图所示 当线路上出现短路故障时 其过电流脱扣器动作 使开关跳闸 如果出现过负荷时 其串联在一次线路的加热电阻丝加热 使双金属片弯曲 也使开关跳闸 当线路电压严重下降或失压时 其失压脱扣器动作 同样使开关跳闸 如果按下脱扣按钮 图中6或7 可使开关远距离跳闸 60 61 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 非选择型断路器 一般为瞬时动作 只作短路保护用 也有的为长延时动作 只作过负荷保护 选择型断路器 有两段保护 三段保护和智能化保护 两段保护为瞬时一长延时特性或短延时一长延时特性 三段保护为瞬时一短延时一长延时特性 瞬时和短延时特性适于短路保护 长延时特性适于过负荷保护 而智能化保护 其脱扣器为微处理器或单片机控制 保护功能更多 选择性更好 这种断路器称为智能型断路器 62 a 瞬时动作式 b 两段保护式 c 三段保护式低压断路器的保护特性曲线 63 配电用低压断路器按结构型式分有塑料外壳式和万能式两大类 低压断路器全型号的表示和含义如下 64 1 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 DZ20系列塑料外壳式断路器 65 1 牵引杆2 锁扣3 跳钩4 连杆5 操作手柄6 灭弧室7 引入线和接线端子8 静触头9 动触头10 可挠连接条11 电磁脱扣器12 热脱扣器13 引出线和接线端子14 塑料底座DZ型塑料外壳式低压断路器 a 合闸位置 b 自由脱扣位置 c 分闸和再扣位置1 操作手柄2 操作杆3 弹簧4 跳钩5 上连杆6 下连杆7 动触头8 静触头9 锁扣10 牵引杆DZ型断路器操作机构传动原理示意图 66 2 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 1 操作手柄2 自由脱扣机构3 失压脱扣器4 过电流脱扣器电流调节螺母5 过电流脱扣器6 辅助触点 连锁触点 7 灭弧罩DW型万能式低压断路器 67 QF 低压断路器SB 合闸按钮KT 时间继电器KO 合闸接触器YO 电磁合闸线圈DW型低压断路器的交直流电磁合闸控制回路 68 低压配电柜按一定线路方案将有关一 二次设备组装而成的一种低压成套配电装置 一 固定式PGL1已淘汰 PGL2还在中小型建筑的配电系统中使用 GDL1 GDL2 GDL3在电力系统用得较多 民用建筑仅用于三级及容量较小的二级负荷系统中 GGL GGD等也使用较多 69 二 抽屉式外形紧凑 操作安全 易于检修与维护 更换故障开关容易 缩短故障开关停电时间 常用的有GCK及GCL型及模数制的抽屉开关柜 MUS及MZS目前用在大容量一 二类建筑中 70 GGD NGG1 型低压固定式开关柜 71 NMNS NGC3 型低压抽出式开关柜 72 低压一次设备选择满足正常条件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 73 4 5电力变压器 4 5 1概述 电力变压器 powertransformer 文字符号T或TM 是变电所的核心设备 其核心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 74 4 5 2变压器分类 1 按相数分类 有三相电力变压器和单相电力变压器 大多数场合使用三相电力变压器 在一些低压单相负载较多的场合 也使用单相变压器 2 按绕组导电材料分类 有铜绕组变压器和铝绕组变压器 目前一般均采用铜绕组变压器 3 按绝缘介质分类 油浸式 干式 冲气式 75 ZGS11 H Z R 200 1000 10系列卷铁心组合式变压器 76 S11 M R 30 1000 10系列三相卷铁心全密封配电变压器 77 干式变压器 SC B 10系列10kV30 2500kVA配电变压器 78 4 按容量系列分 我国目前的变压器产品容量系列为R10系列 即变压器容量等级是按为倍数确定的 如 100kV A 125kV A 160kV A 200kV A 250kV A 315kV A 500kV A 630kV A 800kV A 1000kV A 1250kV A 1600kV A等 79 4 5 3电力变压器的结构和型号 结构 铁心 绕组 高压 一次 绕组 低压 二次 绕组 80 配电变压器的联结组别6 10KV变压器有Yyn0 即Y Y0 12 和Dyn11 Y0 11 两种联结组 Dyn11较Yyn0优点 更有利于抑制高次谐波 更有利于单相短路接地故障的切除 承受单相不平衡负荷能力强 4 5 4电力变压器的联结组别及其选择 81 82 83 防雷变压器的联结组别 84 4 5 5变电所主变压器台数和容量的选择 主变压器台数的选择原则 应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而宜于采用经济运行方式的变电所 也可采用两台变压器 一般车间变电所宜采用一台变压器 在确定变电所主变压器台数时 应适当考虑负荷的发展 留有一定的余地 85 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 2 装有两台主变压器的变电所 86 3 车间变电所主变压器的单台容量上限 车间变电所一般不易大于1000KV A 或者1250KV A 居住小区变电所内的油浸式变压器不易大于630KV A 4 适当考虑负荷的发展 5 10年电力负荷的增长 温度对变压器实际输出容量的影响 注 变电所主变压器台数和容量的最后确定 应结合主接线方案 经技术经济比较择优而定 87 例 某10 0 4kv变电所 总计算负荷为1200kV A 其中一 二级负荷680kv A 试初步选择该变电所主变压器的台数和容量 解 根据变电所有一 二级负荷的情况 确定选两台主变压器 每台容量 且 因此初步确定每台变压器容量为800kV A 88 4 5 6电力变压器并列运行条件 并列变压器的额定一 二次电压必须相等 并列变压器的阻抗电压 即短路电压 必须相等 并列变压器的联结组别必须相同 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 一般不超过3 1 89 4 6电流互感器和电压互感器 4 6 1概述 电流互感器 TA 仪用变流器 电压互感器 TV 仪用变压器 作用 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 90 一 电流互感器 1 铁心2 一次绕组3 二次绕组电流互感器的基本结构原理图 结构特点 一次绕组匝数很少 而且一次绕组导体相当粗 二次绕组匝数很多 导体较细 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 91 电流互感器在三相电路中的几种常见接线方案 a 一相式接线 b 两相V形接线 c 两相电流差接线 d 三相星形接线 电流互感器的接线方案 两相V形接线电流互感器的一 二次电流相量图 两相电流差接线电流互感器的一 二次电流相量图 92 电流互感器的类型和型号 按一次绕组的匝数分 单匝式 多匝式 按一次电压分 高压 低压 按用途分 测量用 保护用 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 10P两级 准确度高 准确度高 93 1 一次接线端子2 一次绕组 树脂浇注 3 二次接线端子4 铁心5 二次绕组6 警示牌 上写 二次侧不得开路 等字样 LQJ 10型电流互感器外形图 1 铭牌2 一次母线穿孔3 铁心 外绕二次绕组 树脂浇注4 安装板5 二次接线端子LMZJ1 0 5型电流互感器外形图 94 电流互感器的选择和校验 电流互感器的选择电流互感器按以下条件选择 1 选择额定电压和额定电流 2 确定装置类别和结构 3 确定准确度级 4 校验二次负荷或容量 95 电流互感器二次侧所接实际容量S2不超过该准确度级下的最大允许容量S2N 即 式中 S2N 电流互感器某一准确度级的允许负荷和容量 S2 电流互感器二次侧所接实际负荷和容量 电流互感器的准确度级与二次负荷容量有关 96 5 电流互感器动稳定校验电流互感器的动稳定性倍数Kes是指电流互感器允许短时极限通过电流峰值与电流互感器一次侧额定电流峰值之比 即 电流互感器的动稳定性校验条件为 97 6 电流互感器热稳定性校验电流互感器的热稳定倍数Kt是指在规定时间 通常取1s 内所允许通过电流互感器的热稳定电流与其一次侧额定电流之比 即 电流互感器的热稳定条件应为 98 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 99 二 电压互感器 电压互感器的基本结构原理和接线方案 1 铁心2 一次绕组3 二次绕组电压互感器的基本结构原理图 电压互感器的一次电压U1与二次电压U2之间有下列关系 100 几种常见的接线方案 b 两个单相电压互感器接成V V形 a 一个单相电压互感器 c 三个单相电压互感器接成Y0 Y0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Y0 Y0 开口三角 形 101 电压互感器的类型 按相数分 单相 三相 按绝缘及其冷却方式分 干式 含环氧树脂浇注式 油浸式 1 一次接线端子2 高压绝缘套管3 一 二次绕组 树脂浇注绝缘4 铁心5 二次接线端子JDZJ 10型电压互感器外形图 102 电压互感器的选择 1 选择额定电压 2 确定电压互感器类型及结构 3 选择准确度级 4 二次容量的校验 103 要求所接测量仪表和继电器电压线圈的总负荷S2不应超过所要求准确度级下的允许负荷容量S2N 即 式中 S2N 电压互感器二次侧允许负荷容量 即 104 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 105 4 7工厂变配电所的主接线图 4 7 1概述 表示系统中的电能输送和分配线路的电路图 也可以称为主结线图 或称为一次电路图 一次结线图 用来控制 指示 测量和保护一次电路图及其设备运行的电路图 称为二次电路图 或称二次回路图 一般二次电路是通过电流互感器和电压互感器与主电路相联系的 106 对工厂变配电所主结线的基本要求安全应符合国家标注有关技术规范的要求 能充分保证人身和设备的安全 可靠应符合电力负荷特别是其中一 二级负荷对供电可靠性的要求 灵活能适应各种不同的运行方式 便于切换操作和检修 且适应负荷的发展 经济在满足上述要求的前提下 尽量使主结线简单 投资少 运行费用低 并节约电能和有色金属的消耗量 107 系统主接线图 装置式主接线图 主接线图 高压配电所担负着从电力系统受电并向各个车间变电所及高压用电设备配电的任务 4 7 2高压配电所的主电路 一电源进线 二母线 三高压配电出线 108 4 7 3车间和小型工厂变电所的主接线图 是供电系统中将