工厂供电与电气控制技术工厂变配电及其一次系统

第四章工厂变配电及其一次系统主要内容：1.供配电系统概述2.供配电系统常用电气设备4.工厂变配电所的主接线图5.工厂变配电所的位置、布置及结构3.供配电系统常用电气设备的选择6.工厂变配电所的运行维护和检修试验一、变配电所的任务二、变配电所的类型变电所：从电力系统受电，经过变电，然后配电。配电所：从电力系统受电，然后直接配电。工厂变电所分为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。车间变电所的类型：〔按主变压器的安装位置分〕(1)车间附设变电所：如图4-1中的1～4。图中1和2是内附式,3和4是外附式。(2)车间内变电所：变电所四面都在车间内部,如图4-1中的7。车间内变电所适于负荷很大而且固定的大型车间。第一节工厂变配电所的任务和类型(3)

露天式变电所(4)

独立变电所；变电所建在距车间12～25m外的独立的建筑物内,如图4-1中的6。独立变电所的建筑费高，一般用于需远离有腐蚀或易燃易爆危险的场所。

(5)

杆上变电台(6)

地下变电所

(7)

楼上变电所

(8)

成套变电所

(9)

移动式变电所图4-1车间变电所类型电力变压器是变电所的核心设备，它将一种电压的交流电能转换成另一种电压的交流电能，以满足输电、供电、配电和用电的需要。1.常用电力变压器的种类

√按相数分：有三相和单相变压器。√

按材料分：有铜绕组变压器和铝绕组变压器。√按绝缘介质分：有油浸式变压器和干式变压器。2.常用变压器的容量系列国内的变压器容量系列有R8和R10系列，如R10系列变压器容量等级按为倍数确定，可有100KVA,125KVA,….,1250KVA,1600KVA等。第二节电力变压器一、电力变压器及其分类

图4-2电力变压器示意图二、电力变压器的选择1.车间变电所变压器台数和容量的选择√对于一般生产车间，装一台变压器，其额定容量>用电设备总容量并留一定的裕量√对有一、二级负荷的车间，要求两个电源供电时，装两台变压器，每台变压器容量应能承担全部一、二级负荷；如果与相邻车间有联络线，也可只装一台变压器，故障时，由联络线向一、二级负荷供电。√对于随季节变动大的负荷，宜装两台变压器，负荷低时，切除一台变压器，减少空载损耗。√凡选用两台变压器的变电所，任一台变压器单独运行时，必须能满足变电所总计算负荷70％的需要和一、二级负荷需要。2、工厂总降压变电所主变压器的选择√对三级负荷供电的总降压变电所，或有少量一、二级负荷但可由相邻企业取得备用电源时，装一台主变压器。额定容量>整个企业计算负荷并加15％～25％的裕量。√一、二级负荷占全部负荷比例较大时，装两台变压器，互为备用。一台故障或检修时，另一台要能承担全部一、二级负荷。解：根据一，二级负荷的情况，确定选两台变压器。故，初步确定每台变压器的容量为：900KVA。例4-1

某10KV/0.4KV变电所，总计算负荷为1200KVA，其中一、二级负荷680KVA，选择该变电所变压器的台数和容量。

第三节电流互感器和电压互感器一、概述互感器在供配电系统中的作用是：使测量仪表、继电器等二次设备与主电路隔离；使测量仪表、继电器等标准化，有利于大批量生产；使测量仪表、继电器等二次设备的使用范围扩大。二、电流互感器〔CT〕TA◆电流互感器的特点一次绕组：匝数很少，导线很粗，串联在一次回路中；二次绕组：匝数很多，导线很细，与测量仪表、继电器等的电流线圈串联。图4-3电流互感器1-铁心，2-一次绕组，3-二次绕组◆电流互感器的类型按一次电压分：有高压和低压两大类；按一次线圈匝数分：有单匝式和多匝式；按安装地点分：有户内式和户外式；按用途分：有测量用和保护用两大类；按准确度等级分：有0.2、0.5、1、3、5P、10P等级；按绝缘介质分：有油浸式和干式〔含环氧树脂浇注式〕；按安装型式分：有穿墙式、母线式、套管式、支持式等。图4-4LQJ-10型电流互感器1—一次接线端子2—一次绕组3—二次接线端子4—铁心5—二次绕组6—警告牌LQJ-10型电流互感器：其外形结构如图4-4所示，有两个铁心和两个二次线圈，0.5级用于测量，3级用于继电保护。LMZJ1-0.5型电流互感器：其外形结构如图4-5所示，属于单匝式电流互感器，互感器铁心为环形〔5～800A〕或矩形卷铁心〔1000～3000A〕。图4-5LMZJ1-0.5型电流互感器1—铭牌2—一次母线穿孔3—铁心4—安装板5—二次接线端子图4-7LCW1-35型电流互感器图4-6LLB-110型

SF6电流互感器LLB-110型电流互感器：其外形结构如图4-6所示，为倒挂式结构，互感器的底座、瓷套与顶部躯壳内部充以SF6气体作为绝缘介质。LAB1-35〔原LCW1-35〕型电流互感器：其外形结构如图4-7所示。◆电流互感器的接线方式两相两继电器接线：用于中性点不接地的三相三线制系统中。两相一继电器接线：用于中性点不接地的三相三线制系统中。三相三继电器接线：用于三相四线制或三相三线制系统中。图4-8电流互感器的接线方式a〕一相式接线b〕两相两继电器接线c〕两相一继电器接线d〕三相三继电器接线一相式接线：用于负荷平衡的三相电路中◆电流互感器的使用本卷须知电流互感器在工作时二次侧绝对不允许开路；电流互感器的二次侧必须有一端接地;电流互感器在连接时，要注意其端子的极性。三、电压互感器〔PT〕TV◆电压互感器的特点一次绕组：匝数很多，并联在供电系统的一次电路中；二次绕组：匝数很少，与电压表、继电器的电压线圈等并联图4-9电流互感器1-铁心，2-一次绕组，3-二次绕组◆电压互感器的类型按相数分：有单相和三相两大类；按用途分：有测量用和保护用两大类；按准确度等级分，有0.2、0.5、1、3、3P、6P等级；按安装地点分：有户内式和户外式；按绝缘介质分：有油浸式和干式〔含环氧树脂浇注式〕。

图4-10和图4-11分别为JDJ-10和JDJ2-35型电压互感器的外形结构。JDJ型单相双绕组油浸式电压互感器：图4-10JDJ-10型电压互感器图4-11JDJ2-35型电压互感器JDZJ-10型单相三绕组环氧树脂浇注绝缘电压互感器：其外形结构如图4-12所示，采用Y0/Y0/∆（开口三角形）接线，额定电压为图4-12JDZJ-10型电压互感器1—一次接线端子2—高压绝缘套管

3—一、二次绕组4—铁心5—二次接线端子JSJW型三相三线圈五芯柱油浸式电压互感器：用于小电流接地系统中的电压、电能测量和绝缘监视。JSJW型◆电压互感器的接线方式〔见图4-13〕图4-13电压互感器接线方式a）单相式接线b）V/V形接线c）Y0/Y0形接线d）Y0/Y0/（开口三角）形接线〔也称三相五芯柱接线〕◆电压互感器的使用本卷须知电压互感器在工作时二次侧绝对不允许短路；电压互感器的二次侧必须有一端接地。电压互感器在连接时，要注意其端子的极性。单相式接线〔见图4-40a)〕：可测量一个线电压。V/V形接线〔见图4-40b)〕：可测量三个线电压。Y0/Y0形接线〔见图4-40c)〕：可测量电网的线电压，并可供电给接相电压的绝缘监视电压表。Y0/Y0/∆〔开口三角〕形接线〔见图4-40d)〕：接成Y0的二次绕组，接绝缘监视电压表；接成开口三角形的辅助二次绕组，构成零序电压过滤器〔反响单相接地的〕。第四节高压一次设备一次设备按其功能可分为以下几类：变换设备：如电力变压器、电流互感器、电压互感器等。开关设备：如断路器、隔离开关、负荷开关等。保护设备：如熔断器、避雷器、电抗器等。无功补偿设备：如电力电容器、静止补偿器等。成套配电装置：如高压开关柜、低压配电屏等。一、一次设备及其分类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，或称为主电路、主接线。一次电路中所有的电气设备，称为一次设备和或一次元件。二、电气设备运行中的电弧问题与灭弧方法

高电场发射热电发射碰撞游离热游离产生电弧的游离方式有：2．电弧的熄灭

电弧熄灭的条件：使触头间电弧中的去游离率大于游离率，即使离子消失的速度大于离子产生的速度。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。1、电弧的产生复合：指正、负带电质点重新结合为中性质点。扩散：指电弧中的带电质点向周围介质扩散开去。3．交流电弧的根本特性去游离的主要方式有：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。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；

粗弧分细灭弧法；图4-14吹弧方式a〕横吹b〕纵吹1—电弧2—触头图4-15长弧切短灭弧原理图4-16狭缝灭弧原理5.对电气触头的根本要求√满足正常负荷的发热要求；√具有足够的机械强度；√具有足够的动稳定性和热稳定性；√具有足够的断流能力。三、高压熔断器(文字符号为FU)

◆功能：当被保护线路流过短路电流或过负荷电流时，熔体会因自身产生的热量而自行熔断，到达切断电路、保护电网和设备的目的。〔1〕户内式熔断器常用型号有RN1和RN2两种，外形结构如图4-17所示。其熔管的内部结构如图4-18图4-17RN1、RN2型高压熔断器1—瓷熔管2—金属管帽3—弹性触座4—熔断器指示5—接线端子6—瓷绝缘子7—底座图4-18RN1、RN2型熔断器熔管内部结构图1—金属管帽2—瓷管3—工作熔体4—指示熔体5—锡球6—石英砂填料

7—熔断器指示器用于保护电力线路和电力变压器，熔体为一根或几根并联，额定电流较大。用于保护电压互感器，熔体为单根，额定电流较小〔0.5A〕。特点：灭弧能力很强，灭弧速度很快，能在短路电流未到达冲击值以前完全熄灭电弧，属于“限流〞式熔断器。(2)户外式熔断器

户外跌落式熔断器常用型号有RW4和RW10两种，图4-19为RW4型的外形结构。特点：灭弧能力不强，灭弧速度不高，不能在短路电流到达冲击值以前熄灭电弧，属于“非限流〞式熔断器。图4-19RW4型高压跌落式熔断器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〕〔1〕隔离开关的用途结构特点：没有灭弧装置。〔不能带负荷操作〕隔离电压：隔离开关断开后在电路中可以造成一明显可见的断开点，建立可靠的绝缘间隙，保证检修人员的平安。倒闸操作：合闸时，先合上隔离开关，后合上断路器；分闸时，先断开断路器，后断开隔离开关。分、合小电流：可以接通或断开电流较小的回路。〔2〕高压隔离开关的类型按安装地点分：户内式和户外式；按绝缘支柱的数目分：单柱式、双柱式和三柱式；按刀闸运行方式分：水平旋转式.垂直旋转式.摆动式和插入式按有无接地刀闸分：单接地刀闸、双接地刀闸和无接地刀闸◆户内式隔离开关(3)隔离开关的外形与结构

图4-20为GN8-10型户内隔离开关的外形结构。图4-20GN8-10型隔离开关1—上接线端子2—静触头3—闸刀

4—套管绝缘子5—下接线端子6—框架7—转轴8—拐臂

9—升降绝缘子10—支持绝缘子◆户外式隔离开关

图4-21为GW4-110型双柱式户外隔离开关的外形结构。图4-21GW4-110型双柱式隔离开关1—接线座2—主触头

3—接地刀闸触头4—支柱绝缘子

5—主闸刀传动轴6—接地刀闸传动轴

7—轴承座8—接地刀闸9—交叉连杆

图4-22为GW5-110D型V形户外隔离开关的外形结构。图4-22GW5-110D型V形双柱式隔离开关1—主闸刀底座2—接地静触头3—出线座

4—导电带5—绝缘子6—轴承座7—伞齿轮8—接地刀闸五、高压负荷开关〔QL〕◆结构特点：有简单的灭弧装置。

◆功能：可以接通或断开正常的负荷电流，但不能切断短路电流；多与高压熔断器配合使用。与隔离开关一样，具有明显的断开间隙，也具有隔离电源，保证平安检修的功能。◆负荷开关的分类：按安装地点分：户内式和户外式；

按结构不同分：油负荷开关、真空负荷开关、SF6负荷开关、产气式负荷开关、压气式负荷开关；按操作方式分：手动操作和电动操作。图4-23为FN3-10型户内压气式负荷开关的外形结构。图4-23FN3-10型高压负荷开关1—主轴2—上绝缘子3—连杆4—下绝缘子5—框架6—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

图4-24和图4-25分别为ZFN-10型户内高压真空负荷开关和ZFN-10R型高压真空负荷开关-熔断器组合电器的外形结构。图4-24ZFN-10型高压真空负荷开关

图4-25ZFN-10R型高压真空负荷开关六、高压断路器〔QF〕〔1〕高压断路器的用途〔功能〕〔2〕对高压断路器的根本要求绝缘应平安可靠；有足够的动稳定性和热稳定性；有足够的开断能力；动作速度快，熄弧时间短。结构特点：具有相当完善的灭弧结构。☞不仅能通断正常负荷电流，而且能通断一定的短路电流;☞能在保护装置作用下自动跳闸，切除短路故障。〔3〕高压断路器的类型油断路器：分为多油断路器和少油断路器两大类。图4-26SN10-10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

图4-26和图4-27分别为SN10-10型少油断路器的外形结构图及其一相油箱内部结构。1—铝帽2—油气别离室3—上接线端子4—油标5—静触头6—灭弧室7—动触头(导电杆)8—滚动触头9—下接线端子10—转轴11—拐臂12—基座13—下支柱瓷瓶14—上支柱瓷瓶15—断路弹簧16—绝缘筒17—逆止阀18—绝缘油图4-27SN10-10型高压少油断路器的一相油箱内部结构六氟化硫〔SF6〕断路器：双压式：有两个气压系统，低压气体系统主要用作断路器的内部绝缘；高压气体系统用于灭弧。其优点是开断容量大，动作迅速，但结构复杂。单压式：只有一个低压气压系统，作为断路器的内部绝缘，电弧靠断路器开断时与触头同时运动的压气活塞压出SF6的气流来熄灭。其优点是结构简单，易于制造，可靠性高，便于维护，应用比较广泛。分为双压式和单压式两类。

图4-28LW36-126型SF6断路器图4-29SF6断路器的灭弧室结构1—静触头2—绝缘喷嘴3—动触头

4—绝缘筒5—压气活塞6—电弧优点：断流能力强、灭弧速度快、电绝缘性能好、检修周期长、没有燃烧爆炸危险等。缺点：要求加工精度高，密封性能好，价格较昂贵。真空断路器：图4-30为真空断路器灭弧室的结构。图4-30真空断路器的灭弧室结构1—静触头2—动触头3—屏蔽罩

4—波纹管5—导电杆6—外壳目前，国际上真空断路器的设计、制造单位主要是德国西门子公司和ABB公司两大派别。西门子公司的代表产品有3AF、3AG及3AH等；ABB公司的代表产品有VD4。〔4〕高压断路器的根本参数额定电压UN：指断路器长期正常工作所能承受的电压。额定电流IN：指断路器允许长期通过的最大工作电流。额定开断电流IN.oc：指断路器在额定电压下能够正常开断的最大短路电流，它表征断路器的开断能力。额定开断容量SN.oc：指断路器额定电压和额定开断电流的乘积，即说明：如果断路器的实际运行电压U低于额定电压UN而额定开断电流不变，此时的开断容量应修正为：

热稳定电流

Its：表征断路器承受短路电流热效应的能力。分闸时间：指断路器从得到分闸命令起，到三相电弧完全熄灭为止的一段时间，它包括断路器的固有分闸时间和燃弧时间两局部。合闸时间：指断路器从接到合闸命令起，到三相触头刚接触为止的一段时间。

固有分闸时间：指断路器从得到分闸命令起，到主触头刚别离的一段时间；燃弧时间：指从主触头别离到三相电弧完全熄灭的一段时间。七、高压开关柜将一、二次设备组合在一起的高压成套配电装置。类型：固定式、手车式〔移开式〕具有五防功能：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图4-31GC口—10(F)型高压开关柜1-仪表屏，2-手车室，3-上触头(兼起隔离开关作用)，4-下触头(兼起隔离开关作用)，5-断路器手车八、高压一次设备的选择与校验原那么：按正常工作条件选择额定电流、额定电压及型号；按短路情况校验开关的开断能力、短路热稳定度和动稳定度。1、按正常工作条件选择电气设备√电气设备的额定电压

Uw.max－电气设备所接电网的最高运行电压。√电气设备的额定电流

IW.max－电气设备所在回路的最大持续工作电流√电气设备的型号应考虑设备的安装地点、环境及工作条件，合理选择设备类型，如户内户外、海拔高度及防尘、防腐、防爆等。或1、电气设备的一般选择√短路热稳定度校验√短路动稳定度校验√开关设备断流能力校验对要求能开断短路电流的开关设备，如断路器、熔断器，其断流容量不小于安装处的最大电流容量。

-－三相最大短路电流与最大短路容量；

-－开关设备的开断电流与开断容量。或或2、按短路情况进行校验3、常用电气设备的选择校验工程表4-1上下压一次设备选择校验工程第五节低压一次设备低压一次设备是指1000V〔或1200V〕及以下的电气设备。低压熔断器低压开关低压熔断器低压配电屏和配电箱种类第六节工厂变配电所的主接线图一、概述定义：变电所的电气主接线指由电力变压器、各种开关电器、互感器、母线、电力电缆或导线、电力电容器、避雷器等电器设备以一定次序连接的接收和分配电能的电路。要求:√平安性。符合有关技术标准的要求，能充分保证人身和设备的平安。√可靠性

。满足负荷对供电可靠性的要求。√灵活性。能适应系统所需要的各种运行方式，操作维护简便，而且能适应负荷的开展。√经济性。在满足以上要求的前提下，尽量使主接线简单，投资少，运行费用低，并节约电能和有色金属消耗量。二、变电所的主接线母线——理论上等电位点；实际上汇流排，完成电能的聚集和分配，即功率的汇总与分配点。汇流母线主接线分为:√有汇流母线(又分为单母线和双母线接线)的主接线；√无汇流母线(又分为单元、桥式和多角接线)的主接线。1、有汇流母线的主接线它是目前国内广泛采用的接线方式，分为单母线和双母线接线。在任何变电所中，总是进线少，出线多。进出线各回路之间需有一定的电气平安间隔，无法从一处同时引出多个回路；而采用母线装置才能保证电路接线的平安性和灵活性，在复杂的系统中母线很有必要，但是否需要设置母线需要根据现场的实际情况来确定。√单母线不分段接线优点：接线简单清晰，使用设备少，经济性比较好，发生误操作的可能性小。适用范围：可用于对供电连续性要求不高的三级负荷用户，或有备用电源的二级负荷用户。

缺点：可靠性和灵活性差。当电源线路、母线或母线隔离开关发生故障或进行检修时，全部用户供电中断。√单母线分段接线优点：供电可靠性高，操作灵活。缺点：母线故障或检修时，仍有50%左右的用户停电。适用范围：在具有两路电源进线时，采用单母线分段接线。√双母线接线当有特别重要负荷时采用。优点：►轮流检修母线而不致引起供电中断。►检修任一母线隔离开关仅使本回路断开。►在工作母线发生故障时，通过备用母线能迅速恢复供电。缺点：造价高，在企业供电中不推荐使用2.无汇流母线的主接线适应于经济性要求高，本钱低的场合。√单元式接线(用于只有一回进线和一回出线的场合)只适合向三级负荷供电√

桥式接线：分为内桥式接线和外桥式接线两种内桥式接线外桥式接线内桥适用于进线长，变压器不需经常投合的场合。外桥适用于进线短，变压器需经常投合的场合。桥式的优点：可靠、灵活、经济等。广泛应用于220KV及以下的变电所中，很容易开展成单母线分段和双母线接线。三、几种典型变电所主接线

1.单电源进线〔1〕一次侧线路—变压器组、二次侧单母线不分段主接线特点:经济简单，可靠性不高，适用于负荷不大的三级负荷情况。〔一〕总降压变电所主接线〔2〕一次侧单母线不分段、二次侧单母线分段主接线单电源进线两台变压器时，总降压变电所主接线采用一次侧单母线不分段、二次侧单母线分段接线。提高了供电可靠性，但单电源供电的可靠性还是不高，因此这种接线适用于负荷昼夜变化大三级负荷及局部二级负荷。2.双回电源进线由于采用双回电源进线，总降压变电所主变压器一般都在两台或两台以上。

〔1〕一二次侧均采用单母分段主接线

由于进线开关和母线分段开关均采用了断路器控制，操作十分灵活，供电可靠性较高，适用于大中型企业的一、二级负荷供电。〔2〕内桥式主接线这种主接线大大提高了供电的可靠性和灵活性。适用于大中型企业的一、二级负荷供电。

适用于：①供电线路长，线路故障几率大；②负荷比较平稳，主变压器不需要频繁切换操作；③没有穿越功率的终端总降压变电所。〔3〕外桥式主接线适用于：①供电线路短，线路故障几率小；②负荷变化大，主变压器需要频繁切换操作；③有穿越功率流经。√车间变电所主接线当需要在车间变电所操作空载变压器时，可选用图(b)和图(a)

，图(b)适用于变压器容量不大于630KVA的变电所。图(a)变压器高压侧不设开关，变压器的操作和保护在总降馈出线处实现，低压母线故障由低压断路器保护。►由电缆供电的车间变电所典型主接线。此种主接线的供电可靠性不高，但简单经济。►由架空线供电的车间变电所典型主接线(a)适用于变压器容量不大于630KVA的变电所(b)适用于变压器容量较大的变电所。与电缆供电的区别：进线经跌开式熔断器加负荷开关加避雷器或经避雷器、负荷开关加熔断器进入变压器。此种接线的供电可靠性也不高，但简单经济。(a)图4-24(b)第七节工厂变配电所的所址、布置、结构及安装图一、变配电所所址的选择选择企业变配电所的所址时应考虑以下原那么：

√靠近负荷中心,以减少电压损耗、电能损耗及有色金属消耗量；

√进出线方便;√靠近电源侧;

√防止设在多尘和有腐蚀性气体的场所;

√防止设在有剧烈震动的场所;√运输方便;

√高压配电所应尽量与车间变电所或有大量高压用电设备的部门合建在一起;

√不阻碍企业的开展,并适当考虑将来扩建的可能。二、变配电所的总体布置原那么：变配电所值班室内不得有高压设备；高压电容器组应装设在单独的房间内；各室的大门都应朝外开；建筑应为一级耐火等级，其门窗材料都应是不燃的。三、变配电所的结构√变压器室和室外变压器台的结构主要指对建筑物的结构，门的朝向，变压器的布置等的一些国家规定，有相应的国标可查。√配电室、电容器室和值班室的结构主要指对建筑物的结构，门的朝向，上下压开关柜、电容器柜的布置等的一些规定，有相应的国标可查。√组合式成套变电所的结构组合式成套〔箱式〕变电所：其各单元由生产厂家成套供给、现场组合安装而成。可安装在户内或户外，不需建造变压器室和上下压配电室，全部采用无油或少油电器，已在高层建筑中广泛采用。一般包括：高压开关柜；变压器柜；低压配电柜。第八节变配电所的运行维护和检修试验一、变配电所的值班制度和值班员职责自学，见书P147-P150二、变配电所的送电和停电操作1.送电操作►