工厂变配电所及其一次系统

1、2020/7/21,1,第四章 工厂变配电所及其一次系统,内容简介 变配电所的任务、类型及开关触点间电弧产生和熄灭的基本知识 变配电所的一次 设备和主电路图 变配电所的所址选择、布置、结构、安装图,2020/7/21,2,第一节工厂变配电所的任务和类型第二节 电气设备中的电弧问题及对触头的要求第三节 高压一次设备第四节 低压一次设备第五节 电力变压器第六节 电流互感器和电压互感器第七节 工厂变配电所的主电路图 第八节 工厂变配电所所址、布置、结构及安装图思考题及练习,2020/7/21,3,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（transformer substation

2、）担负着从电力系统受电，经过变压，然后配电的任务。 配电所（distribution substation）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。,2020/7/21,4,二、变配电所的类型,按安装位置分： 1车间附设变电所 2车间内变电所 3露天变电所 4独立变电所 5杆上变电所,2020/7/21,5,第二节 电气设备中的电弧问题及对触头的要求,概述 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。,2020/7/21,6,1.电弧的主要影响 延长了电路的开断时间。 电弧高温烧坏开关的触头。,2020/7/

3、21,7,2.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,2020/7/21,8,3.常用灭弧方法 速拉灭弧法 冷却灭弧法 吹弧灭弧法 长弧吹短灭弧法 粗弧分细灭弧法 狭沟灭弧法 真空灭弧法,2020/7/21,9,4.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 具有足够的动稳定和热稳定 具有足够的断流能力,2020/7/21,10,2020/7/21,11,一、概述 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

4、主电路、主接线。一次电路中的电气设备一次设备。 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。,第三节 高压一次设备,2020/7/21,12,二、 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,2020/7/21,13,（二）类型及特点 1.户内型 （ RN 固定式 2.户外型 （ RW 跌落式 RN1 主要用作高压线路和设备的短路 护， 也起过负荷保护。 RN2 用作高压互感器的短路

5、保护。 RN1 、RN2灭弧能力很强，为”限流“式熔断器。,2020/7/21,14,2020/7/21,15,RW4 和 RW4（F）型户外高压跌开式熔断器 即可作610kv线路和变压器的短路保护，又可在一定条件下直接用高压绝缘棒（俗称令克棒来操作熔管分合，以断开或接通小容量的空载变压器和空载线路等。其灭弧能力不强，为“非限流”式熔断器。,2020/7/21,16,RW310户外高压跌落式熔断器,2020/7/21,17,2020/7/21,18,高压隔离开关（QS） 没有灭弧装置，不能接通和切断负荷电流。 （一）功能： 1.隔离高压电源 2.倒闸操作 3.接通和断开较小电流（如励磁电流不超

6、过2A的空载变压器、电容电流不超过5A的空载线路及电压互感器和避雷器电路）,2020/7/21,19,（二）类型： 1.户内型（ GN 三相刀闸同一底座。 2.户外型（ GW单柱式、双柱式、三柱式。,2020/7/21,20,2020/7/21,21,2020/7/21,22,（三）选择 1.首先按安装地点选择户内型或户外型。 2.结合工作条件确定额定值，校验动、稳定值。 3. 35kv及以上宜选用带接地刀闸。 4.考虑开关接线端的机械负荷。,2020/7/21,23,四、 高压负荷开关（QL） 具有简单的灭弧装置。 （一）功能 1.能通断一定的负荷电流和过负荷电流，不能切断短路电流故障。 2

7、.必须与高压熔断器串联，借助于熔断器切除短路电流。 3.与隔离开关一样，具有明显的断开间隙，也具有隔离电源，保证安全检修的功能。,2020/7/21,24,（二）类型 1.户内型( FN ) 2.户外型( FW ) 固定产气式（ FN1、FW5 等 压气式 （ FN2、FN3 压缩空气式 六氟化硫 油浸式 真空式,2020/7/21,25,2020/7/21,26,FZRN21-12D/T125-31.5型户内交流高压真空负荷开关熔断器组合电器,2020/7/21,27,FLRN36-12D型户内交流高压六氟化硫负荷开关 熔断器组合电器,2020/7/21,28,五、 高压断路器（QF） 具有

8、完善的灭弧能力 （一）功能 通断正常负荷电流 接通和承受一定的短路电流 在保护装置作用下自动跳闸，切除短路故障。,2020/7/21,29,（二）类型 1.油断路器 (1)多油断路器： 开关触头在绝缘油中闭合和断 开。油兼有灭弧和绝缘功能，油量多，有易燃易爆危险。体积大，维护麻烦。可频繁通断负荷。趋于淘汰。 (2)少油断路器： 开关触头在绝缘油中闭合和断开。油只作灭弧功能，油量少，易燃易爆危险性较小。体积小，价廉，维护方便。不能频繁操作。 610kv多用。,2020/7/21,30,2020/7/21,31,2.六氟化硫断路器 开关触头在 SF6气体中 闭合和断开。 SF6气体兼有灭弧和绝缘功

9、能。灭弧能力强，属高速断路器。断流容量大，电绝缘性能好，检修周期长。可频繁操作。无燃烧爆炸危险，体积小，维护要求严格，价贵。在全封闭组合电器中多采用。不适于高寒地区。,2020/7/21,32,本身无毒，但电弧在高温作用下会生成氟化氢等强烈腐蚀性的剧毒物，检修时，应注意防毒。,2020/7/21,33,2020/7/21,34,LW8-40.5型户外交流高压六氟化硫断路器,2020/7/21,35,3.空气断路器 利用压缩空气吹动电弧，并使电弧熄灭。灭弧能力强，分断时间短，断流容量大。结构复杂，价贵，维护要求高。多用于110kv及以上大型电站或变电所及不适应采用六氟化硫断路器的高寒地区。,20

10、20/7/21,36,4.真空断路器 开关触头在真空的容器内 闭合和断开。灭弧能力强燃弧时间短，属高速断路器。开断能力强。结构简单，重量轻，体积小。寿命长，易维修。可频繁操作。无易燃易爆危险。 由于开断速度高, 易产生截流过电压,对变压器等感性负载易造成危害,应配置过电压吸收装置。,2020/7/21,37,2020/7/21,38,(1)真空断路器的发展状况 目前国际上，真空断路器的设计、制造领域里逐步形成了以德国西门子公司为代表的空气绝缘产品和以ABB公司为代表的复合绝缘产品的两大派别。西门子公司的产品有3AF、3AG及3AH等系列产品 。ABB公司的代表产品有VD4。 国内生产的真空断路

11、器归纳起来大致可分为三类：,2020/7/21,39,引进技术并国产化的产品。如ZN12-12，引进西门子3AF；ZN18-12，引进日本东芝公司VK系列产品；ZN21-12，引进比利时EIB公司的产品技术；ZN67-12，引进日本三菱电机VPR型真空断路器等。 在借鉴国外同类产品的基础上开发的产品，如：ZN63-12和ZN65-12分别效仿ABB的VD4和西门子3AH。 自行设计的产品，如：ZN15-12，ZN28-12，ZN30-12等。,2020/7/21,40,ZN63A-12(VS1)户内交流高压真空断路器,2020/7/21,41,ZN28A-12系列户内交流高压真空断路器,202

12、0/7/21,42,5 断路器操作机构 （1）手动操作机构 （CS 能手动和远距离跳闸，但只能手动合闸，不能自动合闸。操作电源为交流。,2020/7/21,43,（2）电磁操作机构 （CD 能手动和远距离跳合闸，适于自动化，结构简单，零件数量少，工作可靠，制造成本低。但需直流操作电源。操作功率很大，影响到合闸速度的提高及机电寿命 。,2020/7/21,44,(3)弹簧储能操作机构 （ CT 能手动和远距离跳合闸。断路器的合、分操作仅由功率很小的电磁铁控制，所以对直流电源的要求不高，还可用交流电源操作，其速度特性和使用寿命都得到很大程度的改善。结构比较复杂，零件数量多，且要求加工精度高，制造工

13、艺复杂，成本高，产品的可靠性不易保证。利用弹簧机构储能，因而可实现一次重合闸。,2020/7/21,45,2020/7/21,46,2.选择： 选定操作机构，要结合变电所操作电源情况确定，有直流操作电源处，尽量采用电磁操作机构；小型变电所采用手动操作机构，但断路器断流容量要减弱很多；一般情况多推荐采用弹簧储能操作机构。,2020/7/21,47,(1)出线回路在六回以下，且变压器总容量不超过5000kvA时，可选用交流操作机构； (2)变压器总容量超过5000kvA，高压母线采用单母线分段时，宜选用直流操作，采用直流弹簧储能机构； (3)一类负荷或特别重要负荷容量较大，且系统容量在10000k

14、w左右时，应选用直流操作，采用CD型直流操作机构。,2020/7/21,48,3.新操动机构永磁操动机构是在弹簧机构和传统电磁机构的优点基础上，克服其不足，将永久磁铁应用于操动机构中，设计中使真空断路器分合闸位置的保持通过永久磁铁实现，取代了传统的锁扣装置。,2020/7/21,49,(1)特点： 其吸力特性可以较为理想地满足真空灭弧室的工作需要。 永久磁铁与分、合闸控制线圈结合，解决了合闸时需要大功率能量的问题，因而磁系统结构尺寸比普通电磁机构减小了，分、合闸控制线圈电流小。,2020/7/21,50,真空灭弧室靠永久磁铁产生的力使其保持在合闸与分闸位置上，取代了传统的机械锁扣方式，机械结构

15、大为简化，耗材省，节能且成本低。 操动机构无需机械锁扣和辅助电器，机械动作的可靠性大大提高，能实现免维护，节省维修费用。,2020/7/21,51,(2)国内外的发展动态 例：ABB开发了一种新型VM1型真空断路器， VM1真空断路器的额定电压目前为12、17和24kV，额定电流为630或1250A，额定短路开断电流为20或25kA。较高电压等级和大开断能力的产品正在研制中。 高压真空断路器操动机构中的应用，在我国尚属空白。,2020/7/21,52,六 高压开关柜 按一定线路方案将有关一、二次设备组装而成的一种高压成套配电装置。 （一）用途 作为电能接受、分配的通断和监视保护之用。 （二）类

16、型 1.固定式、手车式,2020/7/21,53,(1)固定式 制造工艺简单，节省钢材，价格便宜，但体积较大防护等级较低,2020/7/21,54,GG-1A(F)型固定式高压开关设备,2020/7/21,55,XGN2-12(Z)箱型固定式交流金属封闭开关设备,2020/7/21,56,2020/7/21,57,(2)手车式 维护方便，安全可靠，更换断路器容易占用建筑体积少等。 （通过产品型号格式来了解）,2020/7/21,58,KYN28A-12(Z)B型铠装移开式交流金属开关设备,2020/7/21,59,2020/7/21,60,2020/7/21,61,2020/7/21,62,开

17、关柜按供电装设了防止电气误操作的闭锁装置，即“五防”。 防止误跳、误合断路器。 防止带负荷分、合隔离开关。 防止带电挂地线。 防止带地线合闸。 防止误入带电间隙。,2020/7/21,63,七、高压一次设备选择 要求：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。 选择： 1.正常工作条件 （1 ）环境条件 电气装置所在处的位置、环境温度、海拔高度以及有无防尘、防火、防爆要求。 （2）电气要求 电气装置对设备的电压、电流、频率等要求,2020/7/21,64,2.故障条件下的选择 按最大可能的短路故障时的动稳定度和热稳定度校验,202

18、0/7/21,65,第四节 低压一次设备,一、概述 用来接通或断开1000v以下的交流和直流电路的电气设备。 二、低压熔断器 功能：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 （一）常用的类型及特性 1.RM10 型低压无填料密闭管式熔断器 灭弧断流能力较差 ，属非限流式熔断器。 结构简单，价廉及更换熔体方便，仍较普遍地应用于低压配电装置中。,2020/7/21,66,2.RT0 型低压有填料封闭管式熔断器 灭弧断流能力很强，具有限流作用。能实现短路保护和过负荷保护。 保护性能好，断流能力大，可应用在靠近电源的配电装置，但它多为不可拆式，熔体熔断后报废，不经济。,2020/7/2

19、1,67,3.RS3型有填料封闭管式快速熔断器 主要作硅整流元件及其成套装置的短路或过负荷保护,灭弧断流能力很强，具有限流作用。 长期工作不老化、不误动作。,2020/7/21,68,RTO(NATO)系列有填料封闭管式刀形触头熔断器 RTO（NATO）适用于交流50Hz，额定电压为380V，或直流400V，额定电流至630A的工业电气装置的配电设备中作线路过载和短路保护之用。,2020/7/21,69,RS3(NAS3)系列,2020/7/21,70,2020/7/21,71,2020/7/21,72,2020/7/21,73,三、 低压刀开关 作隔离电源之用。 不带灭弧罩的刀开关，只能在空

20、载下操作。 带灭弧罩（如 钢栅片）的刀开关，通断一定的负荷电流。 HD 单投 HS 双投,2020/7/21,74,四 、低压刀熔开关（又称 熔断器式刀开关） 由刀开关与熔断器组合而成。 例：HR3刀熔开关,2020/7/21,75,五、 低压负荷开关（QL） 由带灭弧装置的刀开关与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。 可带负荷操作，能进行短路保护 例如： HH封闭式负荷开关； HK开启式负荷开关。,2020/7/21,76,六.低压断路器 （低压空气开关、自动空气开关 能带负荷通断，又能在短路、过负荷和失压等时自动跳闸。 （一）类型 1.按用途分 配电线路用；电动机保护

21、用；照明线路用；漏电保护用。,2020/7/21,77,2.按分断性能分 一般型和限流型 3.按保护特性分 选择型和非选择型。 4.按结构型式分 塑料外壳式（装置式和框架式（万能式。,2020/7/21,78,2020/7/21,79,NA15(DW15HH)系列万能式断路器,2020/7/21,80,DZ20系列塑料外壳式断路器,2020/7/21,81,NM1系列塑料外壳式断路器,2020/7/21,82,C65断路器,2020/7/21,83,2020/7/21,84,(2)过电流脱扣器 电磁脱扣器 ：瞬时脱扣。 电磁脱扣器+阻尼机构： 短时脱扣。 电子式过电流脱扣器：三段保护特性。 (

22、3)热脱扣器 (4)分励脱扣器 由控制电源供电，实现远距离分闸。,2020/7/21,85,七、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。,2020/7/21,86,（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。,202

23、0/7/21,87,GGD(NGG1)型低压固定式开关柜,2020/7/21,88,2020/7/21,89,NMNS(NGC3)型低压抽出式开关柜,2020/7/21,90,2020/7/21,91,2020/7/21,92,八.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。,2020/7/21,93,第五节 电力变压器,一、概述 将电力系统中的电能电压升高或降低，以利于电能的合理输送。 变压器常用类型 1.按绕组导体分 铜绕组 、铝绕组,2020/7/21,94,2.按绕组绝缘类型分 (1) 油浸式：广泛用作电力变压器，与干式

24、相比，具有较好的绝缘和散热性能，价廉，不宜用于易燃、易爆场所。,2020/7/21,95,ZGS11-H(Z)R-2001000/10系列卷铁心组合式变压器,2020/7/21,96,S11-MR-301000/10系列三相卷铁心全密封配电变压器,2020/7/21,97,(2)干式： 开启式 封闭式 浇注式：用浇注的环氧树脂作为绝缘和散热介质，结构简单体积小，重量轻，安全防火要求高的场所，广泛用于民用建筑。 (3)冲气式：多为六氟化硫,2020/7/21,98,干式变压器-SC(B)10系列10kV30-2500kVA配电变压器,2020/7/21,99,2020/7/21,100,3. 按

25、容量系列分 采用国际通用的R10容量系列。 例：100，125，160，200，250，315，400，500，630，800，1000，1250，1600，2000，2500KVA。,2020/7/21,101,（二）电力变压器的联结组别 610KV变压器在其低压侧为三相四线制系统时，其联结组别有Y,yn0和D,yn11 两种。 D,yn11较Y,yn0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。,2020/7/21,102,二 电力变压器的容量和过负荷能力 （一） 实际容量 变压器的额定容量（铭牌容量，是在规定的环境温度下，在规定的使用年限（

26、20年内所连续输出的最大视在功率。 否则要进行温度修正，即：,2020/7/21,103,（二）正常过负荷 昼夜和季节不均匀的过负荷。 户内变压器 户外变压器,2020/7/21,104,（三）事故过负荷 在事故情况下，允许短时间较大幅度过负荷，但运行时间不能超过规定值。（见表,2020/7/21,105,2020/7/21,106,三 变电所主变压器选择 （一）选型的原则 应选用节能型的油浸及干式变压器。 独立式变电所，可选用油浸式变压器，安装在一层。,2020/7/21,107,2020/7/21,108,2020/7/21,109,在一二类高低层主体建筑内变压器应选用干式变压器，若与低压

27、配电盘并列安装时，应选用箱型干式变压器。 非一类建筑，当变压器附设在外墙时，可安装油浸式变压器，但容量不能超过400KVA。,2020/7/21,110,（二）台数的选择 据负荷性质 一、二级负荷，宜选用两台。二级负荷（无一级负荷时，也可采用一台，但在低压侧应与其它备用电源联络。 考虑经济运行 季节负荷较大时，可装二台 以上的变压器。 考虑负荷大小 考虑负荷的发展,2020/7/21,111,（三）容量的选择 (1)单台变压器 变压器最佳负荷率，一般为 70%80%。 补偿后的平均功率因数。,2020/7/21,112,(2)两台变压器 任一台变压器单独运行时，应满足一二级负荷的需要。,202

28、0/7/21,113,(3)容量上限 建筑物内，干式变压器不宜超过2000KVA。 二层楼以上的干式变压器其容量不宜大于630KVA 居民小区变电所的配电变压器单台不宜超过630KVA。,2020/7/21,114,（四）组台式变电所 组合式变电站又称成套变电站或箱式变电站。 2.组成 高压开关柜、电力变压器、低压开关柜等组合为一个整体的接线方式。,2020/7/21,115,2.特点 运行安全可靠， 占地面积比较小， 便于维修，安装速度快， 深入到建筑的负荷中心， 便于形成环网式供电等,2020/7/21,116,YBM29A小型化预装式变电站,2020/7/21,117,四、电力变压器的并

29、列运行条件 两台或多台变压器并列运行时，必须满足的三个基本条件： 1. 所以并列变压器的额定一次电压和二次电压必须对应相等（即：变压器的电压比必须相同） 2 .所有并列变压器的阻抗电压（即 短路电压）必须相等 3.所有并列变压器的连接组别必须相同,2020/7/21,118,第六节 电流互感器和电压互感器,一 概述 电流、电压互感器称为仪用变压器，其主要作用是： 使仪表、继电器与电路绝缘。 扩大仪表、继电器的使用范围。,2020/7/21,119,二、电流互感器 （一）基本结构原理和结线方案 一次绕组匝数少导体材料粗而二次绕组匝数多导体材料较细的升压变压器 接线方案 1.一相式接线 适用于负荷

30、平衡的三相线路，供测量电流或接过负荷保护装置。 2.两相V形 适用于中性点不接地的三相三线制线路。供测量三相电流和电能，并可接过电流保护装置。,2020/7/21,120,3.两相电流差接线 适用于中性点不接地的三相三线制线路。供接过电流保护装置之用。 4.三相Y形接线 适用于三相四线制及中性点直接接地的三相三线制线路，供测量及保护用。,2020/7/21,121,2020/7/21,122,2020/7/21,123,2020/7/21,124,（二）类型 1.按一次绕组分 单匝式、多匝式。 2.按用途分 测量用：准确度0.1,0.2,0.5,1,3,5。 保护用：3P，5P，10P。,20

31、20/7/21,125,3.按电压分 高压：多制成两个铁芯、二个二次绕组，分别接仪表、继电器。 低压,2020/7/21,126,2020/7/21,127,（三）选择和校验 1.按装置地点的条件和额定电压，一次电流、二次电流 （5A，准确级等选择。 2.注意电流互感器准确级与二次负荷容量有关，即二次负荷S2不得大于准确级对应的额定二次负荷S2N。,2020/7/21,128,3.动热稳定校验,2020/7/21,129,（四）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，注意其端子的极性。,2020/7/21,130

32、,三 电压互感器 （一）基本结构原理和结线方案 一次绕组匝数很多，而二次绕组匝数很少，相当于降压变压器。 接线方案 1.一个单相电压互感器接成V/V形 适用于电压对称的三相线路，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 适用于三相三线制线路，供仪表、继电器接于各个线电压，广泛用于高压系统中，作为电压、电能测量。,2020/7/21,131,两个单相电压互感器接成V/V形,2020/7/21,132,3.三个单相电压互感器接成Y0/Y0形 适用于三相三线制和三相四线制，可供接要求线电压的仪表、继电器，并可供接要求相电压的绝缘监察电压表。 4. 三个单相三绕组电压互感器或

33、一个三相五芯柱三绕组电压互感器接成Y0/Y0/（开口三角形。,2020/7/21,133,三个单相电压互感器接成Y0/Y0形,2020/7/21,134,Y0/Y0/,2020/7/21,135,（二）类型和型号 广泛采用环氧树脂浇注绝缘的干式互感器。 例：JDZJ10为单相三绕组环氧树脂浇注绝缘电压互感器。,2020/7/21,136,2020/7/21,137,2020/7/21,138,（三）选择及校验 1.按装置地点的条件和一次电压、二次电压 （100V、准确级等选择。 2.有熔断器保护，不需校验短路电流的稳定度。 3.准确级与二次负荷的容量有关。,2020/7/21,139,（四）使用注意事项 1.电压互感器在工作时，其二次侧不得短路。 2.电压互感器的二次侧有一端必需接地。 3.电压互感器在连接时，也要注意其端子的极性。,2020/7/21,140,第七节 工厂变配电所的主电路图,一、概述 表示系统中的电能输送和分配线路的电路图，也可以成为主结线图，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。,2020/7/21,141,对工厂变配电