电力工程基础课件 孙丽华 第二版 第5章

河北科技大学电气信息学院 2 2020 4 6 第5章变电所的一次系统 5 1电气设备概述5 2高低压开关电器5 3高低压保护电器和限流电器5 4电力变压器5 5互感器5 6高低压成套配电装置5 7电气主接线5 8电气设备的选择5 9变电所的总体布置 河北科技大学电气信息学院 3 2020 4 6 5 1电气设备概述 一次系统 一次回路 二次系统 二次回路 担负电能的输送和分配任务的系统 对一次系统进行监视 控制 测量和保护作用的系统 一次系统中的所有电气设备 称为一次设备 二次系统中的所有电气设备 称为二次设备 河北科技大学电气信息学院 4 2020 4 6 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 如熔路器 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 河北科技大学电气信息学院 5 2020 4 6 一 开关电器的灭弧原理 1 电弧的产生 是触头间中性质点被游离的结果 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 5 2高低压开关电器 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 河北科技大学电气信息学院 6 2020 4 6 去游离的主要方式有 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 交流电弧的特性与熄灭 交流电弧的特性 图5 1交流电弧的伏安特性及电弧电流 电压波形a 伏安特性b 电流 电压波形图 河北科技大学电气信息学院 7 2020 4 6 如果暂态恢复电压高于弧隙介质强度 将发生弧隙击穿 电弧将会重燃 称为电击穿 如果暂态恢复电压低于弧隙介质强度 电弧就不会重燃 电路开断成功 交流电弧过零后 弧隙中同时存在着两个对立的过程 交流电弧的熄灭 弧隙介质强度的恢复过程 弧隙的绝缘能力由熄弧后的较低值逐渐向正常值恢复的过程 取决于灭弧介质和灭弧装置的结构 弧隙电压的恢复过程 弧隙电压从熄弧电压经电磁振荡逐渐恢复到电源电压的过程 取决于电路参数和负荷性质 河北科技大学电气信息学院 8 2020 4 6 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 图5 2 图5 2吹弧方式a 横吹b 纵吹1 电弧2 触头 河北科技大学电气信息学院 9 2020 4 6 长弧切短灭弧法 图5 3 粗弧分细灭弧法 狭缝灭弧法 图5 4 采用多断口灭弧 采用新型介质 SF6 真空 灭弧 图5 3长弧切短灭弧原理 图5 4狭缝灭弧原理 河北科技大学电气信息学院 10 2020 4 6 二 高压断路器 1 高压断路器的用途和基本结构 2 对高压断路器的基本要求 绝缘应安全可靠 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 用途 不仅能通断正常负荷电流 而且能通断一定的短路电流 并能在保护装置作用下自动跳闸 切除短路故障 结构 开断元件 支撑元件 传动元件 基座及操动机构结构特点 具有相当完善的灭弧结构 河北科技大学电气信息学院 11 2020 4 6 3 高压断路器的类型 油断路器 图5 5SN10 10型高压少油断路器 图5 5是SN10 10型少油断路器的外形结构图 少油断路器优点 用油量少 体积小 重量轻 节约油和钢材 占地面积小 用于6 35kV配电装置中 多油断路器 油既作为灭弧介质 又作绝缘介质少油断路器 油只作为灭弧介质 河北科技大学电气信息学院 12 2020 4 6 六氟化硫 SF6 断路器 按灭弧室结构分 双压式和单压式 按对地绝缘方式分 落地罐式和瓷柱式 图5 6为LW36 126型SF6断路器的外形结构 其它型号的外形结构 图5 6LW36 126型SF6断路器 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 河北科技大学电气信息学院 13 2020 4 6 真空断路器 利用真空作为灭弧介质和绝缘介质的 其触头装在真空灭弧室内 图5 7为真空断路器灭弧室的结构 图5 7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 河北科技大学电气信息学院 14 2020 4 6 引进技术并国产化的产品 如ZN12 12 ZN18 12 ZN21 12 ZN67 12分别是引进西门子3AF 日本东芝公司VK 比利时EIB公司产品和日本三菱电机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和西门子的3AH 自行设计的产品 如ZN15 12 ZN28 12 ZN30 12等 国内生产的真空断路器归纳起来大致可分为三类 图5 8和图5 9分别为ZN28A 12型户内式和ZW32 12型户外式真空断路器的外形结构 其它型号的外形结构 河北科技大学电气信息学院 15 2020 4 6 图5 11ZN28A 12型真空断路器 图5 12ZW32 12型户外高压真空断路 优点 体积小 重量轻 动作快 寿命长 操作噪声小 安全可靠 便于维护 缺点 价格较贵 河北科技大学电气信息学院 16 2020 4 6 高压断路器的型号 河北科技大学电气信息学院 17 2020 4 6 4 断路器的操作机构 说明 断路器合闸时 操作机构必须克服断路器开断弹簧的阻力和可动部分的重量及摩擦阻力等 所以合闸操作需做的功很大 断路器跳闸时 只要将维持机构的脱扣器释放打开 在跳闸弹簧的作用下可迅速跳闸 所以跳闸操作所需做的功很小 手动式 CS型 直流电磁式 CD型 弹簧储能式 CT型 操作机构是指用以进行断路器合闸 保持合闸位置和跳闸的设备 每种操作机构均包括合闸机构 跳闸机构和维持机构三部分 能手动跳 合闸和远距离跳闸 不能远距离合闸 操作电源为交流 能手动和远距离跳合闸 便于实现自动化 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 且合闸功率大 能手动和远距离跳合闸 结构复杂 零件数量多 且要求加工精度高 制造工艺复杂 成本高 但可用交流操作电源 还可实现一次重合闸 河北科技大学电气信息学院 18 2020 4 6 5 高压断路器的基本参数 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 河北科技大学电气信息学院 19 2020 4 6 热稳定电流Its 表征断路器承受短路电流热效应的能力 动稳定电流imax 表征断路器承受短路电流力效应的能力 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部分 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 到主触头刚分离的一段时间 燃弧时间 指从主触头分离到三相电弧完全熄灭的一段时间 河北科技大学电气信息学院 20 2020 4 6 三 高压隔离开关 俗称刀闸 1 隔离开关的用途 结构特点 没有灭弧装置 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 保证检修人员的安全 倒闸操作 合闸时 先合上隔离开关 后合上断路器 跳闸时 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 如电压互感器 避雷器 空载母线 励磁电流不超过2A的空载变压器 电容电流不超过5A的空载线路等 河北科技大学电气信息学院 21 2020 4 6 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 按刀闸的运行方式分 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 河北科技大学电气信息学院 22 2020 4 6 户内式隔离开关 图5 10为GN8 10型户内隔离开关的外形结构 图5 10GN8 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 河北科技大学电气信息学院 23 2020 4 6 户外式隔离开关 图5 11为GW4 110型双柱式户外隔离开关的外形结构 图5 11GW4 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 河北科技大学电气信息学院 24 2020 4 6 图5 12为GW5 110D型V形户外隔离开关的外形结构 图5 12GW5 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 河北科技大学电气信息学院 25 2020 4 6 隔离开关的操作机构 手动式 电动式和气动式 隔离开关的型号 河北科技大学电气信息学院 26 2020 4 6 四 高压负荷开关 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 有明显的断开点 具有隔离开关的作用 负荷开关的分类 按安装地点分 户内式和户外式 按灭弧介质不同分 压气式 产气式 真空式 SF6负荷开关 河北科技大学电气信息学院 27 2020 4 6 负荷开关的型号 河北科技大学电气信息学院 28 2020 4 6 图5 13和图5 14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5 13ZFN 10型高压真空负荷开关 图5 14ZFN 10R型高压真空负荷开关 其它真空负荷开关的外形结构如图所示 河北科技大学电气信息学院 29 2020 4 6 五 低压开关 1 低压刀开关 按极数分 有单极 双极和三极三种 按用途分 有单投和双投两种 按操作方式分 直接手柄操作和连杆操作两种 按灭弧结构分 有不带灭弧罩和带灭弧罩两种 低压刀开关的分类 说明 不带灭弧罩的刀开关只能在无负荷下操作 可作低压隔离开关使用 带灭弧罩的刀开关能通断一定的负荷电流 河北科技大学电气信息学院 30 2020 4 6 图5 15为HD13型刀开关的外形结构 低压刀开关的型号 河北科技大学电气信息学院 31 2020 4 6 图5 15HD13型刀开关1 上接线端子2 钢栅片灭弧罩3 闸刀4 底座5 下接线端子6 主轴7 静触头8 连杆9 操作手柄 河北科技大学电气信息学院 32 2020 4 6 2 低压刀熔开关 HR系列刀熔开关是将HD型刀开关的闸刀换以具有刀形触头的RT型熔断器的熔管 具有刀开关和熔断器双重功能 刀熔开关的型号 河北科技大学电气信息学院 33 2020 4 6 3 低压负荷开关 由低压刀开关与低压熔断器串联组合而成 具有带灭弧罩的刀开关和熔断器的双重功能 既可以带负荷操作 又能进行短路保护 常用的低压负荷开关有HH和HK两种系列 HH系列 为封闭式负荷开关 外装铁壳 俗称铁壳开关 HK系列 为开启式负荷开关 外装胶盖 俗称胶壳开关 河北科技大学电气信息学院 34 2020 4 6 六 低压断路器 低压自动开关或空气开关 功能 既能带负荷通断电路 又能在线路发生短路 过负荷 低电压 或失压 等故障时自动跳闸 1 低压断路器的工作原理 过流脱扣器 用于短路或过负荷保护 失压 欠压 脱扣器 用于失电压或欠电压保护 图5 16低压断路器的动作原理图1 主触头2 跳钩3 锁扣4 分励脱扣器5 失压脱扣器6 过流脱扣器7 热脱扣器8 加热电阻9 10 脱扣按钮 河北科技大学电气信息学院 35 2020 4 6 2 低压断路器的分类 按灭弧介质分 有空气断路器和真空断路器等 按操作方式分 有手动操作 电磁铁操作和电动机储能操作 按用途分 有 电动机保护用 照明用和漏电保护用等 热脱扣器 用于线路或设备长时间过负荷保护 分励脱扣器 用于远距离跳闸 河北科技大学电气信息学院 36 2020 4 6 两段式 瞬时和长延时 三段式 瞬时 短延时和长延时 图5 17低压断路器的保护特性a 两段式保护特性b 三段式保护特性 河北科技大学电气信息学院 37 2020 4 6 低压断路器的型号 又称装置式自动开关 其全部机构和导电部分均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 如图5 18所示 塑料外壳式低压断路器 DZ系列 河北科技大学电气信息学院 38 2020 4 6 图5 18装置式低压断路器 操作手柄有三个位置 合闸位置 手柄扳向上方 跳钩被锁扣扣住 自由脱扣位置 手柄位于中间位置 主触头断开 跳钩被释放 脱扣 分闸和再扣位置 手柄扳向下方 主触头断开 跳钩又被锁扣扣住 再扣 操作 特点 采用钢灭弧栅 脱扣器的脱扣速度快 整个断路时间不超过一个周期 0 02s 且断流能力也较大 河北科技大学电气信息学院 39 2020 4 6 又称框架式自动开关 它无外壳 其全部机构和导电部分敞开地装设在塑料的或金属的框架上 由于它的保护方案和操作方式较多 装设地点也很灵活 故称 万能式 或 框架式 图5 19和图5 20分别为DW15和CW1系列低压断路器的外形结构图 万能式低压断路器 特点 合闸操作方式较多 可手柄操作 杠杆操作 电磁铁操作和电动机操作 采用钢灭弧栅 灭弧断流能力较强 但由于操作机构的影响 动作稍慢 断路时间在一个周期 0 02s 以上 河北科技大学电气信息学院 40 2020 4 6 图5 19DW15型低压断路器1 操作手柄2 自由脱扣机构3 失压脱扣器4 过流脱扣器电流调节螺母5 过流脱扣器6 辅助触点 联锁触点 7 钢栅片灭弧罩 河北科技大学电气信息学院 41 2020 4 6 图5 20CW1系列智能型万能式低压断路器 河北科技大学电气信息学院 42 2020 4 6 5 3高低压保护电器和限流电器 一 熔断器 功能 对电路及其设备进行短路或过负荷保护 高压熔断器的型号 一 高压熔断器 河北科技大学电气信息学院 43 2020 4 6 1 户内式熔断器 户内式熔断器常用型号有RN1和RN2两种 两者的外形结构如图5 21所示 其熔管的内部结构如图5 22所示 图5 21RN1 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5 22RN1 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 河北科技大学电气信息学院 44 2020 4 6 特点 灭弧能力很强 灭弧速度很快 能在短路电流未达到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5 23为RW4型的外形结构 特点 灭弧能力不强 灭弧速度不高 不能在短路电流达到冲击值以前熄灭电弧 属于 非限流 式熔断器 河北科技大学电气信息学院 45 2020 4 6 图5 23RW4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 河北科技大学电气信息学院 46 2020 4 6 二 低压熔断器 低压熔断器有瓷插式 RC型 螺旋式 RL型 无填料密闭管式 RM型 有填料密闭管式 RT型 等 低压熔断器的型号 河北科技大学电气信息学院 47 2020 4 6 1 RM10型密闭管式熔断器 图5 24为RM10型熔断器的结构图 熔体采用变截面的锌熔片以改善熔断器的保护性能 特点 结构简单 更换熔体方便 运行安全可靠 但灭弧能力较差 不能在短路电流达到冲击值以前熄灭电弧 属于 非限流 式熔断器 图5 24RM10型低压熔断器1 铜帽2 管夹3 纤维熔管4 触刀5 变截面锌熔片 河北科技大学电气信息学院 48 2020 4 6 2 RT0型有填料管式熔断器 它的栅状铜熔体具有引燃栅 熔体具有变截面小孔和 锡桥 熔管内有石英砂填料 因此灭弧能力很强 有 限流 作用 特点 保护性能好 断流能力大 但熔体为不可拆式 熔断后整个熔断器报废 不够经济 图5 25为RT0型熔断器的结构图 3 RZ1型自复式熔断器 RZ1型自复式熔断器的结构如图5 26所示 它采用金属钠作熔体 河北科技大学电气信息学院 49 2020 4 6 图5 25RT0型低压熔断器a 熔体b 熔管c 熔断器d 操作手柄1 栅状铜熔体2 触刀3 瓷熔管4 熔断器指示5 端面盖板6 弹性触座7 瓷底座8 接线端子9 扣眼10 绝缘拉手手柄 河北科技大学电气信息学院 50 2020 4 6 特点 既能切断短路电流 又能自动恢复供电 缩短了停电时间 二 避雷器 避雷器是一种用来限制雷电过电压的保护电器 它可防止雷电过电压沿线路侵入变配电所或其它建筑物内 危害电气设备绝缘 图5 26RZ1型自复式熔断器1 接线端子2 云母玻璃3 氧化瓷管4 不锈钢外壳5 钠熔体6 氩气7 接线端子 避雷器应与被保护物并联 装在被保护物的电源侧 如图5 27所示 河北科技大学电气信息学院 51 2020 4 6 1 保护间隙 角型避雷器 由两个圆钢型电极组成 其中一个电极接线路 另一个电极接地 主要用于室外且负荷不重要的线路上 2 管型避雷器 排气式避雷器 由外部间隙s1 内部间隙s2和产气管组成 其结构原理如图5 28所示 图5 27避雷器保护原理图 图5 28管型避雷器的结构原理图1 产气管2 棒形电极3 环形电极4 螺母s1 外部间隙s2 内部间隙 河北科技大学电气信息学院 52 2020 4 6 管型避雷器的型号 3 阀型避雷器 阀型避雷器由火花间隙和阀片组成 如图5 29所示 用金刚砂 SiC 颗粒和结合剂在一定温度下烧结而成的非线性电阻元件 它的阻值随通过电流的大小而变化 当通过电流较大时 电阻值很小 当通过电流较小时 电阻值很大 阀型避雷器象一个阀门 对雷电流 阀门打开使其泄入大地 对工频续流 阀门关闭 迅速切断电路 河北科技大学电气信息学院 53 2020 4 6 图5 29阀型避雷器的结构原理图 阀型避雷器的型号 4 金属氧化物避雷器 压敏避雷器 它没有火花间隙 只有压敏电阻片 以氧化锌为主要材料 具有良好的非线性特性 优点 通断容量大 残压低 动作迅速 可靠性高 维护简单 对大气过电压和雷电过电压都能起到很好的保护作用 河北科技大学电气信息学院 54 2020 4 6 金属氧化物避雷器的型号 三 限流电抗器 作用 限制短路电流 河北科技大学电气信息学院 55 2020 4 6 电抗器的基本参数 额定电抗百分数 它等于在电抗器中流过额定电流时的感抗压降占其额定电压的百分数 即 电抗器的布置方式 三相垂直布置 品字型布置和三相水平布置 如图5 30所示 Why 图5 30电抗器的布置方式a 垂直布置b 品字型布置c 水平布置 注意 电抗器垂直布置时 B相应放在A C相中间 品字型布置时 不应将A C相重迭在一起 河北科技大学电气信息学院 56 2020 4 6 5 4电力变压器 一 电力变压器的常用类型及联结组别 1 电力变压器的常用类型 按用途分 有升压和降压变压器 按相数分 有单相和三相变压器 按绕组材料分 有铜绕组和铝绕组变压器 按绕组型式分 有双绕组 三绕组和自耦变压器 按调压方式分 有无载调压和有载调压变压器 按绕组绝缘和冷却方式分 有油浸式 干式 环氧树脂浇注绝缘 和充气式 SF6气体 变压器 按容量系列分 有R8系列和R10系列 河北科技大学电气信息学院 57 2020 4 6 电力变压器的型号 图5 31和图5 32分别为三相油浸式电力变压器和的三相干式变压器外形结构 河北科技大学电气信息学院 58 2020 4 6 图5 32三相干式变压器 图5 31油浸式电力变压器1 信号温度计2 铭牌3 吸湿器4 油枕 储油柜 5 油位指示器 油标 6 防爆管7 瓦斯继电器8 高压套管9 低压套管10 分接开关11 油箱12 铁芯13 绕组及绝缘14 放油阀15 小车16 接地端子 河北科技大学电气信息学院 59 2020 4 6 2 电力变压器的联结组别 双绕组电力变压器采用以下三种联结组别 YN d11接线 用于高压侧为110kV及以上的大电流接地系统中的变压器 Y d11接线 用于高压侧为35 60kV 低压侧为6 10kV的输配电系统 其低压侧采用三角形接法可以改善电网的电压波形 从而使三次谐波电流只能在三角形绕组内形成环流 不致于传输到用户和供电线路中去 Y yn0接线 用于高压侧为6 10kV 低压侧为380 220V的配电变压器 其低压侧引出中性线 构成三相四线制供电 河北科技大学电气信息学院 60 2020 4 6 近年来 D yn11接线的配电变压器已在被逐步推广和应用 它有以下优点 规程规定 Y yn0接线的变压器中性线电流不得超过二次绕组额定电流的25 而D yn11接线变压器中性线电流不得超过二次绕组额定电流的75 D yn11接线变压器能有效地抑制3的整数倍高次谐波电流的影响 D yn11接线变压器较Y yn0接线变压器更有利于低压侧单相接地短路故障的切除 Dyn11接线变压器承受单相不平衡负荷的能力远比Y yn0接线的变压器大 河北科技大学电气信息学院 61 2020 4 6 二 电力变压器的过负荷能力 1 变压器的额定容量和实际容量 变压器的额定容量 是指在规定的环境温度下 在规定的使用年限 一般为20年 内 室外安装时 所能连续输出的最大视在功率 最高气温 40 最高日平均气温 30 最高年平均气温 20 如果变压器安装地点的年平均气温20 则每升高1 变压器的容量就要减少1 则变压器的实际容量为 室外变压器 室内变压器 河北科技大学电气信息学院 62 2020 4 6 2 变压器的正常过负荷 油浸式变压器的允许过负荷包括以下两部分 由于昼夜负荷不均匀而考虑的变压器过负荷 可由变压器的日负荷系数和最大负荷持续时间t在图5 33所示曲线上确定允许过负荷倍数 由于夏季 6 7 8三个月 欠负荷而在冬季 12 1 2三个月 考虑的变压器过负荷 图5 33油浸式变压器允许过负荷曲线图 河北科技大学电气信息学院 63 2020 4 6 当夏季平均日负荷曲线中的最大负荷Sm低于变压器的实际容量ST时 则每低1 可在冬季过负荷1 但最高不得超过15 即其允许过负荷倍数为 1 15 则变压器总的过负荷倍数为 对室内变压器 1 2 对室外变压器 1 3 因此 变压器在冬季的正常过负荷能力为 1 2 1 3 ST 河北科技大学电气信息学院 64 2020 4 6 3 变压器的事故过负荷 是指并联运行的变压器组中一台变压器退出运行 另一台变压器所承受的过负荷 变压器事故过负荷的运行时间不得超过表5 1所规定的时间 表5 1电力变压器事故过负荷运行的允许时间 运行规程规定 变压器在事故下一台运行时 如果油浸式变压器的日负荷率 0 75 变压器可以连续6h过负荷40 但过负荷的天数不能超过5天 河北科技大学电气信息学院 65 2020 4 6 三 变电所主变压器台数和容量的选择 1 变压器台数的选择原则 总降压变电所主变压器台数的选择 为保证供电可靠性 一般应装两台主变压器 若只有一条电源进线 或变电所可由低压侧电网取得备用电源时 可装一台主变压器 若绝大部分负荷为三级负荷 其少量的二级负荷可由邻近低压电力网取得备用电源时 可装一台主变压器 河北科技大学电气信息学院 66 2020 4 6 车间变电所变压器台数的选择 对有大量一 二级负荷的变电所 应满足电力负荷对供电可靠性的要求 应采用两台变压器 对只有二级负荷而无一级负荷的变电所 且能从邻近车间变电所取得低压备用电源时 可采用一台变压器 对季节性负荷或昼夜负荷变化较大时 应使变压器在经济状态下运行 可用两台变压器供电 除上述情况外 车间变电所可采用一台变压器 河北科技大学电气信息学院 67 2020 4 6 2 变压器容量的选择原则 装有一台变压器的变电所 主变压器的容量应满足全部用电设备总计负荷的需要 即ST S30 装有两台变压器的变电所 每台变压器的容量应同时满足以下两个条件 车间变电所变压器容量的上限值 一般不宜大于1250kVA 任一台变压器单独运行 应满足总计负荷S30大约70 的需要 即ST 0 7S30 任一台变压器单独运行 应满足全部一 二级负荷的需要 即ST 河北科技大学电气信息学院 68 2020 4 6 5 5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 1 电流互感器的工作原理 一次绕组 匝数很少 导线很粗 串联一次回路中 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 河北科技大学电气信息学院 69 2020 4 6 电流互感器的一次电流I1与二次电流I2之间的关系为 式中 Ki为电流互感器的变流比 2 电流互感器的误差 电流互感器的简化等值电路和相量图如图5 35所示 图5 34电流互感器原理接线图 河北科技大学电气信息学院 70 2020 4 6 根据磁势平衡原理可知 由相量图可知 与不仅在数值上不相等 而且相位也不相同 即出现了电流误差和相位误差 图5 35电流互感器的等值电路和相量图a 等效电路b 相量图 河北科技大学电气信息学院 71 2020 4 6 电流误差fi 又称比值差 是二次电流乘以额定变流比Ki与一次电流数值差的百分数 即 相位误差 又称角差 是与的相角差 并规定若超前于 为正值 反之为负值 由于很小 由图5 35可得 河北科技大学电气信息学院 72 2020 4 6 复合误差 在稳态情况下 电流互感器二次电流瞬时值乘以额定变比后与一次电流瞬时值之差的有效值占一次电流有效值的百分数 即 电流互感器的误差与下列因素有关 与励磁安匝大小有关 励磁安匝加大时 误差加大 一次电流大小有关 在额定值范围内 一次电流增大时 误差减小 当一次电流在额定值附近时 误差最小 与二次负荷阻抗大小有关 二次负荷阻抗加大时 误差加大 河北科技大学电气信息学院 73 2020 4 6 3 电流互感器的准确度等级和额定容量 与二次负荷的功率因数有关 功率因数减小时 电流误差将加大 而相位误差相对减小 电流互感器的准确度等级 根据测量误差的大小 电流互感器可分为0 2 0 5 1 3 5P 10P等级 表5 2 5 3 电流互感器的额定容量 指电流互感器在额定二次电流和额定二次阻抗下运行时 二次绕组输出的容量 即 注意 同一台电流互感器使用在不同的准确度等级时 其额定容量也不同 河北科技大学电气信息学院 74 2020 4 6 电流互感器的10 误差曲线 电流互感器的10 误差曲线 是指电流互感器的误差为10 时 一次电流倍数与二次负荷阻抗最大允许值的关系曲线 如图5 36所示 保护用电流互感器要求其复合误差限值为10 因此应按10 误差曲线进行校验 图5 36电流互感器的10 误差曲线 河北科技大学电气信息学院 75 2020 4 6 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 4 电流互感器的类型 河北科技大学电气信息学院 76 2020 4 6 电流互感器的型号 河北科技大学电气信息学院 77 2020 4 6 图5 37LQJ 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5 37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 河北科技大学电气信息学院 78 2020 4 6 图5 40LMZJ1 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 LMZJ1 0 5型电流互感器 其外形结构如图5 38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 河北科技大学电气信息学院 79 2020 4 6 LCWD1 35型电流互感器 其外形结构如图5 39所示 为链式 瓷绝缘 户外用电流互感器 主要用于35kV的电力系统中 供电流 电能测量和继电保护用 图5 39LCWD1 35型电流互感器 5 电流互感器的极性与接线方式 电流互感器的极性 采用 减极性 原则 减极性 在一次绕组和二次绕组的同极性端 同名端 同时加入某一同相位电流时 两个绕组产生的磁通在铁心中同方向 通常 一次绕组的出线端子标为L1和L2 二次绕组的出线端子标为K1和K2 其中L1和K1为同名端 L2和K2为同名端 如果一次电流从极性端流入时 则二次电流应从同极性端流出 河北科技大学电气信息学院 80 2020 4 6 电流互感器的接线方式 图5 40电流互感器的接线方式a 一相式接线b 两相不完全星形接线c 两相电流差接线d 三相完全星形接线 一相式接线 用于负荷平衡的三相电路中 两相不完全星形接线 用于中性点不接地的三相三线制系统中 两相电流差接线 用于中性点不接地的三相三线制系统中 三相完全星形接线 用于三相四线制或三相三线制系统中 又叫两相V形接线 河北科技大学电气信息学院 81 2020 4 6 三 电压互感器 1 电压互感器的工作原理 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 式中 Ku为电压互感器的变压比 5 电流互感器的使用注意事项 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 图5 41电压互感器的原理接线图 河北科技大学电气信息学院 82 2020 4 6 2 电压互感器的误差 电压互感器的等效电路和相量图如图5 42所示 图5 42电压互感器的等值电路和相量图a 等效电路b 相量图 河北科技大学电气信息学院 83 2020 4 6 由相量图可知 与不仅在数值上不相等 而且相位也不相同 即出现了电压误差和相位误差 电压误差fu 又称比值差 是二次电压乘以额定变压比Ku与一次电压数值差的百分数 即 相位误差 又称角差 是与的相角差 并规定若超前于 为正值 反之为负值 河北科技大学电气信息学院 84 2020 4 6 电压互感器的误差包括以下两部分 空载误差 由引起的误差 其数值大小主要取决于铁心材料和制造工艺的优劣 负载误差 由引起的误差 其数值大小与二次侧负荷大小和功率因数有关 3 电压互感器的准确度等级和额定容量 电流互感器的准确度等级 指在规定的一次电压和二次负荷变化范围内 负荷功率因数为额定值时 电压误差的最大值 0 2 0 5 1 3 3P 6P等级 表5 4 电流互感器的额定容量 指对应于最高准确度等级的容量 河北科技大学电气信息学院 85 2020 4 6 4 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 电压互感器的型号 河北科技大学电气信息学院 86 2020 4 6 图5 43为JDJ 10型电压互感器的外形结构 图5 43JDJ 10型电压互感器 JDJ型单相双绕组油浸式电压互感器 用于6 35kV电力系统中 供电压 电能 功率的测量和继电保护用 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 该系列电压互感器有两个二次绕组 一个接成星形 供测量和继电保护用 另一个接成开口三角形 用来监视线路的绝缘情况 JSJW型 河北科技大学电气信息学院 87 2020 4 6 图5 44JDZJ 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 JDZJ型单相三绕组环氧树脂浇注绝缘绝缘电压互感器 用于小电流接地系统中的电压 电能测量和绝缘监视 额定电压为 采用Y0 Y0 开口三角形 接线 图5 44为JDZJ 10型电压互感器的外形结构 河北科技大学电气信息学院 88 2020 4 6 5 电压互感器的极性与接线方式 电压互感器的极性 采用 减极性 原则 通常 单相电压互感器一次绕组的出线端子标为A和X 二次绕组的出线端子标为a和x 其中A和a为同名端 X和x为同名端 如果一次电压的方向由A指向X 则二次电压的方向由a指向x 电压互感器的接线方式 见图5 51 单相式接线 见图5 51a 可测量一个线电压 V V形接线 见图5 51b 可测量三个线电压 河北科技大学电气信息学院 89 2020 4 6 6 电压互感器的使用注意事项 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 Y0 Y0形接线 见图5 51c 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5 51d 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 河北科技大学电气信息学院 90 2020 4 6 图5 51电压互感器的接线方式 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 河北科技大学电气信息学院 91 2020 4 6 5 6高低压成套配电装置 一 概述 成套配电装置是按一定的线路方案将有关一 二次设备组装而成的一种成套设备的产品 供供配电系统作控制 监测和保护之用 成套配电装置中安装有开关电器 监测仪表 保护和自动装置以及母线 绝缘子等 成套配电装置分为高压成套配电装置 即高压开关柜 低压成套配电装置 含配电屏 盘 柜 箱 和全封闭组合电器等 河北科技大学电气信息学院 92 2020 4 6 二 高压开关柜 高压开关柜的分类 按开关电器的安装方式分 有固定式和手车式 按开关柜隔室的结构分 有金属封闭铠装式 间隔式和箱式等 按断路器手车安装位置分 有落地式和中置式 按用途分 有馈线柜 电压互感器柜 避雷器柜 电能计量柜 高压电容器柜 高压环网柜等 河北科技大学电气信息学院 93 2020 4 6 高压开关柜的型号 河北科技大学电气信息学院 94 2020 4 6 高压开关柜的 五防 闭锁功能 1 固定式开关柜 防止误跳 误合断路器 防止带负荷分 合隔离开关 防止带电挂接地线 防止带地线合闸 防止误入带电间隔 指柜体内高压断路器等主要电气设备的安装位置固定 其特点是价格低 内部空间大 运行维护方便 固定式开关柜主要产品有GG 1A F 型 KGN型铠装式 XGN型箱式 HXGN型环网柜等 河北科技大学电气信息学院 95 2020 4 6 图5 46GG 1A F 型高压开关柜 2 手车式开关柜 指柜体内高压断路器等主要电气设备安装在可移动的手车上 其特点是灵活性好 检修安全 供电可靠性高 安装紧凑和占地面积小等优点 但价格较贵 手车式开关柜主要产品有JYN型间隔式和KYN型铠装式 图5 47为KYN28 12型金属铠装移开式开关柜的外形结构 河北科技大学电气信息学院 96 2020 4 6 图5 47KYN28 12铠装移开式开关柜 三 低压成套配电装置 1 低压配电屏 低压配电屏的分类 按其结构型式分 有固定式和抽屉式两种 固定式低压配电屏有PGL型和GGD型 抽屉式低压配电屏有GCS型和GCK型 多米诺组合式低压开关柜 河北科技大学电气信息学院 97 2020 4 6 多米诺 DOMINO 开关柜的特点 柜内设有电缆通道 柜顶及柜底设有电缆进口 进出电缆安装方便 各回路采用间隔式布置 有故障时可互不影响 门上设有机械联锁或电气联锁 以保证安全 抽屉具有工作 试验 分离和抽出四个位置 且相同规格的抽屉具有互换性 具有自动排气的防爆功能 断流能力大 河北科技大学电气信息学院 98 2020 4 6 2 低压配电箱 种类 分为照明配电箱 动力配电箱 安装方式 靠墙式 悬挂式和嵌入式 四 全封闭组合电器 GIS 全封闭组合电器是将变电站中除变压器以外的一次设备 包括断路器 隔离开关 接地开关 电流互感器 电压互感器 避雷器 母线 出线套管和电缆终端等元件 按变电所主接线的要求 经优化设计有机地组合成一个整体 各元件的高压带电部位均封闭于接地的金属壳内 并充以SF6气体作为绝缘和灭弧介质 称之为SF6气体绝缘变电站 简称GIS GIS的优点 结构紧凑 不受外界环境的影响 运行可靠性高 检修周期长 河北科技大学电气信息学院 99 2020 4 6 5 7电气主接线 一 概述 电气主接线 又叫一次接线 是由各种开关电器 变压器 互感器 线路 电抗器 母线等按一定顺序连接而成的接受和分配电能的总电路 对主接线的基本要求是 安全 保证在进行任何切换操作时人身和设备的安全 可靠 应满足各级电力负荷对供电可靠性的要求 灵活 应能适应各种运行方式的操作和检修 维护需要 经济 在满足以上要求的前提下 主接线应力求简单 尽可能减少一次性投资和年运行费用 河北科技大学电气信息学院 100 2020 4 6 二 电气主接线的基本形式 1 线路 变压器单元接线 图5 48线路 变压器单元接线 高压侧仅设置负荷开关高压侧采用户外跌落式熔断器高压侧采用负荷开关与熔断器串联高压侧采用隔离开关与断路器串联 优点 接线简单 所用电气设备少 配电装置简单 节约投资 缺点 供电可靠性都不高 只可供三级负荷 河北科技大学电气信息学院 101 2020 4 6 2 单母线接线 优点 接线简单 使用设备少 操作方便 投资少 便于扩建 缺点 当母线及母线隔离开关故障或检修时 将造成整个配电装置停电 当检修一回路的断路器时 该回路要停电 因此 单母线接线的供电可靠性和灵活性均较差 只适用于容量小和用户对供电可靠性要求不高的场所 母线又称汇流排 用于汇集和分配电能 图5 49单母线接线 河北科技大学电气信息学院 102 2020 4 6 3 单母线分段接线 用隔离开关分段 运行的可靠性和灵活性较差 图5 50单母线分段接线 分段运行 正常情况下分段开关是打开的 并列运行 正常情况下分段开关是闭合的 单母线分段接线有两种运行方式 用断路器分段 运行的可靠性和灵活性都较大 优点 既保留了单母线接线的优点 又提高了供电的可靠性 缺点 某一回路断路器检修时 该回路要长时间停电 河北科技大学电气信息学院 103 2020 4 6 4 单母线带旁路母线接线 图5 51中 W2为旁路母线 QF2为旁路断路器 QS3 QS4 QS7 QS10 QS13为旁路隔离开关 图5 51单母线带旁路母线接线 优点 供电可靠性高 检修出线断路器时 不需停电 缺点 需增加一组母线 专用的旁路断路器和旁路隔离开关等设备 使配电装置复杂 投资增大 且隔离开关要用来操作 增加了误操作的可能性 河北科技大学电气信息学院 104 2020 4 6 5 双母线接线 双母线接线有两种运行方式 只有一组母线工作 正常运行时母联打开 两侧的隔离开关闭合 全部回路接在工作母线上 相当于单母线运行 两组母线同时工作 互为备用 正常运行时母联闭合 相当于单母线分段接线 图5 52双母线接线 河北科技大学电气信息学院 105 2020 4 6 双母线接线的优点 轮换检修母线而不致中断供电 检修任一回路的母线隔离开关时仅使该回路停电 工作母线发生故障时 经倒闸操作这一段停电时间后可迅速恢复供电 检修任一回路断路器时 可用母联断路器来代替 不致于使该回路的供电长期中断 双母线接线的缺点 在倒闸操作中隔离开关作为操作电器使用 易误操作 工作母线发生故障时会引起整个配电装置短时停电 使用的隔离开关数目多 配电装置结构复杂 占地面积较大 投资较高 河北科技大学电气信息学院 106 2020 4 6 6 桥形接线 图5 53桥形接线a 内桥b 外桥 内桥接线 桥断路器在线路断路器之内 外桥接线 桥断路器在线路断路器之外 内桥适用于电源进线线路较长而变压器又不需要经常切换的场所 外桥适用于电源进线线路较短而变压器需要经常切换的场所 河北科技大学电气信息学院 107 2020 4 6 桥形接线的优点 四个回路只有三个断路器 投资小 接线简单 供电的可靠性和灵活性较高 适用于向一 二类负荷供电 三 变电所主接线图设计原则与示例 一 总降压变电所主接线的设计原则 通常采用一次侧无母线 二次侧采用单母线接线 如图5 54所示 特点 接线简单经济 使用设备少 基建快 投资费用低 但供电可靠性不高 只能用于三类负荷 1 装有一台主变压器的总降压变电所 河北科技大学电气信息学院 108 2020 4 6 图5 54装有一台主变压器的总降压变电所主接线图 一次侧采用内桥或外桥接线 二次侧采用单母线分段接线 见图5 53 适用于具有两回电源进线和两台变压器的总降压变电所 2 装有两台主变压器的总降压变电所 特点 所用设备少 结构简单 占地面积小 供电可靠性高 可用于一 二类负荷 一 二次侧均采用单母线分段接线 图5 55 适用于具有两回及以上电源进线或一 二次侧进出线较多的总降压变电所 河北科技大学电气信息学院 109 2020 4 6 图5 55一 二次侧均采用单母线分段的总降压变电所主接线图 特点 供电可靠性高 运行灵活 但所用高压开关设备较多 投资较大 可用于一 二类负荷 一 二次侧均采用双母线接线 图5 56 适用于负荷容量大 进 出线回路多的发电厂或区域变电所 特点 供电可靠性高 运行灵活 但设备投资大 配电装置复杂 占地面积大 河北科技大学电气信息学院 110 2020 4 6 图5 56一 二次侧均采用双母线的总降压变电所主接线图 河北科技大学电气信息学院 111 2020 4 6 高压侧采用隔离开关与熔断器或户外跌落式熔断器串联高压侧采用负荷开关与熔断器串联高压侧采用隔离开关与断路器串联 二 车间变电所主接线的设计原则 1 装有一台变压器的小型变电所 图5 57 特点 接线简单经济 使用设备少 投资费用低 但供电可靠性不高 只适用于供电给三类负荷的车间变电所和小型工厂配电所 河北科技大学电气信息学院 112 2020 4 6 图5 57装有一台变压器的小型变电所主接线图a 高压侧采用隔离开关与熔断器或户外跌落式熔断器