水厂变配电系统

1、第一章水厂变配电系统第一节电力系统概念所谓电力系统，就是包括不同类型的发电机、配电装置、输配电线路、升压及降压变电所和用户，它们组成一个整体，对电能进行不间断的生产和分配。电力系统是具有多个电压层次的大系统。按照电压等级可以分成四个层次：1、220kv（llOkv）及以上的一次送电网；2、110kv35kv的二次送电网；3、10（6）kv的高压配电网；4、0.4kv的低压配电网。电力是供水企业的主要能源，每个水厂都有其与生产相适应的电力系统。在一般水厂中，电力系统不外分为三个部分，即变电、配电和用电。变电的主要任务是将来自某种电压层次的电源电压转变为生产上电气设备所适用的电压；配电的主要任务是

2、将转变后的电能分配到各生产现场以供应用；用电的主要任务是将电能可以控制地送给用电设备。三个部分都以导电材料，例如电线、电缆、母排连接起来组成一个系统，称之为水厂的电力系统。每个水厂都有这样一个电力系统，区别的则是复杂程度不同而已。第一节负荷分级供电部门的供电质量按照国家标准为电压、频率、可靠性。供电频率应为50赫，允许偏差为土0.5赫。35kv及以上的供电电压允许偏差不得超过电压的±10%，电压10kv及以下的高压供电和低压电力用户的电压变化不得超过额定电压的土7%，照明用电的电压变化不得超过额定电压的土5%或10%。可靠性则是用户供电质量的主要指标。它可根据用电负荷的性质和由于事故

3、停电在政治、经济上造成损失或影响的程度对用电设备提出不中断供电的要求，工业和非工业用户均可分为三级。工业用户的负荷分级为：1、一级负荷：突然停电将造成人身伤亡危险，或重大设备损坏事故，且长期难以修复，给经济带来不可弥补的重大损失者；2、二级负荷：突然停电将产生大量废品，大量原材料报废，大量减产，复杂的生产过程长期混乱，或发生重大人身、设备事故，给经济带来相当大的损失者；3、三级负荷：停电影响不大，所有不属一、二级的负荷。根据国家有关规定，凡属一、二类城市的主要供水水源、净（配）水厂、泵站供电应采用一级负荷；一、二类城市非主要的供水水源、净（配）水厂、泵站及三类城市的供水水源、净（配）水厂、泵站

4、的供电可采用二级负荷。这里所指的一类城市为首都、直辖市、特大城市、经济特区以及重点旅游城市；二类城市指省会城市、大城市、重要中等城市；三类城市指一般中等城市、小城市。第三节供电方式各级工业（或非工业）负荷的供电方式，应按照对供电可靠性的要求，允许停电的时间及用电单位的规模、性质和用电容量，并结合地区电网的供电条件，经过技术经济比较，全面地加以决定。一般原则如下：1、一级负荷的供电方式：应由两个独立电源供电，按照生产需要和允许停电时间，采用双电源自动或手动切换的接线；或采用双电源对多台一级用电设备分组同时供电的接线。水厂一般采用前一种方式。独立电源是指几个电源中，任何一个电源故障或停止供电时，不

5、影响其他电源继续供电。2、二级负荷的供电方式：一般由二回线路供电，当取得二回线路有困难时，允许由一回专用线路供电，要求不会长时间中断供电，而能迅速恢复供电。3、如用户有各种级别的负荷时，其备用电源的容量或供电能力的选择，应根据发生事故时，只保证一级负荷的用电设备来选择。水厂一般选择要求至少应有75%的供电能力。4、如向互为备用的生产机组或向几条并列的生产流水线送电时，对每条流水线应由一个变电所中的不同母线段来供电，同一生产流水线的各种用电设备应尽量由同一母线段供电。水厂为确保安全供水，一般都遵循这个原则，保证一路电流突然故障时挂在另一路电源上的机组和净水工艺继续生产。5、三级负荷：对供电电源无

6、特殊要求。第四节电气主接线按电气设备图形符号和文字来表示电气设备各个元件及其相互联系的工程图叫电气接线图，也称电路图。电路图一般分两种，一种表示电力输送和分配的接线图叫一次接线图，也叫主接线图，其中直接相联的电气设备就称一次设备；另一种表示控制、指示、监视、测量和保护一次设备运行的接线图，叫做二次接线图。一、桥式主接线III电源3DL电源i11DL2DL1II|3DL'1号2号':主变打1DL2DL图31图32变电所是接受电能，变压和配电的通路。桥式接线较多应用于水厂两路35kv及以上电源进线和两台走变压器的变电所。其主要特点是有一条横连跨接的“桥”。它可分为内桥式和外桥式两种

7、，分别如图31、32所示：内桥接线的跨接桥靠近变压器侧，桥断路器3DL装在线路断路器（1DL、2DL）之内；外桥接线的跨接桥靠近线路侧，桥断路器3DL装在变压器断路器（1DL、2DL）之外。内桥式接线运行方式，一般桥断路器在热备用状态（即断路器在分闸位置，两侧闸刀合上），一条线路供一台变压器，达到二个独立电源。桥断路器上装有备用电源切换装置（自动或手动切换），当任意一路电源停电时，对应的线路断路器跳闸，桥断路器合上。因此，另一路电源同时供两台主变压器，满足负荷的需要。外桥式主接线由于线路停电操作比内桥式复杂，并且桥断路器不能装备用电源自动切换装置，在主变压器容量允许的情况下，自投（自切）需在1

8、0kV（6kV）分段断路器上实现。因而，只有当电网要求两路电源之间经常需要通过断路器联络运行（并能操作）来转移动率的情况下，才考虑此种接线方式。二、母线制接线母线制接线是指洪和分配电能的一种接线方式。一般中小型水厂的主接线都比较简单，采用一路进线，经变压器后低压配电出线。低压配电母线则采用单母线制；这种一路进线和单母线制的接线，可靠性和灵活性均较低。在两路电源进线的条件下，可以采用单母线分段和双母线制两种接线方式，这在大中型水厂采用较多。单母线分段可采用如图33结线：通过分段开关（DL）搬运或自动切换，可以保证一路进线故障或检修时，另一路电源可继续供应两段母线上的负荷。当然，当一段线仍可工作，

9、但供电功率要降低许多。电源III段母线DLII段母线II分段开关II图33还有一种双母线制接线，如图34，这种结线的配电馈出线可在正副母线向选择，以调整主变乃至电源的负荷，有利于电网的运行灵活性；两条母线可以轮流停电维护检修，有利于提高供电可靠性。然而，这种结线由于操作较复杂，相对地增加了误操作的可靠性，所以水厂内部的变电所，如果没有特殊需要，一般不宜采用。电源III图34三、配电所接线由于电网联络的需要以及为了便于电缆等线路的分区配电，往往在一个符合比较集中的地方建一配电所，配电所没有变压器，因而没有降压作用。通过配电所可以将一条馈线分支为好几条出线向一个分区扩散配电，并且可实行分级保护，缩

10、小事故范围。因此，在好多情况下，以建配电所减少变电所中出线。大中型水厂亦一般均在靠近净水工序的负荷中心设若干个6kv或0.4kv的车间配电所。配电所接线亦可根据现场负荷的性质采用一回路进线单母线配电或双回路进线单母线分段的配电方式。第五节水厂主要电气装置一、变配电装置所谓变配电装置，是指用来接受、转换和分配电能的全部电气装置。一般包括变压器，高低压开关，继电保护和测量仪表，连接母线（或电缆）和其他辅助设备等。分户内和户外两种。户外变配电装置的一次设备全装在屋外，户内变配电装置的全部设备都装在屋内。采用户内变配电装置可以减少占地，减少尘埃污染，有利于运行维护，所以现在大中型水厂的变配电装置已大多

11、采用户内布置。当然也有部分大水厂的35kv变电站、小水厂的杆式变压器等还属于户外式。为了确保人身安全和设备安全，便利操作和维护，正确选择和合理安装各种变配电装置的导体和设备是十分重要的。变配电装置的布置亦要有一定的电气安全间距，适当的通道和遮拦，变配电所的建筑应保证“四防一通”，即防火、防汛、防雨雪、防小动物，并有良好的通风。户内变配电装置在户内变配电所内布置，一般可分隔为高压配电室、低压配电室、变压器室及电容器室、蓄电池室等，还有中央控制室。高压配电室负责电源的受电、量电、联络和馈电至变压器的高压侧；低压配电室负责把由主变转换过来的电能从主变低压侧受电后再分配给各个用电现场或设备；中央控制室

12、一般都放置信号屏、继保屏、计量屏、直流屏、所用交流屏等，负责整个变配电系统的测量、控制和监视保护等；电容器室放置油浸电力电容器以补偿全厂长功率因数的需要；蓄电池室放置开启式蓄电池组以作为变配电设备的控制、信号等备用电源。随着现代科学技术的进步，干式变压器和电容器，镉镍电池和免维护电池等新产品的出现，亦已可以不再单独设置房间布置。二、高压开关柜现在，大部分水厂10（6kv）乃至35kv的高压配电室都已采用成套高压开关柜布置。成套高压开关柜一般由固定式和手车式两种。手车式高压开关柜因其维护检修安全方便等优点正在逐步取代固定式。手车式高压开关柜由固定的本体和可以用滚轮移动的手车两部分组成，手车根据需

13、要可装断路器、电压互感器等一次设备；手车又可分为落地式和中置式两种，中置式的好处是对地坪要求不高，故正在被用户接受；整个柜可分为手车室、母线室、继保仪表室、电缆室四个部分。按照用途，高压成套开关柜内可装高压断路器、电流互感器、电压互感器、避雷器、高压熔断器等一次设备。这种成套配电装置有一定的防护等级，还有防止误操作的联锁装置，即所谓的“五防”闭锁功能：防止带负荷拉合隔离刀闸；防止误合误分断路器；防止带接地线合闸；防止有电挂接地线；防止误入带电间隔，因此可靠性、安全性、维护性均较高。按照变配电所一次接线，选用适当的开关柜，固定在预制的基础上，然后接通开关柜操作电源，连接供电电源，经检查和试验合格

14、后即可投入运行，安装维护很方便。大中型水厂高压开关柜。三、低压开关柜成套的低压开关柜如同高压开关柜一样，也有固定式和抽出式（抽屉式）两种。一次主元件可移出柜体的叫抽出式，其主元件可在一个柜体上根据容量大小分好几个单元（俗称抽屉）装入。因此结构紧凑，可以较小的空间容纳较多的功能，每一个抽屉均装有可靠的机械和电气联锁，能保证在运行、试验、分离三个位置的安全可靠。低压配电室的电源从变压器0.4kv侧引来，汇集在低压母线上，再经低压配电柜各条馈线送向现场用电，因此又叫动力配电中心，简称PC,相应的低压开关柜则称为动力配电柜，它的主元件一般是刀闸、熔断器和空气断路器等。另一种低压开关柜可用来控制电动机的

15、起动停止，它的主元件是交流接触器或可控的空气断路器等。由这一类元件组成的低压开关柜叫电动机控制中心，简称MCC柜。作为低压开关柜类，水厂还常用集中控制台，就地控制箱、辅助动力及照明配电箱之类。集中控制台在一般大中型水厂中用于某一车间某一工序的集中控制，台上装有控制按钮，信号灯及相关仪表等。就地控制箱则挂在用电设备就近地方，用于紧急控制用电设备。随着国内水厂自动化深层次的发展，集中控制台控制方式将会被PLC（可编程序控制器）所替代。第二章变压器第一节变压器的作用要把一定功率的交流电从电厂送到用电的地方，需要很长的输电线。如果使输电电压越高，则线路上电流就越小，这样输电线的截面可以减少，节省大量的

16、电线用量；线路电流小，线路上的电压降和功率损耗也可相应随之降低。因此采用高压输电是经济合理的。但是，电厂发电机发出的电压又不能太高，这主要受到发电机本身绝缘的限制，无论从其安全运行还是制造方面考虑，都是不允许由发电机直接产生很高的电压。因此在输电前，又必须用变压器把电压升高。在用电时，各类用电器具所需电压不一，大到几千伏、上万伏，小到几伏，因此使用前，又要用变压器把电压降低。变压器根据用途分类：1、电力变压器主要用于输电和配电系统；2、特殊电源用变压器如整流变压器，电焊变压器等；3、调压变压器用来调节电源电压高低；4、量测变压器如电流互感器，电压互感器；5、试验变压器产生高电压作为高压试验用；

17、6、控制变压器用于自动控制中小功率变压器等。二、根据结构分类：1、双绕组变压器；2、自耦变压器；3、三绕组变压器；4、多绕组变压器。三、根据相数分类：1、单相变压器；2、三相变压器；3、多相变压器。四、根据冷却条件分类：1、油浸式变压器绝大部分电力变压器，其铁心和绕组完全浸在变压器油里。这种变压器又分为：（1）油浸自冷式变压器，即靠自然通风循环冷却；（2）油浸吹冷式变压器，这种变压器在散热上装吹风机吹冷；（3）油浸强制油循环变压器，利用专门的设备，强迫变压器油加速循环，提高散热能力；2、干式变压器没有变压器油，用环氧树脂干封绕组，用空气或风机吹冷；3、充气式变压器变压器身放在一密封的铁箱内，箱

18、内充以特种气体（如SF6）。第二节变压器的原理及构造根据电流的磁效应，电流通过线圈就产生磁场，所以交流电通过线圈时就产生交变的磁场；根据电磁感应原理，磁场的变化就在导体上出现感应电势。所以，当变压器的原绕组接上交变电压时就有交变电流通过原绕组，这交变的电流在铁心中产生交变的磁场，由于铁心是闭合的，这交变磁场就分别在原副绕组产生感应电势。当副绕组与负载接通后，便有电流产生，于是输出电能。这就是变压器的工作原理。变压器主要有铁心和绕组两大部分构成及一些附件。铁心是组成变压器的主要部件之一，用来构成变压器的磁路，所谓磁路就是磁场产生的磁力线所经过的闭合路径。铁心由铁轭和铁柱两组成，绕组就套在铁柱上。

19、铁心一般有许多涂有绝缘漆的导磁性能好的薄硅钢片（厚度为0.350.5mm）叠成。目前正在开发应用性能更好的非晶态铁心。绕组是变压器的另一主要部件，用来构成变压器的电路，所谓电路就是电流通过的途径。同电源相连的绕组称为原绕组（或称初级绕组），同负载相连的绕组称为副绕组（或称次级绕组）。原副绕组都用导线（新工艺已有采用铜箔）绕成，虽然原副绕组在电路上相互分开，但二者都处在同一磁路上。通常电力变压器的低压绕组套在高压绕组里面，高低压绕组间都有绝缘材料分开，为了便于散热，还留有一定间隙作为油道，使变压器油能自由流通。下面简单介绍我们经常接触的三相油浸式电力变压器的附件。1、油箱油箱是用钢板制，内装铁心

20、和绕组并充满变压器油。在油箱外部装有散热管。变压器油是一种绝缘性能良好的矿物油，起绝缘和散热作用，常用10°、25°、45°三种规格。现在有一种叫密封式油浸变压器，内部充满油，其油箱由波纹壁构成，油箱上波纹冷却片随油温变化而引起膨胀和收缩，由于空气和湿气无法进入油箱，延缓了油和绝缘材料的老化，延长了变压器的寿命。2、散热管变压器工作时绕组和铁心将油加热，热油上升，因散热管与空气接触，油中热量通过散热管散发到空气中去，使油温降低。降低的油温的油经散热管下降至变压器箱底部，因受热又上升至上部再经散热管发散冷却下降，如此循环不息。所以散热管的主要作用是将变压器内部热量发

21、散到周围空气中去以保证变压器在正常温度下运行。3、油枕装于油箱的顶盖上。因其比油箱高，故油枕中有一定量的变压器油时油箱已全部充满油。油箱油面下降时，油枕里的油就流入油箱使其始终充满，不致使上层的铁心和绕组在油面低落时失去绝缘和散热。另外，加装油枕后，空气只能与油枕中的油接触，接触面很小，因此可减轻因油的氧化而使油质变劣。油枕的侧面装有油位指示器，上面注明某温度时应有的油面位置和最高最低油位线。因油面随变压器温度升降，所以平时油枕不能充满油亦不能没有油，而应在相应温度所对应的油位上。油枕的下部装有呼吸器，内装干燥剂（如矽胶）。当变压器油随温度热胀冷缩时，油枕中的气体便通过呼吸器与大气相通；当气体

22、通过干燥剂时，空气中的潮气便被吸收，保证进入枕中的气体干燥。4、进出线套管套管中有导电杆，下端与绕组引出线端相连，上端可接外电路。套管的作用是使绕组引出线和油箱盖绝缘。5、分接头开关又叫无载调压开关。当电源电压变化时，可通过变压器原绕组的适当抽头接入分接头开关，由分接头开关调节，使次绕组电压在适当范围。现在亦有不少用户已采用可带负载的调压开关。6、防爆管又叫安全气道，是装在变压器顶盖上象一个喇叭形的管子，管口用膜片封住。当变压器内部发生故障时，油被大量汽化，内部压力升高，这时防爆管口的薄膜便先被冲破，油与气可从防爆管中喷出，以减轻油箱内的压力，防止油箱变形爆炸。7、温度计用于测量变压器上层的油

23、温。较大容量的变压器还可采用远传的温度计，设有温度极限，用于报警或跳闸，以确保变压器运行中的安全。8、气体继电器又叫瓦斯继电器，装在油枕和油箱的连通管中。变压器故障时内部产生气体，气泡向上浮动可进入继电器使共接点动作，发生事故报警（轻瓦斯动作）或直接跳开关（重瓦斯动作）。第三节变压器的额定值一、额定容量Se：是变压器的额定视在功率，以伏安、千伏安、兆伏安表示。通常变压器原副绕组额定容量是相同的。在规定的冷却条件下，变压器可以长期以后额定容量运行。二、额定电压Ue：是变压器在空载时各绕组端电压的保证值，以伏或千伏表示。三相变压器的额定电压是指线电压。三、额定电流Ie：是根据变压器允许发热而规定的

24、长期允许通过的电流值，以安培表示。四、额定频率我国标准频率规定为50赫。五、额定温升是指变压器指定部位和周围空气温度之差。变压器室温一般不能超过40°C；变压器运行时上层油温不宜超过85°C，这是从防止变压器油的过速老化出发的。根据试验，温度增高10C，油的氧化速度增加1倍。第四节自耦变压与互感器一、自耦变压器普通变压器的原则绕组是互相分开的，如果把原绕组和副绕组合二为一，如图35所示，就成为只有一个绕组的变压器，其中原绕组的一部分兼作副绕组，这种变压器称为自耦变压器。在水厂中大多作为电动机降压启动设备用。等。自耦变压器优点是构造简单，节省材料，效率也比普通变压器高，其缺点

25、是副边电路与原边电路有电的联系，故绝缘等级都必须按照高压考虑，非但不经济，而且对设备和工作人员均不安全。二、互感器专供测量仪表或继电器使用的变压器称为互感器，它的作用是将高电压（或大电流）转为低电压（或小电流）以供给仪表或继电器线圈，使它们能与高压电路隔开，以保证工作安全同时又使仪表或继电器绝缘等级降低，造价低廉，使用方便。电压互感器（俗称PT）原理与普通单相变压器原理相似，使用时应把匝数较多的高压绕组并接在需要测定的供电线上，而匝数少的低压绕组则与电压元件相连。通常电压互感器副绕组的额定电压均设计为同一标准值（如100伏），因此在不同电压等级的电路中使用电压互感器的变比应不同，如6000/1

26、00，10000/100，等。为了工作安全，电压互感器的外壳及副绕组的一端必须有效接地，如不接地，万一高低压绕组间绝缘损坏，则低压侧肯能出现一个很高的电压，这对工作人员非常危险。运行中电压互感器绝对不允许短路，因为短路时电流很大，会使副绕组烧坏，为避免短路电流破坏，电路中应接上保险丝。电流互感器（俗称CT）的原理组是用粗导线绕成，其匝数只有1匝或几匝，因而它的阻抗极小，当原绕组串接在待测电路中，它的两端电压几乎为零。副绕组的匝数很多，但正常情况下它的感应电势并不高，只有几伏。通常电流互感器副绕组的额定电流亦设计在同一标准值（如5A）,因此在不同电流的电路中所用电流互感器变比是不同的，如30/5

27、、40/5、50/5等等。为了安全起见，电流互感器副绕组的一端和外壳亦必须可靠接地，防止绝缘击穿，副边传入高压，威胁人身安全，损坏仪表。电流互感器在使用时副边绝对不允许开路，如果一旦断开，副边电流为零，铁心中磁通聚增并饱和，使互感器准确度降低，铁损增高以致发热烧坏；此外副边电压会升高到1千伏左右，这对工作人员的安全和仪表的绝缘都是十分危险的。第五节变压器的巡视与异常情况处理变压器在运行中一旦发生故障，就可能造成严重的损失，特别是我们水厂，涉及面广，影响更大。为了保障变压器的正常运行，必须严格遵守变压器的运行规程，随时了解变压器的工作状态，以防事故发生。对于变压器的监视，通常是根据仪表如电流表、

28、电压表、温度表等来实现。变压器的监视工作之一是记录，有系统的记录才能正确地反映变压器的情况，当变压器在允许过负荷情况下运行时，要求至少半小时记录一次仪表读数，如超过规定应降低变压器的负荷。变压器的监视工作之二是调整，调整的目的是保证变压器三相负荷平衡分配，当电压经常超过允许范围是则应调整电压，改变分接头开关的位置。在监视的同时，还必须执行认真的巡回检查，以保证变压器的可靠运行。变压器巡视的主要内容有：（1）三相电压变化情况；（2）变压器运行声响是否变大，有无异常音响发生；（3）变压器运行温度，各散热器温度是否均匀；（4）套管表面有无积灰，破裂和放电痕迹；（5）油位计是否清洁，油位是否符合环境温

29、度下的位置；（6）呼吸机内的吸潮剂是否达到饱和状态，集油器油泥和水的情况；（7）热虹吸过滤器变色硅胶是否有效，系统有无漏油；（8）油箱与附件连接部位有无渗漏油；（9）防爆管隔膜有无破损和裂纹；（10）变压器通风冷却装置；（11）变压器外壳接地是否完好；（12）检查变压器室通风口，防止小动物进入的设施，门窗的完整，房屋漏雨等。运行中如发现下列情况之一时，应立即断开变压器：（1）变压器内部有强烈的，不均匀的声响和爆炸声；（2）在正常负荷和正常冷却条件下，油温不断升高；（3）油枕向外喷油或防爆管喷油；（4）变压器严重漏油；（5）套管上出现大量碎块和裂纹，滑动放电或套管有闪络痕迹；（6）变压器着火；变

30、压器运行中发生因气体继电器动作或继电保护动作跳闸时，在未查明原因前不得重新合闸运行。第三章常用高低压电器第一节一般选择原则在正常工作时，必须保证安全可靠，运行维护方便，投资经济合理；在故障情况下，不致损坏，可靠动作。一般选择原则有以下几点：1、环境：要注意户内、户外、防腐、防爆、防尘、防火、防水等要求；2、额定电压：电器的额定电压应不小于电器安装地点的工作电压；3、额定电流：电器的额定电流应不小于电器工作时的长期工作电流；目前，我国生产的电器，设计时取周围空气温度40°C为计算值，故安装地点气温大于40C时工作电流应适当降低；小于40C时，每降1C,可允许增加0.5%电流值，但增加总

31、量不应大于额定电流的20%。4、短路电流的动稳定校验：指电器设备允许通过的最大电流，当其通过小于该电流的短路电流时，不致因电动力而损坏。5、短路电流的热稳定校验：指电器设备在规定的时间内（通常为1、3、5或10秒）相应允许通过的最大电流，当其通过小于该电流的短路电流时，不致因过热而损坏。第二节常用高压电器一、高压断路器（一）高压断路器是高压供电系统中最重要的电气设备，它的作用是能在有负荷情况下接通或断开电路，在供电系统中发生短路故障时，能迅速切断短路电流。高压断路器除了应满足一般原则外，还应满足下列条件：1、额定短路电流（断开电流）：这时断路器最重要的技术特性，因为断路器的主要任务就是能切断电

32、路中工作电流或短路电流，使电弧迅速熄灭。额定断路电流是断路器在额定工作电压下能可靠切断的最大电流。单位一般用千安（KA）。2、额定断路容量（断流容量）：断路器在额定电压下的断路容量应大于等于安装地点发生三相短路时的短路容量。单位一般用兆伏安（MVA）。额定断路容量与额定断路电流的关系为：额定断路容量=、；'3额定断路电流X额定电压。（二）高压断路器主要有灭弧室和动静触头构成，按其灭弧介质可以分为油、气体、空气、真空等几种，目前常用的有油断路器（多油量，少油量），sf6气体断路器，真空断路器，空气断路器。由于真空断路器利用真空中的电弧消弧能力，具有非常高的绝缘能力，使断路器体积可大大减小

33、，因触头与外界空气隔离，没有电弧引起火灾的顾虑，具有外形小，重量轻，构造简单，维修容易等优点，正在替代原来普遍使用的少油量断路器。但真空断路器也有缺点，就是耐过电压能力差，主要是在开断感性小电流时的操作过电压，故要配备过电压吸收装置（一般采用阻容吸收、氧化锌避雷器或压敏电阻）。六氟化硫（sf6）断路器是采用在绝缘性能与消弧能力方面更优越的sf6压缩气体的断路器，它具有维修次数少，断路性能好，操作声音小等优点，因此亦已开始在水厂中采用。（三）不管何种高压断路器，都需要有一套操作机构。操作机构的作用是使断路器合闸，维持在合闸状态，使断路器分闸。操作机构在合闸时消耗的功率最大，这时它要克服断路弹簧的

34、阻力，开关伸张机构及动触头的重量及运动中的摩擦力、介质阻力等。操作机构还应使合闸有必要的速度，否则触头可能被电弧熔接。开关分闸时只要很小的功率来释放维持机构的搭钩并靠断路弹簧力跳闸。常用的操作机构有手动、电动、弹簧、液压几种。水厂中前三种用得较多。由于弹簧操作机构可用交流、直流电压或手动操作，合闸时用人力或电动机将合闸弹簧储能，再利用弹簧释放能量合闸，所耗功率很小，故正被用户大量采用。（四）高压断路器在运行中应检查：1、瓷绝缘有无碎裂、闪络、放电痕迹；2、油断路器的油位指示是否正确，油标管等部位是否渗漏油；3、真空断路器的真空度；（对玻璃罩型真空泡，可看是否有暗红色出现）4、sF6断路器的气体

35、压力；（如有气压表，气压应大于等于0.35兆帕）5、少油断路器软铜片有无断片，出气孔有无堵塞，是否漏油；6、断路器“分”，“合”状态机械指示是否正确。（五）高压断路器发生下列情况之一时，应立即停电检查：1、合闸后，内部有声音；2、控闸或合闸失灵；3、故障跳闸三次以上；4、因漏油引起严重缺油或严重喷油，喷烟；5、真空断路器的真空度下降过大；6、SF6断路器的气体压力下降过大。二、负荷开关负荷开关是一种小容量高压开关，具有灭弧机构，能使断开负荷电流时所发生的电弧熄灭，但不能切断故障短路电流。负荷开关的工作触头有主触头和灭弧触头。主触头在合闸位置时是负荷电流通过的主要路径，由两片刀片夹紧固定触头。灭

36、弧触头在合闸位置时插在灭弧腔内，与内的灭弧用固定触头相接触。合闸时灭弧触头先接通，分闸时灭弧触头后分开，起着灭弧的作用。负荷开关多次操作后，将逐渐操作灭弧腔，使灭弧能力下降，可能造成短路事故，因此需定期检查灭弧腔的完好情况。负荷开关分开时应有一个明显的断开点，闸刀张开的角度应保证在58°以上。负荷开头合闸时主触间处应接触良好，没有发热现象，负荷开关的绝缘子和操作连杆表面应无尘垢、外伤、裂纹、缺损或闪络痕迹。由于负荷开头根据负荷电流的通断设计，不能切断短路电流，所以它一般要和熔断器装在一起使用，熔断器用来切断故障短路电流。三、隔离开关隔离开关是配电装置中用得最普通的一种设备。它的主要用

37、途是接通电源或隔离电源，使断开地方有一个明显的断开点，以保证相应电气设备栓修工作的安全。由于隔离开关没有灭弧装置，因此只能在没有负荷电流时进行拉合，否则在刀片上产生很大的电弧使周围空气电离而造成相间或对地闪络，严重时烧毁相关设备，甚至灼伤人。为了防止误操作，必须在思想上重视安全操作，遵守倒闸操作规定：接通电路时应先合隔离开关再合断路器；分断电路时应先分断路器再拉隔离开关，同时在隔离开关与相应的断路器上要加装联锁装置。隔离开关的主要组成部分有活动触头，固定触头和操作机构。活动触头由两片刀片做成，合闸时刀片夹紧固定触头，使两个触头之间形成线接触，以承受较高的电动力稳定和热稳定。一般在断路器两侧装有

38、隔离开关，送电时先合电源侧隔离开关，再合负荷侧隔离开关，后合断路器；停电时断开顺序与此相反。隔离开关再某些情况下也可断开或接通小功率电路，直接断合操作：1、拉开或合上电压互感器和避雷器；2、拉开或合上母线及直接连接母线上设备的电容电流；3、拉开或合上电压10（6）kv、容量为320kvA及其以下和电压35kv、容量为1000kvA及其以下空载变压器。隔离开关运行时要注意接触头处良好，没有发热（可用示温片监视，黄绿红片分别为60°C、70°C、80°C）,分闸时固定触头与刀法间距应尽量大一些，绝缘子表面应无尘垢、裂纹、铁损或闪络现象。隔离开关触头发热变色时应断开断路

39、器切断电源，不允许断电时则应降低负荷并加强监视。四、高压熔断器高压熔断器是用来防止过负荷电流和短路电流通过电气设备的一种保护电器，常用来保护变压器和线路。它具有价格低廉、动作较准、维护方便、尺寸较小等优点。高压熔断器由金属熔体，支持熔体的接触结构和外壳组成，结构上保证熔体溶化时所形成的电弧能迅速熄灭。电路中电流增大到一定值时，熔体被加热到溶化点，即可切断过负荷电流或短路电流；通过熔体的电流越大，则熔体溶化的时间越短，即所谓的反时限特性。高压熔断器选择时，应注意下列几点：1、熔断器的额定电流：是指熔断器载流和接触部分允许长期通过的电流，如超过这一电流，熔断器本身可能亦损坏；2、熔体的额定电流：是

40、指熔体允许长期通过而不熔断的电流；3、熔断器的极限短路电流：是指熔断器能切断的最大电流（KA）,相应的参数就是最大切断容量（MVA）；切断的电流小于此值时，熔体熔断后只要换好，熔断器又能使用；切断的电流大于此值时，熔断器可能损坏，或者由于电弧不能熄灭而使事故扩大。4、熔体的最小熔断电流：是指使熔体熔断的最小电流，一般为熔体额定电流的1.3倍左右。有一种叫自落式（跌落式）熔断器，主要用于屋外装置，架空线上，保护电力变压器或电力线路。当过负荷或短路时熔体熔断，同时由于熔体管的重力和接触部分的弹力、迅速自动跌落、断开电源。五、避雷器电气设备在运行时经常会碰到过电压，所谓过电压是指对电气设备绝缘有危险

41、的电压升高。过电压一般有两种，一种叫内部过电压（包括操作过电压，事故过电压等），另一种叫大气过电压（雷电过电压）。如果过电压超过电气设备绝缘耐压值，绝缘就会损坏，造成事故。如在电气设备并联避雷器且使其放电电压低于电气设备的绝缘电压，则各种过电压将通过避雷器泄放，从而保护了电气设备。水厂中常用的避雷器按其结构和保护特性不同可分为管型避雷器和阀型避雷器两种，前者保护线路用，后者则大量用于保护电气设备。普通的阀型避雷器又可分为配电型和电站型两种。配电型内部由放电间隙和碳化硅（Sic）阀片组成，外部用瓷套密封而成。主要用于10（6）kv及以下配电系统，作为开关、熔断器，电缆、变压器等电气设备的防雷保护

42、。电站型内部除了由放电间隙和碳化硅阀片上，同时为改善间隙的电压分布还并联非线性分路电阻，用于35kv及以上变电所母线及进出线上电气设备的防雷保护。目前大量采用氧化锌（ZnO）避雷器，其结构原理和普通阀型避雷器一样，只不过用氧化锌阀片替代碳化硅阀片，还可以做成无间隙，具有体积小、通流容量大、残压低、运行稳定、安全可靠等优点。现已广泛用于各种高低压设备的保护。第三节常用低压电器低压电器，种类繁多。现将常用的主要几种介绍如下：一、闸刀开关闸刀开关是最普通的一种电气，虽然有很多型式，但构造大致相同，即在绝缘的底板上装着一组固定触头和一组可通过操作手柄实现与固定触头合分的活动刀片。闸刀开关常用以下几种：

43、1、用手柄直接操作的裸露闸刀开关：只做隔离开关。2、胶盖瓷底闸刀开关：由闸刀和熔丝组成并用胶木外壳将带电部分遮盖，但因有缝隙，故只能防操作时误碰带电部分不能防止电弧溅出，故只用于电灯线路及容量在3千瓦以下的电力线路。3、封闭式负荷开关（即铁壳开关）：将闸刀和熔断器装在封闭性能较好的铁壳内，在刀闸处还装有灭弧和速断装置，一般能断开额定电流。4、熔断器型闸刀开关：利用熔断器来代替活动刀片，借手柄操作使熔断器在水平轨道内前后移动，在静触头的上下两端配以适宜的栅片灭弧室，能切断额定电流，也可作短路保护。5、带辅助刀片和灭弧罩的闸刀开关：辅助刀片装在主刀片上，合闸时两种刀片同时与固定触头接触；切断时主刀

44、片先离开，辅助刀片后离开并借弹簧张力加速以熄灭电弧。为增加断流能力，在刀片和固定触头分离处装有灭弧罩，故这种闸刀开关亦能切断额定电流。二、熔断器低压熔断器为最简单便宜的一种保护电器，在自动化要求不高的配电网中广泛用作配电线路的过负荷保护和短路保护。在电动机电路中为避开其启动电流，选用的熔丝额定电流应比电机额定电流大1.52.5倍，熔断器不起过负荷保护作用，只能作为短路保护。低压熔断器的基本构造和性能如同高压熔断器，此处不再重复。常用的低压熔断器有以下几种：1、瓷插入式熔断器；2、螺旋型熔断器；3、无填料封闭管式熔断器；4、有填料封闭管式熔断器；5、快速熔断器；低压熔断器在使用中应注意下列几点：

45、1、更换熔丝（体）时，一定要切断电源，避免身体或工具触到带电部分引起触电事故或发生闪络事故；避免可能发生的带负荷拔熔丝事故，因为熔顺固定触头是不能切断负荷电流的。2、如带电更换熔丝，也应先检查并断开所有这线路上的用电设备开关，以避免由于电路中存在短路故障或带负荷而引起装熔丝时产生电弧灼伤和碎片擦伤，要用安全工具并采取必要的安全措施。3、更换熔丝，只许用同原容量相同的，不能擅自调大。4、结合线路和用电设备检修时应对熔断器接触部分、熔体和外壳进行检查，发现熔体变形变色应及时调换，接触部分必须良好，接线螺线必须拧紧。三、自动空气断路器低压自动空气断路器（空气开关），一般可由手动或自动进行合闸和分闸，

46、并有自动脱扣机构及灭弧装置，可作为线路或电气设备的过负荷和短路保护。自动空气断路器的结构较复杂，主要由触头系统、灭弧系统、脱扣器和操作机构等部分组成。从外形上看，可分为装置式与框架式，装置式断路器所有元件安装在塑料外壳内；框架式断路器则无外壳，所有元件安装在金属框架上。自动空气断路器的灭弧性能很强，能够切断比额定电流大几十倍的短路故障电流，除了依靠活动接触部分脱离的速度外，主要在开关里装有特殊的灭弧结构。自动空气断路器能够自动跳闸，主要依靠一套复杂的传动机构和一些自动跳闸元件，传动机构是一套传动的杠杆。在合闸位置时总有一个地方只要轻轻一撞就会使整个杠杆系统失去平衡使开关跳闸。自动跳闸元件的活动

47、部分在动作时，就能直接或通过杠杆间接撞击这个杠杆系统的关节点（搭勾）使其跳闸。自动跳闸元件主要有下面几种：1、热元件过负荷脱扣器：由双金属片热元件构成，作为过负荷保护。通过断路器的电流全部通过双金属片，由于电流大小引起发热程度不同，温度的高低影响双金属片弯曲程度，弯曲到一定程度使搭勾脱开，开关跳闸。2、电磁式过流脱扣器：由铁芯和托在铁芯上的螺线管线圈组成，作瞬时动作的短路保护。线圈直接和断路器电路相连，利用大电流通过时对铁芯产生的电磁力撞击传动杠杆中的搭勾，使其释放。3、失压脱钩器：跨接在两相线上的电压线圈围绕在铁芯上构成，作为低电压保护。通电时线圈对铁芯衔铁有吸力，当电压低时衔铁自动松开，撞

48、击搭勾使开关跳闸。4、分离脱扣器：亦由铁心和电压线圈组成。当电压线圈由于按钮或继电器接点闭合通电时，衔铁吸起顶掉搭勾，开关跳闸，可作紧急时手动或故障时自动跳闸关用。现在还有一种常开的漏电保护自动断路器，是当发生人身触电或设备漏电时，能够迅速分断故障电路，从而保证人身安全和避免设备受到损害的保护电器。常见的有电磁式电流动作型漏电开关，电压动作型漏电开关和电子式电流动作型漏电开关。其主要结构是在一般的自动开关中增加一套能检测漏电（剩余）电流（电压）的感受元件和漏电脱扣器。当出现漏电或人身触电时，感受元件检测到漏电电流（电压）并达到整定值时使漏电脱扣器动作，开关断开，从而保证了人身和设备安全。使用时

49、可用开关上试验按钮来检查漏电开关的动作性能。电压型漏电开关再实用总因有较多缺陷渐被淘汰，而剩余电流保护器（RCD）正广为采用。四、交流接触器接触器是用来接通或切断主电路或大容量控制电路的自动化电器，接触器不但控制容量大，而且适用于频繁操作和远距离控制。其主要控制对象是电动机，也可用于控制其他电力负载。接触器的用途广泛，品种繁多，按结构及用途可分：1、按主触头所控制电路种类分：直流接触器、交流接触器。2、按主触头极数分：单极、双极、三极、多极；3、按主触头正常位置分：常开、常闭、一部分常开一部分常闭；4、按吸引线圈的电压种类分：交流、直流；5、按灭弧介质分：常用空气，现在亦已大量采用真空作介质的

50、接触器，这种真空接触器因灭弧性能好，非但在低压而且在高压10（6）kv频繁控制中被采用（如高压电动机控制）；6、按有无灭弧室分：有、无。常用的交流接触器主要有灭弧装置，触头系统和电磁机构等组成。从电磁机构的铁心机构型式分可有直动式和拍合式两种。当控制线圈一通电，在铁心上就产生电磁力将有动衔铁吸合，带动连接的可动主触头实现分合电气设备的主回路，同时其辅助触点亦同时开闭，以供二次控制回路保护、控制作用。动静触头分离处带有型式不同的灭弧装置，故可切断该接触器额定电流及以下的负荷电流。因接触器不像空气断路器，本身没有保护和控制装置，所以当用于控制和保护电动机等电气设备时，必须和其他保护和控制电器（如熔

51、断器，保护继电器，按钮等）配合使用。交流接触器在运行中经常会碰到电磁铁吸不上或吸不足，不释放或释放缓慢、或噪音增大，线圈过热烧坏，触头过热灼伤等现象，巡检时必须充分注意。五、继电器继电器被广泛用来解决信号、保护和调节等问题，通常起着中间元件的作用。继电器本身可分为传感，中间和执行三个部分，传感部分接受被测元件送来的信号，中间部分将所接到信号与所规定的值比较并且当其达到动作值时就传送到执行部分，最后执行部分产生动作，驱使被控制的参数发生急剧变化。继电器的基本要求是动作可靠准确、灵敏可调，操作频率高、寿命长、结构简单、消耗功率小。继电器种类繁杂，按其功能分有控制用继电器、保护用继电器、通讯用继电器

52、；按其动作原理分有电磁继电器、热继电器、感应继电器、电动继电器、磁电继电器、电子继电器以及当前正在被采用的智能型继电器等；按反应参数的不同可分为电压、电流、时间、压力、温度、位置等各种继电器。由于电磁式继电器具有结构简单，工作可靠，坚固耐用、价格便宜等优点，因而得到极广泛的应用，其动作原理与接触器动作原理相同，但继电器是用于二次控制回路，所以体积小，动作灵敏，也不用灭弧装置。电磁式继电器可做成电压、电流、中间和时间继电器等。电压继电器的输入量是电压，反映电压变化。其线圈与被反映电压并联。一种是当电压超过整定值时动作的叫过电压继电器，另一种当电压低于整定值时动作的叫欠电压继电器。电流继电器是反映

53、电流变化的继电器，其线圈与负载串联。当通过电流超过（低于）整定值时动作的叫过（欠）电流继电器。中间继电器本质上是电压继电器，但它的触头数量较多，因此是一种既能起信号放大又能增加输出信号数目的中间元件。时间继电器则是接到输入信号后，需要经过一定延时才能有输出动作的继电器。磁体磁极线圈短路环铝盘热继电器作为低压电气设备的过负荷保护被广泛采用，其动作原理如同空气断路器中的热元件脱扣器，这里不再叙述。还有一种常用的感应型电流继电器，如图所示：其磁极分为二部分，其中一部分上装有短路环，可动部分是装在转轴上的铝质圆盘，线圈和短路环好像变压器原副线圈，线圈中流过电流时产生主磁通同时在短路环中感应电流建立副磁

54、通，主磁通在磁极地方又分两部分（一部分通过短路环，另一部分不通过），所以主副磁通在两磁极处的合成磁通不一样，在铝盘中感应的电势产生电磁力亦不一样，结果其合力使圆盘转动。电流越大，铝盘转得越快，按点接通时间就短，反之接触时间就长，这样就形成反时限特性。这种具有反时限特性的感应电流继电器常被用于电动机过负荷保护，同时这种继电器还兼有无时限电流元件，可方便地实现大电流时的速断保护。为了确保继电器的灵敏度和动作可靠，必须定期校验它的整定值是否变化，定期检查它的可动部分是否卡死，紧固部分是否有松动，触点是否接触良好等。第四章电动机第一节技术参数所有的电机均有一套技术参数，它是表征电机在满足使用条件下所拥

55、有的性能指标，其主要技术参数一般都在其铭牌上可以查明。现以三相交流异步电动机为例说明：1、额定功率：指电动机在额定运行时的输出机械功率（KW）,范围可从数百瓦到数千千瓦；2、额定转速：指电动机在额定运行时的转速（转/分），范围从近3000转/分至约250转/分或更低；3、额定电压：指电动机在额定运行时的线电压。电动机的运行电压可在额定电压的±10%范围内变动；4、额定电流：指电动机在额定运行时的线电流。电动机的运行电流一般不应超过其额定电流；5、工作方式：指电动机的运转状态，一般分为连续、短时和间歇运行三种工作状态；6、绝缘等级：指电动机所用的绝缘材料在满足使用年限时所承受的温度。一

56、般有Y、A、E、B、F、H、C七个绝缘等级，相应的极限工作温度为90°C、105°C、120°C、130°C、155°C、180°C、180°C，常用电机的绝缘等级为E、F等；7、温升：和绝缘等级有关，是在规定的环境温度为40C时，电机允许超过环境温度的温度值，如E级绝缘，规定电机的温升为75C；8、效率和功率因数：是衡量异步电动机质量的重要指标。效率是指额定状态下运行输出机械功率与输入电功率之比，一般在90%左右；功率因数是指额定状态下运行输入的有功功率与视在功率之比，一般可在0.750.92之间；9、接法：指电动机绕组的

57、链接方式，一般有形和Y形两种；10、转子额定电压：指绕线式异步电机转子不转（开路）时，定子绕组接额定电压后在转子上输出的感应电压；11、转子额定电流：指绕线式异步电机在额定工作状态时，转子绕组短接后，转子绕组中的电流；12、启动电流和启动转矩：异步电机的启动电流一般用启动电流与额定电流之比来表示，一般为57倍；启动转矩用启动转矩与额定转矩之比来表示，一般为0.72左右。两参数可作为选择电机及其启动方式，相应保护装置的依据；13、最大转矩：指额定工作状态下电机能产生的最大转矩，一般用最大转矩与额定转矩之比来表示，一般约在1.62.2左右。该参数可作为电机过载能力的依据，故亦称过载系数。第二节三相

58、交流异步电动机的结构三相交流异步电动机主要有静止的定子和转动的转子两个基本部分和其他一些附件组成。定、转子之间，由于机构上的原因隔有一个很小的空气隙（中小型电机一般在0.21.0毫米左右）。鼠笼式和绕线式两种电机的定子构造是相同的，区别的只有转子绕组。绕线转子三相异步电动机的结构：一、定子1、定子铁心：一般用0.350.5毫米厚表面涂有绝缘漆的硅钢片迭成圆柱形，内圈做成一定形状和数量的槽，槽内放置定子绕组的线圈。大中型电机的铁心沿轴向每隔一定间距留有通风沟以增大散热面积。2、定子绕组：由一定形状和数量的用高强度绝缘导线绕制的线圈按一定规律嵌置在定子铁心槽里，并按一定规律连接而成三组对称分布的绕组，统称为三相绕组，每组绕组头尾互相可按星形或三角形接法引至机座上的接线盒内以供与外电源连接。3、机座：其作用主要是