高压成套电气培训教材课件

1、7/17/2022PDS-CB三. 配电系统对高压成套设备及其他高压元件的要求7/17/2022PDS-CB三. 配电系统对高压成套设备及其他高压元件的要求(1).配电系统对高压成套设备的要求 (气体绝缘金属封闭柜, 环网高压开关柜,);(2). 高压成套设备中的主接线;(3). 高压成套设备中的其他高压元件: 电压互感器, 电流互感器, 避雷器, 熔断器等的主要性能和功用; 7/17/2022PDS-CB(1). 配电系统对高压成套设备的要求 城乡电网存在的问题：配电能力不足：50 60% 配电设备过载（94-95年）高压网架脆弱：30%设备已运行 40 年以上线损高：全国约 12%，农村

2、25-30%，大量高能耗变压器，无功补偿设备奇缺。电能质量严重不合格7/17/2022PDS-CB城网改造的要求：变电站管理向无人，少人发展，加大推广组合电器，GIS断路器无油化采用环网供电单元采用预装式变电站7/17/2022PDS-CB配电系统对高压开关柜的要求：可靠：减少事故, 开断能力，便于检修和更换， 不受环境影响(风、雨、冰雪、光热、汚秽）安全：人身安全，操作安全，环保：无污染，无油化，低噪音，无电晕，美观：无架空线，色彩，经济：价格合适。7/17/2022PDS-CB可靠性概念：指标：元件、设备的年、公里故障率，因故障而停电时间。7/17/2022PDS-CBS10 公里线路故障

3、率： 0.1/公里/年故障停电时间: 5 小时变压器故障率： 0.005/公里/年故障停电时间: 4 小时7/17/2022PDS-CB近年来发展的几种中压成套设备 空气绝缘金属封闭柜, 中置式铠装柜SF6 绝缘金属封闭开关柜（充气柜）负荷开关-熔断器组合电器环网高压开关柜(环网供电单元)预装式变电站（箱式变电站）7/17/2022PDS-CB空气绝缘金属封闭柜, 中置式铠装柜 - 是移开式铠装柜的新类型：绝缘母线铠装柜各室间用金属板隔离且接地;組装式金属板剪裁成板块，并带組装螺孔，再用螺栓和拉铆螺母固紧。7/17/2022PDS-CBSF6 绝缘金属封闭开关柜（充气柜）用SF6气体作绝缘，用

4、真空断路器开断。产品中的高压元件：母线、断路器、隔离开关、互感器等封闭在壳体内，气压一般为: 0.02 0.05MPa. 不受外界环境影响。小型化。大大减少了维修和检修工作量。铝筒封闭式、钢板封闭式。单相封闭式、三相封闭式，单母、双母，母线与断路器间用三工位开关，7/17/2022PDS-CB负荷开关-熔断器组合电器结构简单保护特性好回转压气式SF6负荷开关 + 限流熔断器7/17/2022PDS-CBIEC TC420 （1990）：1。工作电流范围：负荷开关单独完成开断额定电流2。过负荷范围：由熔断器撞击，使负荷开关动作。由负荷开关开断三相，熄弧。3。转移电流区域：熔断器与负荷开关共同配合

5、完成开断任务。4。限流范围：熔断器动作并熄弧。负荷开关和熔断器配合7/17/2022PDS-CB包括三个主要部分：高压开关设备，变压器，低压配电装置。主要用于户外，结构上要防凝露，防发热，防腐蚀，防灰尘，防爆炸。终端接线用负荷开关 熔断器組合电器，环网接线用环网供电单元。预装式变电站（箱式变电站）7/17/2022PDS-CB预装式变电站的优（特）点：整个箱体模块结构便于组装，螺栓连接（无焊接）方便更换，主体结构用敷铝锌板型材，抗腐蚀，高压单元采用紧凑、灵活、智能化的SF6绝缘环网柜，组合方便，不受气候影响，保证人身安全，最小维护工作量变压器单元采用全密封式油浸配电变压器，可整体运输，与高压单

6、元用电缆（全封闭可触摸式肘型电缆头），与低压单元用全母线或电缆联接。7/17/2022PDS-CB预装式变电站的优（特）点：广泛用于高尚住宅小区（特别是欧陆风情的洋房小区）、高层建筑，车站、码头、港口、工矿企业等。7/17/2022PDS-CB近年来高压开关行业的发展趋势：小型化，紧凑型，重量轻，运行可靠，性能提高，密闭型，无维修，无汚染，智能化，自动化，无人值班7/17/2022PDS-CB145 kV全封闭组合电器使用、维护简单1就地集成控制柜(PLG)2断路器控制柜;断路器位置指示3操作机构母线, 隔离开关,接地开关 I + II4操作机构 隔离开关 Q9,接地开关Q525操作机构接地开

7、关 Q86电压互感器端子30065132427/17/2022PDS-CB终端模块电缆（如：插拔式）变压器出线套管 断路器十字模块伸缩节接地开关电压互感器 避雷器电流互感器延伸模块 三相单相分相模块1/3-相 145 kV 全封闭组合电器模块结构7/17/2022PDS-CB145 kV全封闭组合电器主要技术参数 额定电压145kV 额定频率50 / 60Hz 额定工频耐压（1分钟） 275 kV 额定雷电冲击耐压（1,2/50 s） 650kV 额定母线电流 3150A 额定馈线电流 2500 A 额定开断电流 40kA 额定短时耐受电流 40kA SF6年漏气率0.5% 间隔宽800mm

8、间隔高2850mm 间隔深3500mm 间隔重3t7/17/2022PDS-CB12354786119101集成就地控制柜2断路器控制单元3I段母线隔离开关操作机构4II段母线隔离开关操作机构5接地开关操作机构Q516接地开关操作机构Q527接地开关操作机构Q88隔离开关操作机构Q99电流互感器端子箱10电压互感器端子箱11断路器245 kV全封闭 组合电器就地机构, 端子箱, 控制柜7/17/2022PDS-CB7/17/2022PDS-CB预装式变电站（箱式变电站）内部故障电弧及其防御预装式变电站中因某种原因可能发生内部故障，产生电弧。从而产生高压力和热效应。这一问题已引起极度重视。IEC

9、 已有相应要求，国际厂商也正积极採取措施。7/17/2022PDS-CB(2). 高压成套设备中主接线环网供电单元 主接线预装式变电站 主接线7/17/2022PDS-CB环网供电单元 主接线环网供电单元一般配负荷开关，它由两个作为进出线的负荷开关柜和一个变压器回路柜（负荷开关 + 熔断器）組成。环网供电单元分为空气绝缘和 SF6 绝缘两种7/17/2022PDS-CB预装式变电站中，若为终端接线，使用负荷开关熔断器組合电器；若为环网接线，则采用环网供电单元。预装式变电站 主接线7/17/2022PDS-CBMVLVFQLAQLBQLC环网供电单元基本布置7/17/2022PDS-CBCCFM

10、预装式变电站 主接线7/17/2022PDS-CB(3). 高压成套设备中的高压元件避雷器电压互感器电流互感器熔断器7/17/2022PDS-CB电压互感器的的主要技术参数电压比（V）：额定频率（Hz）：额定输出（VA）：极限输出（VA）：额定绝缘水平（kV）：型号电压比（V）额定输出（VA）极限输出(VA)额定绝缘水平（kV）0.20.516P JDZX1010A10000/3/100 /3/100/31530605015012/42/757/17/2022PDS-CB电压互感器电压互感器和电流互感器的原理电磁式，电容分压式，光电式电压与电流互感器用于测量，也用于保护7/17/2022PDS

11、-CB电 - 磁 - 电7/17/2022PDS-CBa2rLa2XLXe变压器的 等值 回路 a = U2 / U1 = I1 / I2 = N2 / N1 7/17/2022PDS-CB电压互感器的准确度和容量互感器的额定容量适合于该互感器最高准确度的容量最大容量或极限容量互感器在长期工作时的容许发热条件决定的。例如： 额定电压变比 10000 / 1000.5 级 80 VA1150 VA3400 VA额定容量80 VA极限容量500 VA （发热决定）7/17/2022PDS-CB电压互感器副线圈的准确级和最大容许误差准确级最大容许误差一次电压变化范围二次负荷变化范围电压误差（%）角度

12、误差（）0.50.520（0.85 1.15)U1N（0.25 - 1）S1N114033不规定7/17/2022PDS-CB当 i2 与 i1 相等时:U1R1R2i1i2U27/17/2022PDS-CB当 i2 与 i1 不相等时:i2 + i3 = i1U1R1R2i1i2i3VU2U2 U2i3 愈大，误差愈大.7/17/2022PDS-CB电磁式电压互感器工作原理与变压器相同，但容量小得多，仅几十到几百伏安。相当于变压器空载。原边电压高、匝数多，副边电压低（100V)、匝数少。电压互感器的额定变比，原、副边额定电压之比：电压误差 U:角误差 : 原边电压 U1 与副边电压（-U2）

13、间的夹角。7/17/2022PDS-CB电压互感器的准确度与激磁电流及二次负荷(容量)有关。二次负荷包括：测量仪表的线圈，保护继电器的线圈等。二次并联负荷愈多，（要求容量愈大），测量误差也愈大（准确度愈差）。7/17/2022PDS-CB电流互感器电磁式电流互感器的工作状态相当于变压器短路工作状态。原边电流大、匝数少（一匝），副边电流小（5A）、匝数多。电流互感器副边不能开路！否则会产生上万伏高压。7/17/2022PDS-CB电流互感器的的主要技术参数型号LZZBJ9-10A2LZZBJ9-10B2LZZBJ9-10C21 秒热电流（kA）额定动稳定电流（kA）额定一次电流准确级组合及最大额

14、定输出（VA）5000.2/0.5/10P100.5/0.5/10P100.5/10P10/10P1010/20/1020/20/1020/10/1063130LZZBJ9-10 型电流互感器三绕组技术参数7/17/2022PDS-CB电流互感器的额定变比，原、副边额定电流之比：电流误差 I:角度误差 : 原边电压 U1 与副边电压（-U2）间的夹角。7/17/2022PDS-CB上述公式表明：电流互感器的误差随激磁电流的增加而增大。类似地，还可以证明，当二次负荷的阻抗增大时，互感器的电流误差和角度误差都将增大。当系统发生短路故障时，要求电流误差控制在 10% 以内。由 10 % 误差曲线 可

15、以得到二次负荷容许值。当实际的二次负荷阻抗小于 Z2 时，可以保证误差小于 10%。电流互感器在系统发生短路时，一次回路中流过短路电流，所以要校验热稳定和动稳定。7/17/2022PDS-CB电流互感器的准确级和最大容许误差准确级一次电流为额定电流的百分数（%）最大容许误差二次负荷变化范围电流误差（%）角度误差（ ）0.21020100 - 2000.50.350.2201510(0.25 1)SN0.51020100 12010.750.5604530 (0.25 1) SN110 20100 12021.511209060 (0.25 1) SN350 1203.0不规定(0.25 1)

16、SN1050 - 12010不规定(0.25 1) SN7/17/2022PDS-CB二次负荷包括：测量仪表的线圈，保护继电器的线圈等。二次串联负荷愈多，（要求容量愈大），测量误差也愈大（准确度愈差）。电流互感器的初级线圈与被测线路（母线）相串联，因此当线路发生短路时，电流互感器一次线圈中流过短路电流。所以，电流互感器应海足热动力的要求。7/17/2022PDS-CB避雷器避雷器的非线性特性避雷器的热容量限度避雷器的主要技术参数避雷器的安装点7/17/2022PDS-CB避雷器的功用Operation Voltage 3.放电后-对高压线再次断开，绝缘（小电流）2.过电压波到达时-对地放电（大

17、电流）1.过电压波到达前-对高压线绝缘（小电流）7/17/2022PDS-CB7/17/2022PDS-CB7/17/2022PDS-CB避雷器的非线性特性VIV2V1I1I2V17/17/2022PDS-CBSiC and ZnO 避雷器的比较VIV1V2I2I1I3SiCZnO7/17/2022PDS-CBVoltage - Current characteristics of ZnO7/17/2022PDS-CBComparison between ZnO and SiCSiC7/17/2022PDS-CBThe limitation of MOA is in terms of heat

18、 transfer.ZnO converts the absorbed energy (from flowed current)to heat energy and then dissipates it out. When the heat dissipation is greater than the heat absorption, the MOA is then stable.Therefore, Temperature of MOA is the main limitation.7/17/2022PDS-CB氧化锌阀片的功率损耗 P 和散热 Q 与阀片的温度 T 在连续运行电压 UC

19、下的关系热损坏P, QT稳定运行奌PQ临界点避雷器的热容量限度7/17/2022PDS-CB系统标称电压 (kV) 1010避雷器额定电压 (kV) 1217避雷器持续运行电压 (kV) 9.613.6直流1mA 参考电压 (kV) 17.424.02mS方波通流容量(20 次 ) (A) 100100残压：雷电冲击电流( 8/20 S) ( kV) 35.850.0 陡波冲击电流(1/10 S) (kV) 41.2 57.5 操作冲击电流( 45/90 S) (kV) 30.642.5直流1mA 参考电压 (kV) 17.424.0直流1mA 参考电压 (kV) 17.424.0直流1mA

20、参考电压 (kV) 18.025.0（配电型）无间隙氧化锌避雷器的主要技术参数标准雷电流波形（8/20 S）7/17/2022PDS-CB避雷器的两个重要参数UC 最大连续运行（相对地）电压;UP 避雷器的保护电压; (避雷器的残压) ABCNUA0 = UAC = UA UB0 = UBC = UA UC0 = 0 UB0UA0EAEBECPCABCY 形连接，中性点绝缘的系统。非故障相对地电压将增加 倍。在中压配电系统中，这种短路允许持续 1.5-2 小时。7/17/2022PDS-CBUP 避雷器的保护电压; (避雷器的残压) 对其他设备的保护电压. 施加于被保护设备的电压值取决于避雷器

21、的残压 (UP).7/17/2022PDS-CB避雷器的安装点避雷器应安装在离被保护设备最近的位置，应装在过电压波发生突变的地方7/17/2022PDS-CBThe installation Location of Surge ArresterllaV7/17/2022PDS-CB51其中， UT 被保护设备上的电压(kV); U10 避雷器在10 kA冲击电流作用下的残压（kV） l 避雷器与被保护设备间的距离a 侵入波的陡度(kV/us)V 行波的传播速度(m/us).VlaUUT210+=被保护设备上的电压：7/17/2022PDS-CB例一VlaUUT210+=当 a = 50 kV/

22、S, l = 100 m, V = 3 108 m/S, U5 = 50 kV则 UT = 50 + 33.3 = 83.3 kV 当 a = 50 kV/S, l = 20 cm, V = 3 108 m/S, U5 = 50 kV则 UT = 50 + 0.67 = 56.7 kV 7/17/2022PDS-CB避雷器的安装点安装在变压器旁;安装在电磁式电压互感器旁;安装在电缆末端（阻抗发生突变）7/17/2022PDS-CB110 kV变电站对雷电波的绝缘配合1. 变压器2. 线路绝缘（9片绝缘子）3. 隔离开关4. 母线绝缘（10片绝缘子）5. 侵入的1.2/50 S雷电波避雷器动作后

23、的波形及残压7/17/2022PDS-CB由避雷器上的残压（保护电压）决定被保护设备的绝缘水平（试验电压）。7/17/2022PDS-CBOvervoltages and Insulation Coordination7/17/2022PDS-CBSurge Arrester and Insulation CoordinationMargin of Protection7/17/2022PDS-CB熔断器从负荷开关熔断器組合电器了解熔断器限流熔断器熔断器选择7/17/2022PDS-CB熔断器是利用过载或短路电流将熔体熔断后，再依靠灭弧介质熄灭电弧以开断电路的电器。工作过程：熔体由正常工作温度

24、发热至熔点（熔体处于固体状态）B. 熔体由熔点加热至沸点（熔体处于液体状态）C. 熔体汽化，产生间隙，间隙被击穿产生电弧（熔体处于气体状态）D. 灭弧介质使电弧熄灭。7/17/2022PDS-CB上述 A、B、C 三个过程之和称为熔断器的熔化时间。熔断器熔化时间和通过熔断器的电流的关系称为 秒安特性。熔化时间为无穷大时的量最大电流称为熔断器的最小熔化电流 I0 为了保证熔断器只在电路过载时才动作，通常取 I0 = 1.2 1.25 Ie7/17/2022PDS-CB7/17/2022PDS-CB限流熔断器依靠填充在熔体周围的石英砂对电弧的吸热和游离气体扩散进行熄弧。这种强力冷却的熄弧具有限流作用。熔体是纯铜或纯银。额定电流较小时为丝状，额定电流较大时用带状。在带状熔体长度上制成多个狭颈。在狭颈上形成多断口，可承受较高的瞬态恢复电压和工频恢复电压。限流熔断器的速断功能可有效地保护变压器。通常有三个主要部分：熔体，熔体管，灭弧介质7/17/2022PDS-CB7/