电工原理与电气设备

电工原理与电气设备第一页，共四十五页，编辑于2023年，星期一第一节配电装置一、基本概念1、配电装置

指在电力网中，用来接受和分配电力的电气设备的总称，是变电站电气主接线中的开关电器、保护电器、测量电器、母线装置和必要的辅助设备按主接线的要求建造而成的建筑物及电气设备的总体。

2、配电设备

（1）控制电器：如断路器、负荷开关、隔离开关等（2）保护电器：如熔断器、继电器、避雷器等（3）测量电器：如互感器、电压表、电流表等（4）母线与各种载流导体第二页，共四十五页，编辑于2023年，星期一3、配电装置作用（1）在正常情况下用来交换功率和接受、分配电能；（2）发生事故时迅速切除故障部分，恢复正常运行；（3）在个别设备检修时隔离此设备，不影响其它设备的运行。

4、配电装置分类安装地点户内式

户外式

组装方式装配式

成套式第三页，共四十五页，编辑于2023年，星期一5、配电装置的基本要求

（1）安全：设备布置合理清晰、采取保护措施。如：设置遮拦和安全出口、防爆隔墙、闭锁装置、设备外壳底座等保护接地。（2）可靠：设备选择合理、故障率低、影响范围小。（3）方便：设备布置便于操作，便于安装、运输、检修、巡视、维护。（4）经济：合理布置、节省用地、节省材料。（5）发展：考虑施工、安装、扩建的方便，预留备用间隔、备用容量。第四页，共四十五页，编辑于2023年，星期一二、配电装置的最小安全间距

A值：基本电气距离。

A1（导体对地/接地）；

A2（导体对导体）

B值：裸导体与遮拦之间的距离。

B1：导体对栅栏或运输设备；B1=A1+750mm。B2：导体对网状护栏；

B2=A1+100mm。C值：无遮拦裸导体与地（楼）面的垂直净距。户内C=A1+2300mm；户外C=A1+2500mm。D值：不同时停电检修的无遮拦带电部分之间。户内D=A1+1800mm；户外D=A1+2000mm。E值：通向屋外的出线套管至屋外通道的垂直净距。

35KV以下E=4000mm；60KV以上E=A1+3500mm。第五页，共四十五页，编辑于2023年，星期一户内配电装置的安全净距第六页，共四十五页，编辑于2023年，星期一2、户外配电装置的安全净距第七页，共四十五页，编辑于2023年，星期一第八页，共四十五页，编辑于2023年，星期一三、户内配电装置1、主要设备：发电机、主变压器、线路、母线联络断路器、电压互感器、避雷针等。2、户内配电装置设备的特点：由于允许的安全净距小，能分层布置，因而占地面积比屋外布置小；维修、操作和巡视都在户内进行，不受气候条件的影响；电气设备不易受外界污秽空气环境的影响，电气寿命长，维护工作量小；电气设备之间的距离小，通风散热条件差，且不便于扩建；房屋建筑投资大，但可采用价格较低的屋内型设备，能减小一些设备的投资。第九页，共四十五页，编辑于2023年，星期一3、户内配电装置设备的布置要求：

（1）同一回路的电器和导体应布置在一个间隔内，间隔之间及两段母线之间应用隔墙分开，以保证检修安全和限制故障范围。（2）尽量将电源布置在母线中部，使母线截面通较小的电流。（3）较重设备布置在下层，以减轻荷重并便于安装。（4）充分利用间隔的位置。（5）布置对称，便于操作。（6）考虑扩建要求，有利于扩建。第十页，共四十五页，编辑于2023年，星期一发电厂和变电站的屋内装配式配电装置，按其布置型式不同，一般可分为单层式、二层式和三层式。4、户内配电装置型式：（1）单层式特点：所有电气设备布置在一层。适用：6～10KV出线无电抗器及35～220KV的情况。优点：结构简单，施工时间短；造价低；运行、检修方便。缺点：占地面积较大。35KV单母线分段接线、单层、二通道户内配电装置断面图如容量不太大，通常采用成套开关柜，以减少占地面积。第十一页，共四十五页，编辑于2023年，星期一（2）二层式特点：将母线、母线隔离开关等较轻设备放在第二层，将电抗器、断路器等较重设备布置在底层。适用：6～10KV出线有电抗器及35～220KV的情况。优点：

造价较低；运行、检修方便。缺点：

上下层故障通过楼板孔洞互相影响；母线及隔离开关单列布置增加了配电装置长度；需采取机械通风装置；占地面积大。第十二页，共四十五页，编辑于2023年，星期一（3）三层式特点：所电气设备依轻重分别布置在三层建筑物中。适用：

6～10KV出线有电抗器及35～220KV的情况。优点：安全、可靠性高；占地面积小，长度短。缺点：土建结构复杂，施工时间长；造价较高；操作、检修、运行不大方便。第十三页，共四十五页，编辑于2023年，星期一5、户内配电装置设备布置：

母线：通常装在配电装置的上部，一般呈水平、垂直和直角三角形布置。母线相间距离决定于相间电压。

母线隔离开关：通常设在母线下方。在双母线布置的屋内配电装置中，母线与母线隔离开关之间宜装设耐火隔板。两层以上的配电装置中，母线隔离开关宜单独布置在一个小室内。第十四页，共四十五页，编辑于2023年，星期一

断路器：通常设在单独的小室内。断路器小室按油量多少及防爆的要求，可分为敞开式、封闭式及防爆式。断路器的操动机构设在操动通道内。手动操动机构和轻型远距离控制操动机构均装在壁上，重型远距离控制操动机构则落地装在混凝土基础上。

电流互感器：无论是干式或油浸式，都可以和断路器放在同一个小室内。穿墙式电流互感器应尽可能作为穿墙套管使用。电压互感器经隔离开关和熔断器（60kV及以下采用熔断器）接到母线上，它需占用专门的间隔，但在同一间隔内，可以装设几个不同用途的电压互感器。

第十五页，共四十五页，编辑于2023年，星期一

电抗器：比较重，多布置在第一层的封闭小室内。电抗器按其容量不同有三种不同的布置方式：三相垂直布置、品字形布置和三相水平布置，如图9-3所示。通常线路电抗器采用垂直或"品"字形布置。当电抗器的额定电流超过1000A、电抗值超过5%~6%时，宜采用"品"字形布置；额定电流超过1500A的母线分段电抗器或变压器低压侧的电抗器，则采取水平布置。

安装电抗器须注意：垂直布置时，B相应放在上下两相的中间，品字形布置时，不应将A、C相重叠在一起。AAABBBCCC第十六页，共四十五页，编辑于2023年，星期一电缆隧道及电缆沟：

电缆隧道为封闭狭长的构筑物，高1.8m以上，两侧设有数层敷设电缆的支架，可容纳较多的电缆，人在隧道内能方便的进行敷设和维修电缆工作。电缆隧道造价较高，一般用于大型电厂。电缆沟为有盖板的沟道，沟深与宽不足1米，敷设和维修电缆不方便。沟内容易积灰，可容纳的电缆数量也较少；工程简单，造价较低，常为变电站和中、小型电厂所采用。为确保电缆运行的安全，电缆隧道（沟）在进入建筑物处，应设带门的耐火隔墙（电缆沟只设隔墙），以防发生火灾时，烟火向室内蔓延扩大事故；一般将电力电缆与控制电缆分开排列在过道两侧。第十七页，共四十五页，编辑于2023年，星期一四、户外配电装置1、特点：无需配电装置室，节省建筑材料和降低土建费用，一般建设周期短；相邻设备之间距离大，减少故障蔓延的危险性，且便于带电作业；巡视设备清楚，且便于扩建；易受外界气候条件的影响，运行条件差，须加强绝缘，设备价格较高；气候变化给设备维修和操作带来困难；占地面积大，对于水电站可能使投资增大。第十八页，共四十五页，编辑于2023年，星期一2、结构型式1)母线①软母线：悬式绝缘子悬挂在门型架、Π型架上。②硬母线：固定在支柱绝缘子上。（母线桥）2)变压器外壳不带电，落地布置，安装在铺有铁轨的钢筋混凝土基础上，下面设置储油池。3）电气设备断路器：低式布置在0.5～1m的混凝土基础上。

高式布置在2m的混凝土基础上。隔离开关、互感器：要求高式布置，2m以上。避雷器：可放在0.4m高或2m高基础上。第十九页，共四十五页，编辑于2023年，星期一4）电缆沟和通路电缆沟：定向应使距离最短，上面兼做巡视通道。通路：满足运输设备、消防需要。还应设置宽0.8~1m的巡视小道。5）构架钢构架：经久耐用，机械强度大，便于固定设备，抗震能力强，运输方便；金属消耗量大，为防锈需经常维护。钢筋混凝土构架：经久耐用，维护简单。钢管混凝土柱和钢板箱组成的构架：用材少、强度高，适用于大跨距、500KV以上配电装置。6）通道、围栏为运输设备和消防需要，在主设备旁应铺设行车道。为方便运行人员巡视，应设置宽0.8~1.0m的巡视小道。高型布置的屋外配电装置，应设置高层通道。发电厂及大型变电站的屋外配电装置周围宜设置高度不低于1.5m的围栏。第二十页，共四十五页，编辑于2023年，星期一3、布置型式：（1）低型布置特点：电气设备直接放在地面基础之上，周围设栅栏以保证人对电气的安全距离，操纵机构设在栅栏之外。

第二十一页，共四十五页，编辑于2023年，星期一低型布置优点：

①布置比较清晰，不易误操作，运行可靠；②安装、检修、维护方便；③设备重心低，抗震性能好；④所用钢材少，造价较省。缺点：

占地面积较大；检修时影响停电范围较大；尘土污染较严重。第二十二页，共四十五页，编辑于2023年，星期一（2）中型布置

布置特点：①所有电气设备都安装在同一水平面内，并装在一定高度的基础上；②母线设在较高水平面上，使带电部分对地保持必要的高度，以便工作人员能在地面上安全活动；③母线和电器完全不重叠。

第二十三页，共四十五页，编辑于2023年，星期一中型布置优点：

①布置比较清晰，不易误操作，运行可靠；②施工、检修、维护方便；③构架高度较低，抗震性能较好；④所用钢材少，造价较省。缺点：

占地面积较大。第二十四页，共四十五页，编辑于2023年，星期一（3）半高型

特点：①母线置于高一层的水平面上，与断路器、电流互感器、隔离开关上下重叠布置；②不同组母线不重叠。

第二十五页，共四十五页，编辑于2023年，星期一半高型室外配电布置例图二第二十六页，共四十五页，编辑于2023年，星期一半高型布置优点：

①占地面积比普通中型布置约减少30%；②主母线及其他电器和普通中型相同，旁路母线及隔离开关位置均不很高，且不经常带电运行，故检修运行都比较方便。③由于旁路母线与主母线采用不等高布置，实现进出线均带旁路的接线比较方便。缺点：隔离开关下方未设置检修平台，检修不方便。第二十七页，共四十五页，编辑于2023年，星期一（4）高型布置特点：①各母线和电器安装在几个不同高度平面，旁母与断路器、电流互感器等重叠布置，隔离开关重叠布置；②两组主母线重叠布置，下方没有电气设备。第二十八页，共四十五页，编辑于2023年，星期一110KV双母线带旁路母线高型布置间隔断面图第二十九页，共四十五页，编辑于2023年，星期一高型布置优点：

①充分利用空间，布置紧凑，纵向尺寸（垂直母线方向）最小。②占地只有普通中型布置的40%~50%。③母线绝缘子串及控制电缆用量比中型布置少。缺点：①耗用钢材比中型多15%~60%左右。②操作条件比中型差。③上层设备检修不方便。④抗震能力较差。适用：①场地狭窄或需大量土方开挖、回填的场区。②原有配电装置需扩建，而场地受到限制时。③不宜用于地震烈度8度以上地区。第三十页，共四十五页，编辑于2023年，星期一第二节成套配电装置一、概念1、成套配电装置：在制造厂预先将开关电器、互感器等一、二次电气设备组成各种电路，成套供应的配电装置。2、特点（1）电气设备布置在封闭或半封闭的金属外壳中，相间和对地距离可以缩小，结构紧凑，占地面积小。（2）所有电器元件已在工厂组装成一个整体(开关柜)，大大减少了现场安装工作量，有利于缩短建设工期，也便于扩建和搬迁。（3）运行可靠性高，维护方便。（4）耗用钢材较多，造价较高。第三十一页，共四十五页，编辑于2023年，星期一3、分类成套配电装置可分成三类：①低压成套配电装置；②高压成套配电装置(也称高压开关柜)；③SF6全封闭式组合电器(GIS)。成套配电装置按安装地点可分为：①屋内式；②屋外式。低压成套配电装置只做成屋内式，高压开关柜有屋内式和屋外式。SF6全封闭式组合电器因屋外气候条件较差，大部分都布置在屋内。第三十二页，共四十五页，编辑于2023年，星期一二、低压成套配电装置1.GGD型低压配电屏

配电屏的构架为拼装式结合局部焊接。正面上部装有测量仪表，双面开门。三相母线布置在屏顶，闸刀开关、熔断器、空气自动开关、互感器和电缆端头依次布置在屏内，继电器、二次端子排也装设在屏内。主母线排列在柜的上部后方，柜体的下部、后上部和顶部均有通风、散热装置。

固定式低压配电屏结构简单、价格低，维护、操作方便，广泛应用于发电厂、变电所、工矿企业等电力用户。第三十三页，共四十五页，编辑于2023年，星期一2.GCS抽屉式低压开关柜

GCS为密封式结构，分为功能单元室、母线室和电缆室。电缆室内为二次线和端子排。功能室由抽屉组成，主要低压设备均安装在抽屉内。若回路发生故障时，可立即换上备用的抽屉，迅速恢复供电，开关柜前面门上装有仪表、控制按钮和空气自动开关操作手柄。抽屉有联锁机构，可防止误操作。特点：密封性能好，防潮防尘；可靠性高，占地面积小；但结构复杂，钢材消耗较多，价格较高。它将逐步取代固定式低压配电屏。第三十四页，共四十五页，编辑于2023年，星期一三、高压成套配电设备型式：固定式高压开关柜手车式高压开关柜

SF6全封闭组合电器。

（1）高压开关柜的闭锁装置应具有“五防”功能：防止误分、误合断路器；防止带负荷分、合隔离开关；防止带电挂接地线或合接地开关；防止带接地线或接地开关合闸；防止误入带电间隔，以保证操作人员的安全。第三十五页，共四十五页，编辑于2023年，星期一（2）户内高压成套配电装置的布置要求配电装置的布置和设备的安装，应满足在正常、短路和过电压等工作条件时的要求。配电装置的绝缘等级，应和电力系统的额定电压相配合。屋内配电装置的安全净距不应小于最小安全净距。配电装置室内的各种通道应畅通无阻，不得设立门槛，并不应有与配电装置无关的管道通过。长度大于7m的高压配电装置室，应有两个出口，并宜布置在配电装置室的两端；长度大于60m时，宜增添一个出口；配电装置的门应为向外开启的防火门，应装弹簧锁，严禁用门闩，配电装置室可开窗。第三十六页，共四十五页，编辑于2023年，星期一3.固定式高压开关柜

固定式高压开关柜体积大，封闭性能差（GG系列）、检修不够方便，但制造工艺简单、钢材消耗少、价廉。较广泛用作中、小型变电所的6~35kV屋内配电装置。下图为XGN2-10Z型固定式开关柜外形结构图，其型号的含义为：X-箱式开关设备；G-固定式；N-户内装置；2-设计序号；10-额定电压（kV）；Z-真空断路器。XGN2-10Z型固定式开关柜第三十七页，共四十五页，编辑于2023年，星期一

4.手车式高压开关柜又称为移开式高压开关柜，开关柜由固定的壳体（简称外壳）和装有滚轮的可移开部件（简称手车）两部分组成。一般情况，外壳用钢板或绝缘板分隔成手车室、母线室、电缆室和继电器仪表室四部分。图示为JYN2-10型开关柜内部结构，其型号的含义为：J—金属封闭间隔式开关设备；Y—移开式；N—户内装置；2—设计序号；10—额定电压(kV)。

第三十八页，共四十五页，编辑于2023年，星期一四、SF6全封闭组合电气（GIS）

SF6全封闭组合电器是按发电厂变电站电气主接线的要求，将各电气设备依次连接组成一个整体，封装在以SF6气体为绝缘和灭弧介质的金属接地壳体内，以优质环氧树脂绝缘子作支撑，是一种新型成套高压电器。组成SF6全封闭式组合电器的标准元件有：①母线；②隔离开关（负荷隔离开关）；③断路器；④接地开关（工作接地开关和快速接地开关）；⑤电流互感器；⑥电压互感器；⑦避雷器；⑧电缆终端（或出线套管）。各元件可制成不同的标准独立结构，并辅以一些过渡元件（弯头，三通，波纹管等），可适应不同形式主接线的要求，组成成套配电装置。第三十九页，共四十五页，编辑于2023年，星期一GIS优点：

（1）占地面积与空间小。（2）运行可靠性高。（3）土建和安装工作量小，建设速度快。（4）检修周期长，维护工作量小。（5）能适应环境的要求。由于金属外壳接地的屏蔽作用，能消除对无线电的干扰，也没有偶然触及带电体的危险，有利于工作人员的安全。（6）封闭组合电器各气室相互隔离，可以防止事故范围的扩大，也便于各元件的分别检修与更换。（7）重心低，脆性原件少，抗震性能好。（8）GIS在超高