第3章(电力系统常识)

电气设备及接线概述一次系统（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。9/23/202313.1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。9/23/20232二、电气主接线的基本形式1.线路—变压器单元接线图3-48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。9/23/202332.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3-49单母线接线9/23/202343.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3-30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。9/23/202354.单母线带旁路母线接线图3-31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3-31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。9/23/202363.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3-32双母线接线9/23/202376.桥形接线图3-33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。9/23/20238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3-34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9/23/20239图3-34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3-33）：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3-33）：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。9/23/202310图3-33一、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3-36）：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。9/23/202311图3-36一、二次侧均采用双母线的总降压变电所主接线图9/23/202312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3-37）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。9/23/202313图3-37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b)高压侧采用负荷开关与熔断器c)高压侧采用隔离开关与断路器9/23/202314图3-38高压侧无母线、低压侧单母线分段的两台变压器变电所主接线图特点：供电可靠性较高，可供一、二类负荷或用电量较大的车间变电所。高压侧无母线、低压侧采用单母线分段接线2．装有两台变压器的小型变电所9/23/202315高压侧单母线、低压侧采用单母线分段接线：适用于装有两台及其以上配电变压器或具有多回高压出线的变电所。特点：供电可靠性也较高，可供二、三类负荷。当与其他变电所之间有联络线时，可供一、二类负荷。图3-39高压侧单母线、低压侧单母线分段的两台变压器变电所主接线图9/23/202316高、低压侧均采用单母线分段接线：适用于装有两台配电变压器的变电所。特点：供电可靠性相当高，可供一、二类负荷。图3-60高、低压侧均采用单母线分段的两台变压器变电所主接线图9/23/202317一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：如熔断器、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。9/23/202318

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：3.2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。9/23/202319

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。9/23/2023203.高压断路器的类型油断路器图3-3SN10—10型高压少油断路器图3-3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10～35kV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9/23/202321六氟化硫（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3-6为LW36-126型SF6断路器的外形结构。其它型号的外形结构图3-6LW36-126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。双压式：结构复杂，辅助设备多，性能较差单压式：结构简单，可靠性高，便于维护9/23/202322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3-7为真空断路器灭弧室的结构。图3-7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3—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瑞士ABB公司两大派别。西门子公司的代表产品有3AF、3AG及3AH等；瑞士ABB公司的代表产品有VD4。9/23/202323图3-11ZN28A-12型真空断路器图3-12ZW32-12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。9/23/202324高压断路器的型号：9/23/202325

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3A的空载线路等）。9/23/2023262.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。9/23/202327户内式隔离开关图3-10为GN8-10型户内隔离开关的外形结构。图3-10GN8-10型隔离开关1—上接线端子2—静触头3—闸刀4—套管绝缘子3—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9/23/202328户外式隔离开关图3-11为GW4-110型双柱式户外隔离开关的外形结构。图3-11GW4-110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3—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9/23/202329图3-12为GW3-110D型V形户外隔离开关的外形结构。图3-12GW3-110D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3—绝缘子6—轴承座7—伞齿轮8—接地刀闸9/23/202330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：9/23/202331

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；9/23/202332负荷开关的型号：9/23/202333图3-13和图3-14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3-13ZFN-10型高压真空负荷开关图3-14ZFN-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。9/23/202334

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。9/23/202335

图3-13为HD13型刀开关的外形结构。低压刀开关的型号9/23/202336图3-13HD13型刀开关1—上接线端子2—钢栅片灭弧罩3—闸刀4—底座3—下接线端子6—主轴7—静触头8—连杆9—操作手柄9/23/2023372．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:9/23/2023383．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。9/23/202339

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3-16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3—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9/23/2023402．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。配电用按保护性能分按结构型式分：塑料外壳式和万能式非选择型：瞬时动作，作短路保护选择型：两段式和三段式保护特性智能型：脱扣器为微处理器9/23/202341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3-18所示。塑料外壳式低压断路器（DZ系列）9/23/202342图3-18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。9/23/202343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3-19和图3-20分别为DW13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。9/23/202344图3-19DW13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3—过流脱扣器6—辅助触点（联锁触点）7—钢栅片灭弧罩9/23/202345图3-20CW1系列智能型万能式低压断路器9/23/2023463.3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9/23/2023471．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3-21所示。其熔管的内部结构如图3-22所示。图3-21RN1、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3—接线端子6—瓷绝缘子7—底座图3-22RN1、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3—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（0.3A）。9/23/202348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3-23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。9/23/202349图3-23RW4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3—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9/23/202350

（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9/23/2023511．RM10型密闭管式熔断器图3-24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3-24RM10型低压熔断器1—铜帽2—管夹3—纤维熔管4—触刀3—变截面锌熔片9/23/2023522．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3-23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3-26所示。它采用金属钠作熔体。

9/23/202353图3-23RT0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3—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9/23/202354

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3-26RZ1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3—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3-27所示。9/23/2023551.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3-28所示。图3-27避雷器保护原理图图3-28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9/23/202356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3-29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。9/23/202357图3-29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。9/23/202358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。9/23/2023593.4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。9/23/202360电力变压器的型号

图3-31和图3-32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。9/23/202361图3-32三相干式变压器图3-31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）3—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