第四章-工厂变配电所及其一次系统课件

第四章工厂变配电所及其一次系统

教学目的1．了解：工厂变配电所及其一次系统的相关知识。2．理解并掌握：高压开关电气设备；电流互感器和电压互感器使用时的注意事项。重点高压开关电气设备。难点高压开关电气设备的配合使用；电流互感器和电压互感器的使用。12/6/20231工厂供电第一节工厂变配电所的任务、类型及所址选择

一、变配电所的任务与类型

变电所：TS，接受电能、变换电压、分配电能。配电所：DS，接受、分配电能。工厂变电所分总降压变电所（HSS）和车间变电所（STS）。STS按其变压器的安装位置分：车间附设变电所（内附、外附）、车间内变电所、（半）露天变电所、独立变电所、杆上变电台、地下变电所、楼上变电所、成套变电所、移动式变电所。12/6/20232工厂供电二、变配电所的所址选择1．尽量靠近负荷中心；2．进出线方便（架空线）；3．靠近电源侧；4．设备运输方便；5．不应剧烈振动、高温；6．不应多尘、腐蚀性气体场所、不应在下风侧；7．不应积水；8．不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方；9．不应地势低。12/6/20233工厂供电负荷指示图教材P79图4-2，按负荷矩法确定负荷中心教材P100图4-3。一般取0.7~1。12/6/20234工厂供电第二节电气设备中的电弧问题

及对触头的要求1．电弧延长了电路开断时间（短路损耗↑）；高温→触头、电气设备、导线和电缆；弧光→人眼。2．电弧表面3000~4000℃，弧心10000℃。成因：（1）触头本身及触头周围的介质中含有大量可被游离的电子；（2）分断的触头之间存在足够大的外施电压。这些电子就有可能强烈电离而产生电弧。电弧的游离方式：热电发射、高电场发射、碰撞游离、高温游离、以上综合→电弧维持。12/6/20235工厂供电3．电弧的熄灭（1）条件：触头间电弧中的去游离率大于游离率，即其中离子消失的速度大于离子产生的速率。（2）去游离方式：正负带电质点的“复合”。  正负带电质点的“扩散”，（温差、离子浓度差）。（3）交流电弧的熄灭：过零一次，T内电弧暂时熄灭两次。一般几个T，而真空断路器的灭弧只需半个周期（0.01s），即电流第一次过零时就能使电弧熄灭。12/6/20236工厂供电（4）开关电器中常用的灭弧方法①速拉灭弧法；②冷却灭弧法；③吹弧灭弧法（气、油电磁力）；④长弧切短灭弧法；⑤粗弧细分灭弧法；⑥狭沟灭弧法（FU中的石英砂）；⑦真空灭弧法；⑧SF6灭弧法。

SF6：优良的绝缘性能和灭弧性能，绝缘强度为空气的3倍，绝缘强度恢复的速度约为空气100倍。12/6/20237工厂供电4．对电气触头的基本要求正常负荷的发热要求、足够的机械强度、动稳定度和热稳定度、足够的断流能力。工作触头：铜、镀银铜触头。灭弧触头：铜钨合金（耐高温）。12/6/20238工厂供电第三节高压一次设备及其选择一、概述

输送和分配电能的电路→一次电路、一次回路、主回路→一次设备；控制指示、监测和保护一次设备的电路→二次电路、二次回路、副回路→二次设备。接在互感器的二次侧。一次设备按功能分：⑴变换设备；⑵控制设备；⑶保护设备；⑷补偿设备；⑸成套设备。12/6/20239工厂供电二、高压熔断器熔断器：fuse，文字符号FU，（图形符号）。（熔体→分断电流、断开电路）。

原理：所在电路的电流超过规定值一段时间后，其内部的熔体融化，分断所在电路。

功能：主要对电路和设备进行短路保护，有的也具有过负荷保护功能。室内：RN1、RN2等高压管式限流熔断器（瓷质容管内充石英砂填料的密闭管式熔断器）。室外：RW4-10、RW10F-10等高压跌开式熔断器。12/6/202310工厂供电RN1、RN2型高压熔断器1-瓷质熔管2-金属管帽3-弹性触座4-熔断指示器5-接线端子6-支柱瓷瓶7-底座12/6/202311工厂供电RN1：主要用于高压线路和设备的短路保护，也能起过负荷保护的作用。100A。RN2：只作高压电压互感器一次侧的短路保护，0.5A。教材P107图4-11。

铜丝上锡球：先熔→“冶金效应”。（0.01s，∴在ish之前灭弧，不必考虑短路冲击电流的影响，“限流”熔断器。）12/6/202312工厂供电RW4、RW10F户外高压跌开式熔断器：FD、FDL，教材P109图4-13、14。有明显断开间隙，兼起隔离开关的作用。RW4-10G型跌开式熔断器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(内套纤维质消弧管)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

12/6/202313工厂供电低压保险丝及熔断器12/6/202314工厂供电RN管式及RW跌开式熔断器12/6/202315工厂供电三、高压隔离开关high-voltagedisconnector，QS，。

功能：隔离高压电源，以保证其他设备和线路的安全检修。

结构特点：断开后有明显间隙，断开间隙的绝缘和相间绝缘足够可靠，充分保证设备检修的人身安全。无专门的灭弧装置，不允许带负荷操作。2A，5A。教材P110户内：图4-15，GN8-10；户外：图4-16，GW2-15。12/6/202316工厂供电GN8-10-型户内式高压隔离开关1-上接线端子2-静触头3-闸刀4-绝缘套管5-下接线端子6-框架7-转轴8-拐臂9-升降瓷瓶10-支柱瓷瓶

12/6/202317工厂供电户外交流高压隔离开关技术参数：额定电压(kV)：12；15额定电流(A)：630额定短时耐受电流(kA)：20(4S)额定峰值耐受电流(kA)；42~50工频耐压(断口)(kV)：48工频耐压(相对地)(kV)：42雷电冲击耐压(断口)(kV)：85雷电冲击耐压(相对地)(kV)：75机械寿命(次)：200012/6/202318工厂供电户外高压隔离开关12/6/202319工厂供电户外高压隔离开关12/6/202320工厂供电四、高压负荷开关high-voltageloadswitch，QL。

功能：具有简单的灭弧装置，能通断一定的负荷电流和过负荷电流，但不能断开短路电流；有明显的断开间隙，隔离电源，保证安全检修。

配合：与高压FU串联使用，借助FU来切除短路故障。如教材P112图4-17FN3-10RT（户内），气吹灭弧、弹簧拉长灭弧、电磁吹弧。热脱口器实现过负荷保护。12/6/202321工厂供电FN3-10RT型高压负荷开关1-主轴2-上绝缘子兼气缸3-连杆4-下绝缘子5-框架6-RN1型高压熔断器7-下触座8-闸刀9-弧动触头10-绝缘喷嘴（内有弧静触头）11-主静触头12-上触座13-断路弹簧14-绝缘拉杆15-热脱扣器12/6/202322工厂供电户内交流高压真空负荷开关-熔断器组合电气12/6/202323工厂供电五、高压断路器high-voltagecircuit-breaker，QF，。

功能：不仅能通断正常的负荷电流，而且能接通和承受一定时间的短路电流，并能在保护装置作用下自动跳闸，切除短路故障。按灭弧介质分：油断路器（应用广）、SF6断路器、真空断路器、压缩空气断路器、磁吹断路器。

油断路器：多油断路器的油：灭弧、绝缘。少油断路器的油：灭弧，3~35kV户内配电中，如SN10-10。12/6/202324工厂供电SNl0-10型高压少油断路器1-铝帽2-上接线端子3-油标4-绝缘筒5-下接线端子6-基座7-主轴8-框架9-断路弹簧12/6/202325工厂供电Soc断流容量（open-circuitcapacity）：分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型。SN10-10Ⅰ：Soc=300MV·A；SN10-10Ⅱ：Soc=500MV·A；SN10-10Ⅲ：Soc=750MV·A。电磁操动结构：手动、远距离跳、合闸，需直流电源，合闸功率大。弹簧储能操动结构：手动、远距离跳、合闸，交直流电源均可，结构复杂。12/6/202326工厂供电SF6：无色、无味、无毒且不易燃烧的惰性气体。150℃↓稳定，高温（电弧）作用下分解，氟（F2）有较强的腐蚀性、毒性。⑴与触头的金属蒸气化合为一种具有绝缘性能的白色粉末状的氟化物→触头设计成具有自动净化功能。几μs还原。⑵SF6不含C（油分离C→↓绝缘和灭弧性能→监视有色→更换）。⑶SF6不含O，不存在触头氧化问题。⑷优良的电绝缘性能。∴SF6电流过零时电弧暂时熄灭后，迅速恢复绝缘强度→灭弧。SF6断路器优点：①断流能力强；②灭弧速度快；③电绝缘性能

12/6/202327工厂供电好；④检修周期长；⑤适于频繁操作；⑥没有燃烧爆炸危险。缺点：①要求制造工艺精度高；②密封性能严；③价格较昂贵。高压真空断路器：（vacuum，10-2~10-6Pa）灭弧过快，极大，出现高压。∴不宜绝对真空→“真空电弧”，在电流第一次过零时熄灭（≤0.01s），屏蔽罩。

高压隔离开关QS与高压断路器QF配合实现电路分、合闸：合闸：先合QS，后合QF；分闸：先分QF，后分QS。12/6/202328工厂供电少油断路器多油断路器12/6/202329工厂供电户内高压真空断路器12/6/202330工厂供电户外交流高压六氟化硫断路器12/6/202331工厂供电六、高压开关柜

high-voltageswitchgear，按一定的线路方案将有关一、二次设备组装而成的一种高压成套配电装置。固定式、手车式（移动式）两大类型。固定式：一般中小厂，“五防”：①防止误跳误合断路器；②防止带负荷误拉误合隔离开关；③防止带电误挂接地线；④防止带接地线误合隔离开关；⑤防止人员误入带电间隔。教材P119图4-27。

手车式（移动式）特点：高压QF等主要电气设备是装在可以拉出和推入开关柜的手车上的，同类备用手车替换→恢复供电。教材P120图4-28。12/6/202332工厂供电GG1A(F)—07S型高压开关柜1-母线2-母线侧隔离开关3-少油断路器(QF)4-电流互感器(TA)5-线路侧隔离开关(QS)6-电缆头7-下检修门8-端子箱门9-操作板10-断路器的手动操动机构11-隔离开关的操动机构手柄12-仪表继电器屏13-上检修门14、15-观察窗口12/6/202333工厂供电GC口—10(F)型高压开关柜（断路器手车柜未推入）1-仪表屏2-手车室3-上触头(兼有隔离开关功能)4-下触头(兼有隔离开关功能)5-SN10-20型断路器手车12/6/202334工厂供电12/6/202335工厂供电12/6/202336工厂供电箱式变压器12/6/202337工厂供电12/6/202338工厂供电12/6/202339工厂供电低压成套配电柜12/6/202340工厂供电12/6/202341工厂供电七、高压一次设备的选择(自学)按正常条件下工作选择，按短路故障条件下校验。（动、热稳定度）

对FU和装有FU保护的电压互感器（TV），不必进行短路动稳定度和热稳定度的校验；对电力电缆，不必进行动稳定度校验。

表4-1高压一次设备的选择校验项目和条件教材P122例4-1，自学。12/6/202342工厂供电电气设备名称电压kV电流A断流能力kA或MV·A短路电流校验动稳定度热稳定度高压熔断器√√√——高压隔离开关√√—√√高压负荷开关√√√√√高压断路器√√√√√电流互感器√√—√√电压互感器√————高压电容器√————母线—√—√√电缆√√——√支柱瓷瓶√——√—套管瓷瓶√√—√√选择校验的条件设备的额定电压应不小于装置地点的额定电压设备的额定电流应不小于通过设备的计算电流设备的最大开断电流(或功率)应不小于它可能开断的最大电流(或功率)按三相短路冲击电流校验按三相短路稳态电流和短路发热假想时间校验12/6/202343工厂供电第四节低压一次设备及其选择1．低压FU、低压开关、低压配电屏、低压断路器。2．低压熔断器功能：实现低压配电系统的短路保护，有的也能实现过负荷保护。插入式RCX、螺旋式RLX、无填料密封管式RMX、有填料密封管式RTX及引进技术生产的有填料管式gF、aM系列和高分断能力的NT型等。

RM10型：教材P123图4-29。变截面熔片：短路时窄熔断，过负荷时斜熔断。→部位判断故障电流性质。非限流（ish）熔断器。12/6/202344工厂供电RM10型低压熔断器a）熔管b）熔片12/6/202345工厂供电熔断器的安秒特性曲线12/6/202346工厂供电a)熔体b)熔管c)熔断器d)绝缘操作手柄1-栅状铜熔体2-刀形触头(触刀)3-瓷熔管4-熔断指示器5-盖板6-弹性触座7-瓷质底座8-接线端子9-扣眼10-绝缘拉手手柄

RT0有填料密封管式熔断器：石英砂，“限流作用”、“锡桥”→“冶金效应”。12/6/202347工厂供电

RZ1自复式熔断器：P125图4-31。RMX、RTX等熔体熔断后必须更换熔体才能恢复供电，时间长。RZ不必，既能切断短路电流，又能在短路故障后自动恢复供电，无须更换熔体。钠（Na）→熔体，气化（切断电路）→固化（接通电路）。自复式熔断器常与低压断路器配合使用，甚至组合为一种电器。12/6/202348工厂供电RZ1型低压自复式熔断器1-接线端子2-云母玻璃3-氧化铍瓷管4-不锈钢外壳5-钠熔体6-氩气7-接线端子12/6/202349工厂供电3．低压刀开关和负荷开关knife-switch，Qk，教材P126图4-32。不带灭弧罩：在无负荷下操作，作隔离开关使用。带灭弧罩：能通断一定的负荷电流。熔断器式刀开关：fuse-switch，QKF或FU-QK。（刀熔开关）。低压刀开关与低压熔断器组合的开关电器，RT0型熔断器→闸刀。

低压负荷开关：low-voltageloadswitch，QL。由带灭弧装置的刀开关与熔断器串联组合而成，外壳为封闭式铁壳或开启式胶盖，既可带负荷操作，又能实现短路保护，但短路后需要更换熔体才能恢复供电。12/6/202350工厂供电4．低压断路器教材P128图4-34low-voltagecircuit-breaker，QF。俗称自动开关（auto-switch），既能带负荷通断电路，又能在短路、过负荷和低电压（或失压）时自动跳闸。按灭弧介质分：空气断路器、真空断路器等。按用途分：配电用断路器、电动机用断路器、照明用断路器、漏  电保护断路器等。按结构分：塑料外壳式和万能式。

塑壳式断路器：配电支线负荷端开关及不频繁启动电动机的控制和保护开关。教材P130图4-36、37。12/6/202351工厂供电低压断路器的原理结构和接线图1-主触头2-跳钩3-锁扣4-分励脱扣器5-失压脱扣器6、7-脱扣按钮8-加热电阻丝9-热脱扣器10-过流脱扣器12/6/202352工厂供电万能式断路器：又称框架式自动开关，敞开地敷设。教材P130图4-38。5．低压配电屏low-voltagepanel，低压成套配电装置，动力和照明配电用。6．低压一次设备的选择按正常条件选择，按短路条件校验。12/6/202353工厂供电电气设备名称电压V电流A断流能力/kA短路电流校验动稳定度热稳定度低压熔断器√√√——低压刀开关√√√≯≯低压负荷开关√√√≯≯低压断路器√√√≯≯注：表中√表示必须校验，≯表示一般可不校验，—表示不要校验。12/6/202354工厂供电第五节电力变压器12/6/202355工厂供电T的额定容量（铭牌容量）：是指在规定的环境温度条件下，室外安装时，在规定的使用年限内（一般按20年）所能连续输出的最大视在功率。过负荷能力：允许一定的过负荷（油浸式）：昼夜负荷不均匀而考虑的过负荷，夏季欠负荷而在冬季考虑的过负荷。（1.2~1.3）倍ST干式T不考虑正常过负荷。事故过负荷：允许短时间较大幅度过负荷运行，P143表4-4。12/6/202356工厂供电变电所主变压器台数的选择

应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对季节性负荷或昼夜负荷变动较大和宜于采用经济运行方式的变电所，也可考虑采用两台变压器。一般车间变电所宜采用一台变压器，但负荷集中且容量大的变电所，可采用两台或多台变压器。确定变电所变压器台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。12/6/202357工厂供电变电所主变压器容量的选择1.1台时：≥。2.2台时：任一台。任一台单独运行时应满足全部一、二级负荷的需要≥（Ⅰ+Ⅱ）。3.车间变电所：≤1000kV·A或1250kV·A。居住小区：油浸单台，≤630kV·A（>630时应安装瓦斯保护)。4.适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。12/6/202358工厂供电电力变压器T的并列运行①所有并列T的额定一次电压和二次电压必须对应相等；（差值≤±5%，否则二次绕组环流，过热、烧毁）②所有并列T的短路电压（阻抗电压）必须相等；（差值≤±10%，较小的T过负荷）③并列T的联结组别必须相同；（一、二次电压的相序、相位相同，△U→环流→烧毁）④并列T的容量应尽量相同或相近。（≤3：1，否则小容量过负荷）12/6/202359工厂供电第六节互感器及其选择（自学）一、概述电流互感器，currenttransformer，缩写CT，文字符号TA，供仪表使用的CT二次侧额定电流一般为5A。电压互感器：voltagetransformer或potentialtransformer，缩写PT，文字符号TV，二次侧额定电压一般为100V。互感器的功能（作用）：①用来使仪表、继电器等二次设备与主电路（一次电路）绝缘。②用来扩大仪表、继电器等二次设备的应用范围。Ki、Ku。12/6/202360工厂供电Ki为电流互感器变比，。如N1、N2：一、二次匝数；二、电流互感器TA12/6/202361工厂供电电流互感器图片12/6/202362工厂供电电流互感器在三相电路中的四种接线方案：教材P147图4-48。12/6/202363工厂供电

一相式接线：负荷平衡的三相电路中，测I或接过负荷保护装置。

两相V形接线：两相不完全星形接线，6~10kV三相电流、电能测量及过电流继电保护，。两相电流差接线：，中性点不接地的三相三线制（如6~10kV）电路中过电流继电保护，也称两相一继电器接线。三相星形接线：负荷不平衡的三相四/三线制电路中，电流、电能的测量及过电流继电保护等。12/6/202364工厂供电类型、型号：一次侧单匝、多匝式；测量用的有：0.1，0.2，0.5，1，3，5等级；保护用：5P，10P。高压CT两个二次绕组（铁心）：接测量（易饱和）、继电器（不易饱和）。教材P148图4-51。低压CT：穿心，500V及以下。教材P149图4-52。环氧树脂或不饱和树脂浇注绝缘，较之老式的油浸式、干式小，性能好。12/6/202365工厂供电

LQJ—10型电流互感器LMZJ1—0.5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-警示牌1-铭牌2-一次母线穿孔3-铁心（外绕二次绕组，树脂浇注）4-安装板5-二次接线端子“二次侧不得开路”12/6/202366工厂供电选择、校验：按装设地点的条件及额定电压、一次电流、二次电流（5A）、准确度等级等条件选择，并校验短路动稳定度和热稳定度，500V，2.5mm2铜芯绝缘导线，1s热稳定度校验、动稳定电流峰值。教材P448附录表16，LQJ-10型电流互感器技术数据。L表示CT；Q表示线圈式；J表示树脂浇注绝缘；10表示10kV。12/6/202367工厂供电电流互感器使用注意事项：①电流互感器在工作时其二次侧不得开路；（励磁电流）②电流互感器的二次侧有一端必须可靠接地；（绝缘击穿时一次高压串入→二次侧，高压危险）③电流互感器在接线时要注意其端子的极性；（减极性，同名端接在一起）④电流互感器拆除时，先将二次侧短路。

12/6/202368工厂供电12/6/202369工厂供电三、电压互感器TV：1-铁心2-一次绕组3-二次绕组并联，教材P153图4-55，如左图。电压互感器变比12/6/202370工厂供电

提问：电气设备符号都代表什么意思？12/6/202371工厂供电接线方案4种，教材P154图4-56，如上图所示。一个单相TV接线：供仪表、继电器线电压。两个单相TV接成V/V形：线电压，6~10kV高压配电装置中。三个单相TVY0/Y0形：线电压、绝缘监视。三个单相三绕组TV或一个三相五芯柱TV：Y0/Y0/（开口三角形），小电流接地系统。选择：按装设地点的饿条件及一次电压、二次电压（100V）、准确度等级。12/6/202372工厂供电电压互感器使用时注意事项：①电压互感器在工作时其二次侧不得短路；（∵一次侧有FU作短路保护）②电压互感器的二次侧有一端必须可靠接地；（一次高压→二次，危险）③电压互感器连接时必须注意极性。12/6/202373工厂供电第七节工厂变配电所的主接线图1．要求：安全、可靠、灵活、经济。2．高压配电所的主接线图，教材P159图4-58。架空线、电缆进线，QF两侧均应装设QS。单母线分段（QS、QF+QS）、备用电源自动投入装置APD（auto-put-intodeviceofreservesource）TV、TA、FV。系统式主接线：按电能输送顺序，教材P159图4-58，高压配电所及其附设2#车间变电所的主接线图。

装置式主接线：按高、低压成套配电装置之间的相互连接、排列位置，教材P161图4-59。12/6/202374工厂供电12/6/202375工厂供电12/6/202376工厂供电No.101102103104105106107108109110111N0.112电能计量柜1号进线开关柜避雷器及电压互感器出线柜出线柜出线柜GN6-10/400出线柜出线柜出线柜避雷器及电压互感器2号进线开关柜电能计量柜GG-1A-JGG-1A(F)-11GG-1A(F)-54GG-1A(F)-03GG-1A(F)-03GG-1A(F)-03GG-1A(F)-03GG-1A(F)-03GG-1A(F)-03GG-1A(F)-54GG1A(F)-11GG-1A-J12/6/202377工厂供电3．车间和小型工厂的变电所主接线图车间变电所高压侧主接线方案(示例)FUFU12/6/202378