第二章(2) 用户变电所

任务四用户变电所及电气设备任务描述通过分析现有变电所电气设备的结构特点，熟悉相关电气设备在变电所构成中的作用以及使用中的注意要点，学会设计用户变电所并选择电气设备。任务分析熟悉用户变电所的作用及组成，清楚变电所的设计与位置选择。熟悉变电所的主要电气设备的作用、结构及使用时的注意事项。3/10/202411（1）用户变电所的作用及设计原则2（2）变电所的主要电气设备知识点：3/10/20242（2）熟悉主要电气设备的功用（1）熟悉用户变电所技能点技能点：3/10/202431、变电所的作用及组成是电力系统中对电能的电压和电流进行变换、集中和分配的场所。主要由主接线，主变压器，高低压配电装置，继电保护和控制系统，所用电和直流系统，远动和通讯系统，必要的无功功率补偿装置等组成。2、变电所位置的选择原则（一）变电所的设计要求（二）变电所位置选择3、变电所电气设备的选择原则可靠、安全、经济用户变电所一、用户变电所3/10/20244用户变电所值班室3/10/202451、按功能分（1）变换设备：电力变压器（2）控制设备：高低压开关（3）保护设备：避雷器（4）成套设备：高压开关柜2、高压一次设备高压断路器、隔离开关、高压开关柜等3、低压一次设备低压熔断器4、静电电容器5、互感器电流互感器、电压互感器变电所的主要电气设备二、变电所的主要电气设备3/10/20246主要电气设备符号（1）交流发电机(G)电力变压器(T)断路器(QF)隔离开关(QS)熔断器(FU)刀开关(QK)熔断器式开关(Q)3/10/20247主要电气设备符号（2）负荷开关(Q)

线路、母线(W)电流互感器(TA)

电压互感器(TV)阀型避雷器(F)

电抗器(L)电容器(C)

电缆及终端(X)3/10/20248分立使用的高压电器主要有：熔断器、断路器、隔离开关、负荷开关。熔断器：当有过电流流过时，元件会由于本身发热而熔断，并借助灭弧介质的作用，使其连接的电路断开，从而保护电力线路和电气设备。按结构和动作原理分为：

限流式熔断器和跌落式熔断器。3/10/202491.熔断器1）限流式熔断器组成：熔丝磁管、石英砂及联结附件等。结构图：3/10/2024101.熔断器

1）限流式熔断器（1）熄弧能力强，可在短路电流达到最大峰值前约0.01s内使其减至零，使电弧熄灭。因此可限制短路电流，降低对电气设备的动、热稳定性的要求。（2）由于电弧电流被强迫过零，容易产生过电压。需要将过电压限制在2.5倍额定电压下。

采用变截面熔体，使各段熔体的熔化时间错开，达到适当延长熔化时间并限制过电压的目的。3/10/2024111）限流式熔断器（3）开断电路时无游离气体排出，广泛用于室内配电装置中。

RN1系列的IN20～200A型，供高压线路和设备的短路过载保护用。

RN2系列专门作为TV的短路保护用。（4）选择：

A.熔断器的上限容量不大于最大短路电流，下限容量不小于最小短路电流。

B.保护电机的熔丝安－秒特性曲线，应高于电机启动时的安－秒特性，且同一电流及最大电流下两者时差不应大于0.5s。3/10/202412RN1、RN2、RW10-35型、RNZ型系列户内、户外、直流熔断器3/10/2024132）RW1系列户外跌落式熔断器绝缘子熔丝管进接线座出接线座静、动触头切断负荷钩安装板3/10/2024142）RW1系列户外跌落式熔断器正常情况下，其利用熔丝将由动触头组成的熔丝管上的活动关节拉紧，使熔断器保持在通路状态。故障使熔丝产生高温电弧使熔丝管内产生大量的气体，引起管内压力升高，气体高速向外喷出产生强烈的去游离作用，使电流过零时将电弧熄灭。活动关节因熔丝熔断而释放，熔丝管跌落。由于其在灭弧时会产生大量的游离气体，并伴随巨大响声，一般只在户外适用。3/10/2024152.断路器★作用：切断正常负荷电流和短路故障电流，既作控制又兼作保护用。★符号含义：例SN1-35G-3000-30S－灭弧方式(K-空气；S-少油；D-多油；

Z-真空；C-磁吹；L-六氟化硫)；

N－安装方式(N-户内；W-户外)；

1－设计序号；35－额定电压(kV)；

G－代表改进型；3000－额定电流(A)；

30－额定容量(MVA)3/10/202416（1）多油断路器使用油作为灭弧和绝缘介质，箱内充油较多。矿用主要有DN1-10和DN1-10G型。3/10/202417（2）少油断路器

少油断路器充油较少，油仅作为灭弧介质用，绝缘靠空气和磁绝缘子实现。相比多油型其油量少，油箱结果坚固，使用安全、安装简单。 运行时油箱带电，必须安装在支持绝缘子上。断路器电容器支持瓷套灭弧装置中间机构箱底座3/10/202418（3）真空断路器真空断路器采用高真空作为灭弧介质，其核心部件为真空灭弧室。真空灭弧室内空气非常稀薄，其内气体几乎没有游离作用。触头在分离过程中能迅速灭弧，不会产生大的电弧。3/10/202419（3）真空断路器

真空断路器灭弧室如图所示，触头密封在真空灭弧室内，动、静触头分别焊接在动、静导电杆上，动触头借助波纹管实现密封。在机械机构的驱动作用下，动触头可在灭弧室内沿轴向移动，实现分合电路的作用。3/10/202420螺旋形状的真空灭弧室触头3/10/202421紧急手动分闸装置电子控制器永磁传动装置电容器位置传感器永磁传动装置真空断路器的永磁操动机构3/10/2024223/10/202423（4）SF6断路器采用六氟化硫气体作为灭弧介质的断路器。SF6是一种化学性质稳定的惰性气体，正常状态下无色、无味、无毒、不燃、无老化现象。具有良好的绝缘和灭弧性能。

SF6断路器具有开断能力强、断口电压高、噪音小、无火灾危险等优点。但SF6在高温电弧的作用下分解的低氟化物剧毒，对断路器的加工工艺要求非常严格。最近几年在国内使用正在增多。3/10/202424SF6断路器3/10/202425SF6断路器的灭弧室3/10/2024263.隔离开关（1）作用

将高压配电装置元件与电源隔离。（2）用途

A.隔离电源

B.电路转换

C.闭合或分断小电流电路3/10/2024273.隔离开关（3）操作与选用由于隔离开关没有灭弧装置，只能切除相当小的电流，所以严禁带负荷进行分合闸操作。须严格遵守“倒闸操作”的规定，即：分闸时，先断QF，后断QS；合闸时，先合QS，后合QF。选择时一般根据额定电压、电流等进行考虑，作短路时的动、热稳定校验。3/10/2024283/10/2024293/10/2024304.负荷开关（1）负荷开关有简单的灭弧装置，其他部分结构与隔离开关类似。可以用来切断负荷电流，但不能用来切断短路电流。（2）用途：容量不大或不太重要的10kV及以下配电线路上作电源开关用（3）加装熔断器的负荷开关可代替QF用，即可切除正常负荷电流，又可切断短路电流（一次性使用）。3/10/2024314.负荷开关

如图为FN5—10RD型带有高分断能力熔断器的高压负荷开关，适用于交流50Hz，10kV电网中，作为开断负荷电流及关合短路电流之用。3/10/202432户内高压真空负荷开关一熔断器组合电器3/10/202433四种高压开关的特性总结高压开关正常电流情况故障电流情况熔断器不动作可以切断一次故障电流（需更换熔丝/片或熔断器）断路器可以投/切电路可以频繁切断故障电流隔离开关不可以投/切电路不能切断故障电流负荷开关可以投/切电路不能切断故障电流带熔断器的负荷开关可以投/切电路可以切断一次故障电流（需更换熔丝/片或熔断器）3/10/2024345、高压开关柜

高压开关柜以高压开关为主，按照一定的接线，针对使用场合、控制对象及主要元器件的特点，将有关的一、二次设备组合起来，装于封闭式或敞开式金属柜内的一种高压成套配电装置。主要用于配电系统，作为接受与分配电能或直接启动大型电机用。组成：母线、高压开关、TA、TV、计量仪表、保护装置、信号及操动机构等。根据结构不同，分为普通型、矿用一般型和隔爆型。按结构型式可分为固定式、移开式两大类型。按功能作用分，主要有馈线柜、电压互感器柜、高压电容器柜（GR-1型）、电能计量柜（PJ系列）、高压环网柜（HXGN型）等。3/10/2024355、高压开关柜）普通型适用于一般环境的高压开关柜，在矿井地面变、配电所或矿区变电所的高压配电系统广泛使用GG（固定型）、GBC（带保护型）高压开关柜。3/10/202436

3/10/2024375、高压开关柜2.）矿用一般型特别要求：（1）全封闭外壳，具有防机械损伤，防潮结构。（2）在温度35℃、相对湿度97％的空气中运行绝缘良好，绝缘材料又耐油性和耐弧性。（3）引入电缆接线端子有一定的漏电距离和气隙。（4）高压油断路器的使用额定断流容量应为实际最大值的一半。（5）应有防误操作的机械闭锁装置。（6）电缆引出线应有接线盒或用插销联结电缆。3/10/2024382.）矿用一般型我国煤矿常用型号：KYGG、GKW、GKFC、GFW型等。G－开关柜K－矿用型W－室外F－负荷开关C－手车式3/10/202439手车式开关柜结构：柜体和手车两部分柜体内有汇流母线、电缆头、一次静触头座，两侧柜上有手车接地静触座，正面两侧各设触头6组。柜底设供手车用的轨道。手车上有隔离开关，一、二次动触头，电流电压互感器，高压熔断器，多油断路器，电动操作机构、照明灯等。手车上部为仪表屏，下部为继电器屏。3/10/2024405、高压开关柜3.矿用隔爆型3/10/202441PBG系列矿用隔爆兼本质安全型

高压真空配电装置3/10/2024425高压开关柜开关柜在结构设计上具有“五防”：“五防”：防止误跳、合断路器，防止带负荷拉、合隔离开关，防止带电挂接地线，防止带接地线合隔离开关，防止人员误入带电间隔。

1.KYN系列高压开关柜KYN系列金属铠装移开式开关柜是消化吸收国内外先进技术，根据国内特点自行设计研制的新一代开关设备。KYN-10型开关柜由前柜、后柜、继电仪表室、泄压装置四部分组成。这四部分均为独立组装后栓接而成，开关柜被分隔成手车室、母线室、电缆式、继电仪表室。3/10/2024435高压开关柜2.XGN2-10型开关柜XGN2-10型箱型固定式金属封闭开关柜是一种新型的产品，该产品采用ZN28A-10系列真空断路器，也可以采用少油断路器，隔离开关采用了GN30-10型旋转式隔离开关，技术性能高，设计新颖。柜内仪表室、母线室、断路器室、电缆室分隔封闭，使之结构更加合理、安全，可靠性高，运行操作及检修维护方便。在柜与柜之间加装了母线隔离套管，避免一柜故障，波及邻柜。

3/10/2024446互感器互感器是电流互感器和电压互感器的合称。互感器的主要功能是:（1）可使仪表和继电器标准化。如电流互感器副绕组的额定电流都是5A；电压互感器副绕组的电压通常都规定为100V。（2）可使测量仪表、继电器等二次设备与一次主电路隔离。降低仪表及继电器的绝缘水平，简化仪表构造，同时保证工作人员的安全。（3）可以避免短路电流直接流过测量仪表及继电器的线圈。3/10/2024456互感器1.）电流互感器电流互感器简称CT（文字符号为TA，单二次绕组电流互感器图形符号为），是变换电流的设备。（1）工作原理和接线方式电流互感器由一次绕组、铁芯、二次绕组组成。其结构特点是：一次绕组匝数少且粗，有的型号还没有一次绕组，利用穿过其铁芯的一次电路作为一次绕组（相当于1匝）；而二次绕组匝数很多，导体较细。3/10/2024466互感器电流互感器的一次绕组串接在一次电路中，二次绕组与仪表、继电器电流线圈串联，形成闭合回路，由于这些电流线圈阻抗很小，工作时电流互感器二次回路接近短路状态。电流互感器的电流比称为电流互感器的变流比Ki用表示，则

式中，I1N、I2N分别为电流互感器一次侧和二次侧的额定电流值，N1、N2为其一次和二次绕组匝数。变流比一般表示成如100/5A形式。3/10/202447铁芯一次绕组二次绕组电流互感器电流继电器电流互感器结构原理3/10/2024486

互感器电流互感器在三相电路中有三种接线方式。①一相式接线：在B相装一只电流互感器，测量一相电流，用于三相负荷平衡系统，供测量电流或过负荷保护用。3/10/2024496互感器②两相式接线

这种接线也叫不完全星形接线，在中性点不接地的高压系统中，广泛用于测量三相电流、电能及作过电流保护之用，公共线上的电流为3/10/2024506互感器③两相电流差接线

这种接线又叫两相一继电器式接线，流过电流继电器线圈的电流为。这种接线适用于中性点不接地高压系统中，作过电流保护之用两相电流差3/10/2024516互感器三相星形接线

由于每相均装有互感器，能反映各相电流，广泛用于三相不平衡系统中（高压或低压系统），作三相电流、电能测量及过电流继电器保护之用三相星形3/10/2024526互感器（2）电流互感器种类和型号

按一次电压分为高压和低压电流互感器两大类；

按一次绕组匝数分有单匝和多匝式电流互感器

按用途分有测量用和保护用电流互感器两大类；

按绝缘介质类型分有油浸式、环氧树脂浇注式、干式、SF6气体绝缘电流互感器等。3/10/2024536互感器电流互感器型号的表示和含义如下：

3/10/202454一次接线端子一次绕组二次接线端子铁芯二次绕组警告牌LQZ－10型电流互感器外形结构3/10/202455名牌一次母线穿孔铁心，外绕二次绕组树脂浇注安装板二次接线端子LMZJ1-0.5型电流互感器外形结构3/10/2024566互感器（3）电流互感器使用注意事项①电流互感器在工作时二次侧不得开路。②电流互感器二次侧有一端必须接地③电流互感器在接线时，必须注意其端子的极性3/10/2024576互感器2.）电压互感器电压互感器简称PT（文字符号为TV，单相式电压互感器图形符号为），是变换电压的设备。

（1）工作原理和接线方式由一次绕组、二次绕组、铁芯组成。一次绕组并联在线路上，一次绕组匝数较多，二次绕组的匝数较少，相当于降低变压器。二次绕组的额定电压一般为100V。二次回路中，仪表、继电器的电压线圈与二次绕组并联，这些线圈的阻抗很大，工作时二次绕组近似于开路状态。3/10/202458铁芯一次绕组二次绕组电压互感器结构原理3/10/2024596互感器电压互感器的变压比用Ku表示

式中，U1N、U2N分别为电压互感器一次绕组和二次绕组额定电压，N1、N2为一次绕组和二次绕组的匝数。变压比Ku通常表示成如10/0.1kV的形式。电压互感器有单相和三相两大类，在成套装置内，采用单相电压互感器较为常见。3/10/2024606互感器①采用一个单相电压互感器的接线(a)。供仪表和继电器测量一个线电压，如用作做备用线路的电压监视。②采用两个单相电压互感器接成V-V形接线(b）。供仪表和继电器测量三个线电压。（b）两个单相接成V/V形3/10/2024616互感器③采用三个单相电压互感器接成Y0/Y0形（c）。供仪表和继电器测量三个线电压和相电压。在小电流接地系统中，这种接线方式中的测量相电压的电压表应按线电压选择。

三个单相接成Y0/Y0形3/10/2024626互感器④采用三个单相三绕组电压互感器或一个三相五芯柱式电压互感器接成Y0/Y0/

形(d)。三个单相三绕组或三个五芯柱式三绕组电压互感器接成Y0/Y0/Δ3/10/2024636互感器其中一组二次绕组接成Y0，供测量三个线电压和三个相电压；另一组绕组（零序绕组）接成开口三角形，接电压继电器，当线路正常工作时，开口三角两端的零序电压接近于零，而当线路上发生单相接地故障时，开口三角两端的零序电压接近100V，使电压继电器动作，发出信号。

3/10/2024646互感器（2）电压互感器的种类和型号电压互感器按绝缘介质分油浸式、环氧树脂浇注式两大主要类型；按使用场所分，有户内式和户外式；按相数来分，有三相和单相两类。

3/10/2024656互感器电压互感器型号表示和含义如下:3/10/202466一次接线端子高压绝缘套一、二次绕组，环氧树脂浇注铁芯二次接线端子JDZ－3，6，10型电压互感器外形结构3/10/2024676互感器（3）电压互感器使用注意事项

①电压互感器在工作时，