变电所的主要电气设备

一、电气主接线及其要求电气主接线表示电能从电源分配给用电设备的主要电路，主接线图应表示出所有的电气设备及其连接关系。变电所的主要电气设备由于三相交流电力装置中三相连接方法相同，为清晰起见，主接线图通常只表示电气装置的一相连接，因而主接线图也称为单线图。安全、可靠、灵活、经济是对变电所主接线的基本要求。变配电所中承担输送和分配电能任务的电路，称为一次电路或一次回路，亦称主电路。一次电路中所有的电气设备，称为一次设备。凡用来控制、指示、监测和保护一次设备运行的电路，称为二次电路或二次回路，亦称副电路。二次电路通常接在互感器的二次侧。二次电路中的所有设备，称为二次设备。变电所的主要电气设备一次设备按其功能来分，可分以下几类：(1).变换设备其功能是按电力系统工作的要求来改变电压或电流等，例如电力变压器、电流互感器、电压互感器等。(2).控制设备其功能是按电力系统工作的要求来控制一次设备的投入和切除，例如各种高低压开关。(3).保护设备其功能是用来对电力系统进行过电流和过电压等的保护，例如熔断器和避雷器等。(4).补偿设备其功能是用来补偿电力系统的无功功率，以提高电力系统的功率因数，例如并联电容器。(5).成套设备它是按一次电路接线方案的要求，将有关一次设备及二次设备组合为一体的电气装置，例如高压开关柜、低压配电屏、动力和照明配电箱等。在供配电系统中，为了满足用户对电力的需求和保证电力系统运行的安全稳定性和经济性，安装有各种电器设备，其中直接担负生产、运输、分配和使用电能的任务的一次设备包括有：电力变压器高压隔离开关高压负荷开关串联电抗器避雷器电流互感器高压熔断器电压互感器绝缘母线电力电缆接地装置高压断路器互感器是电流互感器和电压互感器的统称。从基本结构和工作原理来说，互感器就是一种特殊变压器。电流互感器（文字符号为TA），是一种变换电流（将大电流变换为小电流）的互感器，其二次侧额定电流一般为5A。电压互感器（文字符号为TV），是一种变换电压（将高电压变换为低电压）的互感器，其二次侧额定电压一般为100V。一.电流互感器和电压互感器互感器的主要功能是：(1).用来使仪表、继电器等二次设备与主电路（一次电路）绝缘这既可避免主电路的高电压直接引入仪表、继电器等二次设备，又可防止仪表、继电器等二次设备的故障影响主电路，提高一、二次电路的安全性和可靠性，并有利于人身安全。(2).用来扩大仪表、继电器等二次设备的应用范围通过采用不同变流比的电流互感器，用一只5A量程的电流表就可以测量任意大的电流。通过采用不同变压比的电压互感器，用一只100V量程的电压表就可以测量任意高的电压。由于采用互感器，可使仪表、继电器等二次设备规格统一，有利于这些设备的批量生产。1.电流互感器结构特点一次绕组的匝数很少，导体相当粗；二次绕组匝数很多，导体较细。图电流互感器的基本结构和接线1-铁心；2-一次绕组；3-二次绕组N1工作时，一次绕组串联在一次电路中，二次绕组与仪表、继电器等的电流线圈相串联，形成一个闭合回路。由于这些电流线圈的阻抗很小，因此电流互感器工作时二次回路接近于短路状态。图电流互感器的基本结构和接线1-铁心；2-一次绕组；3-二次绕组N1电流互感器的一次电流I1与二次电流I2之间关系：21221iNIIKIN式中N1、N2为电流互感器一次和二次绕组的匝数；图电流互感器的基本结构和接线1-铁心；2-一次绕组；3-二次绕组N1Ki为电流互感器的变流比，Ki=I1N/I2N例如Ki=100A/5A。电流互感器在三相电路中的接线方案。(1).一相式接线（图a）a)一相式电流线圈通过的电流，反应一次电路对应相的电流。这种接线通常用于负荷平衡的三相电路，如在低压动力线路中，供测量电流或接过负荷保护装置之用。(2).两相V形接线（图b）bcaIIIb)两相V形在继电保护装置中，这种接线称为两相两继电器接线。在中性点不接地的三相三线制电路中，广泛用作三相电流、电能的测量和过电流继电保护。由相量图可知，两相V形接线的公共线上的电流为两相V形接线电流互感器的一、二次侧电流相量图反应的是未接电流互感器的那一相（B相）的电流。(3).三相星形接线d)三相星形这种接线中的三个电流线圈，正好反应各相电流，广泛应用在负荷一般不平衡的三相四线制系统（如低压TN系统）中，也用在负荷可能不平衡的三相三线制系统中，用作三相电流、电能测量和过电流继电保护等。(二).电流互感器的类别和型号电流互感器的类型很多。按一次电压高低分，有高压和低压两大类。按用途分，有测量用和保护用两大类。按准确度等级分，测量用电流互感器有0.1、0.2、0.5、1、3、5等级。保护用电流互感器有5P和10P两级。按绝缘及冷却方式分，有干式（含树脂浇注绝缘式）和油浸式两大类。高压电流互感器多制成不同准确度级的两个铁心和两个绕组，分别接测量仪表和继电器，以满足测量和保护的不同准确度要求。电气测量对电流互感器的准确度要求较高，且要求在短路时仪表受的冲击小，因此测量用电流互感器的铁心在一次电路短路时应易于饱和，以限制二次电流的增长倍数。继电保护用电流互感器的铁心则要求在一次电路短路时不应饱和，使二次电流能与一次短路电流成比例地增长，以适应保护灵敏度的要求。图是树脂浇注绝缘的、户内高压LQJ-10型电流互感器的外形图。图LQJ-10型电流互感器1)一次接线端子；2)一次绕组（树脂浇注）；3)二次接线端子；4)铁心；5)二次绕组；有两个铁心和两个二次绕组，它有两个铁心和两个二次绕组，分别为0.5级和3级，0.5级用于测量，3级用于保护。图是树脂浇注绝缘的、户内低压LMZJ1-0.5型（500～800/5A）的外形图。图LMZJ-0.5型电流互感器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)二次接线端子它不含一次绕组，穿过其铁心的母线就是其一次绕组（相当于1匝）。用于500V及以下的配电装置中测量电流和电能。2.电流互感器的二次侧有一端必须接地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当二次侧开路时，将产生以下严重后果：（1）铁心由于磁通剧增而过热，并产生剩磁，降低铁心准确度级。（2）由于电流互感器二次绕组的匝数远比一次绕组的多，因此可在二次侧感应出危险的高电压，危及人身和设备的安全。所以电流互感器在工作时二次侧不允许开路。这就要求在安装时，其二次接线必须牢固可靠，且其二次侧不允许接入熔断器和开关。互感器二次侧有一端接地，是为了防止其一、二次绕组间绝缘击穿时，一次侧的高电压窜入二次侧，危及人身和设备的安全。电压互感器的一次电压U1与其二次电压U2的关系为式中N1、N2为电压互感器一、二次绕组的匝数；Ku为电压互感器的变压比，即其额定一、二次电压比，例如10000V/100V等。2.电压互感器图电压互感器的基本结构和接线1—铁心；2—一次绕组；3—二次绕组11222uNUUKUN电压互感器的基本结构原理图如图所示。它的结构特点是：一次绕组匝数很多，而二次绕组匝数较少，相当于降压变压器。工作时，一次绕组并联在一次电路中，而二次绕组则并联仪表、继电器的电压线圈。由于这些电压线圈的阻抗很大，所以电压互感器工作时其二次绕组接近于空载状态。(1).一个单相电压互感器的接线（图a）供仪表、继电器接于一个线电压。(2).两个单相电压互感器接成V/V形（图b）供仪表、继电器接于三相三线制电路的各个线电压，它广泛应用在工厂变配电所的6～10kV高压配电装置中。图电压互感器的接线方案a)一个单相电压互感器图电压互感器的接线方案b)两个单相接成V/V形；电压互感器在三相电路中有如图所示四种常见的接线方案。(3).三个单相电压互感器接成Y0/Y0形（图c）供电给要求线电压的仪表、继电器，并供电给接相电压的绝缘监视电压表。由于小接地电流系统在一次侧发生单相接地时，另两相电压要升高到线电压，所以绝缘监视电压表的量程不能按相电压选择，而应按线电压选择，否则在发生单相接地时，电压表可能被烧毁。图电压互感器的接线方案c)三个单相接成Y0/Y0形接成(开口三角)形的辅助二次绕组，接电压继电器。当一次电压正常时，由于三个相电压对称，因此开口三角形开口的两端电压接近于零。但当一次电路有一相接地时，开口三角形开口的两端将出现近100V的零序电压，使电压继电器动作，发出故障信号。图电压互感器的接线方案d)三个单相三绕组或一个三相五芯柱三绕组电压互感器接成Y0/Y0/（开口三角）形接成Y0的二次绕组，供电给需线电压的仪表、继电器及绝缘监视用电压表，与图c的二次接线相同。(4).三个单相三绕组电压互感器或一个三相五芯柱三绕组电压互感器接成Y0/Y0/(开口三角)形（图d）(二).电压互感器的类型和型号三个JDZJ-10型接成图4-16d所示Y0/Y0/的接线方式，供小接地电流系统中作电压、电能测量及绝缘监视用。图JDZJ-10型电压互感器1-一次接线端子2-高压绝缘套管3-一、二次绕组(环氧树脂浇注)4-铁心(壳式)5-二次接线端子电压互感器按相数分，有单相和三相两类。按绝缘及冷却方式分，有干式（含树脂浇注式）和油浸式两类。图是应用广泛的单相三绕组、环氧树脂浇注绝缘的户内JDZJ-10型电压互感器外形。电压互感器的使用注意事项1.电压互感器在工作时其二次侧不得短路由于电压互感器一、二次绕组都是在并联状态下工作的，如果二次侧短路，将产生很大的短路电流，有可能烧毁互感器，甚至影响一次电路的安全运行。因此电压互感器的一、二次侧都必须装设熔断器以进行短路保护。2.电压互感器的二次侧有一端必须接地这与电流互感器的二次侧接地的目的相同，也是为了防止一、二次绕组间的绝缘击穿时，一次侧的高电压窜入二次侧，危及人身和设备的安全。1.高压断路器高压断路器（文字符号为QF）的功能是，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。二.高压一次设备附录表12部分常用高压断路器的主要技术数据0.0750.0625(4s)63—251600ZN23-40.50.10.07531.5(4s)80—31.51250～2000ZN12-3531.5(4s)80—31.51600、2000CT12等0.10.0725(4s)63—251250、160035(40.5)ZN12-40.5真空户内40(4s)40(4s)1257504040(4s)40(4s)12575040CD10Ⅲ0.20.0740(4s)125750401250SN10-10ⅢCD10I、Ⅱ0.20.0631.5(4s)8050031.51000SN10-10Ⅱ0.216(4s)40300161000CT7、8CD10I0.150.0616(4s)40300166303000SN10-10I0.2520(4s)501250201250SN10-35ⅡCT10CT10Ⅳ0.20.0616(4s)45100016100035(40.5)SN10-35I少油户内24.8(4s)63.4150024.81500SW2-35/1500CT2-XG0.40.0616.5(4s)45100016.5100035(40.5)SW2-35/1000少油户外配用操作机构型号合闸时间/s≤固有分闸时间/s≤热稳定电流/kA动稳定电流峰值/kA断流容量/MVA开断电流/kA额定电流/A额定电压/kV型号类别下页接续附录表12部分常用高压断路器的主要技术数据（续）配用操作机构型号合闸时间/s≤固有分闸时间/s≤热稳定电流/kA动稳定电流峰值/kA断流容量/MVA开断电流/kA额定电流/A额定电压/kV型号类别20(4s)50—20630～1600ZN28-12/630～160031.5(4s)80—31.51250、2000ZN24-12/1250、2000-31.5CT8等0.10.0620(4s)50—201250ZN24-12/1250-20CT8等0.10.0625(4s)63—251250160020001250Z