工厂变配电所及其一次系统

第四章工厂变配电所及其一次系统变配电所的任务、类型及开关触点间电弧产生和熄灭的基本知识变配电所的一次设备和主电路图变配电所的所址选择、布置、结构、安装图首先概述供配电系统电气设备按其功能的分类，然后分别讲述电力变压器和互感器、高低压开关电器、熔断器和避雷器、无功补偿设备等的功用、结构特点、主要性能及使用注意事项，最后介绍高低压成套配电装置的类型和结构特点等，为后面进一步学习供配电技术知识打下一个基础。2019/8/241本章主要内容工厂变配电所任务和类型触头间电弧的产生和熄灭变配电所一次设备结构、原理及选择变配电所主接线图的分析变配电所的布置、结构、安装及运行和检修2019/8/242章节目录第一节变配电所的任务、类型及所址选择第二节电气设备中的电弧问题及对触头的要求第三节高压一次设备第四节低压一次设备第五节电力变压器第六节电流互感器和电压互感器第七节工厂变配电所的主接线图第八节工厂变配电所的所址、布置、结构及安装图2019/8/243第1节工厂变配电所的任务和类型一、变配电所的任务变电所：受电、变压、配电的任务配电所：受电、配电的任务二、变配电所的类型工厂变电所：总降压变电所车间变电所:车间附设变电所车间内变电所2019/8/2442019/8/245车间变电所的类型1、2内附式，3、4外附式，5车间内式，6露天或半露天式，7独立式，8杆上，9地下式，10楼上式第2节电气设备中电弧及触头一、概述电弧是一种强烈的电游离现象。其特点是：光亮很强和温度很高。可烧毁触头、延长断电时间等。（表面温度3000～4000度，弧心温度10000度。）二、电弧的产生（一）产生电弧的根本原因触头在分断电流时，触头本身及触头周围的介质中含有大量可被游离的电子，在外加电压足够大时，产生强烈的电游离而发生电弧。2019/8/246（二）产生电弧的游离方式：（1）热电发射：触头分断电流时，阴极表面由于大电流收缩集中，出现炽热光斑，触头表面电子吸收热能发射到触头间隙，形成自由电子。（2）高电场发射：触头开断初，电场强度大，触头表面电子被强行拉出。（3）碰撞游离：高速电子碰撞中性质点，使中性质点变成正离子和自由电子，当离子浓度足够大时，介质击穿产生电弧。（4）热游离：电弧中心温度高达10000摄氏度，电弧中的中性质点游离为正离子和自由电子。结论：碰撞游离产生电弧，热游离维持电弧。2019/8/247三、电弧的熄灭（一）熄灭电弧的条件去游离率游离率（二）熄灭电弧的去游离方式正负带电质点的“复合”，重新成为中性质点正负带电质点的“扩散”，使电弧区带电质点减少（三）交流电弧的熄灭特点交流电弧每一个周期要暂时熄灭两次，完善的灭弧装置熄灭交流电弧一般需要几个周期，真空断路器灭弧只要半个周期，同等条件下交流电弧比直流电弧容易熄灭。（四）开关电器中常用的灭弧方法速拉灭弧法、冷却灭弧法、吹弧灭弧法、长弧切短灭弧法、粗弧切短灭弧法、狭沟灭弧法、真空灭弧法、SF6灭弧法。2019/8/2482019/8/249吹弧方式（1电弧，2触头）电动力吹弧磁力吹弧a)横吹b)纵吹1磁吹线圈，2灭弧触头，3电弧铁磁吸弧1电弧，2钢片钢灭弧栅对电弧的作用1钢栅片，2电弧，3触头绝缘灭弧栅对电弧的作用1绝缘栅片，2电弧，3触头四、对电气触头的基本要求（1）满足正常负荷的发热要求（2）具有足够的机械强度（3）具有足够的动稳定度和热稳定度（4）具有足够的断流能力2019/8/2410第3节高压一次设备一、概述1.变配电所中担负输送和分配电能任务的电路,称一次回路或一次电路,或主电路、主接线。一次电路中所有的设备称一次设备。2.凡是用来控制、指示、测量一次设备运行的电路称二次回路（电路、接线)。二次回路通常接在互感器的二次侧，二次电路的电气设备称二次设备或二次元件。一次设备分类：1)变换设备其功能是按电力系统运行的要求改变电压或电流、频率等，例如电力变压器、电压互感器、电流互感器、变频机等。2019/8/2411(2)控制设备其功能是按电力系统运行的要求来控制一次电路的通、断，例如各种高低压开关设备。(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中的无功功率，提高系统的功率因数，例如并联电容器等。(5)成套设备它是按一次电路接线方案的要求，将有关一次设备及控制、指示、监测和保护一次设备的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。（本节介绍一次电路中的高压熔断器、隔离开关、负荷开关、断路器及开关柜）2019/8/2412二、高压熔断器(FUSE，文字符号为FU)在电路电流超过规定值并经过一定时间后，使熔体熔化而分断电流、断开电路的一种保护电器。熔断器的功能主要是对电路及设备进行短路保护，有的熔断器还具有过负荷保护的功能。高压熔断器全型号的表示和含义如下：2019/8/2413熔断器的类型及特点1.户内型（RN〕固定式2.户外型（RW〕跌开式RN1主要用作高压线路和设备的短路保护，也起过负荷保护。RN2用作高压互感器的短路保护。RN1、RN2灭弧能力很强，为”限流“式熔断器。2019/8/2414(一)RN1和RN2型户内高压管式熔断器（限流式）RN1型：主要用于高压电路和设备的短路保护（额定电流可达100A）RN2型：高压电压互感器一次侧短路保护（额定电流一般为0.5A）2019/8/2415RN1、RN2型高压熔断器安装图l瓷熔管，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RN1、RN2型熔断器的熔管剖面示意图1管帽，2瓷管，3工作熔体，4指示熔体，5锡球，6石英砂填料，7熔断指示器(虚线表示熔断指示器在熔体熔断时弹出)(二)RW4和RW10（F）型户外高压跌开式熔断器既可作6—10KV线路和设备的短路保护，又可在一定条件下，用高压绝缘钩棒操作熔管的分合，起高压隔离开关的作用。2019/8/2416RW4—10(G)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固定安装板三、高压隔离开关（QS）由于没有专门灭弧装置，因此不允许带负操作。（一）功能：1.主要是隔离高压电源，以保证其他设备和线路的安全检修。其特点：断开后有明显的断开间隙。2.倒闸操作：合闸操作顺序分闸操作顺序3.允许通断一定的小电流（如励磁电流不超过2A的空载变压器、电容电流不超过5A的空载线路及电压互感器和避雷器电路）2019/8/2417户内用CS6（83页）型手动操作机构、户外多用绝缘钩棒手工操作。2019/8/24181.户内型（GN三相刀闸同一底座。2.户外型（GW〕单柱式、双柱式、三柱式。高压隔离开关外型2019/8/2419GN8—10／600型高压隔离开关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高压隔离开关全型号含义如下：2019/8/2420四、高压负荷开关（QL）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，不能断开短路电流，与高压熔断器配合使用。2019/8/2421FN3—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，6RN1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热脱扣器五、高压断路器（QF）具有完善的灭弧能力功能：通断正常负荷电流接通和承受一定的短路电流在保护装置作用下自动跳闸，切除短路故障。2.类型2019/8/2422类型1.油断路器(1)多油断路器：开关触头在绝缘油中闭合和断开。油兼有灭弧和绝缘功能，油量多，有易燃易爆危险。体积大，维护麻烦。可频繁通断负荷。趋于淘汰。(2)少油断路器：开关触头在绝缘油中闭合和断开。油只作灭弧，油量少，易燃易爆危险性较小。体积小，价廉，维护方便。不能频繁操作。6～10kv多用。2019/8/2423高压断路器型号含义2019/8/2424（一）SN10-10型高压少油断路器结构组成：框架、传动结构和油箱三个主要部分组成。断路器合闸：动触头（导电杆——插入静触头。断路器分闸：动触头离开静触头。无论是分闸或合闸，电弧总是在弧触片与动触头端部弧触头之间产生。2019/8/2425油箱内灭弧室结构2019/8/2426SNl0—10型高压少油断路器一相油箱内部结构1铝帽，2油气分离器，3上接线端子，4油标，5插座式静触头，6灭弧室，7动触头(导电杆)，8中间滚动触头，9下接线端子，10转轴，11拐臂12基座，13下支柱瓷瓶，14上支柱瓷瓶，15断路弹簧，16绝缘筒，17逆止阀，18绝缘油SNIO—10型断路器灭弧室工作示意图2019/8/24271静弧触头，2吸弧铁片，3横吹灭弧沟，4纵吸油囊，5电弧，6动触头（二）高压真空断路器开关触头在真空的容器内闭合和断开。灭弧能力强燃弧时间短，属高速断路器。开断能力强。结构简单，重量轻，体积小。寿命长，易维修。可频繁操作。无易燃易爆危险。由于开断速度高,易产生截流过电压,对变压器等感性负载易造成危害,应配置过电压吸收装置。2019/8/2428真空断路器的真空灭弧室结构1静触头，2动触头3屏蔽罩，4波纹管，5与外壳封接的法兰盘，6金属波纹管，7玻壳真空断路器外型2019/8/24292019/8/2430（三）六氟化硫断路器开关触头在SF6气体中闭合和断开。SF6气体兼有灭弧和绝缘功能。灭弧能力强，属高速断路器。断流容量大，电绝缘性能好，检修周期长。可频繁操作。无燃烧爆炸危险，体积小，维护要求严格，价贵。在全封闭组合电器中多采用。不适于高寒地区。本身无毒，但电弧在高温作用下会生成氟化氢等强烈腐蚀性的剧毒物，检修时，应注意防毒。2019/8/2431LW8-40.5型户外交流高压六氟化硫断路器2019/8/2432LN2-10型室内六氟化硫断路器2019/8/2433SF6断路器灭弧室结构示意图1静触头，2绝缘喷嘴，3动触头4气缸，5压气活塞(固定)，6电弧利用压缩空气吹动电弧，并使电弧熄灭。灭弧能力强，分断时间短，断流容量大。结构复杂，价贵，维护要求高。多用于110kv及以上大型电站或变电所及不适应采用六氟化硫断路器的高寒地区。2019/8/2434六、高压开关柜将一、二次设备组合在一起的高压成套配电装置。类型：固定式、手车式（移开式）具有五防功能：防止误分、误合断路器防止带负荷误拉、误合隔离开关防止带电误挂接地线防止带接地线误合隔离开关防止人员误入带电间隔2019/8/2435高压开关柜外型及主接线图2019/8/24361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GG1A(F)—07S型高压开关柜(断路器柜)2019/8/2437GC口—10(F)型高压开关柜1仪表屏，2手车室，3上触头(兼起隔离开关作用)，4下触头(兼起隔离开关作用)，5断路器手车手车式高压开关柜2019/8/2438KYN28-12型高压开关柜为金属封闭铠装型移开式户内开关柜，用于交流频率50Hz，额定电压3-10kV、额定电流3000A以下的三相单母线及母线分段系统中，作为接受和分配电能之用，本开关柜具有完善的五防装置，适合于各类发电厂、变电所及工矿企业的要求2019/8/2439KYN28-12型高压开关柜为金属封闭铠装型移开式户内开关柜，柜体用敷铝锌钢板弯制组合而成，全封闭型结构，柜内用薄钢板隔开四个室，螺栓连结，上部为母线室，中部为手车室，下部为电缆室，仪表及继电器安装在柜体上