第2章--工厂变配电所及供配电设备课件.ppt
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1、第2章 工厂变配电所及供配电设备,内容提要:工厂变配电所是工厂供配电系统的枢纽。本章首先简介工厂变配电所的作用、类型,变配电所位置的确定原则,然后分别介绍工厂变配电所中常用的高、低压电器和变压器的功能、结构特点及运行维护,讲述了工厂变配电所各种主接线,最后介绍成套配电装置的分类与特点,以及工厂变配电所的布置要求和基本结构。,2023/3/28,2,主要内容,2.1 工厂变配电所的作用、类型和位置2.2 工厂变配电所常用的高、低压电气设备2.3 电力变压器2.4 成套配电装置2.5 工厂变配电所的电气主接线2.6 工厂变配电所的布置与结构,2023/3/28,3,变电所的作用是:,从电力系统接受
2、电能,经过变压器降压(通常降为0.4kV),然后按要求把电能分配到各车间供给各类用电设备。,配电所的作用是:,接受电能,然后按要求分配电能。,两者所不同的是:,变电所中有配电变压器,而配电所中没有配电变压器。,2.1 工厂变配电所的作用、类型和位置,工厂变配电所的类型:,工厂变配电所以它在工厂供配电系统中的地位来说,可分为总降压变电所和车间变电所。,一般中、小型工厂通常都是采用10kV城市配电网供电,不设总降压变电所,设高压配电室和车间变电所或者只设立车间变电所。有的小型工厂甚至采用公共低压电网供电,即0.4kV低压线路进线,在工厂中只设立低压配电室。,2023/3/28,4,1、2内附式;3
3、、4外附式;5车间内式;6露天(半露天)式;7独立式,车间变电所的类型,工厂的车间变电所按主变压器的安装位置来分:有车间附设式变电所、车间内式变电所、独立式变电所、露天式变电所、箱式变电所等几种类型,2023/3/28,5,独立式变电所适用于电力系统中的大型变电站、大型工厂的总降压变电站及需要远离有危险或腐蚀性物质场所的变电所。箱式变电站(成套变电站)适宜于各类供电场所。附设式变电所在中、小型工厂中普遍采用。露天变电所比较简单、经济,通风散热好。,工厂变电所的安装位置,变配电所所址选择原则,(1)尽量接近负荷中心,以缩短低压配电线路距离,减少有色金属消耗量,降低配电系统的电压损耗、电能损耗,保
4、证电压质量。(2)接近电源侧。(3)进线、出线方便。(4)设备运输安装方便。(5)避开剧烈震动、高温场所,避开多尘、有腐蚀性气体的场所,避开有爆炸、火灾危险的场所。(6)尽量使高压配电所与车间变电所合建。(7)为工厂的发展和负荷的增加留有扩建的余地。,2023/3/28,6,为了实现工厂变配电所的受电、变电和配电的功能,在工厂变配电所中,必须把各种电气设备按一定的接线方案连接起来,组成一个完整的供配电系统。在这个系统中担负输送、变换和分配电能任务的电路称为主电路,也叫一次电路;用来控制、指示、监测和保护主电路及其主电路中设备运行的电路称为二次电路(二次回路)。相应地,工厂变配电所中的电气设备也
5、分成两大类:一次电路中的所有电气设备,称为一次设备或一次元件;二次电路中的所有电气设备,称为二次设备或二次元件。,2.2 工厂变配电所常用的高、低压电气设备,2.2.1 工厂变配电所常用的高压电气设备 1.高压隔离开关(QS)2.高压负荷开关(QL)3.高压断路器(QF)4.高压熔断器,2023/3/28,7,具有明显的分断间隙,因此它主要用来隔离高压电源,保证安全检修,并能通断一定的小电流(如2A以下的空载变压器励磁电流、电压互感器回路电流、5A以下的空载线路的充电电流)。它没有专门的灭弧装置,因此不允许切断正常的负荷电流,更不能用来切断短路电流。它通常与断路器配合使用。分类:根据隔离开关的
6、使用场所,可以分成户内和户外两大类。按有无接地开关可分为不接地、单接地和双接地三类。,2.2.1.1 高压隔离开关(QS),隔离开关全型号的表示和含义:,2023/3/28,8,图2.2 GN8-10/600型高压隔离开关,图2.3 GW4-35型户外隔离开关,2023/3/28,9,接地隔离开关,带有接地开关的隔离开关称接地隔离开关,可将电气设备进行短接、连锁和隔离,一般是用隔离开关将退出运行的电气设备和成套设备部分接地和短接。而接地开关是用于将回路接地的一种机械式开关装置。在异常条件下(如短路下),可在规定时间内承载规定的异常电流;在正常回路条件下,不要求承载电流。大多与隔离开关构成一个整
7、体,并且在接地开关和隔离开关之间有相互连锁装置。,在操作隔离开关时应注意操作顺序 停电时先拉线路侧隔离开关,送电时先合母线侧隔离开关。而且在操作隔离开关前,先注意检查断路器确实在断开位置后,才能操作隔离开关。,2023/3/28,10,(1)合上隔离开关时的操作。无论用手动传动装置或用绝缘操作杆操作,均必须迅速而果断,但在合闸终了时用力不可过猛,以免损坏设备,导致机构变形,瓷瓶破裂等。隔离开关操作完毕后,应检查是否合上。合好后应使隔离开关完全进入固定触头,并检查接触的严密性。(2)拉开隔离开关时操作。开始时应慢而谨慎,当刀片刚要离开固定触头时应迅速。特别是切断变压器的空载电流、架空线路和电缆的
8、充电电流、架空线路小负荷电流以及环路电流时,拉开隔离开关时更应迅速果断,以便能迅速消弧。拉开隔离开关后,应检查隔离开关每相确实已在断开位置并应使刀片尽量拉到头。,2023/3/28,11,(3)在操作中误拉、误合隔离开关时。误合隔离开关时。即使合错,甚至在合闸时发生电弧,也不准将隔离开关再拉开。因为带负荷拉开隔离开关,将造成三相弧光短路事故。误拉隔离开关时。在刀片刚要离开固定触头时,便发生电弧,这时应立即合上,可以消灭电弧,避免事故。如果隔离开关已经全部拉开,则绝不允许将误拉的隔离开关再合上。如果是单极隔离开关,操作一相后发现误拉,对其他两相则不允许继续操作。,2023/3/28,12,高压负
9、荷开关高压负荷开关(文字符号为QL)能通断正常的负荷电流和过负荷电流,隔离高压电源。高压负荷开关只有简单的灭弧装置,因此它不能切断或接通短路电流。高压负荷开关使用时通常与高压熔断器配合使用,利用熔断器来切断短路故障。根据高压负荷开关的简单灭弧装置中所采用的灭弧介质的不同,高压负荷开关可分为:固体产气式、压气式、油管式、真空式、SF6式等。按安装场所分类,也有户内式和户外式两种。高压负荷开关全型号的表示和含义如下:,2023/3/28,13,图2.4 FN 3-10RT型高压负荷开关 图2.5 西门子公司12kV的真空负荷开关的剖面图,2023/3/28,14,其他负荷开关 六氟化硫(SF6)负
10、荷开关(如FW1110型)、油浸式负荷开关(如FW2、FW4型)的基本结构都为三相共箱式,其中六氟化硫负荷开关利用SF6气体作为灭弧和绝缘介质,而油浸式负荷开关是利用绝缘油作为灭弧和绝缘介质,它们的灭弧能力强,容量大,但都必须与熔断器串联使用才能断开短路电流,而且断开后无可见间隙,不能作隔离开关用。适用于35kV及以下的户外电网。,2023/3/28,15,高压断路器(QF)高压断路器是高压输配电线路中最为重要的电气设备。它具有可靠的灭弧装置。因此,它不仅能通断正常的负荷电流,而且能接通和承担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。高压断路器的形式可按使用场合分为户内和
11、户外两种,也可以按断路器采用的灭弧介质分为压缩空气断路器、油断路器、真空断路器、SF6断路器等多种形式。目前,压缩空气断路器已基本不使用,油断路器也属于淘汰产品,真空断路器和SF6断路器得到广泛使用。但由于少油断路器成本低,在输配电系统中还占据着比较重要的地位。,2023/3/28,16,高压断路器的全型号表示和含义如下:,2023/3/28,17,概念:,分类:,特点:,缺点:,采用变压器油作灭弧介质的断路器称为油断路器,多油断路器和少油断路器,少油断路器,开关触头在绝缘油中闭合和断开;油只作为灭弧介质,油量少;结构简单,体积小,重量轻;外壳带电,必须与大地绝缘,人体不能触及;燃烧和爆炸危险
12、少。,检修周期短,在户外使用受大气条件影响大,配套性差。,高压油断路器,2023/3/28,18,图2.6 SN10-10型高压少油断路器外形 图2.7 少油断路器内部剖面图,2023/3/28,19,高压真空断路器 高压真空断路器是利用“真空”灭弧的一种断路器,是一种新型断路器,我国已成批生产ZN系列真空断路器。真空断路器的结构特点为:灭弧室作为独立的元件,安装调试简单、方便;触头开距短,故灭弧室小巧,操作功率小,动作快;灭弧能力强,燃弧时间短,一般只需半个周期,电磨损少,使用寿命长;防火、防爆,操作噪声小;适用于频繁操作,特别是适用于开断容性负荷电流;开断能力强,目前开断短路电流已达50k
13、A;具有多次重合闸功能,适合配电网要求。,2023/3/28,20,图2.8 ZN3-10型高压真空断路器外形 图2.9 真空断路器灭弧室结构,2023/3/28,21,六氟化硫(SF6)断路器 六氟化硫(SF6)断路器是利用SF6气体作为灭弧和绝缘介质的断路器。SF6气体是一种无色、无臭、不燃烧的惰性气体,具有优异的绝缘及灭弧能力。在150C以下时,其化学性能相当稳定。它的绝缘能力约高出普通空气的2.53倍,灭弧能力则高近100倍。高压六氟化硫(SF6)断路器就是采用SF6作为断路器的绝缘介质和灭弧介质的一种断路器。这种断路器的外形尺寸小,占地面积少,开断能力很强,此外,电弧在SF6中燃烧时
14、,电弧电压特别低,燃弧时间也短,因而SF6断路器触头烧损很轻微,适于频繁操作,检修周期长。由于这些优点,SF6断路器发展速度很快,电压等级也在不断提高。,2023/3/28,22,图2.10 LN2-10型SF6断路器外形,2023/3/28,23,开关触头在SF6气体中闭合和断开;SF6气体具有灭弧和绝缘功能;灭弧能力强,属于高速断路器;结构简单,无燃烧、爆炸危险;SF6气体本身无毒,但在电弧的高温作用下,会产生氟化氢等有强烈腐蚀性的剧毒物质,检修时应注意防毒。,缺点:,电气性能受电场均匀程度及水分等杂质影响特别大,故对SF6断路器的密封结构、元件结构及SF6气体本身质量的要求相当严格。,特
15、点:,SF6断路器的操动机构主要采用弹簧、液压操动机构。,SF6断路器的缺点和结构特点,2023/3/28,24,熔断器是一种结构最简单、应用最广泛的保护电器。一般由熔管、熔体、灭弧填充物、指示器、静触座等构成。熔断器分限流式和不限流式两种。限流式熔断器的灭弧能力强,可以在短路电流上升到最大值之前灭弧。工厂供配电系统中,对容量小而且不太重要的负载,广泛使用高压熔断器作为输、配电线路及电力变压器(包括电压互感器)的短路及过载保护,它既经济又能满足一定的可靠性。高压熔断器户内广泛采用RN1、RN2型高压管式熔断器,户外则广泛采用RW4、RW10型等跌落式熔断器。,2.2.1.4 高压熔断器,202
16、3/3/28,25,高压熔断器全型号的表示和含义如下:,2023/3/28,26,(1)RN1和RN2型户内式熔断器。RN1型和RN2型熔断器的结构基本相同,都是瓷质熔管内充填石英砂填料的密封管式熔断器。当短路电流或过负荷电流通过熔体使工作熔体熔断后,接着指示熔体熔断的红色熔断指示器弹出,表示熔体已熔断。这种熔断器熔体熔断所产生的电弧是在填充石英砂的密闭瓷管内燃烧,因此这种熔断器灭弧能力很强,能在短路电流未达到其冲击值之前将电弧熄灭,为“限流式”熔断器。RN1型主要作为高压线路和变压器的短路保护和过负荷保护,结构尺寸较大。RN2型只用做电压互感器一次侧的短路保护,其熔体电流一般为0.5A,结构
17、尺寸较小。,图2.12为其熔管内部结构剖面图。其主要组成部分是:熔管、触座、动作指示器、绝缘子和底座。熔管一般为瓷质管,熔丝由单根或多根镀银的细铜丝并联绕成螺旋状,熔丝上焊有小锡球。,2023/3/28,27,图2.11 RN1-10型熔断器外形 图2.12 熔管内部结构剖面图,2023/3/28,28,RN2型与RN1型熔断器的区别主要是:它由三种不同截面的康铜丝绕在陶瓷芯上,并且无熔断指示器,由电压互感器二次侧仪表的读数来判断其熔体的熔断情况;由于电压互感器的二次侧近乎于开路状态,RN2型的额定电流一般为0.5A,而RN1型的额定电流从2300A不等。,(2)RW系列户外式熔断器。RW系列
18、跌开式熔断器又称跌落式熔断器,被广泛用于环境正常的户外场所,作高压线路和设备的短路保护用。一般户外跌开式熔断器(文字符号为FD)。负荷型跌开式熔断器(文字符号为FDL)。限流式户外高压熔断器(文字符号为FU)。RW-B系列的高压爆炸式跌开熔断器。HH-熔断器是一种高压高分断能力的熔断器。,2023/3/28,29,一般户外跌开式熔断器(文字符号为FD)。它串接在线路中,可利用绝缘钩棒(俗称令克棒)直接操作熔管的分、合,此功能相当于隔离开关。RW4型熔断器没有带负荷灭弧装置,因此不容许带负荷操作;它的灭弧能力不强,速度不快,不能在短路电流达到冲击电流值前熄灭电弧,属于“非限流式熔断器”。常用于额
19、定电压10kV,额定容量315kVA及以下电力变压器的过流保护,尤其以居民区、街道等场合居多。,图2.13 RW4-10型高压跌落式熔断器外形,2023/3/28,30,RW10-10跌开式熔断器是在一般跌开式熔断器的上静触头上加装了简单的灭弧室,因而能带负荷操作。但该类型熔断器的灭弧能力不是很强,灭弧速度也不快,不能在短路电流达到冲击电流值前熄灭电弧,因此也属于“非限流式熔断器”。,图2.14 RW10-10负荷型跌开式熔断器,2023/3/28,31,该熔断器的瓷质熔管内充有石英砂,熔体结构和RN型的户内高压熔断器相似,因此,它的短路和过负荷保护功能与户内高压熔断器相同。这种熔断器的熔管是
20、固定在棒形支柱绝缘子上的,因此,熔体熔断后不能自动跌开,无明显可见的断开间隙,不能作“隔离开关”用。,图2.15 RW10-35型限流式户外高压熔断器,2023/3/28,32,RW-B系列的高压爆炸式跌开熔断器。其结构和RW系列基本相似,有B型和BZ型两种。B型为自爆跌开式,BZ型是爆炸重合跌开式。区别为BZ型熔断器每相有两根熔管,若为瞬时性故障,可投入重合熔管来保证系统继续工作;如果是永久性故障,则重合熔管会再动作一次,将故障切除,以保护系统。HH-熔断器是一种高压高分断能力的熔断器,它能在短路电流产生的瞬间就将其开断,有效地保护电气设备和电气线路免受巨大的短路电流造成的危害。,其它系列,
21、2023/3/28,33,电流互感器和电压互感器统称为互感器,它们其实就是一种特殊的变压器。在变配电系统中具有极其重要的作用。(1)变换功能把高电压和大电流变换为低电压和小电流,便于连接测量仪表和继电器。(2)隔离作用使仪表、继电器等二次设备与主电路绝缘。(3)扩大仪表、继电器等二次设备应用的电流范围,使仪表、继电器等二次设备的规格统一,利于批量生产。,电流互感器和电压互感器,2023/3/28,34,按一次绕组的匝数分类:,油浸式干式,按用途分类:,按绝缘介质分类:,单匝式多匝式,测量用保护用,电流互感器的分类,2023/3/28,35,图2.16 LMZJ1-0.5型电流互感器 图2.17
22、 LQJ-10型电流互感器,2023/3/28,36,1铁心;2 一次绕组;3 二次绕组,电流互感器的一次电流与其二次电流之间有下列关系:I1(N2/N1)I2KiI2式中Ki电流互感器的变流比。变流比通常又表示为额定一次电流和二次电流之比,即Ki=IN1/IN2,例如100A/5A。,图2.18 电流互感器,2023/3/28,37,不同类型的电流互感器的结构特点不同,但归纳起来有下列共同点:电流互感器的一次绕组匝数很少,二次绕组匝数很多。如芯柱式的电流互感器一次绕组为一穿过铁芯的直导体;母线式和套管式电流互感器本身没有一次绕组,使用时穿入母线和套管,利用母线或套管中的导体作为一次绕组。一次
23、绕组导体粗,二次绕组导体细,二次绕组的额定电流一般为5A(有的为1A)。工作时,一次绕组串联在一次电路中,二次绕组串联在仪表、继电器的电流线圈回路中。二次回路阻抗很小,二次回路接近于短路状态。,2023/3/28,38,两相电流和接线(两相V形接线),这种接线也叫两相不完全星形接线,电流互感器通常接于A、C相上,流过二次侧电流线圈的电流,反映一次电路对应相的电流,而流过公共电流线圈的电流为,它反映了一次电路B相的电流。这种接线广泛应用于610kV高压线路中,测量三相电能电流和作过负荷保护用。,一相式接线。这种接线在二次侧电流线圈中通过的电流,反映一次电路对应相的电流。这种接线通常用于负荷平衡的
24、三相电路,供测量电流和接过负荷保护装置用。,电流互感器的接线方案,2023/3/28,39,两相电流差接线。这种接线也常把电流互感器接于A、C相,在三相对称短路时流过二次侧电流线圈的电流为,其值为相电流的倍。这种接线在不同短路故障下,反映到二次侧电流线圈的电流各自不同,因此对不同的短路故障具有不同的灵敏度。这种接线主要用于610kV高压电路中的过电流保护。,三相星形接线。这种接线流过二次侧电流线圈的电流分别对应主电路的三相电流,它广泛用于负荷不平衡的三相四线制系统和三相三线制系统中,用做电能、电流的测量及过电流保护。,电流互感器的接线方案,2023/3/28,40,电流互感器全型号的表示和含义
25、如下:,图2.19 电流互感器四种常用接线方案,2023/3/28,41,电流互感器在工作时二次侧不能开路如果开路,二次侧会出现危险的高电压,危及设备及人身安全。而且铁心会由于二次开路磁通剧增而过热,并产生剩磁,使得互感器准确度降低。因此,电流互感器安装时,二次侧接线要牢固,且二次回路中不允许接入开关和熔断器。实际工作中,往往发现电流互感器二次侧开路后,并没有什么异常现象。这主要是因为一次电路中没有负载电流或负载很轻,铁心没有磁饱和的缘故。在带电检修和更换二次仪表、继电器时,必须先将电流互感器二次侧短路,才能拆卸二次元件。运行中,如果发现电流互感器二次开路,应及时将一次电路电流减小或降至零,将
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