《工厂供电 第2版 教学课件 ppt 作者 刘介才 第四章工厂变配电所及其一次系统》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工厂供电 第2版 教学课件 ppt 作者 刘介才 第四章工厂变配电所及其一次系统（129页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四章 工厂变配电所及其一次系统 内容提要：本章首先介绍工厂变配电所的任务、类型及所址选择，然后讲述电气设备特别是开关设备运行中的电弧问题及灭弧方法，由此提出了对电气触头的基本要求。接着分别介绍高低压一次设备、电力变压器、互感器和应急柴油发电机组的结构、性能及其选择，并介绍工厂变配电所和柴油发电机组的主接线图及其布置、结构和安装图。最后，讲述工厂变配电所及其一次系统的运行维护。本章属于本课程的主体内容之一。 第一节 工厂变配电所的任务、类型及所址选择 一. 工厂变配电所的任务与类型 工厂变电所（transformer substation）担负着从电力系统受电，经过变压，然后分配电能的任务。工
2、厂配电所（distribution substation）担负着从电力系统受电，然后直接分配电能的任务。工厂变配电所是工厂供电系统的枢纽，在工厂中占有特殊重要的地位。,二. 工厂变配电所的所址选择及负荷中心的确定 (一). 变配电所所址选择的一般原则 变配电所所址的选择，应根据下列要求并经技术、经济分析比较确定： (1). 尽量靠近负荷中心，以降低配电系统的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量。 (2). 进出线方便，特别是要考虑便于架空进出线。 (3). 靠近电源侧，特别是在选择工厂总变配电所所址时要考虑这一点。 (4). 设备运输方便，以便运输电力变压器和高低压开关柜等大型设备。 (5).
3、不应设在有剧烈振动或高温的场所。 (6). 不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所；当无法远离时，不应设在污源盛行风向的下风侧。 (7). 不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴邻。 (8). 不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方，且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方。当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗连时，应符合GB50058-1992爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范的规定。 (9). 不应设在地势低洼和可能积水的场所。 工厂或车间的负荷中心，可用下面所讲的负荷指示图或负荷矩计算法近似地确定。,第二节 电气设备中的电弧问题及对触头的要求 一. 概 述 电弧是电气
4、设备运行中经常发生的一种物理现象，其特点是光亮很强和温度很高。电弧的产生对供电系统的安全运行有很大影响。首先，电弧延长了电路开断的时间。在开关分断短路电流时，开关触头上的电弧就延长了短路电流通过电路的时间，使短路电流危害的时间延长，可能对电路设备造成更大的损坏。同时，电弧的高温可能烧损开关的触头，烧毁电气设备和导线电缆，甚至可能引起火灾和爆炸事故。此外，强烈的弧光可能损伤人的视力，严重的可致人失明。因此，开关设备在结构设计上要保证其操作时电弧能迅速地熄灭。为此，在讲述开关设备之前，有必要先简介电弧产生和熄灭的原理与方法，并提出对电气触头的一些基本要求。 二. 电弧的产生 (一). 产生电弧的根
5、本原因 开关触头在分断电流时之所以会产生电弧，根本的原因在于触头本身及触头周围的介质中含有大量可被游离的电子。这样，当分断的触头之间存在足够大的外施电压的条件下，这些电子就有可能强烈电离而产生电弧。 (二). 产生电弧的游离方式 (1). 热电发射 当开关触头分断电流时，阴极表面由于大电流逐渐收缩集中而出现炽热的光斑，温度很高，因而使触头表面分子中外层电子吸收足够的热能而发射到触头的间隙中去，形成自由电子。 (2). 高电场发射 开关触头分断之初，电场强度很大。在这种高电场的作用下，触头表面的电子可能被强拉出来，使之进入触头间隙，也形成自由电子。 (3). 碰撞游离 当触头间隙存在着足够大的电
6、场强度时，其中的自由电子以相当大的动能向阳极移动。在高速移动中碰撞到中性质点，就可能使中性质点中的电子游离出来，从而使中性质点变为带电的正离子和自由电子。这些被碰撞游离出来的带电质点在电场力的作用下，继续参加碰撞游离，结果使触头间介质中的离子数越来越多，形成“雪崩”现象。当离子浓度足够大时，介质击穿而发生电弧。,图中： 1-上接线端子；2-上静触头 ；3-上动触头 ； 4-管帽（带薄膜）； 5-操作环； 6-熔管（外层为酚醛纸管或环氧玻璃布管，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,图4-13是RW4-10G型跌开
7、式熔断器的基本结构。它串接在线路上。正常运行时，其溶管上端的动触头借熔丝张力拉紧后，利用绝缘操作棒将此动触头推入上静触头内锁紧，同时下动触头与下静触头也相互压紧，从而使电路接通。当线路上发生短路时，短路电流使熔丝熔断，形成电弧。消弧管（熔管）由于电弧烧灼而分解出大量气体，使管内压力剧增，并沿管道形成强烈的气流纵向吹弧，使电弧迅速熄灭。熔管的上动触头因熔丝熔断后失去张力而下翻，使锁紧机构释放熔管，在触头弹力及熔管自重作用下，回转跌开，造成明显可见的断开间隙，兼起隔离开关的作用。,这种跌开式熔断器还采用了“逐级排气”的结构。由图4-13可以看出，其熔管上端在正常运行时是被一薄膜封闭的，可以防止雨水
8、浸入。在分断小的短路电流时，由于上端封闭而形成单端排气，使管内保持足够大的压力，这有利于熄灭小的短路电流产生的电弧。而在分断大的短路电流时，由于管内产生的气压大，使上端薄膜冲开而形成两端排气，这有利于防止分断大的短路电流可能造成的熔管爆破，从而有效地解决了自产气熔断器分断大小故障电流的矛盾。,图4-13 RW4-10G型跌开式熔断器,SN10-10等型少油断路器可配用CD型（如CD10、CD14等型）电磁操作机构或CT型（如CT7、CT8等型）弹簧储能操作机构（型号中C操作机构，D电磁式，T弹簧式，设计序号）。过去还有配用CS2型手动操作机构的，它可手动和远距离分闸，但只能手动合闸。它结构简单
9、，价格低廉，且交流操作，但因操作速度所限，其所操作的断路器开断的短路容量不宜大于100MVA；因此除原有供电设备的油断路器上尚采用外，现在它基本上不再用于操作断路器了，而只用于高压负荷开关的操作。关于CD型电磁操作结构和CT型弹簧操作机构将在下面专门介绍。 (二). 高压六氟化硫断路器 六氟化硫（SF6）断路器，是利用SF6气体作灭弧和绝缘介质的一种断路器。 SF6 是一种无色、无味、无毒且不易燃烧的惰性气体。在150C以下时，其化学性能相当稳定。但它在电弧高温作用下要分解出有较强腐蚀性和毒性的氟（F2），且氟能与触头表面的金属离子化合为一种具有绝缘性能的白色粉末状的氟化物。因此这种断路器的触
10、头一般都设计成具有自动净化的功能。然而由于上述的分解和化合作用所产生的活性杂质，大部分能在几个微秒的极短时间内自动还原。SF6 不含碳元素（C），这对于灭弧和绝缘介质来说，是极为优越的特性。前面介绍的油断路器是用油作灭弧介质的，而油在电弧高温作用下要分解出碳，使油中的含碳量增高，从而降低了油的绝缘和灭弧性能。因此油断路器在运行过程中需要经常监视油色，适时分析油样，必要时要更换新油。而SF6 断路器就无此麻烦。SF6 又不含氧元素（O），因此它也不存在使金属触头表面氧化的问题。所以SF6 断路器较之空气断路器，其触头的磨损较少，使用寿命增长。SF6 除了具有上述优良的物理、化学性能外还具有优良的
11、电绝缘性能。在300kPa下，其绝缘强度与一般绝缘油的绝缘强度大体相当，特别优越的是，SF6 在电流过零时，电弧暂时熄灭后，具有迅速恢复绝缘强度的能力，从而使电弧难以复燃而很快熄灭。,图4-48 PGL1、2型固定式低压配电屏的外形 1-仪表板 2-操作板 3-检修门 4-中性母线绝缘子 5-母线绝缘框 6-母线防护罩,第六节 互感器及其选择 一. 概 述 互感器（transformer）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（current transformer,缩写为CT，文字符号为TA），是一种变换电流（将大电流变换为小电流）的
12、互感器，其二次侧额定电流一般为5A。 电压互感器（voltage transformer或 potential transformer，缩写为 PT，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。 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
13、表就可以测量任意大的电流。同样，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。而且由于采用互感器，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。,第七节 工厂变配电所的主接线图 一. 概 述 主接线图也就是主电路图，是表示电力系统中电能输送和分配路线的电路图。而表示用来控制、指示、测量和保护主电路（即一次电路）及其中设备运行的电路图，称为二次接线图或二次电路图，也称为二次回路图。 对工厂变配电所的主接线方案有下列基本要求： (1). 安全应符合国家标准和有关技术规范的要求，能充分保证人身和设备的安全。例如在高压断路器的电源侧及可能反馈电能的负
14、荷侧，必须装设高压隔离开关；对低压断路器也一样，在其电源侧及可能反馈电能的负荷侧，必须装设低压隔离开关（刀开关）。 (2). 可靠应满足各级电力负荷对供电可靠性的要求。例如对一、二级重要负荷，其主接线方案应考虑两台主变压器，且一般应为双电源供电。 (3). 灵活应能适应供电系统所需的各种运行方式，便于操作维护，并能适应负荷的发展，有扩充改建的可能性。 (4). 经济在满足上列要求的前提下，应尽量使主接线简单，投资少，运行费用低，并节约电能和有色金属，应尽可能选用技术先进又经济实用的节能产品。,图4-68（续） 图1-1所示高压配电所及其附设2号车间变电所的主接线图,1. 电源进线 这个配电所有
15、两路10kV电源进线，一路是架空线路WL1，另一路是电缆线路WL2。最常见的进线方式是，一路电源来自发电厂或电力系统变电站，作为正常工作电源；而另一路电源则来自邻近单位的高压联络线，作为备用电源。 我国1996年发布施行的供电营业规则规定：“对10kV及以下电压供电的用户，应配置专用的电能计量柜（箱）；对35kV及以上电压供电的用户，应有专用的电流互感器二次线圈和专用的电压互感器二次连接线，并不得与保护、测量回路共用。”因此在这两路电源进线的主开关柜之前，各装有一台高压计量柜（图中 No.101和 No.112柜，也可在进线主开关柜之后），其中的电流互感器和电压互感器专用来连接计费电能表。 考
16、虑到进线断路器在检修时有可能两端来电，因此为保证断路器检修人员的安全，断路器两端均装有高压隔离开关。 2. 母线 高压配电所的母线，通常采用单母线制。如果是两路电源进线，则采用以高压隔离开关或高压断路器（其两侧装隔离开关）分段的单母线制。 图4-68所示高压配电所通常采用一路电源工作、另一路电源备用的运行方式，因此母线分段开关通常是闭合的，高压并联电容器组对整个配电所的无功功率都进行补偿。如果工作电源进线发生故障或进行检修时，在该进线切除后，投入备用电源即可使整个配电所恢复供电。如果采用备用电源自动投入装置（auto-put-into device of reserve-source，简称APD，汉语拼音缩写为BZT），则供电可靠性可进一步提高。 为了测量、监视、保护和控制主电路设备的需要，每段母线上都接有电压互感器，进线和出线上均串接有电流互感器。高压电流互感器均有两个二次绕组，其中一个接测量仪表，另一个接继电保护。为了防止雷电过电压侵入配电所时击毁其中的电气设备，各段母线上都装设了避雷器。避雷器与电压互感器同装在一个高压柜内，且共
