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1、高 压 开 关 柜 的二 次 回 路前言变配电系统中的电气二次回路,作为一种技术分类来说，理论性和实践性都很强、内容很丰富，对于从事成套产品专业生产的行业来说,同样是一种重要的构成部分,二次回路的设计与否对的合理、安装与否可靠，对此后成套产品的安全运营有着十分密切的关系。为了使从事高压开关柜电气工程设计的年轻学员，对二次回路理论上有所启发、在二次回路设计过程中有所协助，为此编写了高压开关柜的二次回路。本人从事本专业工作已五十余年,在长期地实践过程中遇到过多种困难和挫折、也有过不少失败的教训，总结这些挫折和教训也就是经验积累的过程,愿将此留给年轻学员，在学习过程中提供某些协助。高压开关柜的二次回
2、路波及面非常广泛、本人水平有限,因此只能针对从事高压开关柜电气工程设计工作的学员提供某些力所能及的协助,错误和不当之处在所难免,欢迎学员在学习过程中敢于提问,并恳请广大同行多提珍贵意见。 第一部分 高压开关柜的一次系统和一次元件一、什么是高压开关柜的一次系统电力系统中但凡直接参与生产、输送、分派电能的设备及对这些设备进行控制、安全防护的设备均称为一次设备，如发电机、输电线路、变压器、母线、隔离开关、断路器、电流互感器、电压互感器、避雷器等。将这些设备通过一定的方式连接起来、构成一种完整的系统，此系统称为一次系统。一次系统可以由单独设备(如发电厂的发电机、变压器)分散安顿，并通过母线、连接导体将
3、其组合起来，也可以由成套装置来构成(如高下压开关柜)。二、高压开关柜一次系统的构成部分电力系统的一次系统内容很广泛,高压开关柜仅是电力系统中的一种构成部分。高压开关柜按其构造不同可以分诸多种型式，如G-1型、1型、KY8型、GN型等；但每一种型式的高压开关柜都涉及如下几种不同功能1、进线柜:通过控制设备或计量装置直接把系统电能送到主母线。2、电压互感器柜:反映一次系统电压参数,有时把避免系统过电压的设备（避雷器)也装入该柜。、出线柜：将系统电能通过控制设备直接输送到负载(变压器、电动机、架空线、电容器)。4、母联柜(分段柜）:对于主母线提成两段运营时,在段与段之间进行联系的设备。它由分段控制柜
4、和分段隔离柜构成。5、电容柜:重要负载设备为电容器。按照用途不同,可分为功率补偿作用的电容柜和吸取系统过电压的电容柜。6、计量柜:对系统用电设备的有功电能和无功电能的计量。7、所用变柜：直接为变电所提供照明和动力电源。8、隔离柜：将系统进行分隔,有明显的断点。分隔功能只有保证在没有负载电流的状况下才干操作。三、常用一次元件分类一次元件按其功能和用途不同可分为三类：1、控制电器用来控制一次回路中工作电流和故障电流的关合与分断的元件（)、高压断路器它能关合与分断多种负载电流,在事故状况下分断短路故障电流。在满足某些特定条件下能进行自动重叠闸,又有充当备用电源自动投入等功能。(2)、高压负荷开关能在
5、正常条件下，关合与分断负载电流，与高压熔断器配合能分断短路故障电流。（3)、高压隔离开关用来隔离电源与负载回路的设备,在断开状态时有明显断开点。此外还能分断较小的负荷电流。(4)、接地开关负载在断开电源的状况下,为了保证人身安全，可通过接地开关将负载侧设备进行接地，从而安全地对设备进行维修和保养。2、测量电器反映一次回路参数，并通过二次回路进行检测、保护的元件。(1)、电流互感器用来检测一次回路中电流的大小，提供应计量回路和保护回路用。（2）、电压互感器用来检测一次回路中电压的大小，提供应计量回路和保护回路用。(3)、高压带电传感器检测一次回路与否带高压电，将信号输给高压带电显示屏显示与否带高
6、压电。3、保护电器直接对一次元件实行保护功能的元件。(1)、避雷器限制系统中过电压对一次设备的破坏。()、电抗器限制系统中非常态正常工作电流对一次设备的破坏。四、一次系统图的制图规定1、图形符号按GB/4728（）原则的规定进行制图。2、一次系统图的图面布局:图面布局合理，字符大小适中,线条粗细有别,元件符号原则,表格书写规范。对于同一元件,其技术特性相似的型号参数,可统一在一次元件材料表中表达出；而型号相似、规格不同的元件,可分别在各台柜元件数量表格中分别表达出。、一次系统图上电压互感器和电流互感器不同接线组的表达措施:、断路器、接触器、变压器、架空线和电缆线、零序电流互感器、避雷器、高压带
7、电显示屏的图形符号见一次系统图。5、在一次系统图上应把所有柜体的实际排列体现出来，并指出操作面方向。6、一次系统图实例。见图1。五、系统短路电流简述、短路电流的产生系统短路过程中短路电流的变化状况，决定于系统电源容量的大小和短路点离电源的距离。在工程计标中，当系统的电源容量不小于公司供电容量的50倍、阻抗较系统的阻抗大的多时,可觉得系统的阻抗接近无限小。当公司供电系统发生短路时，系统压降接近为零,故电力系统母线上的电压几乎不变。这就是无穷大容量电力系统的一种重要特性。把系统作无穷大系统来计算短路电流要比实际短路电流大，这对选择高压电器元件来说就留有一定的余量,对保证设备的安全运营也是合理的。当
8、无穷大容量电力系统供电网络中浮现短路时,由于系统馈电电压不变，而短路回路阻抗要比正常供电工作回路的阻抗减小诸多。根据欧姆定律,短路电流会比正常工作中的电流i增大诸多，这一短路电流就是短路电流的周期性分量,如图中所示曲线ip。由于短路回路中存在电感,因此在忽然发生短路时，按照楞茨定律，在电路中的电感会产生反电势,以维持电路中的电流不致突变。由这一反电势产生的电流是一种逐渐衰减的单一方向电流,这就是短路电流的非周期分量,如图2中所示曲线np。短路电流周期分量和非周期分量叠加就是短路的全电流，如图中所示曲线i。图2短路电流ip，ip，ik变动曲线从图2中可以看出,当短路发生后半个周期(即.01s)时
9、的全短路电流的瞬间值也是短路电流的最大值，称短路冲击电流ih。当短路电流非周期分量衰减完毕后,短路全电流的有效值称稳态短路电流。2、短路电流计算的意义（1)、通过短路电流计算可以达到对的设计和选择电气设备的目的,使其在发生短路故障的状况下不至于遭到破坏。(2)、通过短路电流计算，可以对的的设立过电流保护装置,以便在短路故障时能可靠、迅速地切断故障,保证非故障部分继续运营。(3）、通过短路电流计算可以对的地选择限制短路电流的电气元件提供根据,如限流电抗器的选择。、短路电流的估算短路电流的对的计算,需要电力部门提供系统短路容量和短路阻抗等参数,在实际生产中对于一般中小顾客是不具有条件的、也无法获得
10、以上参数,但可以根据上一级变压器的额定容量SN、阻抗电压UK、额定电压UN、额定电流等数据进行估算。目前都市区域变电站的主变大多数为10V/0kV级(也有3kV/10级),容量在1640MA，忽视10V的系统阻抗、近似觉得110kV侧为无穷大容量系统,系统阻抗折算到变压器二次侧可以忽视的话,可觉得短路发生时母线电压维持不变，就可用下列估算的措施IK=I210UK%上式中： IK稳定短路电流有效值（A)IN变压器10kV侧额定电流() (假设主变低压侧额定电压为1kV)K变压器短路电压例：主变参数为：变比：1010kV容量：1600kVA短路电压：K%=10估算变压器10侧三相短路电流IK为:I
11、K=IN100/U (IN为变压器0kV侧额定电流)I2N=16000/（0)=95AIK5100/10=9250A9.5k六、一次系统图的设计规定1、拟定主接线型式一般中小容量客户，其主接线常采用单母线和单母线分段,而供电电源有单电源和双电源供电。在某些特别重要用电场合尚有三路供电电源。在拟定主接线方案时,应从工程特点、负荷性质、地区供电条件等因素拟定一次系统图的主接线方案。2、拟定高压开关柜的型式高压开关柜的正式名称为“金属封闭式开关设备”。它是一种组合电器，将一次元件及相应的测量装置、控制装置、保护装置、信号装置等集中安装在金属柜内。目前高压柜的种类繁多,重要品种有如下四类（1)、通用型
12、空气绝缘高压金属封闭开关设备(KYN28-2)(2）、负荷开关熔断器组合柜(环网柜)(3)、F气体绝缘开关柜(4)、熔断器高压真空接触器开关柜(F-C回路柜)3、一次回路重要元器件的选择一次回路重要元器件的选择一方面要考虑在额定工作电压和最高工作电压能符合规定的前提下，再按照开关柜的型式和不同元器件的技术规定合理地选用。()、主母线截面的选择(详见参照资料)主母线截面的合理选择重要从如下三方面考虑A、根据长期容许负荷电流选择母线截面、短时持续电流时母线的热稳定校验、额定峰值耐受电流时母线的动稳定校验(2)、断路器的选择选择断路器时,除了断路器的额定电压、最高工作电压符合规定外，要特别关注如下参
13、数的配合。、额定电流的拟定额定电流重要按照最大负载实际工作电流来选择，同步要考虑近期负载的扩容并留有一定的安全裕量。在规定的环境温度下，断路器长期通过额定电流时，断路器导电回路各部件的温升均不得超过容许值。B、额定短路开断电流当系统发生短路故障后，继电保护装置动作可延时或瞬时将断路器分闸，但继电器动作需要一定的时间、而断路器自身也有一固有分闸时间，如高压真空断路器的分闸时间在200ms之间,因此断路器真正经受考验的开断电流是稳态短路电流的有效值。在1V这一级有1、25、31.5、40、50A。在选择开断电流时要按照系统实际状况进行必要的计算或估算，既要留有足够的安全裕量，也要考虑设备的投资成本
14、。C、额定短时耐受电流(热稳定电流）当短路电流通过断路器时，会使导电部分发热，其热量与电流的平方成正比，因此当通过短路电流时,有也许导致动静触头熔焊直至损坏断路器。因此断路器规定了在一定期间内(s）通过额定短时耐受电流时的热效应能力,该值基本上和额定短路开断电流相似。D、额定峰值耐受电流(动稳定电流)断路器在合闸位置时所容许通过的最大短路电流(短路电流的最大值),也称短路冲击电流。它发生在短路故障后半个周期（即.01s）时。断路器在通过这一短路电流时，不由于电动力的作用而发生任何机械损坏，其值可按短路开断电流的2.5倍来考虑。E、选择断路器的型式时，还要考虑操动机构的选择。如坚决路器自身不带操
15、动机构,就需要此外选择操动机构。有的断路器,其操动机构和断路器是一整合体,则不需要再选择。目前常用的操动机构有“弹簧操作机构”和“电磁操作机构”两种,设计时应考虑合适选择。()、电流互感器参数的选择和应用A、额定电压的拟定电流互感器的一次额定工作电压应与其所连接系统的额定电压一致,同步可以承受系统所规定的最高绝缘电压。例如，额定电压为1kV级别的电流互感器的额定绝缘电压为12V。、额定电流的选择a、一次额定电流的选择仪表测量用电流互感器：其量程可按负载额定电流的1.25倍选择；若负载为异步电动机则可选择负载额定电流的1倍。继电保护用电流互感器:当与仪表测量用电流互感器共同组合时,选择相似的一次电流；若单独使用时可按不小于负载设备额定电流的数倍来选择。对于高压电流互感器,若保护装置动作时不能满足10%倍数曲线规定期,可特殊加工成双变比
