电工原理与电气设备51

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1、电工原理与电气设备电工原理与电气设备第五章第五章 电气设备的布置电气设备的布置主讲人：赵凤遥主讲人：赵凤遥2009年年11月月第一节第一节 配电装置配电装置一、基本概念一、基本概念1、配电装置、配电装置 指在电力网中，用来接受和分配电力的电气设备的总称，指在电力网中，用来接受和分配电力的电气设备的总称，是变电站电气主接线中的开关电器、保护电器、测量电器、是变电站电气主接线中的开关电器、保护电器、测量电器、母线装置和必要的辅助设备按主接线的要求建造而成的建母线装置和必要的辅助设备按主接线的要求建造而成的建筑物及电气设备的总体。筑物及电气设备的总体。 2、配电设备、配电设备 （1）控制电器：如断路

2、器、负荷开关、隔离开关等）控制电器：如断路器、负荷开关、隔离开关等 （2）保护电器：如熔断器、继电器、避雷器等）保护电器：如熔断器、继电器、避雷器等 （3）测量电器：如互感器、电压表、电流表等）测量电器：如互感器、电压表、电流表等 （4）母线与各种载流导体）母线与各种载流导体 3、配电装置作用、配电装置作用 （1）在正常情况下用来交换功率和接受、分配电能；）在正常情况下用来交换功率和接受、分配电能； （2）发生事故时迅速切除故障部分，恢复正常运行；）发生事故时迅速切除故障部分，恢复正常运行； （3）在个别设备检修时隔离此设备，不影响其它设备）在个别设备检修时隔离此设备，不影响其它设备的运行。的

3、运行。 4、配电装置分类、配电装置分类 安装地点安装地点 户内式户内式 户外式户外式 组装方式组装方式 装配式装配式 成套式成套式5、配电装置的基本要求、配电装置的基本要求 （1）安全：设备布置合理清晰、采取保护措施。）安全：设备布置合理清晰、采取保护措施。 如：设置遮拦和安全出口、防爆隔墙、闭锁装置、如：设置遮拦和安全出口、防爆隔墙、闭锁装置、设备外壳底座等保护接地。设备外壳底座等保护接地。 （2）可靠：设备选择合理、故障率低、影响范围小。）可靠：设备选择合理、故障率低、影响范围小。 （3）方便：设备布置便于操作，便于安装、运输、检）方便：设备布置便于操作，便于安装、运输、检修、巡视、维护。

4、修、巡视、维护。 （4）经济：合理布置、节省用地、节省材料。）经济：合理布置、节省用地、节省材料。 （5）发展：考虑施工、安装、扩建的方便，预留备用）发展：考虑施工、安装、扩建的方便，预留备用间隔、备用容量。间隔、备用容量。二、配电装置的最小安全间距二、配电装置的最小安全间距 A值：基本电气距离。值：基本电气距离。 A1（导体对地（导体对地/接地）；接地）； A2（导体对导体）（导体对导体） B值：裸导体与遮拦之间的距离。值：裸导体与遮拦之间的距离。 B1：导体对栅栏或运输设备；：导体对栅栏或运输设备； B1 =A1+750mm。 B2：导体对网状护栏；：导体对网状护栏； B2 =A1+100

5、mm。 C值：无遮拦裸导体与地（楼）面的垂直净距。值：无遮拦裸导体与地（楼）面的垂直净距。 户内户内 C=A1+2300mm； 户外户外 C=A1+2500mm。 D值：不同时停电检修的无遮拦带电部分之间。值：不同时停电检修的无遮拦带电部分之间。 户内户内 D=A1+1800mm； 户外户外 D=A1+2000mm。 E值：通向屋外的出线套管至屋外通道的垂直净距。值：通向屋外的出线套管至屋外通道的垂直净距。 35KV以下以下E=4000mm；60KV以上以上E=A1+3500mm。户内配电装置的安全净距户内配电装置的安全净距2、户外配电装置的安全净距、户外配电装置的安全净距三、户内配电装置三、

6、户内配电装置1 1、主要设备：发电机、主变压器、线路、母线联络断、主要设备：发电机、主变压器、线路、母线联络断路器、电压互感器、避雷针等。路器、电压互感器、避雷针等。2 2、户内配电装置设备的特点：、户内配电装置设备的特点：n由于允许的安全净距小，能分层布置，因而占地面积由于允许的安全净距小，能分层布置，因而占地面积比屋外布置小；比屋外布置小；n维修、操作和巡视都在户内进行，不受气候条件的影维修、操作和巡视都在户内进行，不受气候条件的影响；响；n电气设备不易受外界污秽空气环境的影响，电气寿命电气设备不易受外界污秽空气环境的影响，电气寿命长，维护工作量小；长，维护工作量小；n电气设备之间的距离小

7、，通风散热条件差，且不便于电气设备之间的距离小，通风散热条件差，且不便于扩建；扩建；n房屋建筑投资大，但可采用价格较低的屋内型设备，房屋建筑投资大，但可采用价格较低的屋内型设备，能减小一些设备的投资。能减小一些设备的投资。3、户内配电装置设备的布置要求：、户内配电装置设备的布置要求： （1）同一回路的电器和导体应布置在一个）同一回路的电器和导体应布置在一个间隔间隔内，间内，间隔之间及两段母线之间应用隔墙分开，以保证检修安全隔之间及两段母线之间应用隔墙分开，以保证检修安全和限制故障范围。和限制故障范围。 （2）尽量将电源布置在母线中部，使母线截面通较小）尽量将电源布置在母线中部，使母线截面通较小

8、的电流。的电流。 （3）较重设备布置在下层，以减轻荷重并便于安装。）较重设备布置在下层，以减轻荷重并便于安装。 （4）充分利用间隔的位置。）充分利用间隔的位置。 （5）布置对称，便于操作。）布置对称，便于操作。 （6）考虑扩建要求，有利于扩建。）考虑扩建要求，有利于扩建。 发电厂和变电站的屋内装配式配电装置，按其布置型式不同，一般可分为单层式、二层式和三层式单层式、二层式和三层式单层式、二层式和三层式单层式、二层式和三层式。4、户内配电装置型式：、户内配电装置型式：（1）单层式单层式单层式单层式特点：特点：所有电气设备布置 在一层。适用：适用：610KV出线无电抗器及35220KV的情况。优点

9、：优点：结构简单，施工时间短；造价低；运行、检修方便。缺点：缺点：占地面积较大。 35KV单母线分段接线、单层、二通道单母线分段接线、单层、二通道户内配电装置断面图户内配电装置断面图如容量不太大，通常采用成套开关柜，以减少占地面积。（2）二层式二层式二层式二层式 特点：特点：将母线、母线隔离开关等较轻设备放在第二层，将电抗器、断路器等较重设备布置在底层。适用：适用：610KV出线有电抗器及35220KV的情况。优点：优点： 造价较低； 运行、检修方便。缺点：缺点： 上下层故障通过楼板孔洞互相影响；母线及隔离开关单列布置增加了配电装置长度；需采取机械通风装置；占地面积大。 （3）三层式三层式三层

10、式三层式特点：特点：所电气设备依轻重分别布置在三层建筑物中。适用：适用： 610KV出线有电抗器及35220KV的情况。优点：优点： 安全、可靠性高； 占地面积小，长度短。缺点：缺点： 土建结构复杂，施工时间长；造价较高；操作、检修、运行不大方便。5、户内配电装置设备布置：、户内配电装置设备布置： 母线：母线：通常装在配电装置的上部，一般呈水平、垂直和直角三角形布置。母线相间距离决定于相间电压。 母线隔离开关：母线隔离开关：通常设在母线下方。在双母线布置的屋内配电装置中，母线与母线隔离开关之间宜装设耐火隔板。两层以上的配电装置中，母线隔离开关宜单独布置在一个小室内。 断路器：断路器：通常设在单

11、独的小室内。断路器小室按油量多少及防爆的要求，可分为敞开式、封闭式及防爆式。 断路器的操动机构设在操动通道内。手动操动机构和轻型远距离控制操动机构均装在壁上，重型远距离控制操动机构则落地装在混凝土基础上。 电流互感器：电流互感器：无论是干式或油浸式，都可以和断路器放在同一个小室内。穿墙式电流互感器应尽可能作为穿墙套管使用。 电压互感器经隔离开关和熔断器（60kV及以下采用熔断器）接到母线上，它需占用专门的间隔，但在同一间隔内，可以装设几个不同用途的电压互感器。 电抗器：电抗器：比较重，多布置在第一层的封闭小室内。电抗器按其容量不同有三种不同的布置方式：三相垂直布置、品字形布置和三相水平布置，如

12、图9-3所示。通常线路电抗器采用垂直或品字形布置。当电抗器的额定电流超过1000A、电抗值超过5%6%时，宜采用品字形布置；额定电流超过1500A的母线分段电抗器或变压器低压侧的电抗器，则采取水平布置。 安装电抗器须注意：垂直布置时，B相应放在上下两相的中间，品字形布置时，不应将A、C相重叠在一起。AAABBBCCC电缆隧道及电缆沟：电缆隧道及电缆沟： 电缆隧道为封闭狭长的构筑物，高1.8m以上，两侧设有数层敷设电缆的支架，可容纳较多的电缆，人在隧道内能方便的进行敷设和维修电缆工作。电缆隧道造价较高，一般用于大型电厂。 电缆沟为有盖板的沟道，沟深与宽不足1米，敷设和维修电缆不方便。沟内容易积灰

13、，可容纳的电缆数量也较少；工程简单，造价较低，常为变电站和中、小型电厂所采用。 为确保电缆运行的安全，电缆隧道（沟）在进入建筑物处，应设带门的耐火隔墙（电缆沟只设隔墙），以防发生火灾时，烟火向室内蔓延扩大事故；一般将电力电缆与控制电缆分开排列在过道两侧。四、户外配电装置四、户外配电装置1 1、特点：、特点：n无需配电装置室，节省建筑材料和降低土建费用，无需配电装置室，节省建筑材料和降低土建费用，一般建设周期短；一般建设周期短；n相邻设备之间距离大，减少故障蔓延的危险性，且相邻设备之间距离大，减少故障蔓延的危险性，且便于带电作业；便于带电作业；n巡视设备清楚，且便于扩建；巡视设备清楚，且便于扩建

14、；n易受外界气候条件的影响，运行条件差，须加强绝易受外界气候条件的影响，运行条件差，须加强绝缘，设备价格较高；缘，设备价格较高；n气候变化给设备维修和操作带来困难；气候变化给设备维修和操作带来困难；n占地面积大，对于水电站可能使投资增大。占地面积大，对于水电站可能使投资增大。2 2、结构型式、结构型式1) 1) 母线母线软母线：悬式绝缘子悬挂在门型架、型架上。硬母线：固定在支柱绝缘子上。（母线桥）2)2) 变压器变压器 外壳不带电，落地布置，安装在铺有铁轨的钢筋混凝土基础上，下面设置储油池。3）电气设备）电气设备断路器： 低式布置在0.51m 的混凝土基础上。 高式布置在 2m的混凝土基础上。

15、隔离开关、互感器：要求高式布置， 2m以上。避雷器：可放在0.4m高或 2m高基础上。4）电缆沟和通路）电缆沟和通路电缆沟：定向应使距离最短，上面兼做巡视通道。通 路：满足运输设备、消防需要。 还应设置宽0.81m的巡视小道。5）构架）构架 钢构架：经久耐用，机械强度大，便于固定设备，抗震能力强，运输方便；金属消耗量大，为防锈需经常维护。 钢筋混凝土构架：经久耐用，维护简单。 钢管混凝土柱和钢板箱组成的构架： 用材少、强度高，适用于大跨距、500KV以上配电装置。6）通道、围栏）通道、围栏 为运输设备和消防需要，在主设备旁应铺设行车道。 为方便运行人员巡视，应设置宽0.81.0m的巡视小道。

16、高型布置的屋外配电装置，应设置高层通道。 发电厂及大型变电站的屋外配电装置周围宜设置高度不低于1.5m的围栏。3、布置型式：、布置型式：（1）低型布置）低型布置 特点：特点：电气设备直接放在地面基础之上，周围设栅栏以保证人对电气的安全距离，操纵机构设在栅栏之外。 低型布置优点：低型布置优点： 布置比较清晰，不易误操作，运行可靠； 安装、检修、维护方便； 设备重心低，抗震性能好； 所用钢材少，造价较省。 缺点：缺点： 占地面积较大；检修时影响停电范围较大；尘土污染较严重。（2）中型布置）中型布置 布置特点：所有电气设备都安装在同一水平面内，并装在一定高度的基础上；母线设在较高水平面上，使带电部分

17、对地保持必要的高度，以便工作人员能在地面上安全活动；母线和电器完全不重叠。 中型布置优点：中型布置优点： 布置比较清晰，不易误操作，运行可靠； 施工、检修、维护方便； 构架高度较低，抗震性能较好； 所用钢材少，造价较省。 缺点：缺点： 占地面积较大。（3）半高型）半高型 特点：特点： 母线置于高一层的水平面上，与断路器、电流互感器、隔离开关上下重叠布置； 不同组母线不重叠。 半高型室外配电布置例图二半高型室外配电布置例图二半高型布置优点：半高型布置优点： 占地面积比普通中型布置约减少30%； 主母线及其他电器和普通中型相同，旁路母线及隔离开关位置均不很高，且不经常带电运行，故检修运行都比较方便

18、。 由于旁路母线与主母线采用不等高布置，实现进出线均带旁路的接线比较方便。 缺点：缺点： 隔离开关下方未设置检修平台，检修不方便。 （4）高型布置）高型布置 特点： 各母线和电器安装在几个不同高度平面，旁母与断路器、电流互感器等重叠布置，隔离开关重叠布置； 两组主母线重叠布置，下方没有电气设备。110KV双母线带双母线带旁路母线高型布置间隔断面图旁路母线高型布置间隔断面图高型布置优点：高型布置优点： 充分利用空间，布置紧凑，纵向尺寸（垂直母线方向）最小。 占地只有普通中型布置的40%50%。 母线绝缘子串及控制电缆用量比中型布置少。缺点：缺点： 耗用钢材比中型多15%60%左右。 操作条件比中

19、型差。 上层设备检修不方便。 抗震能力较差。适用：适用： 场地狭窄或需大量土方开挖、回填的场区。 原有配电装置需扩建，而场地受到限制时。 不宜用于地震烈度8度以上地区。 第二节第二节 成套配电装置成套配电装置一、一、概念概念1、成套配电装置：成套配电装置：成套配电装置：成套配电装置：在制造厂预先将开关电器、互感器等一、二次电气设备组成各种电路，成套供应的配电装置。2、特点特点特点特点 （1）电气设备布置在封闭或半封闭的金属外壳中，相间和对地距离可以缩小，结构紧凑，占地面积小。 （2）所有电器元件已在工厂组装成一个整体(开关柜)，大大减少了现场安装工作量，有利于缩短建设工期，也便于扩建和搬迁。

20、（3）运行可靠性高，维护方便。 （4）耗用钢材较多，造价较高。3、分类分类成套配电装置可分成三类： 低压成套配电装置； 高压成套配电装置(也称高压开关柜)； SF6全封闭式组合电器(GIS)。成套配电装置按安装地点可分为： 屋内式； 屋外式。 低压成套配电装置只做成屋内式，高压开关柜有屋内式和屋外式。 SF6全封闭式组合电器因屋外气候条件较差，大部分都布置在屋内 。二二、低压低压成套配电装置成套配电装置1.GGD1.GGD型低压配电屏型低压配电屏型低压配电屏型低压配电屏 配电屏的构架为拼装式结合局部焊接。正面上部装有测量仪表，双面开门。三相母线布置在屏顶，闸刀开关、熔断器、空气自动开关、互感器

21、和电缆端头依次布置在屏内，继电器、二次端子排也装设在屏内。主母线排列在柜的上部后方，柜体的下部、后上部和顶部均有通风、散热装置。 固定式低压配电屏结构简单、价格低，维护、操作方便，广泛应用于发电厂、变电所、工矿企业等电力用户。2.GCS2.GCS抽屉式低压开关柜抽屉式低压开关柜抽屉式低压开关柜抽屉式低压开关柜 GCS为密封式结构，分为功能单元室、母线室和电缆室。电缆室内为二次线和端子排。功能室由抽屉组成，主要低压设备均安装在抽屉内。若回路发生故障时，可立即换上备用的抽屉，迅速恢复供电，开关柜前面门上装有仪表、控制按钮和空气自动开关操作手柄。抽屉有联锁机构，可防止误操作。 特点：密封性能好，防潮

22、防尘；可靠性高，占地面积小；但结构复杂，钢材消耗较多，价格较高。它将逐步取代固定式低压配电屏。三、高压成套配电设备三、高压成套配电设备 型式：固定式高压开关柜 手车式高压开关柜 SF6全封闭组合电器。 （1）高压开关柜的闭锁装置应具有高压开关柜的闭锁装置应具有“五防五防”功能：功能：n防止误分、误合断路器；n防止带负荷分、合隔离开关；n防止带电挂接地线或合接地开关；n防止带接地线或接地开关合闸；n防止误入带电间隔，以保证操作人员的安全。（2）户内高压成套配电装置的布置要求n配电装置的布置和设备的安装，应满足在正常、短配电装置的布置和设备的安装，应满足在正常、短路和过电压等工作条件时的要求。路和

23、过电压等工作条件时的要求。n配电装置的绝缘等级，应和电力系统的额定电压相配电装置的绝缘等级，应和电力系统的额定电压相配合。配合。n屋内配电装置的安全净距不应小于最小安全净距。屋内配电装置的安全净距不应小于最小安全净距。n配电装置室内的各种通道应畅通无阻，不得设立门配电装置室内的各种通道应畅通无阻，不得设立门槛，并不应有与配电装置无关的管道通过。槛，并不应有与配电装置无关的管道通过。n长度大于长度大于7m的高压配电装置室，应有两个出口，并的高压配电装置室，应有两个出口，并宜布置在配电装置室的两端；长度大于宜布置在配电装置室的两端；长度大于60m时，宜增时，宜增添一个出口；添一个出口；n配电装置的

24、门应为向外开启的防火门，应装弹簧锁，配电装置的门应为向外开启的防火门，应装弹簧锁，严禁用门闩，配电装置室可开窗。严禁用门闩，配电装置室可开窗。3.固定式高压开关柜固定式高压开关柜 固定式高压开关柜体积大，封闭性能差（GG系列）、检修不够方便，但制造工艺简单、钢材消耗少、价廉。较广泛用作中、小型变电所的635kV屋内配电装置。 下图为XGN2-10Z型固定式开关柜外形结构图，其型号的含义为： X-箱式开关设备； G-固定式； N-户内装置； 2-设计序号； 10-额定电压（kV）； Z-真空断路器。XGN2-10Z型固定式开关柜型固定式开关柜 4.手车式高压开关柜手车式高压开关柜 又称为移开式高

25、压开关柜，开关柜由固定的壳体（简称外壳）和装有滚轮的可移开部件（简称手车）两部分组成。一般情况，外壳用钢板或绝缘板分隔成手车室、母线室、电缆室和继电器仪表室四部分。 图示为JYN2-10型开关柜内部结构，其型号的含义为： J金属封闭间隔式 开关设备； Y移开式； N户内装置； 2设计序号； 10额定电压(kV)。 四、四、SFSFSFSF6 6 6 6全封闭组合电气（全封闭组合电气（全封闭组合电气（全封闭组合电气（GISGISGISGIS） SF6 6全封闭组合电器是按发电厂变电站电气主接线的要求，将各电气设备依次连接组成一个整体，封装在以SF6 6气体为绝缘和灭弧介质的金属接地壳体内，以优质

26、环氧树脂绝缘子作支撑，是一种新型成套高压电器。 组成SF6 6全封闭式组合电器的标准元件有：母线；隔离开关（负荷隔离开关）；断路器；接地开关（工作接地开关和快速接地开关）；电流互感器；电压互感器；避雷器；电缆终端（或出线套管）。 各元件可制成不同的标准独立结构，并辅以一些过渡元件（弯头，三通，波纹管等），可适应不同形式主接线的要求，组成成套配电装置。GIS优点：优点： （1）占地面积与空间小。（2）运行可靠性高。 （3）土建和安装工作量小，建设速度快。 （4）检修周期长，维护工作量小。 （5）能适应环境的要求。由于金属外壳接地的屏蔽作用，能消除对无线电的干扰，也没有偶然触及带电体的危险，有利于

27、工作人员的安全。 （6）封闭组合电器各气室相互隔离，可以防止事故范围的扩大，也便于各元件的分别检修与更换。 （7）重心低，脆性原件少，抗震性能好。 （8）GIS在超高压、特高压输变电领域有更大优势。GIS缺点：缺点： （1）金属材料消耗大；（2）对材料性能、加工与装配精度要求高；（3）需专门的SF6气体系统和压力监测装置。（4）造价昂贵。 产生与发展产生与发展在国内水电站的应用在国内水电站的应用 110KV：丹江口、鲁布革、万安 220KV：乌江渡、鲁布革、万安、东江、东风、十三陵抽水蓄能、天生桥一级、小浪底 330KV：李家峡、龙羊峡、安康、公伯峡 500KV：广蓄、岩滩、漫湾、五强溪、二滩

28、、三峡、 天生桥二级、溪洛渡、糯扎渡、龙滩龙摊电站龙摊电站500kV GIS组合电气设备组合电气设备布置特点：布置特点： 间隔宽度小（与架空进出线间隔不协调）： 110KV3m； 220KV4m； 500KV5m； 因GIS布置尺寸小，基本上都采用户内式。 按断路器型式分为水平式和直立式。GIS组合电器在厦门电网已广泛应用组合电器在厦门电网已广泛应用 河南平高电气股份有限河南平高电气股份有限公司生产的公司生产的750kV级级GIS 下图为110kV单母线接线的SF6全封闭组合电器断面图。为便于支撑和检修，母线布置在下部，采用三相共箱式结构。 配电装置按照电气主接线的连接顺序，布置成形，结构紧凑，节省占地面积和空间。封闭组合电器内部分为母线、断路器以及隔离开关与电压互感器等四个互相隔离的气室，各气室内SF6压力不完全相同。 110kV单母线接线的SF6全封闭组合电器断面图 图图5-10 ZF-200型型220kV双母线接线双母线接线SF6全封闭组合电器断面图全封闭组合电器断面图The end， Thank you！