章供配电一次系统.ppt
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1、第三章 供配电一次系统,3.1 供配电系统常用电器设备 3.2 变电所的低压设备 3.3 变电所主变压器数量及容量的确定3.4 变电所的电气主接线 3.5 配电网常用电气主接线形式 3.6 互 感 器 3.7 组合式成套变电所,供配电一次系统,本章重点讲述供配电系统的一次设备和主接线图,对一次设备着重介绍其功能、结构特点、基本原理,对主接线图着重阐述其基本要求及一些典型接线的分析。本章是本课程的重点,也是从事供配电系统运行、维护和设计必备的基础知识。,3.1 高压电器及高压配电装置,3.1.1 电弧相关概念 3.1.2 变电所中的高压电器 3.1.3 组合电器成套装置,3.1.1 变电所中的高
2、压电器,学习内容: 1. 什么是高压电器? 2. 高压电器具体指哪些设备? 高压电器按其功能与作用。,高压断路器,隔离开关,负荷开关,熔断器等,1、什么是开关电弧?,断路器切断通有电流的回路时,只要电源电压大于1020V,电流大于80100mA,在动、静触头分开瞬间,触头间隙就会出现电弧。此时,触头虽然已分开,但是电路中的电流还在继续流通,只有熄灭电弧,电路才真正断开。 电弧,从本质上说,是一种极强烈的电游离现象,其特点是光很强和温度很高。,发生电弧的游离方式: 热电发射。 高电场发射 碰撞游离 热电游离。,2、 电弧是怎样形成的?,延长了电路断开的时间 高温可能烧损开关触头等,引起火灾。 强
3、烈的弧光可能损伤人的视力。,3、电弧的危害有什么样的危害?,在中性质点发生游离的同时,还存在着使带电质点不断减少的去游离。去游离的主要形式是复合与扩散。 (1)复合 复合是异性带电质点彼此的中和。 (2) 扩散 扩散是指带电质点从弧隙逸出进入周围介质中的现象。,4、电弧怎样熄灭?,利用介质灭弧 利用气体或油吹动电弧 采用特殊的金属材料作灭弧触头 电磁吹弧 使电弧在固体介质的狭缝中运动 将长弧分隔成短弧 采用多断口灭弧 提高断路器触头的分离速度,5、灭弧的基本方法如下:,3.1 供配电系统常用电气设备,3.1.1.1 电力变压器 电力变压器(power transformer)是变电所的核心设备
4、,通过它将一种电压的交流电能转换成另一种电压的交流电能,以满足输电、供电、配电或用电的需要。,1. 常用电力变压器的种类 (1)按相数分类:有三相电力变压器和单相电力变压器。大多数场合使用三相电力变压器,在一些低压单相负载较多的场合,也使用单相变压器。 (2)按绕组导电材料分类:有铜绕组变压器和铝绕组变压器。目前一般均采用铜绕组变压器。 (3)按绝缘介质分类:有油浸式变压器和干式变压器。油浸式变压器由于价格低廉而得到了广泛应用;干式变压器有不易燃烧、不易爆炸的特点,特别适合在防火、防爆要求高的场合使用,绝缘形式有环氧浇注式、开启式、六氟化硫(SF6)充气式和缠绕式等。干式变压器现已在中压等级的
5、电网中逐步得到了广泛的应用。,2. 常用变压器的容量系列 我国目前的变压器产品容量系列为R10系列,即变压器容量等级是按 为倍数确定的,如:100kVA、125 kVA、160 kVA、200 kVA、250 kVA、315 kVA、500 kVA、630 kVA、800 kVA、1000 kVA、1250 kVA、1600 kVA等。,3.1.1 变电所中的高压电器,3.1.1.1 高压断路器 1 定义: 高压断路器(high-voltage circuit-breaker),文字符号为QF,是一种专用于断开或接通电路的开关设备,它有完善的灭弧装置 2 功能 通断正常负荷电流 接通和承受一定
6、的短路电流 在保护装置作用下自动跳闸,切除短路故障。,4 分类: 高压断路器按其采用的灭弧介质分为:油(oil)断路器、六氟化硫(SF6)断路器、真空(vacuum)断路器、压缩空气断路器等。 5 高压断路器全型号的表示和含义如下:,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。 少油断路器: 开关触头在绝缘油中闭合和断开。油只作灭弧功能,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。 610kv多用。,6 类型,空气断路器 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
7、,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。,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。 注意: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。,注解: 1接线端子 2绝缘筒(内有气缸和触头) 3下接线端子 4操动机构箱 5小车 6断路弹簧,图3.2 LN2-10型高压SF6断路器,注解: 1静触头 2绝缘喷嘴
8、 3动触头 4气缸(连同动触头由操动机构传动) 5压气活塞(固定) 6电弧,图3.2 SF6断路器灭弧室结构和工作示意图,LW8-40.5型户外交流高压六氟化硫断路器,SN10-10型断路器,ZN28-12型,ZN28A-12型,VD4型,瓷柱式,落地罐式,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。 注意: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。,1静触头 2动触头 3屏蔽罩 4波纹管 5与外壳封接的金属法兰盘 6波纹管屏蔽罩
9、 7玻壳,真空断路器的真空灭弧室结构,ZN63A-12(VS1)户内交流高压真空断路器,ZN28A-12系列户内交流高压真空断路器,7 铭牌所列的技术数据 额定电压 额定电流 额定开断电流 额定断流容量 热稳定电流 动稳定电流,4 选择 首先考虑工作条件,确定断路器的额定值。 结合环境条件选用断路器的型号和规格。 据短路电流进行断流容量,动、热稳定校验。 尽量维修方便,价格便宜,运行费用少等。,3.1.1 变电所中的高压电器,3.1.1.2高压隔离开关 1 定义: 高压隔离开关(high-voltage disconnector,文字符号为QS)的功能,主要是隔离高压电源,以保证其他设备和线路
10、的安全检修。 缺点: 没有灭弧装置,不能接通和切断负荷电流。,2 功能: 隔离高压电源:当它处于分闸状态时,有着明显的断口,使处于其后的高压母线、断路器等电力设备与电源或带电高压母线隔离,以保障检修工作的安全。 倒闸操作:由于不设灭弧装置,隔离开关一般不允许带负荷操作,即不允许接通和分断负荷电流。 注意:和断路器配合使用时,要严格遵守操作顺序,即停电时,应先使断路器跳闸,后拉开隔离开关;送电时,应先合隔离开关,再闭合断路器。 接通和断开较小电流:如励磁电流不超过2A的空载变压器、电容电流不超过5A的空载线路以及电压互感器和避雷器等。,3 类型: 户内型( GN 三相刀闸同一底座。 户外型( G
11、W单柱式、双柱式、三柱式。,4 高压隔离开关全型号的表示和含义:,1GN8型隔离开关 2传动连杆(920mm焊接钢管) 3调节杆 4CS6型手动操作机构,CS6型手动操作机构与GN8型隔离开关配合的一种安装方式,5 选择 首先按安装地点选择户内型或户外型。 结合工作条件确定额定值,校验动、稳定值。 35kv及以上宜选用带接地刀闸。 考虑开关接线端的机械负荷。,3.1.1.3 高压负荷开关 高压负荷开关(high-voltage load switch,文字符号为QL),是一种介乎隔离开关与断路器之间的结构简单的高压电器,具有简单的灭弧装置,常用来分合负荷电流和较小的过负荷电流,但不能分断短路电
12、流。此外,负荷开关还大多数具有明显的断口,具有隔离开关的作用。 负荷开关常与熔断器联合使用,由负荷开关分断负荷电流,利用熔断器切断故障电流。因此在容量不是很大、同时对保护性能的要求也不是很高时,负荷开关与熔断器组合起来便可取代断路器,从而降低设备投资和运行费用。这种形式广泛应用于城网改造和农村电网。,2 功能 能通断一定的负荷电流和过负荷电流,不能切断短路电流故障。 必须与高压熔断器串联,借助于熔断器切除短路电流。 与隔离开关一样,具有明显的断开间隙,也具有隔离电源,保证安全检修的功能。,高压熔断器(fuse)是供配电网络中人为设置的最薄弱的元件。当其所在电路发生短路或长期过载时,它便因过热而
13、熔断,并通过灭弧介质将熔断时产生的电弧熄灭,最终开断电路,以保护电力电路及其他的电气设备。,跌落式熔断器,限流式熔断器,3 高压负荷开关全型号的表示和含义,4 类型 户内型( FN ) 户外型( FW ) 固定产气式( FN1、FW5 等 压气式 ( FN2、FN3 压缩空气式 六氟化硫 真空式,真空式,SF6式,油浸式,压气式,FZRN21-12D/T125-31.5型户内交流高压真空负荷开关熔断器组合电器,FLRN36-12D型户内交流高压六氟化硫负荷开关 熔断器组合电器,5 选择 首先按安装地点选择户内型或户外型。 结合工作条件确定额定值,校验动、稳定值。 35kv及以上宜选用带接地刀闸
14、。 考虑开关接线端的机械负荷。,3.1.1 变电所中的高压电器,3.1.1.4 高压熔断器 1、高压熔断器定义: 熔断器(fuse,文字符号为FU)是供配电网络中人为设置的最薄弱的元件。是一种在电路电流超过规定值并经一定时间后,使其熔体(fuse-element,文字符号FE)熔化而分断电流、断开电路的一种保护电器。 即:当其所在电路发生短路或长期过载时,它便因过热而熔断,并通过灭弧介质将熔断时产生的电弧熄灭,最终开断电路,以保护电力电路及其他的电气设备。,高压熔断器是一种简单的保护电器,由熔体、熔体管和接触导电等部分组成。 2 功能 主要对电流和电路中的设备进行短路保护 有时也有过负荷保护,
15、3 类型及特点 户内型 ( RN 固定式 户外型 ( RW 跌落式 RN1 主要用作高压线路和设备的短路 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。,RW310户外高压跌落式熔断器,跌落式熔断器,限流式熔断器,4 选择 其额定电压应符合线路或设备的额定电压。 熔断器额定电流 IN.FU和熔体的额定电流 IN.FE的确定: IN.FE(1.42.5) IC IN.FE=(0.31.0) IN.FU,低压断路器,刀开关,低压负荷开关,3.1.1.5 低压开关设备,低压隔离开关,3.1.2 组合电器成套装置 1环网供电单元 环网供电
16、单元(The Unit of Ring Network Power Supply)由间隔组成,一般至少有三个间隔组成,即两个环缆进出间隔和一个变压器回路间隔。,城网一般用环缆,在用架空线的地方,可将架空线引至环网供电单元旁,再由电缆引进和引出,如图所示。,2. 预装式变电站 预装式变电站(prefabricated substation)俗称箱式变电站。预装式变电站就是一种把高压开关设备,配电变压器和低压配电装置按一定线路方案排布成一体的预制型户内、户外紧凑式配电设备。,特别适用于城网建设与改造,具有成套性强,体积小,占地少,能深入负荷中心,提高供电质量,减少损耗,送电周期短,选址灵活,对环境
17、适应性强,安装方便,运行安全可靠及投资少,见效快等一系列优点。 预装式变电站三个主要部分(高压配电装置,变压器及低压配电装置)的布置方式一般有两种: “目”字形和 “品”字形。 “目”字形布置接线方便,而 “品”字形布置接线紧凑。,“目”字形,“品”字形,3高压开关柜 开关柜是金属封闭式开关设备的俗称。按照国标GB3906的定义,金属封闭开关设备是指除进出线外,完全被金属外壳包住的开关设备。 高压开关柜(high voltage switchgear)按一定线路方案将有关一、二次设备组装而成的一种高压成套配电装置,结构紧凑,占地面积小,安装工作量小,使用和维修方便,且有多种接线方案以供选择,故
18、用户使用极为便利。,(1)空气绝缘金属封闭开关设备(开关柜) 1)分类 铠装式 各室间用金属板隔离且接地,如KYN1-10型 间隔式 各室间是用一个或多个非金属板隔离, 如JYN2-10型 箱式 具有金属外壳,但间隔数目少于铠装式或隔离式, 如XGN2-10型,用途: 作为电能接受、分配的通断和监视保护之用。 类型: 固定式 手车式,GG-1A(F)型固定式高压开关设备,KYN28A-12(Z)B型铠装移开式交流金属开关设备,XGN2-12(Z)箱型固定式交流金属封闭开关设备,2)型式 高压断路器的置放有两种型式: 落地式 断路器手车本身落地,推入柜内。如KYN1-10型和JYN2-10型。
19、中置式 手车装于柜子中部,如KYN18型中置柜,手车的装卸需要装卸车。目前中置式开关柜越来越多。,3)高压开关柜的型号含义 高压开关柜型号的表示和含义如下,4) 开关柜按供电装设了防止电气误操作的闭锁装置,即“五防”。 防止误跳、误合断路器。 防止带负荷分、合隔离开关。 防止带电挂地线。 防止带地线合闸。 防止误入带电间隙。,(2)SF6绝缘金属封闭开关设备(充气柜) 以SF6气体绝缘的开关柜简称充气柜。此产品的高压元件诸如母线、断路器、隔离开关、互感器等封闭在充有较低压力(一般0.020.05MPa)的SF6气体的壳体内。 最大特点是不受外界环境条件的影响,可用在环境恶劣的场所。 重要特点是
20、:由于使用性能优异的SF6绝缘,大大缩小了柜体的外形尺寸。与空气绝缘相比, SF6充气柜的安装面积为其26%,体积为其27%。同时,由于充气柜配有性能良好的无油开关,大大减少了维修和检修工作量。,4 选择 据使用环境和工作条件决定开关柜类型和相应的电气设备。 据变配电所一次电路图的要求并经几个方案的技术经济比较,优选开关柜及其一次方案编号,并确定一、二次设备型号和规格。 结合控制、计量、保护和信号等方面要求,选用或自行设计二次接线,并确定二次设备型号和规格。 向厂家订购时,应向厂家提供一、二次电路图纸等有关技术资料。,4低压开关柜 低压开关柜又叫低压配电屏。是按一定的线路方案将有关低压设备组装
21、在一起的成套配电装置。其结构形式主要有固定式、抽屉式两大类。固定式开关柜常见的型号有GGD等。抽出式开关柜常见的型号有GCK、GCL、DOMINO、MNS、SIVACON等。,3.2 变电所的电气主接线,3.2.1 对主接线的基本要求 1. 主接线的定义 变电所的电气主接线是由电力变压器、各种开关电器、电流互感器、电压互感器、母线、电力电缆或导线、移相电容器、避雷器等电气设备以一定次序相连接的接受和分配电能的电路。,2. 主接线的要求 (1)安全性 必须保证在任何可能的运行方式及检修状态下运行人员及设备的安全。 (2)可靠性 能满足各级用电负荷供电可靠性要求。 (3)灵活性 主接线应在安全、可
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