第二章(2)用戶變電所

任務四用戶變電所及電氣設備任務描述通過分析現(xiàn)有變電所電氣設備的結構特點，熟悉相關電氣設備在變電所構成中的作用以及使用中的注意要點，學會設計用戶變電所并選擇電氣設備。任務分析熟悉用戶變電所的作用及組成，清楚變電所的設計與位置選擇。熟悉變電所的主要電氣設備的作用、結構及使用時的注意事項。2/4/202311（1）用戶變電所的作用及設計原則2（2）變電所的主要電氣設備知識點：2/4/20232（2）熟悉主要電氣設備的功用（1）熟悉用戶變電所技能點技能點：2/4/202331、變電所的作用及組成是電力系統(tǒng)中對電能的電壓和電流進行變換、集中和分配的場所。主要由主接線，主變壓器，高低壓配電裝置，繼電保護和控制系統(tǒng)，所用電和直流系統(tǒng)，遠動和通訊系統(tǒng)，必要的無功功率補償裝置等組成。2、變電所位置的選擇原則（一）變電所的設計要求（二）變電所位置選擇3、變電所電氣設備的選擇原則可靠、安全、經(jīng)濟用戶變電所一、用戶變電所2/4/20234用戶變電所值班室2/4/202351、按功能分（1）變換設備：電力變壓器（2）控制設備：高低壓開關（3）保護設備：避雷器（4）成套設備：高壓開關柜2、高壓一次設備高壓斷路器、隔離開關、高壓開關柜等3、低壓一次設備低壓熔斷器4、靜電電容器5、互感器電流互感器、電壓互感器變電所的主要電氣設備二、變電所的主要電氣設備2/4/20236主要電氣設備符號（1）交流發(fā)電機(G)電力變壓器(T)斷路器(QF)隔離開關(QS)熔斷器(FU)刀開關(QK)熔斷器式開關(Q)2/4/20237主要電氣設備符號（2）負荷開關(Q)

線路、母線(W)電流互感器(TA)

電壓互感器(TV)閥型避雷器(F)

電抗器(L)電容器(C)

電纜及終端(X)2/4/20238分立使用的高壓電器主要有：熔斷器、斷路器、隔離開關、負荷開關。熔斷器：當有過電流流過時，元件會由于本身發(fā)熱而熔斷，并借助滅弧介質的作用，使其連接的電路斷開，從而保護電力線路和電氣設備。按結構和動作原理分為：

限流式熔斷器和跌落式熔斷器。2/4/202391.熔斷器1）限流式熔斷器組成：熔絲磁管、石英砂及聯(lián)結附件等。結構圖：2/4/2023101.熔斷器

1）限流式熔斷器（1）熄弧能力強，可在短路電流達到最大峰值前約0.01s內使其減至零，使電弧熄滅。因此可限制短路電流，降低對電氣設備的動、熱穩(wěn)定性的要求。（2）由于電弧電流被強迫過零，容易產(chǎn)生過電壓。需要將過電壓限制在2.5倍額定電壓下。采用變截面熔體，使各段熔體的熔化時間錯開，達到適當延長熔化時間并限制過電壓的目的。2/4/2023111）限流式熔斷器（3）開斷電路時無游離氣體排出，廣泛用于室內配電裝置中。

RN1系列的IN20～200A型，供高壓線路和設備的短路過載保護用。

RN2系列專門作為TV的短路保護用。（4）選擇：

A.熔斷器的上限容量不大于最大短路電流，下限容量不小于最小短路電流。

B.保護電機的熔絲安－秒特性曲線，應高于電機啟動時的安－秒特性，且同一電流及最大電流下兩者時差不應大于0.5s。2/4/202312RN1、RN2、RW10-35型、RNZ型系列戶內、戶外、直流熔斷器2/4/2023132）RW1系列戶外跌落式熔斷器絕緣子熔絲管進接線座出接線座靜、動觸頭切斷負荷鉤安裝板2/4/2023142）RW1系列戶外跌落式熔斷器正常情況下，其利用熔絲將由動觸頭組成的熔絲管上的活動關節(jié)拉緊，使熔斷器保持在通路狀態(tài)。故障使熔絲產(chǎn)生高溫電弧使熔絲管內產(chǎn)生大量的氣體，引起管內壓力升高，氣體高速向外噴出產(chǎn)生強烈的去游離作用，使電流過零時將電弧熄滅?；顒雨P節(jié)因熔絲熔斷而釋放，熔絲管跌落。由于其在滅弧時會產(chǎn)生大量的游離氣體，并伴隨巨大響聲，一般只在戶外適用。2/4/2023152.斷路器★作用：切斷正常負荷電流和短路故障電流，既作控制又兼作保護用?！锓柡x：例SN1-35G-3000-30S－滅弧方式(K-空氣；S-少油；D-多油；

Z-真空；C-磁吹；L-六氟化硫)；

N－安裝方式(N-戶內；W-戶外)；

1－設計序號；35－額定電壓(kV)；

G－代表改進型；3000－額定電流(A)；

30－額定容量(MVA)2/4/202316（1）多油斷路器使用油作為滅弧和絕緣介質，箱內充油較多。礦用主要有DN1-10和DN1-10G型。2/4/202317（2）少油斷路器

少油斷路器充油較少，油僅作為滅弧介質用，絕緣靠空氣和磁絕緣子實現(xiàn)。相比多油型其油量少，油箱結果堅固，使用安全、安裝簡單。 運行時油箱帶電，必須安裝在支持絕緣子上。斷路器電容器支持瓷套滅弧裝置中間機構箱底座2/4/202318（3）真空斷路器真空斷路器采用高真空作為滅弧介質，其核心部件為真空滅弧室。真空滅弧室內空氣非常稀薄，其內氣體幾乎沒有游離作用。觸頭在分離過程中能迅速滅弧，不會產(chǎn)生大的電弧。2/4/202319（3）真空斷路器

真空斷路器滅弧室如圖所示，觸頭密封在真空滅弧室內，動、靜觸頭分別焊接在動、靜導電桿上，動觸頭借助波紋管實現(xiàn)密封。在機械機構的驅動作用下，動觸頭可在滅弧室內沿軸向移動，實現(xiàn)分合電路的作用。2/4/202320螺旋形狀的真空滅弧室觸頭2/4/202321緊急手動分閘裝置電子控制器永磁傳動裝置電容器位置傳感器永磁傳動裝置真空斷路器的永磁操動機構2/4/2023222/4/202323（4）SF6斷路器采用六氟化硫氣體作為滅弧介質的斷路器。SF6是一種化學性質穩(wěn)定的惰性氣體，正常狀態(tài)下無色、無味、無毒、不燃、無老化現(xiàn)象。具有良好的絕緣和滅弧性能。

SF6斷路器具有開斷能力強、斷口電壓高、噪音小、無火災危險等優(yōu)點。但SF6在高溫電弧的作用下分解的低氟化物劇毒，對斷路器的加工工藝要求非常嚴格。最近幾年在國內使用正在增多。2/4/202324SF6斷路器2/4/202325SF6斷路器的滅弧室2/4/2023263.隔離開關（1）作用

將高壓配電裝置元件與電源隔離。（2）用途

A.隔離電源

B.電路轉換

C.閉合或分斷小電流電路2/4/2023273.隔離開關（3）操作與選用由于隔離開關沒有滅弧裝置，只能切除相當小的電流，所以嚴禁帶負荷進行分合閘操作。須嚴格遵守“倒閘操作”的規(guī)定，即：分閘時，先斷QF，后斷QS；合閘時，先合QS，后合QF。選擇時一般根據(jù)額定電壓、電流等進行考慮，作短路時的動、熱穩(wěn)定校驗。2/4/2023282/4/2023292/4/2023304.負荷開關（1）負荷開關有簡單的滅弧裝置，其他部分結構與隔離開關類似?？梢杂脕砬袛嘭摵呻娏?，但不能用來切斷短路電流。（2）用途：容量不大或不太重要的10kV及以下配電線路上作電源開關用（3）加裝熔斷器的負荷開關可代替QF用，即可切除正常負荷電流，又可切斷短路電流（一次性使用）。2/4/2023314.負荷開關

如圖為FN5—10RD型帶有高分斷能力熔斷器的高壓負荷開關，適用于交流50Hz，10kV電網(wǎng)中，作為開斷負荷電流及關合短路電流之用。2/4/202332戶內高壓真空負荷開關一熔斷器組合電器2/4/202333四種高壓開關的特性總結高壓開關正常電流情況故障電流情況熔斷器不動作可以切斷一次故障電流（需更換熔絲/片或熔斷器）斷路器可以投/切電路可以頻繁切斷故障電流隔離開關不可以投/切電路不能切斷故障電流負荷開關可以投/切電路不能切斷故障電流帶熔斷器的負荷開關可以投/切電路可以切斷一次故障電流（需更換熔絲/片或熔斷器）2/4/2023345、高壓開關柜

高壓開關柜以高壓開關為主，按照一定的接線，針對使用場合、控制對象及主要元器件的特點，將有關的一、二次設備組合起來，裝于封閉式或敞開式金屬柜內的一種高壓成套配電裝置。主要用于配電系統(tǒng)，作為接受與分配電能或直接啟動大型電機用。組成：母線、高壓開關、TA、TV、計量儀表、保護裝置、信號及操動機構等。根據(jù)結構不同，分為普通型、礦用一般型和隔爆型。按結構型式可分為固定式、移開式兩大類型。按功能作用分，主要有饋線柜、電壓互感器柜、高壓電容器柜（GR-1型）、電能計量柜（PJ系列）、高壓環(huán)網(wǎng)柜（HXGN型）等。2/4/2023355、高壓開關柜）普通型適用于一般環(huán)境的高壓開關柜，在礦井地面變、配電所或礦區(qū)變電所的高壓配電系統(tǒng)廣泛使用GG（固定型）、GBC（帶保護型）高壓開關柜。2/4/202336

2/4/2023375、高壓開關柜2.）礦用一般型特別要求：（1）全封閉外殼，具有防機械損傷，防潮結構。（2）在溫度35℃、相對濕度97％的空氣中運行絕緣良好，絕緣材料又耐油性和耐弧性。（3）引入電纜接線端子有一定的漏電距離和氣隙。（4）高壓油斷路器的使用額定斷流容量應為實際最大值的一半。（5）應有防誤操作的機械閉鎖裝置。（6）電纜引出線應有接線盒或用插銷聯(lián)結電纜。2/4/2023382.）礦用一般型我國煤礦常用型號：KYGG、GKW、GKFC、GFW型等。G－開關柜K－礦用型W－室外F－負荷開關C－手車式2/4/202339手車式開關柜結構：柜體和手車兩部分柜體內有匯流母線、電纜頭、一次靜觸頭座，兩側柜上有手車接地靜觸座，正面兩側各設觸頭6組。柜底設供手車用的軌道。手車上有隔離開關，一、二次動觸頭，電流電壓互感器，高壓熔斷器，多油斷路器，電動操作機構、照明燈等。手車上部為儀表屏，下部為繼電器屏。2/4/2023405、高壓開關柜3.礦用隔爆型2/4/202341PBG系列礦用隔爆兼本質安全型

高壓真空配電裝置2/4/2023425高壓開關柜開關柜在結構設計上具有“五防”：“五防”：防止誤跳、合斷路器，防止帶負荷拉、合隔離開關，防止帶電掛接地線，防止帶接地線合隔離開關，防止人員誤入帶電間隔。

1.KYN系列高壓開關柜KYN系列金屬鎧裝移開式開關柜是消化吸收國內外先進技術，根據(jù)國內特點自行設計研制的新一代開關設備。KYN-10型開關柜由前柜、后柜、繼電儀表室、泄壓裝置四部分組成。這四部分均為獨立組裝后栓接而成，開關柜被分隔成手車室、母線室、電纜式、繼電儀表室。2/4/2023435高壓開關柜2.XGN2-10型開關柜XGN2-10型箱型固定式金屬封閉開關柜是一種新型的產(chǎn)品，該產(chǎn)品采用ZN28A-10系列真空斷路器，也可以采用少油斷路器，隔離開關采用了GN30-10型旋轉式隔離開關，技術性能高，設計新穎。柜內儀表室、母線室、斷路器室、電纜室分隔封閉，使之結構更加合理、安全，可靠性高，運行操作及檢修維護方便。在柜與柜之間加裝了母線隔離套管，避免一柜故障，波及鄰柜。

2/4/2023446互感器互感器是電流互感器和電壓互感器的合稱?；ジ衅鞯闹饕δ苁?（1）可使儀表和繼電器標準化。如電流互感器副繞組的額定電流都是5A；電壓互感器副繞組的電壓通常都規(guī)定為100V。（2）可使測量儀表、繼電器等二次設備與一次主電路隔離。降低儀表及繼電器的絕緣水平，簡化儀表構造，同時保證工作人員的安全。（3）可以避免短路電流直接流過測量儀表及繼電器的線圈。2/4/2023456互感器1.）電流互感器電流互感器簡稱CT（文字符號為TA，單二次繞組電流互感器圖形符號為），是變換電流的設備。（1）工作原理和接線方式電流互感器由一次繞組、鐵芯、二次繞組組成。其結構特點是：一次繞組匝數(shù)少且粗，有的型號還沒有一次繞組，利用穿過其鐵芯的一次電路作為一次繞組（相當于1匝）；而二次繞組匝數(shù)很多，導體較細。2/4/2023466互感器電流互感器的一次繞組串接在一次電路中，二次繞組與儀表、繼電器電流線圈串聯(lián)，形成閉合回路，由于這些電流線圈阻抗很小，工作時電流互感器二次回路接近短路狀態(tài)。電流互感器的電流比稱為電流互感器的變流比Ki用表示，則

式中，I1N、I2N分別為電流互感器一次側和二次側的額定電流值，N1、N2為其一次和二次繞組匝數(shù)。變流比一般表示成如100/5A形式。2/4/202347鐵芯一次繞組二次繞組電流互感器電流繼電器電流互感器結構原理2/4/2023486

互感器電流互感器在三相電路中有三種接線方式。①一相式接線：在B相裝一只電流互感器，測量一相電流，用于三相負荷平衡系統(tǒng)，供測量電流或過負荷保護用。2/4/2023496互感器②兩相式接線

這種接線也叫不完全星形接線，在中性點不接地的高壓系統(tǒng)中，廣泛用于測量三相電流、電能及作過電流保護之用，公共線上的電流為2/4/2023506互感器③兩相電流差接線

這種接線又叫兩相一繼電器式接線，流過電流繼電器線圈的電流為。這種接線適用于中性點不接地高壓系統(tǒng)中，作過電流保護之用兩相電流差2/4/2023516互感器三相星形接線

由于每相均裝有互感器，能反映各相電流，廣泛用于三相不平衡系統(tǒng)中（高壓或低壓系統(tǒng)），作三相電流、電能測量及過電流繼電器保護之用三相星形2/4/2023526互感器（2）電流互感器種類和型號

按一次電壓分為高壓和低壓電流互感器兩大類；

按一次繞組匝數(shù)分有單匝和多匝式電流互感器

按用途分有測量用和保護用電流互感器兩大類；

按絕緣介質類型分有油浸式、環(huán)氧樹脂澆注式、干式、SF6氣體絕緣電流互感器等。2/4/2023536互感器電流互感器型號的表示和含義如下：

2/4/202354一次接線端子一次繞組二次接線端子鐵芯二次繞組警告牌LQZ－10型電流互感器外形結構2/4/202355名牌一次母線穿孔鐵心，外繞二次繞組樹脂澆注安裝板二次接線端子LMZJ1-0.5型電流互感器外形結構2/4/2023566互感器（3）電流互感器使用注意事項①電流互感器在工作時二次側不得開路。②電流互感器二次側有一端必須接地③電流互感器在接線時，必須注意其端子的極性2/4/2023576互感器2.）電壓互感器電壓互感器簡稱PT（文字符號為TV，單相式電壓互感器圖形符號為），是變換電壓的設備。

（1）工作原理和接線方式由一次繞組、二次繞組、鐵芯組成。一次繞組并聯(lián)在線路上，一次繞組匝數(shù)較多，二次繞組的匝數(shù)較少，相當于降低變壓器。二次繞組的額定電壓一般為100V。二次回路中，儀表、繼電器的電壓線圈與二次繞組并聯(lián)，這些線圈的阻抗很大，工作時二次繞組近似于開路狀態(tài)。2/4/202358鐵芯一次繞組二次繞組電壓互感器結構原理2/4/2023596互感器電壓互感器的變壓比用Ku表示

式中，U1N、U2N分別為電壓互感器一次繞組和二次繞組額定電壓，N1、N2為一次繞組和二次繞組的匝數(shù)。變壓比Ku通常表示成如10/0.1kV的形式。電壓互感器有單相和三相兩大類，在成套裝置內，采用單相電壓互感器較為常見。2/4/2023606互感器①采用一個單相電壓互感器的接線(a)。供儀表和繼電器測量一個線電壓，如用作做備用線路的電壓監(jiān)視。②采用兩個單相電壓互感器接成V-V形接線(b）。供儀表和繼電器測量三個線電壓。（b）兩個單相接成V/V形2/4/2023616互感器③采用三個單相電壓互感器接成Y0/Y0形（c）。供儀表和繼電器測量三個線電壓和相電壓。在小電流接地系統(tǒng)中，這種接線方式中的測量相電壓的電壓表應按線電壓選擇。

三個單相接成Y0/Y0形2/4/2023626互感器④采用三個單相三繞組電壓互感器或一個三相五芯柱式電壓互感器接成Y0/Y0/

形(d)。三個單相三繞組或三個五芯柱式三繞組電壓互感器接成Y0/Y0/Δ2/4/2023636互感器其中一組二次繞組接成Y0，供測量三個線電壓和三個相電壓；另一組繞組（零序繞組）接成開口三角形，接電壓繼電器，當線路正常工作時，開口三角兩端的零序電壓接近于零，而當線路上發(fā)生單相接地故障時，開口三角兩端的零序電壓接近100V，使電壓繼電器動作，發(fā)出信號。

2/4/2023646互感器（2）電壓互感器的種類和型號電壓互感器按絕緣介質分油浸式、環(huán)氧樹脂澆注式兩大主要類型；按使用場所分，有戶內式和戶外式；按相數(shù)來分，有三相和單相兩類。

2/4/2023656互感器電壓互感器型號表示和含義如下:2/4/202366一次接線端子高壓絕緣套一、二次繞組，環(huán)氧樹脂澆注鐵芯二次接線端子JDZ－3，6，10型電壓互感器外形結構2/4/2023676互感器（3）電壓互感器使用注意事項

①電壓互感器在工作時，