供配電一次系統(tǒng)3課件

變電所的電氣主接線(a)高壓電纜進線，無開關(b)高壓電纜進線，裝隔離開關(c)高壓電纜進線，裝隔離開關-熔斷器(d)高壓電纜進線，裝負荷開關-熔斷器(e)高壓架空進線，裝跌開式熔斷器和避雷器(f)高壓架空進線，裝隔離開關和避雷器(g)高壓架空進線，裝隔離開關-熔斷器和避雷器(h)高壓架空進線，裝負荷開關-熔斷器和避雷器圖3.35車間變電所高壓側主接線方案(示例)

(2)工廠無總變配電所的車間變電所。工廠內無總變配電所時，其車間變電所往往就是工廠的降壓變電所，其高壓側的開關電器、保護裝置和測量儀表等，都必須配備齊全，所以一般要設置高壓配電室。在變壓器容量較小、供電可靠性要求不高的情況下，也可不設高壓配電室，其高壓側的開關電器就裝設在變壓器室(室外為變壓器臺)的墻上或電桿上，而在低壓側計量電能；或者其高壓開關柜(不多于6臺時)就裝在低壓配電室內，在高壓側計量電能。變電所的電氣主接線

2)小型工廠變電所的主接線圖這里介紹一些常見的主接線方案。為使主接線圖簡明，下面的主接線圖中未繪出電能計量柜的電路。(1)只裝有一臺主變壓器的小型變電所主接線圖。只裝有一臺主變壓器的小型變電所，其高壓倒一般采用無母線的接線。根據(jù)其高壓側采用的開關電器不同，有以下3種比較典型的主接線方案。①高壓側采用隔離開關-熔斷器或戶外跌開式熔斷器的變電所主接線圖，如圖3.36所示。這種主接線受隔離開關和跌開式熔斷器切斷空載變壓器容量的限制，一般只用于500kV?A及以下容量的變電所中。這種變電所相當簡單經濟，但供電可靠性不高，當主變壓器或高壓側停電檢修或發(fā)生故障時，整個變電所要停電。由于隔離開關和跌開式熔斷器不能帶負荷操作，因此變電所送電和停電的操作程序比較麻煩，如果稍有疏忽，還容易發(fā)生帶負荷拉閘的嚴重事故，而且在熔斷器熔斷后，更換熔體需一定時間，從而影響供電可靠性。但是這種主接線對于三級負荷的小容量變電所是相當適宜的。②高壓側采用負荷開關-熔斷器或負荷型跌開式熔斷器的變電所主接線圖，如圖3.37所示。由于負荷開關和負荷型跌開式熔斷器能帶負荷操作，從而使變電所停、送電的操作變電所的電氣主接線圖3.36高壓側采用隔離開關-熔斷器或跌開式熔斷器的變電所主接線圖圖3.37高壓側采用負荷開關-熔斷器或負荷型跌開式熔斷器的變電所主接線圖比上述主接線，如圖3.36所示要簡便靈活得多，也不存在帶負荷拉閘的危險。但在發(fā)生短路故障時，只能是熔斷器熔斷，因此這種主接線仍然存在著在排除短路故障時恢復供電的時間較長的缺點，供電可靠性仍然不高。這種主接線一般也只用于三級負荷的變電所。③高壓側采用隔離開關-斷路器的變電所主接線圖，如圖3.38所示。這種主接線由于采用了高壓斷路器，因此變電所的停、送電操作十分靈活方便，而且在發(fā)生短路故障時，過電流保護裝置動作，斷路器會自動跳閘，如果短路故障已經消除，則可立即合閘恢復供電。變電所的電氣主接線

(2)裝有兩臺主變壓器的小型變電所主接線圖。①高壓無母線、低壓單母線分段的變電所主接線圖，如圖3.40所示。這種主接線的供電可靠性較高，當任一主變壓器或任一電源進線停電檢修或發(fā)生故障時，該變電所通過閉合低壓母線分段開關，即可迅速恢復對整個變電所的供電。如果兩臺主變壓器高壓側斷路器裝設互為備用的備用電源自動投入裝置，則任一主變壓器高壓側斷路器因電源斷電(失壓)而跳閘時，另一主變壓器高壓側的斷路器在備用電源自動投入裝置作用下自動合閘，恢復整個變電所的供電。這時該變電所可供一、二級負荷。②高壓采用單母線、低壓單母線分段的變電所主接線圖，如圖3.41所示。這種主接線適用于裝有兩臺及以上主變壓器或具有多路高壓出線的變電所，其供電可靠性也較高。任一主變壓器檢修或發(fā)生故障時，圖3.40高壓側無母線、低壓單母線分段的變電所主接線圖變電所的電氣主接線通過切換操作，即可迅速恢復對整個變電所的供電。但在高壓母線或電源進線進行檢修或發(fā)生故障時，整個變電所仍要停電。這時只能供電給三級負荷。如果有與其他變電所相連的高壓或低壓聯(lián)絡線時，則可供一、二級負荷。圖3.41高壓采用單母線、低壓單母線分段的變電所主接線圖圖3.42高低壓側均為單母線分段的變電所主接線圖

③高低壓側均為單母線分段的變電所主接線圖，如圖3.42所示。這種變電所的兩段高壓母線，在正常時可以接通運行，也可以分段運行。任一臺主變壓器或任一路電源進線停電檢修或發(fā)生故障時，通過切換操作，均可迅速恢復整個變電所的供電，因此供電可靠性相當高，可供一、二級負荷。變電所的電氣主接線3.工廠總降壓變電所的主接線圖

對于電源進線電壓為35kV及以上的大中型工廠，通常是先經工廠總降壓變電所降為6kV～10kV的高壓配電電壓，然后經車間變電所，降為一般低壓用電設備所需的電壓如220/380V。下面介紹工廠總降壓變電所幾種較常見的主接線方案。為了使主接線圖簡明起見，圖上省略了包括電能計量所需的所有電流互感器、電壓互感器及避雷器等一次設備。1)只裝有一臺主變壓器的總降壓變電所主接線圖如圖3.43所示這種主接線的一次側無母線、二次側為單母線。其特點是簡單經濟，但供電可靠性不高，只適于三級負荷的工廠。圖3.43只裝有一臺主變壓器的總降壓變電所主接線圖

2)裝有兩臺主變壓器的總降壓變電所主接線圖(1)一次側采用內橋式接線、二次側采用單母線分段的總降壓變電所主接線圖，如圖3.44所示。變電所的電氣主接線路較短而變電所晝夜負荷變動較大、適于經濟運行需經常切換變壓器的總降壓變電所。當一次電源線路采用環(huán)形接線時，也宜于采用這種接線，使環(huán)形電網的穿越功率不通過斷路器QFllQF12，這對改善線路斷路器的工作及其繼電保護的整定都極為有利。圖3.45采用外橋式接線的總降壓變電所主接線圖

(3)一、二次側均采用單母線分段的總降壓變電所主接線圖，如圖3.46所示。這種主接線兼有上述兩種橋式接線運行靈活性的優(yōu)點，但采用的高壓開關設備較多?？晒┮?、二級負荷，適于一、二次側進出線較多的總降壓變電所。圖3.46一、二次側均采用單母線分段的總降壓變電所主接線圖變電所的電氣主接線

(4)一、二次側均采用雙母線的總降壓變電所主接線圖，如圖3.47所示。采用雙母線接線較之采用單母線接線，供電可靠性和運行靈活性大大提高，但開關設備也相應大大增加，從而大大增加了初投資，所以雙母線接線在工廠變電所中很少應用，主要應用于電力系統(tǒng)中的樞紐變電站。圖3.47一、二次側均采用雙母線的總降壓變電所主接線圖配電網常用電氣主接線形式一、高壓配電網常用電氣主接線形式

高壓配電網常用電氣主接線形式放射式、樹干式和環(huán)形等基本接線方式。1.高壓放射式接線高壓放射式接線如圖3.48所示。放射式線路之間互不影響，因此供電可靠性較高，而且便于裝設自動裝置，保護裝置也較簡單，但是其高壓開關設備用得較多，且每臺高壓斷路器須裝設一個高壓開關柜，從而使投資增加。而且在發(fā)生故障或檢修時，該線路所供電的負荷都要停電。要提高其供電可靠性，可在各車間變電所的高壓側之間或低壓側之間敷設聯(lián)絡線。如果要進一步提高其供電可靠性，可采用來自兩個電源的兩路高壓進線，然后經分段母線，由兩段母線用雙回路對重要負荷交叉供電。圖3.48高壓放射式接線配電網常用電氣主接線形式3.高壓環(huán)形接線

高壓環(huán)形接線，如圖3.51所示實質上是兩端供電的樹干式接線。這種接線在現(xiàn)代城市電網中應用很廣。為了避免環(huán)形線路上發(fā)生故障時影響整個電網，也為了便于實現(xiàn)線路保護的選擇性，因此大多數(shù)環(huán)形線路采取“開口”運行方式，即環(huán)形線路中有一處開關是斷開的。為了便于切換操作，環(huán)形線路中的開關多采用負荷開關。實際上，工廠的高壓配電線路往往是幾種接線方式的組合，視具體情況而定。不過對大中型工廠，高壓配電系統(tǒng)宜優(yōu)先考慮采用放射式，因為放射式接線供電可靠性較高，且便于運行管理。但放射式采用的高壓開關設備較多，投資較大，因此對于供電可靠性要求不高的輔助生產區(qū)和生活住宅區(qū)，可考慮采用樹干式或環(huán)形配電，這比較經濟。圖3.51高壓環(huán)形接線配電網常用電氣主接線形式二、低壓配電網常用電氣主接線形式

低壓配電網常用電氣主接線形式也有放射式、樹干式和環(huán)形等基本接線方式。

低壓放射式接線如圖3.52所示。放射式接線的特點是其引出線發(fā)生故障時互不影響，因此供電可靠性較高。但在一般情況下，其有色金屬消耗量較多，采用的開關設備較多。低壓放射式接線多用于設備容量較大或對供電可靠性要求較高的設備配電。1.低壓放射式接線圖3.52低壓放射式接線2.低壓樹干式接線

低壓樹干式接線如圖3.53所示。樹干式接線的特點正好與放射式接線相反。一般情況下，樹干式接線采用的開關設備較少，有色金屬消耗量也較少，但當干線發(fā)生故障時，影響范圍大，因此供電可靠性較低。樹干式接線在機械加工車間、工具車間和機修車間中應用比較普遍，而且多采用成套的封閉型母線，它靈活方便，也相當安全，很適于供電給容量較小而分布較均勻的用電設備如機床、小型加熱爐等。配電網常用電氣主接線形式圖3.53(b)所示“變壓器-干線組”接線，還省去了變電所低壓側整套低壓配電裝置，從而使變電所結構大為簡化，投資大為降低。低壓母線放射式配電的樹干式(b)低壓“變壓器-干線組”的樹干式圖3.53低壓樹干式接線

圖3.54(a)和圖3.54(b)是一種變形的樹干式接線，通常稱為鏈式接線。鏈式接線的特點與樹干式基本相同，適于用電氣設備彼此相距很近而容量均較小的次要用電設備。鏈式相連的用電設備一般不宜超過5臺，鏈式相連的配電箱不宜超過3臺，且總容量不宜超過10kW。配電網常用電氣主接線形式

總的來說，工廠電力線路(包括高壓和低壓線路)的接線應力求簡單。運行經驗證明，供配電系統(tǒng)如果接線復雜，層次過多，不僅浪費投資，維護不便，而且由于電路串聯(lián)的元器件過多，因操作錯誤或元器件故障而產生的事故也隨之增多，且事故處理和恢復供電的操作也比較麻煩，從而延長了停電時間。同時由于配電級數(shù)多，繼電保護級數(shù)也相應增加，動作時間也相應延長，對供配電系統(tǒng)的故障保護十分不利。因此，GB50052—1995《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》規(guī)定：供配電系統(tǒng)應簡單可靠，同一電壓供電系統(tǒng)的變配電級數(shù)不宜多于兩級。此外，高低壓配電線路均應盡可能深入負荷中心，以減少線路的電能損耗和有色金屬消耗量，提高負荷端電壓水平。

圖3.55低壓環(huán)形接線互感器

電流互感器(CurrentTransformer，CT，文字符號為TA)，又稱儀用變流器。電壓互感器(voltagetransformer或PotentialTransformer，PT，文字符號為TV)，又稱儀用變壓器。它們合稱儀用互感器或簡稱互感器(transformer)。從基本結構和工作原理來說，互感器就是一種特殊變壓器?；ジ衅鞯闹饕饔檬牵?1)用來使儀表、繼電器等二次設備與主電路絕緣。這既可避免主電路的高電壓直接引入儀表、繼電器等二次設備，又可防止儀表、繼電器等二次設備的故障影響主電路，提高一、二次電路的安全性和可靠性，并有利于人身安全。(2)用來擴大儀表、繼電器等二次設備的應用范圍。例如用一只5A的電流表，通過不同變流比的電流互感器就可測量任意大的電流。同樣，用一只100V的電壓表，通過不同電壓比的電壓互感器就可測量任意高的電壓。而且由于采用了互感器，可使二次儀表、繼電器等設備的規(guī)格統(tǒng)一，有利于這些設備的批量生產?；ジ衅饕?、電流互感器1.電流互感器的基本結構原理和接線方案

電流互感器的基本結構原理圖如圖3.56所示。它的結構特點是：一次繞組匝數(shù)很少，有的電流互感器(例如母線式)還沒有一次繞組，利用穿過其鐵心的一次電路(如母線)作為一次繞組(相當于匝數(shù)為1)，而且一次繞組導體相當粗；其二次繞組匝數(shù)很多，導體較細。工作時，一次繞組串接在被測的一次電路中，而二次繞組則與儀表、繼電器等的電流線圈串聯(lián)，形成一個閉合回路。由于這些電流線圈的阻抗很小，因此電流互感器工作時其二次回路接近于短路狀態(tài)。二次繞組的額定電流一般為5A。電流互感器的一次電流I1與其二次電流I2之間有下列關系：式中N1、N2——電流互感器一、二次繞組匝數(shù)；Ki——電流互感器的電流比，一般表示為其一、二次的額定電流之比，即Ki=I1N/I2N，例如100A/5A。(3-5)互感器(a)一相式接線(b)兩相V形接線(c)兩相電流差接線(d)三相星形接線圖3.57電流互感器的接線方案

圖3.58兩相V形接線電流互感器的一、二次電流相量圖

圖3.59兩相電流差接線電流互感器的一、二次電流相量圖

(4)三相星形接線，如圖3.57(d)所示。這種接線中的三個電流線圈，正好反映各相的電流，廣泛用在負荷一般不平衡的三相四線制系統(tǒng)如TN系統(tǒng)中，也用在負荷可能不平衡的三相三線制系統(tǒng)中，作三相電流、電能測量及過電流繼電保護之用?；ジ衅?.電流互感器的類型和型號

電流互感器的類型很多。按一次繞組的匝數(shù)分，有單匝式(包括母線式、芯柱式、套管式)和多匝式(包括線圈式、線環(huán)式、串級式)。按一次電壓分，有高壓和低壓兩大類。按用途分，有測量用和保護用兩大類。按準確度級分，測量用電流互感器有0.1、0.2、0.5、1、3、5等級，保護用電流互感器有5P、10P兩級。1—一次接線端子2—一次繞組(樹脂澆注)3—二次接線端子4—鐵心5—二次繞組6—警示牌(上寫“二次側不得開路”等字樣)圖3.60LQJ—10型電流互感器外形圖

高壓電流互感器多制成不同準確度級的兩個鐵心和兩個二次繞組，分別接測量儀表和繼電器，以滿足測量和保護的不同要求。電氣測量對電流互感器的準確度要求較高，且要求在一次電路短路時儀表受的沖擊小，因此測量用電流互感器的鐵心在一次電路短路時應易于飽和，以限制二次電流的增長倍數(shù)。而繼電保護用電流互感器的鐵心則在一次電流短路時不應飽和，使二次電流能與一次電流成比例地增長，以適應保護靈敏度的要求。圖3.60所示是戶內高壓LQJ—10型電流互感器的外形圖。它有兩個鐵心和兩個二次繞組，分別為0.5級和3級，0.5級用于測量，3級用于繼電保護?；ジ衅?—銘牌2—一次母線穿孔3—鐵心，外繞二次繞組，樹脂澆注4—安裝板5—二次接線端子圖3.61LMZJ1—0.5型電流互感器外形圖

圖3.61所示是戶內低壓LMZJ1—0.5型(500～800/5A)電流互感器的外形圖。它不含一次繞組，穿過其鐵心的母線就是其一次繞組(相當于1匝)。它用于500V及以下配電裝置中。以上兩種電流互感器都是環(huán)氧樹脂或不飽和樹脂澆注絕緣的，較之老式的油浸式和干式電流互感器的尺寸小，性能好，安全可靠，現(xiàn)在生產的高低壓成套配電裝置中差不多都采用這類新型電流互感器。電流互感器全型號的表示和含義如下：

2)電流互感器的二次側有一端必須接地電流互感器二次側有一端必須接地，是為了防止其一、二次繞組間絕緣擊穿時，一次側的高電壓竄入二次側，危及人身和設備的安全。3)電流互感器在連接時，要注意其端子的極性按照規(guī)定，我國互感器和變壓器的繞組端子，均采用“減極性”標號法。所謂“減極性”標號法，就是互感器按圖3.62所示接線時，一次繞組接上電壓U1，二次繞組感應出電壓U2。這時將一對同名端短接，則在另一對同名端測出的電壓為?；ジ衅鱑1—輸入電壓U2—輸出電壓圖3.62互感器的“減極性”判別法

用“減極性”法所確定的“同名端”，實際上就是“同極性端”，即在同一瞬間，兩個對應的同名端同為高電位，或同為低電位。過去規(guī)定，電流互感器的一、二次繞組端子分別標L1、L2和K1、K2，其中L1與K1為同名端，L2與K2為同名端。GB1208－1997《電流互感器》規(guī)定，一次繞組端子標P1、P2，二次繞組端子標S1、S2，其中P1與S1、P2與S2分別為對應的同名端。由圖3.56可知，如果一次電流I1從P1流向P2，則二次電流I2從S2流向S1?；ジ衅?/p>

在安裝和使用電流互感器時，一定要注意端子的極性，否則其二次儀表、繼電器中流過的電流就不是預想的電流，甚至可能引起事故。例如圖3.57(b)中C相電流互感器的S1、S2如果接反，則公共線中的電流就不是相電流，而是相電流的倍，可能使電流表燒壞。二、電壓互感器1.電壓互感器的基本結構原理和接線方案1—鐵心2—一次繞組3—二次繞組圖3.63電壓互感器的基本結構原理圖

電壓互感器的基本結構原理圖如圖3.63所示。它的結構特點是：一次繞組匝數(shù)很多，二次繞組匝數(shù)較少，相當于降壓變壓器。工作時，一次繞組并聯(lián)在一次電路中，而二次繞組則并聯(lián)儀表、繼電器的電壓線圈。由于電壓線圈的阻抗一般都很大，所以電壓互感器工作時其二次繞組則接近于空載狀態(tài)。二次繞組的額定電壓一般為100V?；ジ衅?.電壓互感器的類型和型號電壓互感器按相數(shù)分，有單相和三相兩類。按絕緣及其冷卻方式分，有干式(含環(huán)氧樹脂澆注式)和油浸式兩類。圖3.65所示是應用廣泛的單相三繞組，環(huán)氧樹脂澆注絕緣的戶內JDZJ—10型電壓互感器外形圖。3個JDZJ—10型電壓互感器可接成圖3.64(d)所示Y0/Y0/聯(lián)結，供小接地電流系統(tǒng)中作電壓、電能測量及絕緣監(jiān)視之用。

電壓互感器全型號的表示和含義如下：1—一次接線端子2—高壓絕緣套管3—一、二次繞組，樹脂澆注絕緣4—鐵心5—二次接線端子圖3.65JDZJ-10型電壓互感器外形圖互感器3.電壓互感器的使用注意事項1)電壓互感器工作時其二次側不得短路由于電壓互感器一、二次繞組都是在并聯(lián)狀態(tài)下工作的，如果二次側短路，將產生很大的短路電流，有可能燒毀互感器，甚至影響一次電路的安全運行。因此電壓互感器的一、二次側都必須裝設熔斷器進行短路保護。2)電壓互感器的二次側有一端必須接地這與電流互感器二次側有一端接地的目的相同，也是為了防止一、二次繞組間的絕緣擊穿時，一次側的高電壓竄入二次側，危及人身和設備的安全。3)電壓互感器在連接時也應注意其端子的極性過去規(guī)定，單相電壓互感器的一、二次繞組端子標以A、X和a、x，端子A與a、X與x各為對應的“同名端”或“同極性端”；而三相電壓互感器，按照相序，一次繞組端子分別標A、X，B、Y，C、Z，二次繞組端子分別對應地標a、x，b、y，c、z。端子A與a、B與b、C與c、X與x。Y與y、Z與z各為對應的“同名端”或“同極性端”。GB1207—1997《電壓互感器》規(guī)定，單相電壓互感器的一、二次繞組端子標以A、N和a、n，端子A與a、N與n各為對應的“同名端”或“同極性端”；而三相電壓互感器，一次繞組端子分別標A、B、C、N，二次繞組端子分別標a、b、c、n，A與a、B與b、C與c及N與n分別為“同名端”或“同極性端”，其中N與n分別為一、二次三相繞組的中性點。電壓互感器連接時端子極性錯誤也是不行的，要出問題的。組合式成套變電所組合式成套變電所又稱箱式變電所，其各個單元都由生產廠家成套供應、現(xiàn)場組合安裝而成。這種成套變電所不必建造變壓器室和高低壓配電室等，從而減少土建投資，而且便于深入負荷中心，簡化供配電系統(tǒng)。它全部采用無油或少油電器，因此運行更加安全，維護工作量小。這種組合式變電所已在高層建筑中廣泛應用。組合式成套變電所分戶內式和戶外式兩大類。戶內式目前主要用于高層建筑和民用建筑群的供電。戶外式則用于工礦企業(yè)、公共建筑和住宅小區(qū)供電。組合式成套變電所的電氣設備一般分三部分(以XZN—1型戶內組合式成套變電所為例)：(1)高壓開關柜采用GFC—10A型手車式高壓開關柜，其手車上裝ZN4—10C型真空斷路器。(2)變壓器柜主要裝配SC或SCL型環(huán)氧樹脂澆注干式變壓器，防護式可拆裝結構。變壓器底部裝有滾輪，便于取出檢修。(3)低壓配電柜采用BFC—10A型抽屜式低壓配電柜，開關主要為ME型低壓斷路器等。某XZN-1型戶內組合式成套變電所的平面布置圖如圖3.66所示。變電裝置的高度為2.2m。該變電所的裝置式主接線圖如圖3.67所示。組合式成套變電所圖3.66某XZN—1型戶內組合式成套變電所的平面布置圖圖3.67XZN—1型戶內組合式成套變電所主接線圖本章小結本章主要介紹了變電所常用高低壓電氣設備及高低壓配電裝置，重點講述了變電所中變壓器容量及數(shù)量的確定。對主接線主要講述其基本要求，進而闡明各主要電氣設備的作用、配置以及典型接線的基本形式。從工程觀點出發(fā)擬訂和評價了主接線應考慮的基本問題和著眼點，并介紹了組合式成套變電所。(1)高壓電氣設備主要有高壓斷路器、高壓隔離開關、高壓負荷開關、高壓熔斷器、互感器、高壓開關柜等。要求熟悉電氣設備的符號、型號含義、作用原理及用途。(2)互感器的作用是二次設備與一次電路隔離和擴大儀表、繼電器的使用范圍。電流互感器二次額定電流一般為5A，電流互感器串聯(lián)于線路中，常用的有4種接線方式。在使用時要注意：二次側不得開路，不允許裝設開關或熔斷器；二次有一端必須接地；注意端子的極性。電壓互感器二次額定電壓一般為100V，電壓互感器并聯(lián)在線路中，常用的有4種接線方式。在使用時要注意：二次側不得短路，要裝設小空氣開關或熔斷器；二次有一端必須接地；注意端子的極性。(3)低壓電氣設備主要有低壓斷路器、低壓刀開關、低壓負荷開關、低壓熔斷器、互感