第四章工厂变配电所及其一次系统.

第四章工厂变配电所及其一次系统第一节工厂变配电所的任务和类型一.变配电所的任务二.变配电所的类型第二节电力变压器一.电力变压器及其分类二.电力变压器的结构、型号一.概述第三节电流互感器和电压互感器二.电流互感器三.电压互感器三.电力变压器的联结组别及其选择四.变电所主变压器台数和容量的选择五.电力变压器并列运行条件第五节低压一次设备三.高压熔断器四.高压隔离开关五.高压负荷开关六.高压断路器第四节高压一次设备一.一次设备及其分类二.电气设备运行中的电弧问题与灭弧方法七.高压开关柜八.高压一次设备的选择与校验三.低压断路器四.低压配电屏和配电箱五.低压一次设备的选择一.低压熔断器二.低压刀开关和负荷开关第七节工厂变配电所的所址、布置、结构及安装图三.车间和小型工厂变电所四.工厂总降压变电所的主接线图第六节工厂变配电所的主接线图一.概述二.高压配电所的主接线图三.变配电所的结构四.变配电所的电气安装图一.变配电所所址的选择二.变配电所的总体布置要求及方案示例第八节工厂变配电所的运行维护与检修试验三.电力变压器的运行维护四.电力变压器的检修试验五.配电装置的运行维护一.变配电所的值班制度和值班员职责二.变配电所的送电和停电操作六.配电装置的检修试验复习思考题习题一.变配电所的任务变电所担负着从电力系统受电，经过变压，然后配电的任务。配电所担负着从电力系统受电，然后直接配电的任务。显然，变配电所是工厂供电系统的枢纽，在工厂中占有特殊重要的地位。第四章工厂变配电所及其一次系统内容提要：本章首先介绍工厂变配电所的任务和类型，然后重点讲述工厂变配电所的一次设备和主接线图，对电力变压器、互感器和高低压一次设备着重介绍其功能、结构特点、基本原理及其选择，对主接线图着重讲述其基本要求及一些典型接线。最后讲述工厂变配电所的所址选择、布置、结构、安装图及其运行维护和检修试验的基本知识。本章是本课程的重点，也是从事工厂变配电所运行、维护和设计必备的基础知识。(1)车间附设变电所变电所变压器室的一面墙或几面墙与车间建筑的墙共用，变压器室的大门朝车间外开。如果按变压器室位于车间的墙内还是墙外，还可进一步分为内附式（如图4-1中的1、2）和外附式（如图4-1中的3、4）。(2)车间内变电所变压器室位于车间内的单独房间内，变压器室的大门朝车间内开(如图4-1中的5)。二.变配电所的类型工厂变电所分为总降压变电所和车间变电所，不过一般中小型工厂不设总降压变电所。车间变电所按其主变压器的安装位置来分，有下列类型：图4-1车间变电所的类型1、2-内附式3、4-外附式5-车间内式6-露天或半露天式7-独立式8-杆上式9-地下式10-楼上式•(5)杆上变电台变压器安装在室外的电杆上，亦称杆上变电所（如图4-1中的8）。•(6)地下变电所整个变电所设置在地下（如图4-1中的9）。•(7)楼上变电所整个变电所设置在楼上（如图4-1中的10）。•(8)成套变电所由电器制造厂按一定接线方案成套制造、现场装配的变电所，又称组合式或箱式变电所。•(9)移动式变电所整个变电所装在可移动的车上。•上述的车间附设变电所、车间内变电所、独立变电所、地下变电所和楼上变电所，均属于室内型（户内式）变电所。露天、半露天变电所和杆上变电台，则属于室外型（户外式）变电所。成套变电所和移动式变电所，则室内型和室外型均有。(3)露天(或半露天)变电所变压器安装在车间外面抬高的地面上(如图4-1中的6)。变压器上方没有任何遮蔽物的，称为露天式；变压器上方设有顶板或挑檐的，称为半露天式。(4)独立变电所整个变电所设在与车间建筑有一定距离的单独建筑物内，如图4-1中的7）。第二节电力变压器一.电力变压器及其分类电力变压器（powertransformer，文字符号为T或TM），是变电所中最关键的一次设备，其主要功能是将电力系统的电能电压升高或降低，以利于电能的合理输送、分配和使用。电力变压器按变压功能分，有升压变压器和降压变压器。工厂变电所都采用降压变压器。终端变电所的降压变压器，也称为配电变压器。电力变压器按容量系列分，有R8容量系列和R10容量系列。所谓R8容量系列，是指容量等级是按R8=倍数递增的。我国老的变压器容量等级采用R8系列，容量等级如100、135、180、240、320、420、560、750、1000kVA等。所谓R10容量系列，是指容量等级是按R10=倍数递增的。R10系列的容量等级较密，便于合理选用，是IEC（国际电工委员会）推荐的，我国新的变压器容量等级采用这种R10系列，容量等级如100、125、160、200、250、315、400、500、630、800、1000kVA等。8101.3310101.26•电力变压器按相数分，有单相和三相两大类。工厂变电所通常都采用三相变压器。•按调压方式分，有无载调压（又称无激磁调压）和有载调压两大类。工厂变电所大多采用无载调压变压器。但在用电负荷对电压水平要求较高的场合，也有采用有载调压变压器的。•电力变压器按绕组（线圈）导体材质分，有铜绕组和铝绕组两大类。工厂变电所过去大多采用较价廉的铝绕组变压器，但现在低损耗的铜绕组变压器得到了越来越广泛的应用。•电力变压器按绕组型式分，有双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器。工厂变电所一般采用双绕组变压器。•电力变压器按绕组绝缘及冷却方式分，有油浸式、干式和充气式（SF6）等变压器。其中油浸式变压器，又有油浸自冷式、油浸风冷式、油浸水冷式和强迫油循环冷却式等。工厂变电所大多采用油浸自冷式变压器。•电力变压器按用途分，有普通电力变压器、全封闭变压器和防雷变压器等。工厂变电所大多采用普通电力变压器，只在易燃易爆场所及安全要求特高的场所采用全封闭变压器，在多雷区采用防雷变压器。图4-3环氧树脂浇注绝缘的三相干式电力变压器1-高压出线套管和接线端子2-吊环3-上夹件4-低压出线套管和接线端子5-铭牌6-环氧树脂浇注绝缘绕组(内低压，外高压)7-上下夹件拉杆8-警示标牌9-铁心10-下夹件11-小车12-高压绕组间连接导杆13-高压分接头连接片二.电力变压器的结构、型号电力变压器的基本结构，包括铁心和绕组两大部分。绕组又分高压和低压或一次和二次绕组等。图4-2是普通三相油浸式电力变压器的结构图。图4-3是环氧树脂浇注绝缘的三相干式电力变压器的结构图。图4-2三相油浸式电力变压器1-温度计2-铭牌3-吸湿器4-油枕(储油柜)5-油位指示器(油标)6-防爆管7-瓦斯(气体)继电器8-高压出线套管和接线端子9-低压出线套管和接线端子10-分接开关11-油箱及散热油管12-铁心13-绕组及绝缘14-放油阀15-小车16-接地端子附录表5列出S9、SC9和S11-M•R等系列配电变压器的主要技术数据，供参考。电力变压器全型号的表示和含义如下：冷却装置种类代号——性能水平代号(8、9、10、11、12等)(或设计序号)□□□－□/□——相数代号——S－三相D－单相绕组外绝缘介质代号C－成型固体浇注式CR－成型固体包封式油浸式不表示F－风冷自然冷却不表示——高压绕组电压等级（kV）——额定容量（kVA）——绕组导体材质代号——B－铜箔L－铝，LB－铝箔铜不表示——调压方式代号——Z－有载调压无载调压不表示三.电力变压器的联结组别及其选择电力变压器的联结组别，是指变压器一、二次(或一、二、三次)绕组因采取不同的联结方式而形成变压器一、二次(或一、二、三次)侧对应的线电压之间的不同相位关系。(一)常用配电变压器的联结组别6~10kV配电变压器（二次侧电压为220/380V）有Yyn0(即Y/Y0－12)和Dyn11(即Δ/Y0－11)两种常用的联结组。变压器Yyn0联结组的接线和示意图如图4-4所示。其一次线电压与对应的二次线电压之间的相位关系，如同时钟在零点（12点）时分针与时针的相互关系一样。图中一、二次绕组标有黑点“•”的端子为对应的“同名端”。变压器Dyn11联结组的接线和示意图如图4-5所示。其一次线电压与对应的二次线电压之间的相位关系，如同时钟在11点时分针与时针的相互关系一样。图4-4变压器Yyn0联结组a)一、二次绕组接线图b)一、二次电压相量图c)时钟示意图图4-5变压器Dyn11联结组a)一、二次绕组接线图b)一、二次电压相量图c)时钟示意图我国过去的配电变压器差不多全采用Yyn0联结。近二十年来，Dyn11联结的配电变压器开始得到了推广应用。配电变压器采用Dyn11联结较之采用Yyn0联结有下列优点：(1)对Dyn11联结的变压器来说，其3n次（n为正整数）谐波电流在其三角形联结的一次绕组内形成环流，从而不致注入公共的高压电网中去，这较之一次绕组接成星形的Yyn0联结的变压器更有利于抑制电网中的高次谐波。(2)Dyn11联结变压器的零序阻抗较之Yyn0联结变压器的零序阻抗小得多【1】从而更有利于低压单相接地短路故障保护的动作及故障的切除。(3)当低压侧接用单相不平衡负荷时，由于Yyn0联结变压器要求低压中性线电流不超过低压绕组额定电流的25%，因而严重限制了其接用单相负荷的容量，影响了变压器设备能力的充分发挥。为此，GB50052-1995《供配电系统设计规范》规定：低压为TN和TT系统时，宜于选用Dyn11联结变压器。Dyn11联结变压器低压侧中性线电流允许达到低压绕组额定电流的75%以上，其承受单相不平衡负荷的能力远比Yyn0联结变压器大。这在现代供配电系统中单相负荷急剧增长的情况下，推广应用Dyn11联结变压器就显得更有必要。但是，由于Yyn0联结变压器一次绕组的绝缘强度要求比Dyn11联结变压器稍低，从而制造成本稍低，因此在TN和TT系统中由单相不平衡负荷引起的低压中性线电流不超过低压绕组额定电流的25%、且其一相的电流在满载时不致超过额定值时，仍可选用Yyn0联结变压器。【1】单相接地故障的切除，决定于单相接地短路电流的大小，而此单相接地短路电流等于相电压除以单相短路回路的计算阻抗，计算阻抗为其正序、负序和零序之和的1/3。如果不计电阻只计电抗时，Dyn11联结变压器的零序电抗X0=X1，X1为变压器的正序电抗，亦即变压器电抗XT；而Yyn0联结变压器的零序电抗X0=X1+Xμ0，Xμ0为变压器的励磁电抗。由于Xμ0X1，故Dyn11联结变压器的X0比Yyn0联结变压器的X0小得多，因此Dyn11联结变压器的单相接地短路电流比Yyn0联结变压器的单相接地短路电流大得多，以致Dyn11联结变压器更有利于低压单相接地短路故障的保护和切除。当雷电过电压沿变压器二次侧（低压侧）线路侵入时，由于变压器二次侧同一芯柱上的两半个绕组的电流方向正好相反，其磁动势相互抵消，因此过电压不会感应到一次侧（高压侧）线路上去。同样地，假如雷电过电压沿变压器一次侧（高压侧）线路侵入时，由于变压器二次侧（低压侧）同一芯柱上的两半个绕组的感应电动势相互抵消，二次侧也不会出现过电压。由此可见，采用Yzn11联结的变压器有利于防雷。在多雷地区宜选用这类防雷变压器。图4-6Yzn11联结的防雷变压器a)一、二次绕组接线图b)一、二次电压相量图(二)防雷变压器的联结组别防雷变压器通常采用Yzn11联结组，如图4-6a所示，其正常时的电压相量图如图4-6b所示。其结构特点是每一铁心柱上的二次绕组都分为两半个匝数相等的绕组，而且采用曲折形（Z形）联结。正常工作时，一次线电压，二次线电压，其中，。由图4-6b知，与同相，而滞后330º，即滞后330º。在钟表上1个小时的角度为，因此该变压器的联结组别号为，即联结组别为Yzn11。BAABUUUbaabUUU21baaUUU21cbbUUUabUBUBUABUabUABU301130/330四.变电所主变压器台数和容量的选择(一)变电所主变压器台数的选择选择主变压器台数时应考虑下列原则：(1)应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对供有大量一、二级负荷的变电所，应采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障或检修时