1、 工厂供电 工厂供电工厂供电 11.1 工厂供电系统概述及电压选择工厂供电系统概述及电压选择 11.2 工厂电力负荷的计算工厂电力负荷的计算 11.3 变电所位置及变压器台数和容量选择变电所位置及变压器台数和容量选择 11.4 变配电所高低压一次设备变配电所高低压一次设备 11.5 工厂变配电所的主电路图工厂变配电所的主电路图 11.6 低压供配电线路的接线方式低压供配电线路的接线方式 11.7 工厂供电系统的防雷与接地工厂供电系统的防雷与接地 思考题与习题思考题与习题 工厂供电 11.1 工厂供电系统概述及电压选择工厂供电系统概述及电压选择 11.1.1 11.1.1 工厂供电系统概述工厂供
2、电系统概述 工厂供电系统是指从电源线路进厂起到高低压用电设备进线端止的整个电路系统，是由工厂变配电所、配电线路和用电设备构成的整体，以实现工厂电能的接受、分配、变换、输送和使用。工厂供电系统是电力系统的主要组成部分，也是电力系统的主要用户。 图11.1.1所示为电力系统示意图，虚线框内即为工厂供电系统。工厂供电系统中，变配电所担负着接收电能、变换电压和分配电能的任务； 配电线路承担着输送和分配电能的任务； 用电设备指的是消耗电能的电动机、照明设备等。 工厂供电 图11.1.1 电力系统示意图 工厂供电 不同类型的工厂，其供电系统组成各不相同。 大型工厂及某些电源进线电压为35 kV及以上的中型
3、工厂， 一般经过两次降压，也就是电源进厂以后，先经总降压变电所，将35 kV及以上的电源电压降为610 kV的配电电压，然后通过高压配电线路将电能送到各个车间变电所，也有的经高压配电所再送到车间变电所，最后经配电变压器降为一般低压用电设备所需的电压。 工厂供电 一般中型工厂的电源进线电压是610 kV。电能先经高压配电所集中，再由高压配电线路将电能分送到各车间变电所或由高压配电线路直接供给高压用电设备。车间变电所内装设有电力变压器，将610 kV的高压降为一般低压用电设备所需的电压(如220380 V)，然后由低压配电线路将电能分送给各用电设备使用。 对于小型工厂，由于所需容量一般不大于100
4、0 kVA，因而通常只设一个降压变电所，将610 kV电压降为低压用电设备所需的电压。当工厂所需容量不大于160 kVA时，一般采用低压电源进线，因此工厂只需设一个低压配电间。 对工厂供电系统的基本要求是：安全、灵活、可靠、经济。 工厂供电 11.1.2 11.1.2 电力系统的组成电力系统的组成电力系统是电能的生产、输送、分配、变换和使用的一个统一整体。 电力系统由发电厂、变电站、电力网和用户组成。 图11.1.2所示为电力系统及动力系统示意图。 工厂供电 图11.1.2 电力系统及动力系统示意图 工厂供电 1 1 发电厂发电厂发电厂是将一次能源转换为电能的工厂。根据一次能源的来源不同，有火
5、力发电厂、水力发电厂、原子能发电厂、 地热发电厂、潮汐发电厂、风力发电厂以及太阳能发电厂等。 工厂供电 2 2 电力网电力网电力网由变电所和各种不同电压等级的线路组成，它的任务是将发电厂生产的电能输送、变换和分配到电能用户。电力网按电压高低和供电范围的大小又分为区域网和地方网。 区域网供电范围大，且电压一般在220 kV以上； 地方网供电范围小，最高电压一般不超过110 kV。 工厂供电 3 3 用户用户用户是指将电能转换为所需要的其它形式能量的工厂或用电设备。 随着电力系统的发展，各国建立的电力系统，其容量及范围越来越大。建立大型电力系统可以经济合理地利用一次能源，降低发电成本，减少电能损耗
6、， 提高电能质量，实现电能的灵活调节和调度， 大大提高供电可靠性。 工厂供电 11.1.3 11.1.3 电力系统的电压电力系统的电压1. 1. 三相交流电网和电力设备的额定电压三相交流电网和电力设备的额定电压根据受电设备和供电设备的额定电压，国标GB 15693标准电压规定了交流电力网和电力设备的额定电压等级。 1） 电网(电力线路)的额定电压(rated voltage)电网的额定电压是确定其它一切电力设备额定电压的基本依据，它是国家根据国民经济发展的需要以及电力工业的现有水平，经过全面的技术分析后确定的。三相交流电网和电力设备常用的额定电压如表11.1.1所示。 工厂供电 表表11.1.
7、1 我国交流电力网和电气设备的额定电压我国交流电力网和电气设备的额定电压 电力变压器额定电压/KV 分类 电网和用电设备 电压/KV 发电机额定 电压/KV 一次绕组 二次绕组 低压 0.38 0.66 0.40 0.69 0.38 0.66 0.40 0.69 高压 3 6 10 35 66 110 220 330 500 750 3.15 6.3 10.5 13.8, 15.75, 18,20,22,24,26 3 及 3.15 6 及 6.3 10 及 10.5 13.8, 15.75, 18,20,22,24,26 35 66 110 220 330 500 750 3.15 及 3.
8、3 6.3 及 6.6 10.5 及 11 38.5 72.6 121 242 363 550 820 工厂供电 2） 电力设备的额定电压 用电设备的额定电压规定与同级电网的额定电压相同。 发电机的额定电压规定高于同级电网额定电压的5， 以补偿线路上的电压损失。 变压器的额定电压分为一次绕组额定电压和二次绕组额定电压。（1） 变压器一次绕组额定电压分两种情况：当变压器直接与发电机相连时，如图11.1.3中的变压器T1，其额定电压与发电机额定电压相同，即高于同级电网额定电压的5；当变压器连接在线路上时，如图11.1.3中的变压器T2，成为电网上的一个负荷，其一次绕组额定电压与电网额定电压相同。
9、工厂供电 （2） 变压器的二次绕组额定电压也分两种情况：当变压器二次侧供电线路较长时，如图11.1.3中的变压器T1，其额定电压应高于同级电网额定电压的10，5%用来补偿变压器二次绕组的内阻抗压降，5%用来补偿线路上的电压损失；当变压器二次侧供电线路不太长时，如图11.1.3中的变压器T2， 其额定电压只需高于电网额定电压的5即可，用于补偿变压器内部的电压损耗。 工厂供电 图11.1.3 电力变压器的额定说明 工厂供电 2. 2. 电压分类及高低电压的划分电压分类及高低电压的划分按国标规定， 额定电压分为三类： 第一类额定电压为100 V及以下，如12 V、24 V、36 V等， 主要用于安全
10、照明、潮湿工地建筑内部的局部照明及小容量负荷。 第二类额定电压为100 V以上、1000 V以下，如127 V、 220 V、380 V、600 V等，主要用作低压动力电源和照明电源。 工厂供电 第三类额定电压为1 kV以上， 有6 kV、10 kV、35 kV、 110 kV、220 kV、330 kV、 500 kV、750 kV等，主要用于高压用电设备、发电及输电设备。 在电力系统中，通常把1 kV以下的电压称为低压，1 kV以上的电压称为高压，220 kV以上的电压称为超高压，1000 kV以上的电压称为特高压。三相电力设备的额定电压不作特别说明时均指线电压。 工厂供电 例题：试确定下
11、图中用电设备、发电机、变压器的额定电压。 工厂供电 11.1.4 11.1.4 工厂供电系统配电电压的选择工厂供电系统配电电压的选择1 1 高压配电电压的选择高压配电电压的选择工厂供电系统的高压配电电压主要取决于当地供电电源电压以及工厂高压用电设备的电压、容量和数量等因素。中、 小型工厂采用的高压配电电压通常为610 kV，从技术经济指标来看，最好采用10 kV配电电压。由于同样的输送功率和输送距离条件下，配电电压越高，线路电流越小，线路所采用的导线或电缆截面越小，因而采用10 kV配电电压可以减少线路的初投资和金属消耗量，还可以减少线路的电能损耗和电压损耗。从设备的选型及将来的发展来说，10
12、 kV更优于6 kV。 对于一些厂区面积大、负荷大且集中的大型厂矿，如厂区的环境条件允许，可采用35220 kV架空线直接深入工厂负荷中心配电， 这样可以分散建立总降压变电所，简化供电环节，节约有色金属， 降低功率损耗和电压损失。 工厂供电 2 2 低压配电电压的选择低压配电电压的选择工厂供电系统的低压配电电压一般采用220/380 V的标准电压等级，但在某些特殊的场合如矿井，因负荷中心远离变电所，为保证负荷端的电压水平故采用660 V电压作为配电电压， 这样不仅可以减少线路的电压损耗，降低线路有色金属消耗量， 而且能够增加配电半径，提高供电能力，简化供配电系统。 另外，在某些场合，由于安全的
13、原因，可以采用特殊的安全低电压配电。 工厂供电 11.1.5 11.1.5 工厂供电系统的质量指标工厂供电系统的质量指标1 1 电压的质量要求电压的质量要求国家标准GB 1232590电能质量 供电电压允许偏差规定了不同电压等级的允许电压偏差： 35 kV及以上供电电压， 正、 负偏差的绝对值之和不超过额定电压的10%；10 kV及以下三相供电电压允许偏差为7%；220 V单相供电电压允许偏差为+7%、 -10%。 工厂供电 2 2 频率的要求频率的要求我国规定的额定电压频率为50 Hz，大容量系统允许的频率偏差为0.2 Hz，中、小容量系统允许的频率偏差为0.5 Hz。 频率的调整主要由发电
14、厂进行。工厂电力系统的频率指标由电力系统给予保证。 工厂供电 3 3 供电的可靠性要求供电的可靠性要求保证供电系统的安全可靠性是电力系统运行的基本要求。 所谓供电的可靠性，是指确保用户能够随时得到供电。这就要求供配电系统的每个环节都安全、可靠运行，不发生故障，以保证连续不断地向用户提供电能。 不同的用户对供电可靠性的要求是不一样的。根据对供电可靠性的要求及中断供电造成的损失或影响的程度，将电力用户负荷分为三类。 工厂供电 1） 一级负荷(first order load)一级负荷是指中断供电将造成人身伤亡危险，或造成重大设备损失且难以修复，或给国民经济带来重大损失，或在政治上造成重大影响的电力
15、负荷。如火车站、大会堂、重要宾馆、 通信交通枢纽、重要医院的手术室、炼钢炉、国家级重点文物保护场所等。 一级负荷要求由两个独立电源供电，当其中一个电源发生故障时， 另一个电源应不致同时受到损坏。对一级负荷中特别重要的负荷，除上述两个电源外， 还必须增设应急电源。 常用的应急电源有：独立于正常电源的发电机组、专门的供电线路、 蓄电池、干电池等。 工厂供电 2） 二级负荷(second order load) 二级负荷是指中断供电将在政治、经济上造成较大损失的电力负荷， 如主要设备损坏、大量产品报废、 连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等。 二级负荷要求由双回路供电，供电变压器
16、也应有两台(这两台变压器不一定在同一变电所)，当其中有一条回路或一台变压器发生常见故障时，二级负荷应不致中断供电，或中断供电后能迅速恢复供电。 工厂供电 3） 三级负荷(third order load)三级负荷为一般电力负荷， 所有不属于上述一、二级负荷者均为三级负荷。 由于三级负荷为不重要的一般负荷， 因而它对供电电源无特殊要求。 工厂供电 11.2 工厂电力负荷的计算工厂电力负荷的计算11.2.1 11.2.1 计算负荷及设备容量计算负荷及设备容量1. 1. 计算负荷的概念计算负荷的概念 根据用电设备的安装容量，采用一定的计算方法得出的负荷，称为计算负荷。计算负荷是一个假想负荷，其热效应
17、和实际负荷产生的热效应相等。 如以计算负荷连续运行，根据计算负荷选择的电气设备和导线电缆其发热温度不会超过允许值。 工厂供电 导体通过电流达到稳定温升的时间大约为(34)，为发热时间常数。 截面在16 mm2及以上的导体，其10 min。 因此，载流导体大约经30 min后可达到稳定温升值，计算负荷也就是半小时最大负荷。分别用P30、Q30、S30和I30表示有功计算负荷、无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流。 计算负荷是分析和设计供电系统的基础，是选择供电系统导线、变压器、开关电器等设备的依据。如计算负荷过大， 则将使电器和导线电缆选得过大，造成投资和有色金属的浪费； 如计算负荷过小，又将使
18、电器和导线电缆处于过负荷下运行， 增加电能损耗，产生过热，导致绝缘过早老化甚至烧毁。因此， 正确确定计算负荷意义重大。 工厂供电 2. 2. 设备容量的确定设备容量的确定采用需要系数法确定计算负荷时，首先要知道设备的容量Pe。设备容量与设备的工作制有关，设备容量不一定就是设备铭牌上所标定的额定容量。 因此，当统计设备的安装容量时， 不能将铭牌上的额定功率直接相加，而应按不同的工作性质将用电设备分组，再将不同负荷持续率下的额定功率换算为统一持续率下的功率，这就是设备容量。 1） 长期连续运行工作制采用长期连续运行工作制的设备工作时间长，连续运行， 绝大多数用电设备都属于这一类设备， 如风机、泵类
19、、机床、 照明等。 这类设备的设备容量就是设备铭牌上的额定容量。 工厂供电 2） 短时运行工作制采用短时运行工作制的设备工作时间短，停歇时间长， 如船闸电动机、机床中的辅助电动机等，其设备容量按铭牌额定容量计算。 3） 断续周期工作制继续周期工作制也称反复短时工作制，采用这种工作制的设备时而工作，时而停歇，反复运行， 如吊车用电动机、 电焊机等，其设备容量是将所有设备在不同负载持续率下的铭牌额定容量换算到一个统一的负荷持续率下的功率之和。 断续周期工作制的用电设备常用的有电焊机和吊车电动机， 换算要求如下： 工厂供电 (1) 电焊机组要求统一换算到=100，换算后的设备容量为 100NN100
20、NNecosSPPNNNNecosSPP（11.2.1） 即 式中: PN、SN为吊车电动机的铭牌容量；N为与铭牌容量对应的负荷持续率(计算中用小数)；100为其值为100%的负荷持续率（计算中用1）； cos为铭牌规定的功率因数。 工厂供电 （2） 吊车电动机组要求统一换算到=25， 换算后的设备容量为 NN25Ne2PPPN（11.2.2） 式中: PN为吊车电动机的铭牌容量；N为与铭牌容量对应的负荷持续率； 25为其值为25%的负荷持续率（计算中用0.25）。 工厂供电 11.2.2 11.2.2 按需要系数法确定计算负荷按需要系数法确定计算负荷1. 1. 三相用电设备组计算负荷的确定三
21、相用电设备组计算负荷的确定用电设备组是由工艺性质相同、需要系数相近的用电设备合并组成的。 用电设备组的计算负荷是指用电设备组从供电系统中取用的半小时最大负荷， 其基本公式为 ed30PKP （11.2.3） 工厂供电 Kd为需要系数，反映用电设备组中投入运行的设备性质、 容量、线路损耗、设备效率及操作人员的技能等诸多因素， 是一个综合系数。不同用电设备组的Kd值列于表11.2.1中。 用电设备组设备台数较少时，Kd值适当取大些，如只有12台设备时，取Kd1。当只有一台电动机时， P30=PN/, PN为电动机额定容量，为电动机的效率。Pe为用电设备组中各设备容量之和（不包括备用设备）。 工厂供
22、电 在求出有功计算负荷P30后，可按下列各式分别求出无功计算负荷、 视在计算负荷和计算电流。 无功计算负荷为 tan3030PQ（11.2.4） 式中：tan为对应于用电设备组cos的正切值。视在计算负荷为 cos3030PS（11.2.5） 式中：cos为用电设备组的平均功率因数。 工厂供电 计算电流为 N30303USI（11.2.6） 式中:UN为用电设备组的额定电压。 负荷计算中常用的单位：有功功率为“千瓦”(kW)，无功功率为“千乏”(kvar)，视在功率为“千伏安”(kVA)，电流为“安”(A)， 电压为“千伏”(kV)。 工厂供电 2 多组用电设备计算负荷的确定多组用电设备计算负
23、荷的确定确定拥有多组用电设备的干线上或车间变电所低压母线上的计算负荷时，应考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的情况。因此，在确定多组用电设备的计算负荷时，应结合具体情况对其有功负荷和无功负荷分别计入一个同时系数Kp、 Kq，则计算负荷为 工厂供电 ipPKP,3030iqQKQ,303023023030QPSN30303USI（11.2.7） 工厂供电 以上两式中的P30,i和Q30, i分别为各组设备的有功和无功计算负荷之和。对车间干线取Kp=0.850.95，Kq=0.900.97；对车间母线取Kp=0.900.95，Kq=0.930.97。 注意：由于各组设备的功率因数不一定相同，因此
24、总的视在计算负荷和计算电流一般不能用各组的视在计算负荷或计算电流之和来计算。此外，在计算多组设备总的计算负荷时，为了简化和统一，各组的设备台数不论多少，各组的计算负荷均按供电设计手册所列的计算系数来计算，而不必考虑设备台数少而适当增大Kd和cos值的问题。 工厂供电 3. 确定全厂计算负荷的方法确定全厂计算负荷的方法1） 按逐级计算法确定全厂计算负荷从计算低压用电设备的负荷开始，逐级向电源方向计算， 只需要在每级配电点乘以同时系数Kp、Kq，然后再考虑变压器的功率损失： T3030T3030QQQPPP （11.2.8） 工厂供电 式中，为变压器高、低压侧计算负荷；、为变压器有功、无功损耗，按
25、经验估算值为 30303030QPQP 、TPTQ303006. 0015. 0SQSPTT（11.2.9） 最后确定出工厂总计算负荷。 工厂供电 2） 按不同工厂的需要系数确定全厂计算负荷 首先确定全厂总设备容量，再乘以工厂的需要系数Kd，就得到该厂的计算负荷。 ed30PKP （11.2.10） 其中查有关工厂需要系数的资料。 工厂供电 3） 按年产量估算工厂计算负荷 年产量按估算工厂计算负荷为 M30TMWP （11.2.11） 式中，M为工厂年产量；W为单位产品耗电量；TM为工厂年最大有功负荷利用小时数，查有关资料。 工厂供电 11.2.3 11.2.3 工厂的功率因数、无功补偿及补偿
26、后的工厂计算负荷工厂的功率因数、无功补偿及补偿后的工厂计算负荷 1 工厂常用的几种功率因数1） 瞬时功率因数瞬时功率因数可由功率因数表直接测量，亦可由功率表、 电流表和电压表的读数按下式求出 IUP3cos（11.2.12） 工厂供电 式中: P为功率表测出的三相功率读数(kW)；I为电流表测出的线电流读数(A)；U为电压表测出的线电压读数(kV)。 瞬时功率因数只用来了解和分析工厂或设备在生产过程中无功功率的变化情况，以便采取适当的补偿措施。 工厂供电 2） 平均功率因数平均功率因数亦称加权平均功率因数， 按下式计算 222p11cosqpqpWWWWW（11.2.13） 式中: Wp为某一
27、时间内消耗的有功电能，由有功电度表读出； Wq为某一时间内消耗的无功电能，由无功电度表读出。 我国电业部门每月向工业用户收取电费， 就规定电费要按月平均功率因数的高低来调整。 工厂供电 3） 最大负荷时的功率因数最大负荷时的功率因数指在年最大负荷(即计算负荷)时的功率因数，按下式计算 3030cosSP（11.2.14） 我国电力规程规定：高压供电的用户功率因数应达到0.90以上，其它电力用户功率因数应为0.85以上； 同时还规定，凡功率因数未达到上述规定的，应增添无功补偿装置。 这里所指的功率因数为最大负荷时的功率因数。 工厂供电 2. 2. 无功功率补偿无功功率补偿 达不到规定的工厂功率因
28、数要求时，则需要考虑人工补偿。人工补偿最普遍采用的方法是并联电容器来提高功率因数。 要使功率因数由cos提高到cos，必须装设的无功补偿装置容量为 )tan(tan303030PQQQC（11.2.15） 式中，称为无功补偿率，表示要使1kW的有功功率由提高到所需要的无功补偿容量kvar值。 工厂供电 在确定了总的补偿容量后，即可根据所选并联电容器的单个容量qC来确定电容器的个数，即 （11.2.16） 并联电容器有三相和单相之分。如采用三相电容器组进行补偿，其个数按上述计算值取整数选择，如采用单相电容器进行补偿，其个数应是3的整数倍，以便电容器三相均衡分配。 CCqQn 工厂供电 3 3无功
29、补偿后的工厂计算负荷无功补偿后的工厂计算负荷 工厂(或车间)装设了无功补偿装置以后，则在确定补偿装置装设地点以前的总计算负荷时，应扣除无功补偿的容量，即总的无功计算负荷 CQQQ3030（11.2.17） 补偿后总的视在计算负荷 23030230)(CQQPS（11.2.18） 工厂供电 11.3 变电所位置及变压器台数和容量选择变电所位置及变压器台数和容量选择 11.3.1 11.3.1 变配电所的所址选择变配电所的所址选择确定变电所位置时，应考虑以下因素： 尽量接近负荷中心； 进出线方便； 接近电源侧； 设备运输方便； 不应设在有剧烈振动或高温的场所； 不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所；
30、不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方，且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方； 保证供电安全，便于今后发展。 其中，变配电所接近负荷中心是最重要的。 工厂供电 1) 负荷指示图法负荷指示图是将负荷按一定的比例，以负荷圆的面积表明负荷大小的图形。 负荷圆半径为 30nPr （11.3.1） 式中:n为负荷圆的比例系数，单位为kWmm2。 根据全厂各车间的负荷图，可以直观地确定工厂的负荷中心的位置。 结合位置选择原则，拟定几个方案，择优选择变电所位置。 工厂供电 2) 负荷矩法这是一种近似定量的计算方法，以负荷圆的圆心为负荷点，用求物体重心的方法确定负荷中心。 图11.3.1所示为3个负荷点的
31、负荷矩示意图。有功功率P1P3分布于直角坐标系中，一般负荷中心为 )(iiixPPx)(iiiyPPy 工厂供电 iiiPxPx)(（11.3.2） iiiPyPy)(（11.3.3） 因此，总负荷中心为P(x, y)。 工厂供电 图11.3.13个负荷点的负荷矩示意图 工厂供电 3) 按负荷电能矩确定负荷中心 负荷矩法也称静态负荷中心计算法，它只考虑负荷的容量和位置，如再考虑各负荷点的工作时间，便成为用电能矩法确定负荷中心的方法： )()()()(NcMciiiiiiiiAxWtPxTPx)()()()(iiiNiiciiMicAyWtPyTPy（11.3.4） （11.3.5） 工厂供电
32、式中:WNi=PciTMi为负荷点的电能消耗量；TMi为最大负荷利用小时数；Pci为负荷的有功计算负荷；ti为各负荷在同一时间内的实际工作时间；Ai为各负荷的有功电能消耗量。 实际上影响变电所位置选择的因素很多，如厂区建筑、 车间布置、供电部门的要求等，都可能制约变电所位置的选择。 因此，应结合实际情况，进行技术、经济比较，选出较为理想的变电所位置。 工厂供电 11.3.2 11.3.2 变电所主变压器台数和容量的选择变电所主变压器台数和容量的选择1. 1. 变电所主变压器台数的选择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
33、量一、二级负荷的变电所，宜采用两台变压器，当一台变压器发生故障或检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电。 对只有二级而无一级负荷的变电所，也可以只采用一台变压器， 但必须在低压侧敷设与其它变电所相连的联络线作为备用电源。 （2）对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所，可考虑采用两台变压器。 工厂供电 2. 2. 变电所主变压器容量的选择变电所主变压器容量的选择 1) 只装一台主变压器的变电所主变压器容量ST应满足全部用电设备总计算负荷S30的需要， 即 30TSS （11.3.6） 工厂供电 2) 装有两台主变压器的变电所每台变压器的容量ST应同时满足以下两个条件：
34、 （1） 任一台变压器单独运行时，宜满足总计算负荷S30的大约6070的需要，即 30T)7 . 06 . 0(SS （11.3.7） 工厂供电 （2） 任一台变压器单独运行时， 应满足全部一、 二级负荷S30(+)的需要，即 ）（30TSS（11.3.8） 3) 车间变电所主变压器单台容量的选择车间变电所主变压器的单台容量，一方面受到低压断路器断流能力和短路稳定度的限制，另一方面考虑到应使变压器更接近于车间负荷中心，因此容量一般不宜大于1250kVA。 工厂供电 11.4 变配电所高低压一次设备变配电所高低压一次设备 变配电所中承担输送和分配电能任务的电路称为一次电路(primary cir
35、cuit)或称主电路(主接线)。一次电路中所有的电气设备称为一次设备(primary equipment)或一次元件。 一次设备按其功能分为以下几类： （1） 变换设备，其功能是按电力系统工作的要求来改变电压或电流，例如电力变压器、电流互感器、电压互感器等。 (2) 控制设备，其功能是按电力系统工作的要求来控制一次电路的通、断，例如各种高低压开关。 工厂供电 (3) 保护设备，其功能是用来对电力系统进行过电流和过电压等的保护，例如熔断器和避雷器等。 (4) 成套设备， 它是按一次电路接线方案的要求，将有关一次设备及二次设备组合为一体的电气装置，例如高压开关柜、 低压配电屏、 动力和照明配电箱等
36、。 工厂供电 11.4.1 11.4.1 高压一次设备高压一次设备1. 1. 高压断路器高压断路器QFQF1) 高压断路器的功能高压断路器(highvoltage circuitbreaker)是高压电器中最重要的设备， 是电力系统一次设备中起控制和保护作用的关键电器。高压断路器在电网中起两方面的作用：一是控制作用， 即根据电网运行的需要，将部分电气设备或线路投入或退出运行；二是保护作用，即在电气设备或电力线路发生故障时，继电保护自动装置发出跳闸信号，起动断路器，将故障部分设备或线路从电网中迅速切除，确保电网中无故障部分电路的正常运行。 工厂供电 2) 高压断路器的分类高压断路器一般按灭弧介质
37、的不同分为： (1) 油断路器，指采用变压器油作为灭弧介质的断路器。 它又分为多油断路器和少油断路器。多油断路器的油除了作灭弧介质和触头开断后的绝缘外，还作为带电部分对地的绝缘。 少油断路器的油只作为灭弧介质和触头开断后的绝缘，而带电部分对地绝缘采用瓷件或其他介质。和多油断路器相比，少油断路器具有用油量少，体积小，重量轻，运输安装方便， 有利于防火等优点。 在610 kV户内配电装置中常用的有SN1010型少油断路器。 工厂供电 (2) 真空断路器，指采用真空的高绝缘强度来灭弧的断路器。这种断路器的动静触头密封在真空泡内，利用真空作为灭弧介质和绝缘介质。它的特点是体积小，寿命长，维修工作量小，
38、主要用于频繁操作的场所。常用的真空断路器有ZN1212、 ZN28A12型户内高压真空断路器，其外形如图11.4.1所示。 工厂供电 图11.4.1 ZN1212型户内高压真空断路器 工厂供电 (3) 六氟化硫(SF6)断路器，指利用具有优异的绝缘性能和灭弧性能的SF6气体作为灭弧介质和绝缘介质的断路器。SF6气体是无色、无臭、不燃烧、无毒的惰性气体，它的绝缘能力约高于空气2.5倍，而灭弧能力则高达百倍。SF6断路器比少油断路器串联断口要少，可使制造、安装、调试和运行比较方便和经济。它的特点是灭弧能力强，绝缘强度高，开断电流大， 燃弧时间短， 检修周期长，断开电容电流或电感电流时无重燃，过电压
39、低等。SF6断路器主要用于需频繁操作及有易燃、 易爆危险的场所，特别用于全封闭组合电器中。常用的SF6断路器为LN2型。 真空断路器、六氟化硫断路器是现在和未来重点发展与使用的断路器。 工厂供电 2. 2. 隔离开关隔离开关QSQS1) 隔离开关的功能 隔离开关(highvoltage disconnector)的作用主要有以下三方面： (1) 隔离电源，保证安全。利用隔离开关将高压电气装置中需要检修的部分与其他带电部分可靠隔离， 隔离开关断开后有明显可见的断开间隙， 能充分保证人身和设备的安全。 工厂供电 (2) 倒闸操作。隔离开关经常用来进行电力系统运行方式改变时的倒闸操作。例如，当主接线
40、为双母线时，利用隔离开关将设备或线路从一组母线切换到另一组母线。 特别强调，隔离开关没有专门的灭弧装置，在任何情况下，均不能接通或切断负荷电流和短路电流，并应设法避免可能发生的误操作。 当隔离开关与断路器配合操作时，其顺序应为：断电时， 先拉开断路器，再拉开隔离开关；送电时，先合隔离开关， 再合断路器。总之，隔离开关与断路器配合操作时，隔离开关必须在断路器处于断开（分闸）位置时才能进行操作。 工厂供电 2) 隔离开关的分类按装设地点的不同， 隔离开关分为户内和户外两种。 户内隔离开关（型号为GN）的额定电压一般在35 kV以下。 工厂供配电系统常用的高压户内隔离开关为GN19、 GN22和GN
41、24型等， 其外形如图11.4.2所示。 工厂供电 图11.4.2 GN2212户内高压隔离开关 工厂供电 户外隔离开关（型号为GW）由于触头暴露在大气中， 工作条件比较恶劣，因而一般要求有较高的绝缘等级和机械强度。户外隔离开关的额定电压一般在35 kV以上，常用的有GW435G（D）和GW4110D型。 工厂供电 3. 3. 高压负荷开关高压负荷开关QLQL 1) 高压负荷开关的功能高压负荷开关(highvoltage loadswitch)具有简单的灭弧装置， 因此能通断一定的负荷电流和过负荷电流。 但它不能断开短路电流，负荷开关断开后，与隔离开关一样， 具有明显可见的断开间隙，因此， 它
42、也具有隔离电源、保证安全检修的功能。 工厂供电 2) 高压负荷开关的分类高压负荷开关按安装地点的不同分为户内式和户外式； 按灭弧方式的不同分为产气式、压气式、油浸式、真空式和SF6式。高压负荷开关目前主要用于10 kV及以下配电系统中， 常用的型号有户内压气式FN210(R)型、FN310(R)型（R表示带有熔断器）和户外产气式的FW510型等。户内高压真空负荷开关ZFN2110的外形如图11.4.3所示。 工厂供电 图11.4.3 高压真空负荷开关 工厂供电 4. 4. 高压熔断器高压熔断器1) 熔断器的功能 熔断器FU是最简单和最早使用的一种保护电器，它串联在电路中使用，当所在电路短路或过
43、载时，熔断器自动断开电路， 使其它电气设备得到保护。 工厂供电 2) 熔断器的分类熔断器按安装地点不同，分为户内式和户外式； 按电压的高低，分为高压熔断器(highvoltage fuse)和低压熔断器； 按灭弧方式及结构特点的不同，分为瓷插式、封闭填料式和产气纵吹式等。目前常见的户内高压熔断器有RN1、 RN2、 RN3、 RN5和RN6等管式熔断器，用于635 kV的户内配电装置中， 其外形见图11.4.4。 它们均为填充石英砂的限流式熔断器。 工厂供电 图11.4.4 高压限流式熔断器 工厂供电 5. 5. 高压开关柜高压开关柜高压开关柜(highvoltage switchgear)是
44、按一定的线路方案将有关一、 二次设备组装在一起而形成的一种高压成套配电装置， 在发电厂和变配电所中用于控制和保护发电机、变压器和高压线路，也可用于大型高压交流电动机的起动和保护，其中安装有高压开关设备、保护电器、监测仪表和母线、绝缘子等。 高压开关柜内配用的主开关为真空断路器、SF6断路器和少油断路器。目前少油断路器已逐渐被真空断路器和SF6断路器所取代。 工厂供电 11.4.2 11.4.2 低压一次设备低压一次设备1. 1. 低压熔断器低压熔断器低压熔断器(lowvoltage fuse)的功能主要是实现低压配电系统的短路保护， 有的熔断器也能实现过负荷保护。 工厂供电 2. 2. 低压刀
45、开关低压刀开关QKQK低压刀开关(lowvoltage knife switch)的分类方式很多。 低压刀开关按其操作方式分，有单投和双投两种；按其极数分，有单极、双极和三极三种；按其灭弧结构分，有不带灭弧罩和带灭弧罩两种。 不带灭弧罩的刀开关一般只能在无负荷下操作， 作隔离开关使用。 工厂供电 3. 3. 低压负荷开关低压负荷开关QLQL低压负荷开关(lowvoltage loadswitch)是由带灭弧装置的刀开关与熔断器串联组合而成、 外装封闭式铁壳或开启式胶盖的开关电器。 低压负荷开关具有带灭弧罩刀开关和熔断器的双重功能， 既可带负荷操作， 又能进行短路保护。 工厂供电 4. 4. 低
46、压断路器低压断路器QFQF低压断路器(lowvoltage circuitbreaker)又称低压自动开关。它既能带负荷通断电路，又能在短路、过负荷和低电压(或失压)时自动跳闸， 其功能与高压断路器类似。 配电用低压断路器按保护性能分，有非选择型和选择型两类。非选择型断路器一般为瞬时动作，只作短路保护用；也有的为长延时动作，只作过负荷保护用。选择型断路器分为两段保护、三段保护和智能化保护。两段保护分为瞬时（或短延时）与长延时特性两段。三段保护分为瞬时、短延时与长延时特性三段。其中瞬时和短延时特性适于短路保护，而长延时特性适于过负荷保护。智能化保护断路器的脱扣器的微机控制，其保护功能更多，选择性
47、更好。 工厂供电 配电用低压断路器按结构形式分，有塑料外壳式和万能式两大类。 塑料外壳式断路器的外形如图11.4.5所示。万能式断路器的外形如图11.4.6所示。 图11.4.5 塑料外壳式断路器 工厂供电 图11.4.6 DW45系列智能型万能断路器 工厂供电 5. 5. 低压配电屏低压配电屏低压配电屏(lowvoltage panel)是按一定的线路方案将有关一、 二次设备组装在一起而形成的一种低压成套配电装置， 在低压配电系统中作动力和照明配电之用。低电配电屏的每个柜中分别装有自动空气开关、 刀开关、接触器、 熔断器、 仪用互感器、 母线以及信号和测量装置等设备。 工厂供电 表表11.4
48、.1 常用一次设备的图形符号和文字符号常用一次设备的图形符号和文字符号 序号 设备名称 图形符号 文字符号 序号 设备名称 图形符号 文字符号 1 双绕组变压器 T 或TM 13 断路器 QF 2 三绕组变压器 T 或TM 14 隔离开关 QK 3 电抗器 L 15 负荷开关 QL 4 分裂电抗器 L 16 隔离插头或插座 Q 或 QS 5 避雷器 F 17 熔断器 FU 6 火花间隙 F 18 跌落时熔断器 FU 工厂供电 表表11.4.1 常用一次设备的图形符号和文字符号常用一次设备的图形符号和文字符号 7 电力电容器 C 19 熔断器式负荷开关 Q 8 有一个二次绕组电流互感器 TA 2
49、0 熔断器式隔离开关 Q 9 具有两个二次绕组的电流互感器 TA 21 接触器 K 或 KM 10 电压互感器 TV 22 电缆终端头 W 11 三绕组电压互感器 TV 23 输电线路 WL 或 L 12 母线 WB 24 接地 工厂供电 11.5 工厂变配电所的主电路图工厂变配电所的主电路图 11.5.1 11.5.1 概述概述主电路图(main circuit diagram)是指变电所中一次设备按照设计要求连接起来，表示供配电系统中电能输送和分配路线的电路图，亦称为主接线图或一次电路图。主电路图一般绘成单线图，图中设备用标准的图形符号和文字符号表示。 主电路图的形式将影响配电装置的布局、
50、供电的可靠性、 运行的灵活性以及二次接线、继电保护等问题。 典型的电气主电路图可分为有母线和无母线两种形式。 有母线主电路图主要包括单母线接线和双母线接线方式；无母线主要有桥形接线等方式。 工厂供电 11.5.2 11.5.2 电气主电路图的基本形式电气主电路图的基本形式1. 单母线接线单母线接线 如图11.5.1所示，单母线接线的特点是整个配电装置只有一组母线，所有电源进线和出线都接在同一组母线上。 每一回路均装有断路器QF和隔离开关QS。断路器用于在正常或故障情况下接通与断开电路，隔离开关当停电检查断路器时作为隔离电器隔离电压。 工厂供电 单母线接线的特点是接线简单，操作方便，投资少，便于
