云南電工培訓(xùn)丨變、配電所高、低壓設(shè)備結(jié)構(gòu)
第二節(jié) 供 電 知 識(shí)
一、變、配電所高、低壓設(shè)備結(jié)構(gòu)
在第二章第五節(jié)已介紹了變、配電所常用高、低壓設(shè)備的種類及用途，這里主要介紹它們的結(jié)構(gòu)。
1.高壓斷路器
（1）高壓斷路器的結(jié)構(gòu) 其外形結(jié)構(gòu)如圖7-11 所示。這種斷路器由框架、傳動(dòng)部分及油箱等組成，其中油箱是主要部分，在油箱中有導(dǎo)電桿（動(dòng)觸頭）、滅弧室、靜觸頭和油氣分離室等，滅弧室是關(guān)鍵部件。正常情況下，滅弧室中充滿了絕緣油，當(dāng)斷路器斷開(kāi)時(shí)，動(dòng)、靜觸頭間產(chǎn)生電弧、使絕緣油汽化產(chǎn)生很大的壓力，隨著動(dòng)觸頭由上向下運(yùn)動(dòng)，滅弧室內(nèi)相斷發(fā)生對(duì)電弧的橫吹及縱吹作用，并使電弧不斷地與下面的冷油接觸，從而產(chǎn)生很強(qiáng)的滅弧能力。滅弧過(guò)程中產(chǎn)生的油氣混合物通過(guò)油氣分離室，利用離心作用將油、氣分離，油重新回到油箱，氣體則從頂部排出。
（2）斷路器的操作機(jī)構(gòu) 斷路器的合閘與分閘都是利用操作機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。常見(jiàn)的操作機(jī)構(gòu)有手動(dòng)式、彈簧式、電磁式等。這里介紹 CD10型電磁式操作機(jī)構(gòu)，如圖 7--12 所示。
在 CD10 型操作機(jī)構(gòu)內(nèi)部有一套四連桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)斷路器處于合閘狀態(tài)時(shí)，四連桿機(jī)構(gòu)是平衡的。當(dāng)跳閘線圈得電或手動(dòng)跳閘時(shí)，破壞了平衡，從而使斷路器在分閘彈簧作用下跳閘，并帶動(dòng)操作機(jī)構(gòu)內(nèi)的輔助觸點(diǎn)動(dòng)作。當(dāng)合閘時(shí)，合閘鐵心上頂，將四連桿機(jī)構(gòu)重新恢復(fù)平衡位置，并使輔助觸頭動(dòng)作，拉伸分閘彈簧。
2. 高壓隔離開(kāi)關(guān)
（1）高壓隔離開(kāi)關(guān)的類型 高壓隔離開(kāi)關(guān)按安裝條件不同，可分為戶內(nèi)型和戶外型兩種主要型式，也可按極數(shù)不同分為單極和三極兩種。典型的高壓隔離開(kāi)關(guān)有 GW1—12 型戶外高壓隔離開(kāi)關(guān)、GN2—10~35 系列戶內(nèi)高壓隔離開(kāi)關(guān)、GN19—12（C）型戶內(nèi)高壓隔離開(kāi)關(guān)、GN22—12（C）型戶內(nèi)高壓隔離開(kāi)關(guān)等。GN2—35 戶內(nèi)高壓隔離開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)如圖7—13 所示。
高壓隔離開(kāi)關(guān)由于沒(méi)有滅弧裝置，不能安全地接通或分?jǐn)嘭?fù)荷電流，因此主要用作安全隔離。具體應(yīng)用在以下幾個(gè)方面∶
1）隔離電源 在需要檢修或分?jǐn)嗟木�路、設(shè)備和運(yùn)行帶電的線路、設(shè)備之間形成一個(gè)明顯的斷開(kāi)點(diǎn)，確保檢修或工作的安全。
2）切斷母線 在有電壓而無(wú)負(fù)荷的情況下，通過(guò)隔離開(kāi)關(guān)將設(shè)備或線路從一組母線換接到另一組母線上。
3）接通或斷開(kāi)母線、電壓互感器和避雷器等小容量的空載電路，或其他電容電流不超過(guò)5 A 的空載線路。
（2）高壓隔離開(kāi)關(guān)的正確選用
1）型號(hào)含義 高壓隔離開(kāi)關(guān)的型號(hào)一般由產(chǎn)品型號(hào)和規(guī)格數(shù)字兩大部分組成，中間用"/""隔開(kāi)。其中產(chǎn)品型號(hào)必須包括產(chǎn)品字母代號(hào)、安裝場(chǎng)所、設(shè)計(jì)序號(hào)、額定電壓（kV）等內(nèi)容;規(guī)格數(shù)字必須包括額定電流、額定短時(shí)耐受電流等內(nèi)容。GN19— 12C/400—12.5 型戶內(nèi)交流高壓隔離開(kāi)關(guān)型號(hào)的具體含義如圖7—14 所示。
2）選配說(shuō)明 高壓隔離開(kāi)關(guān)的選擇應(yīng)根據(jù)其額定電壓、額定電流、安裝條件等因素考慮，并進(jìn)行短路時(shí)的動(dòng)、熱穩(wěn)定校驗(yàn)。
GW1—12 型戶外高壓隔離開(kāi)關(guān)適用于裝在戶外12 kV 線路上，供線路在有電壓，無(wú)負(fù)載時(shí)分合電路之用。分帶接地刀和不帶接地刀兩種形式。帶接地刀的開(kāi)關(guān)，配用合適的 CS系列操作機(jī)構(gòu)，可防止帶電掛接地線和帶接地線閉合隔離開(kāi)關(guān)等誤操作，操作人員也不必另掛接地線。另外，這種系列的隔離開(kāi)關(guān)有普通型和防污型兩種。其中防污型隔離開(kāi)關(guān)能滿足較嚴(yán)重污穢地區(qū)的要求，可有效解決隔離開(kāi)關(guān)在運(yùn)行中出現(xiàn)的污染問(wèn)題。
GN2—10~35 系列戶內(nèi)高壓隔離開(kāi)關(guān)用于額定電壓為10~35 kV的電力系統(tǒng)中，作為電壓無(wú)負(fù)載的情況下分、合電路用。通常，額定電流2 000 A 及以下的隔離開(kāi)關(guān)配用 CS6-2T型手動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)，額定電流為3 000 A的隔離開(kāi)關(guān)配用 CS7型手動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)。
GN19—12 （C）型戶內(nèi)高壓隔離開(kāi)關(guān)用于額定電壓12 kV 及以下電力系統(tǒng)中。配用 CS6-1 型手動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)，作為在有電壓而無(wú)負(fù)載情況下分、合電路之用，也有派生產(chǎn)品如防污型、高原型、可加裝帶電顯示裝置等。
GN22—12（C）型戶內(nèi)高壓隔離開(kāi)關(guān)適用于三相交流 50 Hz，額定電壓 12 kV的戶內(nèi)裝置。供高壓設(shè)備在有電壓而無(wú)負(fù)載的情況下接通、切斷或轉(zhuǎn)換線路用。要求安裝場(chǎng)所沒(méi)有火災(zāi)、易燃物、易爆物、嚴(yán)重污穢物、化學(xué)腐蝕物及劇烈振動(dòng)。
3. 高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)
圖 7—15是 FN3—10RT 型高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)，帶有熔斷器及熱脫扣器，其上端絕緣子內(nèi)部是一個(gè)氣缸，活塞與操作機(jī)構(gòu)同軸聯(lián)動(dòng)，其功能類似打氣筒，故具有一定的滅弧能力，可分、合正常負(fù)荷電流及一般過(guò)負(fù)荷電流。
4. 高、低壓熔斷器
在6～10 kV系統(tǒng)中，廣泛采用的高壓熔斷器有戶內(nèi)式 RN1、RN2 型管式熔斷器（見(jiàn)圖7—16）和戶外式 RW4型跌落式熔斷器（見(jiàn)圖7—17）。戶內(nèi)式高壓熔斷器管內(nèi)充滿了石英砂，有三根工作熔體，其中兩根熔體上焊有小錫球，它是利用"冶金效應(yīng)"降低該處銅熔絲的熔點(diǎn)，從而在過(guò)載及短路時(shí)能熔斷，提高了保護(hù)靈敏度。
戶外式RW4 型熔斷器既有熔斷器的功能，也具有隔離開(kāi)關(guān)的功能。正常情況下，利用熔絲的張力，動(dòng)靜觸頭間可以鎖緊，從而接通電路。當(dāng)線路發(fā)生短路時(shí)，熔絲熔斷，熔管回轉(zhuǎn)跌開(kāi)形成明顯的斷點(diǎn)，同時(shí)消弧管在電弧的作用下產(chǎn)生大量的氣體，從管子兩端排出，對(duì)電弧產(chǎn)生吹弧作用。這種熔斷器滅弧能力不如戶內(nèi)式強(qiáng)，滅弧速度也不快。
低壓熔斷器的種類很多，主要有瓷插式（RC）、螺旋式（RL）、密閉管式（RM）、有填料管式（RT）等，如圖7-18～圖7—21所示。
RC 瓷插式熔斷器由瓷底座、瓷插件、動(dòng)觸點(diǎn)、靜觸點(diǎn)及熔體組成，當(dāng)熔體熔斷后，從瓷底室中拔出瓷插件即可更換熔體。熔體有鉛錫合金圓線（30 A以下）、銅圓單線（30～100 A）和變截面沖制銅片（120~200 A）三種形式。—- 136-
RM 密閉管式熔斷器由熔管、熔體和插座三部分組成。當(dāng)熔體熔斷后，可將熔管拔下并裝入新熔體，檢修方便，恢復(fù)供電較快。
RL螺旋式熔斷器由底座、瓷帽、瓷套、熔芯等組成。熔芯內(nèi)裝有熔體、石英砂和熔斷指示器。當(dāng)熔體熔斷時(shí)，指示器跳出，可以通過(guò)瓷帽上的玻璃窗口觀察。更換時(shí)，必須將整個(gè)熔芯一起換掉。另外還有一種 RLS 型螺旋式熔斷器，它熔斷時(shí)間很快，稱為快速熔斷器，是專門用于半導(dǎo)體整流裝置的短路保護(hù)。
RTO 有填料式熔斷器，由底座和熔斷體兩部分組成。熔斷體由熔管、指示器、石英砂填料、觸刀和熔體組成。當(dāng)熔斷器熔斷時(shí)，指示器會(huì)彈出，更換熔斷體應(yīng)采用專門的絕緣操作手柄來(lái)進(jìn)行操作。
5.低壓斷路器
低壓斷路器是低壓配電網(wǎng)絡(luò)和電力拖動(dòng)系統(tǒng)中常用的一種配電電器。它不但能用于正常工作時(shí)不頻繁地接通和斷開(kāi)電路，而且當(dāng)電路中發(fā)生短路、過(guò)載和失壓等故障時(shí)，能自動(dòng)切斷故障電路，保護(hù)線路和電氣設(shè)備。常用低壓斷路器主要有塑殼式斷路器和漏電斷路器兩種。
（1）塑殼式斷路器 塑殼式斷路器結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，適于獨(dú)立安裝，多用作支路保護(hù)開(kāi)關(guān)。在電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)中常用的低壓斷路器是 DZ15 系列塑殼式斷路器。其他目前常用的低壓塑殼斷路器如西門子3VT系列斷路器、施耐德 NSX 系列斷路器、上海人民電器 CXM1 系列斷路器、德力西 CDM1 系列斷路器等。
塑殼式低壓斷路器如圖7—22 所示。低壓斷路器主要由觸點(diǎn)系統(tǒng)、各種脫扣器和操作機(jī)構(gòu)等部分組成。外殼上有"分"按鈕和"合"按鈕以及觸點(diǎn)接線柱。按下"合"按鈕，搭鉤鉤住鎖扣，使三對(duì)觸點(diǎn)閉合;按下"分"按鈕，搭鉤松鉤，觸點(diǎn)分?jǐn)�。大容量的塑料外殼式斷路器也可增加欠壓脫扣器、分�?lì)脫扣器和電動(dòng)傳動(dòng)操作機(jī)構(gòu)等。
塑殼式斷路器保護(hù)原理是;當(dāng)電路發(fā)生短路或嚴(yán)重過(guò)載時(shí)，電磁脫扣器會(huì)吸引銜鐵，使觸點(diǎn)分?jǐn)唷．?dāng)發(fā)生一般過(guò)載時(shí)，電磁脫扣器不動(dòng)作，但發(fā)熱元件會(huì)使雙金屬片受熱彎曲變大，推動(dòng)杠桿使觸點(diǎn)斷開(kāi)。欠壓脫扣器與電磁脫扣器恰恰相反，當(dāng)電路正常工作時(shí)，銜鐵吸合;當(dāng)電源電壓降到某一值時(shí)，欠壓脫扣器的銜鐵釋放，杠桿被撞擊而導(dǎo)致觸點(diǎn)分?jǐn)唷?/span>
塑殼式斷路器的主要參數(shù)有∶額定電壓、額定電流、極數(shù)、脫扣器類型及其額定電流、整定范圍、電磁脫扣器整定范圍、主觸點(diǎn)分?jǐn)嗄芰Φ�。這里只介紹額定電壓和額定電流。
1）額定工作電壓 斷路器的額定工作電壓是指與分?jǐn)嗄芰笆褂妙悇e相關(guān)的電壓值。對(duì)多相電路是指相間的電壓值。
2）額定絕緣電壓 斷路器的額定絕緣電壓是指設(shè)計(jì)斷路器的電壓值，電氣間隙和爬電距離應(yīng)參照這些值而定。除非型號(hào)產(chǎn)品技術(shù)文件另有規(guī)定，額定絕緣電壓是斷路器的最大額定工作電壓。在任何情況下，最大額定工作電壓不應(yīng)超過(guò)絕緣電壓。
3）殼架額定電流 斷路器的殼架額定電流通常用尺寸和結(jié)構(gòu)相同的框架或塑料外殼中能裝入的最大脫扣器額定電流表示。
4）斷路器額定電流 斷路器額定電流就是額定持續(xù)電流，也就是脫扣器能長(zhǎng)期通過(guò)的電流。對(duì)帶可調(diào)式脫扣器的斷路器是指可長(zhǎng)期通過(guò)的最大電流。
在選擇低壓斷路器的時(shí)候，應(yīng)遵從以下原則∶
①斷路器的額定工作電壓≥線路額定電壓。
②斷路器的額定電流≥線路計(jì)算負(fù)載電流。
③斷路器的額定短路通斷能力≥線路中可能出現(xiàn)的最大短路電流。
④線路末端單相對(duì)地短路電流≥1.25 倍斷路器瞬時(shí)（或短延時(shí)）脫扣器整定電流。
⑤欠電壓脫扣器的額定電壓應(yīng)等于線路的額定電壓。
（2）漏電斷路器
漏電斷路器，又稱剩余電流保護(hù)斷路器，有電磁式電流動(dòng)作型、電壓動(dòng)作型和晶體管（集成電路）電流動(dòng)作型等，常用漏電斷路器外形如圖 7—23 所示。
1）電磁式漏電斷路器工作原理 電磁型漏電斷路器原理如圖7—24 所示。其結(jié)構(gòu)是在一般的塑殼斷路器中增加一個(gè)能檢測(cè)剩余電流的感受組件（檢測(cè)電流互感器）和剩余電流脫扣器。在正常運(yùn)行時(shí)，各相電流的相量和為零，檢測(cè)電流互感器二次側(cè)無(wú)輸出。當(dāng)出現(xiàn)漏電（剩余電流）或人身觸電時(shí)，則在檢測(cè)電流互感器二次線圈感應(yīng)出剩余電流。漏電斷路器受此電流激勵(lì)，使斷路器脫扣而斷開(kāi)電路。
2）電子式漏電斷路器工作原理 電子式（DZ15CE 型）漏電斷路器原理如圖7-25 所示。
圖中KA為電磁鐵線圈，漏電時(shí)可驅(qū)動(dòng)閘刀開(kāi)關(guān) KA 觸頭斷開(kāi)，每個(gè)橋臂用兩只 1N4007串聯(lián)以提高耐壓。R3、R4 阻值很大，所以KA觸頭合上時(shí)，流經(jīng) KA 線圈的電流很小，不足以造成KA觸頭斷開(kāi)。R3、R4為晶閘管 VZ1、VZ2 的分壓電阻，以降低對(duì)可控硅的耐壓要求。K 為試驗(yàn)按鈕，起到模擬漏電的作用。按壓試驗(yàn)按鈕 K，K接通，相當(dāng)于火線對(duì)地有漏電，這樣，穿過(guò)磁環(huán)的三相電源線和零線的電流的矢量和不為零，磁環(huán)上的檢測(cè)線圈的兩端就有感應(yīng)電壓輸出，此電壓立即觸發(fā) VZ2 導(dǎo)通。由于C2預(yù)先有一定電壓，VZ2 導(dǎo)通后，C2便經(jīng) R6、R5、T2 放電，使 R5 上產(chǎn)生電壓觸發(fā) VZ1導(dǎo)通。VZ1、VZ2 導(dǎo)通后，流經(jīng)KA線圈的電流增大，使電磁鐵動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)KA斷開(kāi)。用電設(shè)備漏電引起電磁鐵動(dòng)作的原理與此相同。R1 為壓敏電阻，起過(guò)壓保護(hù)作用。
由于漏電斷路器實(shí)際上是在塑料外殼式斷路器上加一個(gè)漏電保護(hù)脫扣器構(gòu)成的，所以選擇漏電斷路器時(shí)，其斷路器部分的選用條件和一般交流斷路器相同，而漏電保護(hù)脫扣器部分，則應(yīng)選擇合適的漏電動(dòng)作電流。如果重點(diǎn)是進(jìn)行人身保護(hù)，那么選用漏電動(dòng)作電流30mA 以下的斷路器較為安全;如果重點(diǎn)是保安防火，則可考慮選用50～100 mA的斷路器。
此外還應(yīng)注意漏電斷路器的觸頭有兩種類型∶一類觸點(diǎn)有足夠的短路分?jǐn)嗄芰�，可以�?dān)負(fù)過(guò)載和短路保護(hù)的職責(zé);另一類觸點(diǎn)不能分?jǐn)喽搪冯娏鳎荒芊謹(jǐn)囝~定電流和漏電電流。選擇這一類剩余電流保護(hù)斷路器時(shí)，則應(yīng)另行考慮和熔斷器配合使用作短路保護(hù)。
二、電力變壓器的并聯(lián)運(yùn)行
為了提高變壓器的利用率及改善系統(tǒng)的功率因數(shù)，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，很多變電所采用兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的電力變壓器并聯(lián)運(yùn)行的方式。并聯(lián)運(yùn)行的變壓器必須滿足如下條件∶
1）參加并聯(lián)的變壓器，它們的一次、二次電壓應(yīng)相等，即電壓比應(yīng)相等。
2）各變壓器的短路阻抗電壓應(yīng)相等。
3）三相變壓器屬于同一聯(lián)結(jié)組別。
上述三條條件中要做到電壓比和短路電壓完全相等是不容易的，允許有極小的差別，但聯(lián)接組別不允許有差別。此外，變壓器的并聯(lián)運(yùn)行，還要注意負(fù)載分配的問(wèn)題。一般投入并聯(lián)運(yùn)行的各變壓器中，最大容量與最小容量之比不超過(guò)3∶1。
三、變、配電所平均功率因數(shù)的確定方法
變、配電所的平均功率因數(shù)通常根據(jù)一段時(shí)間內(nèi)（如一個(gè)月、一年）的有功及無(wú)功電能表的讀數(shù)來(lái)進(jìn)行計(jì)算，公式如下∶
四、提高功率因數(shù)的意義及方法
企業(yè)功率因數(shù)偏低，將造成許多不良影響∶
1）降低發(fā)電機(jī)的輸出功率，使發(fā)電設(shè)備效率降低。
2）降低變電、輸電設(shè)備的供電能力。
3）網(wǎng)絡(luò)功率損耗增加。
4）加大線路中的電壓損失，降低供電質(zhì)量。
可見(jiàn)，提高功率因數(shù)具有重要意義，在工業(yè)企業(yè)中存在大量的感性負(fù)載，它們消耗了大量的無(wú)功功率，要提高功率因數(shù)，必須針對(duì)這些設(shè)備采取措施。應(yīng)盡量提高企業(yè)的自然功率因數(shù)，可采取下列措施∶
1）提高感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的檢修質(zhì)量，防止定子與轉(zhuǎn)子間氣隙過(guò)大。
2）合理選擇電動(dòng)機(jī)、變壓器容量，使其在盡量接近最佳負(fù)荷率下運(yùn)行。電動(dòng)機(jī)接近滿載，變壓器負(fù)荷率在 75% 左右較合適。
3）采用技術(shù)措施降低輕載設(shè)備的外加電壓，如將△接線的電機(jī)改為Y接線，切斷空載設(shè)備電源等。
4）在工藝條件容許的情況下，盡量采用同步電動(dòng)機(jī)代替異步電動(dòng)機(jī)。
在采取各項(xiàng)措施后，若功率因數(shù)仍達(dá)不到規(guī)定值，就應(yīng)采用人工無(wú)功補(bǔ)償，目前常用的方式有∶
1）采用同步電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償。
2）采用移相電容器補(bǔ)償。
