高壓開(kāi)關(guān)柜電氣設(shè)計(jì)

1、上海交通大學(xué)畢業(yè)論文 1第 1 章 緒 論1.1概述 稱(chēng)套配電裝置又叫成套配電柜，也是以開(kāi)關(guān)為主的成套電器，故也俗稱(chēng)開(kāi)關(guān)柜。它用于配電系統(tǒng)，作為接受與分配電能之用。據(jù)電壓高低，它可分為高壓開(kāi)關(guān)柜和低壓開(kāi)關(guān)柜兩大類(lèi)：按裝置地點(diǎn)的不同，又分戶(hù)外式與戶(hù)內(nèi)式（ 10 kv 及以下的多采用戶(hù)內(nèi)式）；按開(kāi)關(guān)電器是否可以移動(dòng)，又可分為固定式和手車(chē)式?？梢?jiàn)，高壓開(kāi)關(guān)柜是成套配電設(shè)備的一種，是有由制造廠成套供應(yīng)的高壓配電裝置。在這種封閉或半封閉的柜中可裝設(shè)各種高壓電器、測(cè)量?jī)x表、保護(hù)電器和控制開(kāi)關(guān)等等。通常一個(gè)柜就構(gòu)成一個(gè)單元回路（必要時(shí)也可用兩個(gè)柜） ，所以一個(gè)柜也就成為一個(gè)間隔。使用時(shí)可按設(shè)計(jì)的主回路方案，

2、選用適合各種電路間隔的開(kāi)關(guān)柜，然后使可組成整個(gè)高壓配電裝置。也具有占地少、安裝使用及維護(hù)檢修方便，適于大量生產(chǎn)等特點(diǎn)，故應(yīng)用很廣泛。 高壓開(kāi)關(guān)柜種類(lèi)較多，分類(lèi)方法亦有多種：按斷路器的安裝方式可分為固定式和手車(chē)式兩大類(lèi)；按柜體結(jié)構(gòu)型式可分為開(kāi)啟式與封閉式兩種；還可分為一般環(huán)境和特殊環(huán)境用（后者包括礦用、化工用、高海拔地區(qū)用等） 。 按電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) DL/T404-1997 的定義，高壓開(kāi)關(guān)柜（high-voltage switchgear panel）是指由高壓斷路器、負(fù)荷開(kāi)關(guān)、接觸器、高壓熔斷器、隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)、互感器及站用電變壓器，以及控制、測(cè)量、保護(hù)、調(diào)節(jié)裝置，內(nèi)部連接件、輔件、外殼和

3、支持件等組成的成套配電裝置。這種裝置的內(nèi)部空間以空氣或復(fù)合絕緣材料作為介質(zhì)，用作接受和分配電網(wǎng)的三相電能。 1.2高壓開(kāi)關(guān)柜的類(lèi)型 高壓開(kāi)關(guān)柜是 3-35kV 交流金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備的俗稱(chēng)，它是 3-35kV 電網(wǎng)中最大面積是配電設(shè)備。 由于國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)需求的日益多樣化和國(guó)外代以先進(jìn)技術(shù)的不斷引進(jìn)，20 世紀(jì) 80 年來(lái)。國(guó)內(nèi)電器制造行業(yè)推出了幾十種型號(hào)的高壓開(kāi)關(guān)柜產(chǎn)品，打破了高壓開(kāi)關(guān)柜過(guò)去幾十年一直以少油斷路器為主開(kāi)關(guān)的 GG-1 和有限的幾種手車(chē)式開(kāi)關(guān)柜的落后局面。新推出的高壓開(kāi)關(guān)柜所配的主開(kāi)關(guān)元件有真空斷路器、SF斷路器、負(fù)荷開(kāi)關(guān)、接觸器和熔斷器。高壓開(kāi)關(guān)柜按柜內(nèi)主元件的安裝方式分為固定式和

4、移開(kāi)式，簡(jiǎn)稱(chēng)固定柜和手車(chē)柜。移開(kāi)式高壓開(kāi)關(guān)柜又根據(jù)手車(chē)的位置分落地式和中置式兩種。按安全等級(jí)分為鎧裝式、上海交通大學(xué)畢業(yè)論文 2間隔式和箱式。按柜內(nèi)主絕緣介質(zhì)分為空氣絕緣柜和氣體絕緣柜（充氣柜） 。按柜內(nèi)主元件的種類(lèi)分為以下幾類(lèi)：（1）通用型高壓開(kāi)關(guān)柜：以空氣為主絕緣介質(zhì),主開(kāi)關(guān)元件為斷路器的成套金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備,既斷路器柜。（2） FC 回路開(kāi)關(guān)柜：主開(kāi)關(guān)元件采用高壓限流熔斷器（fuse）高壓接觸器(contactor)組合電器。（3）環(huán)網(wǎng)柜：主開(kāi)關(guān)元件采用負(fù)荷開(kāi)關(guān)或負(fù)荷開(kāi)關(guān)熔斷器組合電器，它們常用于環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)，故通常稱(chēng)為環(huán)網(wǎng)柜。1.3 高壓開(kāi)關(guān)柜的主要技術(shù)參數(shù) 高壓開(kāi)關(guān)柜的主要技術(shù)參數(shù)有

5、以下幾項(xiàng)：（1）額定電壓：（2）額定絕緣水平：用 1min 工頻耐受電壓（有效值）和雷電沖擊耐受電壓（峰值）表示；（3）額定頻率；（4）額定電流：指柜內(nèi)母線的最大工作電流；（5） 額定短路是耐受電流：指柜內(nèi)母線及主回路的熱穩(wěn)定度，應(yīng)同時(shí)指出“額定短路持續(xù)時(shí)間” ，通常為 4s；（6）額定峰值耐受電流：指柜內(nèi)母線及回路是動(dòng)穩(wěn)定度；紡護(hù)等級(jí)。 （7）紡護(hù)等級(jí)。 表 1.1 為高壓開(kāi)關(guān)柜的主要技術(shù)參數(shù)表 1.1 高壓開(kāi)關(guān)柜的主要技術(shù)參數(shù)序號(hào)項(xiàng) 目單位技術(shù)參數(shù)1額定電壓KV3，6，1021min 工頻耐受電壓KV對(duì)地，相間：42；斷口：48 3額定雷擊耐受電壓KV對(duì)地，相間：75；斷口：854額定頻率

6、Hz505額定電流A630，1250，1600，2000，2500，31506額定短路開(kāi)斷電流（有效值）KA20，25，31.5，40，507額定短路關(guān)合電流（峰值）KA50，63，80，100，1258額定動(dòng)穩(wěn)定電流（峰值）KA50，63，80，100，125上海交通大學(xué)畢業(yè)論文 39額定熱穩(wěn)定電流 4S（有效值）KA20，25，31.5，40，5010防護(hù)等級(jí)外殼 IP4X，斷路器室門(mén)打開(kāi)為 IP2X1.4 高壓開(kāi)關(guān)柜的技術(shù)發(fā)展從 20 世紀(jì) 60 年代末期起，我國(guó)高壓開(kāi)關(guān)行業(yè)開(kāi)始自行設(shè)計(jì)高壓開(kāi)關(guān)柜。自 80 年代以來(lái)，隨著引進(jìn)消化國(guó)外產(chǎn)品，技術(shù)水平迅速提高，品種也迅速增加到幾十種，有間隔

7、式，鎧裝式、箱式等開(kāi)關(guān)柜：有可移動(dòng)式，也有固定式柜：在移開(kāi)式產(chǎn)品中，不僅有落地式，也開(kāi)發(fā)了中置式和雙層柜。同時(shí)還開(kāi)發(fā)出在特殊場(chǎng)所，如鐵路、礦山使用的開(kāi)關(guān)柜。目前我國(guó)高壓開(kāi)關(guān)柜的技術(shù)水平可歸納為：（1） 產(chǎn)品容量增大。最大容量為：12kV 柜：額定電流 4000A，額定短路開(kāi)斷電流 63kV。40.5kV 柜：額定電流 2500A，額定短路開(kāi)斷電流 31.5kV。（2）. 產(chǎn)品品種齊全，能滿(mǎn)足嚴(yán)酷條件、高寒、地震地區(qū)和礦山、鐵道部門(mén)使用。（3）. 可靠性提高，符合標(biāo)準(zhǔn)的金屬封閉式開(kāi)關(guān)柜逐步替代了老產(chǎn)品。（4）. 應(yīng)用新工藝裝備的技術(shù)1）數(shù)控鈑金加工技術(shù)。已有數(shù)百家企業(yè)擁有數(shù)控加工設(shè)備“三大條件”

8、 ，在此基礎(chǔ)上的柔性加工系統(tǒng)，提高了殼體尺寸精度和生產(chǎn)效率。 2）較先進(jìn)的涂裝工藝設(shè)備。噴漆生產(chǎn)和噴粉工藝線使產(chǎn)品防護(hù)能力和外觀都有較大的提高。3）專(zhuān)用的母線加工設(shè)備。1.5 本課題的主要任務(wù)為了更好的說(shuō)明高壓開(kāi)關(guān)柜我選擇了三種類(lèi)型的高壓開(kāi)關(guān)柜（進(jìn)線柜、電能計(jì)量柜、F-C 柜）的電氣進(jìn)行設(shè)計(jì)。（1）三種開(kāi)關(guān)柜均采用中置移開(kāi)式結(jié)構(gòu)；（2）進(jìn)線柜采用真空斷路器，其操作機(jī)構(gòu)為電磁操作機(jī)構(gòu)或彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)；其測(cè)量保護(hù)采用傳統(tǒng)的繼電器/儀表或微機(jī)型測(cè)量/保護(hù)裝置；（3） F-C 柜為高壓電動(dòng)機(jī)控制柜，要求具有相應(yīng)的控制功能；（4）變電站電壓為 10kV，進(jìn)線計(jì)算電流為 200A，高壓母線三相短路電流周期分

9、量為10kV。上海交通大學(xué)畢業(yè)論文 4第 2 章 高壓開(kāi)關(guān)柜一次接線設(shè)計(jì)2.1 開(kāi)關(guān)柜的總體結(jié)構(gòu)（以中置式真空斷路器柜為例） 以 JYN2-10(Z)高壓開(kāi)關(guān)柜為例，其結(jié)構(gòu)可分為柜體和手車(chē)兩部分。 手車(chē)為斷路器手車(chē)，主要的電器元件有斷路器（裝在小車(chē)上） 、接地開(kāi)關(guān)和隔離靜觸頭座等。 柜內(nèi)由接地的鋼板分隔成四個(gè)獨(dú)立的隔室：母線室、手車(chē)室、繼電器儀表室、電纜室。柜體的后下側(cè)成為電纜室，安裝有電纜和電流互感器。其上為主母線室。隔室之間有隔板隔開(kāi)，以保障檢修時(shí)的安全。柜體前面是繼電器室和手車(chē)室。依續(xù)工作?？客七M(jìn)機(jī)構(gòu)是裝有斷路器等的小車(chē)在導(dǎo)軌上前后運(yùn)動(dòng)。向內(nèi)推入能使斷路器上下兩個(gè)隔離動(dòng)觸頭插入隔離靜觸頭

10、座完成電路聯(lián)結(jié)；反之，當(dāng)斷路器開(kāi)斷電路后，將小車(chē)向外拉出，隔離動(dòng)、靜觸頭分開(kāi)，形成明顯的隔離間隙，相當(dāng)于隔離開(kāi)關(guān)的作用。利用專(zhuān)用的運(yùn)載車(chē)，可將裝有斷路器的小車(chē)方便地推入或拉出柜體。當(dāng)斷路器出現(xiàn)嚴(yán)重故障或損壞時(shí)，同樣可使用專(zhuān)用的運(yùn)載車(chē)將斷路器小車(chē)?yán)龉耋w進(jìn)行檢修。也可換上備用的斷路器小車(chē)，推入柜體內(nèi)繼2.1.1 基本要求（1） 高壓開(kāi)關(guān)柜設(shè)計(jì)，應(yīng)使得高壓開(kāi)關(guān)柜正常運(yùn)行、監(jiān)視和維護(hù)工作能安全方便的進(jìn)行，維護(hù)工作包括：元件是檢修、試驗(yàn)、故障的尋找和處理；（2） 對(duì)于額定參數(shù)和結(jié)構(gòu)相同而需要替代的元件應(yīng)能互換；（3） 對(duì)于可移開(kāi)部件的高壓開(kāi)關(guān)柜，如果可移開(kāi)部件的額定參數(shù)和結(jié)構(gòu)相同則應(yīng)能互換；（4） 應(yīng)

11、按當(dāng)?shù)厥褂脳l件校驗(yàn)；（5） 應(yīng)力求技術(shù)先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)合理；（6） 選擇的新產(chǎn)品均應(yīng)具有可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并經(jīng)正試鑒定合格。2.1.2 主回路方案的確定高壓開(kāi)關(guān)柜的主電路也叫一次線路，它是根據(jù)電力系統(tǒng)和供配電系統(tǒng)的實(shí)際需要而確定的，每種型號(hào)的高壓開(kāi)關(guān)柜的主電路方案少則幾十種，多則上百種，通常包括以下類(lèi)別：所用變柜、計(jì)量柜、隔離柜、接地手車(chē)柜、電容器柜、高壓電機(jī)控制柜（F-C 柜）等。上海交通大學(xué)畢業(yè)論文 5開(kāi)關(guān)柜主電路方案組合要考慮的問(wèn)題包括：（1）根據(jù)一次系統(tǒng)圖及其一次回路工作電流大小以及控制、保護(hù)、測(cè)量等要求，選擇相應(yīng)主電路方案的開(kāi)關(guān)柜；（2）進(jìn)出線類(lèi)型以及開(kāi)關(guān)柜之間的選擇。以 JYN2-10(Z

12、)高壓開(kāi)關(guān)柜為例進(jìn)行設(shè)計(jì)。2.2 真空斷路器柜真空斷路器柜是裝有真空斷路器為主的開(kāi)關(guān)柜，它配有專(zhuān)用的、帶有自由脫扣的操動(dòng)機(jī)構(gòu)，除了作為普通配電保護(hù)斷路器外，尤其適用于頻繁操作及故障較多的場(chǎng)合。由于真空斷路器具有可連續(xù)多次操作、開(kāi)段性能好、滅弧迅速、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單、滅弧室不需要檢修、無(wú)爆炸危險(xiǎn)及噪聲低等良好的技術(shù)性能，并且有具有一定的經(jīng)濟(jì)性，近年來(lái)，在新設(shè)計(jì)的 35kV 及以下變電所中得到了廣泛的應(yīng)用。2.2.1 一次接線10kV 系統(tǒng)屬于中性點(diǎn)不接地式，亦稱(chēng)中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)。應(yīng)采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式，兩相互感器測(cè)量 A、C 相，斷路器柜的一次接線，如下圖 2.1 所示。圖 2-1

13、 真空短路器柜的一次接線圖2.2.2 一次電器元件的選擇 各功能單元主回路的導(dǎo)體（包括主母線和分支母線）和串聯(lián)的元件（不包括有熔斷器連到電壓互感器或變壓器的短線連接） ，應(yīng)考慮該回路各元件參數(shù)的配合和該功能單元應(yīng)能通過(guò)所規(guī)定的額定電流和動(dòng)、熱穩(wěn)定電流。在考慮母線的允許溫度或溫升時(shí)，應(yīng)根據(jù)觸頭、連接和與絕緣材料接觸的金屬部分的溫度或溫升的情況而定。高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)一次電器元件類(lèi)型較多，同一類(lèi)型的電器元件可選的品種也多，且型上海交通大學(xué)畢業(yè)論文 6式多樣，在設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)柜主電路方案和選用一次電器元件時(shí)，要綜合考慮開(kāi)關(guān)柜的性能要求、結(jié)構(gòu)與安裝布置、操作維護(hù)、通用性和電器元件的技術(shù)條件、性能參數(shù)、外形與安裝尺

14、寸等因素。一斷路器的種類(lèi)和選擇 高壓開(kāi)關(guān)柜可選用是斷路器包括少油斷路器、真空斷路器、SF6斷路器等。少油斷路器曾經(jīng)一段時(shí)期在高壓開(kāi)關(guān)柜中占統(tǒng)治地位，但隨著用戶(hù)對(duì)開(kāi)關(guān)電器無(wú)油化要求的日益增強(qiáng)，少油斷路器的地位讓給真空斷路器。少油斷路器目前在高壓開(kāi)關(guān)柜中用的越來(lái)越少。當(dāng)然，為降低開(kāi)關(guān)柜的造價(jià)，一些用戶(hù)還是選用少油斷路柜。SF6斷路器價(jià)格昂貴，除非有特殊要求的用戶(hù)（如發(fā)電廠） ，目前一般用戶(hù)選 SF6斷路器柜還是比較少。所以，目前在高壓開(kāi)關(guān)柜中，真空斷路器是主流。按設(shè)計(jì)要求選擇了真空斷路器（ZN-10C/630 或 ZN12-10I） ，由于真空斷路器具有可連續(xù)多次操作、開(kāi)段性能好、滅弧迅速、運(yùn)行維

15、護(hù)簡(jiǎn)單、滅弧室不需要檢修、無(wú)爆炸危險(xiǎn)及噪聲低等良好的技術(shù)性能，并且有具有一定的經(jīng)濟(jì)性，近年來(lái)，在新設(shè)計(jì)的 35kV 及以下變電所中得到了廣泛的應(yīng)用。但真空斷路器不足之處的分段感性負(fù)載時(shí)產(chǎn)生截流過(guò)電壓，為限制過(guò)電壓，對(duì)經(jīng)常分?jǐn)喔邏弘妱?dòng)機(jī)或電弧爐變壓器等感性負(fù)載的真空斷路器必須配置專(zhuān)用的 R-C 吸收裝置或金屬氧化物避雷器。真空斷路器及電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的參數(shù)如下表 2.1表 2.1 10kV 真空斷路器技術(shù)數(shù)據(jù)額定電壓（kV）額定動(dòng)穩(wěn)定電流 (kV) 熱穩(wěn)定電流(kV)型 號(hào)額定最大額定電流（A）額定斷開(kāi)電流(kV)峰 值 4s固有分閘時(shí)間(s)合閘時(shí)間(s)ZN-10C/6301011.563020

16、50200.060.15ZN12-10I1011.5125031.58031.50.0650.075二電流互感器的種類(lèi)和選擇對(duì)于測(cè)量和保護(hù)用的電流互感器，型號(hào)較多，可選 LA、LZZB、AS12 系列等。 在此選擇了 LZZB 系列的電流互感器。有關(guān)參數(shù)如下表 2.2。 表 2.2 電流互感器的技術(shù)數(shù)據(jù)型號(hào)額定電流比（A）級(jí)數(shù)組二次負(fù)荷（歐）/10%倍數(shù)秒熱穩(wěn)定倍數(shù)動(dòng)穩(wěn)定倍數(shù)上海交通大學(xué)畢業(yè)論文 7合0.5級(jí)1級(jí)3級(jí)D、B級(jí)倍數(shù)LZZB6-105-200/50.5/B1015B級(jí)B 級(jí)150150kV*2.55LZZB6-10200/50.5/B0.410122.5220LZZB6-10200

17、-300/50.5/B1015151024.5442.2.3 母線的選擇與布置一母線的類(lèi)型 開(kāi)關(guān)柜中的母線分為兩部分：一是連通各柜的水平母線，稱(chēng)為主母線，起集散電流的作用；二是各柜內(nèi)部垂直方向上聯(lián)接各電器元件的母線，稱(chēng)為分支母線。 母線材料有鋁和銅兩種。常用的母線結(jié)構(gòu)形式與矩形、槽形和管形等。 單片矩形導(dǎo)體具有散膚效應(yīng)系數(shù)小、散熱條件好、安裝簡(jiǎn)單、連接方便等優(yōu)點(diǎn)，一般適用于工作電流2000A 的回路中。多片矩形導(dǎo)體集膚效應(yīng)系數(shù)比單片導(dǎo)體的大，所以附加損耗增大。因此載流量不是隨導(dǎo)體片數(shù)增加而成倍增加的，尤其是每相超過(guò)三片以上時(shí)，導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)顯著增大。在工程實(shí)用中多片矩形導(dǎo)體適用于工作電流4

18、000A的回路。當(dāng)工作電流為 4000A 以上時(shí)，導(dǎo)體則應(yīng)選用有利于交流電流分布比較均勻，散熱條件好，機(jī)械強(qiáng)度較高，安裝也不方便。二母線規(guī)格的選擇 母線的截面積，應(yīng)考慮現(xiàn)狀的負(fù)荷電流并顧及將來(lái)擴(kuò)容的可能性。主母線的電流是由進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜提供的，而進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜負(fù)荷電流大小在選取斷路器參數(shù)時(shí)是預(yù)先確定了的，所以分支母線的截面原則上可按斷路器額定電流的大小來(lái)選取，除非實(shí)際負(fù)荷電流甚小，且今后也不大可能在增加負(fù)荷的情況下才選擇小截面母線。 開(kāi)關(guān)柜中母線規(guī)格的選擇要考慮以下條件：（1（按導(dǎo)體長(zhǎng)期發(fā)熱允許載流量選擇截面；（2（熱穩(wěn)定性的效驗(yàn)；（3（動(dòng)穩(wěn)定性的效驗(yàn)；（4（導(dǎo)體共振的效驗(yàn)。按設(shè)計(jì)要求選擇了 304m

19、m 的配置。 首先，按母線的額定電流及長(zhǎng)期工作制備下的電流密度決定母線面積，再按銅母線標(biāo)準(zhǔn)選擇厚度及寬度，并檢驗(yàn)?zāi)妇€在長(zhǎng)期工作制下的穩(wěn)定溫升，及通過(guò)短路電流時(shí)上海交通大學(xué)畢業(yè)論文 8的動(dòng)熱穩(wěn)定性。三截面積（Sa）Sa=IN/Ja mm2 （2.1）式中 IN：母線額定電流（ A） Ja：母線電流密度（ A/ mm2）取銅母線 Ja=3 A/ mm2 Sa=200/3=66.67 mm 按銅母線標(biāo)準(zhǔn)選擇厚度（ h）及寬度(b)取 h=4 mm b=30 mm Sa =120 mm2四工作制下的穩(wěn)定溫升 (Tw ) Tw = IN2 R /KTSb (2.2)式中 R: 母線電阻 式中 Sb =母

20、線散熱面積 Sb =2（h+ b）L=68mm將 JYN210 母線有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式中 Tw = IN2 R /KTSb36.88 (2.3)按 GB73674 交流高壓電器在長(zhǎng)期工作制的最大允許發(fā)熱溫度銅母線在環(huán)境溫度為40 度的空氣中允許溫升為 70K，此母線溫升合格五檢驗(yàn)?zāi)妇€的熱穩(wěn)定性 通過(guò)短路電流時(shí)，母線的溫度（ k）可按下式計(jì)算式中0：溫度為 0 度時(shí)母線材料的電阻溫度系數(shù)0：發(fā)生短路前母線的溫度0：溫度為 0 度時(shí)，母線材料的電阻溫度系數(shù)tk：短路電流持續(xù)時(shí)間jk：短路電流密度c：母線材料的比熱上海交通大學(xué)畢業(yè)論文 9r：母線材料的密度JYN2-10 母線的 4S 熱穩(wěn)定電流為 1

21、0kA0=1/235 0=36.88+40=76.88 0=1.6510-8tk=4s jk=10103/25010-6=4107A/mm2r=8.9103Kg/m3 將以上數(shù)據(jù)代入上式中 k=103.50C按國(guó)標(biāo) 198480 的規(guī)定銅母線短路時(shí)通過(guò)短路電流時(shí)，極限允許溫度為300度，故此母線的熱穩(wěn)定性合格。六檢驗(yàn)?zāi)妇€的電動(dòng)穩(wěn)定性首先計(jì)算母線通過(guò)動(dòng)穩(wěn)定電流時(shí)，所受電動(dòng)力，再按此電動(dòng)力大小及分布情況，計(jì)算母線的內(nèi)應(yīng)力，應(yīng)不大于母線材料的許用應(yīng)力，最后，計(jì)算母線的固有振蕩頻率應(yīng)小于工頻交流電流頻率的兩倍，以免發(fā)生機(jī)械共振現(xiàn)象，滿(mǎn)足以上要求，則母線的電動(dòng)穩(wěn)定性合格。（1（動(dòng)穩(wěn)定電流為 25kA（峰

22、值）（2（三相母線平行排列，母線間距離 S250mm，母線長(zhǎng)度 L1000mm（3（計(jì)算回路系數(shù)cc=2L/s(1+(s/l)2)0.5-s/l) (2.4) =2000/250(1+(250/1000) 2)0.5-250/1000=6.24（4（確定截面積系數(shù) a=250mm b=30mm h=4mm b/h=7.5 (a-b)/(b+h)=(250-30)/(30+4)=6.47 (2.5)查電器學(xué)第3 頁(yè)圖 112 得 （5（計(jì)算中間相導(dǎo)體所受最大電動(dòng)力0.866KCI2cj10-7 上海交通大學(xué)畢業(yè)論文 10(2.6) =0.8666.241(25103) 210-7=337.74N

23、（6（計(jì)算相導(dǎo)體所受內(nèi)應(yīng)力相導(dǎo)體兩端固定，所受電動(dòng)力為分布載荷，雖是不均勻分布載荷，但對(duì)導(dǎo)體中點(diǎn)是對(duì)稱(chēng)的，其彎矩最大點(diǎn)，仍為導(dǎo)體中點(diǎn)，故可按均勻分布載荷計(jì)算導(dǎo)體所受到電動(dòng)力作用時(shí)的最大彎矩Mmax=0.125ql2 q= FBM/l 當(dāng) FBM=337.74N l=1m 時(shí) q=337.74N/m Mmax=0.125337.7412=42.22N.m彎曲應(yīng)力 = Mmax/W W: 母線抗彎截模量母線的排布是在一個(gè)平面內(nèi)平行排列，電動(dòng)力與寬邊b 平行，W 可按下式計(jì)算：W=b2h/6=30210-6410-3/6=0.610-6m3 (2.7)=42.22/0.610-6=70.37106P

24、a銅母線的屈服強(qiáng)度銅母線屈服強(qiáng)度為 S=195106 Pa，一般機(jī)械的屈服安全系數(shù) ns=1.22，若取 ns=2則銅母線的許用應(yīng)力 計(jì)算如下：= S/ns=195106/2=97.5106 Pa (2.8)max銅母線在最大電動(dòng)力作用下，其內(nèi)應(yīng)力小于許應(yīng)力，故機(jī)械強(qiáng)度合格。七.計(jì)算母線的固有振蕩頻率（ f）交流電動(dòng)力的交變頻率為電流的 2 倍。如果電動(dòng)力的頻率與導(dǎo)體系統(tǒng)的固有振蕩頻率相等，導(dǎo)體就會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象，這將對(duì)導(dǎo)體系統(tǒng)產(chǎn)生很大的破壞力。因此，最好使承受交流電動(dòng)力的導(dǎo)體系統(tǒng)固有振蕩頻率低與電動(dòng)力的頻率，以免與高次諧波電動(dòng)力發(fā)生共振。對(duì)于單跨距母線其固有振蕩頻率可按下式計(jì)算f=35/L2(

25、E JP/ M0) 0.5 (2.9)上海交通大學(xué)畢業(yè)論文 11 式中 L：支持絕緣子跨距（ m） E: 導(dǎo)體的彈性模數(shù)，對(duì)于銅導(dǎo)體 E=1.131011Pa JP: 垂直于彎曲方向軸的慣性矩 (m4) M0: 導(dǎo)體單位長(zhǎng)度質(zhì)量 (kg/m) 已知 M0=30410-68.9103=1.068 kg/m L=1 m JP=b3h/12=303410-12 /12=0.910-8 m4f=35/L2(1.1310110.910-8/1.068) 0.5 =1080HZ母線其固有振蕩頻率大于電動(dòng)力的頻率（ 100HZ） ，故不會(huì)引起機(jī)械共振。2.3計(jì)量柜 計(jì)量柜是用于計(jì)量電能的消耗量，每種型號(hào)都是

26、有電能計(jì)量專(zhuān)用柜。它裝有三個(gè)儀表：有功電度表、無(wú)功電度表和一個(gè)電壓表，并有一個(gè)電力定量器（DSK） 。2.3.1電能計(jì)量柜的基本要求參數(shù)（1）額定電壓：整體式電能計(jì)量柜和計(jì)量互感器柜，以其主電路的額定電壓表示，有：0.38kv ,6kv , 10kv, 35kv。（2）額定頻率為 50Hz。（3）額定電流：1)整體式電能計(jì)量柜和計(jì)量互感柜，以其主電路的額定電流標(biāo)示，有：630A,800A,1000A 三擋；2）計(jì)量?jī)x表柜，以互感器的額定二次電流標(biāo)示，1A 或 5A.（4）準(zhǔn)確等級(jí)：計(jì)量柜內(nèi)計(jì)量?jī)x表的準(zhǔn)確級(jí)表示，有 0.5 級(jí)、1.0 級(jí)兩級(jí)。（5）綜合誤差：根據(jù)電能計(jì)量裝置類(lèi)別確定，有0.70

27、 級(jí)、1.20 級(jí)兩級(jí)。2.3.2 電能計(jì)量柜的基本技術(shù)要求（1）整體式電能計(jì)量柜，可由單個(gè)柜或幾個(gè)柜并列組合而成。其外形及結(jié)構(gòu)與相鄰的高、低壓開(kāi)關(guān)成套設(shè)備協(xié)調(diào)配合。上海交通大學(xué)畢業(yè)論文 12（2）分體式電能計(jì)量柜，由單個(gè)柜或幾個(gè)柜組合而成。當(dāng)與高、低壓開(kāi)關(guān)成套柜并列安裝時(shí)，其外形及結(jié)構(gòu)應(yīng)相鄰的高、低壓開(kāi)關(guān)成套設(shè)備協(xié)調(diào)配合。分離安裝的計(jì)量?jī)x表柜，宜采用定型的柜作外殼。（3）電能計(jì)量柜的防護(hù)等級(jí)不應(yīng)低于 GB4208 規(guī)定的 IP20 級(jí)。（4）電能計(jì)量柜應(yīng)落地固定安裝，電能計(jì)量箱可以采用掛墻式安裝。（5）計(jì)量電能互感器電路1）電能表及其他設(shè)備。應(yīng)分別接于各自的專(zhuān)用二次繞組。2）二次負(fù)載不應(yīng)超過(guò)

28、額定輸出。且不應(yīng)低于額定輸出的 25%。3）計(jì)量電路，應(yīng)先經(jīng)實(shí)驗(yàn)合格后再接入電能表。（6）計(jì)量電壓互感器電路：1）電能表及其他設(shè)備。應(yīng)分別接于各自的專(zhuān)用二次繞組。2）二次負(fù)載不應(yīng)超過(guò)額定輸出。且不應(yīng)低于額定輸出的 25%。3）整體式電能計(jì)量柜計(jì)量互感器的二次側(cè)不應(yīng)裝設(shè)熔斷器（自動(dòng)開(kāi)關(guān)）和串接隔離開(kāi)關(guān)的輔助觸頭；計(jì)量互感器柜的出線側(cè)可以裝設(shè)快速熔斷器（自動(dòng)開(kāi)關(guān)） ，但不應(yīng)串接隔離開(kāi)關(guān)的輔助觸頭。4）計(jì)量電路，應(yīng)先經(jīng)實(shí)驗(yàn)盒后再接至電能表。5）計(jì)量電路不應(yīng)作為輔助單元的供電電源。6）計(jì)量電路中應(yīng)裝設(shè)失壓計(jì)時(shí)器。（7）二次導(dǎo)線不應(yīng)有中間接頭。多股導(dǎo)線的端頭應(yīng)搪錫。（8）整體式電能計(jì)量柜應(yīng)裝設(shè)防止誤操作

29、的安全聯(lián)鎖裝置。（9）電氣接地應(yīng)符合安全技術(shù)規(guī)定。（10）信號(hào)燈和按鈕的顏色應(yīng)采用：合閘為紅色，分閘為綠色。（11）計(jì)量電壓互感器的隔離開(kāi)關(guān)操動(dòng)機(jī)構(gòu)上應(yīng)裝設(shè)機(jī)械型子掛鎖。（12）電能計(jì)量柜的門(mén)上應(yīng)裝設(shè)機(jī)械型子彈門(mén)鎖和備有可鉛封的設(shè)施。（13）儀表觀察窗應(yīng)采用無(wú)色透明的玻璃，面積應(yīng)滿(mǎn)足抄表和監(jiān)視的要求。（14）電能計(jì)量柜內(nèi)應(yīng)設(shè)置觀察和檢修用的照明燈具。（15）電能表應(yīng)固定安裝在電能夾具上。（16）可移動(dòng)部件與固定部分間的連接導(dǎo)線中間不應(yīng)有接頭；經(jīng)常需要拆卸部件的連接導(dǎo)線，其長(zhǎng)度有適當(dāng)裕度。（17）電能表安裝高度及間距：1）電能表距地面不應(yīng)低于 600mm。2）電能表與電能表之間的水平間距不應(yīng)小于

30、 80 mm.。上海交通大學(xué)畢業(yè)論文 133）電能表與試驗(yàn)盒之間和垂直間距不應(yīng)小于 40mm。（18）殼體和機(jī)械組件應(yīng)具 足夠的機(jī)械強(qiáng)度，在儲(chǔ)運(yùn)、安裝、操作、檢修時(shí)不應(yīng)發(fā)生有害的變形。（19）柜中各單元之間宜以隔板或以箱（盒）式組件區(qū)分和隔離。（20）柜式結(jié)構(gòu)的電能計(jì)量柜頂部應(yīng)設(shè)置吊裝用掛環(huán)。（21）電氣設(shè)備及部件應(yīng)選用符合其產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。（22）電能計(jì)量柜應(yīng)做出廠檢驗(yàn)和型式檢驗(yàn)。2.3.3 一次接線 10kV 系統(tǒng)屬于小電流接地系統(tǒng)（系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地）因而使用三相兩元件電度表。計(jì)量柜的一次接線如下圖 2.2 所示 圖 2.2 計(jì)量柜一次接線圖2.3.4 一次電器元件的

31、選擇一電流互感器的種類(lèi)和選擇對(duì)于測(cè)量和保護(hù)用的電流互感器，型號(hào)較多，可選 LA、LZZB、AS12 系列等。在此選擇了 LZZB 系列的電流互感器。有關(guān)參數(shù)如下表 2.3。表 2.3 電流互感器的技術(shù)數(shù)據(jù)型號(hào)額定電流比（A）級(jí)數(shù)組合二次負(fù)荷（歐）/10%倍數(shù)秒熱穩(wěn)定倍數(shù)動(dòng)穩(wěn)定倍數(shù)上海交通大學(xué)畢業(yè)論文 140.5級(jí)1級(jí)3級(jí)D、B級(jí)歐倍數(shù)LZZB6-105-200/50.5/B1015B級(jí)B 級(jí)150150kV*2.55LZZB6-10200/50.5/B0.410122.5220LZZB6-10200-300/50.5/B1015151024.544二電壓互感器的類(lèi)型和選擇電壓互感器根據(jù)其接線方

32、式可選相應(yīng)型號(hào)的產(chǎn)品。35kV 高壓開(kāi)關(guān)柜尤其是手車(chē)柜中的電壓互感器要求外形尺寸小，重量輕，環(huán)氧樹(shù)脂澆注全封閉，目前有 JDZ8-35、JDZJ8-35、JDZX8-35 等型號(hào)可供選擇。選擇了 JDZ8-10 型號(hào)的電壓互感器。有關(guān)參數(shù)如下。表 2-4 電壓互感器的技術(shù)數(shù)據(jù)額定電壓（V）額定容量（V*A）型號(hào)電壓級(jí)次（kV）一次二次0.5 級(jí)1 級(jí)3 級(jí)最大JDZ8-101010000100(30)5080400備注不接地單相電壓互感器。兩臺(tái)可接成V/V 形接線方式三高壓熔斷器的類(lèi)型和選擇 高壓熔斷器用于供電線路、電壓互感器、電力變壓器及電力電容器等電氣設(shè)備的短路保護(hù)和連續(xù)過(guò)載保護(hù)。高壓熔斷

33、器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、容易維護(hù)、使用方便的特點(diǎn)。熔斷器是熔管有三種形式：（1）形式 A,不帶指示器，不帶撞擊器：（2）形式 B 帶指示器；（3）形式 C，帶撞擊器。熔體是支撐是一個(gè)橫截面為星型的繞線體，石英砂填充熔管和熔體之間的空腔。撞擊器裝在熔體支架內(nèi)。當(dāng)熔斷器熔斷時(shí)，它動(dòng)作，并承擔(dān)脫扣功能。當(dāng)熔斷器熔斷時(shí)，他同時(shí)作為可見(jiàn)指示器。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的限流熔斷器有 RN-上海交通大學(xué)畢業(yè)論文 15RN6,XRNT1/SBLAI、XRNTI/SFLAJ、XRNT2/FFLAJ、XRNT2、XRNT3、XRNM/WDF、XRNMI/WFF、XRNP、CEF12、SKDAJ、SFLAJ 等。其中，RN2

34、專(zhuān)用于保護(hù)電壓互感器。 在此選擇了 RN3 戶(hù)內(nèi)熔斷器，主要技術(shù)參數(shù)如下表 2.5。表 2.5 RN3 戶(hù)內(nèi)熔斷器的技術(shù)數(shù)據(jù)型號(hào)額定電壓（kV）熔斷器額定電流（A）三相斷流容量（MV*A）熔體額定電流(A）重量（kg）RN3-101050752002002,3,5,7,5,10,15,20,30,40,5075100,1506.36.911.72.4 F-C 柜 F-C 回路柜是由高壓限流熔斷器（Fuse） 、高壓接觸器(Contactor)、集成化的多功能綜合保護(hù)裝置等組成的高壓開(kāi)關(guān)柜。它具有占地面積小、壽命長(zhǎng)、能頻繁操作、維護(hù)量少、維修強(qiáng)度低、防火性能好、噪音低、環(huán)保性能好、內(nèi)部故障概率小

35、（由高壓限流熔斷器的限流持性所決定） 、使用經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。 F-C 回路柜主要用于操作高壓電動(dòng)機(jī)。高壓限流熔斷器獨(dú)特的開(kāi)斷短路電流的能力，加上高壓接觸器適用于頻繁操作的特點(diǎn)，使得 F-C 回路開(kāi)關(guān)柜在操作高壓電動(dòng)機(jī)的場(chǎng)合被廣泛應(yīng)用。開(kāi)關(guān)柜采用 F-C 回路后，大量的控制操作由高壓接觸器來(lái)完成，少量的保護(hù)功能由熔斷器來(lái)完成。這樣，在 F-C 柜中，各元件真正做到了物盡其用。F-C 回路柜配裝的高壓接觸器有真空和 SF6兩種類(lèi)型。接觸器的普遍特點(diǎn)是：體積比較小，機(jī)械壽命和點(diǎn)壽命比較高。此外，智能化的高壓接觸已經(jīng)出現(xiàn)，如對(duì)真空接觸器異常溫度升高的監(jiān)視，分合閘線圈斷線監(jiān)視及真空滅弧室的真空度劣化監(jiān)視等。

36、由于高壓接觸器體積小，F(xiàn)-C 柜可設(shè)計(jì)成雙層結(jié)構(gòu)，一面柜可容納兩臺(tái)真空接觸器，成本低，使用經(jīng)濟(jì)，占地面積小。F-C 回路柜具有獨(dú)特是限制故障電流的功能，使是在使用 F-C 回路柜的系統(tǒng)中相應(yīng)電器和線路就不必要具有較大的故障承受能力，整個(gè)系統(tǒng)就因此而可以節(jié)省投資。采用 F-C柜后，速斷保護(hù)由限流熔斷器完成，與使用斷路器配置繼電保護(hù)裝置相比，減少了中間時(shí)延。電流越大，限流熔斷器斷開(kāi)故障電流的時(shí)間越短。當(dāng)短路電流達(dá)到 7kA 時(shí)，熔斷器的斷開(kāi)時(shí)間將小于 10ms。因此，F(xiàn)-C 柜對(duì)電機(jī)及電纜保護(hù)將更有利，其快速切斷特性上海交通大學(xué)畢業(yè)論文 16將減少故障對(duì)電網(wǎng)的影響。在 F-C 柜中，由于高壓限流熔

37、斷器的限流作用，預(yù)期電流為 40kA 的短路電流被限制在峰值 40kA 以下，而該電流的持續(xù)時(shí)間又不大于 10ms，這樣，電纜的截面積減少很多。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，使用 F-C 柜后，可節(jié)省電纜投資 30%以上。2.4.1 一次接線該柜采用三相電流互感器，裝有 RC 過(guò)電壓吸收器和接地開(kāi)關(guān)，如下圖 2.3 所示。圖 2.3 F-C 柜一次接線圖2.4.2 一次電器元件的選擇一高壓限流式熔斷器的類(lèi)型和選擇高壓限流式熔斷器利用過(guò)載和短路電流將熔體熔化后，由石英砂吸收弧能，冷卻、熄滅電弧。其熔體材料為純銅或純銀，額定電流較小是用線狀熔體，額定電流較大的用帶狀熔體。限流熔斷器可以單獨(dú)使用，也可以與高壓負(fù)荷開(kāi)

38、關(guān)、高壓接觸器組合使用，取代某些場(chǎng)合用的斷路器。熔斷器是熔管有三種形式：（1）形式 A,不帶指示器，不帶撞擊器：（2）形式 B 帶指示器；（3）形式 C，帶撞擊器。熔體是支撐是一個(gè)橫截面為星型的繞線體，石英砂填充熔管和熔體之間的空腔。撞擊器裝在熔體支架內(nèi)。當(dāng)熔斷器熔斷時(shí)，它動(dòng)作，并承擔(dān)脫扣功能。當(dāng)熔斷器熔斷時(shí)，他同時(shí)作為可見(jiàn)指示器。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的限流熔斷器有 RN-RN6,XRNT1/SBLAI、XRNTI/SFLAJ、XRNT2/FFLAJ、XRNT2、XRNT3、XRNM/WDF、XRNMI/WFF上海交通大學(xué)畢業(yè)論文 17、XRNP、CEF12、SKDAJ、SFLAJ 等。其中，RN2 專(zhuān)用

39、于保護(hù)電壓互感器。在此選擇了 RN3 戶(hù)內(nèi)熔斷器，主要技術(shù)參數(shù)如下表 2.6。表 2.6 RN3 戶(hù)內(nèi)熔斷器的技術(shù)數(shù)據(jù)型號(hào)額定電壓（kV） 熔斷器額定電流 （A） 三相斷流容量（MV*A）熔體額定電流(A）重量（kg）RN3-101050752002002,3,5,7,5,10,15,20,30,40,50 75100,1506.36.911.7二高壓接觸器的選擇高壓接觸器是一種高壓控制電器，主要用于對(duì)高壓電動(dòng)機(jī)、變壓器、電容器等電氣設(shè)備進(jìn)行控制和頻繁操作。高壓接觸器頻繁操作性能很好，最高的可達(dá) 200 萬(wàn)次。 高壓接觸器按絕緣介質(zhì)分，有空氣式、真空式和 SF6式三種類(lèi)型；按電壓等級(jí)分3.6、

40、7.2、12kV 三種；按布置方式分有上下布置和前后布置兩種結(jié)構(gòu)。合閉保持方式有機(jī)械保持和電保持兩種。還有采用高性能永久磁鐵作鎖扣的，稱(chēng)永磁保持。 高壓真空接觸器和 SF6 接觸器具有壽命長(zhǎng)、操作頻繁、安全可靠、體積下、重量輕、不污染環(huán)境、價(jià)格底和良好的開(kāi)斷性能等一系列優(yōu)點(diǎn)。特別是高壓真空接觸器，有具有不爆炸及檢修方便的特點(diǎn)。真空或 SF6 接觸器與高壓限流熔斷器等元件構(gòu)成的組合單元（F-C 回路）在治金、化工、煤炭、港口等許多需要頻繁操作的場(chǎng)所大量采用。由于在不降低要求是情況下采用F-C 柜比使用高壓真空斷路器、SF6 斷路器至少節(jié)約一次性投資 30%以上，節(jié)約長(zhǎng)期性投資更可觀，有明顯的經(jīng)濟(jì)

41、效益，故在此選擇電壓等級(jí)為 12kV 的高壓真空接觸器用于 F-C回來(lái)開(kāi)關(guān)柜中。三電流互感器的種類(lèi)和選擇對(duì)于測(cè)量和保護(hù)用的電流互感器，型號(hào)較多，可選 LA、LZZB、AS12 系列等。 在此選擇了 LZZB 系列的電流互感器。有關(guān)參數(shù)如下表 2.7。表 2.7 電流互感器的技術(shù)數(shù)據(jù)二次負(fù)荷（歐）/10%倍數(shù)型號(hào)額定電流比（A）級(jí)數(shù)組合0.5級(jí)1 級(jí)3級(jí)D、B級(jí)歐倍數(shù)秒熱穩(wěn)定倍數(shù)動(dòng)穩(wěn)定倍數(shù)上海交通大學(xué)畢業(yè)論文 18LZZB6-105-200/50.5/B1015B級(jí)B 級(jí)150150kV*2.55LZZB6-10200/50.5/B0.410122.5220LZZB6-10200-300/50.

42、5/B1015151024.544四電壓保護(hù)裝置及接地開(kāi)關(guān)的種類(lèi)和選擇 電力系統(tǒng)的過(guò)電壓分為內(nèi)部過(guò)電壓（包括操作過(guò)電壓、弧光接地的過(guò)電壓、鐵磁諧振過(guò)電壓）和外部過(guò)電壓（雷擊過(guò)電壓）兩類(lèi)。高壓開(kāi)關(guān)柜根據(jù)其用途，應(yīng)配置相應(yīng)的過(guò)電壓保護(hù)裝置，用于防止雷電過(guò)電壓的高壓開(kāi)關(guān)柜，可配閥式避雷器或氧化鋅避雷器（壓敏電阻避雷器） ；操作過(guò)電壓的防止，例如作為高壓電容器組投切、高壓電動(dòng)機(jī)和電弧爐的切合等用途的高壓開(kāi)關(guān)柜，可選配 RC 過(guò)電壓吸收器、氧化鋅避雷器等。在此選擇了 RC 過(guò)電壓吸收器（LG 型等）的電阻器與電容器串聯(lián)電路，用電容削平過(guò)電壓波，用電阻吸收能量，和一個(gè) JNZ-10Z/31.5 接地開(kāi)關(guān)。

43、第 3 章 高壓開(kāi)關(guān)柜二次接線設(shè)計(jì)3.1 真空斷路器柜二次電路設(shè)計(jì)二次回路是各類(lèi)開(kāi)關(guān)設(shè)備的一個(gè)重要組成部分，對(duì)于成套電器更是如此。成套電器的電氣回路由主回路和輔助回路（即二次回路）構(gòu)成。二次回路圖是用規(guī)定的圖形符號(hào)和標(biāo)號(hào)將該回路中的所有元件相互連接，按照動(dòng)作原理依次表示出來(lái)。二次回路圖按用途分包括原理圖和安裝接線圖兩類(lèi)。原理電路圖用于表示儀表、繼電器、控制開(kāi)關(guān)、信號(hào)位置、開(kāi)關(guān)電器的輔助觸點(diǎn)等二次元件和操作電源相互之間的電氣連接、動(dòng)作順序和工作原理。安裝接線圖用來(lái)表示二次元件之間連接關(guān)系，它是一種電氣施工圖，主要用于二次回路的安裝接線、線路檢查、維修和故障處理。上海交通大學(xué)畢業(yè)論文 19原理電路

44、圖（或稱(chēng)原理結(jié)線圖）有兩種繪制方法。一種繪制方式是將一個(gè)二次元件的各組成部分（例如繼電器的線圈和觸點(diǎn)）集中在一起，二次元件以整體的形式在電路中繪出，通常稱(chēng)之為歸總式原理電路圖，簡(jiǎn)稱(chēng)原理圖。另一種繪制方式是將一個(gè)二次元件的各組成部分分別繪在其相應(yīng)的回路中，這種原理電路圖通常稱(chēng)為展開(kāi)式原理電路圖，簡(jiǎn)稱(chēng)展開(kāi)圖。 JYN2-10（Z）高壓開(kāi)關(guān)柜所采用的原理圖（附錄）繪制方法是展開(kāi)式。在二次回路的原理電路圖中，各種電器的觸點(diǎn)均按它們的正常狀態(tài)表示。所謂正常狀態(tài)，是指開(kāi)關(guān)電器在斷開(kāi)位置和繼電器的線圈中沒(méi)有通電時(shí)的狀態(tài)。展開(kāi)圖的特點(diǎn)是將交流回路與直流回路劃分開(kāi)。交流回路又分為電流回路與電壓回路。直流回路分直

45、流操作回路與信號(hào)回路等。閱讀展開(kāi)圖的順序是：先讀交流回路，后讀直流回路；直流電流的流通方向是從左到右，即從正電源經(jīng)觸點(diǎn)至線圈回到負(fù)電源；元件的動(dòng)順序是從上到下，從左到右。為了便于二次回路運(yùn)行中的維護(hù)和檢修，在展開(kāi)圖中，應(yīng)根據(jù)回路的不同用途進(jìn)行標(biāo)號(hào)，如下表 3.1。二次回路應(yīng)具有的功能：（1）斷路器控制回路，采用電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)，防跳躍；（2）信號(hào)回路，包括手車(chē)位置信號(hào)、斷路器位置信號(hào)（燈光監(jiān)視，且有閃光信號(hào)） 、事故信號(hào)（采用光字牌） ； （3）繼電保護(hù)（過(guò)流和速斷） ； （4）電流監(jiān)視。表 3.1 控制回路標(biāo)號(hào)組劃分表上海交通大學(xué)畢業(yè)論文 20JYN2-10 高壓開(kāi)關(guān)柜二次回路主要有以下過(guò)程:.

46、合閘過(guò)程 預(yù)備合閘，綠燈閃亮，紅燈不亮。合閘后，綠燈滅紅燈亮，表明合閘回路完好。.跳閘過(guò)程 跳閘后，紅燈滅綠燈亮。.速斷保護(hù)和預(yù)告信號(hào)。速斷保護(hù)主要由電流互感器和中間繼電器完成。其工作過(guò)程：當(dāng)主電路出現(xiàn)短路故障時(shí)，電流石互感器檢測(cè)到的電流使 KA1，KA2 的線圈通電， KA1，KA2 常開(kāi)觸頭閉合，同時(shí)使 KS1 線圈通電，回路中 YR（斷路器跳閘線圈）通電使斷路器跳閘。相應(yīng)光字牌顯示故障信號(hào)。.過(guò)流保護(hù)。當(dāng)主電路發(fā)生過(guò)載故障時(shí)，KA3，KA4 閉合。接通跳閘線圈，其原理基本與短路故障相同，KS2 的閉合使信號(hào)光字牌顯示過(guò)載故障信號(hào)。.測(cè)量表計(jì)標(biāo)號(hào)組別回路名稱(chēng)正電源回路負(fù)電源回路合閘回路綠燈

47、或全閘回路監(jiān)視回路跳閘回路紅燈或全閘回路監(jiān)視回路備用電源自動(dòng)合閘回路開(kāi)關(guān)設(shè)備的位置信號(hào)回路事故跳閘音響回路閃光母線123315333935506970899099100101102103131105133149135150169170189190199201202203231205233249235250249270289290299301302303331305333349335350369370389390399上海交通大學(xué)畢業(yè)論文 21電流的測(cè)量由電流互感器和電流表完成.手車(chē)位置信號(hào)手車(chē)有兩個(gè)位置：一個(gè)是工作位置,另一個(gè)是實(shí)驗(yàn)位置.這兩個(gè)位置上都有行程開(kāi)關(guān)。當(dāng)小車(chē)處在某一位置上時(shí),行程常

48、開(kāi)開(kāi)關(guān)閉合,使信號(hào)燈發(fā)光,從而顯示出不同的位置信號(hào)。JYN2-10（Z）高壓開(kāi)關(guān)柜的二次電路圖見(jiàn)附圖3.1.1 操動(dòng)機(jī)構(gòu)斷路器的控制回路與斷路器的操動(dòng)機(jī)構(gòu)幾操作電源密切相關(guān)。335kV 斷路器使用的操動(dòng)機(jī)構(gòu)有電磁式（CD）和彈簧式（CT）兩種，斷路器既可使用電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)，也可使用彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)，電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)必須使用直流操作電源，彈簧操作機(jī)構(gòu)可以用交流電源或直流電源。采用不同操動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)，控制電路有較大差別。兩種操動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制回路見(jiàn)附圖，以下對(duì)這兩種操動(dòng)機(jī)構(gòu)有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，如下表 3.2、表 3.3 和表3.4。表 3.2 CD10 型電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要技術(shù)數(shù)據(jù)機(jī)構(gòu)型號(hào)CD10可配斷路器的

49、規(guī)格/A630，1000電流/A98220V 合閘線圈電阻/2.220.18電流/A196110V 合閘線圈電阻/0.560.05電流/A5110V 分閘線圈電阻/221.1電流/A2.5220V 分閘線圈電阻/884.4輔助觸點(diǎn)對(duì)數(shù)10工作電壓范圍合閘線圈：85%-110%額定電壓；分閘線圈：65%-120%額定電壓彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)是全稱(chēng)是彈簧儲(chǔ)能式電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)。適于 335kV 斷路起使用的彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)（CT）有多種型號(hào)，其基本組成部件包括儲(chǔ)能彈簧、儲(chǔ)能維持裝置、凸輪連杠機(jī)構(gòu)、合閘維持和分閘脫扣等。由交直流兩用串勵(lì)電動(dòng)機(jī)使合閘彈簧儲(chǔ)能，在合閘彈簧釋放儲(chǔ)能的過(guò)程中將斷路器合閘。彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)可手動(dòng)

50、和電動(dòng)分合閘，并可方便地實(shí)現(xiàn)上海交通大學(xué)畢業(yè)論文 22自動(dòng)重合閘，操作電源可以是交流和直流。表 3.3 CT 型彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的儲(chǔ)能電機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)型 號(hào)HDZ-113HDZ-213HDZ-313額定電壓/V110(AC、DC)220（AC、DC）380（AC）額定功率/W450工作電壓范圍85110）%額定電壓額定電壓儲(chǔ)能時(shí)間/sCT8I、CT8II6，CT8III10表 3-4 CT 型彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)合閘電磁鐵的技術(shù)數(shù)據(jù)額定電壓/V110220380-48-110-220額定電流/A9.55362.31.2額定功率/VA10451100114028825326420C 時(shí)線圈電阻/3.6514.

51、744.18.144.9170.5工作電壓范圍 （85110）%額定電壓3.1.2 二次電路設(shè)計(jì)成套電器的電氣回路由主回路和輔助回路（二次回路）兩部分組成。二次回路有計(jì)量表計(jì)、繼電器、控制開(kāi)關(guān)、信號(hào)器具等二次元件（二次設(shè)備）互相連接而成，它是低壓、小電流回路。成套電器中的二次回路可按以下方式分類(lèi)：（1） 按功能分：包括控制回路、計(jì)量回路、保護(hù)回路、信號(hào)回路等。（2） 按操作電源種類(lèi)分，包括交流電壓回路、交流電流回路和直流回路。所謂操作電源，是指二次回路工作所謂需要的電源，有交流操作電源和直流操作電源兩大類(lèi)，操作電源的電壓通常為 220V 或 110V。對(duì)于成套電器中的二次回路，其直流操作電源由

52、發(fā)電廠或變電所的直流電源系統(tǒng)提供，交流操作電源由成套電器中的互感器或發(fā)電廠、變電所的公共交流操作電源提供。3.1.3 二次元件的選擇 二次回路中的元器件的選擇：包括控制回路、測(cè)量回路、保護(hù)回路、信號(hào)回路等中上海交通大學(xué)畢業(yè)論文 23的各個(gè)元件的選擇。一光監(jiān)視中的信號(hào)燈及附加電路選擇（1）. 當(dāng)提示燈引出線上短路時(shí)，通過(guò)跳、合閘回路電流應(yīng)小于其最小動(dòng)作電流及長(zhǎng)期熱穩(wěn)定電流(一般不大于合閘線圈額定電流的 10%來(lái)選擇)（2）. 當(dāng)電流母線電壓為 95%額定電壓時(shí),加在指示燈的電壓一般為其額定電壓的60%70%. 實(shí)際上，現(xiàn)在又帶附加電阻的信號(hào)燈，這樣只需按額定電壓來(lái)選擇，常用的信號(hào)燈及其附加電阻的

53、技術(shù)數(shù)據(jù)可通過(guò)查技術(shù)資料得到。二二次元件的選擇JYN2-10 高壓開(kāi)關(guān)柜主要的二次元件見(jiàn)附錄中元件明細(xì)表。三二次回路配線的選擇開(kāi)關(guān)柜中二次回路的導(dǎo)線采用單芯或多芯絕緣導(dǎo)線（也叫控制電纜） ，其截面積選擇方法如下：（1）測(cè)量表計(jì)電流回路用絕緣導(dǎo)線的選擇測(cè)量表計(jì)電流回路用絕緣導(dǎo)線的截面不應(yīng)小于 2.5 平方毫米，而電流互感器二次電流不超過(guò) 5 安，所以不需要按額定電流校驗(yàn)。另外，按短路時(shí)校驗(yàn)熱穩(wěn)定也是足夠的，因此也不需要按短路時(shí)熱穩(wěn)定性校驗(yàn)導(dǎo)線截面。絕緣導(dǎo)線芯線截面，按在電流互感器上的負(fù)荷不超過(guò)某一準(zhǔn)確等級(jí)下允許的負(fù)荷進(jìn)行選擇。（2）繼電保護(hù)裝置電流回路用絕緣導(dǎo)線的選擇保護(hù)裝置電流回路用絕緣導(dǎo)線截

54、面的選擇，是根據(jù)電流互感器的 10%誤差曲線行的。（3）電壓回路用絕緣導(dǎo)線的選擇電壓回路用絕緣導(dǎo)線按允許電壓損失來(lái)選擇線芯截面。（4）控制與信號(hào)回路用絕緣導(dǎo)線的選擇控制、信號(hào)回路用的導(dǎo)線電纜芯，根據(jù)機(jī)械強(qiáng)度條件選擇，銅線芯線截面不應(yīng)小于1.5m。合閘回路和跳閘回路流過(guò)的電流較大，產(chǎn)生的電壓損失增大，為使斷路器可靠地工作，此時(shí)需根據(jù)線路允許電壓損失來(lái)校驗(yàn)電纜芯截面。3.2 真空斷路器柜二次電路安裝接線圖設(shè)計(jì)安裝接線圖簡(jiǎn)稱(chēng)接線圖.接線圖是用來(lái)表示成套裝置或設(shè)備中各元件之間連接關(guān)系的一種圖形。主要用于二次回路的安裝接線、線路檢查、線路維修和故障處理。在實(shí)際應(yīng)上海交通大學(xué)畢業(yè)論文 24用中，接線圖通常

55、需要與原理電路圖、二次元件位置圖一起配合作用。接線圖有時(shí)也與接線表配合使用。（1） 二次元件（設(shè)備）的表示方法由于二次設(shè)備都是從屬于某一次設(shè)備或線路的，而其一次設(shè)備或線路又是從屬于某一成套電氣裝置的，因此所有二次設(shè)備部必須按 GB5094-85 規(guī)定，標(biāo)明其項(xiàng)目種類(lèi)代號(hào)，例如，儀表用 P 表示，電流繼電器用 KA 表示。（2） 接線端子的表示方法在二次回路的安裝接線中，對(duì)于在同一屏（板、盤(pán)）上的二次元件之間的相互連接，直接用導(dǎo)線連接即可；而屏（板、盤(pán)）外的導(dǎo)線或設(shè)備與屏（板、盤(pán)）上的二次設(shè)備相連時(shí)，必須通過(guò)端子排。端子排由專(zhuān)門(mén)的接線端子板組合而成。接線端子板分為普通端子了、連接端子、試驗(yàn)端子和

56、終端端子等型式。普通端子板用來(lái)連接由屏（板、盤(pán)）外引至屏（板、盤(pán)）上或屏（板、盤(pán)）上引至屏（板、盤(pán)）外。在接線端子中，端子排的文字代號(hào)為 X，端子的前綴符號(hào)為“:” 。實(shí)際上，所有二次元件上都有接線端子。接線圖上端子的代號(hào)應(yīng)與二次元件上端子標(biāo)志一致。如二次元件的端子沒(méi)有標(biāo)記時(shí)，應(yīng)在接線圖設(shè)定端子代號(hào)。（3） 連接導(dǎo)線的表示方法 接線圖中端子之間的連接導(dǎo)線有以下兩種表示方法：1）連續(xù)線表示方法：端子之間的連接導(dǎo)線實(shí)在的線條表示。2）中斷線表示法：端子之間的連接導(dǎo)線不連線條，而只在每一端子處標(biāo)明相連導(dǎo)線對(duì)方端子的代號(hào)，即采用“對(duì)面標(biāo)號(hào)法” （或稱(chēng)“相對(duì)標(biāo)號(hào)法” ）來(lái)標(biāo)注端子。用連續(xù)線來(lái)表示連接導(dǎo)線

57、，如導(dǎo)線比較多時(shí)，就會(huì)使二次回路變得相當(dāng)繁復(fù)，不易辨識(shí)。因此在不致引起誤解的情況下，規(guī)定對(duì)用加粗的線條來(lái)表示導(dǎo)線組或電纜。但是還是不如用中斷線表示法簡(jiǎn)明。因此，配電裝置二次回路的接線圖多用中斷線表示法即“對(duì)面標(biāo)號(hào)法”來(lái)繪制。這對(duì)安裝接線和維護(hù)檢修都很方便。附錄中 JYN2-10 高壓開(kāi)關(guān)柜的接線圖就是用的中斷線表示法（即“對(duì)面標(biāo)號(hào)法” ） 。見(jiàn)附圖3.3 計(jì)量柜二次電路設(shè)計(jì)10kV 電網(wǎng)中使用的電能計(jì)量專(zhuān)用柜二次電路。它有三個(gè)儀表：有功電度表、無(wú)功電度表和一個(gè)電壓表，并有一個(gè)電力定量器（DSK） 。DSK 原理與功率表類(lèi)似，它由供電部門(mén)設(shè)置一個(gè)最大功率值，當(dāng)用戶(hù)的負(fù)荷超過(guò)設(shè)定的最大功率值時(shí)，這

58、一裝置即報(bào)警，并延上海交通大學(xué)畢業(yè)論文 25時(shí)一定時(shí)間后使電源進(jìn)線上的開(kāi)關(guān)跳閘，切斷電源。二次回路的設(shè)計(jì)見(jiàn)附圖。 第 4 章 高壓開(kāi)關(guān)柜微機(jī)型綜合測(cè)量/保護(hù)裝置4.1 微機(jī)測(cè)量智能電器應(yīng)具有各電量的測(cè)量以及電能計(jì)量功能，并能通過(guò) LED 顯示出來(lái)，完全取代傳統(tǒng)的測(cè)量和計(jì)量?jī)x表。采用單片機(jī)對(duì)交流電壓和電流進(jìn)行檢測(cè)，然后通過(guò)一定的算法，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)等電參數(shù)的測(cè)量和計(jì)量功能。4.2 微機(jī)保護(hù)微機(jī)保護(hù)不僅可以完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電保護(hù)裝置，而且可以在不添加硬件的情況下，實(shí)現(xiàn)各種性能更好的保護(hù)功能。對(duì)于 35KV 以下的系統(tǒng)，最基本的保護(hù)是電流保護(hù)，只要檢測(cè)出故障電流

59、，根據(jù)相應(yīng)的算法就可以實(shí)現(xiàn)高性能的電流保護(hù)。具有以下的特點(diǎn)：（1）維修調(diào)試方便 比較于過(guò)去大量使用的整流型繼電保護(hù)裝置，微機(jī)保護(hù)裝置幾乎可以不用調(diào)試，微機(jī)保護(hù)對(duì)硬件和軟件都有自檢功能，裝置上電時(shí)，有故障就會(huì)立即報(bào)警，可以大大的減輕運(yùn)行維護(hù)的工作量。 （2）可靠性高在各種保護(hù)方法中，考慮到了電力系統(tǒng)中的各種情況，具有很強(qiáng)的綜合分析和判斷能力。微機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，可以不斷進(jìn)行自檢，因此，可以立即檢查出微機(jī)保護(hù)內(nèi)部的大多數(shù)隨機(jī)故障，而采取適當(dāng)?shù)募m正措施。 （3）易于獲得各種附加功能由于計(jì)算機(jī)的通用性，因而在繼電保護(hù)硬件的基礎(chǔ)上，可以很多方便地通過(guò)增加軟件的方法獲得保護(hù)之外的功能。例如，保護(hù)的動(dòng)作順序記錄

60、，故障測(cè)距，底頻減載等。 （4）保護(hù)性能易于改善對(duì)于相同的硬件，可以通過(guò)算法的不同，實(shí)現(xiàn)不同的保護(hù)。這樣，也就可以通過(guò)改善算上海交通大學(xué)畢業(yè)論文 26法來(lái)不斷完善保護(hù)性能，而不需要改善硬件。通過(guò)軟件算法的改善，可以較好的解決原有模擬繼電保護(hù)裝置無(wú)法解決的一些問(wèn)題。 （5）便于遠(yuǎn)方監(jiān)控目前的微機(jī)保護(hù)裝置均沒(méi)有通信接口，這樣可以方便地將各地保護(hù)裝置納入變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方修改定值與投切保護(hù)裝置。4.2.1 微機(jī)保護(hù)的硬件微機(jī)保護(hù)的硬件系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、主機(jī)系統(tǒng)和開(kāi)關(guān)量輸入/輸出系統(tǒng)等三部分，其框圖如圖 4.1 所示。圖 4.1 微機(jī)保護(hù)硬件系統(tǒng)框圖一數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(1)電壓形成環(huán)節(jié)