供配電工程實驗指導書201041

1、供配電工程實驗指導書實驗一 高低壓電器認識實驗一、實驗目的熟悉高低壓電器、高低壓成套配電裝置的結(jié)構(gòu)、功能，了解其技術(shù)特性。二、實驗主要儀器與設備各種高低壓電器設備、高低壓成套配電裝置。三、實驗原理（一）高壓熔斷器熔斷器是常用的一種簡單的保護電器。當通過它的電流超過規(guī)定值并經(jīng)過一定的時間后熔體熔化，從而切斷電流，對線路及設備進行短路保護或過負荷保護。1戶內(nèi)高壓熔斷器 RN1和RN2型高壓管式熔斷器。RNl及RN2型熔斷器結(jié)構(gòu)如圖1-1所示，主要由熔管、觸座、動作指示器、絕緣子、石英砂填料和底座組成。 （b）熔管剖面圖（a）外形圖 圖1-1 RNl及RN2型熔斷器結(jié)構(gòu)圖短路電流通過時，并聯(lián)銅絲熔斷

2、產(chǎn)生電弧，電弧在充滿石英砂填料的熔管內(nèi)燃燒，滅弧過程中利用了粗弧分細、長弧切短、狹溝滅弧和冷卻滅弧等滅弧方法。XRNT、XRNP型高壓限流熔斷器。XRNT、XRNP型高壓限流熔斷器結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。（a）外形圖 （b）剖面圖圖1-2 高壓限流熔斷器的結(jié)構(gòu)圖熔斷器本體主要由瓷質(zhì)熔管、絲狀或片狀熔體、高純度石英砂、瓷芯柱、撞擊器等組成。熔斷器依靠石英砂對電弧的吸熱和游離氣體向石英砂間隙擴散的作用進行滅弧，同時可利用冶金效應形成串聯(lián)電弧，將長弧切短加速滅弧。熔絲熔斷時，撞擊器迅速彈出, 驅(qū)動連鎖電器（常用負荷開關）的脫扣器而使開關跳閘或并發(fā)出熔斷信號。、戶外高壓跌開式熔斷器如圖1-3所示為RW4-

3、10（G）型跌落式熔斷器結(jié)構(gòu)。熔斷器熔管外層為酚醛紙管或環(huán)氧玻璃布管，內(nèi)套纖維質(zhì)消弧管，其滅弧原理為：短路電流使熔體熔斷，形成電弧，電弧灼燒消弧管內(nèi)壁，產(chǎn)氣縱吹電弧而熄滅。如圖1-4所示為RW10-10F跌開式熔斷器。在一般跌開式熔斷器的上靜觸頭上加裝了一個簡單的滅弧室，因而可以帶負荷操作，相當于負荷開關。 圖 1-3 RW4-10(G) 型跌落式熔斷器圖 1-4 RW10-10負荷型跌開式熔斷器（二）高壓隔離開關高壓隔離開關是一種沒有滅弧裝置的開關電器，其功能主要是隔離高壓電源，以保證對其他電氣設備檢修工作的安全。圖1-5所示為GN8-10高壓隔離開關的外形結(jié)構(gòu)圖，它的三相閘刀安裝在同一底座

4、上，一般用手動操動機構(gòu)進行操作。圖1-5 GN8-10型高壓隔離開關外形（三）高壓負荷開關高壓負荷開關結(jié)構(gòu)上與隔離開關相似，但有簡單的滅弧裝置，能夠帶負荷操作。圖1-6為FN12-12戶內(nèi)壓氣式負荷開關結(jié)構(gòu)圖。采用壓氣式滅弧原理，動觸頭由導電筒構(gòu)成，作為活動的氣缸，利用氣缸與固定的活塞相對運動產(chǎn)生壓縮空氣，形成強大氣流，使電弧迅速熄滅。圖1-6 FN12-12戶內(nèi)壓氣式負荷開關結(jié)構(gòu)（四）高壓斷路器高壓斷路器是具有完善的滅弧裝置的高壓開關電器。用來通斷負荷電流；短路故障時，在保護裝置作用下自動跳閘。按采用的滅弧介質(zhì)分，有油斷路器、SF6斷路器、真空斷路器、壓縮空氣斷路器等。1高壓少油斷路器高壓少

5、油斷路器主要由滅弧室、觸頭系統(tǒng)、傳動機構(gòu)和框架組成。圖1-7所示是SNl0-10型高壓少油斷路器的外形結(jié)構(gòu)和油箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。 （b）內(nèi)部剖面結(jié)構(gòu)（a）外形結(jié)構(gòu)圖1-7 SN10-10型少油斷路器結(jié)構(gòu)圖工作及滅弧原理如下：合閘時，經(jīng)操動機構(gòu)和傳動機構(gòu)將導電桿插入靜觸頭來接通電路。分閘時，導電桿向下運動并離開靜觸頭，產(chǎn)生電弧，使油分解形成封閉氣泡，油壓迫使逆止閥上升堵住中心孔，電孤在封閉的空間內(nèi)燃燒。同時，導電桿迅速向下運動，相繼打開一、二、三道滅弧溝和縱吹油囊，油氣混合物強烈地橫吹、縱吹電弧。2高壓真空斷路器ZN12-10真空斷路器主要由真空滅弧室、彈簧操動機構(gòu)和絕緣支撐件等組成。真空滅弧室由圓

6、盤狀的動靜觸頭、屏蔽罩、波紋管屏蔽罩、陶瓷外殼等組成，其結(jié)構(gòu)如圖1-8所示。圖1-8 ZN12-10型真空斷路器結(jié)構(gòu)圖開斷過程：在觸頭剛分離時，高電場發(fā)射和熱電發(fā)射使觸頭間產(chǎn)生真空電弧，使金屬觸頭表面產(chǎn)生金屬蒸氣，金屬離子在屏蔽罩內(nèi)壁上凝聚，以致電弧在自然過零后極短的時間內(nèi)，觸頭間隙又恢復了原有的高真空度。3六氟化硫（SF6）斷路器圖1-9所示為LN2-10型高壓SF6斷路器的結(jié)構(gòu)圖。（a）外形圖 （b）滅弧室結(jié)構(gòu)圖1-9 LN2-10型高壓SF6斷路器結(jié)構(gòu)圖斷路器的靜觸頭和滅弧室中的壓氣活塞是相對固定的。當跳閘時，裝有動觸頭和絕緣噴嘴的汽缸由斷路器的操動機構(gòu)通過連桿帶動離開靜觸頭，使汽缸和活

7、塞產(chǎn)生相對運動來壓縮SF6氣體并使之通過噴嘴吹出，用吹弧法來迅速熄滅電弧。（五）高壓開關柜 高壓開關柜是將一、二次設備按一定的線路方案組合而成的一種成套配電設備。1固定式高壓開關柜固定式高壓開關柜的柜內(nèi)所有電器部件都固定安裝在不能移動的臺架上。圖1-10為XGN56-12箱型（戶內(nèi)）交流金屬封閉型高壓開關柜外形圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。該型開關柜柜體骨架由鋼板折彎后組裝而成，柜內(nèi)分斷路器室、主母線室、電纜室、繼電器儀表室等，各隔室由接地良好的隔板相隔。（a）外形圖 （b）內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖1-10 XGN56-12箱型開關柜結(jié)構(gòu)圖2. 手車式（移開式）高壓開關柜將某些主要電器設備固定安裝在可移動的手車上。當手

8、車上安裝的電器設備發(fā)生故障或需檢修、更換時，隨同手車一起移出柜外，再推入同類備用手車，即可恢復供電。如圖1-11所示為KYN28A-12型開關柜的外形結(jié)構(gòu)和內(nèi)部剖面圖。該開關柜完全金屬鎧裝，由金屬板分隔成手車室、母線室、電纜式和繼電器儀表室，每一單元的金屬外殼均獨立接地。（a）外形圖 （b）內(nèi)部剖面圖圖1-11 KYN28A-12型開關柜的外形結(jié)構(gòu)和內(nèi)部剖面圖（六）低壓一次設備供配電系統(tǒng)中的低壓一次設備種類繁多，有低壓熔斷器、低壓刀開關、低壓刀熔開關、低壓負荷開關、低壓斷路器和低壓配電屏等。1、低壓熔斷器（1）RM10系列熔斷器結(jié)構(gòu)如圖1-12所示。當短路電流通過時，熔片窄部先熔斷，使熔管內(nèi)形

9、成幾段串聯(lián)的電弧而易于熄滅；過負荷時，往往在寬窄之間的斜部熔斷。（a）外形圖 （b）熔片圖圖1-12 RM10系列熔斷器結(jié)構(gòu)圖（2）有填料密閉管式熔斷器。以RT0型為例，其外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1-13所示。（a）熔體 （b）外形圖 圖1-13 RT0低壓熔斷器結(jié)構(gòu)圖RT0熔斷器主要由瓷熔管、銅熔體和底座三部分組成，熔管內(nèi)裝石英砂。熔體變截面小孔可使熔體在短路電流通過時熔斷，將長弧分割為多段短??；引燃柵具有等電位作用，使粗弧分細；電弧電流在石英砂中燃燒，形成狹溝滅弧。2低壓斷路器（1）圖1-14為DZ20系列塑料外殼式低壓斷路器的結(jié)構(gòu)圖。其主要特征是，所有部件都安裝在一個塑料外殼中，沒有裸露的帶電

10、部分，提高了使用的安全性。1-14 DZ20型塑料外殼式低壓斷路器（2）圖1-15是DW15型低壓斷路器的外形圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。由觸頭系統(tǒng)、操作機構(gòu)和脫扣器系統(tǒng)組成。滅弧室里采用鋼紙板材料和數(shù)十片鐵片作滅弧柵來加強電弧的熄滅。脫扣系統(tǒng)有過負荷長延時脫扣器、短路瞬時脫扣器、欠電壓脫扣器和分勵脫扣器等。圖1-15 DW15型低壓斷路器的外形圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3低壓開關柜低壓開關柜的種類很多，按其結(jié)構(gòu)有固定式和抽屜式兩種基本型式。圖1-16和圖1-17所示分別為GGD固定式低壓開關柜、GCS抽出式低壓開關柜（PC柜）外形圖。 圖1-16 GGD固定式低壓開關柜外形圖 圖1-17 GCS型低壓抽出式開關柜外

11、形圖四、實驗預習要求認真預習相關實驗內(nèi)容，明確實驗的目的和要求，記住安全注意事項。五、實驗內(nèi)容及步驟在實驗條件具備的情況下，通過拆裝、操作，熟悉電器設備結(jié)構(gòu)、原理、工作特性等。在實驗條件不具備的情況下，組織參觀工廠、發(fā)電廠或變電站，對主接線、變壓器及各種電氣設備有一個直觀的了解。包括：電廠的生產(chǎn)過程、電廠各主要廠房布置情況、機組運行情況、熱力系統(tǒng)類型及構(gòu)成、升壓站主接線、電力設備結(jié)構(gòu)及布置；變電站一次及二次系統(tǒng)；工廠供配電系統(tǒng)的構(gòu)成等。六、思考題1、電弧對電氣設備的安全運行有哪些影響?開關電器中有哪些常用的滅弧方法?其中最常用、最基本的滅弧方法是什么?2、比較高壓斷路器、高壓負荷開關、高壓隔離

12、開關的功能、結(jié)構(gòu)特點，操作時分別應注意哪些事項？3、比較真空斷路器、SF6斷路器、少油斷路器，各自主要優(yōu)缺點是什么?4、XRNT型高壓限流熔斷器撞擊器的作用？5、高壓開關柜在結(jié)構(gòu)設計上要求具有哪“五防”功能？6、低壓熔斷器按其分斷范圍和使用類別分有哪些類型，各種類型的含義？七、實驗報告1、具體針對某型設備，全面說明其構(gòu)造、闡述其工作原理、分析其特點，熟悉其技術(shù)參數(shù)及其含義等。對于開關柜，還應繪制其主接線。2、若是參觀，根據(jù)參觀內(nèi)容寫出報告。實驗二過電流保護實驗一、實驗目的1）了解繼電器基本分類方法及其結(jié)構(gòu)。2）熟悉幾種常用繼電器，如電流繼電器、電壓繼電器、時間繼電器、中間繼電器、信號繼電器等的

13、構(gòu)成原理。3）學會調(diào)整、測量電磁型繼電器的動作值、返回值和計算返回系數(shù)。4）繼電器與電力系統(tǒng)繼電保護的關系非常密切，測量繼電器的基本特性，可對今后做繼電保護調(diào)試和整定計算打下良好基礎。二、實驗主要儀器與設備LHDJZ-型電氣自動化及繼電保護綜合試驗臺、TQDB-繼電保護及變電站綜合自動化仿真培訓系統(tǒng)。三、實驗原理 繼電器是電力系統(tǒng)常規(guī)繼電保護的主要元件，它的種類繁多，原理與作用各異。繼電保護中常用的有電流繼電器、電壓繼電器、中間繼電器、信號繼電器、阻抗繼電器、功率方向繼電器、差動繼電器等。下面僅就常用的電磁型繼電器的構(gòu)成及原理作簡要介紹。（1）電磁型電流繼電器IKA34Fa56127 圖2-1

14、 DL系列電流繼電器電磁型繼電器的典型代表是電磁型電流繼電器，它既是實現(xiàn)電流保護的基本元件，也是反應故障電流增大而自動動作的一種電器。下面通過對電磁型電流繼電器的分析，來說明一般電磁型繼電器的工作原理和特性。圖2-1為DL系列電流繼電器的結(jié)構(gòu)圖，它由固定觸點1、可動觸點2、線圈3、鐵心4、彈簧5、轉(zhuǎn)動舌片6、止擋7所組成。當線圈中通過電流IKA 時，鐵心中產(chǎn)生磁通 ，它 通過由鐵心、空氣隙和轉(zhuǎn)動舌片組成的磁路，將舌片磁化，產(chǎn)生電磁力Fe，形成一對力偶。由這對力偶所形成的電磁轉(zhuǎn)矩，將使轉(zhuǎn)動舌片按磁阻減小的方向（即順時針方向）轉(zhuǎn)動，從而使繼電器觸點閉合。電磁力Fe與磁通 的 平方成正比，即 分析表

15、明，電磁轉(zhuǎn)矩Me 等于電磁力Fe與轉(zhuǎn)動舌片力臂的乘積，即 （2-1）式中， K2 為與磁阻RC、線圈匝數(shù)NKA和轉(zhuǎn)動舌片力臂lKA有關的一個系數(shù)。為了使繼電器動作（銜鐵吸持，觸點閉合），它的平均電磁力矩Me必須大于彈簧及摩擦的反抗力矩之和(Ms+M)。所以由式（2-1）得到繼電器的動作條件是： （2-2）能使繼電器動作的最小電流稱為繼電器的動作電流，用IOP表示，在式（2-2）中用IOP代替IKA并取等號，移項后得： （2-3）從式（2-3）可見，IOP可用下列方法來調(diào)整：（1）改變繼電器線圈的匝數(shù)NKA；（2）改變彈簧的反作用力矩Ms；（3）改變能引起磁阻RC變化的氣隙d。繼電器的返回條件是

16、： （2-4）能使繼電器返回的最大電流稱為繼電器的返回電流，并以Ire表之。在式（2-4）中，用Ire代替IKA并取等號且移項后得： （2-5）返回電流Ire與動作電流IOP的比值稱為返回系數(shù)Kre，即Kre=Ire/IOP。反應電流增大而動作的繼電器IOP>Ire，因而Kre<1。對于不同結(jié)構(gòu)的繼電器，Kre不相同，且在0.10.98這個相當大的范圍內(nèi)變化。（2）電磁型電壓繼電器電壓繼電器的線圈是經(jīng)過電壓互感器接入系統(tǒng)電壓Us的，其線圈中的電流為式中：Ur加于繼電器線圈上的電壓，等于Us/npT（npT為電壓互感器的變比）；Zr繼電器線圈的阻抗。繼電器的平均電磁力，因而它的動作情

17、況取決于系統(tǒng)電壓Us。我國工廠生產(chǎn)的DY系列電壓繼電器的結(jié)構(gòu)和DL系列電流繼電器相同。它的線圈是用溫度系數(shù)很小的導線（例如康銅線）制成，且線圈的電阻很大。DY系列電壓繼電器分過電壓繼電器和低電壓繼電器兩種。過電壓繼電器動作時，銜鐵被吸持，返回時，銜鐵釋放；而低電壓繼電器則相反，動作時銜鐵釋放，返回時，銜鐵吸持。亦即過電壓繼電器的動作電壓相當于低電壓繼電器的返回電壓；過電壓繼電器的返回電壓相當于低電壓繼電器的動作電壓。因而過電壓繼電器的Kre<1；而低電壓繼電器的Kre>1。DY系列電壓繼電器的優(yōu)缺點和DL系列電流繼電器相同。它們都是觸點系統(tǒng)不夠完善，在電流較大時，可能發(fā)生振動現(xiàn)象。

18、觸點容量小不能直接跳閘。（3）時間繼電器特性時間繼電器是用來在繼電保護和自動裝置中建立所需要的延時。對時間繼電器的要求是時間的準確性，而且動作時間不應隨操作電壓在運行中可能的波動而改變。電磁型時間繼電器由電磁機構(gòu)帶動一鐘表延時機構(gòu)組成。電磁起動機構(gòu)采用螺管線圈式結(jié)構(gòu)，線圈可由直流或交流電源供電，但大多由直流電源供電。其電磁機構(gòu)與電壓繼電器相同，區(qū)別在于：當它的線圈通電后，其觸點須經(jīng)一定延時才動作，而且加在其線圈上的電壓總是時間繼電器的額定動作電壓。時間繼電器的電磁系統(tǒng)不要求很高的返回系數(shù)。因為繼電器的返回是由保護裝置起動機構(gòu)將其線圈上的電壓全部撤除來完成的。（4）中間繼電器特性中間繼電器的作用

19、是：在繼電保護接線中，用以增加觸點數(shù)量和觸點容量，實現(xiàn)必要的延時，以適應保護裝置的需要。它實質(zhì)上是一種電壓繼電器，但它的觸點數(shù)量多且容量大。為保證在操作電源電壓降低時中間繼電器仍能可靠地動作，因此中間繼電器的可靠動作電壓只要達到額定電壓的70%即可，瞬動式中間繼電器的固有動作時間不應大于0.05秒。（5）信號繼電器特性信號繼電器在保護裝置中，作為整組裝置或個別元件的動作指示器。按電磁原理構(gòu)成的信號繼電器，當線圈通電時，銜鐵被吸引，信號掉牌（指示燈亮）且觸點閉合。失去電源時，有的需手動復歸，有的電動復歸。信號繼電器有電壓起動和電流起動兩種。四、預習要求認真預習相關實驗內(nèi)容，明確實驗的目的和要求，

20、掌握實驗的原理及方法，了解實驗操作及所用儀器的使用方法，記住安全注意事項。五、實驗內(nèi)容及步驟 1、電流繼電器特性實驗電流繼電器動作、返回電流值測試實驗。實驗電路原理圖如圖2-2所示：A220VKA+-RTY130W 5A 2A圖2-2 電流繼電器動作電流值測試實驗原理圖實驗步驟如下：（1）按圖接線，將電流繼電器的動作值整定為1A，使調(diào)壓器輸出指示為0V，滑線電阻的滑動觸頭放在中間位置。（2）查線路無誤后，先合上三相電源開關（對應指示燈亮），再合上單相電源開關和直流電源開關。（3）慢慢調(diào)節(jié)調(diào)壓器使電流表讀數(shù)緩慢升高，記下繼電器剛動作（動作信號燈XD1亮）時的最小電流值，即為動作值。（4）繼電器動

21、作后，再調(diào)節(jié)調(diào)壓器使電流值平滑下降，記下繼電器返回時（指示燈XD1滅）的最大電流值，即為返回值。（5）重復步驟（2）至（4），測三組數(shù)據(jù)。 （6）實驗完成后，使調(diào)壓器輸出為0V，斷開所有電源開關。（7）分別計算動作值和返回值的平均值即為電流繼電器的動作電流值和返回電流值。（8）計算整定值的誤差、變差及返回系數(shù)。誤差 動作最小值整定值 整定值變差 動作最大值動作最小值 動作平均值 ´ 100%返回系數(shù)返回平均值動作平均值表2-1 電流繼電器動作值、返回值測試實驗數(shù)據(jù)記錄表動作值/A返回值/A123平均值誤差整定值Izd變差返回系數(shù) 2、電流繼電器動作時間測試實驗電流繼電器動作時間測試實

22、驗原理圖如圖2-3所示：220VKABK停止A多功能表啟動TY1圖2-3 電流繼電器動作時間測試實驗電路原理圖實驗步驟如下：（1）按圖接線，將電流繼電器的常開觸點接在多功能表的“輸出2”和“公共線”，將開關BK的一條支路接在多功能表的“輸入1”和“公共線”，使調(diào)壓器輸出為0V，將電流繼電器動作值整定為1.2A，滑線電阻的滑動觸頭置于其中間位置。（2）檢查線路無誤后，先合上三相電源開關，再合上單相電源開關。（3）打開多功能表電源開關，使用其時間測量功能（對應“時間”指示燈亮），工作方式選擇開關置“連續(xù)”位置，按“清零”按鈕使多功能表顯示清零。（4）慢慢調(diào)節(jié)調(diào)壓器使其輸出電壓勻速升高，使加入繼電器

23、的電流為1.2A。（5）先拉開刀閘（BK），復位多功能表，使其顯示為零，然后再迅速合上BK，多功能表顯示的時間即為動作時間，將時間測量值記錄于表2-2中。（6）重復步驟（5）的過程，測三組數(shù)據(jù)，計算平均值，結(jié)果填入表2-2中。表2-2 電流繼電器動作時間測試實驗數(shù)據(jù)記錄表I2.4A3.0A3.6A4.8A123平均123平均123平均123平均T/ms（7）先重復步驟（4），使加入繼電器的電流分別為3.0A、3.6A、4.8A，再重復步驟（5）和（6），測量此種情況下的繼電器動作時間，將實驗結(jié)果記錄于表2-2。（8）實驗完成后，使調(diào)壓器輸出電壓為0V，斷開所有電源開關。（9）分析四種電流情況時

24、讀數(shù)是否相同，為什么？3、電壓繼電器特性實驗電壓繼電器動作、返回電壓值測試實驗（以低電壓繼電器為例）。 低電壓繼電器動作值測試實驗電路原理圖如下圖2-4所示：220VKV+-TY1150VV圖2-4 低電壓繼電器動作值測試實驗電路原理圖實驗步驟如下：（1）按圖接線，檢查線路無誤后，將低電壓繼電器的動作值整定為60V，使調(diào)壓器的輸出電壓為0V，合上三相電源開關和單相電源開關及直流電源開關（對應指示燈亮），這時動作信號燈XD1亮。（2）調(diào)節(jié)調(diào)壓器輸出，使其電壓從0V慢慢升高，直至低電壓繼電器常閉觸點打開（XD1熄滅）。（3）調(diào)節(jié)調(diào)壓器使其電壓緩慢降低，記下繼電器剛動作（動作信號燈XD1剛亮）時的最大電壓值，即為動作值，將數(shù)據(jù)記錄于表2-3中。表2-3 低電壓繼電器動