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：按裝置地點(diǎn)的不同，又分戶外式與戶內(nèi)式（ 10 kv 及以下的多采用戶內(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)柜種類較多，分類方法亦有多種：按斷路器的安裝方式可分為固定式和手車式兩大類；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，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)稱固定柜和手車柜。移開(kāi)式高壓開(kāi)關(guān)柜又根據(jù)手車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)主元件的種類分為以下幾類：（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，能滿足嚴(yán)酷條件、高寒、地震地區(qū)和礦山、鐵道部門使用。（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)可分為柜體和手車兩部分。 手車為斷路器手車，主要的電器元件有斷路器（裝在小車上） 、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室。依續(xù)工作?？客七M(jìn)機(jī)構(gòu)是裝有斷路器等的小車在導(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。利用專用的運(yùn)載車，可將裝有斷路器的小車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)，同樣可使用專用的運(yùn)載車將斷路器小車?yán)龉耋w進(jìn)行檢修。也可換上備用的斷路器小車，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，通常包括以下類別：所用變柜、計(jì)量柜、隔離柜、接地手車柜、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)一次電器元件類型較多，同一類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（如發(fā)電廠） ，目前一般用戶選 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)量柜的門上應(yīng)裝設(shè)機(jī)械型子彈門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、專用于保護(hù)電壓互感器。 在此選擇了 RN3 戶內(nèi)熔斷器，主要技術(shù)參數(shù)如下表 2.5。表 2.5 RN3 戶內(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 專用

39、于保護(hù)電壓互感器。在此選擇了 RN3 戶內(nèi)熔斷器，主要技術(shù)參數(shù)如下表 2.6。表 2.6 RN3 戶內(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。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。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，通常稱之為歸總式原理電路圖，簡(jiǎn)稱原理圖。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為展開(kāi)式原理電路圖，簡(jiǎn)稱展開(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.手車位置信號(hào)手車有兩個(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：（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，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）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）外的導(dǎo)線或設(shè)備與屏（板、盤）上的二次設(shè)備相連時(shí)，必須通過(guò)端子排。端子排由專門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）外引至屏（板、盤）上或屏（板、盤）上引至屏（板、盤）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“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 原理與功率表類似，它由供電部門設(shè)置一個(gè)最大功率值，當(dāng)用戶的負(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)