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发电厂和变电站（所）的一次系统宁波大学信息科学与工程学院2-97内容第一节发电厂和变配电所的主要电气设备第二节发电厂和变配电所的电气主接线第三节中压配电网的接线方式第四节低压配电网的接线方式3-97引言按作用的不同，电力系统又可分为一次系统和二次系统：一次系统是电力网中电能传输的通路，其中的所有电气设备，称为一次元件或一次设备；二次系统则是辅助电路，用来测量、控制、保护和自动调节一次设备的运行，其中的所有设备，称为二次元件或二次设备。在发电厂和变（配）电站，相应地有主接线（又称一次接线二次接线与一次接线之间是与电压互感器和电流互感器相关连的，互感器一次侧接于主电路，二次侧接于二次电路。互感器属一次设备。4-97500kV变电站(一次设备)5-97葛--上线(500kV)6-97500kV输电线(一次设备)7-97龙泉(宜昌)换流站：高压直流输电的整流站和逆变站8-97上海南桥换流站9-97220kV变电站(一次设备)10-97牧区输电线路(一次设备)11-97接母线变压器12-97高压电器设备13-97高压电器设备14-97高压电器设备15-97高压一次设备16-97高压一次设备17-97高压一次设备18-97第一节发电厂和变配电所的主要电气设备变换：控制：保护：调节：电气设备的功能供电系统对电气设备的共同性要求安全可靠的绝缘电气设备的发展趋势高可靠高性能小型化组合化（模块化）电子化智能化按供电系统工作要求来改变电压或电流按供电系统工作要求来控制一次电路的通断用来对供电系统进行过电流和过电压等的保护用来补偿供电系统的无功功率，以提高系统的功率因数一、概述必要的载流能力较高的通断能力良好的机械性能必要的电寿命完善的保护性能19-97高压开关器件分类高压断路器隔离开关熔断器负荷开关高压开关柜保证电力系统安全、可靠运行方便地实现维护和检修根据需要灵活地变更运行方式作用20-97功能：不仅能通断正常负荷电流，而且能接通和承受一定时间的短路电流，并能在保护装置作用下自动跳闸，切除故障。二、高压电气设备弹簧操动机构电磁操动机构永磁操动机构操动机构：(按合闸所需能量分)类型(按灭弧介质分)油断路器SF6断路器真空断路器（一）高压断路器QF图形符号结构：触头装置、灭弧室、基座框架、传动机构（配操动机构）以油作为灭弧介质已逐步淘汰以SF6气体作绝缘介质和灭弧介质，可频繁操作利用“真空”作绝缘和灭弧介质，可频繁操作交流或直流操作电源，合闸所需能量小直流操作电源，合闸所需能量大直流操作电源，合闸所需能量小21-97开关电器的电弧电力系统中的各种开关电器（特别是断路器和熔断器）在运行中的开断能力是标志其性能的基本指标。所谓开断能力，就是开关设备在切断电流时的灭弧能力。通断电路时，开关动静触头间都会不同程度地产生电弧。电弧的产生对电力系统的安全运行有很大的影响：（1）首先电弧延长了电路开断的时间。电弧是导电的，在开关分开载流电路时，触头间的电弧就延长了电流通过的时间，这在短路时就使短路电流危害的时间延长，会对电力系统中的设备造成更大的损坏。（2）电弧的高温可能烧坏开关触头，烧坏电气设备及导线，还可能引起弧光短路，甚至引起火灾和爆炸事故。（3）强烈的弧光会严重损伤人的视力，甚至失明。22-97开关电器电弧的常用熄灭方法(1)利用气体或油熄灭电弧。在开关电器中利用各种形式的灭弧室使气体或油产生巨大的压力并有力地吹向弧隙，电弧在气流或油流中被强烈地冷却和去游离，并且其中的游离物质被未游离物质所代替，电弧便迅速熄灭。(2)采用多断口。高压断路器常制成每相有两个或多个串联的断口，使加于每个断口的电压降低，电弧易于熄灭。(3)断路器断口加装并联电阻。在高压大容量断路器中，广泛利用弧隙并联电阻在主触头断开过程中的分流作用灭弧；还可有效地降低触头上的恢复电压数值及电压恢复速度；并联电阻对切断小电感电流或电容电流时，可限制过电压产生。(4)采用新介质。例如SF6(六氟化硫)断路器和真空断路器等。(5)利用金属灭弧栅熄灭电弧(将电弧分隔成许多串联的短弧后再进行灭弧)。23-97油断路器的分类灭弧室多油少油自能式外能式吹弧方式纵吹横吹环吹1.油断路器纵横吹其灭弧室装在一个接地金属箱中,通常用油量较多，油既用作灭弧介质又用作对地绝缘其灭弧室装在与大地绝缘的油箱中。油箱既可用金属做成，也可以用绝缘材料制成。油仅作为灭弧介质和断口间绝缘用，而不作对地绝缘用，用油量少。纵吹使电弧冷却变细，然后熄灭;横吹是把电弧拉长切断而熄灭。24-97SN10-10型少油断路器灭弧过程25-97熄弧性能比较自能式：利用电弧自身的能量使油分解出气体，提高灭弧室中的压力，当吹弧口打开时，由于灭弧室内外的压力差而在吹弧口产生高速油气流，对电弧进行气吹而使之熄灭。外能式：利用外界能量(通常是由油断路器合闸过程中被贮能的弹簧提供)在分断过程中推动活塞，提高灭弧室的压力驱动油气吹弧而熄灭电弧。也有称此为强迫油吹式灭弧室。综合式灭弧室：它综合了自能吹弧和外能吹弧的优点，利用电弧自身的能量来熄灭大电流电弧，利用外界能量来熄灭小电流电弧，并可改善分断特性。这种灭弧室结构稍复杂，但分断性能好。超高压少油断路器中大多数采用这种灭弧室。26-97典型的油断路器DW19-40.5型多油断路器1－导电杆；2－绝缘套管；3－灭弧装置；4－横担；5－传动机构；6－提升杆；7－电流互感器；8－油箱；9－箱盖；10－变压器油多油断路器的结构原理27-97户内式SN10-10少油断路器上引出线绝缘筒下引出线支持瓷瓶绝缘拉杆支架户内式少油断路器的结构外型典型的油断路器28-97户外式SW2-110型少油断路器户外式少油断路器的结构外型灭弧室机构箱支持瓷瓶底座29-97断路器结构接地金属箱型绝缘子支持型DW8-35型多油断路器接地金属箱型结构示意图断口金属箱绝缘套管操动机构接地金属箱型----多油：灭弧室装在一个接地金属箱中,油既用作灭弧介质又用作对地绝缘30-97绝缘子支持型绝缘子支持型结构示意图SW2-63型少油断路器开断元件支持瓷瓶操动机构少油：其灭弧室装在用绝缘材料制成的与大地绝缘的油箱中。油仅作为灭弧介质和断口间绝缘用，而不作对地绝缘用。31-97断路器的积木组合方式110kV及以上电压等级的户外式少油断路器多采用开断电弧的单元断口（或称开断单元）串联、积木式组合的落地式总体结构。标准开断单元的电压为55～110kV。例如：SW6型少油断路器，开断单元为55kV,属于这一系列的220kV和330kV的少油断路器将取双柱四断口和三柱六断口的结构，每极由四个和六个开断单元串联而成，各断口上均并联电容器以均匀开断时断口的电压分布；每极各用一个单独的液压操动机构操作。又如：SW7-220型220kV少油断路器，因开断单元为110kV,所以每极取单柱双断口的结构。32-97断路器的积木组合方式SW2-63型少油断路器每相单柱单断口SW2-110型少油断路器每相单柱双断口33-97断路器的积木组合方式SW2-220型少油断路器每相双柱四断口断路器的积木组合方式示意图34-97并联均压电容断口并联电容35-97油断路器小结优点:结构简单，价格便宜缺点：检修周期短维护工作量大潜在火灾危险被六氟化硫断路器取代的趋势（110kV及以上系统）被真空断路器取代的趋势（10kV电力系统）36-972.六氟化硫断路器六氟化硫（SF6）化学的性质：无色、无嗅、无毒和不可燃的惰性气体六氟化硫断路器主要优点：灭弧能力强，介质强度高介质恢复速度特别快（电负性气体）断路器允许开断的次数多，检修周期长37-97六氟化硫断路器灭弧装置按能量分外能自能双压式灭弧装置单压式灭弧装置气吹式灭弧装置旋弧式灭弧装置38-97自能式灭弧装置气吹灭弧装置优点：结构简化，体积减小，减少了操动功（降低为25%-30%）利用电弧能量加热气体来建立吹弧所需压力差使用范围：110~220kV电力系统旋弧式灭弧装置电弧在磁场作用下快速转动而使电弧熄灭使用范围：10~35kV电力系统39-97SF6断路器的外形结构40-97LW12-500型落地罐式SF6断路器金属罐盆式支持绝缘子绝缘套管罐式SF6断路器剖面图电流互感器罐式SF6断路器41-97SF6断路器小结绝缘性能和灭弧性能优良单柱双断口的结构检修周期长，无火灾的危险在110kV及以上系统取代油断路器42-973.真空断路器利用真空作为触头间的绝缘与灭弧介质的断路器。将触头装在一个真空容器（即真空灭弧室）内（真空度在105mm汞柱以上）。由于真空中不存在气体游离的问题，所以触头断开时不会发生电弧，或者说触头一断开，电弧就熄灭，故可频繁操作。真空灭弧室的真空度：1.33×10－2～1.33×10－5Pa标准大气压的10-7~10-9倍真空电弧的特点感性电路中，灭弧速度过快，则di/dt太大，可引起极高的过电压，这对供电系统是不利的。因此，这“真空”不能是绝对的真空。实际上能在触头离开时因高电场发射和热电发射产生一点电弧，称之为“真空电弧”，它能在电流第一次过零时熄灭。这样，燃弧时间既短（至多半个周期），又不至于产生很高的过电压。43-97真空断路器实物图片绝缘套筒内有真空灭弧室及触头上接线端子下接线端子手车式框架二次接线插头44-97真空断路器结构ZN12-12系列真空断路器真空断路器结构外型图绝缘子操动机构真空灭弧室绝缘拉杆传动机构45-97真空灭弧室真空灭弧室真空灭弧室的结构示意图导电杆触头动触杆波纹管屏蔽罩外壳金属盖46-97真空断路器小结绝缘性能好，触头的开距可以做得很小只需配置操作功小的操动机构灭弧能力强，适用于频繁操作的场合结构简单，维修工作量小，无火灾危险和无环境污染在10kV电力系统中已有取代少油断路器的趋势47-97熔断器时间电流特性IIr1tIr2O功能：主要对高压线路及电气设备进行短路保护，有的也具有过负荷保护功能。（二）高压熔断器FU图形符号原理：当所在电路电流超过规定值并经一定时间后，熔体熔化→汽化生弧→灭弧(电路分断)保护特性：也称时间——电流特性结构：金属熔体、熔体支持件、熔管及灭弧材料限流特性：在短路电流尚未达到冲击值之前就切断电路流过熔断器的电流越大，熔断时间越短。具有反时限特点。类型：户内、户外高压限流熔断器48-97高压熔断器的典型结构跌落式熔断器RW11-10跌落式熔断器绝缘瓷瓶熔断器管安装固定板下触头熔丝管两端的动触头依靠熔丝(熔体)系紧，将上动触头推入“鸭嘴”凸出部分后，磷铜片等制成的上静触头顶着上动触头，故而熔丝管牢固地卡在“鸭嘴”里。当短路电流通过熔丝熔断时，产生电弧，熔丝管内衬的钢纸管在电弧作用下产生大量的气体，因熔丝管上端被封死，气体向下端喷出，吹灭电弧。由于熔丝熔断，熔丝管的上下动触头失去熔丝的系紧力，在熔丝管自身重力和上、下静触头弹簧片的作用下，熔丝管迅速跌落，使电路断开，切除故障段线路或者故障设备。上触头49-97高压限流熔断器实物图片接线端子绝缘子安装卡座金属管帽瓷熔管内有金属熔体与石英沙熔断器底座石英沙熔断撞针金属熔体缠绕在内瓷管上瓷熔管剖面图限流式熔断器高压熔断器的典型结构50-97限流式熔断器限流式熔断器限流式熔断器剖面图熔断器管熔丝熔断指示器石英砂高压熔断器的典型结构能在较小的故障电流或过负荷电流时动作。熔断器是采用几根熔丝并联的，熔断时能产生几根并行的电弧，即把粗弧变成细弧，加快电弧的熄灭。管内填以石英砂，其作用是加快灭弧。这种熔断器能在短路电流未达到冲击值之时就可完全熄灭电弧，是快速熔断器，即具有限流作用。51-97熔断器+负荷开关组合电器FN5-10系列户内高压真空负荷开关及熔断器组合电器负荷开关不能断开短路电流，因此它一般与高压熔断器串联使用，借助熔断器来切除短路故障。52-97功能：主要用来隔离高压电源以保证其他设备的安全检修。它没有专门的灭弧装置，因此不允许带负荷操作。但它可以用来通断一定的小电流电路等。（三）高压隔离开关高压户内隔离开关实物图