第三章-输变电系统[1]

电气工程基础武汉理工大学电气工程系2008/2电力系统工程概述输变电设备电气一次接线保护接地电气工程基础绪论------电力系统的基本概念和知识发电系统输变电系统电力系统负荷电力网的稳态计算电力系统的短路计算电气主接线的设计与设备选择电力系统继电保护实验2008/2电力系统工程概述输变电设备电气一次接线保护接地电气工程基础第三章输变电系统2008/2电力系统工程概述输变电设备电气一次接线保护接地第一节概述输变电系统是电力系统的重要组成部分，包括变电所和输电线路。发电厂生产的电能，经输变电系统（网络），供给配电系统和用户。本章主要讨论：1、输变电系统中主要电气设备（电气一次设备）；2、根据电气一次设备的作用和对它们的工作要求,依一定的顺序用导线连接起来的电路，即电气主接线，也称电气一次接线或一次系统。2008/2电力系统工程概述输变电设备电气一次接线保护接地2008/2电力系统工程概述输变电设备电气一次接线保护接地第二节输变电设备输电线路：架空线、电力电缆开关电器：断路器、隔离开关、熔断器。测量电压和电流的电器：电流互感器、电压互感器。变换电压的设备：变压器。限制故障电流的电器：电抗器。2008/2电力系统工程概述输变电设备电气一次接线保护接地一、输电线路两种结构分为架空线路和电缆线路2008/2电力系统工程概述输变电设备电气一次接线保护接地2008/2电力系统工程概述输变电设备电气一次接线保护接地二、开关电器开关电器是断开或接通电路的电气设备总称断路器、隔离开关、熔断器。1、断路器高压断路器是高压开关设备中最重要最复杂的开关电器。它既能切断正常负载电流，又能迅速切除短路故障电流,同时承担着控制和保护的双重任务。大部分断路器能进行快速自动重合闸操作,在排除线路临时性故障后,能及时地恢复正常运行。2008/2电力系统工程概述输变电设备电气一次接线保护接地1．灭弧概念开关在闭合状态时它是电路的一部分，当它断开时，电路即被断开。当断路器的动、静触头刚刚分开瞬间，如触头两端电压不低于10～20V、电流不小于80～100mA就要出现电弧。电弧把分开的触头两端联接起来，电流仍继续流通，只有在极短的时间内使电弧熄灭，电路才被切断。2008/2电力系统工程概述输变电设备电气一次接线保护接地2008/2电力系统工程概述输变电设备电气一次接线保护接地2．断路器的基本参数额定电压Un：断路器可以在1.1～1.15倍额定线电压正常工作。额定电压决定着断路器的绝缘尺寸,同时也决定断路器的熄弧条件。额定电流In：在环境温度不超过+40℃的条件下，断路器容许长期通过的最大工作电流。额定电流将决定断路器导电回路的几何尺寸。额定开断电流Ibrn：在某个指定电压下能正常开断的最大电流。在额定电压下开断的电流称为额定开断电流，它表征断路器的开断能力。在低于额定电压下开断电流可以提高，但由于受灭弧装置结构及机械强度的限制，开断电流存在一极限值,称为极限开断电流。2008/2电力系统工程概述输变电设备电气一次接线保护接地额定断流容量Sbrn：由于开断能力既和开断电流有关,也和额定电压有关，所以开断能力可用它们的综合值，即额定断流容量来表示：断路器的开断能力主要决定于灭弧装置的结构,通常由断流容量试验确定。热稳定电流Ith：表示断路器能承受短路电流热效应的能力。我国规定4秒钟内所能承受的热稳定电流为额定热稳定电流。通常断路器的热稳定电流在数值上等于它的额定开断电流。动稳定电流iem：它表明断路器能承受短路电流电动力作用的能力。取短路电流的最大瞬时值，称为极限通过电流。分闸时间:断路器从得到分闸命令(跳闸线圈通电)起,到电孤熄灭止的-段时间称为全分闸时间.它是断路器固有分闸时间和燃弧时间之和。合闸时间：断路器从接到合闸命令(合闸线圈通电)起，到主触头刚接触止的一段时间称为合闸时间。brNNbrNIUS33．断路器的种类根据灭弧介质不同,断路器可分为油断路器、空气断路器、六氟化硫断路器、真空断路器等。多油断路器少油断路器空气断路器是以压缩空气为灭弧介质,与油断路器相比较,它不需要绝缘油，断开动作快，断流容量大,防火防爆,低温下能可靠动作,它体积小,维护检修方便。但是它结构复杂,工艺要求高,特别是需要配备一套压缩空气辅助设备。主要用于大型水电厂。我国制造的空气断路器主要是220kV和330kV等级。国外已有750kV电压等级的空气断路器。SF6断路器是80年代广泛采用的断路器。它以SF6(六氟化硫）气体作为灭弧和绝缘介质。它切断性能好,开断能力大,动作迅速,防火防爆。缺点是结构复杂、工艺要求高,它是超高压电器的主要发展方向。2008/2电力系统工程概述输变电设备电气一次接线保护接地500KV开关站2008/2电力系统工程概述输变电设备电气一次接线保护接地1000kvGIS2008/2电力系统工程概述输变电设备电气一次接线保护接地2、隔离开关隔离开关是一种没有灭弧装置的开关设备，在分闸时有明显可见断口，在合闸状态能可靠地通过正常工作电流和短路电流。隔离开关的主要特点是在有电压无负荷电流情况下，进行分、合电路，它的主要功用为：分闸后在电路中形成明显的断开点，建立可靠的绝缘间隙，保证检修人员及设备的安全；切换线路，增加线路连接灵活性。应当注意的是：由于刀闸没有灭弧装置，不能用它断开负荷电流和短路电流，应与断路器配合使用。否则造成飞弧（相对地或相同短路），烧坏设备，危及人身安全，以及带负荷拉刀闸的严重事故。所以，必须遵守后拉（停电时,先切断路器，后拉刀闸），先合（送电时，先合刀闸，后合断路器）。2008/2电力系统工程概述输变电设备电气一次接线保护接地隔离开关类型很多,按照不同的分类原则主要有：按装设地点：分为户内和户外式两种；按支持绝缘数目：分为单柱式，双柱式和三柱式；按刀闸运动方式的不同有：水平旋转式、垂直旋转式、摆动式和插入式四种。根据有无接地闸刀，又可分为有接地闸刀和无接地闸刀两种；根据操作机构不同又可分为手动、电动和气动等。2008/2电力系统工程概述输变电设备电气一次接线保护接地2008/2电力系统工程概述输变电设备电气一次接线保护接地2008/2电力系统工程概述输变电设备电气一次接线保护接地3、互感器为保证电力系统及发电厂电气设备安全、可靠、经济运行,在发电厂及变电所中还要安装电工测量仪表、继电保护及自动装置等二次电气设备和装置。这些设备不能直接安装在高压或大电流电路中,这是因为一方面对工作人员安全有危险；另一方面造成二次设备复杂和造价的提高。电压互感器,将系统的高电压变成标准的低电压(100V)。电流互感器，将系统的大电流变成小电流(5A或lA)用以给测量仪表或继电保护、自动装置二次设备供电。2008/2电力系统工程概述输变电设备电气一次接线保护接地互感器包括电压互感器和电流互感器,它们在电网中的接线如下图所示。电流互感器电压互感器12)00(12021021//1211221IIIIIIIIIIIiiiNNi即用kkkNNNNNIIk1）电流互感器原理分析存在数值误差和相位误差。(%)100112IIIkfii2008/2电力系统工程概述输变电设备电气一次接线保护接地2）电压互感器原理分析122)(2211)(1///2211212121UUIUEEIUuNNu即用KjXRjXREENNUUK存在数值误差和相位误差。(%)100212UUUKfuu2008/2电力系统工程概述输变电设备电气一次接线保护接地2008/2电力系统工程概述输变电设备电气一次接线保护接地3、电力变压器电力变压器是电力系统中广泛使用的升压和降压设备。按用途，电力变压器可分为升压变、降压变、联络变和配电变。按相数分，可分为单相变和三相变。按每相绕组的线圈数，分为双绕组和三绕组变压器。2008/2电力系统工程概述输变电设备电气一次接线保护接地4、高压开关柜2008/2电力系统工程概述输变电设备电气一次接线保护接地第三节电气一次接线电力系统电气一次接线概述电气主接线的基本接线形式发电厂及变电所的电气主接线举例2008/2电力系统工程概述输变电设备电气一次接线保护接地一、电力系统接线和输变电网接线三种接线形式1、电力系统地理接线各发电厂、变电所的相对地理位置和它们之间的联接关系。2008/2电力系统工程概述输变电设备电气一次接线保护接地2008/2电力系统工程概述输变电设备电气一次接线保护接地2、输变电网络接线无备用接线单回路放射式、干线式和链式。有备用接线双回路供电方式、环式2008/2电力系统工程概述输变电设备电气一次接线保护接地2008/2电力系统工程概述输变电设备电气一次接线保护接地3、发电厂、变电站电气主接线描述发电厂、变电站中各主要电气设备之间的电气联接关系。要求能识别电气主接线的基本形式以及掌握其特点：1）供电的可靠性；2）操作灵活性；3）经济性2008/2电力系统工程概述输变电设备电气一次接线保护接地二、电气主接线的基本接线形式分为有汇流母线接线和无汇流母线接线。1、有汇流母线接线（1）单母线接线母线隔离开关QS2线路隔离开关QS3接地刀闸QS4送电操作先合QS2、QS3再投QF2断电操作先断QF2再断QS3、QS22008/2电力系统工程概述输变电设备电气一次接线保护接地单母线接线主要优点：（1）接线简单、清晰、操作方便，所用电气设备少；（2）隔离开关仅作为隔离电源用，不作为操作电器，减少误操作机会。单母线接线主要缺点：可靠性灵活性差。若母线或隔离开关故障或检修时，整个系统全部停电。故这种接线只适用于单电源的发电厂和变电所，且出线回路少，用户对供电可靠性灵活性不高的场合。2008/2电力系统工程概述输变电设备电气一次接线保护接地（2）单母线分段接线2008/2电力系统工程概述输变电设备电气一次接线保护接地分段的单母线接线保留了单母线接线优点,同时提高了重要用户供电的可靠性。因为：（1）重要用户可以分别从不同分段上取得双回路供电。（2）由于母线被分段,就可以轮流检修分段母线,总可以保留一半用户继续供电,从而提高了供电可靠性；（3）同时由于当一段母线故障,仍有一半用户继续供电，从而缩小了事故范围。2008/2电力系统工程概述输变电设备电气一次接线保护接地（3）单母线分段带旁路母线接线加装旁路母线的目的,检修出线断路器(如QF4),可不中断该回路的供电。若检修QF4时，A、B经QF1、QS1和QS2并列运行。操作：QS5合，QF1断、QS1断、QS3合、QF1合，使W3旁路母线充电3～5min,若无问题即可合上QS8,这时出线4同时从主母线和旁路母线供电,这时就可以断开出线断路器QF4及两侧相应的隔离开关QS6和QS7,这时QF1代替QF4工作,而出线并不中断供电。QS5QF2带有旁路母线的单母分段接线适用于出线回路数较多、容量不很大的中小型发电厂和电压为35~110kV的变电所，它具有足够的可靠性和灵活性。2008/2电力系统工程概述输变电设备电气一次接线保护接地三种运行方式1)QF断，一组母线工作，另一组备用，全部进出线接于运行母线。2)QF断，进出线分别接于两组母线上。3)QF合，进出线平均分别接于两组母线上。检修一组母线，可使回路供电不中断。例W1工作母线检修，操作如下：QS1、QS2合，QF合给备用母线W2充电，若正常，先接通备用母线W2侧隔离开关，再断开接于工作母线W1的隔离开关。（4）双母线单母线接线具有接线简单、清晰，操作方便及易发展的优点。但是，当有大量重要用户而在系统中没有备用线路，这时为保证供电可靠性和灵活性，就应采用双母线接线。双母线接线具有较高的可靠性、切换灵活、易扩建，在中大型发电厂变电站广泛应用。2008/2电力系统工程概述输变电设备电气一次接线保护接地（5）双母线分段接线2008/2电力系统工程概述输变电设备电气一次接线保护接地多用于35kV以上电网，因为电压越高，断路器检修时间越长，停电时间也越长，有了旁路设施就可克服这一缺点。（6）双母线带旁路母线接线