第3章输变电系统

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1、回顾：火力发电厂的生产过程 三大系统：燃烧系统、汽水系统和电气系统。,第三章 输变电系统 皖西学院机械与电子工程学院 卢承领 luchengling,主要内容,一次系统和一次设备的基本概念；一次设备的类型；简述母线、断路器、隔离开关、输电线路、TA、TV等一次设备； 各类电气主接线的接线方式、运行特点、检修特点、适用场合（注意各类主接线之间的比较）；（本章重点） 配电装置的基本概念及分类，安全净距的概念及ABCDE值简介；保护接地的基本概念、实现原理及分类。,变电站和输电线路 包括 变换电压的设备：如变压器。 接通和开断电路的开关电器：如断路器，隔离开关，熔断器等。 防御过电压，限制故障电流的

2、电器：如避雷器、避雷针、避雷线、电抗器。 无功补偿设备：如电力电容器，同步调相机，静止补偿器。 载流导体：如母线，引线，电缆，架空线。 接地装置；如变压器中性点接地、设备外壳接地、防雷接地等。 电气主接线 发电厂和变电所中的一次设备，按照一定规律连接而成的电路，也称电气一次接线或一次系统。,第一节 输变电系统概述,输电线路,第二节 输变电设备,架空线路 电缆线路,架空线路主要由导线（一般为钢芯铝绞线）、杆塔、绝缘瓷瓶和线路金具等基本元件组成。,优点： 1）设备简单，造价低。 2）露置空中，易于检修和维护。 3）利用空气绝缘，建造比较容易。 缺点： 1）侵占地面位置，有碍交通。 2）易受环境影响

3、、安全可靠性较差。 3）影响厂区美化 。,为了防雷，有些架空线还架设有避雷线。,电缆线路,电缆线路与架空线路相比，具有运行可靠，不易受外界影响，不占地面的优点，但同时也具有投资大，敷设维修困难，难于发现和排除故障的缺点。,1.电缆的结构 电缆主要由导体、绝缘层、护套层和铠装层组成,电缆线路由电力电缆和电缆头(包括电缆中间接头和电缆终端头)组成。,开关电器是断开或接通电路的电气设备总称 按功能可划分为以下几类 （1）仅用于断开或闭合正常工作电流的开关电器，如负荷开关，接触器等 （2）仅用于断开过负荷或短路电流的开关电器，如熔断器 （3）用于断开或闭合正常工作电流、短路电流的开关电器，如交流断路器

4、、直流断路器、低压制动空气断路器等 (4) 不要求断开或闭合电流，只用于检修时隔离电压的开关电器，如隔离开关,开关电器,高压断路器（circuit-breaker）是带有强力灭弧装置的高压开关设备，是供配电系统中重要的开关设备，它能够开断和闭合正常线路与故障线路，主要用于供配电系统发生故障时与保护装置配合自动切断系统的短路电流。 高压断路器通常按照灭弧介质分类，主要有: 油断路器 真空断路器 SF6（六氟化硫）断路器,高压断路器(QF),SN-10型高压少油断路器一相油箱内部结构,SN10-10型断路器,开关电器 高压断路器（ QF ）的,多断口断路器 多断口断路器，由于各个断口间及对地的杂散

5、电容，使得各断口在开断位置的电压及在开断过程中的恢复电压分配不均匀，从而使得各断口的工作条件及开断负担不同，从而降低了整台断路器的开断性能。 解决方法：在各断口上并联一个比杂散电容大得多的电容器，使各断口上的电压分配均匀，以提高断路器的开断能力，所以断口并联电容器叫做均匀电容器 断路器开断 断路器合闸与有潜伏性故障的线路时，要经历一个先合后跳的操作循环，此时，只有断路器的额定关合电流大于短路冲击电流，才能可靠的开断 额定关合电流是为了保证断路器在关合短路电流时的安全，断路器的额定关合电流不应小于短路冲击电流ish,1.高压断路器一般采用多端口结构，通常在每个断口并联电容C，并联电容的作用（ ）

6、 A.使弧隙电压的恢复过程由周期性变为非周期性 B.使得电压能均匀地分布在每个断口上 C.可以增大介质强度的恢复速度 D.可以限制系统中的操作过电压 2.为了使断路器各断口上的电压分布接近相等，常在断路器多断口上加装（ ） A.并联电抗B.并联电容C.并联电阻D.并联辅助断口,3.为了保证断路器在关合短路电流时的安全性，其关合电流满足条件（ ） A.应不小于短路冲击电流 B.应不大于短路冲击电流 C.只需大于长期工作电流 D.只需大于通过断路器的短路稳态电流,开关电器 高压断路器（ QF ）的基本参数 （1）额定电压UN 额定电流IN （2）额定开断电流Inbr：额定电压下能正常开断的最大短路

7、电流称为额定开断电流，它表征断路器的开断能力。 （3）全开断时间tab 断路器从接到分闸命令起到电弧熄灭的时间为全开断时间。全开断时间=固有分闸时间+电弧燃烧时间 （4）合闸时间ton 断路器从接到合闸命令起到主触头刚接触为止的时间 （5）额定动稳定电流（峰值）ies、它表明断路器能承受短路电流电动力作用的能力，此电流又称极限通过电流. （6）热稳定电流It 它表明断路器承受短路电流热效应的能力 （7）自动重合闸性能：,互感器,互感器包括电流互感器（TA）和电压互感器（TV）,21,一、电流互感器,1铁心 2一次绕组 3二次绕组 电流互感器的基本结构原理图,结构特点,一次绕组匝数很少，而且一次

8、绕组导体相当粗,二次绕组匝数很多，导体较细。,电流互感器的一次电流I1与其二次电流I2之间有下列关系：,1）电流互感器原理分析,存在数值误差和相位误差。,电流互感器 运行特点：二次绕组不能开路（电流互感器外壳接地） 二次接线：单相接线；星形接线；不完全星形接线,教材有误,电流互感器 电流互感器二次绕组在运行时，（ ） A.允许短路不允许开路 B.允许开路不允许短路 C.不允许短路不允许开路 D.允许短路也允许开路,25,电压互感器,电压互感器的基本结构原理和接线方案,1铁心 2一次绕组 3二次绕组 电压互感器的基本结构原理图,电压互感器的一次电压U1与二次电压U2之间有下列关系：,2）电压互感

9、器原理分析,存在数值误差和相位误差。,电压互感器 运行特点： 二次绕组不能短路 接线方式：,电磁式电压互感器接线图,电容式电压互感器原理接线图,一、电力系统接线和输变电网络接线 电力系统接线 地理接线图：表明各发电厂、变电所的相对地理位置和它们之间的联接关系 电气接线图：表明电力系统中各主要元部件之间和厂所之间的电气联接关系 输变电网络接线 无备用：单回路放射式、干线式和链式网络等，每一负荷只能靠一条线路获得电能，又称开式网络。 有备用：双回路式、单环式、双环式和两端供电式等，每一个负荷点至少可以通过两条线路从不同方向取得电能，又称闭式网络。,第二节 电气一次接线,二、电气主接线的基本接线形式

10、 有汇流母线：单母线、单母线分段，双母线，双母线分段；增设旁路母线或旁路隔离开关，一倍半（3/2）断路器接线，变压器母线组接线等。 无汇流母线：单元接线、桥形接线、角形接线等。 几个基本概念： 汇流母线：起汇集和分配电能的作用，也称汇流排。 进、出线：进线指电源，出线指线路。 断路器、隔离开关（母线、线路）、接地刀闸：,断路器与隔离开关的操作顺序： 送电操作顺序：先合上断路器两侧的隔离开关，再投入断路器。 停电检修操作顺序：先断开断路器，再断开断路器两侧的隔离开关。待线路对方停电后，再合上接地刀闸。,认识母线：,1. 单母线接线 接线图,有母线电气一次接线,母线隔离开关QS2 线路隔离开关QS

11、3 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、QS2,有母线电气一次接线,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。,2. 单母线分段接线 接线图,有母线电气一次接线,特点 减少母线故障或检修时的停电范围。 断路器检修期间必须停止该回路的供电。 母线分段的数目，通常以23分段为

12、宜，分段太多增加了分段断路器。 适用范围 610kV配电装置出线6回及以上； 35kV出线数为48回； 110220kV出线数为34回。,3. 单母线分段加装旁路母线接线 接线图,有母线电气一次接线,旁路母线的作用 不停电检修进出线断路器。 操作方式（检修QF4，且WL4不停电） 如A、B段经QF1和QS1、QS2并列运行，则闭合QS5断开QF1断开QS1闭合QS3闭合QF1使W3带电（不要首先闭合QS8）。此时若W3隐含故障，则由继电保护装置动作断开QF1。 若W3充电正常，操作可以继续进行：合上QS8断开QF4。这时WL4由母线BQS2QF1QS3 W3QS8 WL4供电。并由QF1替代断

13、路器QF4。 QF4检修前，应把QS6、QS7断开。 适用范围 中小型发电厂和35110kV的变电所。,（分段断路器QF1兼旁母断路器）,4. 双母线接线 接线图 具有两组母线W1，W2。每一回路经一台断路器和两组隔离开关分别与两组母线连接，母线之间通过母线联络断路器QF（简称母联）连接。,有母线电气一次接线,运行方式 母联QF断开，一组母线工作，另一组母线备用，全部进出线接于运行母线上。 母联QF断开，进出线分别接于两组母线，两组母线分裂运行。 母联QF闭合，电源和馈线平均分配在两组母线上。 优点 检修一组母线，可使回路供电不中断；一组母线故障，部分进出线会暂时停电。 供电可靠，调度灵活，又

14、便于扩建。,有母线电气一次接线,双母线接线的倒母线操作 闭合母联两侧的隔离开关QS1，QS2，合QF向备用母线充电； 若备用母线带电后一切正常，下一步则先接通（一条或全部）回路接于备用母线侧的隔离开关，然后断开（该条或全部）回路接于工作母线上的隔离开关，这就是所谓的“先通后断”的原则； 待全部回路操作完成后，断开母联断路器及其两侧的隔离开关。 适用范围 大中型发电厂和变电所。,5. 双母线分段接线 接线图,有母线电气一次接线,特点 工作母线分成2段，即母线II，III段，备用母线I不分段，QF1，QF2为母联，QF3为分段断路器。 正常工作时，II，III段工作，I段备用，在分段回路中可接入分

15、段电抗器L，当任一分段故障时，L限制相邻段供给的短路电流。 适用范围 610kV配电装置中； 220kV电压进出线回路数甚多时，也采用双母线四分段的接线。,6. 双母线带旁路母线接线 接线图,有母线电气一次接线,母联兼作旁路断路器 一组母线带旁路 两组母线带旁路 增设旁路跨条,7. 一台半断路器接线 接线图 在母线W1，W2之间，每串接有三台断路器，两条回路，每二台断路器之间引出一回线，故称为一台半断路器接线，又称二分之三接线。,有母线电气一次接线,特点 具有较高的供电可靠性及运行灵活性。 母线故障，只跳开与此母线相连的断路器，任何回路不停电。 隔离开关不作操作电器，减少了误操作的几率。 使用

16、设备较多，投资较大，二次控制接线和继电保护配置也比较复杂。 适用范围 大型电厂和变电所的超高压配电装置。,1. 单元接线及扩大单元接线 接线图 a. 单元接线,无母线电气一次接线,B. 扩大单元接线,2. 桥形接线 接线图,无母线电气一次接线,内桥与外桥接线的比较,适用范围 内桥：输电线路长、故障几率多； 外桥：线路短、变压器经常投切。,3. 角形接线 接线图,无母线电气一次接线,Case1：发电厂的主接线,第四节 配电装置,配电装置是根据电气主接线的要求，由开关电器，保护和测量电器，母线和必要的辅助设备组建而成，用于接受和分配电能的装置 按电器设备装设地点：屋内和屋外配电装置 按其组装方式，可分为装配式和成套式,配电装置,安全净距 ：从保证电气设备和工作人员的安全出发，考虑气象条件及其它因素的影响所规定的各电气设备之间、电气设备各带电部分之间、带电部分与接地部分之间应该保持的最小空气间隙 A1：带电部分至接地部分最小电气距离 A2：不同相导体之间的最小电气距离 B1：带电部分至栅栏的距离 B1=A1+750 B