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1、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,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,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（又称一次接线或主电路）和二次接线（又称二次回路）。 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
2、，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。,500kV变电站(一次设备),葛-上线(500kV),500kV输电线(一次设备),龙泉(宜昌)换流站：高压直流输电的整流站和逆变站,上海南桥换流站,220kV变电站(一次设备),牧区输电线路(一次设备),接母线变压器,高压电器设备,高压电器设备,高压电器设备,高压一次设备,高压一次设备,高压一次设备,第一节 发电厂和变配电所的主要电气设备,安全可靠的绝缘,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
3、,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,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,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,（一）高压断路器,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，
4、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,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
5、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。,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
6、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 )。,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。,SN10-10型少油断路器灭弧过程,熄弧性能比较,
7、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。,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
8、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,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,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,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,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
9、,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。,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55110kV。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
10、路器，因开断单元为110kV,所以每极取单柱双断口的结构。,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,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,并联均压电容,断口,并联电容,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）,2. 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
11、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,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,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：110220kV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：1035kV电力系统,SF6断路器的外形结构,LW12-500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,
12、SF6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,3. 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：1.33102 1.33105 Pa标准大气压的10-710-9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
13、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。,真空断路器实物图片,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,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,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
14、趋势,熔断器时间电流特性,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,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,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
15、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,高压限流熔断器实物图片,限流式熔断器,高压熔断器的典型结构,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
16、，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。,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。,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片,结构：触头装置、绝缘瓷瓶、底座及传动机构等。高压隔离开关一般采用手力操动机构,类型： 户内户外,单柱式,双柱式,三柱式,隔离开关的典型结构（户内型）,GN19-12(C)系列户内高压隔离开关,底座,支柱绝缘子,静触头,闸刀,操作绝缘子,转轴,隔离开关的典型结构（户外型单柱式）,GW46-550型单柱隔离开关,单柱隔离开关的原理图,合闸状态,分闸状态,剪刀型隔离开关合闸动画演示,
