第3章 輸變電系統(tǒng)

1、回顧：火力發(fā)電廠的生產(chǎn)過程三大系統(tǒng)：燃燒系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)。第三章 輸變電系統(tǒng)皖西學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院盧承領(lǐng) 主要內(nèi)容 一次系統(tǒng)和一次設(shè)備的基本概念；一次設(shè)備的類型；簡述母線、斷路器、隔離開關(guān)、輸電線路、TA、TV等一次設(shè)備； 各類電氣主接線的接線方式、運行特點、檢修特點、適用場合（注意各類主接線之間的比較）；（本章重點） 配電裝置的基本概念及分類，安全凈距的概念及ABCDE值簡介；保護(hù)接地的基本概念、實現(xiàn)原理及分類。變電站和輸電線路包括 變換電壓的設(shè)備：如變壓器。 接通和開斷電路的開關(guān)電器：如斷路器，隔離開關(guān)，熔斷器等。 防御過電壓，限制故障電流的電器：如避雷器、避雷針、避雷線、電抗

2、器。 無功補(bǔ)償設(shè)備：如電力電容器，同步調(diào)相機(jī)，靜止補(bǔ)償器。 載流導(dǎo)體：如母線，引線，電纜，架空線。 接地裝置；如變壓器中性點接地、設(shè)備外殼接地、防雷接地等。 電氣主接線 發(fā)電廠和變電所中的一次設(shè)備，按照一定規(guī)律連接而成的電路，也稱電氣一次接線或一次系統(tǒng)。 第一節(jié)第一節(jié) 輸變電系統(tǒng)概述輸變電系統(tǒng)概述 輸電線路第二節(jié)第二節(jié) 輸變電設(shè)備輸變電設(shè)備 架空線路 電纜線路 架空線路主要由導(dǎo)線（一般為鋼芯鋁絞線）、桿塔、絕緣瓷瓶和線路金具等基本元件組成。 優(yōu)點： 1）設(shè)備簡單，造價低。 2）露置空中，易于檢修和維護(hù)。 3）利用空氣絕緣，建造比較容易。 缺點： 1）侵占地面位置，有礙交通。 2）易受環(huán)境影響、

3、安全可靠性較差。 3）影響廠區(qū)美化 。為了防雷，有些架空線還架設(shè)有避雷線。電纜線路 電纜線路與架空線路相比，具有運行可靠，不易受外界影響，不占地面的優(yōu)點，但同時也具有投資大，敷設(shè)維修困難，難于發(fā)現(xiàn)和排除故障的缺點。1.電纜的結(jié)構(gòu)電纜主要由導(dǎo)體、絕緣層、護(hù)套層和鎧裝層組成電纜線路由電力電纜和電纜頭(包括電纜中間接頭和電纜終端頭)組成。開關(guān)電器是斷開或接通電路的電氣設(shè)備總稱開關(guān)電器是斷開或接通電路的電氣設(shè)備總稱按功能可劃分為以下幾類（1）僅用于斷開或閉合正常正常工作電流的開關(guān)電器，如負(fù)荷開關(guān)，接觸器等（2）僅用于斷開過負(fù)荷過負(fù)荷或短路短路電流的開關(guān)電器，如熔斷器（3）用于斷開斷開或閉合閉合正常工作

4、電流、短路電流短路電流的開關(guān)電器，如交流斷路器、直流斷路器、低壓制動空氣斷路器等 (4) 不要求斷開或閉合電流，只用于檢修檢修時隔離電壓的開關(guān)電器，如隔離開關(guān) 開關(guān)電器高壓斷路器（circuit-breaker）是帶有強(qiáng)力滅弧裝置的高壓開關(guān)設(shè)備，是供配電系統(tǒng)中重要的開關(guān)設(shè)備，它能夠開斷和閉合正常線路與故障線路，主要用于供配電系統(tǒng)發(fā)生故障時與保護(hù)裝置配合自動切斷系統(tǒng)的短路電流。 高壓斷路器通常按照滅弧介質(zhì)分類，主要有: 油斷路器 真空斷路器 SF6（六氟化硫）斷路器高壓斷路器高壓斷路器(QF)(QF)SN-10SN-10型高壓少油斷路器型高壓少油斷路器一相油箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)一相油箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)SN10-1

5、0型斷路器 開關(guān)電器高壓斷路器（高壓斷路器（ QF ）的）的多斷口斷路器多斷口斷路器 多斷口斷路器，由于各個斷口間及對地的雜散電容，使得各斷口在開斷位置的電壓及在開斷過程中的恢復(fù)電壓分配不均勻，從而使得各斷口的工作條件及開斷負(fù)擔(dān)不同，從而降低了整臺斷路器的開斷性能。 解決方法：解決方法：在各斷口上并聯(lián)一個比雜散電容大得多的電容器，使各斷口上的電壓分配均勻，以提高斷路器的開斷能力，所以斷口并聯(lián)電容器叫做均勻電容器斷路器開斷斷路器開斷 斷路器合閘與有潛伏性故障的線路合閘與有潛伏性故障的線路時，要經(jīng)歷一個先合后跳的操作循環(huán)，此時，只有斷路器的額定關(guān)合電流大于短路沖擊電流短路沖擊電流，才能可靠的開斷

6、額定關(guān)合電流是為了保證斷路器在關(guān)合短路電流時的安全，斷路器的額定關(guān)合電流不應(yīng)小于短路沖擊電流ish 1.高壓斷路器一般采用多端口結(jié)構(gòu)，通常在每個斷口并聯(lián)電容C，并聯(lián)電容的作用（ ） A.使弧隙電壓的恢復(fù)過程由周期性變?yōu)榉侵芷谛?B.使得電壓能均勻地分布在每個斷口上 C.可以增大介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)速度 D.可以限制系統(tǒng)中的操作過電壓 2.為了使斷路器各斷口上的電壓分布接近相等，常在斷路器多斷口上加裝（ ） A.并聯(lián)電抗B.并聯(lián)電容C.并聯(lián)電阻D.并聯(lián)輔助斷口 3.為了保證斷路器在關(guān)合短路電流時的安全性，其關(guān)合電流滿足條件（ ） A.應(yīng)不小于短路沖擊電流 B.應(yīng)不大于短路沖擊電流 C.只需大于長期工作

7、電流 D.只需大于通過斷路器的短路穩(wěn)態(tài)電流 開關(guān)電器高壓斷路器（高壓斷路器（ QF ）的基本參數(shù)）的基本參數(shù)（1）額定電壓UN額定電流IN（2）額定開斷電流Inbr：額定電壓下能正常開斷的最大短路電流最大短路電流稱為額定開斷電流，它表征斷路器的開斷能力。（3）全開斷時間tab 斷路器從接到分閘命令起到電弧熄滅的時間為全開斷時間。全開斷時間=固有分閘時間+電弧燃燒時間（4）合閘時間ton 斷路器從接到合閘命令起到主觸頭剛接觸為止的時間 （5）額定動穩(wěn)定電流（峰值）ies、它表明斷路器能承受短路電流電動力作用的能力，此電流又稱極限通過電流. （6）熱穩(wěn)定電流It 它表明斷路器承受短路電流熱效應(yīng)的能

8、力（7）自動重合閘性能： 互感器互感器包括電流互感器（TA）和電壓互感器（TV）21一、電流互感器一、電流互感器 1鐵心鐵心 2一次繞組一次繞組 3二次繞組二次繞組電流互感器的基本結(jié)構(gòu)原理圖電流互感器的基本結(jié)構(gòu)原理圖結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點一次繞組匝數(shù)很少一次繞組匝數(shù)很少，而且而且一次繞組導(dǎo)體相當(dāng)粗一次繞組導(dǎo)體相當(dāng)粗二次繞組匝數(shù)很多，導(dǎo)二次繞組匝數(shù)很多，導(dǎo)體較細(xì)。體較細(xì)。電流互感器的一次電流電流互感器的一次電流I I1 1與其二次電流與其二次電流I I2 2之間之間有下列關(guān)系：有下列關(guān)系：21221iNIIK IN12)00(12021021/1211221IIIIIIIIIIIiiiNNi即用kkk

9、NNNNNIIk1）電流互感器原理分析）電流互感器原理分析存在數(shù)值誤差和相位誤差。(%)100112IIIkfii 電流互感器運行特點：二次繞組不能開路（電流互感器外殼接地）運行特點：二次繞組不能開路（電流互感器外殼接地）二次接線：單相接線；星形接線；不完全星形接線二次接線：單相接線；星形接線；不完全星形接線A BCAK2K1L1L2ABCAAAABCAwhIaIcIb教材有誤 電流互感器電流互感器二次繞組在運行時，（ ）A.允許短路不允許開路 B.允許開路不允許短路C.不允許短路不允許開路 D.允許短路也允許開路25電壓互感器電壓互感器電壓互感器的基本結(jié)構(gòu)原理和接線方案1鐵心鐵心 2一次繞組

10、一次繞組 3二次繞組二次繞組電壓互感器的基本結(jié)構(gòu)原理圖電壓互感器的基本結(jié)構(gòu)原理圖電壓互感器的一次電壓電壓互感器的一次電壓U U1 1與與二次電壓二次電壓U U2 2之間有下列關(guān)系：之間有下列關(guān)系：11222uNUUK UN2）電壓互感器原理分析）電壓互感器原理分析122)(2211)(1/2211212121UUIUEEIUuNNu即用KjXRjXREENNUUK存在數(shù)值誤差和相位誤差。(%)100212UUUKfuu 電壓互感器 運行特點：二次繞組不能短路二次繞組不能短路 接線方式：rdF1LTVZ2lC1C2至通信設(shè)備CU1UC2U3U2電磁式電壓互感器接線圖電容式電壓互感器原理接線圖一、

11、電力系統(tǒng)接線和輸變電網(wǎng)絡(luò)接線 電力系統(tǒng)接線 地理接線圖：表明各發(fā)電廠、變電所的相對地理位置和它們之間的聯(lián)接關(guān)系 電氣接線圖：表明電力系統(tǒng)中各主要元部件之間和廠所之間的電氣聯(lián)接關(guān)系 輸變電網(wǎng)絡(luò)接線 無備用：單回路放射式、干線式和鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)等，每一負(fù)荷只能靠一條線路獲得電能，又稱開式網(wǎng)絡(luò)。 有備用：雙回路式、單環(huán)式、雙環(huán)式和兩端供電式等，每一個負(fù)荷點至少可以通過兩條線路從不同方向取得電能，又稱閉式網(wǎng)絡(luò)。第二節(jié)第二節(jié) 電氣一次接線電氣一次接線二、電氣主接線的基本接線形式 有匯流母線：單母線、單母線分段，雙母線，雙母線分段；增設(shè)旁路母線或旁路隔離開關(guān)，一倍半（3/2）斷路器接線，變壓器母線組接線等。 無

12、匯流母線：單元接線、橋形接線、角形接線等。 幾個基本概念： 匯流母線：起匯集和分配電能的作用，也稱匯流排。 進(jìn)、出線：進(jìn)線指電源，出線指線路。 斷路器、隔離開關(guān)（母線、線路）、接地刀閘： 斷路器與隔離開關(guān)的操作順序： 送電操作順序送電操作順序：先合上斷路器兩側(cè)的隔離開關(guān)，再投入斷路器。 停電檢修操作順序停電檢修操作順序：先斷開斷路器，再斷開斷路器兩側(cè)的隔離開關(guān)。待線路對方停電后，再合上接地刀閘。QSQF認(rèn)識母線：1. 單母線接線 接線圖有母線電氣一次接線有母線電氣一次接線母線隔離開關(guān)QS2線路隔離開關(guān)QS3接地刀閘QS4送電操作送電操作先合QS2、QS3再投QF2斷電操作斷電操作先斷QF2再斷

13、QS3、QS2有母線電氣一次接線有母線電氣一次接線 單母線接線主要優(yōu)點：單母線接線主要優(yōu)點：（1）接線簡單、清晰、操作方便，所用電氣設(shè)備少；（2）隔離開關(guān)僅作為隔離電源用，不作為操作電器，減少誤操作機(jī)會。 單母線接線主要缺點：單母線接線主要缺點： 可靠性靈活性差。若母線或隔離開關(guān)故障或檢修時，整個系統(tǒng)全部停電。故這種接線只適用于單電源的發(fā)電廠和變電所發(fā)電廠和變電所，且出線回路少出線回路少，用戶對供電可靠性靈活性不高的場合。2. 單母線分段接線 接線圖有母線電氣一次接線有母線電氣一次接線 特點 減少母線故障或檢修時的停電范圍。 斷路器檢修期間必須停止該回路的供電。 母線分段的數(shù)目，通常以23分段

14、為宜，分段太多增加了分段斷路器。 適用范圍 610kV配電裝置出線6回及以上； 35kV出線數(shù)為48回； 110220kV出線數(shù)為34回。QF1分段斷路器GWL1WL2WL3WL4G3. 單母線分段加裝旁路母線接線 接線圖有母線電氣一次接線有母線電氣一次接線 旁路母線的作用 不停電檢修進(jìn)出線斷路器。 操作方式（檢修QF4，且WL4不停電） 如A、B段經(jīng)QF1和QS1、QS2并列運行，則閉合QS5斷開QF1斷開QS1閉合QS3閉合QF1使W3帶電（不要首先閉合QS8）。此時若W3隱含故障，則由繼電保護(hù)裝置動作斷開QF1。 若W3充電正常，操作可以繼續(xù)進(jìn)行：合上QS8斷開QF4。這時WL4由母線B

15、QS2QF1QS3 W3QS8 WL4供電。并由QF1替代斷路器QF4。 QF4檢修前，應(yīng)把QS6、QS7斷開。 適用范圍 中小型發(fā)電廠和35110kV的變電所。GGWL1WL4WL3WL2QS7QS6QF4WABQS8W3QS5QF1QS1QS3QS2QS4（分段斷路器QF1兼旁母斷路器）4. 雙母線接線 接線圖 具有兩組母線W1，W2。每一回路經(jīng)一臺斷路器和兩組隔離開關(guān)分別與兩組母線連接，母線之間通過母線聯(lián)絡(luò)斷路器QF（簡稱母聯(lián)）連接。有母線電氣一次接線有母線電氣一次接線 運行方式母聯(lián)QF斷開，一組母線工作，另一組母線備用，全部進(jìn)出線接于運行母線上。母聯(lián)QF斷開，進(jìn)出線分別接于兩組母線，兩

16、組母線分裂運行。母聯(lián)QF閉合，電源和饋線平均分配在兩組母線上。 優(yōu)點檢修一組母線，可使回路供電不中斷；一組母線故障，部分進(jìn)出線會暫時停電。供電可靠，調(diào)度靈活，又便于擴(kuò)建。QFQS2QS1W1W2電源1電源2有母線電氣一次接線有母線電氣一次接線 雙母線接線的倒母線操作閉合母聯(lián)兩側(cè)的隔離開關(guān)QS1，QS2，合QF向備用母線充電；若備用母線帶電后一切正常，下一步則先接通（一條或全部）回路接于備用母線側(cè)的隔離開關(guān)，然后斷開（該條或全部）回路接于工作母線上的隔離開關(guān)，這就是所謂的“先通后斷”的原則；待全部回路操作完成后，斷開母聯(lián)斷路器及其兩側(cè)的隔離開關(guān)。 適用范圍大中型發(fā)電廠和變電所。QFQS2QS1W

17、1W2電源1電源25. 雙母線分段接線 接線圖有母線電氣一次接線有母線電氣一次接線 特點工作母線分成2段，即母線II，III段，備用母線I不分段，QF1，QF2為母聯(lián)，QF3為分段斷路器。正常工作時，II，III段工作，I段備用，在分段回路中可接入分段電抗器L，當(dāng)任一分段故障時，L限制相鄰段供給的短路電流。 適用范圍610kV配電裝置中；220kV電壓進(jìn)出線回路數(shù)甚多時，也采用雙母線四分段的接線。電源2I電源1QF1QF2QF3 LQS4W36. 雙母線帶旁路母線接線 接線圖有母線電氣一次接線有母線電氣一次接線 母聯(lián)兼作旁路斷路器一組母線帶旁路兩組母線帶旁路增設(shè)旁路跨條QFW3W2W1QF1W

18、1W2QF4QF2電源1電源27. 一臺半斷路器接線 接線圖 在母線W1，W2之間，每串接有三臺斷路器，兩條回路，每二臺斷路器之間引出一回線，故稱為一臺半斷路器接線，又稱二分之三接線。有母線電氣一次接線有母線電氣一次接線 特點 具有較高的供電可靠性及運行靈活性。 母線故障，只跳開與此母線相連的斷路器，任何回路不停電。 隔離開關(guān)不作操作電器，減少了誤操作的幾率。 使用設(shè)備較多，投資較大，二次控制接線和繼電保護(hù)配置也比較復(fù)雜。 適用范圍大型電廠和變電所的超高壓配電裝置。W1W2QFQSQSQSQSQFQFQSQSQS1QS11. 單元接線及擴(kuò)大單元接線 接線圖a. 單元接線無母線電氣一次接線無母線

19、電氣一次接線B. 擴(kuò)大單元接線TGLTGGTGTTGGTGG2. 橋形接線 接線圖無母線電氣一次接線無母線電氣一次接線 內(nèi)橋與外橋接線的比較LT1QF1LT2QF2QF3QS2QS1內(nèi)橋LQF1T1QF3QS2QS1外橋LQF2T2 適用范圍 內(nèi)橋：輸電線路長、故障幾率多； 外橋：線路短、變壓器經(jīng)常投切。3. 角形接線 接線圖無母線電氣一次接線無母線電氣一次接線Case1Case1：發(fā)電廠的主接線：發(fā)電廠的主接線第四節(jié)第四節(jié) 配電裝置配電裝置 配電裝置是根據(jù)電氣主接線的要求，由開關(guān)電器，保護(hù)和測量電器，母線和必要的輔助設(shè)備組建而成，用于接受和分配電能的裝置 按電器設(shè)備裝設(shè)地點裝設(shè)地點：屋內(nèi)和屋

20、外配電裝置 按其組裝方式，可分為裝配式裝配式和成套式成套式配電裝置配電裝置 安全凈距安全凈距 ：從保證電氣設(shè)備和工作人員的安全出發(fā)，考慮氣象條件及其它因素的影響所規(guī)定的各電氣設(shè)備之間、電氣設(shè)備各帶電部分之間、帶電部分與接地部分之間應(yīng)該保持的最小空氣間隙 A1：帶電部分至接地部分最小電氣距離 A2：不同相導(dǎo)體之間的最小電氣距離 B1：帶電部分至柵欄的距離 B1=A1+750 B2：帶電部分至網(wǎng)狀遮欄的距離 B2=A1+70+30配電裝置配電裝置 B3：帶電部分至無孔遮欄的距離 B3=A1+30 C：無遮攔裸導(dǎo)體至地面或樓板高度 C=A1+230020 D：不同時停電檢修的無遮攔裸導(dǎo)體間的水平凈距

21、 D=A1+1800200 E：屋內(nèi)架空出線套管中心線至屋外地面的距離 E=A1+3500屋外配電裝置成套配電裝置（屋內(nèi)、屋外） 低壓配電屏（380/220V）：固定式配電屏，金屬封閉抽屜式 高壓開關(guān)柜（335kV）：手車式和固定式 F+C柜（熔斷器+真空接觸器） 箱式變電站 SF6全封閉組合電器（GIS）第五節(jié)第五節(jié) 保護(hù)接地及接零保護(hù)接地及接零一、保護(hù)接地的作用 保護(hù)接地： 將電氣設(shè)備金屬外殼、金屬構(gòu)件或互感器的二次側(cè)等接地，防備由于絕緣損壞而使外殼帶危險電壓后，以保護(hù)工作人員在接觸時的安全。 觸電方式 與帶電部分直接接觸； 接地故障時，人處于接觸電壓和跨步電壓的危險區(qū)； 與帶電部分間隔在

22、安全距離之內(nèi)。ZREImanUIEEtmanEEmanRRRRII保護(hù)接地及接零保護(hù)接地及接零二、保護(hù)接地裝置電阻的允許值 接觸電壓和跨步電壓： 接地電壓：電氣設(shè)備的接地體與零電位之間的電位差UE。EEtouAU1.8mE=f(L)UE0.8uU1U20.81520米1520米等位面地中電流EstepE=f(L)接地體LL 接觸電壓：當(dāng)人觸及帶電的外殼，加于人手和腳之間的電壓。 跨步電壓：當(dāng)人在分布電位區(qū)域內(nèi)跨開一步，兩腳間（相距0.8米）所受到的電壓。保護(hù)接地及接零保護(hù)接地及接零 保護(hù)接地裝置電阻的允許值 大電流接地系統(tǒng)：單相接地時接地電壓不能超過2000V，故 RE2000/I。當(dāng)I4000A時， 可取 RE0.5。 小電流接地系統(tǒng)：接地裝置僅用于高壓設(shè)備時，接地電壓不得超過250V，即 RE250/I。接地裝置為高低壓設(shè)備共用時，接地電壓不超過120V，即 RE120/I。 一般接地電阻應(yīng)不超過10；1000V以下電網(wǎng)