发电厂变电站一次设备PPT课件.ppt

项目六发电厂变电站一次设备 任务四互感器的认知 1 一 互感器 互感器是一次系统和二次系统之间的联络元件 将一次系统侧的高电压 大电流转换为二次侧标准的低电压和小电流 向二次电路提供交流电源 以正确反映一次系统的正常运行和故障情况 互感器 电流互感器 电压互感器 2 3 4 5 6 7 TV将一次侧的高电压变换成二次侧的标准低电压 100或100 V 其一次绕组与被测电网相并联 二次绕组与二次测量仪表和继电器的电压线圈相并联 一 互感器与系统的连接 电流互感器 TA将一次侧的大电流变换成二次侧的标准小电流 5或1A 其一次绕组串联于被测电路内 二次绕组与二次测量仪表和继电器的电流线圈相串联 电压互感器 8 二 互感器的作用 可以将高电压变成低电压 大电流变成小电流 便于测量 也易实现自动化和远动化 使测量仪表和继电器标准化 小型化 结构轻巧 价低 可用低电压 小截面的控制电缆 屏内布线简单 安装调试方便 造价低 使测量仪表和继电器与一次高压隔离 且互感器二次接地保证了设备和人身安全 一次系统发生短路时 能够保护测量仪表和继电器免受大电流的伤害 保证了设备安全 9 与普通变压器一样 TA工作的基础原理为电磁感应原理 一次侧通过电流时 在铁芯中产生交变磁通 此磁通穿过二次绕组 感应电动势 在二次回路中产生电流 其中 额定电流比 互感器一次 二次绕组的额定电流之比 1 TA的工作原理 电磁式 三 电流互感器 TA 10 根据磁势平衡原理 如果忽略了励磁电流时 则有 其中 工作电流 一次 二次绕组匝数 匝数比 可见 由测量出的二次电流乘以变比即可测得一次实际电流 11 2 TA的结构原理 TA基本组成部分为 绕组 铁芯 绝缘物和外壳 由于在同一回路中 为满足测量和继电保护的要求 常需要很多电流互感器 为节省投资 一台电流互感器常安装有相互间没有磁联系的独立铁芯环和二次绕组 并公用一次绕组 这样可以形成变比不同 准确度级不同的多台TA 基本结构如下图 12 3 TA的工作特点 1 一次电流的大小取决于一次负载电流 与二次电流大小无关 2 正常运行时 二次绕组近似于短路工作状态 3 运行中的电流互感器二次回路不得开路 否则会在开路的两端出现高电压危及人身安全 或是互感器发热损坏 原因 一次绕组串联于被测电路中 匝数很少 阻抗小 对一次负载电流影响很小 原因 二次负载是测量仪表和继电器的电流线圈 阻抗很小 因此接近于短路运行 原因 开路会在开路的两端出现高电压危及人身安全 或是互感器发热损坏 13 TA二次侧为什么不能开路 电流互感器正常运行时 二次回路开路时 合成磁通增大很多倍 使铁芯磁路高度饱和 磁通的由原来的低幅正弦波变成高幅值的交流平顶波 而另外 由于磁路饱和时 铁芯中的磁滞涡流损耗急剧上升 会引起铁芯过热 甚至烧坏电流互感器 14 4 误差的影响因素 一次电流的影响 太小时 不足以建立激磁 则误差较大 额定电流附近时 误差最小 当一次电流超过额定电流后 磁路饱和 误差很大 为此 使用TA时 应使一次额定电流与一次电路电流相配套 二次负载的影响 如果一次电流不变 则二次负载阻抗和功率因数直接影响误差的大小 当二次负载增大时 二次电流减小 对一次电流去磁作用减弱 则比差与角误差都会增加 当功率因数变化时也会不同程度影响比差与角差的大小 因此 要保证TA的测量误差不超过规定值 应将其二次负载与功率因数限制在相应范围内 15 1 TA的准确度级 TA的测量误差可用其准确度级来表示 根据其测量误差的不同划分出不同的准确度级 准确度级实质在规定的二次负荷变化范围内 一次电流为额定值时的最大电流误差 5 TA的准确度级和额定容量 16 0 1 0 2级用于实验室精密测量和供电容量超过一定值 月供电量超过100万KWh 的线路或用户 我国GB1208 1997 电流互感器 规定测量用的TA的测量精度有 0 1 0 2 0 5 1 3 5六个准确度级 保护用TA分两类稳态用 P 与暂态用 TP 1 TA的准确度级 续 0 5级用于收费电能表 3级 5级的TA用于一般测量和保护 0 5 1级用于盘式仪表和技术上用的电能表 稳态保护用TA准确级有两个5P 10P 暂态保护用TA准确级分TPX TPY TPZ TPS 17 2 TA的额定容量 TA的额定容量S2N在额定二次电流I2N和在某一准确级的额定二次阻抗Z2N下 二次绕组的输出容量 由于二次电流已经标准化 5A或1A 所以上式中额定容量S2N可以用二次负载阻抗Z2N代替 称为二次额定阻抗 互感器制造厂商提供电流互感器的二次额定欧姆数 供使用者在设计计算时参考 18 1 电流互感器的极性 TA的极性用减极性原则注明 一次绕组用L1 L2 二次绕组用K1 K2注明 L1 K1为同名端 L2 K2为同名端 当一次电流从L1流入时 同时二次电流从K1流出 6 电流互感器的接线 电气装置在安装接线时 同名端子不可接错 否则会造成功率型测量仪表和继电保护工作紊乱 19 2 TA的接线 TA常用的接线方式有三种 单相式连接 星形连接 不完全星形连接 由于只能测量一相的电流以监视三相的运行 故通常用于三相对称的电路中 单相式连接 20 可测量三相电流 故用于可能出现三相不对称的电路中 以监视三相电路运行的情况 只用两台TA 测量两相的电流 通过公共导线可测量第三相的电流 用于发电厂 变电所6 10KV馈线回路测量和监视三相系统运行情况 星形连接 不完全星形连接 21 1 TA的类型 7 电流互感器的类型和结构 3 按安装方式 4 按工作原理分 电磁式光电式无线电式 5 按一次绕组匝数分 单匝式多匝式 1 按安装地点分户内式 20KV及以下 户外式 35KV及以上 2 按绝缘分 干式 绝缘胶浸渍 用于低压屋内配电装置 浇注式 环氧树脂 用于3 35KV 油浸式和串级式 用变压器油作绝缘 用于10 220KVTA中 电容式 电容器作绝缘 用于110KV及其以上的电压等级TA中 支持式 平面和支柱上 装入式 也叫套管式 可节省套管缘子而套装在变压器导体引出线穿出外壳的油箱上 穿墙式 22 干式 浇注式 油浸式 220 油浸式 电容式 220 SF6绝缘 23 24 无源型电子式电流互感器原理图 25 高压无线电流互感器 26 1 TV的工作原理 TV的工作原理与普通变压器相同 结构原理和接线也相似 但二次电压低 容量小 几十VA或几百VA 且大多数情况下负荷衡定 TV一次绕组和二次绕组的额定电压值比称为TV的额定电压比 用KU表示 如果不考虑激磁损耗 即为一二次绕组的匝数比 即 四 电压互感器 TV 1 TV的工作特点 27 2 TV的工作特点 运行中TV二次侧不允许短路 当二次侧短路时 将产生很大的短路电流损坏TV 为保护二次绕组 在二次侧出口处安装FU或快速自动空气开关 用于短路或过载保护 一次侧电压决定于电网电压 不受二次负载影响 正常运行时 TV二次侧近似工作在开路状态 相当于空载运行的变压器 TV的二次负载是仪表 继电器的电压线圈 匝数多 电抗大 电流小 28 角误差 电压误差 旋转180 的二次电压与一次电压之间的夹角 规定超前于时 为正 否则为负 1 TV的误差 2 TV的误差及误差的影响因素 29 2 影响误差的运行因素 一次电压的影响 TV的一次额定电压已经标准化 将其用于高 低的电压等级中 或运行中电压与额定电压偏离太远 误差都会增大 故TV应使一次额定电压与电网的额定电压相适应 二次负载的影响 如果一次电压不变 二次负载阻抗及其功率因数直接影响误差的大小 当负载接入过多时 二次负载阻抗下降 二次电流增大 TV绕组上的压降增大 误差增大 二次负载功率因数过大或过小 也会影响误差 因此 二次负载阻抗和功率因数应限制在一定范围之内 30 1 TV的准确度级 TV的准确度级指在规定的一次电压和二次负荷变化范围内 负荷的功率因数为额定值时 电压误差的最大值 3 TV的准确度级和额定容量 我规定的TV测量精度有0 2 0 5 1 3四个准确度级 其中 0 2 0 5 1级的使用范围同TA 3级的用于某些测量仪表和继电保护装置 31 2 TV的额定容量 TV的额定容量是指对应最高准确度级下的额定容量 例如JDZ 10型TV 各准确度下的额定容量分别为0 5级 80VA 1级 120VA 3级 300VA 则该TV的额定容量为80VA 同时 TV按最高电压下长期工作允许的发热条件出发 还规定了最大容量 例如上述TV的最大容量为500VA 该容量是用来传递功率的 例如给信号灯 断路器分闸线圈供电等 32 4 TV的类型和结构 33 34 1000kV电磁式电压互感器 SF6 1000kV电容式电压互感器 35 结构 TV基本结构包括铁芯 一次绕组 二次绕组 外壳及引出线端等 JDJ 10型TV外形图结构图 JDZ 10型TV外形图结构图 36 型号意义 J S J W 10 电压互感器 D 单相式 S 三相式 C 串级式 C 瓷绝缘 J 油浸式 G 干式 Z 环氧树脂浇注 R 电容式 W 五柱式 J 接地保护用 一次额定电压 37 单相接线 可测量某一相间电压 35KV及以下中性点非直接接地电网 或相对地电 110KV中性点直接接地网 V v接线 测量线电压 不能测量相电压 用于20kV及以下中性点不接地或经消弧线圈的电网中 5 TV的接线方式 38 三相三柱式TV接成Y Y0形接线 只能测量线电压 不能测量相电压 因为它的一次绕组中性点不能引出 所以不能监视对地绝缘 三相五柱式TV接成Y0 0 接线可测量线电压和相电压 还可作绝缘监视 39 三台单相三绕组TV接成Y0 Y0 接线广泛用于35KV及以上电网中 可测量线电压 相电压和零序电压 40 1 串级式TV 串级式TV的铁芯和绕组装在充油的磁外壳内 磁外壳既代替油箱又兼作高压瓷套绝缘 铁芯带电位 用支撑电木板固定在底座上 一次绕组首端自储油柜引出 一次绕组末端和二次绕组出线端自底座引出 普通结构的TV一次绕组与铁芯和二次绕组之间是按装置的全电压绝缘的 而串级式TV是分级绝缘的 每一级只处在装置的一部分电压下 大量地节约了绝缘材料 减小了重量和体积 用于110KV及以上的电磁式TV 串级式TV结构特点 6 串级式TV和电容式TV 41 串级式TV工作原理 一次绕组分成匝数相等的 两段 绕成圆筒式套装在 下铁芯柱上并相互串联 中间连接点与铁芯相连 基本二次绕组和辅助二次绕组绕在铁芯的下柱上当二次开路时 铁芯上 下柱中磁通 1相等 段上电压相等 为一次绕组电压的1 2 由于 段绕组的连接点与铁芯相连 因此 绕组两端线匝对铁芯的绝缘只需按1 2U的电压设计 42 为此 在上 下铁芯柱上加装匝数相等而绕向相反的平衡绕组并接成环路 当上 下铁芯柱中的磁通不相等时 在平衡线圈中感应出电动势e1 e2 在e1 e2差作用下平衡绕组中产生平衡电流IPh 使磁通较多的上铁芯去磁 磁通较少的下铁芯助磁 上 下柱中的合成磁通基本相等 段电压分布趋于均匀 准确度提高 在上 下铁芯柱上加装匝数相等而绕向相反的平衡绕组并接成环路的作用 二次绕组只装在下铁芯柱上 因漏磁不同 使上 下铁芯柱内的合成磁通不同 生成电压分布不均匀 误差 准确级 43 2 电容式TV 电容式TV的实质是一个电容分压器 在被测装置和地之间有若干相同的电容器串联 其原理接线图如下所示 电容式TV的结构特点 44 西安西电电力电容器有限公司研制的TYDL500 3 0 005H型电容式电压互感器 45 工作原理 为便于分析 将电容器分为主电容C1和分压电容C2两部分 设一次侧电压为U1 则C2上的电压为 式中 k 分压比 改变C1和C2可得到不同的分压比 由于UC2和U1成正比 故测得UC2就可得到U1 这就是电容式TV的工作原理 46 为减小误差 在电容分压器与二次负荷间加一中间变压器 即一电磁式TV 补偿电感L是补偿电容器的内阻抗的 L 1 C1 C2 时 内阻抗为零 UC2与二次负载无关 实际上L中有损耗 仍存在误差 补偿电容CK用来补偿TV的励磁电流和负载电流中的电感分量 提高COS 减少误差 阻尼电阻rd是防止二次侧短路或断路冲击时 由铁磁谐振引起的过电压 不致损坏L 中间变压器 工作原理 续 47 现在电力系统中广泛采用的以微处理器为基础的数字式保护 测量控制等系统 只需要提供 5V的电压和mA或uA级的电流即可 7 新型互感器的发展简介 半常规的电压及电流变换器采用电阻或电容分压 电流变换采用带铁芯的微型TA或不带铁芯的罗柯夫斯基线圈来实现 按照测量装置电压电流变换原理不同可以分为 光电变换器数字光电式测量系统 是利用石晶材料的磁电效应和电场效应 将被测的电压和电流信号转换成光信号 经光通道传播 由接收装置进行数字化处理而进行测量 48 49 小结 1 互感器的作用与类型2 电压互感器的工作原理3 电压互感器的准确度级与误差4 电压互感器的接线方式5 电流互感器的工作原理6 电流互感器的准确度级与误差7 电流互感器的接线方式8 新型互感器介绍 50 项目六发电厂变电站一次设备 任务5母线 绝缘子 电力电缆的认知 一 母线 在发电厂和变电所的各级电压配电装置中 将发电机 变压器等大型电气设备与各种电器之间连接的导线称为母线 母线的作用是汇集 分配和传输电能 是构成电气主接线的主要设备 52 1 按使用材料可分为 1 铜母线 电阻率低 机械强度高 抗腐蚀性强 但是储量不多 造价高 主要用在腐蚀或振动大的地区 2 铝母线 电阻率为铜的1 7 2倍 重量为铜的30 储量大 价低 广泛使用 3 钢母线 机械强度高 价格便宜 但电阻率大 集肤效应 滋滞损耗和涡流损耗大 因此仅用于高压小电容量电路和工作电流I 200A的低压电路 直流及接地装置回路中 一 母线的分类及特点 53 2 按照截面形状可分为 1 矩形母线 散热条件好 集肤效应小 安装简单 连接方便 比相同截面的圆形母线的周长和散热面大 容许工作电流大 4kA以下 2 圆形母线 为防止产生电晕 35KV以上的屋外配电装置大多采用圆形截面 110KV及以上电压的屋外配电装置中 一般采用采用钢芯铝绞线或管形母线 54 2 按照截面形状可分为 1 槽形母线 与同截面矩形截面相比 电流分布均匀 集肤效应小 载流量大 所以如果电流过大 矩形截面母线需要三条以上时可以采用槽形母线 2 管形母线 截面增大 散热好 内表面可通冷却介质加强冷却 金属材料利用率高 机械强度高 在35kV以上的户外配电装置多采用管形母线 用于110kV以上 8000A以上的配电装置中 55 竖放式水平布置 平放式水平布置 1 水平布置 三相母线固定在支持绝缘子上 具有同一高度 可平放也竖放 竖放散热条件好 母线额定电流较其他布置方式要大 但机械强度差 对于载流量要求不大 但机械强度要求较高的场合可采用平放式水平结构 二 母线的布置方式 56 2 垂直布置 三相母线分层安装 不仅散热好 而且机械强度和绝缘能力都很高 克服了水平布置的不足之处 然而垂直布置增加了配电装置高度 投资大 二 母线的布置方式 续 57 矩形和槽形母线通过衬垫安置在支柱绝缘子上 并利用金具进行固结 圆形母线利用卡板固结在支柱上 多股绞线利用专门的线夹固结在悬式绝缘子串上 当矩形母线长度大于20m时 在母线上装设伸缩补偿器 图6 43 使母线得于自由伸缩 三 母线在绝缘子上的固结和着色 1 母线在绝缘子上的固结 58 2 母线的着色 母线着色可以增强热辐射能力 利于散热 允许负荷电流提高12 15 钢母线着色还可防止生锈 并且便于工作人员识别直流极性和交流的相别 母线涂以不同的颜色标志 直流装置 正极 红色负极 蓝色交流装置 U相 黄色V相 绿色W相 红色中性线 不接地中性线 白色接地中性线 紫色 三 母线在绝缘子上的固结和着色 续 59 60 1 封闭母线的概述 四 分相封闭母线 敞露式母线的缺点是绝缘子表面易被灰尘污染 造成绝缘子闪络及由于外物所至造成母线短路事故 随着单机容量的增加 对母线的运行可靠性要求更高 同时 母线的短路电动力和发热大大增加 采用封闭母线可解决上述问题 61 不隔相 共箱 式封闭母线 三相母线设在没有相间隔板的公共外壳内 特点 能防止绝缘子免受污染和外物所至的母线短路但不能减少母线相间电动力和减少钢构件的发热 四 分相封闭母线 续 按外壳材料分可分为塑料外壳和金属外壳 按外壳与母线间的结构型式可分为 隔相式封闭母线 三相母线布置在相间有金属 或绝缘 隔板的外壳内 特点 可防止相间短路 能减少母线电动力和周围钢构件的发热 但是不能杜绝短路电流多大引起隔板击穿引起的相间短路问题 62 全连式分相封闭母线 每相导体分别用单独的铝制圆形外壳封闭 200MW以上的发电机组 组成 载流导体 一般采用管形 水内冷氢外冷 支柱绝缘子 支撑固定母线在外壳上 1 4个 保护外壳 铝板制成圆管形 设检修和观察孔 外壳三相短接 减小磁通 减小发热和母线间电动力 四 分相封闭母线 续 63 四 分相封闭母线 续 优点 运行可靠性高 受外界环境影响小 外壳环流屏蔽作用可减少钢构发热损耗和短路时减小电动力 1 4 可加大绝缘子间距离母线和外壳可兼做冷却通道 增大了载流量缺点 金属量耗费大母线损耗大 约增加一倍 母线损耗和外壳环流损耗 母线导体散热差 自然散热时 64 分相封闭母线 65 1 绝缘子的作用 1 支持和固定载流导体 2 使导体与地绝缘或使装置中处于不同电位的载流导体之间绝缘 一 绝缘子的作用与分类 2 绝缘子的分类 户外式有较多和较大的伞裙 以增长沿面放电距离 并能在雨天阻断水流 在多灰尘或有害气体的地区 应采用特殊结构的防污绝缘子 而户内式绝缘子无伞裙 1 按装设地点分为户内式和户外式 二 绝缘子与电力电缆 66 2 按用途分为 电站绝缘子 电器绝缘子和线路绝缘子 线路绝缘子用来固结架空 配电导线和屋外配电装置的软母线 并使它们与接地部分绝缘 有针式 悬式 蝴蝶式和瓷横担四种 电站绝缘子用来支持和固定电厂及变电所的硬母线 并使母线与地绝缘 按其作用又分为支柱绝缘子和套管绝缘子 用于穿过墙壁和天花板 电器绝缘子用来固定电器的载流部分 也可分为支柱和套管绝缘子两种 支柱瓷绝缘子 复合针式绝缘子 线路用拉紧绝缘子 67 1 瓷件电瓷 结构紧密 表面光滑 不吸水 绝缘性能稳定 机械强度高 钢化玻璃 尺寸小 重量轻 机械强度高 价格低 制造工艺简单 瓷件表面涂有一层棕色 白色或天蓝色的硬质瓷釉 以提高绝缘性能和机械性能 二 绝缘子的结构 2 金属配件把绝缘子固定在支架上 以及把载流导体固定在绝缘子上 绝缘子除瓷件以外 还有牢固地固定在瓷件上的金属配件 68 3 水泥胶合物金属配件和绝缘瓷件多用水泥胶合剂胶合在一起 胶合处表面涂有防潮剂 据金属配件和瓷件胶装方式不同 绝缘子可分为外胶装 内胶装和联合胶装 外胶装是将铸铁底座和圆形铸铁帽均用水泥胶合剂装在瓷件的外表面 铸铁帽上有螺孔 用来固定母线金具 圆形底座的螺孔用来将绝缘子固定在构架上或墙壁上 内胶装是将绝缘子的上 下金属配件均胶装在瓷件孔内 联合胶装是上金属配件采用内胶装结构 下金属配件采用外胶装结构 69 1 户内式套管 6 35KV 三 套管 据其载流导体特征分为 矩形 圆形截面导体 母线型 载流导体与其绝缘部分做成一个整体 使用时由载流导体两端与母线直接连接 本身不带载流导体 使用时将原载流母线装于矩形窗口内 户内式套管的额定电压从6 35kV 采用纯瓷绝缘结构 一般由瓷套 接地法兰及载流导体三部分组成 70 2 户外式套管 6 500KV 用于户内配电装置的载流导体与户外的载流导体进行连接的地方 及户外电器的载流导体由壳内向壳外引出的地方 因此 户外式套管两端的绝缘按两种要求设计 一端为户内套管安装在户内 另一端为有较多伞裙的户外式套管 以保证户外绝缘要求 套管的导体材料一般也为铜或铝 户外套管的额定电压从6 500kV 71 电力电缆是传输和分配电能的一种特殊电线 具有防腐 防潮和防损伤特点 占地少 美观 但价格贵 敷设 维护和检修较复杂 四 电力电缆 1 电力电缆的结构 1 电缆线芯 铜或铝绞线组成 截面形状有圆形 弓形和扇形等 2 绝缘层 作相间及对地的绝缘 材料有油浸纸 塑料 橡皮等 3 保护层 避免电缆受到机械损伤 防止绝缘潮和绝缘油流出 内保护层 防止绝缘受潮和漏油 须严格密封 分为铅包和铝包两种 外保护层 保护内保护层不受外界的机械损伤和化学腐蚀 又可细分为衬