发电厂及变电站 电气设备

1、. 发电厂及变电站 电 气 设 备 4-7 . 第第4章章 电气设备及载流导体电气设备及载流导体 . n教学要求教学要求： 掌握高、低压开关电器的结构特点、工作原理、电气 参数及其应用，重点掌握断路器的工作原理； 掌握互感器的作用、结构、接线方式及准确度等级； 掌握母线、电缆、绝缘子、限流电器的工作原理、结 构及应用。 . 4.1高压开关电器高压开关电器 一、开关电器的分类 n高压开关 、低压开关 n户内 、户外 n断路器、隔离开关类、负荷开关类、熔断器、 结合型开关 二、高压断路器分类 油断路器、压缩空气断路器、SF6断路器、 真空断路器、低压空气断路器和磁吹断路器 . n4、多油断路器DW

2、8-35型（三相分箱） 触头：插座式、动触头表面镀银 导电回路：进线触头1（静、动） 横担触头2 （静、动）出线 传动机构：采用摇杆变直机构 绝缘部分：油（导电回路对外壳、触头间）、瓷套管 （进出线对油箱） 灭弧装置：纵横吹灭缩手缩脚室 油箱：顶管、箱捅。 (注意：油位不能过高或过低) 附件：箱捅升降装置 . nDW12-35型QF： 结构外形与DW8-35型相同，增加了一个横 吹孔和一个纵吹孔。 开断大电流：速度快，经第一个横吹孔就能 将电弧吹灭。 开断中电流：速度中等，经第二个横吹孔后 吹灭。 开断小电流：速度慢。 . 5、少油式断路器、少油式断路器 多油QF相比：具有用油量少、体积小、结

3、构简单、节省钢材、防火 防爆的特点，但检修周期短，在户外使用时，受大气条件影响大， 而且配 套性差。 以SN10-10I型为例： 组成： 导电回路上出线座静触头座辨形触头 动触头导电杆动触头下出线座 灭弧系统纵横吹灭弧室（纵横油气吹+机械油吹） 逆止阀：电弧形成后分解油，逆止阀钢球上推堵住回油孔， 形成密闭燃弧，使内腔压力升高 油气分离器：a.避免灭弧室完全封死，压力过高 b.避免直接将炽热的带有大量电子和离子的油气混合 物排出箱外，引起自燃和设备绝缘闪络。 传动机构：主轴、分相轴、操动轴 框架：依靠两个支持绝缘子将各相与地绝缘 . 6、SF6断路器的优缺点断路器的优缺点 n断口耐压高 n允许

4、断路次数多 n开断性能好 n占地面积小 n加工精度高，密封性能好，对水分子与气 体的检测要求严格 . 三、隔离开关三、隔离开关 1、QS的作用: 隔电保安 倒闸操作：等电位操作 切投小电流电路：保证电弧能可靠自行熄灭 2、QS的特点 没有专门的灭弧装置不能切断Ig及Id QS应与QF配合使用满足“隔离开关先通后断” 原则 （ 即：合闸时，QS先QF后；分闸时，QF先QS后） QS分闸时，应有明显可见的断口 QS合闸时，应能可靠地通过Igmax及Idmax通过时满足 动热稳定 . 3、户内型QS: GN6、GN8型 结构：底座绝缘子、导电系统 磁锁装置的作用：散热 增加接触压力 提 高动稳定 4

5、、户外型QS GW4-35D 导电回路 双柱式绝缘子 接地刀闸与主刀联锁（一分-合） 底座 . 四、高低压熔断器四、高低压熔断器 1、作用：短路保护或过载保护 缺点：保护性能不稳定 2、组成： 熔件（熔体）：铜、银 触头、灭弧装置、绝缘底座 3、工作过程： n 汽化过程发弧过程灭弧过程 全开断时间=熔化时间+发弧时间+燃弧时间 4、分类之一： 限流型速度快、高电阻、出现过电压 非限流型速度慢、不出现过电压 5、户内型高压熔断路：RN1、RN3电力变压器或线路保护 RN2、RN6电压互感器保护 6、户外型高压熔断器：RW3跌落式FU、RW10-35型限流型FU . 五、高压负荷开关 n它具有灭弧

6、装置和一定的分合闸速度，能开断 正常负荷电流和过负荷电流，但不能开断短路 电流。 n在分闸状态有明显可见的断口，可起到隔离开 关的作用，但性能又优于隔离开关，是介于隔 离开关与断路器之间的一种开关电器。 n高压负荷开关常常与高压熔断器串联合用，前 者作为操作电器投切电路的正常负荷电流，而 由后者作为保护电器开断电路的短路电流及过 载电流。 . 4.2 互感器互感器 1、分类：电压互感器、电流互感器 2、作用： n将一次回路的高电压和大电流变为二次 回路标准的低电压和小电流，使测量仪 表和保护装置标准化、小型化，并使其 结构轻巧、价格便宜，并便于屏内安装。 n使二次设备与高电压部分隔离，且互感

7、器二次侧均接地，从而保证了设备和人 身的安全。 . 3、电流互感器、电流互感器 额定变比 ： 特点： 1）一次绕组串联在电路中，并且匝数很少；故一次绕组中的电 流完 全取决于被测电路的负荷电流，而与二次电流大小无关； 2）正常情况下，电流互感器在近于短路的状态下运行。 3）运行中的电流互感器二次回路不允许开路。 4）为了防止绝缘损坏是高压窜入二次侧，危及人身和设备安全， 电流互感器副绕组一端及铁芯必须接地。 %100 1 12 I IIK f i i . 4、电压互感器、电压互感器 1）电压互感器的一次侧并联接入电网 2)电压互感器正常工作在接近变压器空载状态。 3）电压互感器的二次侧负载不允

8、许短路，故一般在 其二次侧装设熔断器或自动开关作短路保护。 4）电压互感器的额定变压比为 其中 等于电网额定电压， 已统一为100(或100/ )V n电压互感器误差：电压误差和相位误差两项。 21/eeu UUK 1e U 2e U 3 u K . 4.3 母线、电缆及绝缘子母线、电缆及绝缘子 一、母线一、母线 1、作用汇集、分配和传送电能 2、特点裸导体装置、通过的功率大、要承受很大的动热稳定 3、材料 n硬母线：铜导电率高、机械强度高、抗腐蚀性能好 铝导电率较低、截面大、重量轻、耐腐蚀性能差 钢导电率差、趋肤效应严重、损耗较大 n软母线：钢芯铝绞线 4、截面形状 矩形母线：在同截面下，周

9、长要长，冷却条件好耗金属要少 图形与管形母线：可防止产生电晕，散热面小 大电流母线 . 5、母线的布置、母线的布置 n母线三相导体排列方式：水平排列、竖直排列、在角形排列 （各相之间的相对关系） 软母线 硬母线 n母线的放置法： 平放、立放 （母线与空间的相对关系） n安装方式： 平装机械抗弯强度高，对流散热效果差 立装对流散热效果好，机械抗弯强度高差 （母线与绝缘子的相互关系） 综合布置方式：综合布置方式：竖排立放平装、平排平放平装 竖排平放立装、平排立放立装 6、母线的着色、母线的着色 硬母线刷漆：直流、交流 目的： 区别相序 增加辐射散热、载流量提高12%15% 防腐蚀作用 . 二、电力

10、电缆二、电力电缆 n特点：铺设在地下，结构紧凑、占用空间小、走向和布置灵 活、不影响环境、现场施工简便 n结构： 电缆芯线：铝芯或铜芯、圆形或扇形截面 绝缘层：各芯线绝缘相间绝缘芯线对比地绝缘 密封护套：铅色、铅包 保护层：钢带、钢丝叠加、沥青防腐层 n分类 油浸纸绝缘电缆、聚氯乙烯绝缘电缆、 交联聚氯乙烯绝缘电缆、橡皮绝缘电缆 n电缆头-电缆与电缆、架空线、电机、电器等连接时要用电缆 头 分类 ：终端头：环氧树脂型、干包型 中间接头：电缆与电缆的连接 . 三、绝缘子三、绝缘子 n作用：支持支持及固定带电裸导体，并使之与地绝缘 绝缘带电导体之间的绝缘 n技术要求：绝缘性能好+机械性能好 n分类

11、 电器绝缘子固定电器的载流部分 电站绝缘子固定硬母线（支柱绝缘子-套管绝缘子） 线路绝缘子固定软母线（针式、悬式、棒式） n结构：绝缘体+金属配件 n支柱绝缘子 套管绝缘子 . 4.4 限流电器限流电器 n限流电器的作用 增加电路的短路阻抗，从而达到限制短路电流的目的。 n常用的设备有：限流电抗器和分裂变压器限流电抗器和分裂变压器 一、限流电抗器： 作用： n限制电力设备的短路电流、能维持母线电压、将短 路容量加以限制，以选择轻型断路器和小截面的电 缆。 设置位置 n分段电抗器、出线电抗器、在变压器负荷侧串联电 抗器 . 二、分裂变压器： 1、作用 n分裂变压器，能在正常工作和低压侧短路时，

12、使变压器呈现不同的电抗值，从而起到限制短 路电流的作用。 2、结构 n分裂变压器是一种多绕组变压器，它是将普通 的双绕组变压器的低压绕组分裂成额定容量相 等的两个完全对称的绕组。 . 习题与思考题习题与思考题 n4-1 高压断路器的作用是什么？其常见类型有哪些？ n4-2 隔离开关的作用是什么？ n4-3 电压互感器与电流互感器各有何作用，运行时有何 特点？为什么工作时，电磁型电流互感器二次侧不能开 路，而电压互感器不能短路？ n4-4 电缆和母线作为载流导体各有何特点？各在什么应 用场合下才能表现出其优点？ n4-5 除了采用电抗器限制短路电流外，还有何方法能减 小短路电流的大小？ . 第第

13、5章章 电气主接线电气主接线 . 教学要求教学要求 熟悉电气主接线的基本形式、接线特点及应用； 了解发电厂变电站电气主接线的设计步骤； 掌握电气主接线设计中的主变压器的选择和方案的经济 技术比较。 . 51 概概 述述 电气主接线电气主接线将电气一次设备按一定顺序接起 来的电路，可表示电能生产流程的电路。 电气主要线图电气主要线图由各种电气设备的图形符号联 接成线所组成的表示电能生产流程的电路图。 n所有电器均用规定的电气符号表示，并按它们 的“正常状态”画出 电器所处的电路无电压存在及无任何外力作 用（如QF、QS是断开位置） . 基本要求 1、可靠性及电能质量、可靠性及电能质量 n地位重要

14、的骨干电站，应采用两个独立的电源，因 事故被迫中断供电的机会越小，影响范围越小，停 电时间越短，可靠性越高。 2、灵活性、灵活性在正常运行时能满足各种运行方式； 在发生事故时能采用相应的运行措施，避免 大 面积停电 3、运转方便、运转方便接线力求简明清晰、简化运行操作 4、具有扩建的可能性、具有扩建的可能性预留备用出线回路和备用容 量 5、技术先进，经济合理、技术先进，经济合理 . 5.2 主接线的基本接线形式主接线的基本接线形式 普通规律： n特殊情况下，各台G都有停机的可 能，各台G之间互为备用。 n供电线路应做到连续供电每回线应 能从任一台G获得电源 n正常运行的，任一主要设备的投退不

15、影响其它设备QF； n检修设备时，应隔离电源QS . 一、单母线接线一、单母线接线 n 只有一条母线，且每一支路均有QF n 主接线的基本构成：电源母线出线 1、简单的单母线接线（单母不分段）、简单的单母线接线（单母不分段） n优点：接线简单清晰，设备用量少，经济实用； 有利用电源互为备用及负荷间的合理分配；正常 投切与故障投切互不干扰，灵活方便。 n缺点：母线范围内发生故障或母线及母线QS检修 时，需停止供电；各单元QF检修时，该单元中断 工作。 n练习：试画出三个电源，三回出线的单母线不 分段接线图 2、分组单母线接线、分组单母线接线 . 3、QF分段单母线分段单母线用用QF将母线分为两组

16、将母线分为两组 缩小了母线故障和母线检修时的停电范围 有利于电源间的相互备用和负荷的合理分配 n两种形式： 并列的QF分段单母线QF合闸 n优：当I组母线发生故障时，QF跳开，退出故障母线而保证非 故障母线继续运行 n缺：短路电流大；在母线必须装设继保装置 不并列的QF分段单线线用QS断开 n当I组母线发生故障时，可投入QF，使两组母线并列运行 n用QS分段单母线用QSf将母线分为两组 与简单的单母线相比： 相同点发生母线故障时会造成全部停电 不同点判明故障后，可恢复非故障母线运行 n与QF分段的导母线相比：操作要慎重，步骤复杂 . 二、双母线接线二、双母线接线 1、不分段的双母线 n特点：

17、1）可轮流检修母线而不影响正常供电。 2）检修任一母线侧隔离开关时，只影响该回路供电。 3）工作母线发生故障后，所有回路短时停电并能迅速恢 复供电。 4）可利用母联断路替代引出线断路器工作。 5）便于扩建。 6）由于双母线接线的设备较多，配电装置复杂，运行中 需要用隔离开关切换电路容易引起误操作；同时投资和 占地面积也较大。 2双母线分段接线 . 3一台半断路器接线 n接线如图所示，有两组母线，每一回路经一台 断路器接至一组母线，两个回路间有一台断路 器联络，组成一个“串”电路，每回进出线都 与两台断路器相连，而同一“串”支路的两条 进出线共用三台断路器。 n正常运行时，两组母线同时工作，所有

18、断路器 均闭合。 . n接线特点： （1）运行灵活可靠。 正常运行时成环形供电，任意一组母线发生短路故障，均不影响各 回路供电。 （2）操作方便。 n隔离开关只起隔离电压作用，避免用隔 离开关进行倒闸操作。 n任意一台断路器或母线检修，只需拉开 对应的断路器及隔离开关，各回路仍可 继续运行。 （3）二次接线和继电保护比较复杂， 投资较大。 n 注意： 为提高运行可靠性，防止同名回路（指 两个变压器或两回供电线路）同时停电， 一般采用交替布置的原则。 重要的同名回路交替接入不同侧母线； 同名回路接到不同串上； 把电源与引出线接到同一串上。 . 三、组式单元接线三、组式单元接线 1、发电机变压器组

19、式单元 na）一机一双绕组变 b）一机+一三绕组T c）二机+一双绕组T nT高压侧设QF T各侧均设QF T高压侧及发电机出口设QF 2、变压器线路组式单元 3、发电机变压器线路组 四、桥形接线四、桥形接线两台主变两台主变+两回出线两回出线 内桥 n桥靠近T侧 T1T2切投复杂（内桥内不便）；WL1、WL2切投方便 n适用于：T切投较少的电站，否则会影响WL 正常运行时，无穿越性功率，线路较长 外桥 n桥靠近WL侧 T1T2切投方便 WL1、WL2切投不便（外桥外不便） n适用于：T需频繁操作；有穿越功率、线路较短 . n例1：有2台主变2回等电压输电线路， 第一回线路负责选网内桥；第二回线

20、 路直接带负荷。原因：当第三回线路发 生故障时，不致影响主变的运行和主要 容量的送出 n例2：有2台主变，2线路是环形或链形 电网的支路，其中载有较大的电网穿越 功率外桥，避免线路受T运行干扰。 . 53 主变压器的选择主变压器的选择 1、台数选择台数选择取决于电站在电力系统的重要性及电站的装机容量 n1台：三台及以下发电机组，因为G与WL的可靠性较低 n2台：可靠性和灵活性相当高 n一台近区变压器 2、容量选择容量选择 1）发一变组：S（主T）=SG 2）含近区T：S=- S（主T）S（近T） 3）两台并列运行T；S（主T）=0.5 S n并列条件：线圈接线组别相同电压比相等短路电压相等 4

21、）两台非并列运行T：一台接入电网ST1=SG-ST2-S近T 一台直接带负荷ST2=计算负荷 5）梯级开发的中心水电站：ST=6）小电网的主变容量30%系统总 容量 . 3、主变型式选择、主变型式选择 n常用型式：三相油浸式T、Y，d11或YN，d11，低损耗 （SLT）、无载或有载调压、铜或铝线 n三绕组变压器的应用：有两种升高电压且每侧通过容量超过 15% n容量之比：100/100/100、100/100/50、100/50/100三种 n高压侧最低电压为35kv n开压变压器常采用自铁芯柱向外按中、低、高顺序排列。 . 5.4 电气主接线方案的技术经济比较电气主接线方案的技术经济比较

22、一、一、主接线方案拟定的一般步骤主接线方案拟定的一般步骤 1、确定电站的接入形式、接入点、出线回 路数和出 线电压等级 2、拟定变压器的选择方案 3、拟定发电机电压侧及升高电压侧的基本接线形式 4、选择站用电和近区用电的电源引接方式 5、进行技术比较，确定23个较优方案 6、进行经济比较，确定一个最优方案 . 二、技术比较 例 装机2X4000kw，为重要电源，用2回35kv线路 与地方电力网相联接，正常运行时无穿越性负载， 电站无近区负荷。 n方案1选择2台主变，G-T构成组式单元，35kv采用简单 的单母线接线 n方案2选择2台主变，G-T用QF分段的不并列的组式单元 接线35采用内桥接线

23、，2台厂变（暗备） n方案3选择一台主变，G-T采用扩大单元接线，35kv采用 单母线接线、35kv采用单母线接线 三、经济比较 n计算综合投资Z， n计算单运行费用F . 习习 题及思考题题及思考题 n某水电站装机为425MW，机端电压为10.5kV， 现拟采用高压为110kV，出线3回，中压为35kV， 出线6回与系统相连，试拟出一技术经济较为合理 的电气主接线方案，并画出主接线图加以说明。 n某220kV系统的变电所，拟装设两台容量为 50MVA的主变压器，220kV有两回出线，同时有 穿越功率通过，中压为110kV，出线为4回，低压 为10kV，有12回出线，试拟定一技术较为合理的 主

24、接线方案，并画出主接线图加以说明。 . 第第6章章 自用电接线自用电接线 . 教学要求教学要求 了解火电厂、水电站的自用负荷的特点及分类； 学会对自用负荷的分析统计并进行自用变压器的 选择 熟悉自用电源的引接方式、自用负荷的供电回路 及自用电的接线方式。 . 一、一、 自用负荷自用负荷 1、按用途分类 2、按特征分类 重要性：、关 自起动与解自动负荷 二、站用电源的引接方式二、站用电源的引接方式 n明备用正常运行时仅一台变压器投入 n暗备用正常运行时两台均投入 三、站用电的接线形式三、站用电的接线形式 n单母线分段式（适用于暗备用） n用自动空气开关分段，正常运行时在分闸位置，以保证两 独立

25、n单母线不段式（适用于明备用） . 四、负荷供电回路四、负荷供电回路 n一级辐射式：直接从低压母线（主变）供电 n二级辐射式：由主变分 n干线式或环网式 五、站用变压器的选择五、站用变压器的选择 n台数2台 n容量筛选统计计算 n型式三相干式T或三相油浸式 . 习习 题及思考题题及思考题 1、火电厂和中小型水电站的厂用负荷都 有哪些特点？各由哪些具体负荷组成？ 分类如何？ 2、厂用电最大负荷如何确定？ 3、采用不同的备用方式和不同的变压器 类型如何选择变压器的容量？ 4、厂用电源引接时，如何保证两个电源 的独立性？ . 第第7章章 配电装置配电装置 . 教学要求： 了解配电装置的基本要求及一般

26、构成方法； 掌握最小安全净距的概念； 掌握户内、户外配电装置的形式及应用范围； 学习各种布置的平面图及剖视图的画法。 . 7.1 概 述 一、配电装置的定义 a、按电气主接线进行集中布置和连接的一 次设备。 b、同一级电压的开关设备、载流导体等， 加上辅助设备、土建设备等。 c、正常情况下，用来接受和分配电能；故 障情况下，能迅速切除故障部分恢复运行。 . 二、基本要求 a、安全：设备布置合理清晰、采取保护措施。 n如：设置遮拦和安全出口、防爆隔墙、设备外壳底座 等保护接地。 b、可靠：设备选择合理、故障率低、影响范围小。 c、方便：设备布置便于操作集中，便于检修、巡视。 d、经济：合理布置、

27、节省用地、节省材料。 e、发展：预留备用间隔、备用容量。 . 三、最小安全净距 nA值：基本电气距离 A1（导体对地） A2（导体对导体） nB值：裸导体与遮拦之间的距离 nC值：无遮拦裸导体与地（楼）面的垂直净距 nD值：不同时停电检修的无遮拦带电部分之间。 nE值：通向屋外的出线套管至屋外通道的垂直净距 . 四、屋内配电装置 1、配电装置的一般构成方法及图式、配电装置的一般构成方法及图式 n间隔：为配电装置的最小组成部分、其大体上对应 主接线图中的接线单元。 n部署：排列单列、双列 n考虑：排列的顺序要合理（地理位置、避免交叉） 单列进出线QF排成一列布置在母线一侧。 双列进出线QF排成二

28、列布置在母线两侧。 分层单层、双层、三层 通道的走向 nc图式：布置图、断面图 . 2、屋内配电装置设备的布置特点： n由于允许的安全净距小，能分层布置，因而占 地面积比屋外布置小； n维修、操作和巡视都在户内进行，不受气条件 的影响； n电气设备不易受外界污秽空气环境的影响，维 护工作量小； n电气设备之间的距离小，通风散热条件差，且 不便于扩建； n房屋建筑投资大，但可采用价格较低的屋内型 设备，能减小一些设备的投资。 . 3、屋内低压配电装置布置要求： n屋内低压配电装置的电气距离应满足规范要求。 n低压配电装置的维护通道的出口数目，按配电装置的长 度确定： n长度不足6m时允许一个出口

29、； n长度超过6m时，应设两个出口并布置在通道的两端； n当两出口之间的距离超过15m时，其间应增加出口。 n低压配电室长度超过7m时，应设两个出口，并宜布置在 配电室的两端。 n当低压配电室为楼上和楼下两部分布置时，楼上部分的 出口应至少有一个为通向该层走廊或室外的安全出口。 n配电室的门均应向外开启，但通向高压配电装置时的门 应双向开启门。 . 4、屋内高压成套配电装置： n固定式高压开关柜、手车式高压开关柜、SF6 全封闭组合电器、 # #高压开关柜的闭锁装置应具有高压开关柜的闭锁装置应具有“五防五防”功能：功能： n防止误分、误合断路器； n防止带负荷分、合隔离开关或带负荷推入、拉 出金属封闭式开关柜的手车隔离插头； n防止带电挂接地线或合接地开关； n防止带接地线或接地开关合闸； n防止误入带电间隔，以保证可靠的运行和操作 人员的安全。 . #屋内高压成套配电装置的布置要求 n配电装置的布置和设备的安装，应满足在正常、短路 和过电压等工作条件时的要求。 n配电装置的绝缘等级，应和电力系统的额定电压相配 合。 n屋内配电装置的安全净距不应小于最小安全净距。 n配电装置室内的各种通道应畅通无阻，不得设立门槛， 并不应有与配电装置无