第3章 输变电系统

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 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，限制故障电流的电器：如避雷器、避雷针、避雷线、电抗

2、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。 第一节第一节 输变电系统概述输变电系统概述 输电线路第二节第二节 输变电设备输变电设备 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）仅用于断开过负荷过负荷或短路短路电流的开关电器，如熔断器（3）用于断开断开或闭合闭合正常工作

4、电流、短路电流短路电流的开关电器，如交流断路器、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）断路器高压断路器高压断路器(QF)(QF)SN-10SN-10型高压少油断路器型高压少油断路器一相油箱内部结构一相油箱内部结构SN10-1

5、0型断路器 开关电器高压断路器（高压断路器（ QF ）的）的多断口断路器多断口断路器 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：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开断 断路器合闸与有潜伏性故障的线路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短路冲击电流，才能可靠的开断

6、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（ ） 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

7、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（高压断路器（ QF ）的基本参数）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电流最大短路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

8、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、电流互感器一、电流互感器 1铁心铁心 2一次绕组一次绕组 3二次绕组二次绕组电流互感器的基本结构原理图电流互感器的基本结构原理图结构特点结构特点一次绕组匝数很少一次绕组匝数很少，而且而且一次绕组导体相当粗一次绕组导体相当粗二次绕组匝数很多，导二次绕组匝数很多，导体较细。体较细。电流互感器的一次电流电流互感器的一次电流I I1 1与其二次电流与其二次电流I I2 2之间之间有下列关系：有下列关系：21221iNIIK IN12)00(12021021/1211221IIIIIIIIIIIiiiNNi即用kkk

9、NNNNNIIk1）电流互感器原理分析）电流互感器原理分析存在数值误差和相位误差。(%)100112IIIkfii 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）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；不完全星形接线二次接线：单相接线；星形接线；不完全星形接线A BCAK2K1L1L2ABCAAAABCAwhIaIcIb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电压互感器的基本结构原理和接线方案1铁心铁心 2一次绕组

10、一次绕组 3二次绕组二次绕组电压互感器的基本结构原理图电压互感器的基本结构原理图电压互感器的一次电压电压互感器的一次电压U U1 1与与二次电压二次电压U U2 2之间有下列关系：之间有下列关系：11222uNUUK UN2）电压互感器原理分析）电压互感器原理分析122)(2211)(1/2211212121UUIUEEIUuNNu即用KjXRjXREENNUUK存在数值误差和相位误差。(%)100212UUUKfuu 电压互感器 运行特点：二次绕组不能短路二次绕组不能短路 接线方式：rdF1LTVZ2lC1C2至通信设备CU1UC2U3U2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、

11、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。第二节第二节 电气一次接线电气一次接线二、电气主接线的基本接线形式 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

12、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。QSQF认识母线：1. 单母线接线 接线图有母线电气一次接线有母线电气一次接线母线隔离开关QS2线路隔离开关QS3接地刀闸QS4送电操作送电操作先合QS2、QS3再投QF2断电操作断电操作先断QF2再断

13、QS3、QS2有母线电气一次接线有母线电气一次接线 单母线接线主要优点：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：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发电厂和变电所，且出线回路少出线回路少，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

14、为宜，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。QF1分段断路器GWL1WL2WL3WL4G3. 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B

15、QS2QF1QS3 W3QS8 WL4供电。并由QF1替代断路器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。GGWL1WL4WL3WL2QS7QS6QF4WABQS8W3QS5QF1QS1QS3QS2QS4（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

16、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，又便于扩建。QFQS2QS1W1W2电源1电源2有母线电气一次接线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。QFQS2QS1W

17、1W2电源1电源25. 双母线分段接线 接线图有母线电气一次接线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。电源2I电源1QF1QF2QF3 LQS4W36. 双母线带旁路母线接线 接线图有母线电气一次接线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QFW3W2W1QF1W

18、1W2QF4QF2电源1电源27. 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。W1W2QFQSQSQSQSQFQFQSQSQS1QS11. 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无母线

19、电气一次接线B. 扩大单元接线TGLTGGTGTTGGTGG2. 桥形接线 接线图无母线电气一次接线无母线电气一次接线 内桥与外桥接线的比较LT1QF1LT2QF2QF3QS2QS1内桥LQF1T1QF3QS2QS1外桥LQF2T2 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无母线电气一次接线Case1Case1：发电厂的主接线：发电厂的主接线第四节第四节 配电装置配电装置 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装设地点：屋内和屋

20、外配电装置 按其组装方式，可分为装配式装配式和成套式成套式配电装置配电装置 安全净距安全净距 ：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 B2：带电部分至网状遮栏的距离 B2=A1+70+30配电装置配电装置 B3：带电部分至无孔遮栏的距离 B3=A1+30 C：无遮拦裸导体至地面或楼板高度 C=A1+230020 D：不同时停电检修的无遮拦裸导体间的水平净距

21、 D=A1+1800200 E：屋内架空出线套管中心线至屋外地面的距离 E=A1+3500屋外配电装置成套配电装置（屋内、屋外） 低压配电屏（380/220V）：固定式配电屏，金属封闭抽屉式 高压开关柜（335kV）：手车式和固定式 F+C柜（熔断器+真空接触器） 箱式变电站 SF6全封闭组合电器（GIS）第五节第五节 保护接地及接零保护接地及接零一、保护接地的作用 保护接地： 将电气设备金属外壳、金属构件或互感器的二次侧等接地，防备由于绝缘损坏而使外壳带危险电压后，以保护工作人员在接触时的安全。 触电方式 与带电部分直接接触； 接地故障时，人处于接触电压和跨步电压的危险区； 与带电部分间隔在

22、安全距离之内。ZREImanUIEEtmanEEmanRRRRII保护接地及接零保护接地及接零二、保护接地装置电阻的允许值 接触电压和跨步电压： 接地电压：电气设备的接地体与零电位之间的电位差UE。EEtouAU1.8mE=f(L)UE0.8uU1U20.81520米1520米等位面地中电流EstepE=f(L)接地体LL 接触电压：当人触及带电的外壳，加于人手和脚之间的电压。 跨步电压：当人在分布电位区域内跨开一步，两脚间（相距0.8米）所受到的电压。保护接地及接零保护接地及接零 保护接地装置电阻的允许值 大电流接地系统：单相接地时接地电压不能超过2000V，故 RE2000/I。当I4000A时， 可取 RE0.5。 小电流接地系统：接地装置仅用于高压设备时，接地电压不得超过250V，即 RE250/I。接地装置为高低压设备共用时，接地电压不超过120V，即 RE120/I。 一般接地电阻应不超过10；1000V以下电网