电力系统工程基础

1、第三章第三章 输变电系统输变电系统v一概述v二、输变电设备v三、电气一次接线v四、配电装置v五、保护接地及接零v六、高压直流输电第一节第一节 概概 述述图3-1 220/110/10kV地区变电所主接线图W母线；T1，T2变压器；QF断路器；L电抗器；WL馈电线；CS同步调相机；TV电压互感器；TA电流互感器v 输变电设备包括u变换电压的设备：如变压器。u接通和开断电路的开关电器：如断路器，隔离开关，熔断器等。u防御过电压，限制故障电流的电器：如避雷器、避雷针、避雷线、电抗器。u无功补偿设备：如电力电容器，同步调相机，静止补偿器。u载流导体：如母线，引线，电缆，架空线。u接地装置；如变压器中性

2、点接地、设备外壳接地、防雷接地等。v 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。第二节第二节 输变电设备输变电设备v 输电线路v 开关电器u高压断路器的基本参数额定开断电流INbr、全开断时间tab、合闸时间ton额定动稳定电流（峰值）ies、热稳定电流It、自动重合闸性能v 电流互感器u运行特点：二次绕组不能开路u二次接线：单相接线；星形接线；不完全星形接线v 电压互感器u运行特点：二次绕组不能短路u接线方式：A BCAK2K1L1L2A BCAAAA BCAwhIaIcIb图3-9 电流互感器与测量仪表接线图(a)单相接线；(b)星行接

3、线；(c)不完全星行接线20kV3kV(c)35kV220kV3kV110kV(b)(a)(d)220kV3kV图3-10 电压互感器接线图(a)一台电压互感器接相电压；(b)一台电压互感器接线电压；(c)不完全星行接线；(d)三台单相三绕组或三相五柱式电压互感器接线rdF1LTVZ2lC1C2至通信设备CU1UC2U3U2图3-11 电容式电压互感器原理接线图第三节第三节 电气一次接线电气一次接线v一、电力系统接线和输变电网络接线v二、电气主接线的基本接线形式v三、发电厂及变电所的电气主接线举例一、电力系统接线和输变电网络接线一、电力系统接线和输变电网络接线v 电力系统接线u地理接线图：表明

4、各发电厂、变电所的相对地理位置和它们之间的联接关系u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v 输变电网络接线u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。u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。二、电气主接线的基本接线形式二、电气主接线的基本接线形式v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，一倍半断路器接线，变压器母线组接线等。v无汇流母线：单元接线、桥形接线、角形接线等。 v几个基本概念：u汇流母线：起汇集

5、和分配电能的作用，也称汇流排。u进、出线：进线指电源，出线指线路。u断路器、隔离开关（母线、线路）、接地刀闸：v断路器与隔离开关的操作顺序：u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。u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。待线路对方仃电后，再合上接地刀闸。QSQF1. 单母线接线u接线图WQFQSQSWL4QFQSQSWL3QFQSQSWL2QFQSGQF1QS1GQF2QS3QS2WL1QS4有汇流母线接线有汇流母线接线特点：简单、清晰、设备少。当母线故障或检修或母线隔离开关检修时，整个系数全部停电。断路器检修期间也必须停止该回路的供电。适用范围：单电源

6、的发电厂和变电所，且出线回路数少，用户对供电可靠性要求不高的场合。2. 单母线分段接线u接线图特点：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GWL1WL2WL3WL4Gu旁路母线的作用不停电检修进出线断路器。u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

7、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 Q S2 Q F1 Q S3 W3QS8 WL4供电。并由QF1替代断路器QF4。QF4检修前，应把QS6、QS7断开。u适用范围中小型发电厂和35110kV的变电所。GGWL1WL4WL3WL2QS7QS6QF4WABQS8W3QS2QS4QS5QF1QS1QS3(分段断路器QF1兼旁母断路器 )3. 单母线分段加装旁路母线接线u接线图4. 双母线接线u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

8、）连接。u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。u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2u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

9、完成后，断开母联断路器及其两侧的隔离开关。u适用范围大中型发电厂和变电所。QFQS2QS1W1W2电源1电源25. 双母线分段接线u接线图u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。u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u接线图u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QF

10、W3W2W1QF1QF2W1W2QF4电源1电源27. 一台半断路器接线u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。u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。W1W2QFQSQSQSQSQFQFQSQSQS1QS1u适用范围大型电厂和变电所的超高压配电装置。B. 扩大单元接线TGLTGGTGTTGGTGG无汇流母线接线无汇流母线接线1. 单元接线及扩大单

11、元接线u接线图 A. 单元接线u内桥与外桥接线的比较LT1QF1LT2QF2QF3QS2QS1内桥LQF1T1QF3QS2QS1外桥LQF2T2穿越功率u适用范围: 用 于 小 型 发电厂和变电所，也可作为过渡性的接线。2. 桥形接线u接线图3. 角形接线u接线图三、发电厂及变电所的电气主接线举例三、发电厂及变电所的电气主接线举例v 发电厂主接线发电厂主接线u区域性电厂： 指坑口电厂和远离城市的大型水火电厂。这类电厂一般规模较大，设备年利用小时数高，生产的电能主要以升高电压送入电力系统，通常不设发电机电压母线。 图3-24 大型火电厂电气主接线图u地方性电厂： 主要是热电厂和中小型电厂。大量电

12、能以发电机电压馈送给地方用户，剩余功率以升高电压送入系统，设发电机电压母线。图3-25 热电厂主接线图u 变电所主接线:第四节第四节 配电装置配电装置v一、概述 v二、配电装置的安全净距 v三、屋内配电装置 v四、屋外配电装置 v五、成套配电装置 一、概述一、概述 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，它是发电厂和变电站的重要组成部分。 配电装置按电器设备装设地点不同，可分为屋内和屋外配电装置。按其组装方式，可分为装配式和成套式 。二、配电装置的安全净距二、配电装置的安全净距 在配电装置中，各种间距距离的确定应考虑电

13、压等级的不同，对于敞露在空气中的配电装置，最基本的是确定带电部分与接地部分之间和不同相带电部分之间的空间最小安全净距，即A1和A2值。 A值应保证无论在正常最高工作电压或出现内外过电压时都不致使相应空气间隙击穿。净距B，C，D，E，是在A值基础上，再考虑一些其它因素决定的。 三、屋内配电装置三、屋内配电装置 在发电厂和变电站中，屋内配电装置按其布置的型式，一般可分为三层式、二层式和单层式。 三层式三层式是将同一回路的电气设备按接线顺序和电气设备轻重分别布置于三层中。 二层式二层式有装配式和装配成套混合式。三层式和二层式均用于出线有电抗器的情况。 单层式单层式适用于出线无电抗器的情况。四、屋外配

14、电装置四、屋外配电装置 对具有汇流母线的接线形式，根据电器和母线布置的高度，屋外配电装置可分为中型、半高型和高型中型、半高型和高型。 中型配电装置中型配电装置的所有电器都安装在同一水平面，并装在一定高度的基础上，中型配电装置母线所在的水平面稍高于电器所在的水平面，母线下方除布置母线隔离开关外，不布置其它电器。 高型和半高型配电装置的母线和电器分别装在几个不同高度的水平面，并重叠布置。凡将一组母线与另一组母线重叠布置的称为高型配电装置。如果仅将母线与断路器、电流互感器等重叠布置，则称为半高型配电装置。五、成套配电装置五、成套配电装置 成套配电装置是在制造厂内将同一回路的开关电器、测量仪表和保护电

15、器等组装而成。1低压成套配电装置 有固定式配电屏BSL系列（双面维护）、BDL系列（单面维护）和BFC系列低压成套开关柜（也称抽屉式开关柜）。2高压开关柜（1）手车式高压开关柜，用于单母线结构。（2）固定式高压开关柜有双母线和单母线两种结构。第五节第五节 保护接地及接零保护接地及接零v一、保护接地的作用v二、保护接地装置电阻的允许值v三、发电厂和变电所接地装置v四、保护接地和保护接零u 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；与带电部分间隔在安全距离之内。一、保护接地的作用一、保护接地的作用u 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

16、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。ZREImanUIEEtmanEEmanRRRRII图3-27 不接地系统保护接地作用的示意图二、保护接地装置电阻的允许值二、保护接地装置电阻的允许值v 接触电压和跨步电压：u接地电压： 电气设备的接地体与零电位之间的 电位差UE。u接触电压： 当人触及带电的外壳，加于人手和脚之间的电压。u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。EEtouAU1.8mE=f(L)UE0.8uU1U20.81520米1520米等位面地中电流EstepE=f(L)接地体LL图3-28 接地电流的散 流场和地中电位

17、分布v 保护接地装置电阻的允许值保护接地装置电阻的允许值u大电流接地系统： 单相接地时接地网电压不能超过2000V，故 RE2000/I。当I4000A时， 可取 RE0.5。u小接地电流系统： 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以下电网中接地电阻最好不超过4。三、发电厂和变电所接地装置三、发电厂和变电所接地装置四、保护接地和保护接零四、保护接地和保护接零u ITIT接地方式接地方式ABC0ZIE REUEZRUIZRRUUEEEEE33;33

18、u字母I为电源中性点不接地或经高阻抗接地，T为设备的金属外壳接地。u其实质是通过降低接地电阻RE，限制故障设备外壳的接地电压UE的值，近似计算可得：u通常REZ，当RE10 时，接地电压可限值在安全范围内。u TT接地方式接地方式u字母T T分别表示电源中性点和设备的金属外壳接地。uT T接地方式普遍用于高压系统中。但对有较大容量电器的低压系统则不妥。因为：u若相电压U = 220V，r0 = RE = 4 ，接地电流 IE = 27.5A，电压U0 = UE = 110V，接地电流不大。u对较大容量的电器设备，接地电流可能小于负荷电流，当发生金属外壳接地时，由于保护整定值较大，熔断器或保护装

19、置是不能正确选择动作的。对地电压将长期存在，对人身不安全。ABC0r0REIEEEEEERrUIRrRUU00;u TN接地方式接地方式保护接零保护接零u字母T表示电源中性点接地，N表示零线，PE表示保护线。uTN接地方式分为三类： 1. TNS方式方式：字母S表示N与PE分开，设备金属外壳与PE相连接，设备中性点与N连接，即采用五线制供电。优点是PE中没有电流，故设备金属外壳对地电位为零。主要用于数据处理，精密检测，高层建筑的供电系统。ABCNPER02. TNC方式方式：字母C表示N与PE合并成为PEN，实际上是四线制供电方式。设备中性点和金属外壳都与N连接。正常时三相不平衡电流 和 谐

20、波 电 流 流 过PEN，故设备金属外壳正常对地带有一定电压。通常用于一般供电场所。ABCPENR03. TNCS方式方式：一部分N与PE合并成PEN，一部分N与PE分开，是四线半制供电方式。当N与PE分开后不允许再合并。应用于环境较差的场所。ABCNPER0PENuTNTN接地方式的特点：接地方式的特点：若设备发生碰壳故障，就形成火线、金属外壳和N或PE的一个金属闭合回路，短路电流较大，能使保护装置迅速将故障切除。零线上不允许安装保护装置和熔断器，零线应多重接地。在同一台变压器供电的电网中，是不允许TT和TN方式混用。第六节第六节 高压直流输电高压直流输电v一、直流输电技术的发展和两端直流输

21、电系统 v二、交直流输电方式的比较及直流输电的应用范围 v三、高压直流输电系统的主要电器设备 一、直流输电技术的发展和两端直流输电系统一、直流输电技术的发展和两端直流输电系统 直流输电系统按照与交流电力系统连接的节点数量不同，可划分为两端和多端直流输电两类。 两端直流输电系统由整流站，直流输电线路和逆变站三部分组成，如图3-31所示。 整流器逆变器换流变压器2换流变压器1+交流电力系统I换流站I(整流站)换流站II(逆变站)直流线路 直流输电系统 交流电力系统II图图3-31 3-31 直流输电系统接线示意图直流输电系统接线示意图 两端直流输电系统的构成可分为单极、双极和无直流输电线路三类。无直流输电线路即为两侧换流器背靠背装设在一起的非同步联络站，或称变频站。1单极系统单极系统 直流单极系统中，输电线路只用一根导线。一般采用正极接地，负极线路运行，又称一线一地制。接地正极以大地和海水作回流线路。 2双极系统双极系统 双极系统可看作两个单极系统叠加而成，其接线分为：两端中性点接地方式，一端中性点接地方式和中性线