第三章_输变电系统

1、电气工程基础电气工程基础武汉理工大学武汉理工大学电气工程系电气工程系 2008/2电力系统工程电力系统工程概概 述述 输变电设备输变电设备电气一次接线电气一次接线 保护接地保护接地电气工程基础电气工程基础绪论绪论-电力系统的基本概念和知识电力系统的基本概念和知识发电系统发电系统输变电系统输变电系统电力系统负荷电力系统负荷电力网的稳态计算电力网的稳态计算电力系统的短路计算电力系统的短路计算电气主接线的设计与设备选择电气主接线的设计与设备选择电力系统继电保护电力系统继电保护实验实验 2008/2电力系统工程电力系统工程概概 述述 输变电设备输变电设备电气一次接线电气一次接线 保护接地保护接地电气工

2、程基础电气工程基础第三章第三章 输变电系统输变电系统 2008/2电力系统工程电力系统工程概概 述述 输变电设备输变电设备电气一次接线电气一次接线 保护接地保护接地第一节第一节 概概 述述输变电系统是电力系统的重要组成部分，包括变电所和输电线路。发电厂生产的电能，经输变电系统（网络），供给配电系统和用户。 本章主要讨论： 1、输变电系统中主要电气设备电气设备（电气一次设备）； 2、根据电气一次设备的作用和对它们的工作要求,依一定的顺序用导线连接起来的电路，即电气主接线电气主接线，也称电气一电气一次接线次接线或一次系统一次系统。 2008/2电力系统工程电力系统工程概概 述述 输变电设备输变电设

3、备电气一次接线电气一次接线 保护接地保护接地 2008/2电力系统工程电力系统工程概概 述述 输变电设备输变电设备电气一次接线电气一次接线 保护接地保护接地第二节第二节 输变电设备输变电设备输电线路：架空线、电力电缆架空线、电力电缆开关电器：断路器、隔离开关、熔断器。断路器、隔离开关、熔断器。测量电压和电流的电器：电流互感器、电压电流互感器、电压互感器。互感器。变换电压的设备：变压器。变压器。限制故障电流的电器：电抗器。电抗器。 2008/2电力系统工程电力系统工程概概 述述 输变电设备输变电设备电气一次接线电气一次接线 保护接地保护接地一、输电线路一、输电线路两种结构分为架空线路和电缆线路

4、2008/2电力系统工程电力系统工程概概 述述 输变电设备输变电设备电气一次接线电气一次接线 保护接地保护接地 2008/2电力系统工程电力系统工程概概 述述 输变电设备输变电设备电气一次接线电气一次接线 保护接地保护接地二、开关电器二、开关电器开关电器是断开或接通电路的电气设备总称断路器、隔离开关、熔断器。断路器、隔离开关、熔断器。1、断路器、断路器 高压断路器是高压开关设备中最重要最高压断路器是高压开关设备中最重要最复杂的开关电器。它既能切断正常负载电流，复杂的开关电器。它既能切断正常负载电流，又能迅速切除短路故障电流又能迅速切除短路故障电流,同时承担着控制同时承担着控制和保护的双重任务。

5、大部分断路器能进行快和保护的双重任务。大部分断路器能进行快速自动重合闸操作速自动重合闸操作,在排除线路临时性故障后在排除线路临时性故障后,能及时地恢复正常运行。能及时地恢复正常运行。 2008/2电力系统工程电力系统工程概概 述述 输变电设备输变电设备电气一次接线电气一次接线 保护接地保护接地1灭弧概念灭弧概念 开关在闭合状态时它是电路的一部分，当它断开时，电路即被断开。当断路器的动、静触头刚刚分开瞬间，如触头两端电压不低于1020V、电流不小于80100mA就要出现电弧。电弧把分开的触头两端联接起来，电流仍继续流通，只有在极短的时间内使电弧熄灭，电路才被切断。 2008/2电力系统工程电力系

6、统工程概概 述述 输变电设备输变电设备电气一次接线电气一次接线 保护接地保护接地 2008/2电力系统工程电力系统工程概概 述述 输变电设备输变电设备电气一次接线电气一次接线 保护接地保护接地2断路器的基本参数断路器的基本参数额定电压额定电压Un：断路器可以在1.11.15倍额定线电压正常工作。额定电压决定着断路器的绝缘尺寸,同时也决定断路器的熄弧条件。额定电流额定电流In：在环境温度不超过+40的条件下，断路器容许长期通过的最大工作电流。额定电流将决定断路器导电回路的几何尺寸。额定开断电流额定开断电流Ibrn：在某个指定电压下能正常开断的最大电流。在额定电压下开断的电流称为额定开断电流，它表

7、征断路器的开断能力。在低于额定电压下开断电流可以提高，但由于受灭弧装置结构及机械强度的限制，开断电流存在一极限值, 称为极限开断电流。 2008/2电力系统工程电力系统工程概概 述述 输变电设备输变电设备电气一次接线电气一次接线 保护接地保护接地额定断流容量额定断流容量Sbrn：由于开断能力既和开断电流有关,也和额定电压有关，所以开断能力可用它们的综合值，即额定断流容量来表示：断路器的开断能力断路器的开断能力主要决定于灭弧装置的结构,通常由断流容量试验确定。热稳定电流热稳定电流Ith：表示断路器能承受短路电流热效应的能力。我国规定4秒钟内所能承受的热稳定电流为额定热稳定电流。通常断路器的热稳定

8、电流在数值上等于它的额定开断电流。动稳定电流动稳定电流iem：它表明断路器能承受短路电流电动力作用的能力。取短路电流的最大瞬时值，称为极限通过电流。分闸时间分闸时间:断路器从得到分闸命令(跳闸线圈通电)起,到电孤熄灭止的-段时间称为全分闸时间.它是断路器固有分闸时间和燃弧时间之和。合闸时间：合闸时间：断路器从接到合闸命令(合闸线圈通电)起，到主触头刚接触止的一段时间称为合闸时间。brNNbrNIUS33断路器的种类断路器的种类 根据灭弧介质不同,断路器可分为油断路器油断路器、空气断路器空气断路器、六氟化硫断路器六氟化硫断路器、真空断路器真空断路器等。多油断路器多油断路器 少油断路器少油断路器

9、空气断路器空气断路器是以压缩空气为灭弧介质,与油断路器相比较,它不需要绝缘油，断开动作快，断流容量大,防火防爆,低温下能可靠动作,它体积小,维护检修方便。但是它结构复杂,工艺要求高,特别是需要配备一套压缩空气辅助设备。主要用于大型水电厂。我国制造的空气断路器主要是220kV和330kV等级。国外已有750kV电压等级的空气断路器。SF6断路器断路器是80年代广泛采用的断路器。它以SF6(六氟化硫）气体作为灭弧和绝缘介质。它切断性能好,开断能力大,动作迅速,防火防爆。缺点是结构复杂、工艺要求高,它是超高压电器的主要发展方向。 2008/2电力系统工程电力系统工程概概 述述 输变电设备输变电设备电

10、气一次接线电气一次接线 保护接地保护接地500KV开关站开关站 2008/2电力系统工程电力系统工程概概 述述 输变电设备输变电设备电气一次接线电气一次接线 保护接地保护接地1000kvGIS 2008/2电力系统工程电力系统工程概概 述述 输变电设备输变电设备电气一次接线电气一次接线 保护接地保护接地2、隔离开关、隔离开关隔离开关是一种没有灭弧装置的开关设备，在分闸时有明显可见断口，在合闸状态能可靠地通过正常工作电流和短路电流。隔离开关的主要特点是在有电压无负荷电流情况下，进行分、合电路，它的主要功用为：分闸后在电路中形成明显的断开点，建立可靠的绝缘间隙，保证检修人员及设备的安全；切换线路，

11、增加线路连接灵活性。应当注意的是：由于刀闸没有灭弧装置，不能用它断开负荷电流和短路电流，应与断路器配合使用。否则造成飞弧（相对地或相同短路），烧坏设备，危及人身安全，以及带负荷拉刀闸的严重事故。所以，必须遵守后拉（停电时,先切断路器，后拉刀闸），先合（送电时，先合刀闸，后合断路器）。 2008/2电力系统工程电力系统工程概概 述述 输变电设备输变电设备电气一次接线电气一次接线 保护接地保护接地隔离开关类型很多,按照不同的分类原则主要有：按装设地点：分为户内和户外式两种；按支持绝缘数目：分为单柱式，双柱式和三柱式；按刀闸运动方式的不同有：水平旋转式、垂直旋转式、摆动式和插入式四种。根据有无接地闸

12、刀，又可分为有接地闸刀和无接地闸刀两种；根据操作机构不同又可分为手动、电动和气动等。 2008/2电力系统工程电力系统工程概概 述述 输变电设备输变电设备电气一次接线电气一次接线 保护接地保护接地 2008/2电力系统工程电力系统工程概概 述述 输变电设备输变电设备电气一次接线电气一次接线 保护接地保护接地 2008/2电力系统工程电力系统工程概概 述述 输变电设备输变电设备电气一次接线电气一次接线 保护接地保护接地3、互感器、互感器为保证电力系统及发电厂电气设备安全、可靠、经济运行,在发电厂及变电所中还要安装电工测量仪表、继电保护及自动装置等二次电气设备和装置。这些设备不能直接安装在高压或大

13、电流电路中,这是因为一方面对工作人员安全有危险；另一方面造成二次设备复杂和造价的提高。电压互感器,将系统的高电压变成标准的低电压(100V)。电流互感器，将系统的大电流变成小电流(5A或lA)用以给测量仪表或继电保护、自动装置二次设备供电。 2008/2电力系统工程电力系统工程概概 述述 输变电设备输变电设备电气一次接线电气一次接线 保护接地保护接地互感器包括电压互感器电压互感器和电流互感器电流互感器,它们在电网中的接线如下图所示。电电 流流 互互 感感 器器电电 压压 互互 感感 器器12)00(12021021/1211221IIIIIIIIIIIiiiNNi即用kkkNNNNNIIk1）

14、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 2008/2电力系统工程电力系统工程概概 述述 输变电设备输变电设备电气一次接线电气一次接线 保护接地保护接地2）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 2008/2电力系统工程电力系统工程概概 述述 输变电设备输变电设备电气一次接线电气一次接线 保护接地保护接地 2008/2电力系统工程电力系统工程概概 述述 输变电设备输变电设备电气一次接线

15、电气一次接线 保护接地保护接地3、电力变压器、电力变压器 电力变压器是电力系统中广泛使用的升压和降压设备。按用途，电力变压器可分为升压变、降压变、联络变和配电变。按相数分，可分为单相变和三相变。按每相绕组的线圈数，分为双绕组和三绕组变压器。 2008/2电力系统工程电力系统工程概概 述述 输变电设备输变电设备电气一次接线电气一次接线 保护接地保护接地4、高压开关柜、高压开关柜 2008/2电力系统工程电力系统工程概概 述述 输变电设备输变电设备电气一次接线电气一次接线 保护接地保护接地第三节第三节 电气一次接线电气一次接线电力系统电气一次接线概述电气主接线的基本接线形式发电厂及变电所的电气主接

16、线举例 2008/2电力系统工程电力系统工程概概 述述 输变电设备输变电设备电气一次接线电气一次接线 保护接地保护接地一、电力系统接线和输变电网接线一、电力系统接线和输变电网接线三种接线形式1、电力系统地理接线 各发电厂、变电所的相对地理位置和它们之间的联接关系。 2008/2电力系统工程电力系统工程概概 述述 输变电设备输变电设备电气一次接线电气一次接线 保护接地保护接地 2008/2电力系统工程电力系统工程概概 述述 输变电设备输变电设备电气一次接线电气一次接线 保护接地保护接地2、输变电网络接线无备用接线 单回路放射式、干线式和链式。有备用接线 双回路供电方式、环式 2008/2电力系统

17、工程电力系统工程概概 述述 输变电设备输变电设备电气一次接线电气一次接线 保护接地保护接地 2008/2电力系统工程电力系统工程概概 述述 输变电设备输变电设备电气一次接线电气一次接线 保护接地保护接地3、发电厂、变电站电气主接线 描述发电厂、变电站中各主要电气设备之间的电气联接关系。 要求能识别电气主接线的基本形式以及掌握其特点： 1） 供电的可靠性； 2）操作灵活性； 3）经济性 2008/2电力系统工程电力系统工程概概 述述 输变电设备输变电设备电气一次接线电气一次接线 保护接地保护接地二、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分为有汇流母线接线和无汇流母线接线。1、有汇流

18、母线接线（1）单母线接线单母线接线母线隔离开关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QS3、QS2 2008/2电力系统工程电力系统工程概概 述述 输变电设备输变电设备电气一次接线电气一次接线 保护接地保护接地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，且出线回路少，用

19、户对供电可靠性灵活性不高的场合。 2008/2电力系统工程电力系统工程概概 述述 输变电设备输变电设备电气一次接线电气一次接线 保护接地保护接地（2）单母线分段接线单母线分段接线 2008/2电力系统工程电力系统工程概概 述述 输变电设备输变电设备电气一次接线电气一次接线 保护接地保护接地分段的单母线接线保留了单母线接线分段的单母线接线保留了单母线接线优点优点,同时提高了重要用户供电的可靠同时提高了重要用户供电的可靠性。因为：性。因为：（1）重要用户可以分别从不同分段上取）重要用户可以分别从不同分段上取得双回路供电。得双回路供电。（2）由于母线被分段）由于母线被分段,就可以轮流检修分就可以轮流

20、检修分段母线段母线,总可以保留一半用户继续供电总可以保留一半用户继续供电,从而提高了供电可靠性；从而提高了供电可靠性；（3）同时由于当一段母线故障）同时由于当一段母线故障,仍有一半仍有一半用户继续供电，从而缩小了事故范围。用户继续供电，从而缩小了事故范围。 2008/2电力系统工程电力系统工程概概 述述 输变电设备输变电设备电气一次接线电气一次接线 保护接地保护接地（3）单母线分段带旁路母线接线单母线分段带旁路母线接线加装旁路母线的目的加装旁路母线的目的,检修出线断路器(如QF4),可不中断该回路的供电。若检修QF4时，A、B经QF1、QS1和QS2并列运行。操作：QS5合，QF1断、QS1断

21、、QS3合、QF1合，使W3旁路母线充电35min,若无问题即可合上QS8,这时出线4同时从主母线和旁路母线供电,这时就可以断开出线断路器QF4及两侧相应的隔离开关QS6和QS7,这时QF1代替QF4工作,而出线并不中断供电。QS5QF2 带有旁路母线的单母分段接线适用于出线回路数较多、容量不很大的带有旁路母线的单母分段接线适用于出线回路数较多、容量不很大的中小型发电厂和电压为中小型发电厂和电压为35110kV的变电所，它具有足够的可靠性和灵活性。的变电所，它具有足够的可靠性和灵活性。 2008/2电力系统工程电力系统工程概概 述述 输变电设备输变电设备电气一次接线电气一次接线 保护接地保护接

22、地三种运行方式1)QF断，一组母线工作，另一组备用，全部进出线接于运行母线。2)QF断，进出线分别接于两组母线上。3)QF合，进出线平均分别接于两组母线上。 检修一组母线，可使回路供电不中断。例W1工作母线检修，操作如下：QS1、QS2合，QF合给备用母线W2充电，若正常，先接通备用母线W2侧隔离开关，再断开接于工作母线W1的隔离开关。（4）双母线）双母线单母线接线具有接线简单、清晰，操作方便及易发展的优点。但是，当有大量重要用户而在系统中没有备用线路，这时为保证供电可靠性和灵活性，就应采用双母线接线。双母线接线具有较高的可靠性、切换灵活、易扩建，在中大型发电双母线接线具有较高的可靠性、切换灵

23、活、易扩建，在中大型发电厂变电站广泛应用。厂变电站广泛应用。 2008/2电力系统工程电力系统工程概概 述述 输变电设备输变电设备电气一次接线电气一次接线 保护接地保护接地（5）双母线分段接线）双母线分段接线 2008/2电力系统工程电力系统工程概概 述述 输变电设备输变电设备电气一次接线电气一次接线 保护接地保护接地 多用于35kV以上电网，因为电压越高，断路器检修时间越长断路器检修时间越长，停电时间也越长，有了旁路设施就可克服这一缺点。（6）双母线带旁路母线接线）双母线带旁路母线接线例如检修QF4 合QF2两侧隔离开关，再合QF2,给W3旁路母线充电，若正常合QS4。 断QF4以及两侧隔离

24、开关。 2008/2电力系统工程电力系统工程概概 述述 输变电设备输变电设备电气一次接线电气一次接线 保护接地保护接地 该接线具有很高的可靠性和灵活性。目前我国500kV超高压系统大都采用此接线。1）高可靠性任一母线故障，只跳开与该母线相连的断路器，任何回路不停电。2）检修操作方便检修任一断路器，只要断开断路器，再断两侧隔离开关。(7) 一台半断路器接线一台半断路器接线 2008/2电力系统工程电力系统工程概概 述述 输变电设备输变电设备电气一次接线电气一次接线 保护接地保护接地2、无汇流母线接线、无汇流母线接线（1）单元接线及扩大单元接线 2008/2电力系统工程电力系统工程概概 述述 输变

25、电设备输变电设备电气一次接线电气一次接线 保护接地保护接地 单元接线及扩大单元接线简明清晰、故障范围小、运行可靠、设备元件少。 单元接线的主要缺点是当单元中任一元件故障，即可引起整个单元停止工作。不过现代的发电机和变压器可靠性相当高，上述缺点并不突出，目前大中型电厂没有发电机端电压负荷，均采用单元接线。 2008/2电力系统工程电力系统工程概概 述述 输变电设备输变电设备电气一次接线电气一次接线 保护接地保护接地三、发电厂及变电站的电气主接线举例三、发电厂及变电站的电气主接线举例1、发电厂的电气主接线、发电厂的电气主接线 区域性电厂区域性电厂:大型火水电厂，生产电能大型火水电厂，生产电能升高电

26、压送入电力系统，发电机侧不设升高电压送入电力系统，发电机侧不设母线。母线。 地方性电厂：热电厂和中小型电厂，生地方性电厂：热电厂和中小型电厂，生产电能大部分直接送给地方用户，剩余产电能大部分直接送给地方用户，剩余电能升高电压送入电力系统。电能升高电压送入电力系统。 2008/2电力系统工程电力系统工程概概 述述 输变电设备输变电设备电气一次接线电气一次接线 保护接地保护接地 2008/2电力系统工程电力系统工程概概 述述 输变电设备输变电设备电气一次接线电气一次接线 保护接地保护接地单元接线单元接线双母线加旁路双母线加旁路双母分段双母分段 2008/2电力系统工程电力系统工程概概 述述 输变电

27、设备输变电设备电气一次接线电气一次接线 保护接地保护接地2、变电所的电气主接线、变电所的电气主接线110KV 2008/2电力系统工程电力系统工程概概 述述 输变电设备输变电设备电气一次接线电气一次接线 保护接地保护接地第四节第四节 保护接地保护接地一、保护接地的作用一、保护接地的作用 为保障人身安全，防止间接触电而将设备外露可导电部分进行接地称为保护接地。单相接地电流IRRRRIIEEtmanEEman 50mA以上的工频交流，较长时间通过人体就带来危险。上图中流过人体的电流为 2008/2电力系统工程电力系统工程概概 述述 输变电设备输变电设备电气一次接线电气一次接线 保护接地保护接地对地电压分布、接触电压和跨步电压对地电压分布、接触电压和跨步电压EEERIU接地电压 为了限制对人体危