ch05 发电厂一次系统-2

电气工程基础第5章发电厂一次系统主讲人：杨峰华中科技大学数字化工程与仿真中心本章主要内容5.1电气主接线5.2厂用电5.3开关电器5.4互感器5.5电气主接线设计和设备参数选择5.6电气设备布置5.7保护接地5.3开关电器本节主要内容电弧高压断路器隔离开关开关电器是断开或接通电路的电气设备的总称。在主接线中，执行实际的调度运行操作的就是开关电器。开关电器按功能划分为：仅用于开断或闭合正常工作电流的开关电器，如负荷开关和接触器。仅用于开断过负荷电流或短路电流的开关电器，如熔断器。既用于开断或闭合正常工作电流，又用于开断短路电流的开关电器，如交流断路器，直流断路器，低压自动空气断路器等。不用于开断电流，只用于检修是隔离电压的开关电器，如隔离开关。5.3.1电弧开关电器的开断能力开断能力：指切断电流时开关电器的灭弧能力电弧的影响通断电路时，开关动、静触头之间都会不同程度的产生电弧。电弧的产生和维持是由于触头之间很强的电场强度将触头之间的中心质点电离为带电质点的结果电弧对电力系统安全运行的不利影响：延长电路开断的时间，在短路条件下，使设备更长时间地承受很大的短路电流电弧的高温会烧坏触头，烧坏电气设备和导线，引起弧光短路，甚至引起火灾和爆炸5.3.1电弧灭弧方法触头周围采用绝缘性能高，不易电离的介质，比如绝缘油，SF6，真空等。使电弧迅速拉长。减弱电场强度，破坏电弧的产生，采用提高触头的分断速度或断口的数目。吹弧。利用空气或油在巨大压力下高速吹向弧隙，冲散导电质点，降低电弧温度。5.3.2高压断路器高压断路器是最主要的用于开断负荷和短路电流的开关电器，对维护电力系统安全、可靠运行起着重要的作用常见类型多油断路器：绝缘油作为灭弧和绝缘介质少油断路器：绝缘油作为灭弧介质，对地瓷介质作为绝缘介质空气断路器：压缩空气作为灭弧介质，高速吹弧SF6断路器：以SF6作为绝缘介质真空断路器：灭弧室内抽真空，没有质点参与电离过程5.3.2高压断路器组成结构开断部分：包括导电和触头系统及灭弧室；操作和传动部分：包括操作能源和把操作能源传动到触头系统的各种传动机构；绝缘部分：包括高电位的导电和触头系统与地电位绝缘的绝缘元件、高电位的动触头系统与处于低电位的操作能源所用的绝缘连接件。灭弧室是核心5.3.2高压断路器高压断路器的型号SN10-10/3000-43.3灭弧介质：S-少油Z-真空L-六氟化硫K-空气安装地点：W-户外N-户内设计序号：数字代表第几次设计额定电压(kV)额定电流(A)额定开断电流(kA)其它特征：G-改进型Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ断流能力5.3.2高压断路器多油断路器(1)接地金属箱型：可以把电流互感器装在进出线套管上5.3.2高压断路器多油断路器(2)绝缘子支持型：可以串联若干个开断元件和加高对地绝缘组成更高电压等级的断路器1－导电杆；2－绝缘套管；3－灭弧装置；4－横担；5－传动机构；6－提升杆；7－电流互感器；8－油箱；9－箱盖；10－变压器油5.3.2高压断路器少油断路器5.3.2高压断路器少油断路器断路器的积木组合方式：110kV以上的户外少油断路器一般一个基本单元2个灭弧室，用于更高电压等级时用多个基本单元串联。5.3.2高压断路器少油断路器采用积木结构，多断口在开断过程和开断后断口间电压分配不均匀，需并联1000~2000pF的均压电容：5.3.2高压断路器SF6断路器SF6是电负性气体，其分子和原子具有很强的吸附自由电子的能力，可以大量吸附弧隙中参与导电的自由电子，生成负离子。由于负离子比自由电子运动速度慢的多，很容易和正离子复合成中性的分子和原子，加快电流过零时弧隙介质强度的恢复。户外110kV户外220kV户外500kV5.3.2高压断路器真空断路器利用真空作为触头间的绝缘与灭弧介质的断路器真空灭弧室的真空度：1.33×10－2～1.33×10－5Pa(标准大气压的10-7~10-9倍)5.3.2高压断路器使用范围10多年前以使用少油断路器为主现在基本上户外高压以SF6为主，户外中低压和户内都以真空开关为主。由于电力系统设备更换的速度，现在仍有少油断路器在使用，并采用积木结构4端口、6断口5.3.3隔离开关隔离开关的作用隔离电源与电路，根据运行需要换接线路隔离开关的特点开断和关合有电压、无负荷的线路，与断路器配合使用隔离开关的分类户内户外V型剪刀型双柱型三柱型5.3.3隔离开关型号GN2-10G/3150-[]G产品名称代号：G-隔离开关；J-接地开关；ZH-组合电器；C-操作机构安装地点：W-户外N-户内设计序号：数字代表第几次设计额定电压(kV)额定电流(A)极限通过峰值电流(kA)其它特征：G-改进型其它特征：G-高原型5.3.3隔离开关典型结构——户内高压隔离开关(1)动触头接负荷侧，静触头接电源侧，保证刀闸拉开以后，活动部分肯定不带电。(2)垂直安装，静触头在上，动触头在下，保证不会因机构失灵导致动触头落下误闭合。5.3.3隔离开关典型结构——户外剪刀型组成包括：动触头、闸刀上杆、闸刀下杆、传动机构、支持瓷瓶、操作瓷瓶、底座和操作机构。静触头悬挂在母线上。导电折架像一把剪刀，故称剪刀型隔离开关。分断状态闭合状态5.3.3隔离开关典型结构——户外型双柱式结构：导电臂、可转动的支柱。开断时2个导电臂打开。刀闸闭合5.3.3隔离开关典型结构——户外型三柱式结构：导电臂、可转动的绝缘支柱。中间支柱可转动，实现闭合和断开。5.3.3隔离开关典型结构——户外型V形和双柱式基本相同。本章主要内容5.1电气主接线5.2厂用电5.3开关电器5.4互感器5.5电气主接线设计和设备参数选择5.6电气设备布置5.7保护接地5.4互感器互感器包括电流互感器和电压互感器，工作原理与变压器类似。它们建立一次回路和二次回路之间的电气联系：电流互感器将一次回路的大电流变换为二次回路的小电流(5A或1A)。电压互感器将一次设备的高电压转换为二次设备的低电压(100V或100V/)其主要作用使得二次测量仪表标准化，使二次设备与一次设备高压隔离互感器的二次侧必须接地，保证一、二次绕组绝缘击穿情况下的人身和设备安全5.4互感器电流互感器的一次绕组串联在输变电主回路内，电压互感器一次绕组则并联在相电压或线电压上。二次绕组按照设计要求接入测量仪表，继电保护或自动装置。5.4.1电磁式电流互感器电流互感器一次线圈匝数很少，导线很粗(需要流过大电流)，有的直接将一次线路穿过铁芯就是1匝。二次线圈匝数很多，导线细。二次回路的负载就是串联的各个测量仪表的线圈，阻抗很小，所以电流互感器在接近短路的状态下运行。5.4.1电磁式电流互感器电流互感器的误差互感器的磁势平衡方程为：由于存在使得二次电流和一次电流之间存在误差电流误差ΔI%：相角差δi：互感器的误差与铁芯的平均长度、互感器的二次内阻成正比，与铁芯截面大小和二次绕组匝数成反比。为减小误差，电流互感器结构设计上应：减小磁阻；增加绕组匝数；选用较粗导线减小Z2f5.4.1电磁式电流互感器电流互感器的误差——一次电流的影响电流互感器的磁化曲线横坐标：铁芯磁场强度H纵坐标：磁感应强度B铁芯的磁导率μ与一次电流I1有关，而I1与铁芯的磁感应强度B成正比。铁芯磁导率的变化一次电流为额定值时，互感器工作在线性区，磁导率最大，误差最小发生短路故障时，一次电流很大，互感器工作在饱和区，误差增大5.4.1电磁式电流互感器电流互感器的误差——二次负荷阻抗的影响误差与二次负荷阻抗Z2f成正比。负载阻抗增大，电流误差和相角差都增大。二次负荷功率因数增加时，电流误差增大，相位差减小。5.4.1电磁式电流互感器电流互感器的准确级和10%误差曲线测量用互感器：准确级定义为二次负荷在25%~100%范围内变化，一次电流为额定值时的最大电流误差，分为0.2、0.5、1、3、和10级。比如0.5级电流互感器，表示一次侧电流为额定值时电流误差在±0.5%以内。保护用互感器：主要用于测量短路电流，其值比正常运行电流大几倍只几十倍，运行点在磁化曲线上已进入饱和区，因此保护用互感器在额定一次电流范围内准确度要求不高，只相当于3~10级，但是要求在可能出现的短路电流范围内，互感器的最大误差限值不超过-10%。5.4.1电磁式电流互感器电流互感器的准确级和10%误差曲线厂家提供的互感器的10%误差曲线描述了在保证误差不超过-10%的条件下，一次电流倍数n与允许最大二次负载Z2f的关系曲线。先计算短路电流Ik，求倍数n=Ik/I1N在10%误差曲线上查出最大允许的二次阻抗值只要实际连接的二次侧阻抗小于该值，就可以保证误差小于10%5.4.1电磁式电流互感器电流互感器的容量电流互感器在额定二次电流和额定二次阻抗下运行时，二次绕组输出的容量电流互感器的误差与二次负荷有关，所以同一电流互感器使用在不同准确级时会有不同的额定容量5.4.1电磁式电流互感器电流互感器二次侧不能开路正常情况下，电流互感器都是在接近短路状态下运行。如果二次侧开路，(1)去磁磁势

，励磁磁势变为，其值很大，造成铁芯磁通严重饱和畸变成为平顶波，其下降沿在二次侧感应出一个高达数千至上万伏的高电压，直接危及工作人员安全。(2)由于磁感应强度骤增，除引起铁芯过热，可能烧毁绕组，损坏设备。(3)产生剩磁使精度下降，误差增大。5.4.1电磁式电流互感器电流互感器的接线方式指电流互感器与测量仪表或电流继电器之间的接线方式。单相接线星形接线不完全星形接线用于对称三相负荷，测量一相电流可测量三相不对称负荷供三相两元件的功率表或电度表使用，或者用于相间短路保护5.4.1电磁式电流互感器分类按安装地点屋内和屋外按安装方式穿墙式、支持式和装入式按绝缘干式、浇注式和油浸式按一次绕组匝数单匝式和多匝式（400A以下）5.4.1电磁式电流互感器单匝式(一次接线直接穿过铁芯)多匝式LZZB-10型电流互感器（浇注式）LMZ-0.5型电流互感器（母线型）5.4.1电磁式电流互感器LB-220W2型电流互感器LVQB-110SF6绝缘电流互感器5.4.2电压互感器和电流互感器恰好相反，电压互感器一次线圈匝数多，导线细，而二次线圈匝数少。电压互感器的一次绕组并联在一次回路中，二次绕组则并接测量仪表、继电器的电压线圈。这些线圈阻抗通常很大，所以电压互感器基本上工作在接近开路的状态。电压互感器可分为2大类：电磁式电压互感器电容式电压互感器5.4.2电压互感器电磁式电压互感器基本特点：容量小(<1000VA)；二次侧负载阻抗很大；二次负载基本恒定变比二次侧额定电压规定为100V或100/V5.4.2电压互感器电磁式电压互感器的误差电压误差ΔU%：相角差δu：误差来源1：措施：采用优质的冷轧硅钢片；设计时B要取小些

误差来源2：措施：采用粗的导线加强一次绕组和二次绕组的耦合使用时对负荷的大小和功率因数做一定的规定5.4.2电压互感器电磁式电压互感器的准确级准确级是在规定的一次电压(0.8~1.2U1N)和二次负荷变化(0.25~1S2N)范围内，负荷功率因数为0.8时，电压误差的最大值一般有0.2、0.5、1、3级电压互感器的误差与二次负载、功率因数和一次电压等运行参数有关，因此规定了2个容量：额定容量是对应最高准确级的容量最大容量不保证精度，按长期工作的容许发热条件确定。准确级选择的原则互感器的准确度不低于所供测量仪表的准确级。装于重要回路的电能表和计费的电能表常用0.5～1级，互感器准确级不低于0.5级。对测量精度要求高的大容量发电机、变压器、系统干线和500kV用0.2级。供运行监视、估算电能的电能表和控制盘上的仪表一般为1～1.5，相应的互感器应为0.5～1级。供只需估计电参数仪表的互感器可用3级。5.4.2电压互感器电磁式电压互感器的接线方式用于中性点直接接地系统，用一台单相电压互感器接于电路中，测量相电压；或者测量3相相电压和线电压。用于中性点不接地系统，用一台单相电压互感器接于电路中，测量线电压。5.4.2电压互感器电磁式电压互感器的接线方式V-V接法，常用于20kV以下中性点不接地或经消弧线圈接地的电网，测量线电压和电能。三绕组互感器(三台单相或三相五柱式)构成的Y0/Y0/开口Δ接线，二次绕组中性点接地，可测量相电压和线电压，开口三角绕组输出零序电压。5.4.2电压互感器电磁式电压互感器的接线方式——注意点电压互感器严禁短路，二次侧一旦短路会产生很大的短路电流烧毁设备。因此接线中二次侧必须有熔断器保护一次侧，3~35kV需经过隔离开关和熔断器接入高压电网；110kV以上只经过隔离开关与电网相接(没有这么高电压等级的熔断器)高压熔断器是用来防止高压电网受电压互感器本身及其引线故障的影响，该熔体是按机械强度选最小可能的截面，其额定电流比互感器额定电流大许多倍电压互感器过负荷保护由二次侧的熔断器实现5.4.2电压互感器常见电磁式电压互感器分类分类按安装地点：屋内和屋外；按相数：单相和三相（只有20kV以下才有）；按绕组数：双绕组和三绕组；按绝缘：干式（3kV屋内）、浇注式（3～35kV)和油浸式(110kV以上）3～35kV的油浸式电压互感器为普通式；110kV以上为串级式串级式的特点：线圈和铁芯采用分级绝缘，简化绝缘结构；铁芯和线圈装在瓷箱中，瓷箱兼做高压出线套管和油箱。因此可以节省绝缘材料，减轻重量，降低造价5.4.2电压互感器常见电磁式电压互感器结构形式——单相式5.4.2电压互感器常见电磁式电压互感器结构形式——单相式5.4.2电压互感器常见电磁式电压互感器结构形式——单相式5.4.2电压互感器常见电磁式电压互感器结构形式——三相式20kV以下系统才有3相式互感器3~60kV电网若采用中性点不接地或经消弧线圈接地系统，要测量相对地电压，电压互感器一次侧绕组必须接成星形，中性点必须接地，可采用3个单相互感器。在3~20kV系统中，为节省投资，可以使用三相五柱式互感器测量相对地电压。但不能使用三相三柱式。为什么不能使用三相三柱式？当电网发生单相接地时，在互感器三相中将有零序电压和零序电流产生，零序电流在铁芯中产生三相零序磁通，由于这三个磁通的方向和大小相同，因此只能通过气隙和互感器铁外壳形成回路，由于这条磁路磁组很大，所以产生这一磁通的零序电流比正常磁化电流要大许多倍，致使互感器线圈过热，若时间过长（一般不