电力系统工程基础 华中科技大学 熊信银 PPT课件3输变电系统

第三章输变电系统一、概述二、输变电设备三、电气一次接线四、配电装置五、保护接地及接零六、高压直流输电第一节概述图3-1220/110/10kV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—电流互感器输变电设备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。第二节输变电设备输电线路开关电器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、自动重合闸性能电流互感器运行特点：二次绕组不能开路二次接线：单相接线；星形接线；不完全星形接线电压互感器运行特点：二次绕组不能短路接线方式：ABCAK2K1L1L2ABCAAAABCAwhIaIcIb图3-9电流互感器与测量仪表接线图(a)单相接线；(b)星行接线；(c)不完全星行接线图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电气一次接线一、电力系统接线和输变电网络接线二、电气主接线的基本接线形式三、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。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，一倍半断路器接线，变压器母线组接线等。无汇流母线：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：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：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.单母线接线接线图WQFQSQSWL4QFQSQSWL3QFQSQSWL2QFQS～GQF1QS1～GQF2QS3QS2WL1QS4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2～3分段为宜，分段太多增加了分段断路器。适用范围：6~10kV配电装置出线6回及以上；35kV出线数为4~8回；110~220kV出线数为3~4回。QF1分段断路器～GWL1WL2WL3WL4～G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BQS2QF1QS3W3QS8WL4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35~110kV的变电所。～G～GWL1WL4WL3WL2QS7QS6QF4WABQS8W3QS2QS4QS5QF1QS1QS3(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接线图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。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。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。QFQS2QS1W1W2电源1电源25.双母线分段接线接线图特点工作母线分成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6~10kV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2ⅡIⅢ电源1QF1QF2QF3LQS4W36.双母线带旁路母线接线接线图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QFW3W2W1QF1QF2W1W2QF4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。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。W1W2QFQSQSQSQSQFQFQSQSQS1QS1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T～GLT～G～GT～GTT～G～GT～G～G无汇流母线接线1.单元接线及扩大单元接线接线图

A.单元接线内桥与外桥接线的比较LT1QF1LT2QF2QF3QS2QS1内桥LQF1T1QF3QS2QS1外桥LQF2T2穿越功率适用范围:

用于小型发电厂和变电所，也可作为过渡性的接线。2.桥形接线接线图3.角形接线接线图三、发电厂及变电所的电气主接线举例发电厂主接线区域性电厂：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地方性电厂：主要是热电厂和中小型电厂。大量电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

变电所主接线:第五节保护接地及接零一、保护接地的作用二、保护接地装置电阻的允许值三、发电厂和变电所接地装置四、保护接地和保护接零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。ZREImanU~IE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

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。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。EEtouAU1.8mE=f(L)UE0.8uU1U20.815~20米15~20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分布

保护接地装置电阻的允许值大电流接地系统：单相接地时接地网电压不能超过2000V，故RE≤2000/I。当I＞4000A时，可取RE≤0.5Ω。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RE≤250/I。

接地装置为高低压设备共用时，接地电压不超过120V，即RE≤120/I。

一般接地电阻应不超过10Ω；

1000V以下电网中接地电阻最好不超过4Ω。三、发电厂和变电所接地装置四、保护接地和保护接零

IT接地方式ABC0ZIE

REUE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。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：通常RE<<Z，当RE＜10Ω时，接地电压可限值在安全范围内。

TT接地方式字母TT分别表示电源中性点和设备的金属外壳接地。TT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：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。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。ABC0r0REIE

TN接地方式——保护接零字母T表示电源中性点接地，N表示零线，PE表示保护线。TN接地方式分为三类：

1.TN－S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.TN－C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波电流流过PEN，故