电气工程基础II第三章输变电系统

输变电系统华中科技大学电力工程系罗毅[e-mail]第三章主要内容•输电方式和输送能力：理解为什么采用三相交流输电；理解直流输电与交流输电的特点及其区别；了解电力系统输送容量的概念•理解交流输变电系统及其设备；掌握一次主接线图；了解配电装置的基本概念•理解直流输电系统及其设备•掌握二次接线图•掌握中性点(工作)接地方式三相交流输电及其优点•易于产生旋转磁场•瞬时功率不随时间变化而保持恒定•输电线路所用导线的金属消耗量少因此，除了室内配电等小功率供电时采用单相交流方式外，其他场合都采用三相交流输电)240sin()120sin()(inUocobatUUtUUtUsUaUbUc每根导线的输电功率输电方式输电功率每根导线输电功率比率（cos=1）直流二线制100单相二线制100二相三线制94三相三线制115三相四线制87四相四线制100对称n相n线制（n为偶数）100UI2UIUIcos2UIcosUIcos23UIcos2UIcos33UIcos3UIcos34UIcos324UIcos2UIcos2UIcos2nUIcos所需金属消耗量输电方式输电功率P，输电损失P1导线全截面单相二线制三相三线制对称n相n线制（n为偶数）RIP212UIcosPRIPP213UIcos32nUIcosP2212cosUP4S2Pl2212cosUP3S3Pl2212cosUP4nSPl直流输电的优点•由于电压没有正负交替，所以无充放电电流•不存在稳定性问题•不存在同期问题•输电线建设成本低直流输电的应用•长距离大容量输电•海底电缆•非同期系统（不同额定电压、不同额定频率系统的联网）输电电压与输电容量•输电电压越高，输送容量越大。1、斯蒂尔（A.Still）公式•不适合输电距离极小和长距离的情况2、固有负荷法或SIL(SurgeImpedanceLoading)•Z为波阻抗，适合400km以上的长距离输电PLU01.06.05.5ZUP2输电电压与输电容量•在短距离输电线路中，输电容量一般取决于热极限、电压损耗和电力损失。稳定性几乎不是问题•在长距离输电线路中，输电容量除受热极限影响外，稳定性是重要的影响因素输电线路的热极限导体长期发热：表8-1导体长期工作发热和短路时发热的允许温度（部分）长期工作发热短路时发热导体种类和材料允许温度允许温升①允许温度允许温升②铜（裸）母线70C③45C300C230C铝（裸）母线70C③45C200C130C指导体温度对周围环境温度的升高，我国所采用计算环境温度如下：电力变压器和电器（周围空气温度）40C；发电机（利用空气冷却时进入的空气温度）35~40C；装在空气中的导线、母线和电力电缆25C；埋入地下的电力电缆15C。指导体温度较短路前的升高，通常取导体短路前的温度等于它长期工作时的最高允许温度。裸导体的长期允许工作温度一般不超过70C，当其接触面处具有锡的可靠覆盖层时（如超声波糖锡等），允许提高到85C；当有银的覆盖层时，允许提高到95C。均匀导体的长期发热1．均匀导体的发热过程导体温度稳定前I2Rdt＝mCd＋aF(－0)dt温度达到稳定后I2R＝aF(－0)式中，m：质量(kg)；C：比热容(J/kg·C)；a：总换热系数(w/m2·C)；F：散热面积（m2）；0：周围环境温度（C）。2．导体的最大允许载流量RaFRaFIalst)(0输电线路的热极限电压损耗UQXPRU必须保证足够高的输电电压才能将电压损耗限制在较小的范围内电力损失RUQPRIP22223必须保证足够高的输电电压才能将电力损失限制在较小的范围内稳定性电力系统运行的稳定性定义：指在受到外界干扰的情况下发电机组间维持同步运行的能力失去稳定性是电力系统最严重的故障sincosdqEqXUEUIP提高输电电压、减小电抗交流输电设备变换电压的设备：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。架空线路导线型号•拼音字母表示导线材料和结构特征；数字表示载流部分的标称截面积LJ-50TJ-25GJ-35LGJ-185LGJ-300/50•普通钢芯铝绞线LGJ•轻型钢芯铝绞线LGJQ•加强型钢芯铝绞线LGJJ架空线路电缆线路（a）三相铅包型（b）分相铅包型1-导体；2-相绝缘；3-纸绝缘；4-铅包皮；5-麻衬；6-钢带铠甲；7-麻皮；8-钢丝铠甲；9-填充物架空输电线路的完全换位aaabbbccc架空输电线路分裂导线：一般单导线每公里的电抗约为0.4Ω左右，而分裂根数为2、3、4根时，每公里的电抗分别降低到0.33、0.30、0.28Ω左右断路器断路器断路器断路器隔离开关隔离开关隔离开关母线母线母线母线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；不完全星形接线输变电设备ABCAK2K1L1L2ABCAAAABCAwhIaIcIb电压互感器运行特点：二次绕组不能短路接线方式：输变电设备rdF1LTVZ2lC1C2至通信设备CU1UC2U3U2一、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。电气一次接线南昌梦山桃苑西郊双港盘龙山艾湖顺外昌东南电斗门迎宾梧岗向塘温圳松源九江地区进贤至丰电二期南昌地区电网（220kV）赤田观田永修九江地区电网（220KV）裕丰九电九电三期妙智海山新港市中共青柘电叶家山盘龙山西郊南昌东部地区电网（220kV）乐平景电贵电贵电二期茅家岭蛇龙月湖李家德兴大山玉山档岭上饶七里岗龟峰临川建昌梅庄余干铜城南昌主网黄金埠鹰潭信州鄱阳西部地区电网（220kV）白沙新电萍电分电丰电临川主网梦山下浦葛山吉安泉田袁州五陂下跑马坪仙女湖渝水珠珊清江罗坊金子山石滩上高安源分电三期王舍大台S1DL1DL2S2T1T2T3站1站2站3站4L1L2220kV110kV35kV10kV10kV10kV10kVABCDG1G2FET4T5T6T7H站5站6T8二、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：电气一次接线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接线图有母线电气一次接线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。WQFQSQSWL4QFQSQSWL3QFQSQSWL2QFQS～GQF1QS1～GQF2QS3QS2WL1QS42.单母线分段接线接线图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～G3.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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QS2QF1QS3W3QS8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35~110kV的变电所。～G～GWL1WL4WL3WL2QS7QS6QF4WABQS8W3QS5QF1QS1QS3QS2QS4（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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。QFQS2QS1W1W2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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QFW3W2W1QF1W1W2QF4QF2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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B.扩大单元接线T～GLT～G～GT～GTT～G～GT～G～G2.桥形接线接线图无母线电气一次接线内桥与外桥接线的比较LT1QF1LT2QF2QF3QS2QS1内桥LQ