ch5电力工程

1第五章发电厂和变电所的一次系统5.1电气主接线5.2高压电器5.3互感器5.4低压电器5.5*高低压设备成套装置5.6电气设备的选择5.7*变电所的总体布置2一次系统（一次回路）：二次系统（二次回路）：担负电能的输送和分配任务的系统。对一次系统进行监视、控制、测量和保护作用的系统。一次系统中的所有电气设备，称为一次设备。二次系统中的所有电气设备，称为二次设备。第五章发电厂和变电所的一次系统3一次设备按其功能可分为以下几类：变换设备：如电力变压器、电流互感器、电压互感器等。开关设备：如断路器、隔离开关、负荷开关等。保护设备：如熔路器、避雷器、电抗器等。无功补偿设备：如电力电容器、静止补偿器等。成套配电装置：如高压开关柜、低压配电屏等。4一、概述电气主接线，又叫一次接线，是由各种开关电器、变压器、互感器、线路、电抗器、母线等按一定顺序连接而成的接受和分配电能的总电路。基本要求：（1）可靠性：应满足各级电力负荷对供电可靠性的要求。（2）灵活性：能适应各种运行状态，灵活进行运行方式的转换。（3）经济性：尽可能减少一次性投资和年运行费用。（4）其他：主接线应简单明了，运行方便，倒闸操作步骤最少。另外具有可扩建性。5.1电气主接线图5一、概述1、作用（1）可以了解各种电气设备的规范、数量、联接方式和作用，以及和各电力回路的相互关系和运行条件等。（2）主接线的选择正确与否，对电气设备选择、配电装置布置、运行可靠性和经济性等都有重大的影响。2、主接线的基本环节电源（发电机、变压器）和引出线。母线（汇流排）的作用：中间环节，汇总和分配电能。5.1电气主接线图6主接线方式有汇流母线无汇流母线（无母线）单母线双母线简单单母线单母分段单母带旁母单母分段带旁母双母线双母单分段双母带旁母双母双断路器3/2接线（一倍半）桥形接线（内桥、外桥）多边形接线单元接线扩大单元接线二、电气主接线的基本形式5.1电气主接线图7（一）.单母线接线优点：接线简单、使用设备少、操作方便、投资少。缺点：供电可靠性和灵活性均较差。当母线及母线隔离开关故障或检修时，将造成全部停电；当检修一回路的断路器时，该回路停电适用于容量小和用户对供电可靠性要求不高的场所。5.1电气主接线图图5-1单母线接线81.单母线分段接线特点：运行的可靠性和灵活性都较差，适用于由双回路供电的、允许短时停电的二类负荷。5.1电气主接线图5-2单母线分段接线分段运行：正常情况下分段开关是打开的。并列运行：正常情况下分段开关是闭合的。92.单母线带旁路母线接线5.1电气主接线优点：供电可靠性高，检修出线断路器时，不需停电。缺点：配电装置复杂，投资增大，且隔离开关要用来操作，增加了误操作的可能性。图5-3单母线带旁路接线10（二）双母线接线双母线接线有两种运行方式：只有一组母线工作：正常运行时母联打开（两侧的隔离开关闭合），全部回路接在工作母线上，相当于单母线运行。两组母线同时工作，互为备用：正常运行时母联闭合，相当于单母线分段接线。5.1电气主接线特点：供电可靠性高，运行灵活，但设备投资大，配电装置复杂，占地面积大。11双母线接线的优点：5.1电气主接线图5-4双母线接线检修任一回路的母线隔离开关时仅使该回路停电；工作母线发生故障时，经倒闸操作这一段停电时间后可迅速恢复供电；检修任一回路断路器时，可用母联断路器来代替，不致于使该回路的供电长期中断。轮换检修母线而不致中断供电；12双母线接线的缺点：双母线接线多用于电源和引出线较多的大中型发电厂和电压为220kV及以上的区域变电所。5.1电气主接线在倒闸操作中隔离开关作为操作电器使用，易误操作；工作母线发生故障时会引起整个配电装置短时停电；使用的隔离开关数目多，配电装置结构复杂，占地面积较大，投资较高。13特点：母线故障，任何回路均不断电；任何断路器检修均不停电。但设备多投资大，二次控制和保护配置复杂。特点：设备投资节省，可靠性有所降低，布置比较复杂，要求一个串中三个回路中，电源与负荷容量应匹配。适用于大型发电厂和变电所超高压配电装置。14(三)无母线接线1.单元接线（线路变压器单元接线、发电机单元接线）高压侧采用隔离开关与熔断器或户外跌落式熔断器串联高压侧采用负荷开关与熔断器串联高压侧采用隔离开关与断路器串联变压器线路单元接线的特点：接线简单，使用设备少，供电可靠性差，只适用于小容量的三类负荷，如供电给三类负荷的车间变电所和小型工厂配电所。5.1电气主接线图155.1电气主接线图5-5线路—变压器单元接线a)高压侧采用隔离开关与熔断器或户外跌落式熔断器b)高压侧采用负荷开关与熔断器c)高压侧采用隔离开关与断路器16发电机变压器单元接线：适用于没有或很少发电机电压负荷的大型发电厂。检修主变一台机组运行17内桥接线：外桥接线：内桥适用于电源进线线路较长而变压器又不需要经常切换的场所。外桥适用于电源进线线路较短而变压器需要经常切换的场所。5.1电气主接线图5-6桥形接线a）内桥b）外桥2.桥形接线185.1电气主接线3.多角形接线断路器数等于回路数；电源和馈线交叉布置。特点：检修任意断路器不停电；隔离开关只用于检修隔离；运行可靠、灵活、经济。缺点：检修任意断路器需开环运行，其他元件在故障系统解列。开环运行和闭环运行支路潮流变化较大，个电气设备选择和机电保护带来困难19三、各类发电厂和变电所主接线的特点5.1电气主接线1.发电厂主接线地方性火发电厂：发电机电压侧有母线、母线分段；区域性火发电厂：发电机电压侧单元接线、扩大单元接线；水电厂：发电机电压侧单元接线、扩大单元接线、单母线、单母线分段；20一、二次侧均采用单母线分段接线：适用于具有两回及以上电源进线或一、二次侧进出线较多的总降压变电所。一、二次侧均采用双母线接线：适用于负荷容量大，进、出线回路多的发电厂或区域变电所。5.1电气主接线一次侧采用桥形接线、二次侧采用单母线分段接线：适用于具有两回电源进线和两台变压器的总降压变电所。2.总降压变电所主接线一次侧无母线、二次侧采用单母线接线：适用于只有一回电源进线和一台变压器的总降压变电所。21222324图5-735kV总降压变电所的主接线图253.小型工厂和车间变电所主接线采用线路——变压器单元接线：适用于只有一台配电变压器的车间变电所。高压侧无母线、低压侧采用单母线分段接线：适用于装有两台配电变压器的变电所。5.1电气主接线高、低压侧均采用单母线分段接线：适用于装有两台配电变压器的变电所。高压侧采用单母线接线、低压侧采用单母线分段接线：适用于装有两台及其以上配电变压器或具有多回高压出线的变电所。265.1电气主接线图5-62某丝绸炼染厂10/0.4kV变电所的主接线图27一、电弧的产生与熄灭1．电弧的产生：是触头间中性质点被游离的结果。高电场发射热电发射碰撞游离热游离2．电弧的熄灭条件：触头间电弧中的去游离率大于游离率。即使离子消失的速度大于离子产生的速度。5.2高压电器复合：指正、负带电质点重新结合为中性质点。扩散：指电弧中的带电质点向周围介质扩散开去。283．交流电弧的基本特性伏安特性：图5-1交流电弧的伏安特性电流过零后，如果暂态恢复电压高于弧隙介质强度，将发生弧隙击穿，电弧将会重燃；称为电击穿，在电流过零瞬间，如果输入能量大于散失能量，电弧就会重燃，称为热击穿；燃忽电压熄弧电压5.2高压电器29近阴极效应：交流电弧过零的瞬间，阴极附近在极短的时间内立即出现大约150V～250V的介质强度。当触头两端外加交流电压小于150V时，电弧将会熄灭。5.2高压电器3．交流电弧的基本特性304．开关电器中常用的灭弧方法速拉灭弧法；冷却灭弧法；吹弧灭弧法（图5-2）；图5-2吹弧方式a）横吹b）纵吹1—电弧2—触头5.2高压电器31长弧切短灭弧法（图5-3）；粗弧分细灭弧法；狭缝灭弧法（图5-4）；采用新型介质（SF6、真空）灭弧。图5-3长弧切短灭弧原理图5-4狭缝灭弧原理5.2高压电器32二、高压断路器1.高压断路器的用途（功能）2.对高压断路器的基本要求绝缘应安全可靠；有足够的动稳定性和热稳定性；有足够的开断能力；动作速度快，熄弧时间短。结构特点：具有相当完善的灭弧结构。不仅能通断正常负荷电流，而且能通断一定的短路电流，并能在保护装置作用下自动跳闸，切除短路故障。5.2高压电器333.高压断路器的类型油断路器：分为多油断路器和少油断路器两大类。图5-5SN10-10型高压少油断路器1—铝帽2—上接线端子3—油标4—绝缘筒5—下接线端子6—基座7—主轴8—框架9—断路弹簧图5-5和图5-6分别为SN10-10型少油断路器的外形结构图及其一相油箱内部结构。5.2高压电器341—铝帽2—油气分离室3—上接线端子4—油标5—静触头6—灭弧室7—动触头(导电杆)8—滚动触头9—下接线端子10—转轴11—拐臂12—基座13—下支柱瓷瓶14—上支柱瓷瓶15—断路弹簧16—绝缘筒17—逆止阀18—绝缘油图5-6SN10-10型高压少油断路器的一相油箱内部结构5.2高压电器35六氟化硫（SF6）断路器：双压式：有两个气压系统，低压气体系统主要用作断路器的内部绝缘；高压气体系统用于灭弧。其优点是开断容量大，动作迅速，但结构复杂。单压式：只有一个低压气压系统，作为断路器的内部绝缘，电弧靠断路器开断时与触头同时运动的压气活塞压出SF6的气流来熄灭。其优点是结构简单，易于制造，可靠性高，便于维护，应用比较广泛。5.2高压电器优点：断流能力强、灭弧速度快、电绝缘性能好、检修周期长、没有燃烧爆炸危险等。缺点：要求加工精度高，密封性能好，价格较昂贵。36真空断路器：图5-10真空断路器的灭弧室结构1—静触头2—动触头3—屏蔽罩4—波纹管5—导电杆6—外壳目前，国际上真空断路器的设计、制造单位主要是德国西门子公司和ABB公司两大派别。西门子公司的代表产品有3AF、3AG及3AH等；ABB公司的代表产品有VD4。5.2高压电器优点：体积小、重量轻、动作快、寿命长、操作噪声小、安全可靠、便于维护。缺点：价格较贵。37图5-11ZN28A-12型真空断路器图5-12ZW32-12型户外高压真空断路5.2高压电器38高压断路器的型号：5.2高压电器394.断路器的操作机构说明：断路器合闸时，操作机构必须克服断路器开断弹簧的阻力和可动部分的重量及摩擦阻力等，所以合闸操作需做的功很大；断路器跳闸时，只要将维持机构的脱扣器释放打开，在跳闸弹簧的作用下可迅速跳闸，所以跳闸操作所需做的功很小。手动式（CS型）直流电磁式（CD型）弹簧储能式（CT型）操作机构是指用以进行断路器合闸、保持合闸位置和跳闸的，每种操作机构均包括合闸机构、跳闸机构和维持机构三部分。能手动跳、合闸和远距离跳闸，不能远距离合闸，操作电源为交流。能手动和远距离跳合闸，便于实现自动化，结构简单，零件数量少，工作可靠，制造成本低，但需直流操作电源，且合闸功率大。能手动和远距离跳合闸，结构复杂，零件数量多，且要求加工精度高，制造工艺复杂，成本高，但可用交流操作电源，还可实现一次重合闸。5.2高压电器405.高压断路器的基本参数额定电压UN：指断路器长期正常工作所能承受的电压。额定电流IN：指断路器允许长期通过的最大工作电流。额定开断电流IN.oc：指断路器在额定电压下能够正常开断的最大短路电流，它表征断路器的开断能力。热稳定电流Its：表征断路器承受短路电流热效应的能力。ocNtsII动稳定电流imax：表征断路器承受短路电流力效应的能力。5.2高压电器41分闸时间：指断路器从得到分闸命令起，到三相电弧完全熄灭为止的一段时间，它包括断路器的固有分闸时间和燃弧时间两部分。合闸时间：指断路器从接到合闸命令起，到三相触头刚接触为止的一段时间。固有分闸时间：指断路器从得到分闸命令起，到主触头刚分离的一段时间；燃弧时间：指从主触头分离到三相电弧完全熄灭的一段时间。5.高压断路