变电站电气设备(课件)

变电站电气设备第1章电力系统的基本概念了解我国电力工业发展概况掌握电力系统的基本概念了解变电站的常见类型了解常用电气设备掌握额定电压的确定方法•电力系统=发电厂+变电站+输电线路+用户•两大电网公司：国家电网公司和中国南方电网有限公司•电力系统的发展方向：大容量，超高压，远距离变电站的类型•枢纽变电站：枢纽变电站位于电力系统的枢纽点，电压等级一般为330kV以上，连接多个电源，出现回路多，变电容量大；全站停电后将造成大面积停电或系统瓦解。•中间变电站：中间变电站位于系统主干环行线或系统主干线的接口处，电压等级一般为330——220kV，汇集2~3个电源和若干线路。•地区变电站：地区变电站是某个地区和某个城市的主要变电站，电压等级一般为220kV。•企业变电站：企业变电站是大、中型企业的专用变电站，电压等级35——220kV，1~2回进线。•终端变电站：终端变电站位于配电线路的终端，接近负荷处，高压侧10——kV引入线，经降压后向用户供电。水电厂核电厂工厂电气化铁路风力发电机变电所居民终端变电所220kV110kV火电厂枢纽变电站110kV变电站的电气设备及运行一次系统二次系统一次系统:构成电能生产、输送、分配和使用的系统，称为一次系统。二次系统:对一次系统进行保护、监控、测量、控制的系统，称为二次系统。电气一次系统的设备称为一次设备，电气二次系统的设备，称为二次设备。电气设备一次设备二次设备系统电气一次设备①生产和转换电能的设备②开关电器。用来接通或断开电路。③限流电器④载流导体⑤补偿设备⑥仪用互感器⑦防御过电压设备⑧绝缘子⑨接地装置变电站的电气设备及运行电气二次设备①测量表计：电压表，电流表，电能表，录波器等②继电保护和自动装置：各种继电器、自动装置③操作电器：各类型的操作把手、按钮等，实现对电路的操作控制。④直流电源设备：蓄电池组、直流发电机等，共给控制、保护用的直流电源及厂用直流负荷。变电站的电气设备及运行变电站的电气设备及运行电气设备的额定参数一、电气设备的额定电压额定电压就是国家规定的电气设备标准的电压等级，是电气设备设计时所依据的电压值。在这一电压下工作时，电气设备的技术经济性能能够达到最佳状态，保证可靠长期运行。第一类额定电压是指100伏及以下的额定电压第二类额定电压是指100～1000伏之间的额定电压额定电压为1000伏以下电气设备称为低压设备，1000伏及以上的电气设备称为高压设备。第三类额定电压是指1000伏及其以上的电压等级。变电站的电气设备及运行一般我们习惯上称将3千伏～35千伏称为中压110千伏、220千伏称为高压330千伏、500千伏称为超高压700千伏、1000千伏称为特高压220/380伏为低压变电站的电气设备及运行我国采用的周围介质额定温度如下：①电力变压器和大部分电器(如断路器、隔离开关、互感器等)的额定周围空气温度取为40℃。②敷设在空气中的母线、电缆和绝缘导线等为25℃。③埋设地下的电力电缆的额定泥土温度为25℃。二、电气设备的额定电流电气设备的额定电流是指周围介质在额定环境温度时，其绝缘和载流导体及其连接的长期发热温度不超过极限值所允许长期通过的最大电流值。变电站的电气设备及运行额定容量的规定条件与额定电流相同。变压器额定容量用视在功率(kVA)表示；发电机的原动机只能提供有功功率，所以一般以有功功率(kW)表示；当其额定容量用视在功率表示时，需表明功率因数。电动机也多用有功功率表示。三、电气设备的额定容量变电站一次电气设备•变压器•母线•高压断路器•隔离开关•电流互感器•电压互感器•避雷器•电抗器•高压电容器•变电站其他设备某220kV变电站SFSZ9-220/120000主变压器电气符号：TM主变压器在输变电网络中承担变换电压等级的作用，利用电磁感应的原理来改变交流电压，升压变压器将低电压变换成能远距离输送的高电压，降压变压器将高电压变换成各级用户所需的低电压。变压器瓷套管硬母线220kV母线型号LGJ-300/20电气符号：WB母线将各个电气间隔共同连接，其作用是汇集、分配和传送电能，使停送电操作灵活，并可方便母线上所连接的各个电气设备检修与投运。220kv母线龙门架220kV高压断路器型号HPL-245E1电气符号：QF高压断路器用来开断电力系统正常时的负荷电流和空载电流，还可以与继电保护与自动装置配合，快速切断短路电流。操作机构箱灭弧室220kV隔离开关型号GW23A-252DW电气符号：QS造成明显断开点，为设备检修创造可靠条件。无灭弧装置，所以不能开断负荷电流和故障电流。支柱绝缘子隔离开关静触头隔离开关动触头三相联动杆220kV电流互感器型号LB6-220电气符号：TA电流互感器起到变流和电气隔离作用。便于二次仪表测量需要转换为比较统一的电流。它是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路电流信息的传感器，将高电流按比例转换成低电流。支柱绝缘子110kV母线电压互感器型号JDCF-110W电气符号：TV母线电压互感器把高电压按比例关系变换成100V或更低等级的标准二次电压，供保护、计量、仪表装置使用。同时电压互感器可以将高电压与电气工作人员隔离，并使二次设备简单化。220kV氧化锌避雷器型号Y10W-200/520电气符号：F氧化锌避雷器利用氧化锌良好的非线性伏安特性，使在正常工作电压时流过避雷器的电流极小（微安或毫安级）；当过电压作用时，电阻急剧下降，泄放过电压的能量，达到保护的效果。均压环避雷器本体10kV电容器成套装置电容器型号BAMH212/√3-6000-1*3W串联电抗器型号CKDGKL-10-120/415.7-6W电容器组用于补偿电力系统感性负荷的无功功率，以提高功率因数，改善电压质量，降低线路损耗。成套装置中的电抗器可限制合闸涌流和高次谐波。集合式电容器电抗器型号电抗器在电网中可以限制短路电流和高次谐波，维持母线有较高残压，图中所示的是母线串联电抗器，作用主要是限制主变低压侧母线短路电流对主变绕组的冲击。电抗器B相油浸式电抗器220kV高频阻波器型号XZK-1000-1.0/31.5-B5高频成套设备的组成之一。线路阻波器是串联在电力输电线上的重要设备，它为利用电力线传送高频保护和载波系统的分流信号构成通道；阻止高频信号向分支线传送，并抑制变电站对载波系统的分流影响，同时正常地转送工频电流。220kV耦合电容器型号WCC220-5H高频成套设备的组成之一。利用电容元件Zc=1/2πfc的通高频、阻工频特性，使强电和弱电通过电容器耦合并隔离，提供高频信号通路，阻止工频电流进入弱电系统，保证人身安全。带有电压抽取装置的耦合电容器还可抽取工频电压供保护及重合闸使用。220kV结合滤波器型号JL-400-5-B8Z高频成套设备的组成之一。与耦合电容器配合使高压强电与高频设备进一步隔离，并抑制其它频率信号的干扰，又能使高频通路的输入阻抗与高频电缆的输入阻抗相匹配，以利于高频信号的传输。耦合电容器结合滤波器220kV母线电压互感器型号JDCF-220W2电气符号：TV母线电压互感器把高电压按比例关系变换成100V或更低等级的标准二次电压，供保护、计量、仪表装置使用。同时电压互感器可以将高电压与电气工作人员隔离，并使二次设备简单化。第2章电力系统中性点运行方式•了解中性点运行方式的意义及类别•掌握中性点不接地运行方式的特点及应用•了解中性点经消弧线圈接地及直接接地运行方式的特点及应用。基本概念•1、电力系统的中性点是指三相系统做星形连接的变压器和发电机的中性点。•2、运行方式共三种：中性点不接地运行方式中性点经消弧线圈接地运行方式中性点直接接地运行方式前两种接地系统统称为-小接地电流系统后一种接地系统又称为-大接地电流系统•3、分析中性点运行方式的目的：运行方式的不同会影响运行的可靠性、设备的绝缘、通信的干扰、继电保护等基本概念其中：L为消弧线圈Ck为第k条馈线对地电容Cf为发生故障线对地电容2.1中性点不接地系统假设条件C—各相对比地之间是空气层，空气是绝缘介质，组成分散电容，又称线路对地的分布电容。•为了方便讨论，认为：1、三相系统对称（即电源中性点的电位为零）2、对地分散电容用集中电容表示,相间电容不予考虑3、假设三相系统完全对称，则负荷电流、、对称。4、当导线经过完全换位后，Cu=Cv=Cw=C，则对地附加电容电流对称5、中性点与地电位一致fuIfvIfwI分析当发生单相接地故障时：•电压发生变化:故障相电压下降（零）非故障相上升倍（线电压）•三相的线电压仍保持对称且大小不变，对接于线电压的电力用户并无影响•绝缘水平按线电压设计•故障时，三相系统仍然对称，可以继续运行2小时，以减少跳闸次数保证连续供电•因存在接地容性电流，故在接地点有电弧结论2.2中性点经消弧线圈接地系统问题的提出为什么要采用中性点经消弧线圈接地系统？•中性点不接地电力网发生接地故障时，仍可继续运行2h，但若接地电流值过大，会产生持续性电弧，危胁设备，甚至产生三相或二相短路。所以若在接地处流过一个与接地电容电流相反的感性电流，减小接地电容电流，将有利于电弧的熄灭，因而出现了中性点经消弧线圈接地的运行方式。工作原理•正常运行时，中性点对地电压为零，消弧线圈中没有电流通过。•当发生单相接地故障时，中性点电位上升为相电压，消弧线圈有电感电流通过，且与接地电容电流相互抵消，所以称为电感电流对接地电容电流的补偿。•∵消弧线圈为可调电感线圈∴电感电流I’L流过接地点，其总接电流I’地=I’L＋I’C调线圈匝数，使I’地=0∵I’L与I’C方向相反∴I’L起到抵消I’C的作用。补偿方式及选用1、全补偿接地点电容电流为零（不采用）•缺点：由IL=Ic，从设置消弧线圈的目的来看，此方式最为理想，但实际上是不允许的，因为若感抗与容抗相等，满足串联谐振条件，容易因不对称形成系统串联谐振过电压2、欠补偿接地点为容性电流（少采用）•缺点：易发展成为全补偿方式3、过补偿为感性电流(采用)在任何条件下都不会造成完全补偿•注意：电感电流数值不能过大2.3中性点直接接地系统工作原理随着输电电压等级的增高和线路的增长，接地电流也随之增大，中性点不接地或经消弧线圈接地的运行方式已经不能满足电力系统的需求。针对这样的情况，中性点可以采用直接接地的运行方式，即中性点经过非常小的电阻与大地连接。这种接地方式在线路故障时，短路电流很大，继电保护立即动作，使断路器断开，迅速切除故障部分。优点：1、不外加设备即可消弧2、故障时电压不会升高，降低电网对地绝缘要求，节省造价缺点：1、故障时必须断开故障线路，供电可靠性降低改进：装自动重合闸装置、加备用电源2、电流很大改进：中性点经电抗器接地或仅将系统中的部分变压器中性点接地3、短路电流大，电磁干扰也大改进：设计线路时电力线路在一定距离避免和通信线路平行，减少可能产生的电磁干扰2.4中性点经低阻抗接地系统工作原理由于电缆线路对地电容较大，在以电缆为主体的35kV、10kV城市电网中，单相接地电容电流随线路长度的增加而增加。采用消弧线圈补偿的方式很难有效的灭弧。这时可采用经低阻抗（单相接地故障瞬时跳闸）接地方式。采用中性点经低阻抗接地方式运行时，为限制接地相回路的电流，减少对周围通信线路的干扰，接地相电流应限制在600~1000A范围内。应用范围110kv及以上——直接接地20~60kvI10A——中性点不接地I10A——中性点经消弧线圈3~10kvI30A——中性点不接地I30A——中性点经消弧线圈1kv及以下——直接接地第3章高压开关电器•开关电器中电弧的产生和熄灭•高压断路器•高压隔离开关高压开关电器①仅用来在正常工作情况下，断开和闭合正常工作电流的开关电器，如高压负荷开关。②仅用来断开故障情况下的过负荷电流或短路电流的开关电器，如高压熔断器。③既用来断开和闭合正常工作电流，也用来断开和闭合过负荷电流或短路电流的开关电器，如高压断路器。④不要求断开或闭合电流，只用来对被检修的电气设备隔离电压的开关电器，如隔离开关等。3.1电弧的基本知识电弧实际上也就是