chap 2 發(fā)電廠及變電所的一次系統(tǒng)(new).ppt

1、Chap 2 發(fā)電廠及變電所的 一次系統(tǒng),2.1 概 述,發(fā)電廠：將各種形式一次能源通過發(fā)電設(shè)備轉(zhuǎn)換為電能。 變電所：接受電能和分配電能，并能變換電壓的場所。發(fā)電廠和電能用戶之間的中間環(huán)節(jié)，同時還通過變壓器將電壓等級不同的電力網(wǎng)聯(lián)系起來。,2.1.1 發(fā)電廠及變電所電氣設(shè)備簡述,2變壓器 變換電能,1發(fā)電機 將機械能轉(zhuǎn)換為電能的設(shè)備,3開關(guān)電器, 在正常工作情況下可靠地接通或斷開電路； 在改變運行方式時靈活地進行切換操作； 在系統(tǒng)發(fā)生故障時迅速切除故障部分以保證非故障部分正常地運行； 在設(shè)備檢修時隔離帶電部分以保證工作人員的安全。,（1）開關(guān)電器的主要任務(wù),開關(guān)電器的基本工作原理即熄滅電弧的原

2、理。當(dāng)用開關(guān)電器斷開電流時，如果電路電壓不低于1020kV，電流不小于80100mA，電器的觸頭間會產(chǎn)生電弧。 電弧是高溫高導(dǎo)電率的游離氣體，它不僅對觸頭有很大破壞作用，而且使斷開電路的時間延長。,電弧放電:觸頭之間的氣體因為游離而形成大量的自由電子(帶負電荷)和正離子(帶正電荷)，產(chǎn)生光和熱，變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài)。,（2）開關(guān)電器的分類, 正常情況下用于切斷或接通正常工作電流的開關(guān)，如負荷開關(guān)。, 沒有開斷短路電流的能力，不能作為電路中的保護開關(guān)，需與具有開斷短路電流能力的斷路器或熔斷器配合使用：故障電流由斷路器或熔斷器開斷，負荷開關(guān)則負責(zé)完成負荷電流的分合操作。 結(jié)構(gòu)簡單、制造容易且便宜，某些場合

3、可取代常規(guī)斷路器保護的方案。 種類多：油負荷開關(guān)、真空負荷開關(guān)、SF6負荷開關(guān)、產(chǎn)氣式負荷開關(guān)、壓氣式負荷開關(guān)等。,使用較多,高壓真空負荷開關(guān),FW6-6、FW6-12型柱上高壓油負荷開關(guān),高壓SF6 負荷開關(guān), 故障情況下用于切斷過負荷電流或短路電流的開關(guān)，如高、低壓熔斷器。, 工作時串聯(lián)在被保護回路中，正常情況下的工作電流不會使熔體熔斷。 當(dāng)電流超過一定數(shù)值，熔體會產(chǎn)生熱量而自行熔斷，從而達到保護電網(wǎng)和設(shè)備的目的。 高壓熔斷器一般用在35kV及以下電壓等級的小容量電網(wǎng)中，并配有簡單滅弧裝置。 廣泛使用的是限流式熔斷器和跌落式熔斷器。,跌落式熔斷器,限流式熔斷器, 既可以用來切斷或接通正常工

4、作電流，也可以用來斷開或閉合過負荷電流以及短路電流的開關(guān)，如高、低壓斷路器。, 發(fā)電廠和變電所中最重要的電器設(shè)備之一，它具有完善的滅弧裝置。 正常運行時，用來接通和開斷負荷電流；在某些電氣主接線中，還擔(dān)任改變主接線運行方式的任務(wù)。 故障時，用來開斷短路電流，切除故障電流。, 不要求切斷或連通電流，只在檢修時來隔離電源的開關(guān)，如隔離開關(guān)。, 沒有滅弧裝置，必須在“等電位”的條件下操作，只能用來將待檢修的電氣設(shè)備與帶電端隔離，不能用來開斷負荷電流或短路電流。 一般與斷路器配合使用。 分類方式及類型多樣：戶內(nèi)（GN表示）、戶外（GW表示）；單柱式、雙柱式、三柱式；水平旋轉(zhuǎn)式、垂直旋轉(zhuǎn)式、擺動式、插入

5、式；帶接地刀閘、不帶接地刀閘。,4互感器,5母 線,匯聚和分配電能。,6電抗器,限制短路電流，減輕開關(guān)電器的工作負擔(dān)。 當(dāng)短路發(fā)生后，可用電抗器維持電廠或變電所母線上的電壓在一定水平上，以保證沒有短路故障的其它支路上的用戶能繼續(xù)用電。,7電 纜,在大城市、發(fā)電廠和變電所內(nèi)部或附近以及穿越江河、海峽時，采用電纜線路送電。 檢修電纜線路費時，但優(yōu)點顯著：不需要在地面上架設(shè)桿塔，占用徒土地面積少，供電可靠，不易受外力破壞，對人身較安全。,500kV交聯(lián)聚乙烯電纜結(jié)構(gòu),110kV交聯(lián)電纜,VLV22-4等芯電纜,電纜捆,8架空線路,終端線是由發(fā)電廠或變電所將電能直接輸送到用戶的線路。 聯(lián)絡(luò)線是將發(fā)電廠

6、（或變電所）與其它系統(tǒng)電源相連的線路。,9避雷器,保護電力系統(tǒng)和電氣設(shè)備的絕緣，使其不受雷擊所引起的過電壓而損壞。,2.1.2 發(fā)電廠及變電所 電氣設(shè)備的分類,1一次設(shè)備、一次系統(tǒng),通常將直接在發(fā)、輸、配、用電的主系統(tǒng)上所使用的設(shè)備稱為一次設(shè)備。例如發(fā)電機、變壓器、開關(guān)電器、母線、電纜和輸電線路等。 由一次設(shè)備依一定規(guī)律連接起來為完成電能的發(fā)、變、輸、配任務(wù)所所構(gòu)成的電路，稱為電氣主接線，也稱為一次回路或一次系統(tǒng)。,2二次設(shè)備、二次系統(tǒng),對一次設(shè)備的工作進行測量、控制、監(jiān)測、調(diào)節(jié)、保護，以及為運行維護人員提供運行工況或生產(chǎn)指揮信號所用的設(shè)備稱為二次設(shè)備。例如測量表計、控制及信號器具、繼電保護裝

7、置、自動裝置、遠動裝置等。 二次設(shè)備按一定順序和要求相互連接，構(gòu)成的回路稱為二次回路或二次系統(tǒng)。,2.2 高壓設(shè)備,2.2.1 斷路器,1分 類,2滅弧介質(zhì),（1）液體，主要是變壓器油。 （2）氣體，有一般空氣、壓縮空氣和SF6氣體。 （3）固體產(chǎn)氣介質(zhì)，如纖維板，有機玻璃等。 （4）真空。, S 少油斷路器 D 多油斷路器 K 空氣斷路器 Q 產(chǎn)氣斷路器 Z 真空斷路器 L 六氟化硫斷路器 C 磁吹斷路器 安裝條件 N戶內(nèi) W戶外,3具體介紹,（1）油斷路器, 多油斷路器, 元件都處于接地的金屬油箱中。 油一方面用來熄滅電弧，另一方面又用作絕緣介質(zhì)。 10kV及以下多油斷路器一般都取三相共箱

8、的結(jié)構(gòu)形式；35kV及以上的，每相各一個油箱，稱為分相式結(jié)構(gòu)，又稱為罐式。 用油量大、鋼材消耗大、檢修困難、造成爆炸及火災(zāi)的危險性大。,DW13-35系列戶外高壓多油斷路器,多油,戶外,設(shè)計序號,額定電壓, 少油斷路器, 變壓器油只用來熄滅電弧和觸頭斷口間的絕緣介質(zhì)，不用作對地絕緣。 整個導(dǎo)電及滅弧系統(tǒng)直接裝在絕緣油筒或不接地的金屬油箱中。 對地絕緣主要采用固態(tài)絕緣體，如支柱瓷瓶、環(huán)氧樹脂澆鑄件等。 油的用量少得多。,SN10-10型戶內(nèi) 少油斷路器,（2）磁吹斷路器, 在觸頭分開時控制電弧使之進入滅弧柵中，在大氣條件下熄滅電弧的斷路器。 滅弧柵中，電弧電阻增大，電流減小，直至電路電壓無法維持

9、電弧，強迫電路被斷開，是一種帶限流作用的開斷裝置。 維護簡便、無需輔助設(shè)備、不產(chǎn)生操作過電壓、電氣壽命較長、無火災(zāi)與爆炸危險；但體積大、成本較高，一般只適用于20千伏以下的電壓等級。,（3）壓縮空氣斷路器, 工作時，高速氣流吹弧對弧柱產(chǎn)生強烈的散熱和冷卻作用，使弧柱熱電離，并迅速減弱以至消失。電弧熄滅后，電弧間隙即由新鮮的壓縮空氣補充，介電強度迅速恢復(fù)。 主要構(gòu)成部分是滅弧室，分為橫吹和縱吹兩種。 優(yōu)點：空氣資源豐富，靜態(tài)絕緣強度隨著壓力的提高可超過油或別的氣體介質(zhì)及真空，動作迅速，無火災(zāi)危險，低溫可靠操作，滅弧能力強，體積小，維護方便。 缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝要求高、費金屬、噪聲大。,（4）

10、SF6斷路器, SF6：性能最優(yōu)良的一種滅弧介質(zhì)和絕緣介質(zhì)。惰性氣體，化學(xué)性能穩(wěn)定。 SF6氣體滅弧能力強，介質(zhì)恢復(fù)速度快，散熱性能好，易于制成大開斷容量的斷路器。 可以適應(yīng)系統(tǒng)各種運行方式，性能可靠、穩(wěn)定。 容許開斷次數(shù)多，檢修周期長。 結(jié)構(gòu)簡單，體積小，噪音低。,LW8-40.5型戶外高壓六氟化硫斷路器,在電力工業(yè)中，GIS是指六氟化硫封閉式組合電器，國際上稱為“氣體絕緣開關(guān)設(shè)備”（Gas Insulated Switchgear），簡稱GIS，它將一座變電站中除變壓器以外的一次設(shè)備，包括斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、電壓互感器、電流互感器、避雷器、母線、電纜終端、進出線套管等，經(jīng)優(yōu)化設(shè)計有

11、機地組合成一個整體。 GIS的優(yōu)點在于占地面積小，可靠性高，安全性強，維護工作量很小，其主要部件的維修間隔不小于20年。, 介紹：電力工業(yè)中的GIS,（5） 真空斷路器, 滅弧介質(zhì)和滅弧后觸頭間隙的絕緣介質(zhì)都是高真空。 體積小、質(zhì)量輕、噪聲小、易安裝、不需要檢修（滅弧室）、維護方便、不會引起火災(zāi)和爆炸危險。 配電網(wǎng)中應(yīng)用較為普及，尤其適用于操作頻繁的場。 滅弧能力很強，滅弧時間短，電氣壽命長，而且由于絕緣強度高，觸頭開距行程短，操作能量小，動作快且機械壽命高。,2.2.2 互感器, 互感器的作用： （1）將一次回路的高電壓和大電流變?yōu)槎位芈窐藴实牡碗妷汉托‰娏?，使測量儀表和保護裝置標準化、小

12、型化，并使其結(jié)構(gòu)輕巧、價格便宜，并便于屏內(nèi)安裝。 （2）隔離高壓電路?；ジ衅饕淮蝹?cè)和二次側(cè)沒有電的聯(lián)系，只有磁的聯(lián)系。使二次設(shè)備與高電壓部分隔離，且互感器二次側(cè)均接地，從而保證了設(shè)備和人身的安全。,1電壓互感器（PT） 電氣符號TV,（1）變比與誤差,（2）分 類, 按安裝地點分戶內(nèi)式（35kV以下）和戶外式； 按相數(shù)分單相和三相式（10kV以下）； 按繞組數(shù)分雙繞組和三繞組； 按絕緣分澆注式、油浸式、干式、充氣式等。,常用的PT有四種準確等級：0.2，0.5，1，3。0.2級：主要用于精密的實驗測量； 0.5及1級：常用于發(fā)電廠、變電所內(nèi)配電盤上的儀表以及繼電保護裝置中，對計算電能的電度表應(yīng)

13、采用0.5級PT。,（3）PT工作特點及使用注意事項, 一次側(cè)并接在線路中，其電壓不受二次側(cè)負荷影響。 正常情況下PT在接近于空載的狀態(tài)下運行。PT在運行中，二次側(cè)不允許短路，否則會在二次回路中產(chǎn)生很大的短路電流，損壞設(shè)備。 電壓互感器的二次側(cè)必須有一端接地，防止一、二次側(cè)擊穿時，高壓竄入二次側(cè)，危及人身和設(shè)備安全。 接線注意一、二次側(cè)接線端子的極性，以保證測量的準確性。 電壓互感器的一、二次側(cè)通常都應(yīng)裝設(shè)熔絲作為短路保護，同時一次側(cè)應(yīng)裝設(shè)隔離開關(guān)作為安全檢修用。,2電流互感器（CT） 電氣符號TA,（1）變比與誤差,（2）準確度和10%誤差曲線,準確度：在一定的二次負荷和額定電流值下的最大容

14、許誤差。CT準確度有0.2、0.5、1、3和10等五級，一般計算電能用電度表配用0.5級，電流表用1級。,（3）分 類, 按安裝地點可分為戶內(nèi)式和戶外式。10kV以下制成戶內(nèi)式；35kV及以上多制成戶外式。 按安裝方式可分為穿墻式、支持式和裝入式。穿墻式節(jié)約穿墻套管；支持式則安裝在平面或支柱上；裝入式是套在35kV及以上變壓器或多油斷路器油箱內(nèi)的套管上，故也稱為套管式。 按絕緣可分為干式、澆注式、油浸式等。干式用絕緣膠浸漬，適用于低壓戶內(nèi)；澆注式利用環(huán)氧樹脂作絕緣，多用于35kV及以下；油浸式多為戶外型。 按一次繞組匝數(shù)可分為單匝和多匝式。, 新型電流互感器按高、低壓部分的耦合方式，可分為無線

15、電電磁波耦合、電容耦合和光電耦合式，其中光電式電流互感器性能更佳。 新型電流互感器的特點是高低壓間沒有直接的電磁聯(lián)系，使絕緣結(jié)構(gòu)大為簡化；測量過程中不需要消耗很大能量；沒有飽和現(xiàn)象，測量范圍寬，暫態(tài)響應(yīng)快，準確度高；重量輕、成本低。,在四川省最重要的樞紐站500kV洪溝變電站安裝調(diào)試的POSS-OCT光學(xué)電流互感器,在220kV舒平變電站現(xiàn)場運行的POSS-OCT光學(xué)電流互感器,（4）CT工作特點及使用注意事項, CT一次側(cè)繞組串聯(lián)在被測電路中，一次電流完全取決于被測電路中的負荷電流，與CT的二次負荷無關(guān)。二次側(cè)與繼電器或測量儀表串接。 正常情況下，電流互感器在近于短路的狀態(tài)下運行。CT在運行

16、中不允許二次繞組開路。對運行中的CT，當(dāng)需要拆開所連接的儀表時，必須先要短接其二次繞組。不允許二次側(cè)安裝熔絲。 二次側(cè)必須有一端接地。防止一、二次側(cè)絕緣損壞，高壓竄入二次側(cè)，危及人身和設(shè)備安全； 接線時要注意極性。,2.3 發(fā)電廠及變電所的 電氣主接線,2.3.1 概 述, 電氣主接線圖是由各種電氣設(shè)備的圖形符號和連接所組成的表示電能生產(chǎn)流程的電路圖。 從主接線圖可以了解各種電氣設(shè)備的規(guī)范、數(shù)量、連接方式和作用，以及各電力回路的相互關(guān)系和運行條件等。 主接線選擇的正確與否，對電氣設(shè)備選擇、配電裝置布置、運行的可靠性、靈活性和經(jīng)濟性等都有重大影響。,（1）保證必要的供電可靠性和電能質(zhì)量。 （2）

17、簡單明了，運行方便，使主要元件投入或切除時所需的操作步驟最少。 （3）具有一定的運行調(diào)度的靈活性，以適應(yīng)電力系統(tǒng)及主要設(shè)備的運行工況的要求，此外還要便于檢修。 （4）投資和運行費用最少。 （5）具有擴建的可能性。,主接線應(yīng)滿足下列基本要求：,常用電氣設(shè)備符號,2.3.2 主接線的基本形式,1單母線接線,單母線接線特點： 電源和供電線路均連接在同一組母線WB上。 每條引線上都裝有可以在任何工況下開斷或連通的斷路器（QF）。 每個斷路器的兩側(cè)裝設(shè)隔離開關(guān)（QSL、QSB等）。 作用：保證檢修QF時和其它帶電部分隔離，絕對不能用來切除電流。,若不設(shè)母線隔離開關(guān)會如何？, 簡單、清晰、采用設(shè)備少、操作

18、方便、投資少、便于擴建。 當(dāng)母線隔離開關(guān)發(fā)生故障或檢修時必須斷開全部電源，造成整個裝置停電。 當(dāng)出線斷路器檢修時，必須在整個檢修期間停止該回路工作。,單母線連接無法滿足對重要用戶供電需要！,單母線分段接線特點： 在母線中間裝設(shè)一母聯(lián)斷路器QFd，把母線一分為二。, 對重要用戶可由分別接在兩段母線上的兩條線路供電，任一段母線故障時，不至于使重要用戶停電。 可對兩段母線分別清掃和檢修，也可以減少對用戶停電。,對中小型發(fā)電廠以及出線數(shù)目較少的35kV110kV的變電所采用較多。, 當(dāng)一段母線或任一母線隔離開關(guān)發(fā)生故障時或檢修時，該母線上所連接的全部引線都要在檢修期間長期停電。,對于大容量發(fā)電廠和樞紐

19、變電站來說，不容許！,2雙母線接線,雙母線接線特點： 除了工作母線W1還增設(shè)備用母線W2，可相互備用。 兩組母線間用母聯(lián)斷路器QF連接，每一回路都通過一只斷路器和兩只隔離開關(guān)接到兩組母線上，運行時接至工作母線的隔離開關(guān)接通，接備用母線的隔離開關(guān)斷開。, 輪流檢修母線不致斷電； 檢修任一回路母線隔離開關(guān)時只斷開該回路； 工作母線故障時，可將全部回路轉(zhuǎn)移到備用母線上，從而使裝置迅速恢復(fù)供電； 檢修任一回路斷路器時，可用母聯(lián)斷路器代替，不致使該回路供電長期中斷； 在個別回路需要單獨進行實驗時，可將該回路分出來，并單獨接至備母。,采用雙母線可以做到：,對雙母線接線最重要操作是切換母線。,輪流檢修母線不

20、致斷電,設(shè)W1為工母，W2為備母： 檢查備母是否完好：接通母聯(lián)隔離開關(guān)及母聯(lián)斷路器QF，使備母帶電。若備母存在絕緣不良或故障時，則QF會在繼電保護裝置作用下斷開。, 接通電路時：先合上隔離開關(guān)，再合上斷路器； 斷開電路時：先斷開斷路器，再斷開隔離開關(guān)。,嚴禁帶負荷拉隔離開關(guān)！, 備母無故障時，QF處在接通狀態(tài)，此時兩母線通過母聯(lián)斷路器而等電位，因此允許用隔離開關(guān)進行切換操作：先合備母所有隔離開關(guān)，再斷開工母所有隔離開關(guān)。 斷開母聯(lián)QF及兩側(cè)隔離開關(guān)（注意順序），對工母檢修。,檢修任一回路母線隔離開關(guān)時只斷開該回路,以檢修QS2為例（與W1工母相連的隔離開關(guān)）： 可合上QF使W2帶電，將其它出線

21、回路與W2相連的隔離開關(guān)合上，與W1相連的隔離開關(guān)斷開，相當(dāng)于把其它負荷倒到備母上去，然后斷開母聯(lián)，則W1不再帶電了，可檢修QS2。 注意：L1回路是停電的。,檢修任一回路斷路器時，用母聯(lián)代替該斷路器，不致使該回路供電長期中斷,以檢修L2上QF2為例： 合母聯(lián)QF檢查備母W2是否良好，若良好，則斷開QF。 斷開QF2及兩側(cè)隔離開關(guān)QS1、QS3。 拆開QF2引線接頭，并用臨時跨條來代替QF2。 接通與備母相連的隔離開關(guān)QS2。 合上線路側(cè)隔離開關(guān)QS3。 合上母聯(lián)QF，于是線路L2重新運行。,母聯(lián)QF有代替L2的QF2的功能, 接線較復(fù)雜。要進行大量的切換操作，容易因誤操作而釀成較大的事故。

22、當(dāng)工作母線故障時，在切換母線的過程仍要短時停電。檢修線路斷路器時盡管可以用母聯(lián)斷路器來代替，但是裝接跨條期間仍需短時停電。 母線隔離開關(guān)數(shù)目較單母線接線大為增加，從而增大配電裝置占地面積，增大投資。, 為避免工母故障時全部停電，可以采用雙母線同時帶電運行方式，必要時還可空出一組母線檢修。, 雙母線分段接線。當(dāng)任一母線故障時或檢修時仍可保持雙母并聯(lián)運行。,改 進 措 施,單母線分段+雙母線接線, 為了避免在檢修線路斷路器時造成短時停電，可采取雙母線帶旁路母線的接線。,W3為旁母，QF2為接到旁母的斷路器，正常運行時將其斷開。當(dāng)需檢修任一線路斷路器時，可用QF2代替而不致造成停電。 例如，當(dāng)對L1

23、上QF1檢修時，可先合上QF2使旁母W3帶電，然后再合上旁母隔離開關(guān)QS1，最后再斷開線路斷路器QF1，在切斷隔離開關(guān)QS2、QS3、QS4后，即可對QF1進行檢修。,等 電 位, 采用三分段（或四分段）帶旁母母線。合理分配電源和負荷，使停電范圍縮小，提高可靠性，但保護復(fù)雜。, 一臺半斷路器。在兩組母線之間，每三個斷路器形成一串。相當(dāng)于每一個半斷路器帶一條回路，也稱為3/2接線。, 檢修靈活、操作方便、可靠性高。 斷路器多、成本高、繼保復(fù)雜。,3無母線接線,（1）橋形接線,內(nèi) 橋 式, 連接橋接在靠近變壓器側(cè)。 運行方式： 線路L1故障或檢修：先斷開1QF，再斷開1QSL和1QSB，其余三回路

24、可繼續(xù)工作，。 變壓器1T故障或檢修：先斷開1QF和3QF，再斷開QS1，1T退出運行。如果線路L1仍需恢復(fù)供電，再合1QF和3QF。 特點：操作線路方便，操作變壓器復(fù)雜。 適用：輸電線路較長、故障幾率較多，而變壓器不需要經(jīng)常切換運行方式情況。,外 橋 式, 連接橋接在靠近線路側(cè)。 運行方式： 線路L1故障或檢修：先斷開1QF和3QF，再斷開QS1，L1退出運行。如果變壓器1T仍需恢復(fù)供電，再合1QF和3QF 。 變壓器1T故障或檢修：只需斷開1QF，再斷開1QS，其余三回路可以繼續(xù)工作，不影響供電。 特點：操作變壓器方便，操作線路復(fù)雜。 適用：輸電線路較短、故障幾率較少，變壓器需要經(jīng)常切換運行方式而線路有穿越功率通過的發(fā)電廠和變電站 。,（2）多角形形接線, 特點：電路連接起閉環(huán)，所用斷路器數(shù)目等于回路數(shù)，相比較單母線分段與雙母線分段方式還可少用一個斷路器。 優(yōu)點：檢修斷路器不切除線路或變壓器；隔離開關(guān)不作操作電器；元件投入、退出方便；可靠性與靈活性較大；較經(jīng)濟。 缺點：開環(huán)運行會