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电力系统供输配电综述,电力系统 Power system,电力系统是由发电、 输电、变电、配电、用电等设备和相应 的辅助系统，按规定的技术、济要求组成的一个统一系统。,发 电,输 电,配 电,变 电,发电厂,输电网,变电站,配电网,电力用户,用 电,电力系统电压等级划分 Voltage grading,我国电力系统电压划分为输电电压和配电电压两类： 输电电压的分级： 特高压（UHV） 1000 kV以上 超高压（EHV） 330、500、750 kV 高压输电电压（HV） 220 kV 配电电压的分段： 高压配电电压 35110 kV 中压配电电压 10 kV 低压配电电压 380/220 V 某些地区在220 kV 输电网尚未出现前，可将110kV作为输电电压，最近江苏、辽宁在试点20KV配电电压。,电力系统组成示意图,电力系统设施 Power system facilities,电源与负荷 电气主接线形式和基本要求 供配电系统主要电气设备 二次回路,水电站 Hydroelectric power station 水流势能 水 轮 机 机械能 发 电 机 电能 我国规定装机容量大于75万千瓦为大(1)型水电站，三峡水电站总装机容量为1786万千将是世界上最大的水电站。,几种典型电源,水电站组成框图,火电厂Thermal power plant 燃料化学能 锅 炉 热能 汽 轮 机 机械能 发 电 机 电能 火电厂按蒸汽压力分类： 低压电厂， 蒸汽初压力在1.5MPa及以下 中压电厂 ，蒸汽初压力在24MPa 高压电厂， 蒸汽初压力在610MPa 超高压电厂，蒸汽初压力在1214MPa 亚临界电厂，蒸汽初压力在1618MPa 超临界电厂，蒸汽初压力在22.6MPa及以上 除以上两种发展比较早的能源外，还有最近在大力发展的核电、风电、太阳能发电及地热发电等清洁可再生能源。（在世界范围内，火电厂的装机容量约占总装机容量的70 ，发电量约占总发电量的80. ）,电力系统中性点运行方式,电力系统中性点接地方式有两大类:一类是中性点直接接地或经过低阻抗接地，称为大接地电流系统；另一类是中性点不接地，经过消弧线圈或高阻抗接地，称为小接地电流系统。其中采用最广泛的是中性点不接地、中性点经阻抗包括消弧线圈接地和中性点直接接地等三种方式。,中性点不接地系统 当中性点不接地的系统中发生一相接地时，接在相间电压上的受电器的供电并未遭到破坏，允许暂时继续运行两小时之内，因此可靠性高，其缺点：这种系统发生单相接地时，其它两条完好相对地电压升到线电压，是正常时的 3 倍，绝缘薄弱点很可能被击穿，而引起两相接地短路，将严重地损坏电气设备。所以，在中性点不接地电网中，必须设专门的监察装置，以便使运行人员及时地发现一相接地故障，从而切除电网中的故障部分。 在中性点不接地系统中，当接地的电容电流较大时，在接地处引起的电弧就很难自行熄灭。在接地处还可能出现所谓间隙电弧，即周期地熄灭与重燃的电弧。由于电网是一个具有电感和电容的振荡回路，间歇电弧将引起相对地的过电压，其数值可达(2.53)Ux。这种过电压会传输到与接地点有直接电连接的整个电网上，更容易引起另一相对地击穿，而形成两相接地短路。 在电压为3-10kV的电力网中，一相接地时的电容电流不允许大于30A，否则，电弧不能自行熄灭。在2060kV电压级的电力网中，间歇电弧所引起的过电压，数值更大，对于设备绝缘更为危险，而且由于电压较高，电弧更难自行熄灭。因此，在这些电网中，规定一相接地电流不得大于10A。,中性点经消弧线圈接地系统 当一相接地电容电流超过了上述的允许值时,可以用中性点经消弧线圈接地的方法来解决，该系统即称为中性点经消弧线圈接地系统。消弧线圈主要有带气隙的铁芯和套在铁芯上的绕组组成，它们被放在充满变压器油的油箱内。绕组的电阻很小，电抗很大。消弧线圈的电感，可用改变接入绕组的匝数加以调节。显然，在正常的运行状态下，由于系统中性点的电压三相不对称电压，数值很小，所以通过消弧线圈的电流也很小。采用过补偿方式,即使系统的电容电流突然的减少(如某回线路切除)也不会引起谐振，而是离谐振点更远。 在中性点经消弧线圈接地的系统中，一相接地和中性点不接地系统一样，故障相对地电压为零，非故障相对地电压升高至倍，三相线电压仍然保持对称和大小不变，所以也允许暂时运行，但不得超过两小时，消弧线圈的作用对瞬时性接地系统故障尤为重要，因为它使接地处的电流大大减小，电弧可能自动熄灭。接地电流小，还可减轻对附近弱点线路的影响。 在中性点经消弧线圈接地的系统中,各相对地绝缘和中性点不接地系统一样,也必须按线电压设计。,中性点直接接地系统 中性点的电位在电网的任何工作状态下均保持为零。在这种系统中，当发生一相接地时，这一相直接经过接地点和接地的中性点短路，一相接地短路电流的数值最大，因而应立即使继电保护动作，将故障部分切除。中性点直接接地或经过电抗器接地系统，在发生一相接地故障时，故障的送电线被切断，因而使用户的供电中断。运行经验表明，在1000V以上的电网中，大多数的一相接地故障，尤其是架空送电线路的一相接地故障，大都具有瞬时的性质，在故障部分切除以后，接地处的绝缘可能迅速恢复，而送电线可以立即恢复工作。目前在中性点直接接地的电网内，为了提高供电可靠性，均装设自动重合闸装置，在系统一相接地线路切除后，立即自动重合，再试送一次，如为瞬时故障，送电即可恢复。 中性点直接接地的主要优点是它在发生一相接地故障时,非故障相地对电压不会增高, 因而各相对地绝缘即可按相对地电压考虑。电网的电压愈高，经济效果愈大；而且在中性点不接地或经消弧线圈接地的系统中，单相接地电流往往比正常负荷电流小得多，因而要实现有选择性的接地保护就比较困难，但在中性点直接接地系统中，实现就比较容易，由于接地电流较大，继电保护一般都能迅速而准确地切除故障线路，且保护装置简单，工作可靠。,目前我国电力系统中性点的运行方式，大体是： 对于6-10kV系统，由于设备绝缘水平按线电压考虑对于设备造价影响不大，为了提高供电可靠性，一般均采用中性点不接地或经消弧线圈接地的方式。 对于110kV及以上的系统，主要考虑降低设备绝缘水平，简化继电保护装置，一般均采用中性点直接接地的方式。并采用送电线路全线架设避雷线和装设自动重合闸装置等措施，以提高供电可靠性。 20-60kV的系统，是一种中间情况，一般一相接地时的电容电流不很大，网络不很复杂，设备绝缘水平的提高或降低对于造价影响不很显著，所以一般均采用中性点经消弧线圈接地方式。 1KV以下的电网的中性点采用不接地方式运行。但电压为380/220V的系统，采用三相五线制，零线是为了取得机电压，地线是为了安全。,电力系统电气主接线的形式和基本要求,主接线的基本要求 可靠性 电气接线必须保证用户供电的可靠性，应分别按各类负荷的重要性程度安排相应可靠程度的接线方式。保证电气接线可靠性可以用多种措施来实现。 灵活性 电气系统接线应能适应各式各样可能运行方式的要求。并可以保证能将符合质量要求的电能送给用户。 安全性 电力网接线必须保证在任何可能的运行方式下及检修方式下运行人员的安全性与设备的安全性。 经济性 其中包括最少的投资与最低的年运行费。 应具有发展与扩建的方便性 在设计接线方时要考虑到510年的发展远景，要求在设备容量、安装空间以及接线形式上，为510年的最终容量留有余地。,主接线的几种形式,单母线接线 单母不分段 每条引入线和引出线的电路中都 装有断路器和隔离开关，电源的引入 与引出是通过一根母线连接的。 单母线不分段接线适用于用户对 供电连续性要求不高的二、三级负荷 用户。,单母线不分段接线,单母线分段接线 单母线分段 接线是由电源 的数量和负荷 计算、电网的 结构来决定的。 单母线分段 接线可以分段 单母线分段接 线运行，也可以并列运行。 用隔离开关、负荷开关 分段的单母线接线，适用于 由双回路供电的、允许短时停电的具有二级负荷的用户。 用断路器分段的单母线接线，可靠性提高。如果有后备措施，一般可以对一级负荷供电。,单母线分段接线,带旁路母线的单母线接线 当引出线断路器检修时，用 旁路母线断路器代替引出线断 路器，给用户继续供电。 旁路断路器一般只能代替一 台出线断路器工作，旁路母线 一般不能同时连接两条及两条 以上回路，否则当其中任一回 路故障时，会使旁路断路器跳闸。 断开多条回路。 通常35kV的系统出线8回以上、 110kV系统出线6回以上，220kV 系统出线4回以上，才考虑加设旁路母线。,带旁路母线的单母线接线,单母线分段带旁路 在正常运行时，系 统以单母线分段方式 运行，旁路母线不带 电。如果正常运行的 某回路断路器需退出 运行进行检修，闭合 旁路断路器，使旁路 母线带电，合上欲检 修回路旁路隔离开关， 则该线路断路器可退出运行，进行检修。 这种旁路母线可接至任一段母线，在容量较少的中小 型发电厂和 35110kV变电所中获得广泛应用。,双母线接线 双母线接线 一组作为工作母线，另一组 作为备用母线，在两组母线之间， 通过母线联络断路器（简称为母 联断路器）进行连接。 把双母线系统形成单母线分 段运行方式，即正常运行时，使 两条母线都投入工作，母联断路 器及其两侧隔离开关闭合，全部 进出线均匀分配两条母线。这种运 行方式可以有效缩小母线故障时的停电范围。,双母线接线主要优点有： 1）检修任一组母线时，不会中断供电。 2）检修任一回路的母线隔离开关时，只需断开该回路，其它回路倒换至另一组母线继续运行。 3）工作母线在运行中发生故障时，可将全部回路换接至备用母线，迅速恢复供电。 4）任一回路断路器检修时，可用母联断路器代替其工作。 5）方便试验。需要对某回路做试验时，只需把此回路单独切换至备用母线即可。 双母线带旁路接线 在双母线接线方式中，为使线路在出线断路器检修时不中断供电，可采用带旁路接线。 当110kV系统出线6回以上，220kV出线4回以上，可采用专用旁路断路器。旁路母线可接至任一组母线。,一个半断路器接线 一个半断路器接线可归属于双 母线类接线。在两组母线之间， 每三个断路器形成一串。每串连 接两条回路。相当于每一个半断 路器带一条回路，故称之为一个 半断路器接线，也称为32接线。 在一个半接线的每串断路器中， 位于中间的断路器称为联络断路 器。运行中两母线及全部断路器 都投入工作，形成多重环状供电。,双母线单（双）分段带旁路接线 为进一步缩小母线故障的影响范围，对于可靠性要求较高的330500kV超高压系统，当进出线达到6回以上时，可采用双母线单段或双分段带旁路接线。 这种接线是把工作母线分为两段，在两段工作母线之间，两工作母线与备用母线之间都设置有母联断路器。 变压器母线接线 各出线经过断路器分别接在母线上，变压器直接经隔离开关接到母线上，组成变压器母线接线。电源和负荷可以自由调配。由于变压器是高可靠性设备，所以直接接在母线上，对母线的运行并不产生严重影响，一旦变压器故障时，接在母线上的各断路器开断，这时不会影响对用户的供电。在出线数目很多时也可以用一台半断路器接线形式。这种接线在远距离大容量输电系统中应用时，对系统稳定与可靠性均有良好的效果。,无母线接线 （1）桥式接线 对于具有双电源进 线、两台变压器终端式 的总降压变电所，可采 用桥式接线。它实质是 连接两个35110kV “线路变压器组”的 高压侧，其特点是有一 条横联跨桥的“桥”。 根据跨接桥横连位置不 同，分为内桥接线和外 桥接线。,1）内桥接线的跨接桥靠近变压器侧，桥开关装在线路开关之内，变压器回路仅装隔离开关，不装断路器。采用内桥接线可以提高改变输电线路运行方式的灵活性。 内桥接线适用于：对一、二级负荷供电；供电线路较长；变电所没有穿越功率；负荷曲线较平稳，主变压器不经常退出工作；终端型工业企业总降压变电所。 2）外桥接线 跨接桥靠近线路侧，桥开关装在变压器开关之外，进线回路仅装隔离开关，不装断路器。 外桥接线适用于：对一、二级负荷供电；供电线路较短；允许变电所有较稳定的穿越功率；负荷曲线变化大，主变压器需要经常操作；中间型工业企业总降压变电所，宜于构成环网。,（2）角形接线 当母线闭合成环，断路器数等于进出线回路数，即构成了角形接线，一般应将同名回路相互交替布置。一般不超过六角形。这种接线不利于扩建，适用于最终建设规模比较明确的110kV及以上的发电厂升压站或变电所中。,供配电系统常用电气设备,电力变压器power transformer 电力变压器是变电所的核心设备，通过它将一种电压的交流电能转换成另一种电压的交流电能，以满足输电、供电、配电或用电的需要。 常用电力变压器的种类 1) 按相数分类：有三相电力变压器和单相电力变压器。大多数场合使用三相电力变压器，在一些低压单相负载较多的场合，也使用单相变压器。 2) 按绕组导电材料分类：有铜绕组变压器和铝绕组变压器。目前一般均采用铜绕组变压器。 3) 按绝缘介质分类：有油浸式变压器和干式变压器。油浸式变压器由于价格低廉而得到了广泛应用；干式变压器有不易燃烧、不易爆炸的特点，特别适合在防火、防爆要求高的场合使用，绝缘形式有环氧浇注式、开启式、六氟化硫（SF6）充气式和缠绕式等。干式变压器现已在中压等级的电网中逐步得到了广泛的应用。,常用变压器的容量系列 我国目前的变压器产品容量系列为R10系列，即变压器容量等级是按 为倍数确定的，如：100kVA、125 kVA、160 kVA、200 kVA、250 kVA、315 kVA、500 kVA、630 kVA、800 kVA、1000 kVA、1250 kVA、1600 kVA等。 变压器的原理,原绕组,副绕组,铁芯,电磁关系：,N1,N2,N1,N2,空载运行 ：原边接入电源，副边开路。,接上交流电源,1. 电压变换,结论：改变匝数比，就能改变输出电压。,K为变比,根据交流磁路的分析 可得：,时,负载运行：,副边带负载后对磁路的 影响：在副边感应电压的 作用下，副边线圈中有了 电流 i2 。此电流在磁路中 也会产生磁通，从而影响原边电流 i1。 但当外加电压、频率不变时，铁芯中 主磁通的最大值在变压器空载或有负载时基本不变。 带负载后磁动势的平衡式为：,2. 电流变换,结论：原、副边电流与匝数成反比,由于变压器铁芯材料的导磁率高、空载励磁电流 很小，可忽略 。即：,从原边等效：,结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以变比的平方。,3. 阻抗变换,从原边等效：,结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以变比的平方。,3. 阻抗变换,从原边等效：,结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以变比的平方。,3. 阻抗变换,电流互感器的作用： 变换电流：由于电力设备上通过的电流大多数为数值很高的大电流，为了便于测量，采用电流互感器进行变换，其二次侧额定电流值为5A（或1A）。 隔离保护 扩大电流表、继电器等应用范围,电流互感器结构与原理：,一、电流互感器的极性,电流互感器极性的一般采用减极性原则标注，即：一、二次绕组中的电流在铁心中产生的磁通方向相反。如图所示，则L1与K1为一对同极性端子。,1、比差（变比误差） 理想情况下，电流互感器的额定变流比应为常数，但实际情况下，由于铁芯损 耗、漏磁通和绕组漏电阻等因素的存在，实际变流比不等于额定变流比，所以出现数值上 的误差，该误差即为比差。 电流互感器的允许最大比差为10%Ie，实际比差大小要随其一次电流倍数及二次 负载阻抗大小而变化，通常把这种变化关系用10%误差曲线来表示，它反应了某台电流互 感器一次电流倍数与最大允许负载阻抗的关系。 10%误差曲线图： 2、 10%误差曲线图的使用 根据电网参数计算出一次电流倍数m,（m= ）从图中查出最大允许二次负载阻抗值，如果 实际二次负载阻抗（包括该TA二次侧串联的所有继电器线圈阻抗、二次电缆阻抗和接触电阻）小于该允许值，则认为电流互感器的比差满足要求。如果不满足要求，则应：增大电流互感器的变比；增大二次电缆截面面积；降低接触电阻；减少电流互感器二次侧串联的线圈数量等。,一、电流互感器的误差,3、角差 理想情况下，电流互感器一次电流与二次电流的相量应为同相位，但因为内阻抗和磁化电流的影 响，实际二次电流相量与一次电流相量之间有一夹角，此夹角称为电流互感器的相角误差，简称角差。 角差的大小和正负，取决于空载电流和负载电流的大小和性质，电流互感器的允许角差为7。 三、电流互感器的接线方式 电流互感器在电力系统中根据所要测量的电流的不同，就有了不同的接线方式，最常见的有以下几 种，如图所示。 （a）两相星形接线 （b）两相电流差接线 （c）三相星形接线。,1两相星形接线 如图（a）所示。两相星形接线又称不完全星形接线，这种接线只用两组电流互感器， 一般测量两相的电流，但通过公共导线，也可测第三相的电流。主要适用于小接地电流的三 相三线制系统，在发电厂、变电所610kv馈线回路中，也常用来测量和监视三相系统的运行 状况。 2两相电流差接线 如图（b）所示。两相电流差接线也称为两相交叉接线。由相量图可知，二次侧公共线 上电流为Ia- Ic，其相量值为相电流的 倍。这种接线很少用于测量回路，主要应用于中性 点不直接接地系统的保护回路。 3三相星形接线 如图（c）所示。三相星形接线又称完全星形接线，它是由三只完全相同的电流互感器 构成。由于每相都有电流流过，当三相负载不平衡时，公共线中就有电流流过，此时,公共线 是不能断开的，否则就会产生计量误差。该种接线方式适用于高压大接地电流系统、发电机 二次回路、低压三相四线制电路 .,四、电流互感器使用的注意事项 1电流互感器的接线应保证正确性。一次绕组和被测电路串联，而二次绕组应和连 接的所有测量仪表、继电保护装置或自动装置的电流线圈串联，同时要注意极性的正确性， 一次绕组与二次绕组之间应为减极性关系，一次电流若从同名端流入，则二次电流应从同 名端流出。 2电流互感器二次侧所接负载是测量仪表、继电器的电流线圈等，它们匝数少、阻 抗小，通过的电流非常大，因此电流互感器在正常运行状态下近似于短路状态。 3电流互感器的二次绕组绝对不允许开路。这是因为电流互感器正常工作时，二次 电流有去磁作用，使合成磁势很小。当二次绕组开路时，二次电流的去磁作用消失，一次 电流将全部用来激磁，这时，将在二次侧产生超过正常值几十倍的磁通，结果会使铁芯过 热而损坏互感器。同时，由于铁芯中磁通的急剧增加，在二次绕组上产生过电压，可能达 到数百甚至数千伏，将危及人身和设备安全。因此，为了防止二次绕组开路，规定在二次 回路中不准装熔断器等开关电器。如果在运行中必须拆除测量仪表或继电器及其他工作时， 应首先将二次绕组短路。 4电流互感器的二次侧必须可靠接地，但接地点只允许有一个。这是为了防止一、 二次绕组之间绝缘损坏或击穿时，一次高电压窜入二次回路，危及人身和设备安全。,电压互感器的作用 变换电压电压互感器是一种小型的降压变压器 ，由铁芯、一次绕组、二次绕组、接线端子和绝缘支持物等构成 ，一次绕组并接于电力系统一次回路中，其二次绕组并接了测量仪表、继电保护装置或自动装置的电压线圈 (即负载为多个元件时，负载并联后接入二次绕组，且额定电压为100V)。由于电压互感器是将高电压变成低电压，所以它的一次绕组的匝数较多，而二绕组的匝数较少。 隔离保护 扩大电压表、继电器等应用范围,电压互感器原理：,一、影响误差的运行因素 电压互感器在运行中与电流互感器一样也会产生误差，影响电压互感器误差的主要原因 除了互感器本身铁芯、绕组等因素外，还有运行中一次电压、二次负载和负荷功率因数等参 数对其也有影响。因此，为了减少电压互感器的误差，在结构上，应采用导磁率高的冷轧硅 钢片，减少电压互感器的损耗；在运行时，则应根据准确度的要求，把一次电压、二次负载 和负荷功率因数等参数控制在相应的范围内。 二、电压互感器的接线方式 电压互感器在电力系统中要测量的电压有线电压、相电压、相对地电压和单相接地时出 现的零序电压。为了测取这些电压，电压互感器就有了不同的接线方式，最常见的有以下几 种，如图所示：,1单相电压互感器接线 如图（a）所示 为一只单相电压互感器接线，可用于测量35kv及以下中性点不直接接地 系统的线电压或110kv以上中性点直接接地系统的相对地电压。 2电压互感器的V，v接法 如图（b）所示，V，v接法就是将两台全绝缘单相电压互感器的高低压绕组分别接于相与 相间构成不完全三角形。这种接法广泛用于中性点不接地或经消弧线圈接地的35kV及以下的 高压三相系统中，特别是10kV的三相系统中。V，v接法不仅能节省一台电压互感器，还能满 足三相表计所需要的线电压。这种接线方法的缺点是不