chap2发电厂及变电所的一次系统.ppt

Chap 2 Chap 2 发电厂及变电所的发电厂及变电所的 一次系统一次系统 2.1 2.1 概概 述述 发电厂：将各种形式一次能源通过发电设备转换为 电能。 变电所：接受电能和分配电能，并能变换电压的场 所。发电厂和电能用户之间的中间环节，同时还通 过变压器将电压等级不同的电力网联系起来。 2.1.1 2.1.1 发电厂及变电所电气设备简述发电厂及变电所电气设备简述 2变压器 变换电能 1发电机 将机械能转换为电能的设备 3开关电器 在正常工作情况下可靠地接通或断开电路； 在改变运行方式时灵活地进行切换操作； 在系统发生故障时迅速切除故障部分以保证非故障 部分正常地运行； 在设备检修时隔离带电部分以保证工作人员的安全 。 （1 1）开关开关电器的主要任务电器的主要任务 开关电器的基本工作原理即熄灭电弧的原 理。当用开关电器断开电流时，如果电路电压 不低于1020kV，电流不小于80100mA，电 器的触头间会产生电弧。 电弧是高温高导电率的游离气体，它不仅 对触头有很大破坏作用，而且使断开电路的时 间延长。 电弧放电:触头之间的气 体因为游离而形成大量的 自由电子(带负电荷)和正 离子(带正电荷)，产生光 和热，变为导电状态。 （2 2）开关开关电器的电器的分类分类 正常情况正常情况下用于切断或接通正常工作电流 的开关，如负荷开关负荷开关。 没有开断短路电流的能力，不能作为电路中的保护开 关，需与具有开断短路电流能力的断路器或熔断器配合使 用：故障电流由断路器或熔断器开断，负荷开关则负责完 成负荷电流的分合操作。 结构简单、制造容易且便宜，某些场合可取代常规断 路器保护的方案。 种类多：油负荷开关、真空负荷开关、SF6负荷开关、 产气式负荷开关、压气式负荷开关等。 使用较多 高压真空负荷开关 FW6-6、FW6 -12型柱上 高压油负荷 开关 高压SF6 负荷开关 故障情况故障情况下用于切断过负荷电流或短路 电流的开关，如高、低压熔断器高、低压熔断器。 工作时串联在被保护回路中，正常 情况下的工作电流不会使熔体熔断。 当电流超过一定数值，熔体会产生 热量而自行熔断，从而达到保护电网 和设备的目的。 高压熔断器一般用在35kV及以下 电压等级的小容量电网中，并配有简 单灭弧装置。 广泛使用的是限流式熔断器和跌落 式熔断器。 跌落式熔断器限流式熔断器 既可以既可以用来切断或接通正常工作电流，也可 也可 以以用来断开或闭合过负荷电流以及短路电流的 开关，如高、低压断路器高、低压断路器。 发电厂和变电所中最重要的电器设备之一，它 具有完善的灭弧装置。 正常运行时，用来接通和开断负荷电流；在某 些电气主接线中，还担任改变主接线运行方式的 任务。 故障时，用来开断短路电流，切除故障电流。 不要求切断或连通电流，只在检修时来隔离隔离 电源电源的开关，如隔离开关隔离开关。 没有灭弧装置，必须在“等电位”的条件下操作 ，只能用来将待检修的电气设备与带电端隔离， 不能用来开断负荷电流或短路电流。 一般与断路器配合使用。 分类方式及类型多样：户内（GN表示）、户 外（GW表示）；单柱式、双柱式、三柱式；水 平旋转式、垂直旋转式、摆动式、插入式；带接 地刀闸、不带接地刀闸。 GNl9-12(c)系列户内 高压隔离开关 GW5系列双柱水平开启式 隔离开关现场运行示意图 4互感器 5母 线 汇聚和分配电能。 6电抗器 p 限制短路电流，减轻开关电器的工作 负担。 p 当短路发生后，可用电抗器维持电厂 或变电所母线上的电压在一定水平上， 以保证没有短路故障的其它支路上的用 户能继续用电。 7电 缆 p 在大城市、发电厂和变电所内部或附 近以及穿越江河、海峡时，采用电缆线 路送电。 p 检修电缆线路费时，但优点显著：不 需要在地面上架设杆塔，占用徒土地面 积少，供电可靠，不易受外力破坏，对 人身较安全。 500kV交联聚乙烯电缆结构110kV交联电缆 VLV22-4等芯电缆电缆捆 8架空线路 p 终端线是由发电厂或变电所将电能直接输送 到用户的线路。 p 联络线是将发电厂（或变电所）与其它系统 电源相连的线路。 9避雷器 保护电力系统和电气设备的绝缘，使其不受 雷击所引起的过电压而损坏。 2.1.2 2.1.2 发电厂及变电所发电厂及变电所 电气设备的分类电气设备的分类 1一次设备、一次系统 p 通常将直接在发、输、配、用电的主系统上 所使用的设备称为一次设备。例如发电机、变 压器、开关电器、母线、电缆和输电线路等。 p 由一次设备依一定规律连接起来为完成电能 的发、变、输、配任务所所构成的电路，称为 电气主接线，也称为一次回路或一次系统。 2二次设备、二次系统 p 对一次设备的工作进行测量、控制、监 测、调节、保护，以及为运行维护人员提供 运行工况或生产指挥信号所用的设备称为二 次设备。例如测量表计、控制及信号器具、 继电保护装置、自动装置、远动装置等。 p 二次设备按一定顺序和要求相互连接， 构成的回路称为二次回路或二次系统。 2.2 2.2 高压设备高压设备 2.2.1 2.2.1 断路器断路器 1分 类 按开断的电流性质不同 交流断路器 直流断路器 户内式断路器 户外式断路器 按装设地点不同 一般断路器 频繁操作断路器 按机械寿命不同 2灭弧介质 （1）液体，主要是变压器油。 （2）气体，有一般空气、压缩空 气和SF6气体。 （3）固体产气介质，如纤维板， 有机玻璃等。 （4）真空。 S 少油断路器 D 多油断路器 K 空气断路器 Q 产气断路器 Z 真空断路器 L 六氟化硫断路器 C 磁吹断路器 安装条件 N户内 W户外 3具体介绍 （1 1）油断路器）油断路器 多油断路器 元件都处于接地的金属油箱中。 油一方面用来熄灭电弧，另一方面又 用作绝缘介质。 10kV及以下多油断路器一般都取三相 共箱的结构形式；35kV及以上的，每相 各一个油箱，称为分相式结构，又称为 罐式。 用油量大、钢材消耗大、检修困难、 造成爆炸及火灾的危险性大。 DW13-35系列户外 高压多油断路器 多油多油 户外户外 设计序号设计序号 额定电压额定电压 少油断路器 变压器油只用来熄灭电弧和触 头断口间的绝缘介质，不用作对 地绝缘。 整个导电及灭弧系统直接装在 绝缘油筒或不接地的金属油箱中 。 对地绝缘主要采用固态绝缘体 ，如支柱瓷瓶、环氧树脂浇铸件 等。 油的用量少得多。 SN10-10型户内 少油断路器 （2 2）磁吹断路器）磁吹断路器 在触头分开时控制电弧使之进入灭弧栅中， 在大气条件下熄灭电弧的断路器。 灭弧栅中，电弧电阻增大，电流减小，直至 电路电压无法维持电弧，强迫电路被断开，是一 种带限流作用的开断装置。 维护简便、无需辅助设备、不产生操作过电 压、电气寿命较长、无火灾与爆炸危险；但体积 大、成本较高，一般只适用于20千伏以下的电压 等级。 （3 3）压缩空气断路器）压缩空气断路器 工作时，高速气流吹弧对弧柱产生强烈的散热和冷却 作用，使弧柱热电离，并迅速减弱以至消失。电弧熄灭 后，电弧间隙即由新鲜的压缩空气补充，介电强度迅速 恢复。 主要构成部分是灭弧室，分为横吹和纵吹两种。 优点：空气资源丰富，静态绝缘强度随着压力的提高 可超过油或别的气体介质及真空，动作迅速，无火灾危 险，低温可靠操作，灭弧能力强，体积小，维护方便。 缺点：结构复杂、工艺要求高、费金属、噪声大。 （4 4） SF SF 6 6 断路器断路器 SF6：性能最优良的一种灭弧介质和 绝缘介质。惰性气体，化学性能稳定。 SF6气体灭弧能力强，介质恢复速度 快，散热性能好，易于制成大开断容量 的断路器。 可以适应系统各种运行方式，性能 可靠、稳定。 容许开断次数多，检修周期长。 结构简单，体积小，噪音低。 LW8-40.5型户外高 压六氟化硫断路器 在电力工业中，GIS是指六氟化硫封闭式组合电器， 国际上称为“气体绝缘开关设备”（Gas Insulated Switchgear），简称GIS，它将一座变电站中除变压器以 外的一次设备，包括断路器、隔离开关、接地开关、电压 互感器、电流互感器、避雷器、母线、电缆终端、进出线 套管等，经优化设计有机地组合成一个整体。 GIS的优点在于占地面积小，可靠性高，安全性强， 维护工作量很小，其主要部件的维修间隔不小于20年。 介绍：电力工业中的GIS 500kV 户外GIS 500kV 户内GIS （5 5） 真空断路器真空断路器 灭弧介质和灭弧后触头间隙的绝缘介质都是高真空。 体积小、质量轻、噪声小、易安装、不需要检修（灭弧 室）、维护方便、不会引起火灾和爆炸危险。 配电网中应用较为普及，尤其适用于操作频繁的场。 灭弧能力很强，灭弧时间短，电气寿命长，而且由于绝 缘强度高，触头开距行程短，操作能量小，动作快且机械 寿命高。 2.2.2 2.2.2 互感器互感器 互感器的作用： （1）将一次回路的高电压和大电流变为二次回路标准的 低电压和小电流，使测量仪表和保护装置标准化、小型 化，并使其结构轻巧、价格便宜，并便于屏内安装。 （2）隔离高压电路。互感器一次侧和二次侧没有电的联 系，只有磁的联系。使二次设备与高电压部分隔离，且 互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身的安全。 1电压互感器（PT） 电气符号TV （1 1）变比与误差）变比与误差 （2 2）分）分 类类 按安装地点分户内式（35kV以下）和户外式； 按相数分单相和三相式（10kV以下）； 按绕组数分双绕组和三绕组； 按绝缘分浇注式、油浸式、干式、充气式等。 常用的PT有四种准确等级：0.2，0.5，1，3。 0.2级：主要用于精密的实验测量； 0.5及1级：常用于发电厂、变电所内配电盘上的 仪表以及继电保护装置中，对计算电能的电度表 应采用0.5级PT。 （3 3）PTPT工作特点及使用注意事项工作特点及使用注意事项 一次侧并接在线路中，其电压不受二次侧负荷影响。 正常情况下PT在接近于空载的状态下运行。PTPT在运行在运行 中，二次侧不允许短路中，二次侧不允许短路，否则会在二次回路中产生很大的 短路电流，损坏设备。 电压互感器的二次侧必须有一端接地，防止一、二次侧 击穿时，高压窜入二次侧，危及人身和设备安全。 接线注意一、二次侧接线端子的极性，以保证测量的准 确性。 电压互感器的一、二次侧通常都应装设熔丝作为短路保 护，同时一次侧应装设隔离开关作为安全检修用。 2电流互感器（CT） 电气符号TA （1 1）变比与误差）变比与误差 （2 2）准确度和）准确度和10%10%误差曲线误差曲线 准确度：在一定的二次负荷和额定电流值下的最大容许误差。 CT准确度有0.2、0.5、1、3和10等五级，一般计算电能用电 度表配用0.5级，电流表用1级。 （3 3）分）分 类类 按安装地点可分为户内式和户外式。10kV以下制成户内式； 35kV及以上多制成户外式。 按安装方式可分为穿墙式、支持式和装入式。穿墙式节约穿 墙套管；支持式则安装在平面或支柱上；装入式是套在35kV及 以上变压器或多油断路器油箱内的套管上，故也称为套管式。 按绝缘可分为干式、浇注式、油浸式等。干式用绝缘胶浸渍 ，适用于低压户内；浇注式利用环氧树脂作绝缘，多用于35kV 及以下；油浸式多为户外型。 按一次绕组匝数可分为单匝和多匝式。 新型电流互感器按高、低压部分的耦合方式， 可分为无线电电磁波耦合、电容耦合和光电耦合 式，其中光电式电流互感器性能更佳。 新型电流互感器的特点是高低压间没有直接 的电磁联系，使绝缘结构大为简化；测量过程中 不需要消耗很大能量；没有饱和现象，测量范围 宽，暂态响应快，准确度高；重量轻、成本低。 在四川省最重要的枢纽站 500kV洪沟变电站安装调试的 POSS-OCT光学电流互感器 在220kV舒平变电站现场运行 的POSS-OCT光学电流互感器 （4 4）CTCT工作特点及使用注意事项工作特点及使用注意事项 CT一次侧绕组串联在被测电路中，一次电流完全取决 于被测电路中的负荷电流，与CT的二次负荷无关。二次侧 与继电器或测量仪表串接。 正常情况下，电流互感器在近于短路的状态下运行。 CTCT在运行中不允许二次绕组开路。在运行中不允许二次绕组开路。对运行中的CT，当需 要拆开所连接的仪表时，必须先要短接其二次绕组。不允不允 许二次侧安装熔丝许二次侧安装熔丝。 二次侧必须有一端接地。防止一、二次侧绝缘损坏，高 压窜入二次侧，危及人身和设备安全； 接线时要注意极性。 2.3 2.3 发电厂及变电所的发电厂及变电所的 电气主接线电气主接线 2.3.1 2.3.1 概概 述述 电气主接线图是由各种电气设备的图形符号和连接所组 成的表示电能生产流程的电路图。 从主接线图可以了解各种电气设备的规范、数量、连接 方式和作用，以及各电力回路的相互关系和运行条件等。 主接线选择的正确与否，对电气设备选择、配电装置布 置、运行的可靠性、灵活性和经济性等都有重大影响。 （1）保证必要的供电可靠性和电能质量。 （2）简单明了，运行方便，使主要元件投入或切除时 所需的操作步骤最少。 （3）具有一定的运行调度的灵活性，以适应电力系统 及主要设备的运行工况的要求，此外还要便于检修。 （4）投资和运行费用最少。 （5）具有扩建的可能性。 主接线应满足下列基本要求： 常用电气设备符号 2.3.2 2.3.2 主接线的基本形式主接线的基本形式 1单母线接线 单母线接线特点： 电源和供电线路均连接在同一组 母线WB上。 每条引线上都装有可以在任何工 况下开断或连通的断路器（QF）。 每个断路器的两侧装设隔离开关 （QSL、QSB等）。 作用：保证检修QF时和其它带电部 分隔离，绝对不能用来切除电流。 若不设母线隔若不设母线隔 离开关会如何离开关会如何 ？ 简单、清晰、采用设备少、操作 方便、投资少、便于扩建。 当母线隔离开关发生故障或检修 时必须断开全部电源，造成整个装 置停电。 当出线断路器检修时，必须在整 个检修期间停止该回路工作。 单母线连接无法满足对重要用户供电需要！ 单母线分段接线特点： 在母线中间装设一母联断路器 QFd，把母线一分为二。 对重要用户可由分别接在两段母 线上的两条线路供电，任一段母线 故障时，不至于使重要用户停电。 可对两段母线分别清扫和检修， 也可以减少对用户停电。 对中小型发电厂以及出线数目较少 的35kV110kV的变电所采用较多 。 当一段母线或任一母线隔离开关发生故障时或检修时， 该母线上所连接的全部引线都要在检修期间长期停电。 单母线：一般适用于一台 发电机或一台变压器。 单母线分段：相比单母线数 量多一倍，可靠性高一倍。 610kV出线5回6回及以上 3563kV出线3回48回 110220kV出线2回34回 对于大容量发电厂和枢纽变电站来说，不容许 ！ 2双母线接线 双母线接线特点： 除了工作母线W1还增设备 用母线W2，可相互备用。 两组母线间用母联断路器QF 连接，每一回路都通过一只断 路器和两只隔离开关接到两组 母线上，运行时接至工作母线 的隔离开关接通，接备用母线 的隔离开关断开。 轮流检修母线不致断电； 检修任一回路母线隔离开关时只断开该回路； 工作母线故障时，可将全部回路转移到备用母线上，从 而使装置迅速恢复供电； 检修任一回路断路器时，可用母联断路器代替，不致使 该回路供电长期中断； 在个别回路需要单独进行实验时，可将该回路分出来， 并单独接至备母。 采用双母线可以做到：采用双母线可以做到： 对双母线接线最重要操作是切换母线。 l 轮流检修母线不致断电 设W1为工母，W2为备母： 检查备母是否完好：接通 母联隔离开关及母联断路器QF ，使备母带电。若备母存在绝 缘不良或故障时，则QF会在继 电保护装置作用下断开。 接通电路时：先合上隔离 开关，再合上断路器； 断开电路时：先断开断路 器，再断开隔离开关。 严禁带负荷 拉隔离开关 ！ 备母无故障时，QF处 在接通状态，此时两母线 通过母联断路器而等电位 ，因此允许用隔离开关进 行切换操作：先合备母所 有隔离开关，再断开工母 所有隔离开关。 断开母联QF及两侧隔 离开关（注意顺序），对 工母检修。 l 检修任一回路母线隔离开关时只断开该回路 以检修QS2为例（与W1工母 相连的隔离开关）： 可合上QF使W2带电，将其 它出线回路与W2相连的隔离 开关合上，与W1相连的隔离 开关断开，相当于把其它负 荷倒到备母上去，然后断开 母联，则W1不再带电了，可 检修QS2。 注意：L1回路是停电的。 l 检修任一回路断路器时，用母联代替该 断路器，不致使该回路供电长期中断 以检修L2上QF2为例： 合母联QF检查备母W2是否 良好，若良好，则断开QF。 断开QF2及两侧隔离开关 QS1、QS3。 拆开QF2引线接头，并用临 时跨条来代替QF2。 接通与备母相连的隔离开关 QS2。 合上线路侧隔离开关QS3。 合上母联QF，于是线路L2重 新运行。 接线较复杂。要进行大量的切换操作，容易因误 操作而酿成较大的事故。 当工作母线故障时，在切换母线的过程仍要短时 停电。检修线路断路器时尽管可以用母联断路器来 代替，但是装接跨条期间仍需短时停电。 母线隔离开关数目较单母线接线大为增加，从而 增大配电装置占地面积，增大投资。 为避免工母故障时全部停电，可以采用双母线同时带电 运行方式，必要时还可空出一组母线检修。 双母线分段接线。 当任一母线故障时或 检修时仍可保持双母 并联运行。 为了避免在检修线路断路器时造成短时停电 ，可采取双母线带旁路母线的接线。 W3为旁母，QF2为接到旁 母的断路器，正常运行时将其 断开。当需检修任一线路断路 器时，可用QF2代替而不致造成 停电。 例如，当对L1上QF1检修时 ，可先合上QF2使旁母W3带电 ，然后再合上旁母隔离开关 QS1，最后再断开线路断路器 QF1，在切断隔离开关QS2、 QS3、QS4后，即可对QF1进行 检修。 采用三分段（或四分段）带旁母母线。合理分 配电源和负荷，使停电范围缩小，提高可靠性， 但保护复杂。 一台半断路器。在两组母线之间 ，每三个断路器形成一串。相当于 每一个半断路器带一条回路，也称 为3/2接线。 检修灵活、操作方便、可靠性高。 断路器多、成本高、继保复杂。 3无母线接线 （1 1）桥形接线）桥形接线 内内 桥桥 式式 连接桥接在靠近变压器侧。 运行方式： 线路L1故障或检修：先断开1QF，再断 开1QSL和1QSB，其余三回路可继续工作 ，。 变压器1T故障或检修：先断开1QF和 3QF，再断开QS1，1T退出运行。如果线 路L1仍需恢复供电，再合1QF和3QF。 特点：操作线路方便，操作变压器复杂 。 适用：输电线路较长、故障几率较多， 而变压器不需要经常切换运行方式情况。 外外 桥桥 式式 连接桥接在靠近线路侧。 运行方式： 线路L1故障或检修：先断开1QF和3QF ，再断开QS1，L1退出运行。如果变压器 1T仍需恢复供电，再合1QF和3QF 。 变压器1T故障或检修：只需断开1QF， 再断开1QS，其余三回路可以继续工作，不 影响供电。 特点：操作变压器方便，操作线路复杂 。 适用：输电线路较短、故障几率较少， 变压器需要经常切换运行方式而线路有穿越 功率通过的发电厂和变电站 。 （2 2）多角形形接线）多角形形接线 特点：电路连接起闭环，所用断路器数目等于回路数，相比较 单母线分段与双母线分段方式还可少用一个断路器。 优点：检修断路器不切除线路或变压器；隔离开关不作操作电 器；元件投入、退出方便；可靠性与灵活性较大；较经济。