发电厂一次系统电气设备及接线方式教学课件PPT.ppt

发电厂和变电站 所 的一次系统 宁波大学信息科学与工程学院 内容 第一节发电厂和变配电所的主要电气设备第二节发电厂和变配电所的电气主接线第三节中压配电网的接线方式第四节低压配电网的接线方式 引言 按作用的不同 电力系统又可分为一次系统和二次系统 一次系统是电力网中电能传输的通路 其中的所有电气设备 称为一次元件或一次设备 二次系统则是辅助电路 用来测量 控制 保护和自动调节一次设备的运行 其中的所有设备 称为二次元件或二次设备 在发电厂和变 配 电站 相应地有主接线 又称一次接线或主电路 和二次接线 又称二次回路 二次接线与一次接线之间是与电压互感器和电流互感器相关连的 互感器一次侧接于主电路 二次侧接于二次电路 互感器属一次设备 500kv变电站 一次设备 葛 上线 500kv 500kv输电线 一次设备 龙泉 宜昌 换流站 高压直流输电的整流站和逆变站 上海南桥换流站 220kv变电站 一次设备 牧区输电线路 一次设备 接母线变压器 高压电器设备 高压电器设备 高压电器设备 高压一次设备 高压一次设备 高压一次设备 第一节发电厂和变配电所的主要电气设备 安全可靠的绝缘 高可靠高性能小型化组合化 模块化 电子化智能化 按供电系统工作要求来改变电压或电流 按供电系统工作要求来控制一次电路的通断 用来对供电系统进行过电流和过电压等的保护 用来补偿供电系统的无功功率 以提高系统的功率因数 一 概述 必要的载流能力 较高的通断能力 良好的机械性能 必要的电寿命 完善的保护性能 高压开关器件分类 高压断路器隔离开关熔断器负荷开关高压开关柜 保证电力系统安全 可靠运行方便地实现维护和检修根据需要灵活地变更运行方式 作用 功能 不仅能通断正常负荷电流 而且能接通和承受一定时间的短路电流 并能在保护装置作用下自动跳闸 切除故障 二 高压电气设备 一 高压断路器 结构 触头装置 灭弧室 基座框架 传动机构 配操动机构 以油作为灭弧介质已逐步淘汰 以sf6气体作绝缘介质和灭弧介质 可频繁操作 利用 真空 作绝缘和灭弧介质 可频繁操作 交流或直流操作电源 合闸所需能量小 直流操作电源 合闸所需能量大 直流操作电源 合闸所需能量小 开关电器的电弧 电力系统中的各种开关电器 特别是断路器和熔断器 在运行中的开断能力是标志其性能的基本指标 所谓开断能力 就是开关设备在切断电流时的灭弧能力 通断电路时 开关动静触头间都会不同程度地产生电弧 电弧的产生对电力系统的安全运行有很大的影响 1 首先电弧延长了电路开断的时间 电弧是导电的 在开关分开载流电路时 触头间的电弧就延长了电流通过的时间 这在短路时就使短路电流危害的时间延长 会对电力系统中的设备造成更大的损坏 2 电弧的高温可能烧坏开关触头 烧坏电气设备及导线 还可能引起弧光短路 甚至引起火灾和爆炸事故 3 强烈的弧光会严重损伤人的视力 甚至失明 开关电器电弧的常用熄灭方法 1 利用气体或油熄灭电弧 在开关电器中利用各种形式的灭弧室使气体或油产生巨大的压力并有力地吹向弧隙 电弧在气流或油流中被强烈地冷却和去游离 并且其中的游离物质被未游离物质所代替 电弧便迅速熄灭 2 采用多断口 高压断路器常制成每相有两个或多个串联的断口 使加于每个断口的电压降低 电弧易于熄灭 3 断路器断口加装并联电阻 在高压大容量断路器中 广泛利用弧隙并联电阻在主触头断开过程中的分流作用灭弧 还可有效地降低触头上的恢复电压数值及电压恢复速度 并联电阻对切断小电感电流或电容电流时 可限制过电压产生 4 采用新介质 例如sf6 六氟化硫 断路器和真空断路器等 5 利用金属灭弧栅熄灭电弧 将电弧分隔成许多串联的短弧后再进行灭弧 油断路器的分类 灭弧室 多油 少油 自能式 外能式 吹弧方式 纵吹 横吹 环吹 1 油断路器 纵横吹 其灭弧室装在一个接地金属箱中 通常用油量较多 油既用作灭弧介质又用作对地绝缘 其灭弧室装在与大地绝缘的油箱中 油箱既可用金属做成 也可以用绝缘材料制成 油仅作为灭弧介质和断口间绝缘用 而不作对地绝缘用 用油量少 纵吹使电弧冷却变细 然后熄灭 横吹是把电弧拉长切断而熄灭 sn10 10型少油断路器灭弧过程 熄弧性能比较 自能式 利用电弧自身的能量使油分解出气体 提高灭弧室中的压力 当吹弧口打开时 由于灭弧室内外的压力差而在吹弧口产生高速油气流 对电弧进行气吹而使之熄灭 外能式 利用外界能量 通常是由油断路器合闸过程中被贮能的弹簧提供 在分断过程中推动活塞 提高灭弧室的压力驱动油气吹弧而熄灭电弧 也有称此为强迫油吹式灭弧室 综合式灭弧室 它综合了自能吹弧和外能吹弧的优点 利用电弧自身的能量来熄灭大电流电弧 利用外界能量来熄灭小电流电弧 并可改善分断特性 这种灭弧室结构稍复杂 但分断性能好 超高压少油断路器中大多数采用这种灭弧室 典型的油断路器 dw19 40 5型多油断路器 1 导电杆 2 绝缘套管 3 灭弧装置 4 横担 5 传动机构 6 提升杆 7 电流互感器 8 油箱 9 箱盖 10 变压器油 多油断路器的结构原理 户内式sn10 10少油断路器 上引出线 绝缘筒 下引出线 支持瓷瓶 绝缘拉杆 支架 户内式少油断路器的结构外型 典型的油断路器 户外式sw2 110型少油断路器 户外式少油断路器的结构外型 灭弧室 机构箱 支持瓷瓶 底座 断路器结构 接地金属箱型 绝缘子支持型 dw8 35型多油断路器 接地金属箱型结构示意图 断口 金属箱 绝缘套管 操动机构 接地金属箱型 多油 灭弧室装在一个接地金属箱中 油既用作灭弧介质又用作对地绝缘 绝缘子支持型 绝缘子支持型结构示意图 sw2 63型少油断路器 开断元件 支持瓷瓶 操动机构 少油 其灭弧室装在用绝缘材料制成的与大地绝缘的油箱中 油仅作为灭弧介质和断口间绝缘用 而不作对地绝缘用 断路器的积木组合方式 110kv及以上电压等级的户外式少油断路器多采用开断电弧的单元断口 或称开断单元 串联 积木式组合的落地式总体结构 标准开断单元的电压为55 110kv 例如 sw6型少油断路器 开断单元为55kv 属于这一系列的220kv和330kv的少油断路器将取双柱四断口和三柱六断口的结构 每极由四个和六个开断单元串联而成 各断口上均并联电容器以均匀开断时断口的电压分布 每极各用一个单独的液压操动机构操作 又如 sw7 220型220kv少油断路器 因开断单元为110kv 所以每极取单柱双断口的结构 断路器的积木组合方式 sw2 63型少油断路器每相单柱单断口 sw2 110型少油断路器每相单柱双断口 断路器的积木组合方式 sw2 220型少油断路器每相双柱四断口 断路器的积木组合方式示意图 并联均压电容 断口 并联电容 油断路器小结 优点 结构简单 价格便宜缺点 检修周期短维护工作量大潜在火灾危险被六氟化硫断路器取代的趋势 110kv及以上系统 被真空断路器取代的趋势 10kv电力系统 2 六氟化硫断路器 六氟化硫 sf6 化学的性质 无色 无嗅 无毒和不可燃的惰性气体六氟化硫断路器主要优点 灭弧能力强 介质强度高介质恢复速度特别快 电负性气体 断路器允许开断的次数多 检修周期长 六氟化硫断路器灭弧装置 按能量分 外能 自能 双压式灭弧装置 单压式灭弧装置 气吹式灭弧装置 旋弧式灭弧装置 自能式灭弧装置 气吹灭弧装置 优点 结构简化 体积减小 减少了操动功 降低为25 30 利用电弧能量加热气体来建立吹弧所需压力差 使用范围 110 220kv电力系统 旋弧式灭弧装置 电弧在磁场作用下快速转动而使电弧熄灭 使用范围 10 35kv电力系统 sf6断路器的外形结构 lw12 500型落地罐式sf6断路器 金属罐 盆式支持绝缘子 绝缘套管 罐式sf6断路器剖面图 电流互感器 罐式sf6断路器 sf6断路器小结 绝缘性能和灭弧性能优良单柱双断口的结构检修周期长 无火灾的危险在110kv及以上系统取代油断路器 3 真空断路器 利用真空作为触头间的绝缘与灭弧介质的断路器 将触头装在一个真空容器 即真空灭弧室 内 真空度在105mm汞柱以上 由于真空中不存在气体游离的问题 所以触头断开时不会发生电弧 或者说触头一断开 电弧就熄灭 故可频繁操作 真空灭弧室的真空度 1 33 10 2 1 33 10 5pa标准大气压的10 7 10 9倍 真空电弧的特点 感性电路中 灭弧速度过快 则di dt太大 可引起极高的过电压 这对供电系统是不利的 因此 这 真空 不能是绝对的真空 实际上能在触头离开时因高电场发射和热电发射产生一点电弧 称之为 真空电弧 它能在电流第一次过零时熄灭 这样 燃弧时间既短 至多半个周期 又不至于产生很高的过电压 真空断路器实物图片 真空断路器结构 zn12 12系列真空断路器 真空断路器结构外型图 绝缘子 操动机构 真空灭弧室 绝缘拉杆 传动机构 真空灭弧室 真空灭弧室 真空灭弧室的结构示意图 导电杆 触头 动触杆 波纹管 屏蔽罩 外壳 金属盖 真空断路器小结 绝缘性能好 触头的开距可以做得很小只需配置操作功小的操动机构灭弧能力强 适用于频繁操作的场合结构简单 维修工作量小 无火灾危险和无环境污染在10kv电力系统中已有取代少油断路器的趋势 熔断器时间电流特性 功能 主要对高压线路及电气设备进行短路保护 有的也具有过负荷保护功能 二 高压熔断器 原理 当所在电路电流超过规定值并经一定时间后 熔体熔化 汽化生弧 灭弧 电路分断 保护特性 也称时间 电流特性 结构 金属熔体 熔体支持件 熔管及灭弧材料 限流特性 在短路电流尚未达到冲击值之前就切断电路 流过熔断器的电流越大 熔断时间越短 具有反时限特点 类型 户内 户外高压限流熔断器 高压熔断器的典型结构 跌落式熔断器 rw11 10跌落式熔断器 绝缘瓷瓶 熔断器管 安装固定板 下触头 熔丝管两端的动触头依靠熔丝 熔体 系紧 将上动触头推入 鸭嘴 凸出部分后 磷铜片等制成的上静触头顶着上动触头 故而熔丝管牢固地卡在 鸭嘴 里 当短路电流通过熔丝熔断时 产生电弧 熔丝管内衬的钢纸管在电弧作用下产生大量的气体 因熔丝管上端被封死 气体向下端喷出 吹灭电弧 由于熔丝熔断 熔丝管的上下动触头失去熔丝的系紧力 在熔丝管自身重力和上 下静触头弹簧片的作用下 熔丝管迅速跌落 使电路断开 切除故障段线路或者故障设备 上触头 高压限流熔断器实物图片 限流式熔断器 高压熔断器的典型结构 限流式熔断器 限流式熔断器 限流式熔断器剖面图 熔断器管 熔丝 熔断指示器 石英砂 高压熔断器的典型结构 能在较小的故障电流或过负荷电流时动作 熔断器是采用几根熔丝并联的 熔断时能产生几根并行的电弧 即把粗弧变成细弧 加快电弧的熄灭 管内填以石英砂 其作用是加快灭弧 这种熔断器能在短路电流未达到冲击值之时就可完全熄灭电弧 是快速熔断器 即具有限流作用 熔断器 负荷开关组合电器 fn5 10系列户内高压真空负荷开关及熔断器组合电器 负荷开关不能断开短路电流 因此它一般与高压熔断器串联使用 借助熔断器来切除短路故障 功能 主要用来隔离高压电源以保证其他设备的安全检修 它没有专门的灭弧装置 因此不允许带负荷操作 但它可以用来通断一定的小电流电路等 三 高压隔离开关 高压户内隔离开关实物图片 结构 触头装置 绝缘瓷瓶 底座及传动机构等 高压隔离开关一般采用手力操动机构 类型 户内户外 单柱式 双柱式 三柱式 隔离开关的典型结构 户内型 gn19 12 c 系列户内高压隔离开关 底座 支柱绝缘子 静触头 闸刀 操作绝缘子 转轴 隔离开关的典型结构 户外型单柱式 gw46 550型单柱隔离开关 单柱隔离开关的原理图 合闸状态 分闸状态 剪刀型隔离开关合闸动画演示 作业 5 2 5 6 5 10 隔离开关的典型结构 户外型双柱式 双柱隔离开关 可转动的支柱 导电臂 gw5a 35 66 110系列隔离开关 gw4 220型隔离开关 隔离开关的典型结构 户外型三柱式 gw7 500型隔离开关 开断状态 gw7a 220型三柱式隔离开关 关合状态 导电臂 可转动的绝缘支柱 绝缘支柱 三柱型隔离开关分合闸动画演示 功能 能通断一定的负荷电流和过负荷电流 但不能断开短路电流 因此它一般与高压熔断器串联使用 借助熔断器来切除短路故障 四 高压负荷开关 高压负荷开关 限流熔断器组合电器 功能 兼有负荷开关与限流熔断器的双重功能 结构 主要有产气式 压气式 真空式和sf6式等结构类型操动机构有手动和电动储能弹簧机构等形式 高压负荷开关 限流熔断器组合电器实物图片 负荷开关举例 fkrn12 12d压气式负荷开关 fzw30 12户外交流高压真空负荷开关 开关柜是金属封闭开关设备的俗称 是按一定的电路方案将有关电气设备组装在一个封闭的金属外壳内的成套配电装置 五 高压开关柜 固定式 断路器室装于开关柜中部 手车的装卸需要装载车 手车式 移开式 断路器手车本身落地 推入柜内 用户变配电所采用高压开关柜组合成高压配电系统 10kv固定式真空断路器手车柜 组合 手车式高压开关柜 六 电流互感器与电压互感器 结构原理 一次绕组串联在主电路中或直接利用一次母线 二次绕组所接仪表 继电器均串联 i2n 5a或1a 1 电流互感器 ct 1 电流互感器的极性 在图 a 中 一 二次绕组中感应电势及同时为高电位点 称同极性或同名端 一般用l k 表示或以 标注 按照上述方法标示电流互感器一次和二次线圈的极性关系 称 减极性 反之称 加极性 按照减极性标示电流互感器的极性关系 从一次和二次线圈同名端l1和k1来看 电流i1和i2的流向是相反的 i1流入 i2流出 但从继电器线圈看 流过继电器的电流方向 与取消电流互感器而将继电器直接串联在一次电路中的电流方向是一致的 同时在向量图中两电流方向相同 忽略励磁电流 2 准确度级 测量用电流互感器的精度等级有0 2 0 5 1 3 如1表示在规定负荷范围内电流误差不超过 1 另外还有0 2s和0 5s级 计量用特殊电流互感器 测量精度更高 保护用电流互感器的精度等级5p 10p 10p标示复合误差不超过10 高压电流互感器一般制成两个铁心和两个二次绕组 其中准确度级高的二次绕组接测量仪表 其铁心易饱和 准确度级低的二次绕组接继电器 其铁心不应饱和 电流互感器的结构 单匝式 多匝式 单匝式电流互感器的原理图 一次绕组 二次绕组 铁芯 绝缘 应用范围 35kv及以上的接地金属箱型断路器 lmz 0 5型电流互感器 母线型 电流互感器的结构 多匝式 lzzb 10型电流互感器 浇注式 一次接线端子 一次绕组和部分二次绕组 二次接线端子 铁芯 二次绕组 底座 电流互感器的结构 110kv及以上 lb 220w2型电流互感器 lvqb 110sf6绝缘电流互感器 一次绕组出线端 瓷套 二次出线盒 一相一继电器式接线 反应一次电路对应相的电流 通常用在负载平衡的三相电路中测量电流 或在继电保护中作为过负荷保护接线 两相一继电器式接线 又叫两相电流差式接线 这种接线方式的特点是流过电流继电器的电流是两电流互感器二次电流的向量差 因此对于不同形式的故障 流过继电器的电流不同 适用于三相三线制电力系统中的相间短路保护 流过继电器的电流 1 当正常运行和三相短路时 等于一个互感器二次电流的 3倍 2 当ac短路 等于互感器二次电流的2倍 当未装互感器的b相发生接地故障时继电器无反应 这种接线比较经济 但对不同形式短路故障 其灵敏度不同 继电器 两相v形接线 两相两继电器式 又叫不完全星形接线 电流互感器二次侧接成不完全星形 接线比较经济 常用于工厂企业6 10kv三相三线制电力系统中 作为相间短路保护 三相星形接线 三相三继电器式 使用元件多 费用较高 但能反应各相电流 广泛用于中性点直接接地的三相三线制特别是三相四线制电路中作三相电流 电能测量及电流继电器保护之用 保护继电器能反映各种相间短路和单相接地短路故障 在正常及三相短路时 中线通过电流为 ia ic ib 如两个电流互感器接于a相和c相 当ab或bc短路时只有一个继电器动作 ac短路有两个继电器动作 4 电流互感器的正确使用 1 在工作时其二次侧不得开路 开路时互感器成了空载状态 磁通高出额定时许多 1 4 1 8t 除了产生大量铁耗损坏互感器外 还在副边绕组感应出危险的高压 危及人身安全 2 二次侧有一端必须接地 以防一 二次绕组间绝缘损坏 高压串入二次回路 危及设备和人身安全 3 连接时要注意其端子的极性 如极性接反 二次侧的仪表 继电器获得的电流就不是预想值 甚至可能引起事故 使用注意事项 2 电压互感器 pt u2n 100伏 结构原理 一次绕组并联在主电路中 二次绕组中仪表 继电器均并联连接 有的电压互感器具有3个绕组 有2个二次绕组 其图形符号为 按工作原理 电磁式电压互感器 电磁感应 电容式电压互感器 由串联电容器抽取电压 再经变压器变压 按相数分 有单相式和三相式 按绕组数量分 有双绕组 如jdz 10型 和三绕组 如jdzj 10型 按冷却方式 干式 浇注式 油浸式 类型 准确度级 有0 2 0 5 1 3等级 jdz10 10 rzl 电压互感器实物图片 电磁式电压互感器的结构 jdzx3 6q型浇注互感器 jdj 10型电压互感器 一次接线端子 高压绝缘套管 一 二次绕组 铁芯 壳式 二次接线端子 110kv及以上电磁式电压互感器 jdcf 220型油浸式电压互感器 瓷套 高压引出端 二次线圈引出端 jdcf 110型电压互感器 jdqhx 110w2型复合绝缘sf6电压互感器 jdqx 110w2型sf6电压互感器 高压引出端 复合绝缘外套 二次线圈出线盒 110kv及以上电磁式电压互感器 电容式电压互感器结构 1 一个单相电压互感器的接线 2 两个单相电压互感器接成v v形 常用接线方案有以下几种 可测量一个线电压 可测量三相三线制电路的各个线电压和测量电能 它广泛地应用于用户10kv高压配电装置中 开关 3 三个单相三绕组电压互感器或一个三相五心柱三绕组电压互感器接成y0 y0 开口三角形 接成y0的二次绕组可测量各个线电压及相对地电压 供电给需要线电压的仪表 继电器及作为绝缘监察的电压表 而接成开口三角形的辅助二次绕组可测量零序电压 可接用于绝缘监察的电压继电器 使用注意事项 电压互感器工作时二次侧不得短路 因二次线圈少 阻抗小 发生短路则电流很大 会烧坏线圈 为此 一 二次均需装设熔断器以保护短路 2 二次侧要有一端良好接地 以防一次电压串入二次侧危及安全 3 接线时要注意极性正确 一次侧标a x 二次侧标a x a与a为同极性端 x与x也是同极性端 三 电器设备的选择 1 按正常工作条件选择电器设备按正常工作条件选择 就是要考虑电器装置的环境条件和电气要求 环境条件是指电器装置所处的位置特征 电气要求是指电器装置对设备的电压 电流 频率 一般为50hz 等方面的要求 对一些断路电器如开关 熔断器等 还应考虑其断流能力 1 考虑所选择设备的工作环境 如户内 户外 防腐蚀 防暴 防尘 防火等要求 以及沿海或是湿热地域的特点 一 电器设备的选择原则与方法 2 设备的额定电压和最高工作电压导体和电器所在电网的运行电压因调压或负荷的变化 常高于电网的额定电压 故所选电气设备允许最高运行电压不得低于所接电网的最高工作电压 即一般电气设备允许的最高运行电压 当额定电压在220kv及以下时为1 15 额定电压为330 500kv时为1 1 而实际电网运行的 一般不超过1 1 因此在选择设备时 一般可按照电气设备的额定电压不低于装置地点电网额定电压的条件选择 3 设备的额定电流电气设备的额定电流是指在额定周围环境温度下 导体和电器的长期允许电流 或额定电流 应不小于该回路的最大持续工作电流 即我国目前生产的电器设备的额定环境温度 0 40 如果电器安装地点的环境温度 t不同于额定环境温度 0时 其长期允许电流ial应按正常发热条件予以修正 即 ial k in et 温度修正系数 5 14 式中 实际环境温度 取最热月平均最高气温 导体或电气设备正常发热允许最高温度 当导体用螺栓连接时为70 温度修正系数 当时 每降低1 允许电流增加0 5 但总数不得超过20 当时 每增高1 允许电流应减少1 8 2 按短路情况来校验电气设备的动稳定和热稳定 1 短路热稳定校验短路电流通过时 导体和电器各部件温度 或发热效应 应不超过允许值 热稳定校验应选择两相短路和三相短路中最严重的一种作为计算依据 式中 it 规定的电气设备在时间t秒内的热稳定电流 ka 在指定时间内短路电流不会使电气设备发热超过设备允许的最大短时温度的电流 t 厂家给出的热稳定计算时间 一般为4s 5s 1s等 i 短路稳态电流 ka tima 假想时间 s 取距离短路点最近的继电保护装置的主保护动作时间与断路器固有动作时间之和 如主保护装置有保护死区 假想时间可根据该保护区短路故障的后备保护装置的动作时间来校验 2 电动力稳定校验电动力稳定是导体和电器承受短路电流机械效应的能力 亦称动稳定 动稳定校验应以三相短路电流为计算类型 并应满足下式要求 或 5 15 式中 ish ish 设备安装地点短路冲击电流的峰值及其有效值 ka iet iet 设备允许通过的电流峰值及其有效值 ka 3 按三相短路容量来校验开关电器的断流能力 遮断容量 式中in sn 制造厂提供的在额定电压下允许的开断电流 ka 允许的断流容量 mva it st 电器设备安装处的短路电流 ka 短路容量 mva 铭牌断流容量值所规定的使用条件 一般的断路