低压电器系统第四章.ppt

第四章变配电所及其一次系统 4 1变电所的配置 4 2变压器的选择 4 3变电所主要电气设备 4 4电气主接线 4 5变电所的布置和结构 4 1变电所的配置 变电所是电力系统中变换电压 接受和分配电能 控制电力的流向和调整电压的电力设施 是将各级电压的电网联系在一起的纽带 是供配电系统的重要组成部分 4 1 1变电所的类型变电站有多种分类方法 可以根据电压的等级 升压或降压及在电力系统中的地位分类 系统中的地位分类 枢纽变电所 中间变电所 地区变电所 终端变电所 1 总降压变电所 35 110 6 10kV 用户是否要设置总降压变电所 是由地区供电电源的电压等级和企业负荷大小及分布情况而定 对大中型用户 由于负荷较大 往往采用35KV 或以上 供电 再降压至10kV或6kV 向各车间变电所和高压用电设备配电 这种降压变电所称为总降压变电所 2 独立变电所 6 10 0 4 0 23kV 设置独立变电所主要是因为相邻几个车间负荷较大 将变电所建到某一车间不适宜 或由于车间环境的限制 如制药车间 化工车间之间由于管道较多或有腐蚀性气体 易燃易爆气体等环境限制 必须建立独立变电所 或中小型用户负荷不太大 建立一个用户独立变电所 向负荷供电 3 车间变电所 6 10 0 4 0 23kV 附设变电所附设变电所是利用车间的一面或两面墙壁 而其变压器室的大门朝外开 如图所示 车间内变电所车间内变电所位于车间内的单独房间内 4 建筑物及高层建筑物变电所建筑物及高层建筑物变电所是民用建筑中经常采用的变电所形式 楼内建筑物变电所高层建筑物多采用楼内建筑物变电所 置于高层建筑物的地下室或中间某层 地下室和高层 地下室 中间某层和高层 变压器一律采用干式变压器 辅助建筑物变电所与独立变电所相似 辅助建筑物变电所置于离开高层建筑物的辅助建筑物内 变压器采用油浸式变压器 5 柱上变电所变电器安装在室外电杆上 适用于315kVA及以下变压器 常用于居民区 用电负荷小的用电单位 6 组合式变电所 4 1 2变电所的位置确定变电所的位置选择应根据选择原则 从安全 经济 方便等方面来综合考虑 经技术 经济比较后确定 1 总降压变电所位置选择的原则 1 靠近负荷中心 2 考虑电源的进线方向 偏向电源侧 3 进出线方便 4 设备运输方便 5 不应防碍企业的发展 要考虑扩建的可能性 6 不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所 7 不应设在有剧烈震动和高温场所 8 不应设在地势低洼和可能积水的场所 9 不应设在有爆炸危险区域 2 车间变电所位置选择的原则在计算得出车间总计算负荷的基础上 按分散布置并接近负荷中心的原则确定车间变电所的位置 便于低压电网的备用联络 同时车间变电所位置选择还要考虑 进出线方便 靠近电源测 运输方便等 变电所选址尽量靠近负荷中心是供电设计的一项基本原则 可以按负荷矩法确定负荷中心 4 1 3变电所的设备 变电所起变换电压作用的设备是变压器 除此之外 变电所的设备还有开闭电路的开关设备 汇集电流的母线 计量和控制用互感器 仪表 继电保护装置和防雷保护装置 调度通信装置 无功补偿设备和接地装置等 电力系统按其作用的不同可分为一次系统和二次系统 其中担负电能输送和分配任务的系统称为一次系统 或一次回路 一次系统中的所有电气设备 称为一次设备 对一次系统进行监视 控制 测量和保护的系统 称为二次系统 或二次回路 二次系统中的所有电气设备 称为二次设备 一次设备按其功能可分为以下几类 1 变换电压或电流的设备如 电力变压器 电流互感器 电压互感器 2 接通或开断电路的开关设备如 断路器 隔离开关 负荷开关 3 防御过电压和限制故障电流的保护设备如 熔断器 避雷器 电抗器等 4 无功补偿设备如 电力电感器 静止补偿器 5 成套配电装置如 变压开关柜 低压配电屏等 4 2变压器的选择 4 2 1变压器型号的选择变压器是变电所中关键的一次设备 其主要功能是升高或降低电压 以利于电能的合理输送 分配和使用 1 变压器的分类 1 按绝缘介质分 油浸式 干式 2 按调压方式分 有载调压 无载调压 3 按相数分 单相 三相 4 按导线分 铜芯 铝芯 5 按冷却方式分 自冷 风冷 强冷 2 型号及含义 3 变压器型号的选择根据使用要求和工作环境选择变压器型号 应选用低损耗节能型变压器S9系列或S10系列 对于高层建筑 地下建筑等对消防要求较高场所 应采用干式电力变压器 SC6 SG10系列 对电网电压波动较大 电能质量要求较高时 采用有载调压电力变压器 SZ7系列 4 2 2变压器台数和容量的确定 安装在总降压变电所的变压器通常称为主变压器 简称主变 安装在6 10kV 0 4kV的变压器常叫做配电变压器 简称配变 1 总降变电所变压器台数和容量的确定 1 变压器台数的确定 1 2台 满足负荷对供电可靠性的要求 级负荷比较大时 选择2台主变压器 季节性负荷或昼夜负荷比较大时 宜采用经济运行方式 技术经济合理时 可设2台主变 三级负荷一般选择一台主变压器 如果负荷较大时 也可选择两台主变压器 有少量 级负荷可从邻近取得低压备用电源 可设1台主变压器 2 变压器容量的确定 1台变压器 SN 1 15 1 4 SC 2台变压器任意一台变压器的容量应同时满足 SN 0 6 0 7 SCSN SC 考虑负荷发展 留有一定容量裕度 2 车间变电所的变压器台数和容量的确定 1 台数 同总降变电所 负荷不大时视负荷大小及距邻近车间变电所的距离决定是否设车间变电所 由邻近车间变电所供电的容量和距离 2 容量 1台变压器 SN SC 2台变压器任意一台变压器的容量应同时满足 SN 0 6 0 7 SCSN SC 单台容量不宜超过1000kVA 考虑负荷发展 留有一定容量裕度 3 两台变压器互为备用的方式 1 明备用 两台变压器 每台均按承担100 负荷选择 一台工作 一台备用 2 暗备用 两台变压器同时投入使用 每台均按承担50 负荷选择 两台的容量均按计算负荷的70 80 选择 例4 1某一10 0 4kV车间变电所 总计算负荷为1350kVA 其中一 二级负荷680kVA 选择变压器的台数和容量 解 该车间变电所有一 二级负荷 故宜选择两台变压器 任一台变压器单独运行时 要满足60 70 的负荷 即SN 0 6 0 7 1350kVA 810kVA 954kVA且任一台变压器应满足SN 680kVA 因此 可选两台容量均为1000kVA的变压器 具体型号为S9 1000 10 4 2 3变压器的实际容量和过负荷能力 1 变压器的实际容量电力变压器的额定容量 是指它在规定的环境温度条件下 室外安装时 在规定的使用年限内 一般规定为20年 连续输出的最大视在功率 一般规定 如果变压器安装地点的年平均气温 av 20 则年平均气温每升高1 变压器的容量应相应减小1 对室外变压器其实际容量为 式中SN T为变压器的额定容量 对室内变压器其实际容量为 2 变压器的正常过负荷能力对于油浸式变压器 其允许过负荷包括以下两部分 1 由于昼夜负荷不均匀而考虑的过负荷 由日负荷率和最大负荷持续时间确定 2 由于夏季欠负荷而在冬季考虑的过负荷 夏季每低1 冬季可过负荷1 但不得超过15 以上两部分过负荷同时考虑 室外变压器过负荷不得超过30 室内变压器过负荷不得超过20 干式变压器一般不考虑正常过负荷 3 变压器的故障过负荷能力在事故情况下 允许短时间较大幅度的过负荷运行 而不论故障前负荷大小 但运行时间不得超过规定时间 4 3变电所常用的电气设备 4 3 1电气主接线它是一次设备按预期的生产流程所组成的电路 是发电厂和变电所电气部分的主体 是反映各设备的作用 连接方式 和回路间的相互关系 变电所的主接线是根据容量 电压等级 负荷等情况设计 并经过技术经济的比较后而选出的的最佳方案基本要求 可靠性 灵活性 经济性 变电站一次回路接线是指输电线路进入变电站之后 所有电力设备的相互连接方式 其接线方案有 无汇流母线 单母线 单母线分段 单母线分段带旁路 双母线 双母线分段 双母线分段 双母线带旁路 一台半断路器接线 桥形接线 三角形接线等 110kV变电所主接线图 35kV变电所主接线图 4 3 2变压器变压器是变电站的主要设备 分为双绕组变压器 三绕组变压器和自耦变压器 为了在不同负荷情况下保持合格的电压有时需要切换变压器的分接头 电压等级 2 2 5 自耦变压器高 中压每相共用一个绕组 从高压绕组中间抽出一个头作为中压绕组的出线的变压器 电压高低与绕组匝数成正比 电流则与绕组匝数成反比 4 3 3开关设备中的电弧问题 开关电器的总任务是 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的正常运行 在设备检修时 隔离带电部分以保证工作人员的安全 按电压等级可分为 高压开关电器低压开关电器 根据开关电器在电路中所担负的任务 可以分为下列几类 1 用来在正常情况下断开或闭合正常工作电流的 如低压闸刀开关 高压负荷开关等 2 用来断开故障情况下的过负荷电流或短路电流的 如高 低压熔断器 3 既用来断开或闭合正常工作电流 也用来断开或闭合过负荷电流或短路电流的 如高 低压断路器 4 不要求断开或闭合电流 只用来在检修时隔离电源的 如隔离开关 电弧的产生和熄灭 当用开关电器断开电路时 如果电路电压不低于10V 电流不小于80mA 触头间便会产生电弧 电弧是高温高电导率的游离气体 它不仅对触头有很大的破坏作用 并且使断开电路的时间延长 1 电弧产生的物理过程 游离和去游离 电弧的形成是触头间的中性质点 分子和原子 被游离的过程 触头间电弧燃烧的间隙 称为弧隙 电弧由碰撞游离产生 靠热游离维持 而阴极则借强电场发射或热电子发射以提供传导电流的电子 在电弧中 游离过程同时还进行着带电质点减少的去游离过程 去游离的主要方式是复合和扩散 复合是异性带电质点的电荷彼此中和的现象 扩散是带电质点从电弧内部逸出而进入到周围介质中的现象 影响游离和去游离的主要条件有 使电弧冷却可以减弱热游离 减少新带电质点的形成 去游离的效果在很大程度上决定于介质的特点 介质的热传导能力 介质强度 热游离温度和热容量愈大 则去游离过程愈强烈 六氟化硫 SF6 气体的分子可以捕捉自由电子而形成稳定的负离子 有很好的灭弧性能 现正广泛地用于高压开关电器中 增加气体介质的压力可以缩小质点间的距离 增大其热传导能力和介质强度 并使复合的机会增加 高真空中 气压低于1 333 10 4Pa 除了从触头蒸发的金属蒸气和放出的微量吸附气体外 气体分子数量极少 游离困难 弧柱中带电质点的浓度和温度比周围高得多 容易扩散 真空开关就是利用这一原理制造的 触头的材料对于去游离也有一定影响 2 交流电弧的特性 电弧的伏安特性 交流电弧的重燃与熄灭由于交流电弧的上述特点 电弧电流每经半周总是要经过零值一次 在电弧电流经过零值的瞬间 电源不供给电弧能量 电弧所消耗的功率 当 0时 则P 0 而电弧却继续在散失能量 经过传导 对流的方式将热量散出 因此使弧隙内的去游离增加 弧隙温度也迅速下降 电弧也就暂时熄灭 在电弧电流经过零值以后 电弧也可能再度重新燃烧 也可能就此熄灭 因此交流电弧电流的过零 给熄灭电弧造成了有利的条件 只要在电流经过零值后不使之发生重燃 电弧就能最终熄灭 因此 交流电弧比直流电弧要容易熄灭得多 当电弧电流经过零值时 电弧暂时熄灭 从这一时刻开始 在电弧间隙就将发生两个相互影响而作用相反的过程 即电压恢复过程和介质强度恢复过程 电流经过零值后 一方面 电弧间隙上的电压要恢复到线路电压 随着电压的增大将可能引起间隙的再击穿而使电弧重燃 另一方面 电弧熄灭后去游离的因素增强 使间隙从原来是电弧的导电通道逐渐变成介质 间隙的介质强度不断增加 加 将阻碍间隙的再击穿而使电弧最终熄灭 因此 电弧的熄灭与否 就取决于这两个相反过程的竞赛 3 熄灭电弧的基本方法 利用气体或油吹灭电弧 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 气体或油的流速愈大 则作用愈强 采用多断口 采用并联电阻 4 3 4高压断路器 1 断路器的作用通过断路器将设备投入 接通 或退出 断开 运行 当电气设备或线路发生故障时 由继电保护动作控制断路器 使故障设备或线路从电力系统中迅速切除 保证电力系统内无故障设备的运行 2 图形符号 3 文字符号 QF4 型号 5 断路器的构成断路器由以下三个部分组成 开断部分 包括导电和触头系统以及灭弧室 操动和传动部分 包括操动能源传动到动触头系统的各种传动机构 绝缘部分 包括把处于高电位的导电和触头系统与地电位绝缘地绝缘元件 以及联系处于高电位的动触头系统与处于低电位的操动能源所用的绝缘连接件等 显然 此三部分中以开断部分中的灭弧室为核心 6 断路器分类按灭弧介质分类少油式断路器 多油式断路器 空气断路器 真空断路器 六氟化硫断路器 以及自动产气和磁吹断路器等 7 断路器的主要技术参数和运行基本要求 主要技术参数 额定电流 额定电压 额定开断电流 分闸时间 合闸时间以及动稳定和热稳定电流等 运行基本要求 工作可靠性 足够的开断能力 满足电力系统要求的分闸时间 能实现重合闸 结构简单 价格低 这种断路器的主要优点是 由于SF6气体的灭弧能力强 介质恢复速度快 散热性能好 所以易于制成大开断容量的断路器 容许开断次数多 检修周期长 结构简单 体积小 噪声低 8 SF6断路器 SF6断路器的绝缘是利用压力较低 0 3 0 5MPa 的气体 而灭弧则用压力较高的气体 一般在1 1 5MPa之间 按照获得高压气体的方式的不同 SF6断路器主要有两种类型的结构 双压式 单压式 压气式 这种SF6断路器在内部只有一种较低压力的SF6气体 在开断过程中 利用触头与活塞的活动所产生压力作用 在触头喷口间产生气流吹弧 一旦分断动作完成 压气作用将立即停止 触头间又恢复为低压力的气体状态 故称为单压式 真空断路器是指在真空灭弧室内开断电路的断路器 真空断路器的结构及性能 真空断路器的灭弧原理 图3 27所示为真空断路器的灭弧室结构原理图 由图可见 灭弧室的结构很像一只大型电子管 所有灭弧元件都密封在一个绝缘的玻璃外壳内 动触杆与动触头的密封是靠金属波纹管来实现的 波纹管在其允许的弹性变形范围内伸缩时 可以有足够的机械寿命 在动触头外面装有金属屏蔽罩 固定在玻璃外壳的腰部 屏蔽罩是灭弧过程中起重要作用的结构部件 它可冷凝 吸收弧隙内的金属蒸气 9 真空断路器 西门子系列柱式SF6断路器 西门子系列柱式SF6断路器就地操作机构 少油断路器 室内配电柜内SF6断路器 真空断路器 4 3 5高压隔离开关 1 作用隔离开关 刀闸 的主要作用是在设备 线路检修或故障处理时隔离电压 以保证安全 它不能断开负荷电流和短路电流 应与断路器配合使用 在停电时应先拉断路器后拉隔离开关送电时应先合隔离开关后合断路器 如果误操作将引起设备损坏和人身伤亡 2 图形符号3 文字符号 QS 4 结构特点 隔离开关断开后具有明显可见的断开间隙 且断开间隙的绝缘及相间绝缘都是足够可靠的 5 使用特点 隔离开关没有灭弧装置 所以不容许带负荷操作 但可容许通断一定的小电流 如励磁电流不超过2A的35kV 1000kVA及以下的空载变压器电路 电容电流不超过5A的10kV及以下 长5km的空载输电线路以及电压互感器和避雷器回路等 6 型号 7 隔离开关的分类 按绝缘支柱数目分类 单立柱式 双立柱式 三柱式 按断口两侧是否接有接地开关情况分类 单接地 双接地和不接地三种 按安装地点分类 户内式 户外式 8 对隔离开关的基本要求 就有明显的断开点 易于鉴别是否与电源断开 断开点之间 应有可靠的绝缘 即就有足够的距离 在恶劣的气象条件下或过电压相间闪络的情况下 不致从断开点击穿 以保证检修人员的人身安全 运行中应有足够的热稳定和动稳定性 尤其不能因电动力作用而自动断开 否则将会造成重大事故 结构就尽量简单 动作可靠 对带有接地刀的隔离开关 必须有闭锁装置 保证先断开隔离开关再合上接地刀或先断开接地刀再合上隔离开关的操作要求 9 户内式高压隔离开关户内式高压隔离开关型号较多 常用的有GN8 GNl9 GN24 GN28 GN30等户内式系列 下图所示为GN8 10高压隔离开关的外形结构图 它的三相闸刀安装在同一底座上 闸刀均采用垂直回转运动方式 GN型高压隔离开关一般采用手动操动机构进行操作 GN8 10型高压隔离开关外形1 上接线端子2 静触头3 闸刀4 套管绝缘子5 下接线端子6 框架7 转轴8 拐臂9 升降绝缘子10 支柱绝缘子 10 户外高压隔离开关户外高压隔离开关常用的有GW4 GW5 和GW1等系列 GW4 35型的户外高压隔离开关的外形如下图所示 为了熄灭小电流电弧 该隔离开关安装有灭弧角条 采用的是三柱式结构 GW2 35型户外隔离开关1 角钢架2 支柱瓷瓶3 旋转瓷瓶4 曲柄5 轴套6 传动装置7 管形闸刀8 工作动触头9 10 灭弧角条11 插座12 13 接线端14 曲柄传动机构 11 带有接地开关的隔离开关1 接地隔离开关用来进行电气设备的短接 连锁和隔离 一般是用来将退出运行的电气设备和成套设备部分接地和短接 2 接地开关用于将回路接地的一种机械式开关装置 在异常条件 如短路下 可在规定时间内承载规定的异常电流 在正常回路条件下 不要求承载电流 大多与隔离开关构成一个整体 并且在接地开关和隔离开关之间有相互连锁装置 4 3 6高压负荷开关 1 作用 1 能通断一定的负荷电流和过负荷电流 但是不能用它来断开短路电流 2 高压负荷开关大多还具有隔离高压电源 保证其后的电气设备和线路安全检修的功能 这种负荷开关又称 功率隔离开关 或 负荷隔离开关 2 图形符号3 文字符号 QL 4 特点 1 只具有简单的灭弧装置 必须借助熔断器来切断短路电流 故负荷开关常与熔断器一起使用 2 负荷隔离开关断开后通常有明显的断开间隙 与高压隔离开关一样 5 负荷开关的类型 1 根据所采用的灭弧介质不同分固体产气式 压气式 油浸式 真空式和六氟化硫 SF6 等 2 按安装场所分户内式和户外式两种 6 型号 7 户内压气式负荷开关国内目前多采用FN2 10RT及FN3 10RT型的压气式负荷开关 下图为FN3 10RT户内压气式负荷开关外形结构图 FN3 10RT户内压气式负荷开关外形1 主轴2 上绝缘子兼气缸3 连杆4 下绝缘子5 框架6 RNI型熔断器7 下触座8 闸刀9 弧动触头10 绝缘喷嘴 内有弧静触头 11 主静触头12 上触座13 断路弹簧14 绝缘拉杆15 热脱扣器 1 结构组成1 上绝缘子兼汽缸 是一个简单的灭弧室 不仅起到支持绝缘子的作用 而且其内部气缸 装有传动机构传动的活塞 2 传动机构主轴 连杆 活塞等3 绝缘喷嘴和弧静触头 在上绝缘子上部4 闸刀和弧动触头 2 工作原理当负荷开关分闸时 弧动触头与弧静触头之间产生电弧 同时分闸时主轴转动而带动活塞 压缩气缸内的空气 从喷嘴向外吹弧 使电弧迅速熄灭 同时 其外形与户内式隔离开关相似 也具有明显的断开间隙 因此 它同时具有隔离开关的作用 8 真空负荷开关国内有FN4型等户内用真空负荷开关 一般用于220kV及以下电网中 下图为西门子公司12kV的真空负荷开关的剖面图和外形图 1 工作原理利用真空灭弧原理来工作 因而能不受限制地可靠完成开断工作 配用手动操动机构或电动操动机构 2 特点可频繁操作 灭弧性能好 使用寿命长 但必须和HH 熔断器相配合 才能开断短路电流 而且开断时 不形成隔离间隙 不能作隔离开关用 西门子公司12KV的真空负荷开关的剖面图a 外形图b 剖面图1 上支架2 前支撑杆3 静触头4 动触头5 波纹管6 软联结7 下支架8 下接线端子9 接触压力弹簧和分闸弹簧10 操作杆11 下支持绝缘子12 后支撑杆13 陶瓷外壳14 上支持绝缘子15 上接线端子 a b 9 六氟化硫 SF6 负荷开关 如FW11 10型 油浸式负荷开关 如FW2 FW4型 1 特点灭弧能力强 容量大 但都必须与熔断器串联使用才能断开短路电流 而且断开后无可见间隙 不能作隔离开关用 适用于35kV及以下的户外电网 2 应用35kV及以下的户外电网 4 3 7高压熔断器 1 作用 过载 短路保护 2 图形符号 3 文字符号 FU4 型号 5 种类和结构 1 RN系列RN1型用于电力变压器和电力线路短路保护 RN2型用于电压互感器的短路保护 主要由熔管 触头座 动作指示器 绝缘子和底板构成 熔管一般为瓷质管 熔丝由单根或多根镀银的细铜丝并联绕成螺旋状 熔丝埋放在石英砂中 熔丝上焊有小锡球 2 RW系列用于配电变压器或电力线路的短路保护和过负荷护 其结构主要由上静触头 上动触头 熔管 熔丝 下动触头 下静触头 瓷安装板等组成 4 3 8互感器 1 互感器 电流互感器和电压互感器的统称 又称仪用变压器或测量互感器 2 作用 根据变压器的变压 变流原理将一次电量 电压 电流 转变为同类型的二次电量 该二次电量可作为二次回路中测量仪表 保护继电器等设备的电源或信号源 3 主要功能 1 变换功能将一次回路的大电压和大电流变换成适合仪表 继电器工作的小电压和小电流 2 隔离和保护功能作为一 二次电路之间的中间元件 不仅使仪表 继电器等二次设备与一次主电路隔离 提高了电路工作的安全性和可靠性 而且有利于人身安全 3 扩大仪表 继电器等二次设备的应用范围通过改变互感器的变比 可以反应任意大小的主回路电压和电流值 便于二次设备制造规格统一和批量生产 互感器的二次侧的电流或电压额定值统一规定为5A 1A 及100V 4 3 8 1电流互感器 简称 CT 文字符号 TA 是变换电流的设备 1 基本原理电流互感器的基本结构和原理如图4 13所示 1 组成 一次绕组 铁心 二次绕组 2 结构特点1 一次绕组匝数少 二次绕组匝数多2 一次绕组导体较粗 二次绕组导体细3 一次绕组串接在一次电路中 二次绕组与仪表 继电器电流线圈串联 形成闭合回路 由于这些电流线圈阻抗很小 工作时电流互感器的二次回路接近短路状态 3 电流互感器的变流比用Ki表示式中 I1N 一次侧额定电流值 I2N 二次侧额定电流值 N1 一次绕组匝数 N2 二次绕组匝数 变流比Ki一般表示成如100 5A的形式 2 接线方案电流互感器在三相电路中的常用四种接线方案如图4 14所示 1 一相式接线如图4 14a所示 1 说明互感器通常接在B相 电流互感器二次线圈中流过的是对应相一次电流的二次电流值 反应的是该相的电流 2 应用通常用于三相负荷平衡的系统中 供测量电流或过负荷保护装置用 2 两相V形接线如图4 14b所示 图4 14b两相V形接线 图4 15两相V形接线的电流互感器一 二次侧的电流相量图 1 说明这种接线也叫两相不完全星形接线 电流互感器通常接在A C相上 由相量图4 15可知 公共线上的电流为 反应的正是未接互感器的那一相的电流 2 应用在中性点不接地的三相三线制系统中 用于测量三相电流 电能及作过电流继电保护之用 称 两相两继电器式接线 3 两相电流差式接线如图4 14c所示 1 说明又叫两相一继电器式接线 流过电流继电器线圈的电流为 由相量图4 16可知其量值是相电流的倍 2 应用适用于中性点不接地的三相三线制系统中 作过电流继电保护之用 4 三相星形接线如图4 14d所示 1 说明这种接线中的三个电流线圈正好反映了各相电流 2 应用被广泛用于三相负荷不平衡的三相四线制系统中 也用在负荷可能不平衡的三相三线制系统中作三相电流 电能测量及过电流继电保护之用 3 电流互感器类型和型号 1 电流互感器的类型1 按一次电压分 高压 低压2 按一次绕组匝数分 单匝 包括母线式 芯柱式 套管式 多匝式 包括线圈式 线环式 串级式 3 按用途分 测量用 保护用4 按准确度级分 测量用电流互感器有0 1 0 2 0 5 1 3 5等级 保护用电流互感器一般为5P和10P两级 5 按绝缘介质类型分 油浸式 环氧树脂浇注式 干式 SF6气体绝缘等 6 按铁心分 同一铁心和分开 两个 铁心两种 说明 高压电流互感器通常有两个不同准确度级的铁心和二次绕组 分别接测量仪表和继电器 测量用的电流互感器铁心在一次电路短路时易于饱和 以限制二次电流的增长倍数 保护仪表 保护用的电流互感器铁心在一次电路短路时不应饱和 二次电流与一次电流成比例增长 以保证保护灵敏度的要求 LQZ 10型电流互感器的外形图 图4 17 户内线圈式环氧树脂浇注绝缘加强型电流互感器 LQZ 10用于10kV高压开关柜中 有两个铁心和两个二次绕组 分别为0 5级和3级 0 5级用于测量 3级用于继电保护 图4 17LQZ 10型电流互感器1 一次接线端2 一次绕组3 二次接线端4 铁心5 二次绕组6 警示牌 LMZJl 0 5型电流互感器的外形图 图4 18 户内母线式环氧树脂浇注绝缘加大容量的电流互感器 LMZJl 0 5用于低压配电屏和其他低压电路中 本身无一次绕组 穿过其铁心的母线就是其一次绕组 图4 18LMZJ1 0 5型电流互感器1 铭牌2 二次母线穿孔3 铁心4 安装板5 二次接线端 2 电流互感器的型号及表示 注 结构形式的字母含义R 套管式Z 支柱式Q 线圈式F 贯穿式 复匝 D 贯穿式 单匝 M 母线式K 开合式V 倒立式A 链式线圈外绝缘介质的字母含义J 变压器油不表示G 空气 干式 C 瓷 主绝缘 Q 气体Z 浇注成型固体K 绝缘壳 4 电流互感器的主要性能 准确级电流互感器测量线圈的准确级设为0 1 0 2 0 5 1 3 5六个级别 数值越小越精确 保护用的互感器或线圈的准确级一般为 和10 级两种 准确级的含义是 在额定频率下 二次负荷为额定负荷的25 100 之间 功率因数为0 8时 各准确级的电流误差和相位误差不超过规定的限值 在上述条件下 0 1级电流误差为0 1 保护用电流互感器5P 10P级的电流误差分别为1 和3 其复合误差分别为5 和10 线圈铁芯特性测量用的电流互感器的铁芯在一次电路短路时易于饱和 以限制二次电流的增长倍数 保护仪表 保护用的电流互感器铁芯则在一次电流短路时不应饱和 二次电流与一次电流成比例增长 以保证灵敏度要求 变流比与二次额定负荷电流互感器的一次额定电流有多种规格可供用户选择 二次绕组都规定了额定负荷 二次绕组回路所带负荷不应超过额定负荷值 否则会影响精确度 5 电流互感器的使用注意事项 1 电流互感器在工作时二次侧不得开路 安装时 二次接线必须可靠 牢固 决不允许在二次回路中接入开关或熔断器 原因 如果开路 二次侧可能会感应出危险的高电压 危及人身和设备安全 互感器铁心会由于磁通剧增而过热 产生剩磁 导致互感器准确度的降低 2 电流互感器二次侧有一端必须接地 原因 为了防止一 二次绕组间绝缘击穿时 一次侧高电压窜人二次侧 危及设备和人身安全 3 电流互感器在接线时 要注意其端子的极性 电流互感器的一 二次侧绕组端子分别用P1 P2和S1 S2表示 对应的P1和S1 P2和S2为用 减极性 法规定的 同名端 又称 同极性端 因其在同一瞬间 同名端同为高电平或低电平 原因 如果接错端子 二次侧的仪表和继电器流过的电流不是要求的电流 甚至会导致事故的发生 4 3 8 2电压互感器 简称 PT 文字符号 TV 是变换电压的设备 1 基本原理和结构电压互感器的基本结构原理如图4 19所示 图4 19电压互感器的基本结构和接线1 铁心2 一次绕组3 二次绕组 1 组成 一次绕组 二次绕组 铁心 2 结构特点1 一次绕组并联在主回路中 二次绕组并联二次回路中的仪表 继电器等的电压线圈 由于这些二次绕组的电压线圈阻抗很大 电压互感器工作时二次绕组接近于开路状态 2 一次绕组匝数较多 二次绕组的匝数较少 相当于降压变压器 3 一次绕组的导线较细 二次绕组的导线较粗 二次侧额定电压一般为100V 用于接地保护的电压互感器二次侧额定电压为 100 V 辅助二次绕组则为 100 3 V 3 电压互感器的变压比用KU表示 式中 U1N 电压互感器一次绕组额定电压 U2N 电压互感器二次绕组额定电压 N1 一次绕组的匝数 N2 二次绕组的匝数 变压比KU通常表示成如10 0 1kV的形式 注 电压互感器有单相和三相两类 在成套装置内 采用单相电压互感器较为常见 2 电压互感器的接线方案电压互感器在三相电路中有如图4 20所示的四种常见的接线方案 1 一个单相电压互感器的接线 如图4 20a所示 1 作用供仪表和继电器接一个线电压2 应用适用于电压对称的三相线路 如用做备用线路的电压监视 2 两个单相电压互感器接成V V形 如图4 20b所示 1 作用供仪表和继电器接于各个线电压2 应用适用于三相三线制系统 3 三个单相电压互感器接成Y0 Y0形 如图4 20c所示 1 作用供电给要求线电压的仪表和继电器 在小接地电流系统中 供电给接相电压的绝缘监视电压表 在这种接线方式中电压表应按线电压选择 2 应用常用于三相三线和三相四线制线路 4 三个单相三绕组电压互感器或一个三相五心柱式三绕组电压互感器接成Y0 Y0 形 如图4 20d所示 图4 20电压互感器的接线方案a 一个单相电压互感器b 两个单相电压互感器接成V Vc 三个单相电压互感器接成Y0 Y0形d 三个单相三绕组电压互感器或一个三相五心柱式三绕组电压互感器接成Y0 Y0 1 作用 接成Y0的二次绕组供电给需线电压的仪表 继电器和绝缘监视用电压表 接成开口三角形的另一组二次绕组 开口三角形接线的二次绕组 辅助二次绕组 接作绝缘监视用的电压继电器 当线路正常工作时 开口三角两端的零序电压接近于零 而当线路上发生单相接地故障时 开口三角两端的零序电压接近100V 使电压继电器KV动作 发出故障信号 此辅助二次绕组又称 剩余电压绕组 2 应用用于三相三线制系统 3 电压互感器的类型和型号 1 类型按绝缘介质分 油浸式 干式 含环氧树脂浇注式 按使用场所分 户内式 户外式按相数分 三相式 单相式按电压分 高压 1kV以上 低压 0 5kV及以下 按绕组分 三绕组 双绕组按用途分 测量用的其准确度要求较高 规定为0 1 0 2 0 5 1 3 保护用的准确度较低 一般有3P级和6P级 其中用于小接地系统电压互感器 如三相五心柱式 的辅助二次绕组准确度级规定为6P级 按结构原理分 电容分压式 电磁感应式其他类型 气体电压互感器 电流电压组合互感器等高压类型 注 结构形式的字母含义X 带零序 剩余 电压绕组B 三相带补偿绕组W 五芯柱三绕组 2 电压互感器型号的表示如下 3 JDZJ 3 6 10型电压互感器的外形结构如图4 21所示 图4 21JDZJ 10型1 一次接线端子2 高压绝缘套管3 一 二次绕组4 铁心5 二次接线端 1 特点 单相双绕组环氧树脂浇注的户内型电压互感器 准确度级有0 5 1 3级 2 应用 适用于10KV及以下的线路中供测量电压 电能 功率和继电保护 自动装置用 采用三台可接成图4 20d的Y0 Y0 接线 图4 22JDG6 0 5型 4 JDG6 0 5型电压互感器的外形结构如图4 22所示1 特点 单相双绕组干式户内型电压互感器 2 应用 供测量电压 电能 功率及继电保护 自动装置用 可用于单相线路 三相线路 用两台可接成V V型 中 4 电压互感器使用注意事项 1 电压互感器在工作时 其一 二次侧不得短路 因此电压互感器一 二次侧都必须装设熔断器进行短路保护 原因 由于电压互感器二次回路中的负载阻抗较大 其运行状态近于开路 当发生短路时 将产生很大的短路电流 有可能造成电压互感器烧毁 其一次侧并联在主回路中 若发生短路会影响主电路的安全运行 2 电压互感器二次侧有一端必须接地 通常将公共端接地 目的 为了防止一 二次绕组间的绝缘击穿时 一次侧的高压窜入二次侧 危及设备及人身安全 3 电压互感器在接线时 必须注意其端子的极性三相电压互感器一次绕组两端标成A B C N 对应的二次绕组同名端标为a b c n 单相电压互感器的对应同名端分别标为A N和a n 在接线时 若将其中的一相绕组接反 二次回路中的线电压将发生变化 会造成测量误差和保护误动作 或误信号 甚至可能对仪表造成损害 因此 必须注意其一 二次极性的一致性 5 电压互感器的准确级电压互感器的二次绕组的准确级规定为0 1 0 2 0 5 1 3五个级别 保护用的电压互感器规定为3P级和6P级 用于小电流接地系统电压互感器 如三相五芯柱式 的零序绕组准确级规定为6P级 4 3 9避雷器 1 作用 用于保护电力系统中电气设备的绝缘免受沿线路传来的雷电过电压或由操作引起的内部过电压的损害 2 图形符号 3 文字符号 F 4 种类 1 保护间隙避雷器 2 管型避雷器 3 阀型避雷器 有普通阀型避雷器FS FZ型和磁吹阀型避雷器 4 氧化锌避雷器具有良好的非线性 动作迅速 残压低 通流容量大 无续流 结构简单可靠性高 耐污能力强等优点 4 4电气主接线 4 4 1电气主接线概述1 基本概念电气主接线 也称为电气主系统或电气一次接线 它是由电气一次设备按电力生产的顺序和功能要求连接而成的接受和分配电能的电路 是发电厂 变电所电气部分的主体 也是电力系统网络的重要组成部分 电气主接线图 就是用国家规定的电气设备图形与文字符号 详细表示电气主接线组成的电路图 电气主接线反映了 1 发电机 变压器 线路 断路器和隔离开关等有关电气设备的数量 2 各回路中电气设备的连接关系 3 发电机 变压器和输电线路及负荷间以怎样的方式连接 2 主要作用发电厂和变电站中的主接线的主要作用如下 1 主接线的选择正确与否 对电气设备选择 配电装置布置 运行可靠性和经济性等都有重大的影响 2 通过电气主接线可以了解各种电气设备的规范 数量 联接方式和作用 以及和各电力回路的相互关系和运行条件等 电气主接线图是电气运行人员进行各种操作和事故处理的重要依据 3 主要设备的图形符号和文字符号表 4 不同形式的主接线图1 主接线全图 全面画出电路中的所有一次设备 2 主接线简图 酌情省略互感器等设备的主接线 3 主接线模拟图 是主接线的模型 着重表示运行中各电力元件的运行状态 特点 准确反映设备的现场情况 可以做操作前的模拟演示 主接线电压等级线路用不同颜色表示 在设备旁标注本站统一的运行编号 湖南铁路科技职业技术学院 电气一次 122 湖南铁路科技职业技术学院 电气一次 123 湖南铁路科技职业技术学院 电气一次 125 湖南铁路科技职业技术学院 电气一次 126 湖南铁路科技职业技术学院 电气一次 127 注 1 主接线只表示电气联接关系 不表示实际位置关系 2 用单线表示三相系统 5 对电气主接线的基本要求概括地说是应满足可靠性 灵活性 经济性三项基本要求 1 可靠性电能生产的特点要求电气主接线首先应满足可靠性的要求 电能不能大量储存 发电 输电和用电必须在同一瞬间完成的 任何一个环节出现故障都会造成供电中断 可靠性不是绝对的 对于不重要的用户 太高的可靠性将造成浪费 在考虑主接线可靠性时 应全面地看待以下几个问题 发电厂与变电所在系统中的地位和作用对于大 中型发电厂和变电所 在电力系统中的地位非常重要 其电气主接线应具有很高的可靠性 对于小型发电厂和变电所就没有必要过分地追求过高的可靠性而选择复杂的主接线形式 用户的负荷性质对I类负荷供电的要求是 任何时候都不允许停电 对II类负荷供电的要求是 必要时仅允许短时间停电 III类负荷对供电没有特殊的要求 可以较长时的停电 设备的可靠性电气主接线是由电气设备组成的 选择可靠性高 性能先进的电气设备是保证主接线可靠性的基础 运行实践应重视国内外长期积累的运行实践经验 优先选用经过长期实践考验的主接线形式 以及可靠性的定性分析 辅之以可靠性的定量分析 可靠性是发展的 随着电力事业的不断发展 新型设备的投运 自动装置和先进技术的使用 主接线的可靠性会改变 主接线可靠性的评判方法 定性分析和定量计算 可靠性计算 定性分析和衡量主接线可靠性的评判标准 断路器检修时 能否不影响供电 母线 或断路器 故障以及母线或母线隔离开关检修时 停运的回路数的多少和停电的时间的长短 能否保证对I类负荷和大部分II类负荷的供电 发电厂 变电所全部停运的可能性 大机组突然停运时 对电力系统稳定运行的影响 2 灵活性 调度灵活 能按照调度的要求 方便而灵活地投切机组 变压器和线路 调配电源和负荷 检修安全 方便 可以方便地停运设备进行检修 而不致影响电网的运行和对其它用户的供电 应尽可能的使操作步骤少 扩建方便 能根据扩建的要求 方便地从初期接线过渡到远景接线 在不影响连续供电或停电时间最短的情况下 投入新机组 变压器或线路而不互相干扰 对一次设备和二次设备的改造为最少 3 经济性主接线应在满足可靠性和灵活性的前提下 做到 投资省 主接线应力求简单清晰 控制 保护不过于复杂 限制短路电流 一次设计 分期投资建设 投产占地面积小 主接线方案应尽量节约配电装置占地和节省构架 导线 绝缘子及安装费用 电能损失小 合理选择主变压器的种类 容量 台数等 避免两次变压而增加电能损失 4 4 2电气主接线的基本接线形式 主接线的分类 根据是否有母线 主接线接线形式可以分为有母线和无母线两大类型 母线也称汇流母线 起汇集和分配电能的作用 有母线的主接线 由于设置了母线 使得电源和引出线之间连接方便 接线清晰 接线形式多 运行灵活 维护方便 便于安装和扩建 但有母线的主接线使用的开关电器多 配电装置占地面积较大 投资较大 无母线的主接线 使用的开关电器少 配电装置占地面积较小 投资较小 普通规律 特殊情况下 各台发电机 G 都有停机的可能 各台发电机 G 之间互为备用 供电线路应做到连续供电 每回线应能从任一台发电机 G 获得电源 正常运行的 任一主要设备的投退不影响其它设备 断路器 QF 检修设备时 应隔离电源 隔离开关 QS 无母线类 有母线类 发电厂 变电站主要任务 提供电能 电压变换 系统或负荷主接线的基本环节 电源 中间环节 母线 引出线母线的作用 汇聚和分配电能 有利于电能的交换 4 4 3单母线接线 有母线类 只有一条母线 且每一支路均有QF 三个及以上的主接线单元通过一组汇流母线相互并联 1 接线形式 整个配电装置只有一组母线 所有电源和引出线均接在母线上 每条引出线都设置断路器QF和隔离开关QS 1 不分段的单母线接线 2 运行分析断路器QF的作用 便于投入和切除任意一条进出线 隔离开关QS作用 检修断路器QF时保证它与带电部分可靠隔离若没有母线QSB 检修断路器QF时 母线要停电QF和QS的操作顺序 先通后断 原则 停电操作 先断断路器QF 再断线路侧隔离开关QSL 最后断母线侧隔离开关QSB 送电操作 先合母线侧隔离开关QSB 再合线路侧隔离开关QSL 最后合断路器QF 1 不分段的单母线接线 不分段的单母线接线图 3 特点优点 简单 经济 接线简单 设备少 清晰 明了 布置 安装简单 配电装置建造费用低 断路器与隔离开关间易实现可靠的防误闭锁 操作安全 方便 母线故障的几率低 易扩建和采用成套式配电装置 有利用电源互为备用及负荷间的合理分配 正常投切与故障投切互不干扰 灵活方便 缺点 不够灵活可靠 主母线故障或检修 全厂停电 任一回路断路器检修 该回路停电 1 不分段的单母线接线 不分段的单母线接线图 4 适用范围小型骨干水电站 台以下或非骨干水电站发电机电压母线的接线 10kV出线 含联络线 回路 5回 35kV出线 含联络线 回路 回 110kV出线 含联络线 回路 回 练习 试画出三个电源 三回出线的单母线不分段接线图 1 不分段的单母线接线 不分段的单母线接线图 倒闸操作原则 断路器与隔离开关间的操作顺序 保证隔离开关 先通后断 在等电位状态下 隔离开关也可以单独操作 这种断路器与隔离开关间的操作顺序必须严格遵守 绝不能带负荷拉刀闸 即隔离开关 否则将造成误操作 产生电弧而导致严重的后果 上述操作顺序遵守了两条基本原则 隔离开关与断路器的关系是 隔离开关先合后断 母线隔离开关与线路隔离开关间的操作顺序 母线隔离开关 先通后断 以避免万一断路器的实际开合状态与指示状态不一致时 误操作发生在母线隔离开关上 产生的电弧会引起母线短路 使事故扩大 为避免单母线接线可能造成全厂停电的缺点 可用断路器或隔离开关将单母线分段而成为单母线分段接线 1 接线形式 把单母线分成二段或三段 在各段之间接上分段断路器或分段隔离开关的接线 分段断路器 分段隔离开关 2 分段的单母线接线 母线并联运行 QF闭合运行正常运行时 相当于不分段的单母线接线 若电源1停止供电 则电源2通过QFd闭合向 段母线供电 不影响对负荷的供电 可靠性高 若 段母线故障时 继电保护装置使QFd自动跳开 段母线被切除 段母线继续供电 母线分裂运行 QF断开运行正常运行时 相当于两个不分段的单母线接线 若电源1停止供电 段母线失压时 可由自动重合闸装置自动合上QFd 段母线恢复供电 若 段母线故障时 不影响 段 段母线继续供电 2 运行方式 2 分段的单母线接线 分段的单母线接线图 分段开关采用隔离开关的分析母线并联运行 段母线故障 全所停电 找出故障断开分段QSd 恢复 段母线供电母线分裂运行 段母线失电 查出原因 切除 段母线上所有进出线 合上分段隔离开关QSd 段母线恢复供电 2 运行方式 2 分段的单母线接线 分段的单母线接线图 3 特点 缺点 当一段母线及母线隔离开关故障或检修时 该母线上的所有回路都要在检修期停电 任一回路断路器检修 该回路停电 优点 具有不分段单母线简单 清晰 经济 方便等优点 缩小了母线故障和母线检修时的停电范围 停一半 提高了供电可靠性 灵活性 2 分段的单母线接线 分段的单母线接线图 4 适用单母线不分段接线不满足时采用 6 10kV配电装置出线回路数在6回及以上 35 60kV配电装置出线回路数在4 8回 110 220kV配电装置出线回路数在4回 2 分段的单母线接线 分段的单母线接线图 1 接线形式 旁路母线WBa是通过旁路断路器QFa与主母线WB相连 通过旁路隔离开关QSa与每一出线相连 旁路隔离开关QSa倒闸操作用 旁路断路器 旁路隔离开关 主母线 旁路母线 3 单母线带旁路母线接线 正常运行时 旁路断路器QFa和旁路隔离开关QSa均在断开位置 旁路母线WBa不带电 但QFa两侧的隔离开关处于合闸位置 2 运行方式 旁路断路器 旁路母线 旁路隔离开关 主母线 3 单母线带旁路母线接线 单母线带旁路母线接线图 当检修出线断路器1QF时 QSa按等电位原则 先并后切 先合旁路断路器QFa向旁路母线WBa充电 检查旁路母线WBa是否完好 使WBa带电 再合该回路旁路隔离开关1QSa 实现旁路与正常工作回路并联运行 再断开该回路出线断路器1QF 最后分别断开1QF两侧隔离开关1QSL和1QSB 使1QF退出运行 即可对1QF进行检修 此时 线路1仍然保持供电 主母线WB 旁路断路器QFa 旁路母线W