发电厂变电所的一次系统PPT课件.ppt

电力工程概论 第十二章发电厂 变电所的一次系统 1 第一节发电厂 变电所主接线 2 教学要求 熟悉电气主接线的基本形式 接线特点及应用重点 常用主接线的接线特点及适用范围难点 技术经济比较确定最优方案 3 1 主接线的定义1 电气主接线 主电路 指发电厂或变电站中的一次设备按照设计要求连接起来 表示生产 汇聚和分配电能的电路 2 电气主接线图 指电气主接线中的设备用标准的图形符号和文字符号表示的电路图 图5 12 主接线的作用 1 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 2 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 3 标准的图形符号和文字符号表5 1 一 概述 4 图5 1 5 表5 1主要设备的图形符号和文字符号表 6 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 7 8 9 10 11 12 13 5 电气主接线图的绘制特点1 单线图 局部的TA才用三相表示 中性线 或接地线 用虚线表示 2 所有的电气设备用规定的标准图形文字符号表示法 按正常状态画出3 标示设备的型号和主要技术参数图5 1 14 6 对电气主接线图的基本要求1 保证供电可靠性和电能质量2 应力求接线简单 运行灵活和操作方便3 保证运行 维护和检修的安全和方便4 应尽量降低投资 节约运行费用5 满足扩建的要求 实现分期过渡6 设备先进 经济合理 15 普通规律 特殊情况下 各台G都有停机的可能 各台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 QF 检修设备时 应隔离电源 QS 二 电气主接线的基本形式 无母线类 有母线类 16 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 1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 17 1 接线形式 图5 3 图5 3 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 18 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 图5 3 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 19 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 母隔故障或检修 全厂停电 任一回路断路器检修 该回路停电 图5 3 1 不分段的单母线接线 20 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 回 35kV出线 含联络线 回路 回 110kV出线 含联络线 回路 回 图5 3 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 21 1 接线形式 图5 4 图5 4 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 22 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 图5 4 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 23 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 图5 4 2 运行方式 2 分段的单母线接线 24 图5 4 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 25 图5 4 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 26 1 接线形式 图5 5 图5 5 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 27 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 28 图5 5 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WBa 旁路隔离开关1QSa 对线路1供电 2 运行方式 这是利用旁路断路器QFa替代1QF来完成通断电路及保护作用 3 单母线带旁路母线接线 29 图5 5 3 特点同一电压等级 各回路经过断路器 隔离开关接至公共母线 把每一回线与旁路母线相连 优点 每一进出线回路的断路器检修 这一回路可不停电缺点 设备多 操作复杂 4 适用35kV及以上有重要联络线路或较多重要用户时采用 回路多采用专用旁母 否则采用简易接线 3 单母线带旁路母线接线 30 1 接线形式 图5 6 图5 6 单母线分段的目的 减少母线故障的停电范围旁路母线的作用 使任意一台出线QF故障或检修时 该回路不停电 旁路母线 旁路断路器 分段断路器 4 单母线分段带旁路母线接线 31 分两种 采用专用旁路断路器QFa利用QFd兼作QFa 2 运行方式 3 特点 4 适用6 10kv出线较多而且对重要负荷供电的装置 35kv及以上有重要联络线路或较多重要用户 对单母线的评价 工作母线或母线隔离开关在故障或检修时要停电 4 单母线分段带旁路母线接线 32 2双母线接线 1 不分段的双母线接线 1 接线方式 图5 7 解决了工作母线在故障或检修时要停电的问题 图5 7 母联断路器 母联隔离开关 33 2 运行方式 分两种 一组母线工作 一组母线备用的运行方式 正常运行时 每条进出线的两组母线隔离开关 只能合上其中一组 另一组必须断开 否则变成单母线 两组母线同时工作的运行方式 都是工作母线 并通过QFj并联 图5 7 1 不分段的双母线接线 34 3 双母线接线特点 优点 可以轮流检修母线而不影响正常供电 设 段母线工作 段母线备用 检修 段母线的倒闸操作 A 依次合上母联隔离开关QSj 和QSj B 再合上母联断路器QFj 向备用母线充电 检查备用母线是否完好 C 再断开母联断路器QFj控制回路电源 以防止QFj在以下操作中误跳开 D 再依次合上所有 段母线侧隔离开关 E 再依次断开 段母线侧的母线隔离开关 F 再投入母联断路器QFj控制回路电源 G 再断开母联断路器QFj H 再依次断开母联隔离开关QSj 和QSj 此时 段母线转换为工作母线 段母线转换为备用母线 图5 7 1 不分段的双母线接线 35 检修任一回路的母线隔离开关时 只影响该回路供电 工作母线故障后 所有回路短时停电并能迅速回复供电 检修任一断路器时 可以利用母联断路器替代引出线QF工作 便于扩建 图5 7 缺点 设备较多 配电装置复杂 经济性较差 运行中需要用QS作为操作电器切换电路 容易发生误操作 当 段母线故障时 在切换母线过程中 仍要短时地切除较多的电源及出线 1 不分段的双母线接线 36 4 适用 35 60KV配电装置当出线回路数超过8回 110 220KV配电装置当出线回路数为5回及以上 2 双母线分段接线 图5 8减少母线故障的停电范围3 双母线带旁路母线接线 图5 9解决了工作母线和出线断路器在故障或检修时要停电的问题 图5 7 1 不分段的双母线接线 37 1 接线方式 图5 10 有两组母线 每一回路经一台断路器接至一组母线 两个回路间有一台断路器联络 组成一个 串 电路 每回进出线都与两台断路器相连 而同一 串 支路的两条进出线共用三台断路器 图5 10 解决了隔离开关繁琐的倒闸操作 3一台半断路器接线 38 2 运行方式 正常运行时 两组母线同时工作 所有断路器均闭合 3 接线特点 1 运行灵活可靠 正常运行时成环形供电 任意一组母线发生短路故障 均不影响各回路供电 2 操作方便 隔离开关只起隔离电压作用 避免用隔离开关进行倒闸操作 任意一台断路器或母线检修 只需拉开对应的断路器及隔离开关 各回路仍可继续运行 3 二次接线和继电保护比较复杂 投资较大 图5 10 3一台半断路器接线 39 4 注意 为提高运行可靠性 防止同名回路 两个变压器或两回供电线路 同时停电 一般采用交替布置的原则 重要的同名回路交替接入不同侧母线 同名回路接到不同串上 把电源与引出线接到同一串上 图5 10 一台半断路器接线不是双母线接线 3一台半断路器接线 40 适用于仅有两台变压器和两条出线的装置中 内桥接线1 接线方式 图5 11 连接桥断路器接在靠近变压器侧的接线方式 图5 11 4桥形接线 内桥接线 无母线类 41 2 运行方式 图5 11 b 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 a 线路L1故障或检修 只需先断开1QF 再断开1QSL和1QSB 其余三回路可以继续工作 不影响供电 2QF L2 2QSL 2QSB 2T 2QF QS2 2T L2 2QF 4桥形接线 内桥接线 42 3 特点 优点 接线简单 经济 断路器最少 布置简单占地小 可发展为单母线分段接线 线路投 切灵活 不影响其它电路的工作 缺点 变压器投切操作复杂 故障检修影响其它回路 桥断路器故障检修全厂分列为两部分 出线断路器故障检修该回路停电 图5 11 4 适用范围双线双变的水电站 变电所35 220kV侧 线路较长 故障几率较多 而主变年负荷利用小时数高 不经常切换 且无功率穿越的场合 4桥形接线 内桥接线 43 外桥接线1 接线方式 图5 12 连接桥断路器接在靠近线路侧的接线方式 图5 12 4桥形接线 外桥接线 44 2 运行方式 图5 12 b 变压器1T故障或检修 只需先断开1QF 再断开1QS 其余三回路可以继续工作 不影响供电 a 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 2QF L2 QS2 L2 2T 2QF 2QS 2T 2QF 4桥形接线 外桥接线 45 3 特点 优点 接线简单 经济 断路器最少 布置简单占地小 可发展为单母线分段接线 变压器投 切灵活 不影响其它电路的工作 缺点 线路投切操作复杂 故障检修影响其它回路 桥断路器故障检修全厂分列为两部分 变压器断路器故障检修该变压器停电 图5 12 4 适用范围双线双变的水电站 变电所35 220kV侧 主变年负荷利用小时数低 经常切换 而线路较短 故障几率少或有功率穿越的场合 4桥形接线 外桥接线 46 1 发电机 变压器单元接线 1 接线形式 图5 13a 发电机 双绕组变压器单元 G与T之间不装QF 可装QSG b 发电机 三绕组变压器单元 G与T之间可装QSG 有时可装3QFc 发电机 自耦变压器单元 G与T之间可装QSG 有时可装3QF 图5 13 元件的作用 QSG 使调试发电机比较方便1QF 2QF 控制电路的通断和保护作用QS 保证维修工作人员人生安全 先通后断 3QF 使发电机停机时 主变压器仍能正常工作 5单元接线 47 1 发电机 变压器单元接线 图5 13 48 2 特点 优点 接线简化 使用的电器最少 操作简便 降低故障的可能性 提高了工作的可靠性 配电装置简单 投资少 占地小 发电机出口短路电流小 继电保护简单 缺点 任一元件故障或检修全停 检修时灵活性差 图5 13 3 适用范围 台数不多的大 b接线除外 中型不带近区负荷的区域发电厂 分期投产或装机容量不等的无机端负荷的小型水电站 1 发电机 变压器单元接线 49 1 接线形式 图5 14采用两台或三台发电机与一台变压器相联组成的单元 每台发电机回路都装有QF和QS 图5 14 元件的作用1QF 2QF的作用 控制发电机组投入或退出运行 当任一台发电机需要停机运行或退出时 可操作相应的QF 而不影响另一台发电机和变压器的运行 1QS 2QS的作用 保证停电检修的安全 2 发电机 变压器扩大单元接线 50 图5 14 2 特点优点 a 减少主变和主变侧QF的数量 以及节省高压配电装置占地面积 经济性较好 b 任一台机组停机都不影响厂用电的供电 可靠性好 缺点 a 当主变故障或检修时 两台机组均需停电 b 检修一台发电机时 变压器轻载运行 损耗大 经济性差 4 适用机组容量不大的中小型水电站 2 发电机 变压器扩大单元接线 51 1 接线形式 图5 15a 发电厂内不装2QFb 发电厂内装2QF 图5 15 3 发电机 变压器 线路单元接线 52 图5 15 2 特点 在发电厂内不装2QF 优点 所需设备少 造价低缺点 操作较麻烦 G T L检修时需断开1QF 在发电厂内装2QF 优点 操作方便缺点 造价高 G T投入或退出 可操作2QF 2QF的两种常用接法 2QF装在变压器高压侧 常用 2QF装在变压器低压侧 2QF必需采用低压大电流设备 价格贵 适用于小容量水电站 1QF 正常运行时 通断电路故障时 元件中任一元件 G T L 故障时 使1QF断开 并作用于发电机自动灭磁装置 使发电机停止运行 3 发电机 变压器 线路单元接线 53 图5 15 3 适用 由于简单经济但某一元件故障全停 只适用于停止该单元后 并不影响系统正常供电的小水电 3 发电机 变压器 线路单元接线 54 1 接线形式 图5 16指单回路 单变压器供电 高压侧没有母线的接线 a 发电厂内不装2QFb 发电厂内装2QF 图5 16 2 适用于6 10KV终端变电所 4 变压器 线路单元接线 55 1 接线形式将断路器接成闭合的多角形 断路器布置在多角形的各边上 电源和引出线均从角上引出 且不装断路器 相当于把单母线用断路器按电源和引出线的数目分段 然后再连接成闭合的环形 每一回出线占有两台断路器 而平均每一回有一台断路器 2 特点断路器总数等于进出线总数 每一回路都与二台断路器相连 可靠性和灵活性较高 操作简便且易实现自动化 但开环运行时可靠性降低 设备选择难 保护复杂 不便于扩建 3 适用范围大中型水力发电厂发展可能性很小的110kV及以上母线的接线 6多角形接线 56 第二节发电厂 变电所自用电 57 教学目的 了解火电厂 水电站的自用负荷的特点及类型 熟悉自用电源的引接方式 自用负荷的供电回路及自用电的接线方式 58 1 自用电 指发电厂 变电站在生产电能过程中 自身所使用的电能2 水电站的站用负荷通常有以下三类 水轮发电机组的自用电 如调速器压油装置的压油泵 漏油泵 机组轴承的润滑油 水 泵 水轮机顶盖排水泵 机组技术供水泵 蝴蝶阀压油装置压油泵 漏油泵等 站内公用电 如水电站油 气 水系统的用电 直流操作电源与载波通信电源 厂房桥机 进水阀门和尾水闸门启闭机等 厂房和升压站的照明和电热 全厂通风 采暖及空调 降温系统 主变冷却系统如冷却风扇 油泵 冷却油泵 其他如检修电源 试验室电源等 站外公用电 坝区 水利枢纽用电 一 自用负荷 59 用于卸煤或在煤场范围内运煤的设备 将煤从煤场运给碎煤机 碎煤设备 制造煤粉设备 为锅炉服务设备 汽轮发电机自用设备 主变冷却系统设备 供热装置设备 其他辅助设备 3 火电厂的自用负荷 60 1 按重要性分类 类负荷 重要负荷 指短时的停电可能影响人身或设备安全 使发电厂无法正常运行或发电量大量下降的负荷 类负荷 次重要负荷 允许短时停电 但停电时间过长有可能损坏设备或影响正常生产负荷 类负荷 不重要负荷 指较长时间停电不会直接影响发电厂生产的负荷 二 自用电负荷的分类 2 按运行方式分类 A类 经常连续运转负荷B类 经常短时断续运转负荷C类 不经常连续运转负荷D类 不经常短时断续运转负荷 61 其中 经常 是指每天都要使用的电动机 不经常 是指正常时不用 只有在检修 事故或开停机时使用的电动机 连续 是指每次带负荷运转2h以上的负荷 短时 是指每次连续带负荷运转在10 120min之间的负荷 断续 是指每次使用时从带负荷运行到停止 反复周期性地工作 每个周期不超过10min 3 按是否自起动分类 具有自起动和不具有自起动 二 自用电负荷的分类 指当自用电源短时消失后又恢复时 原来运转的自用电动机在电源消失时停止运行后无需运行人员作起动操作即可自行起动 迅速恢复运转 62 自用电接线是指从自用变压器高压侧的引接到自用负荷供电的整个网络 包括电源引接方式 接线形式和供电网络等部分 设计原则 1 保证对厂用负荷可靠持续供电 2 能灵活地适应正常 事故 检修等各种运行方式的要求 3 具有可行性 先进性 三 厂用电接线 63 1 引接点 工作电源和备用电源 相对独立 明备用 一台变压器正常情况下停电备用 只有在工作变压器发生故障时投入使用 暗备用 两台变压器同时运行 分别带各自负荷 一台故障时 另一台能带全部负荷 图6 12 引接方式 图6 2两台自用变分别接在单元接线的发电机出口或分段母线作为引接点 一台自用变以发电机电压母线为内侧引接点 另一台自用变以对侧有可靠电源的输电线路或升压侧母线为外侧引接点 一台自用变以发电机为内侧引接点 另一台备用电源来自附近独立的低压配电网络 1自用电源的引接方式 64 由于自用负荷的正常工作直接影响了整个发电厂运行 为了保证对自用负荷的供电可靠性 除了保证自用电引接点的可靠性外 还应保证自用电低压网络接线的供电可靠性 对于自用负荷供电回路常采用以下几种方式供电 1 单层辐射式供电 指负荷由自用母线直接供电的接线 2 双层辐射式供电 指由主盘成辐射式供给分盘再由分盘成辐射式向各负荷供电的接线方式 3 干线式供电4 互为备用式供电 指在双层辐射式供电的基础上 为了提高分盘的供电可靠性 分盘之间用电缆连接起来互为备用 或分盘直接从另一主盘上再引接一个备用回路以提高可靠性的供电方式 2自用电的接线形式 65 1 变电站自用电接线变电站的自用负荷一般比发电厂的自用负荷小得多 在有人值班的中小型变电站中 自用负荷主要是 变压器的冷却风扇 蓄电池的充电设备混整流操作电源 采暖通风 加热设备 照明和检修用电等 以图6 3变电站自用电接线说明 2 水电站自用电接线某小型水电站自用电网络接线如图6 4所示 以该图分析说明水电站自用电接线 四 变电站自用电接线 66 第三节直流系统 67 一 概述 1操作电源的作用发电厂及变电所中各种电气设备的操作 控制 保护 信号及自动装置 都需要有可靠的供电电源 由于这种电源特别重要 所以一般都专门设置 通常又称其为操作电源 大中型发电厂及变电所主要采用直流操作电源 供电站控制环保自动装置 供电站操作机械调节器机械 供电站独立的事故照明 68 二 对操作电源的基本要求 1 保证供电的可靠性 最好装设独立的直流操作电源 以免交流系统故障而影响操作电源的正常供电 2 具备足够的容量 满足全厂 所 事故停电时 直流电源负荷 最大冲击负荷及1h事故照明等用电需要 且能保证直流母线电压在规定的额定值 正常运行时 操作电源母线电压波动范围小于5 额定值 事故时操作电源母线电压不低于90 额定值 失去浮充电源后 在最大负载下的直流电压不低于80 额定值 波纹系数小于5 3 满足经济和实用的要求 使用寿命长 维护工作量小 投资省 占地面积小 噪声干扰小等 69 1 交流操作电源 1 优点 二次接线简单 投资少 维护量小 易于实现自动化和远动化 2 缺点 可靠性比直流电源低 原因 交流操作的继电器不够成熟 交流电源依赖电厂本身 交流电源有时分散的 有时集中的 有时分散与集中相结合的 三操作电源的种类 70 2 直流操作电源 1 蓄电池直流电源系统蓄电池是一种可多次充电使用的化学电源 由多节蓄电池组成一定电压的蓄电池组 作为与电力系统运行状态无关的独立可靠的直流操作电源 即使发电厂或变电所交流系统全部停电 仍能在一段时间内可靠地给部分重要设备供电 是最稳定 最可靠的直流电源 优点 与交流电网无关 供电可靠性高 电压稳 容量大 缺点 价格贵 寿命短 运行维护量大 71 2 硅整流电容储能直流电源系统由硅整流设备和电容器组组成 在正常运行时 厂用交流电源经硅整流设备变为直流电源 作为全厂的操作电源并向电容器充电 要求可靠 一般有两个独立的电源 电源 三相整流 容量大 供电给合闸 操作 保护 信号电源 单相整流 容量小 供电给操作 保护 信号在事故情况下 将电容器储存的电能向重要负荷 继电保护 自动装置和断路器跳闸回路 放 供 电 以确保继电保护及断路器可靠动作 优点 简单 经济缺点 可靠性差 72 3 复式整流直流电源系统电压源 一般取自厂用变或TV 经全波整流 电抗器滤波成直流电源 电流源 一般取自TA 经稳压器成直流电源 正常情况下 由电压源供电给 电源 合闸 电源 保护 信号 跳闸 发生短路时 c 直流母线电压 下降 由电流源供电给 电源 保护 信号 跳闸 73 4 电源变换式直流电源系统电源变换式直流电源系统 是由220V交流电源经可控整流变为48V直流电源 供全厂48V操作用电并对蓄电池进行浮充电 同时可经逆变装置将直流电源变为交流电源 再整流为220V直流电源的多功能新型独立电源 在中 小型变电所中得到广泛应用 74 1蓄电池介绍 酸性蓄电池 其电解液是27 37 的硫酸水溶液 电极是以二氧化铅 PbO2 为正极板和铅 Pb 为负极板的特制绒状铅板 所以又称为铅酸蓄电池 此种蓄电池容量大 冲击放电电流大 端电压也相对较高 2 15V 但其寿命较短 一般为8 10年 占地面积大 充电时会逸出有害的硫酸气体 维护工作量大 碱性蓄电池 其电解液是20 的氢氧化钾 KOH 水溶液 电极用氢氧化镍 Ni 0H 3 作正极 用镉 Cd 作负极时叫镉镍蓄电池 用铁 Fe 作负极时叫铁镍蓄电池 此种蓄电池体积小 容量大 使用寿命长 可达20年左右 端电压为1 35V 无有害气体污染 在发电厂和变电所中已有广泛应用 四 蓄电池组直流电源系统 75 蓄电池的容量 Q 是蓄电池蓄电能力的重要标志 是指定的放电条件 温度放电电流 终止电压 下所放出的电量称为蓄电池的容量 单位用A h 安培小时 表示 蓄电池放电至终止电压的时间称放电率 单位为h 小时率 蓄电池的容量一般分为额定容量和实际容量两种 额定容量是指充足电的蓄电池在25 时 以10h放电率放出的电能 76 QN IN tN式中QN 蓄电池的额定容量 A h IN 额定放电电流 即10小时率的放电电流 A tN 放电至终止电压的时间 一般为10h 蓄电池的实际容量与极板的面积 电解液的密度 放电电流的大小 充电程度及环境温度等有关 因此实际容量为Q I t式中Q 蓄电池的容量 A h I 非10小时率的放电电流 A t 放电时间 h 77 1 充电 放电法 1 运行方式 对蓄电池进行周期性的充电和放电 蓄电池充好电后 既断开充电设备 由蓄电池向直流负荷供电 经常 短时 事故 待蓄电池放电约为75 80 时 就需要进行充电 充电设备的功率应满足蓄电池组的充电和经常性负荷的需要 2 构成 基本电池 可调端电池 端电池调节器 五 蓄电池直流系统的运行方式 78 1 运行方式 先将蓄电池充足电 然后将充电设备与蓄电池并联在一起工作 充电设备既给直流母线的经常负荷供电 又以不大的电流向蓄电池浮充电 用来补偿由于自放电而损失的能量 2 特点 1蓄电池总是处于充满电的状态 随时应付短时负荷2蓄电池放电机会不多 每3个月进行一次放电 再进行一次均衡充电 以避免硫化 3管理维护量少 可靠性高 2 浮充电法 79 第四节配电装置 80 1配电装置的概念 是电气一次接线的工程实施 是按电气主接线的要求 由开关电器 载流导体和必要的辅助设备所组成的电工建筑物 在正常情况下用来接受和分配电能 发生事故时能迅速切断故障部分 以恢复非故障部分的正常工作 一 配电装置概述 2配电装置的分类 按电气设备的安装地点分 屋内配电装置屋外配电装置 81 1 由于允许的安全净距小 能分层布置 因而占地面积比屋外布置小 2 维修 操作和巡视都在户内进行 不受气候条件的影响 3 电气设备不易受外界污秽空气环境的影响 维护工作量小 4 电气设备之间的距离小 通风散热条件差 且不便于扩建 5 房屋建筑投资大 但可采用价格较低的屋内型设备 能减设备的投资 二 屋内配电装置的特点 82 1 无需配电装置室 节省建筑材料和降低土建费用 一般建设周期短 2 相邻设备之间距离大 减少故障蔓延的危险性 且便于带电作业 3 巡视设备清楚 且便于扩建 4 易受外界气候条件的影响 设备运行条件差 须加强绝缘 5 气候变化给设备维修和操作带来困难 6 占地面积 对于水电站可能使投资增大 三 屋外配电装置的特点 适用范围 一般情况下 35kV及以下 2级及以上污秽地区或市区的110kV配电装置宜采用屋内型 110kV及以上采用屋外配电装置 83 1 安全 设备布置合理清晰 采取保护措施 如 设置遮拦和安全出口 防爆隔墙 设备外壳底座等保护接地 2 可靠 设备选择合理 故障率低 影响范围小 3 方便 设备布置便于操作集中 便于检修 巡视 4 经济 合理布置 节省用地 节省材料 5 发展 预留备用间隔 备用容量 四 配电装置的基本要求 84 最小安全净距 以保证不放电为条件 该级电压允许的在空气中的物体边缘的最小电气距离 五 配电装置的最小安全净距 85 1屋内配电装置的结构型式 屋内配电装置的结构型式与电气主接线 电压等级和采用的电气设备的型式密切有关 目前屋内配电装置的主要型式有装配式和成套式两种结构型式 为了将设备的故障影响限制在最小范围内 使故障的电路不致影响到相邻的电路 在检修一个电路中的电器时 避免检修人员与邻近电路的电器接触 在屋内配电装置中将一个电路内的电器与相邻电路的电器 用防火墙隔开形成一个间隔 六 屋内配电装置结构 86 1 作用 适用于交流50Hz 额定电压在500V以下 额定电流在3150A以下的三相配电系统中 作动力 照明及配电设备的电能转换 分配与控制之用 每个柜中分别装有闸刀开关 自动空气开关 接触器 熔断器 仪用互感器 母线以及测量 信号装置等设备 2屋内低压成套配电装置 87 2 低压成套配电装置类型 1 固定式低压配电柜 GGD型 PGL型 离墙安装 正面操作 双面维护 屏面上部安装测量仪表 中部装闸刀开关 下部为外开的金属门 柜内上部有继电器 二次端子和电能表 柜顶装母线 柜后装自动空气开关和电流互感器 2 抽出式低压开关柜 GCS GCK型抽出式开关柜 MNS型成套开关柜 DOMINO CUBIC型组合式开关柜 封闭式结构 主要设备均放在抽屉内或手车上 88 屋内低压成套配电装置 89 3 屋内低压配电装置布置要求 1 电气距离应满足规范要求 2 维护通道的出口数目 按配电装置的长度确定 6m时 一个出口 6m时 两个出口 并布置在通道两端两出口距离超过15m时中间应增加出口 3 配电室门应向外开启 2屋内低压成套配电装置 90 4 屋内高压成套配电装置的类型 1 按主开关的安装方式分 固定式和移开式 手车式 2 按开关柜隔室结构分 铠装型 间隔型和箱型 3 按柜内绝缘介质分 空气绝缘和复合绝缘 3屋内高压成套配电装置 5 屋内高压成套配电装置的型号 额定电压 KV 设计序号户内式 N主开关安装方式 固定式 G 移动式 Y开关柜隔室结构 铠装型 K 间隔型 J 箱型 X 91 XGN系列 KGN系列固定式高压开关柜以XGN2 12箱型固定式金属封闭开关柜为例 图7 4为XGN2 12箱型高压开关柜的外形结构图 离墙安装 柜前操作 柜后维护 图7 5 该型开关柜是具有 五防 要求的防误型产品 所谓 五防 即 防止误分 合高压断路器 防止带负荷拉 合隔离开关 防止带电挂接地线 防止带接地线合隔离开关 防止人员误入带电间隔 4 固定式高压开关柜 92 JYN系列 KYN系列 XYN系列JYN1 40 5型开关柜的柜体由角钢及钢板弯制而成 柜体的正面有二次设备和仪表 如仪表 继电器等 室门3 端子室门8和手车室门9 开关柜的内部由钢板与绝缘板分隔成手车室15 主母线室16 下隔离插头室20 进 出 线及电缆头室19 二次设备 继电器及小母线室11 端子室13 二次电缆通道10和油断路器灭弧时喷出气体的排气通道12等部分 电缆头室19为附属柜 只有进 出 线柜才有 且若为电缆头出线时 该附属柜只有开关柜高的1 3 手车由手力推动进 出主柜的手车室 手车分为断路器手车 避雷器手车 隔离手车 Y 型接线电压互感器手车 V 形接线电压互感器手车 单相电压互感器手车和所用变压器手车等7种 不同类型的手车与主柜之间不能互换 手车上所装主要的开关电器为SN10 35型少油断路器或熔断器 在所用变压器手车上装有变压器以及相应的35kV熔断器 避雷器和多路出线的低压断路器 接触器和熔断器等电器 在手车室后壁的绝缘板上 上 下各开有3个孔 装有绝缘活门17 当手车推入手车室内 活门自动打开 手车电器上的触头与母线室内的上触头和下隔离触头室内的下触头同时插接 该触头就是断路器两端的隔离开关 故称为隔离触头 5 手车式高压开关柜 93 JYNI 35型开关柜的外形图 94 JYNI 35型开关柜的外形图 95 JYNI 35型开关柜的结构图 96 JYNI 35型开关柜的结构图 1 起吊环2 盖板3 二次设备和仪表室门4 铭牌5 主接线标志6 观察窗7 带电指示器8 端子室门9 手车室门10 二次控制电缆通道11 二次设备 继电器及小母线室 12 排气通道13 二次端子室14 断路器手车15 手车室16 主母线室17 绝缘活门18 穿墙套管19 进 出 线及电缆头室20 下隔离触头室21 接地刀闸22 接地母线23 接地及手车导正装置 97 1 电气距离应满足规范要求2 维护通道的出口数目 取决于通道长度 7m 一个出口 7m 两个出口 60m 三个出口3 配电室门应向外开启4 母线伸缩补偿器的安装 铜母线30 50m 铝母线20 30m5 通风和采光6 便于扩建和分期过渡 6 屋内高压成套配电装置的布置要求 98 表7 4配电装置室内各种通道的最小宽度 mm 99 SF6全封闭组合电器是将电气一次接线中的高压电器元件 断路器 隔离开关 母线 接地开关 电流互感器 电压互感器 避雷器 出线套管 电缆终端头等设备按具体接线的要求 组合在一个封闭的接地的钢制壳体内 充以一定压力的SF6气体 形成以SF6气体为绝缘和灭弧介质的金属封闭式开关设备 7SF6全封闭组合式电器 缺点 对材料性能 加工精度和装配工艺要求极高 需要专门的SF6气体系统和压力监视装置 金属消耗量大 造价较高 优点 运行安全 可靠 检修周期长 维护工作量小 大量节省配电装置所占面积和空间 土建和安装工作量 建设速度快 减小电动力 抗震性能好 100 1屋外配电装置的布置型式依据 由电气设备和母线布置高度1 中型 将所有电器安装在一个水平面内 与母线 跳线成三种不同高层的布置方式 2 半高型 将断路器 电流互感器布置在相邻的一组母线下方 该组母线升高的布置方式 3 高型 将断路器 电流互感器布置在旁路母线下方 同时将两组工作母线重叠的布置方式 七 屋外配电装置 101 2屋外配电装置的布置1 屋外配电装置的安全净距和基本尺寸 表7 2 7 52 屋外配电装置的布置母线和架构电力变压器电器的布置电缆沟通道与围栏场地辅助设施 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 第五节过电压保护与接地保护 1 内部过电压 一 过电压的形式 操作过电压 因开关操作 负荷剧变 系统故障等原因而引起的过电压 谐振过电压 因电感 电容等参数在特殊情况下发生谐振而引起的过电压 2 外部过电压 外部过电压又称雷电过电压或大气过电压 它是由于电力系统的导线或电气设备受到直接雷击或雷电感应而引起的过电压 126 二 雷电的基本知识 主放电阶段 电流很大 高达几百千安 但持续时间极短 一般只有50 100 s 余辉放电阶段 电流较小 约几百安 持续时间约为0 03 0 15s 1 雷电现象 雷云放电的过程称为雷电现象 雷云 雷电先导 迎雷先导 主放电阶段 余辉阶段 127 2 雷电流的特性 雷电流波形 图9 1 波头 指雷电流从零上升到最大幅值这一部分 一般只有1 4 s 波尾 指雷电流从最大幅值开始 下降到二分之一幅值所经历的时间 约数十微妙 雷电流的陡度 指雷电流在波头部分上升的速度 即 9 1过电压与防雷 图9 1雷电流波形图 128 3 雷电过电压的基本形式 直击雷 雷电直接击中电气设备 线路 建筑物等物体 感应雷 由雷电对线路 设备或其他物体的静电感应或电磁感应而引起的过电压 感应雷的形成过程如图9 2所示 雷电波侵入 架空线路遭到直接雷击或感应雷而产生的高电位雷电波 沿架空线侵入变电所或其他建筑物而造成危险 图9 2架空线路上的感应过电压 129 4 雷电活动强度及直击雷的规律 雷暴日 一天中只要出现过雷电活动 包括看到雷闪和听到雷声 就算一个雷暴日 年平均雷暴日不足15日的地区为少雷区 年平均雷暴日超过40日的地区为多雷区 年平均雷暴日超过90日的地区为雷电活动特别强烈地区 我国各地区的雷暴日数如表9 1所示 表9 1我国各地区的年平均雷暴日 130 5 雷电的危害 雷电流的热效应可烧断导线和烧毁电力设备 雷电流的机械效应产生的电动力可摧毁设备 杆塔和建筑 伤害人畜 雷电流的电磁效应可产生过电压 击穿电气设备绝缘 甚至引起火灾爆炸 造成人身伤亡 雷电的闪络放电可烧坏绝缘子 使断路器跳闸或引起火灾 造成大面积停电 131 三 防雷装置 防雷装置由接闪器 引下线和接地装置三部分组成 接闪器 受雷装置 是接受雷电流的金属导体 常用的有避雷针 避雷线和避雷网 带 三种类型 引下线 应保证雷电流通过时不致熔化 一般用直径不小于10mm的圆钢或截面不小于80mm2的扁钢制成 接地装置 埋在地下的接地导线和接地体的总称 1 避雷针 避雷针通常采用镀锌圆钢或镀锌焊接钢管制成 针长1m以下时 圆钢直径不小于12mm 钢管直径不小于20mm 针长1 2m时 圆钢直径不小于16mm 钢管直径不小于25mm 132 当避雷针高度h hr时 单支避雷针的保护范围 图9 3 避雷针的保护范围 以它能够防护直击雷的保护空间来表示 可按 滚球法 来确定 所谓 滚球法 就是选择一个半径为hr 滚球半径 的球体 沿需要防护直击雷的部位滚动 如果球体只接触到避雷针 线 与地面 而不触及需要保护的部位 则该部位就在避雷针 线 的保护范围之内 在距地面hr处作一平行于地面的平行线 以避雷针的针尖为圆心 hr为半径作弧线 交于平行线的A B两点 133 避雷针在地面上的保护半径为 图9 3单支避雷针的保护范围 避雷针在hx高度的水平面上的保护半径为 134 双支等高避雷针的保护范围 图9 4 在h hr的情况下 当D 时 各按单支避雷针的方法确定 当D 时 按下述方法确定 135 ABCD外的保护范围 按单支避雷针所规定的方法确定 C D点位于两针间的垂直平分线上 在地面每侧的最小保护宽度应按下式计算 在AOB轴线上 A B间的保护范围上边线按下式确定 图9 4双支等高避雷针的保护范围 136 两针间ABCD内的保护范围 ACO BCO ADO BDO各部分是类同的 以ACO部分的保护范围为例 按以下方法确定 在hx和C点所处的垂直平面上 以hx作为假想避雷针 按单支避雷针所规定的方法确定 见剖面 2 避雷线 避雷线一般采用截面不小于35mm2的镀锌钢绞线 单根避雷线的保护范围 当避雷线高度h 2hr时 无保护范围 当避雷线高度h 2hr时 按下列方法确定 图9 5 137 在距地面hr处作一平行于地面的平行线 以避雷线尖为圆心 hr为半径作弧线 交于平行线的A B两点 图9 5单根避雷线的保护范围a 当2hr h hr时b 当h 2hr时 138 以A B为圆心 hr为半径作弧线 该两弧线相交或相切 并与地面相切 从该弧线起到地面止为避雷线的保护范围 当2hr h hr时 保护范围最高点的高度h0按下式计算 避雷线在hx高度的水平面上的保护宽度bx按下式计算 3 避雷带和避雷网 避雷带和避雷网主要用于保护高层建筑免遭雷击 通常采用圆钢或扁钢焊接而成 并沿房屋边缘或屋顶敷设 注意 圆钢直径不小于8mm 扁钢截面不小于48mm2 厚度不小于4mm 当烟囱上采用避雷环时 圆钢直径不小于12mm 扁钢截面不小于100mm2 厚度不小于4mm 139 四 变电所的防雷保护 1 直击雷的防护措施 变电所应按一级防雷建筑物的标准进行防雷设计 变电所内的设备和建筑物通常采用独立避雷针或避雷线进行直击雷防护 反击 现象 当避雷针 线 与附近设施之间的绝缘距离不够时 两者之间会发生强烈的放电现象 这种情况称为 反击 为了防止反击事故的发生 避雷针 线 与附近其他金属导体之间必须保持足够的安全距离 140 独立避雷针 线 及其引下线与其他金属物体在空气中的安全距离应满足 独立避雷针 线 的接地体与变电所接地网间的最小地中距离应满足 式中 Rsh为独立避雷针 线 的冲击接地电阻 hx为被保护物的高度 Ssaf一般不应小于5m SE一般不应小于3m 141 图9 635 110kV变电所的进线保护方案 2 雷电侵入波的防护措施 变电所对于雷电侵入波的过电压保护是利用阀型避雷器以及与阀型避雷器相配合的进线段保护 35 110kV变电所的防雷保护方案 图9 6 在变电所1 2km进线段架设避雷线 既可防护直击雷 还可以使感应雷过电压产生在1 2km以外 为了降低雷电侵入波的幅值 在该线路进线段的首端应装设一组管型避雷器FA1 且其工频接地电阻不宜超过10 在靠近隔离开关或断路器QF2处装设一组管型避雷器FA2 以防止线路上的雷电波侵入到隔离开关或断路器开路处时 由于反射而形成两倍侵入波幅值的电压 损坏隔离开关或断路器 母线上装设阀型避雷器FA3 主要用于保护变压器 电压互感器等所有高压电气设备 142 图9 7伏秒特性的配合1 变压器的伏秒特性2 阀型避雷器的伏秒特性3 管型避雷器的伏秒特性 阀型避雷器与被保护主变压器及电气设备之间的最大电气距离 必须保证它们的绝缘所能承受的冲击耐压值大于所作用的过电压 见表9 3 避雷器的伏秒特性及其与被保护设备的配合 伏秒特性 指绝缘材料在不同幅值冲击电压作用下 其冲击放电电压值与放电时间的函数关系 如图9 7所示 1 变压器的伏秒特性2 阀型避雷器的伏秒特性3 管型避雷器的伏秒特性 说明 伏秒特性曲线的分散性是由于伏秒特性试验点的离散性造成的 所以只能用一条有包络线的带状曲线来描述 带线越宽 说明伏秒特性的分散性越大 越不理想 143 由图9 7可知 管型避雷器的伏秒特性较陡 不易和变压器的绝缘相配合 因此 管型避雷器主要用来保护线路的个别绝缘弱点和变电所的进线段 阀型避雷器的伏秒特性能与变压器的绝缘较好地配合 对于容量较小的35kV变电所 可根据其重要性和雷电活动情况 酌情简化进线保护措施 对于有电缆进线段的架空线路 避雷器应装设在电缆头附近 其接地端应和电缆金属外皮相连 原因 阀型避雷器的每个火花间隙均由两个黄铜电极和一个云母垫圈组成 电极间距离小 电场比较均匀 改善了间隙的伏秒特性 使其伏秒特性变化比较平缓 144 五 接地的有关概念 1 接地装置 接地 电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接 接地体 直接与大地接触的金属导体 接地线 连接接地体与电气设备接地部分的金属导体 接地装置 接地体与接地线的总和 称为接地装置 接地网 由若干个接地体在大地中相互用接地线连接起来的一个整体 称为接地网 如图9 8所示 图9 8接地网示意图1 接地体2 接地干线3 接地支线4 电气设备 145 2 地和对地电压 当电气设备发生接地故障时 接地电流IE通过接地体向大地作半球形散开 如图9 9所示 电气设备的接地部分与零电位地之间的电位差 称为接地部分的对地电压 用UE表示 实践证明 在距接地体20m以外的地方 散流电阻已趋近于零 也即电位趋近于零 该电位等于零的地方称为电气上的 地 或 大地 图9 9接地电流和对地电压分布图 146 3 接触电压和跨步电压 图9 10 接触电压 当电气设备发生接地故障时 人体触及的电气设备和大地上任意两点之间的电位差 称为接触电压Utou 跨步电压 人在接地故障点附近行走时 两脚之间的电位差 称为跨步电压Ustep 图9 10接触电压和跨步电压 147 4 接地电阻 流散电阻 接地体的对地电压与通过接地体流入地中的电流之比 称为流散电阻 接地电阻 电气设备接地部分的对地电压与接地电流之比 称为接地装置的接地电阻 工频接地电阻 工频接地电流流经接地装置所呈现的接地电阻 称为工频接地电阻 用RE表示 冲击接地电阻 雷电流流经接地装置所呈现的电阻