电力系统的基本概念夏世威PPT课件

2020/4/30,1,电力系统的基本概念,夏世威华北电力大学2016-03-28,2020/4/30,2,我国电力工业的发展简史,20世纪50年代为城市电网的发展阶段,60年代逐渐形成省网,7090年代为区域电网发展阶段,90年代到21世纪前10年为大区电网互联阶段,21世纪二三十年代形成全国统一、坚强智能电网,2020/4/30,3,我国电力工业的历史时刻,1954年我国自行设计的第一回220kV松（丰满水电站）-东（虎石台变电站）-李（李石寨变电站）建成投入运行，全长369.25公里；1972年建成第一回330kV线路，经甘肃泰安变电站到陕西关中汤峪变电站，全长524公里；1981年建成第一回500kV线路（平顶山-武汉）由河南姚孟电厂经双河向武汉送电，全长595公里；1989年建成第一回500kV直流输电线路，由葛洲坝到上海，实现了华中电网与华东电网的互联。,2020/4/30,4,各大区主干输电网输电电压,500/220/110kV用于多数电网330/（220）/110kV仅用于西北电网。,2020/4/30,5,厂网分开打破垄断中国国家电力公司拆分重组成11家,国家电网公司中国南方电网有限公司中国华能集团公司中国大唐集团公司中国华电集团公司中国国电集团公司中国电力投资集团公司中国电力工程顾问集团公司中国水电工程顾问集团公司中国水利水电建设集团公司中国葛洲坝集团公司国家电力监管委员会,4家辅业公司,5家发电公司,2家电网公司,2020/4/30,6,我国电力工业的发展方针,继续发展燃煤发电厂，提高能源效率，减少环境的污染；加速水利资源的开发和水电厂的建设；发展核电技术，适度发展核电厂；因地制宜开发利用可再生能源发电；加速建设输、变、配电工程和电力系统。发展科学技术，提高电力系统运行管理水平,2020/4/30,7,能源与电力系统,什么是能源？能：能量，是物质的一种形态。既不能制造也不能消灭，只能从一种形态转换为另一种形态。遵守能量守恒定律。能源：能量的来源。可能是一种物质，也可能是一种过程。能源的分类有好几种分类方式,2020/4/30,8,能源的分类,按照一次能源二次能源分类一次能源：自然界现成存在的二次能源：由一次能源经过加工转换的按照常规能源与新能源分类常规能源：已经被广泛应用的能源新能源：应用新技术开发的能源按可再生性分类可再生能源：自然界中可以再生，并且可以有规律的得到补充的能源不可再生能源：短期内无法恢复的能源，随着不断开采有枯竭之时按能源本身的性质分类含能体能源：本身可以存储过程性能源：无法直接地大量存储,2020/4/30,9,能源的分类,2020/4/30,10,电力系统中电源的构成,电源：生产电能的环节电能是什么？从何而来？二次能源发电厂是能量转换站：担负着把不同种类的一次能源转换成电能的任务发电厂根据使用的一次能源的不同被分成许多类型,2020/4/30,11,发电厂的类型,常规能源发电火力发电厂水力发电厂主要发电形式核能电厂新能源发电地热电厂、潮汐电厂、风力发电厂、太阳能电站、海洋能发电、磁流体发电、氢能发电、核聚变发电,2020/4/30,12,火力发电厂,火电厂：是将煤、石油、天然气或其他燃料的化学能转换为电能的工厂。火电厂种类多按容量大小分：大型、中型、小型电厂按燃料种类分：燃煤、燃油、燃气电厂按原动机不同分：蒸汽轮机、燃气轮机电厂按供出的能量分：凝气式、热电联产电厂按机组的热力参数高低分：低压、中压、高温高压、超高压、亚临界、超临界电厂,2020/4/30,13,火电厂的生产过程,火电厂的组成三大主机（锅炉、汽轮机、发电机）辅助设备电能生产基本过程燃料的化学能-热能-机械能-电能以凝汽式火力发电厂生产过程为例来介绍火电厂的生产过程,2020/4/30,14,原煤：煤矿-原煤场-输煤皮带,把原煤磨成很细的粉,由排粉机抽出，随同空气送入锅炉的燃烧室,燃烧放出的热量一部分被水冷壁吸收,一部分加热过热器和再热器中的蒸汽,余下的热量被烟气携带穿过省煤器、空气预热器逐渐传递给这两个设备内的水和空气,烟气经过除尘器净化处理，由引风机导入烟囱,炉膛下部渣斗内的灰渣和除尘器收集到的细灰，由灰渣泵加压，经管道输送到储灰场,助燃空气入口,由送风机送入空气预热器中加热,大部分送入燃烧室参与助燃,小部分送往磨煤机作为干燥和运送煤粉的介质,净化后的水先经过省煤器预热，继而进入汽包,汽包内的经水冷壁管中吸收燃烧室的热能后蒸发成蒸汽上升，再次进入汽包，由汽包内的汽水分离装置将汽、水分离,分离出的水回到水冷壁管继续加热,分离出的蒸汽通过过热器再次加热，变成高温高压的过热蒸汽,经过主蒸汽管道送入汽轮机高压缸膨胀做功，推动汽轮机转子转动将热能转变为机械能,做完功的蒸汽在凝汽机中被冷却凝结成水,凝结水经过凝结水泵加压,经过低压加热器升温,再经过除氧器加热并除去水中的氧气,再由给水泵加压,经过高压加热器加热,再经过省煤器，不断给水吸热升温，又进入汽包,2020/4/30,15,2020/4/30,16,原煤：煤矿-原煤场-输煤皮带,把原煤磨成很细的粉,由排粉机抽出，随同空气送入锅炉的燃烧室,燃烧放出的热量一部分被水冷壁吸收,一部分加热过热器和再热器中的蒸汽,余下的热量被烟气携带穿过省煤器、空气预热器逐渐传递给这两个设备内的水和空气,烟气经过除尘器净化处理，由引风机导入烟囱,炉膛下部渣斗内的灰渣和除尘器收集到的细灰，由灰渣泵加压，经管道输送到储灰场,2020/4/30,17,净化后的水先经过省煤气预热，继而进入汽包,汽包内的经水冷壁管中吸收燃烧室的热能后蒸发成蒸汽上升，再次进入汽包，由汽包内的汽水分离装置将汽、水分离,分离出的水回到水冷壁管继续加热,分离出的蒸汽通过过热器再次加热，变成高温高压的过热蒸汽,经过主蒸汽管道送入汽轮机高压缸膨胀做功，推动汽轮机转子转动将热能转变为机械能,做完功的蒸汽在凝汽机中被冷却凝结成水,凝结水经过凝结水泵加压,经过低压加热器升温,再经过除氧器加热并除去水中的氧气,再由给水泵加压,经过高压加热器加热,再经过省煤器，不断给水吸热升温，又进入汽包,2020/4/30,18,助燃空气入口,由送风机送入空气预热器中加热,大部分送入燃烧室参与助燃,小部分送往磨煤机作为干燥和运送煤粉的介质,2020/4/30,19,火力发电厂,汽轮机转子转动带动发电机转子转动，在发电机中把机械能转换成电能，发电机发出的电能经过升压变压器送入高压电力网蒸汽式火力发电厂中，由于做过功的蒸汽（排气）中仍含有热量，被凝结成水时有热损失，这种电厂效率不高，汽损失占燃煤总发热量的42%以上。热电联产电厂的余热得到充分利用后，热效率可达到60-70%，但是受热负荷等条件的限制，建热电厂的数量有限。,2020/4/30,20,水力发电厂,水能不仅廉价，又是一种用之不竭的可再生能源水电厂的发电容量P与河流上下游的水位差H和流量Q成正比：P=9.81QH因此要充分利用水能，用尽可能大的落差来利用水能发电水电厂的开发方式分为：堤坝式、引水式和混合式由水电的利用方式，还有两种比较特殊的形式，一种是梯级电厂，一种是抽水畜能电厂,2020/4/30,21,堤坝式水电厂,坝后式建在河水中上游山区峡谷地段。单独筑坝，坝身高，水位高，厂房建在坝后，不承受水压。特点：形成蓄水库，以调节流量，引用流量大，电站规模大，综合效益高。代表：三门峡、刘家峡、白山、丹江口水电站河床式适用于平原上河床平缓地区，落差小，厂房和坝建在一起，构成拦河建筑物的一个组成部分。厂房承受上游水的压力，起挡水作用。特点：水头低（小于3040米）；挡水建筑物长。代表：葛洲坝、西津水电厂,2020/4/30,22,引水式水电厂,建筑特征：在河流上游，当河床坡度较大时，可以借助坡降较小的引水道（修建隧洞和渠道）引水，用以集中水头，以获取最大落差。特点：水头较高（最高为1020米），流量小，无蓄水池调节流量；综合利用价值低，电站规模也较小。分为有压引水式和无压引水式,2020/4/30,23,梯级电厂,根据河流条件将河流分成若干段，每段各自建立水电厂，上游的水发电后放入下游，供下游各级电厂继续利用发电。,2020/4/30,24,抽水畜能式水电厂,具有高位和低位两个水池和引水建筑物，配用可逆式水轮发电机组。当电力系统负荷处于低谷时，利用多余电力，以水泵方式将低水位水池的水抽到高水位。当负荷处于高峰时，机组改为水轮发电机方式运行，由高水位水池的水发电。由于能量转换中的损耗，大体上用4kWh的廉价低谷电抽水，能发出3kWh的高价峰荷时的电能。,2020/4/30,25,抽水蓄能电厂,负荷低谷（或丰水期）蓄水高峰负荷（或枯水期）发电双重身份！尤其适合电力市场环境,2020/4/30,26,抽水畜能水电厂的作用,调峰响应负荷变动能力强调频机组反应速度快，有功调节能力强备用停机到满负荷1-2min填谷独具的特色调相改善电压质量,2020/4/30,27,水电厂生产过程,在天然河流上构筑堤坝，太高水位，形成水库。上游水库中的水经进水口，压力水管进入水轮机蜗壳，冲动水轮机转动，并带动同轴的发电机发出电力。做功后的尾水，经尾水管流至下游河道。能量转换过程：水势能-机械能-电能,2020/4/30,28,三峡电站介绍,26台700MW的水轮发电机组，总装机容量18200MW。三峡电站分为左岸和右岸电站，左、右岸电站又各分为两个电厂。其中，左一电厂装机8台，出线5回；左二电厂装机6台，出线3回；右一、右二电厂装机均为6台，出线分别为4回和3回。,2020/4/30,29,三峡电力外送三大主要通道,中通道-在华中四省建500千伏交流输电线路4970公里，鄂豫间两回，鄂湘间两回，鄂赣间一回，变电容量1350万千伏安（其中湖北境内的500千伏线路2630公里，变电容量525万千伏安）；设计输电能力900万千瓦。东通道-除利用现有的葛洲坝至上海直流线路输电120万千瓦外，2002年前建成第二回东送500千伏直流输电线路和湖北宜昌、江苏常州换流站，额定容量300万千瓦；2008年再建成第三回送上海的直流线路，增加容量300万千瓦。同时，在华东地区配套建设500千伏交流输电线路850公里，变电容量850千伏安。南通道-已经建成一条973公里的500千伏直流输电线路和湖北荆州、广东惠州两个换流站，送电能力为300万千瓦。,2020/4/30,30,水电厂的优缺点,水电厂的优点：成本低、无污染、运行方式灵活；可发电、防洪、灌溉、航运等综合利用水利资源。水电厂的缺点：一次投资大、建设周期长、淹没土地、拆迁、运行方式受水文气象影响大。,2020/4/30,31,我国主要的大型水电厂,白山（松花江）、水口（闵江）、五强溪（沅水）、葛洲坝（长江）、三峡（长江）、隔河岩（清江）、广州抽水蓄能（流溪河支流）、盐滩（红水河）、二滩（雅砻江）、天生桥（南盘江）、漫湾（澜沧江）、刘家峡（黄河）、龙羊峡、李家峡、小浪底、龚咀（大渡河）,2020/4/30,32,核电厂,秦山核电站及广东大亚湾核电站的相继建成投产，标志着我国在核能利用的道路上迈出了新的一步。核能对于改善我国的能源结构，减少环境污染，特别是缓解我国缺乏常规能源的东部沿海地区的电力供应，将发挥越来越大的作用。一公斤标准煤含热量3104J，一公斤铀235裂变产生热能7.951010J，相当2700吨煤。,2020/4/30,33,核能的获得途径,核裂变例如：铀235的裂变、铀238的裂变、钚239的裂变核聚变例如：氦的聚合,使用不同的轻元素的原子核进行聚合，形成一个新的原子核。在聚合过程中要放出所谓聚合能。这一过程是否能够用于发电尚在研究之中。,带有一定能量的中子撞击重金属元素的核，核吸收中子之后变为具有激发能的复合核。激发能使复合核中的静电斥力大于核吸引力时，原子核就产生分裂，此时要放出裂变能，产生2至3个新中子，并放出射线。如果产生的新中子至少有一个再能引起其它核也发生裂变，裂变就能持续进行，形成所谓链式反应。裂变过程中放出的裂变能就是可利用的核能。,2020/4/30,34,核能的获得途径,核裂变例如：铀235的裂变、铀238的裂变、钚239的裂变,带有一定能量的中子撞击重金属元素的核，核吸收中子之后变为具有激发能的复合核。激发能使复合核中的静电斥力大于核吸引力时，原子核就产生分裂，此时要放出裂变能，产生2至3个新中子，并放出射线。如果产生的新中子至少有一个再能引起其它核也发生裂变，裂变就能持续进行，形成所谓链式反应。裂变过程中放出的裂变能就是可利用的核能。,2020/4/30,35,核能的获得途径,核聚变例如：氦的聚合,使用不同的轻元素的原子核进行聚合，形成一个新的原子核。在聚合过程中要放出所谓聚合能。这一过程是否能够用于发电尚在研究之中。,2020/4/30,36,核电站的生产过程,反应堆是核电厂的核心，它是一个可以被控制的裂变装置。水在反应堆内被加热后，沸腾并蒸发成压力是6.681067.85106Pa，温度是280290的蒸汽，经过管道直接送入汽轮机做功。做功之后的乏汽在凝结器中冷却成水后，再用水泵送回反应堆。电能产生过程：核裂变能-热能-机械能-电能,2020/4/30,37,反应堆分类,沸水堆-利用沸腾水作为慢化剂，采用单回路系统，使汽轮机等设备有受放射性污染的可能。压水堆-用有压力的水作为慢化剂和冷却剂，采用蒸汽发生器，形成两个独立的循环系统，即水循环系统和蒸汽循环系统，可防止蒸汽受放射性污染。,压水堆,沸水堆,2020/4/30,38,核电厂的优缺点,优点：节省煤、石油和天然气、节省燃料的运输费、反应堆不需要空气助燃，可建在地下水下和高山顶上。缺点：目前的建设投资比火电厂和水电站大。,2020/4/30,39,电力系统的概念,电力网、电力系统、动力系统的关系？现代电力系统的特点？电力系统并网运行的优点？,2020/4/30,40,电力工业的构成,2020/4/30,41,系统划分,2020/4/30,42,系统划分,电力网：由变电所和不同电压等级输电线路组成的网络。电力系统：由发电设备、输电设备和用电设备组成的网络。动力系统：在电力系统的基础上，把发电厂的动力部分包含在内的系统。,2020/4/30,43,电力系统的基本概念,电能的生产：火电、水电和核电、各种新能源电能的传输：交流架空线路或电缆及直流输电电能的变换和分配：变电站电能的使用：各种形式的负荷将电能转换成其他形式的能源。,2020/4/30,44,变电站,枢纽变电站：位于电力系统的枢纽点，高压侧电压为330或500kV，连接电力系统高压和中压的几个部分，汇集多个电源，全所停电将引起整个电力系统解裂，甚至部分系统瘫痪。中间变电站：以交换潮流或使长距离输电线路分段为主，同时降低电压给所在区域负荷供电。一般汇集2-3个电源，电压为220-330kV，全所停电将引起区域电力网解裂。城区变电站：为一个区域或城市的主要变电所，以向地区或城市用户供电为主，高压侧一般为110-220kV，全所停电后将使该地区中断供电。终端变电站：在输电线路的终端，连接负荷点，直接向用户供电，高压侧电压为110kV，全所停电将使用户中断供电。,2020/4/30,45,现代电力系统的一般特点,大机组、大电网、高电压、高度自动化电力系统是人类有史以来建造的最大的机器！ThePowerSystemIsTheBiggestMachineHumanHaveEverMade!,2020/4/30,46,电力网,地方电网：电压35kV及以下，供电半径在2050km以内，如企业、工矿和农村乡镇配电网区域电力网：电压在35kV以上，供电半径超过50km，联系较多发电厂，如电压在110220kV的网络超高压远距离输电网：电压等级为330500kV，由远距离输电线路连接而成，主要任务把远处发电厂生产的电能输送到负荷中心，同时联系若干区域电网、跨地区的大型电力系统，如华东、华中、华北、东北等网络。,2020/4/30,47,电力系统的基本参量,总装机容量实际安装的发电机额定有功总和kWMWGW年发电量全年实际发出电能总和MWhGWhTWh最大负荷一定时间内的有功最大值额定频率50Hz最高电压等级最高电压等级线路的额定电压地理结线图描述地理位置的连接关系电气结线图描述电气连接关系，详细,2020/4/30,48,内蒙西部电网主网结构,发电厂,500kV变电站,110kV变电站,220kV变电站,2020/4/30,49,京津唐电网图,2020/4/30,50,2020/4/30,51,我国各电网位置示意图1,2020/4/30,52,6,30,310,1500,网调,省调,地调,县调,国调,统一调度分级管理,2020/4/30,53,调度控制室,2020/4/30,54,三峡,华中,华东,东北,华北,南方,阳城,国调直调系统示意图,二滩,2020/4/30,55,2020/4/30,56,电力系统并网运行的优越性,减少总备用容量的比重可采用高效率的大容量机组可充分利用水电厂的水能资源减少总负荷的峰值提高供电可靠性,2020/4/30,57,电力系统运行的特点和要求,电力系统运行特点：电能不能大量存储；各环节组成的统一整体不可分割过渡过程非常迅速（百分之几秒到十分之几秒）电力系统的地区性特点较强对电能质量的要求颇为严格与国民经济各部门和人民生活关系极其密切,2020/4/30,58,电力系统的运行状态,故障状态,恢复状态,正常状态,警戒状态,紧急状态,预防控制,紧急控制,恢复控制,校正控制,2020/4/30,59,对电力系统提出的要求,保证供电的可靠性减少停电损失要求元件有足够的可靠性要求提高系统运行的稳定性保证良好的供电质量电压、频率、波形提高电力系统运行的经济性降低能耗,2020/4/30,60,电力系统的电压等级和规定,各电力设备运行在标准电压下时，它们的技术、经济性都将发挥的最好。要满足用电设备对供电电压的要求，电力网应有自己的额定电压，并且额定电压和用电设备的标准电压一致。用电设备一般运行其实际工作电压偏离额定电压5%。,2020/4/30,61,电力系统的电压等级,电力系统的标称电压3、6、10、35、60、110、220、330、500、750、1000kV直流500、800kV电力系统的最高电压3.6、7.2、12、40.5、72.5、126、252、363、550、800kV,2020/4/30,62,电力系统标准电压,电力线路从首端至末端电压损耗一般为10%,通常让首端电压高5%,末端电压就低5%,用电设备无论接在线路上的哪一点，承受的电压都不会超过额定电压的5%,发电机总是在电力网首端，因此它的额定电压比所接电网的额定电压高5%,变压器一次侧额定电压等于所接电网的额定电压二次侧额定电压比用电器额定电压高10%(5%),线路的额定电压取线路首末端电压的平均值为额定电压,2020/4/30,63,电力系统标准电压,2020/4/30,64,电力系统标准电压,电力线路从首端至末端电压损耗一般为10%,通常让首端电压高5%,末端电压就低5%,用电设备无论接在线路上的哪一点，承受的电压都不会超过额定电压的5%,2020/4/30,65,电力系统标准电压,发电机总是在电力网首端，因此它的额定电压壁所接电网的额定电压高5%,变压器一次侧额定电压等于所接电网的额定电压二次侧额定电压比用电器额定电压高10%(5%),线路的额定电压取线路首末端电压的平均值为额定电压,2020/4/30,66,变压器额定电压,升压变-低压侧与发电机额定电压相同高压侧比相应系统的标称电压高10%；降压器-高压侧与相应系统的标称电压相同低压侧比系统标称电压高5%或10%。,2020/4/30,67,标称电压(kV)输送输送功率(KW)输送距离(Km)0.22架空线小于500.150.22电缆小于1000.20.38架空线1000.250.38电缆1750.353架空线1001000316架空线20020001036电缆3000小于810架空线200300020510电缆5000小于1035架空线2000100005020110架空线100005000015050220架空线100000500000300200330架空线2000001000000200600500架空线100000015000003001000,线路输电距离受电压等级影响,2020/4/30,68,电力系统的接线形式,地理接线图,电气接线图,2020/4/30,69,电力网的接线,2020/4/30,70,发电厂和变电所的电气主接线,电气主接线（一次接线或电气主系统）-由高压电器通过连接线，按其功能要求组成的变换电压等级、汇集和分配电能的电路。电气主接线图-用规定的设备文字和图形符号按实际运行原理排列和连接，详细表示高压电气设备全部基本组成和连接关系的单线图。对电气主接线的基本要求-可靠性、灵活性、经济性,2020/4/30,71,发电厂的主要电气设备及其功能,2020/4/30,72,发电厂的主要电气设备及其功能,2020/4/30,73,发电厂的主要电气设备及其功能,2020/4/30,74,发电厂的主要电气设备及其功能,2020/4/30,75,主要设备作用,发电机用来生产转换电能。变压器用于变换电能，将低压电能变为高压以便输送；将高压电能变为低压电能以便使用。断路器正常运行和故障情况下用作断开或接通电路中的正常工作电流及开断故障电流。隔离开关建立明显的绝缘间隙，转换线路增加线路联接的灵活性负荷开关只能开断负载电流和一定过载电流熔断器过载或短路时，起到开断和保护的作用,2020/4/30,76,主要设备作用,母线汇集和分配电能电缆城市、厂站内部或附近、穿越江河或海峡时使用架空线路终端线、联络线电抗器限制短路电流，维持母线残压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互感器将一次系统的高电压和大电流转换为二次系统标准的低电压和小电流，并使一次系统与二次系统可靠隔离。,2020/4/30,77,电气接线图,2020/4/30,78,电气主接线的基本接线形式,2020/4/30,79,单母线接线,2020/4/30,80,双母线接线,2020/4/30,81,一台半断路器接线,2020/4/30,82,无母线接线,2020/4/30,83,无母线接线,2020/4/30,84,无母线接线,2020/4/30,85,各电压等级配电装置接线形式的选择,330500kV超高压配电装置连接大容量发电机组、主变压器、超高压输电线路，必须具有高度的可靠性，不允许母线故障或母联断路器、分段断路器拒动而导致同时切除两台以上大型机组或超高压线路，也不允许系统稳定破坏等大面积停电事故。常用的接线形式：35角形接线、一台半断路器接线、变压器母线组接线、双母线四分段接线等。,2020/4/30,86,各电压等级配电装置接线形式的选择,6220kV电压等级配电装置发电厂610kV配电装置一般采用有母线接线形式，当每段母线上所连接的发电机容量为12MW时，一般采用单母线分段或双母线接线，当每段母线上所连接的发电机容量为24MW及以上时，一般采用双母线分段接线，并装设分段电抗器。变电站610kV配电装置一般采用单母线分段或单母线接线。,2020/4/30,87,各电压等级配电装置接线形式的选择,厂站35220kV配电装置应根据其在电力系统中的地位和作用、电压等级、负荷状况、出线回路数等条件确定。35220kV出线为2回-桥形或多角形接线3560kV出线48回单母线分段接线110220kV出线不超过4回3560kV出线在8回以上双母线接线110220kV出线为5回及以上,2020/4/30,88,设置旁路母线的原则,采用单母线分段或双母线接线的110220kV配电装置，除断路器允许停电检修外，一般设置旁路母线。当220kV出线在5回及以上、110kV出线在7回及以上时，一般采用有专用旁路断路器的接线。3560kV配电装置，610kV配电装置，一般不设置旁路母线。,2020/4/30,89,设置旁路母线的原则（续）,当电网或用户不允许停电检修出线断路器时，对单母线或单母线分段接线的配电装置也可设置旁路母线，若采用手车式开关柜，则均不设置旁路母线。,2020/4/30,90,各类厂站电气主接线的特点,中小型火电厂典型电气主接线,2020/4/30,91,大型凝汽式火电厂电气主接线图,2020/4/30,92,中等容量水电厂电气主接线图,2020/4/30,93,大容量水电厂电气主接线图,2020/4/30,94,典型变电站电气主接线图,2020/4/30,95,高压电器设备,断路器断开或接通电路中的正常工作电流及故障电流。它是电力系统中重要的操作、控制电气设备，它具有完善的熄灭电弧的装置。负荷开关接通与断开电路中的正常工作电流，具有简单的灭弧装置熔断器断开电路中的过负荷电流和故障电流，不能进行操作,2020/4/30,96,高压电器设备,隔离开关接通与断开无电流或仅有很小电流的电路，在检修其他设备时用来隔离电源，形成可见间隙，以保证检修设备及工作人员的安全。短路器用来造成人工接地短路，以提高机电保护动作的灵敏度。在简易主接线中保证故障被可靠的切除。本节主要介绍断路器设备,2020/4/30,97,电弧的产生和熄灭,开关断开在具有一定电位的导体电路的一部分上，实现导体与绝缘体之间的相互迅速切换。其中间媒介就是电弧。电弧当断路器的动、静触头刚刚分开瞬间，如果触头两端电压不低于1020V，电流不小于80100mA就要出现电弧。电弧把分开的触头两端连接起来，电流仍继续流通。只有当在极短的时间内使电弧熄灭，电路才算被切断。,2020/4/30,98,电弧产生的物理过程,刚分开时触头间距离很小，电场强度很高，足以从阴极表面拉出电子；自由电子在电场力作用下向阳极加速运动，与中性质点产生游离碰撞；中性质点被游离成正离子和自由电子，游离碰撞使触头间充满了正、负离子；在外加电压作用下使大量电子向阳极运动形成电流，这就是介质被击穿产生的电弧。,2020/4/30,99,电弧的维持,弧隙间温度极高，依靠气体中性质点的热运动就能积累足够的能量，使中性质点相互碰撞发生游离，这叫热游离；在高温作用下，阴极表面会向周围空间发射电子，称热电子发射；高温会使金属触头表面熔化和蒸发，产生金属蒸汽，使得热游离所需温度大为降低；由于弧隙中总是有一些金属蒸汽，且弧芯温度很高，所以热游离足以维持电弧的存在。,2020/4/30,100,电弧特点,在气体热游离过程中，自由电子形成的速度与温度有密切关系，它将随温度的下降而迅速减小因而电弧的温度控制是实现熄弧的主要途径,2020/4/30,101,弧柱的去游离过程,复合异号离子或正离子与电子接近时相互吸引、接触而中和成中性质点的过程称为复合；复合与温度有关，温度低，复合快；复合与离子密度有关，压力高密度大，复合快。扩散带电质点从弧隙中逸出，进到周围介质中去的现象成为扩散；如果能使电弧气体作强烈的旋涡运动，扩散将起很大作用；在电弧固体介质表面接触时，复合就强烈的增加。,2020/4/30,102,加强去游离的方法,拉长电弧复合去游离加快电弧的冷却加大气体介质的压力浓度扩散扩散去游离温度扩散用高速冷气吹弧,2020/4/30,103,交流电弧的特点,交流电弧具有热惯性。交流电弧的电流瞬时值随时间周期变化，电弧的温度、直径及电弧电压也随时间变化，但弧柱的受热升温或散热降温都有一定过程，跟不上电流的变化，这种现象叫电弧的热惯性。电弧的温度、直径、电弧电压也随时间变化。交流电弧每半周过零一次，电弧自然熄灭。,2020/4/30,104,交流电弧伏安特性,燃弧电压,熄弧电压,电流自动过零，去游离速度大于游离速度，时熄弧的有利时机,2020/4/30,105,交流电弧的熄灭条件,电弧过零后，如果电源电压大于介质强度恢复电压，弧隙被击穿，电弧重燃，反之，电弧便熄灭。电弧不会重燃的条件：Ud(t)Ur(t)Ud(t)-弧隙介质强度恢复过程中的耐受电压由灭弧装置的结构和灭弧介质的性质决定Ur(t)-弧隙电压恢复过程中的弧隙电源电压与线路参数、负荷性质等有关灭弧介质：油、空气、真空、SF6,2020/4/30,106,熄灭交流电弧的基本方法,迅速拉长电弧吹弧弧隙并联电阻提高弧隙介质压力采用新型灭弧介质等其他手段,2020/4/30,107,高压断路器的基本参数,额定电压：影响断路器的外形尺寸和绝缘水平额定电流：决定各导电部分的尺寸和触头结构尺寸额定开断电流：表征断路器的灭弧能力额定断流容量：关合预付故障的能力热稳定电流动稳定电流分闸时间合闸时间,2020/4/30,108,高压断路器的种类,按灭弧介质和灭弧方式分：多油/少油断路器利用绝缘油作为灭弧介质压缩空气断路器利用压缩空气作为灭弧介质SF6断路器利用SF6作为灭弧介质真空断路器利用真空作为灭弧介质,2020/4/30,109,断路器型号识别,额定开断电流（KA）,额定电流（KA）,其他标志,额定电压（kV）,设计序号,安装场所,产品名称,产品名称：S少油断路器，Z真空断路器，D多油断路器，LSF6断路器,安装场所：N户内型，W户外型,其他标志：G改进型；I、II、III断流能力代号,SN10-10I、SW2-110I、ZN10/1250、LW2-220,2020/4/30,110,操动机构型号识别,操动方式：S手动，T弹簧储能式，Q气动式，D电磁式，Y液压式,2020/4/30,111,隔离开关与电抗器,隔离开关的主要用途隔离电压倒闸操作分合小电流：分、合避雷器、电压互感器和空载母线分、合励磁电流不超过2A的空载变压器关、合电容电流不超过5A的空载线路,2020/4/30,112,隔离开关,种类和形式安装地点：屋内式和屋外式绝缘支柱数目：单柱、双柱、三柱隔离开关的参数额定电压额定电流热稳定动稳定,2020/4/30,113,电抗器,限制短路电流的目的选择轻型断路器及较小截面的电缆限制短路电流的方法采用适当的主接线形式和运行方式；增设电抗器：普通电抗器、分裂电抗器；采用分裂绕组变压器,2020/4/30,114,限制短路电流的方法之一,采用适宜的主接线形式及运行方式对大容量发电机采用单元接线。限制接入发电机电压母线的发电机台数和容量，尽可能在发电机电压级不用母线。母线分段断路器断开运行。在降压变电所，变压器低压侧分列运行。合理断开环网。在环网穿越功率最小处开环运行。双回路按单回路运行。在负荷允许的条件下，具有双回路的电路，采用单回路运行。,2020/4/30,115,限制短路电流的方法之二,加装限流电抗器电抗器是电阻值很小的电感线圈。主要参数是Ie、Ue、Xk%（百分电抗）。参数间的数学关系如下：Xk为电抗器一相的感抗。,2020/4/30,116,电抗器类型,线路电抗器适用范围：主要用来限制610kV电缆馈线短路电流，可以显著减小其所在回路中的短路电流。而且能在母线上维持较高的剩余残压。仅在采用其它方法不能把短路电流限制到预期数值时才采用。接入方式：在DL和线路之间；在DL和母线之间出线电抗器额定电流较小，多为300600A，Xk%选为3%6%。,2020/4/30,117,电抗器类型,母线电抗器适用范围：主要用来限制发电厂内部的短路电流，如并列运行发电机所提供的短路电流。接入方式：母线分段处母线电抗器的Xk%选为8%12%,2020/4/30,118,电抗器类型,分裂电抗器分裂电抗器是一种中间抽头的空心电感线圈，它的线圈由缠绕方向与结构参数完全相同的两个分段连接而成，其间不仅有互感耦合，而且电气上直接连通。实际应用中，中间抽头常接电源（进线、发电机、主变），两臂接入两个大致均衡的负荷。,2020/4/30,119,分裂电抗器,优点：正常工作时电压损失较小，短路时限流作用强。缺点：一臂负荷变动过大时，另一臂将产生较大的电压波动；一臂短路，另一臂接有负荷时，由于互感电势的作用，将在另一臂中产生感应过电压。,2020/4/30,120,限制短路电流的方法之三,分裂变压器,2020/4/30,121,分裂变压器,优点：与普通变压器相比，在容量、电抗相同情况下，分裂低压绕组的低压侧短路电流可大约分别减少至普通变压器的1/2、1/4。缺点：价格高,2020/4/30,122,电力系统中性点接地方式,电力系统接地为了保证电力网或电气设备的正常运行和工作人员的人身安全，人为地使电力网及某个设备的某一特定地点通过导体与大地连接，称为接地。包括：工作接地、保护接地、保护接零、防雷接地和防静电接地。,2020/4/30,1