电气设备及电气主接线

电气设备及电气主接线2.1电力系统元件及其参数2.2发电厂及变电所中的电气设备2.3发电厂及变电所电气主接线2.1

电力系统元件及其参数输电线路电力变压器同步发电机负荷多电压等级网络等值电力系统分析计算的一般过程数学模型：元件或整个系统物理模型的数学描述。建立数学模型电力系统运行状态元件参数等值电路元件参数：表述元件电气特征的参量；2.1.1输电线路单位长度基本参数输电线路的等效电路单位长度基本参数决定有功功率损耗和电能损耗。

通过交流电流时，在导线及其周围产生交变磁场。串联参数单位长度基本参数绝缘子表面泄漏损耗和导线电晕损耗。输电线相间及相对地之间的电容。并联参数输电线路的等效电路1.II型和T型等效电路分布参数集中参数2.一字型等效电路II型和T型等效电路架空线路100～300km，电缆线路0~100km。一字型等效电路忽略并联电容，只考虑串联阻抗。长度小于100km的架空线路。例2.1

一架空线路，长度为150km，单位长度参数分别为：求其等效电路。2.1.2电力变压器铭牌参数双绕组变压器等效电路三绕组变压器等效电路自耦变压器铭牌参数额定容量额定电压短路损耗短路电压百分比空载损耗空载电流百分比双绕组变压器等效电路短路试验：空载试验：双绕组变压器等效电路阻抗支路：变比：双绕组变压器等效电路励磁支路：例2-3

某110kV变电所有一台降压变压器，其铭牌参数为：求其归算到高压侧的等效电路。三绕组变压器等效电路短路试验：空载试验：额定电压：额定容量：三侧容量比：三绕组变压器等效电路计算与双绕组一样变比：励磁支路：三绕组变压器等效电路各绕组短路损耗：三绕组变压器等效电路各绕组短路电压百分比：三绕组变压器等效电路各绕组电阻：三绕组变压器等效电路各绕组电抗：注：2.在计算阻抗前必须先将所有短路试验数据折算至统一的额定容量下。1.升压变压器低压侧绕组，降压变压器中压侧绕组的等效漏抗很小或为负值。例2-4有一三绕组变压器，其铭牌参数为：求其归算到高压侧的等效电路。自耦变压器

对于三绕组自耦变压器，额定容量之比一般为100/50/100，所以计算参数时需先折算。2.1.3同步发电机1.稳态运行参数和数学模型2.电磁暂态过程参数和数学模型3.机电暂态过程参数和数学模型稳态运行参数及数学模型：直轴电抗；：交轴电抗。电磁暂态参数机电暂态参数2.1.4负荷静态负荷模型：1.恒功率负荷模型：2.恒阻抗负荷模型：

负荷（有功和无功）随电压和频率变化的稳态关系。2.1.5多电压等级网络等值多电压等级网络中参数归算标幺值例2-9近似计算法示意图：多电压等级网络中参数归算（1）基本级（基准级）（2）归算原则（3）参数归算方法（4）计算步骤（例2－6）（1）基本级（基准级）

归算各元件参数形成多电压等级电力网等效电路时指定的某一电压等级。

一般选元件数多的电压等级。（2）归算原则：变压器参数归算原理

归算前后功率保持不变功率无需归算（3）参数归算方法：注：各变压器变比为靠近基准级一侧的电压与靠近需归算一侧的电压之比。

设某电压等级与基准级之间串联有变比为k1,k2,…,kn的n台变压器，则：（4）计算步骤（例2－6）1.

选取基准级；

2.计算各元件归算前参数；

3.求各串联变压器变比；

4.归算各元件参数到基准级；

5.画出等效电路图。标幺值（2）标么值定义及表示（1）有名值和标么值（3）基准值选取原则（4）标么值等效电路的计算步骤（5）“就地归算”法（6）“就地归算”法的计算步骤（1）有名值和标么值有名值：具有量纲的实际值标么值：无量纲的相对值（2）标么值定义及表示:标么值表示：

相应符号加一右下标“*”；基准值表示：

相应符号加一右下标“B”。定义：（3）基准值选取原则：1.基准值的单位要与有名值的单位相同。

2.全系统只能有一套基准值。

3.一般取额定值为基准值。

4.电压、电流、阻抗（导纳）和功率的基准值之间必须满足电路的基本关系。

（3）基准值选取原则：

5.一般选择线电压、线电流和三相功率为电压、电流、功率的基准值。

6.按照上述要求选择的基准电压、基准电流、基准功率之间满足以下关系：（3）基准值选取原则：

通常计算中，选定三相功率和线电压基准值为：和，其余三个由以上关系确定,则：

所以，阻抗、导纳和电流的标幺值为：（3）基准值选取原则：实际应用中：取某一整数，如100、1000等，单位为MV.A；取基准级的额定电压，单位为kV。（4）标么值等效电路的计算步骤（例2－7）：1.求出各元件参数未归算的有名值；2.将元件参数归算到基准电压级；3.选取功率和电压的基准值；4.确定各元件标幺值。（5）“就地归算”法

设某元件阻抗的有名值为Z，该元件所在电压级与基准级之间串有电压比为ｋ１、ｋ２…ｋｎ的ｎ台变压器，该参数在基准级下的归算值为，取基准电压为基准级额定电压，则归算后的标幺值为：（5）“就地归算”法各电压级的基准电压值归算和取标幺值同时进行基准级的基准值(6)“就地归算”法的计算步骤（例2－8）：

1选取和；

2确定各计算级的电压基准值；

3计算各元件未归算时的参数；

4计算各元件参数标幺值。实质：用基准值归算代替元件参数归算不同基准值下的标幺值之间的换算问题

若某元件以额定参数、为基准的标幺值为，则该元件换算到统一基准值、下的标幺值为：近似计算法前提：

变压器的变比为各电压等级的额定电压平均值之比，则：

各电压级的基准电压值就是各自的平均电压，计算中电压不参与折算。例2-91.精确计算（按变压器实际变比计算）：1）发电机：2）变压器:例2-93）线路：4）电抗器：例2-92.近似计算法（变压器变比为各电压等级的额定电压平均值之比）1）发电机：2）变压器：例2-94）电抗器：3）线路：2.2发电厂及变电所中

的电气设备2.2.2高压开关电器2.2.1开关电器中的电弧2.2.3高压保护电器2.2.4高压测量电器2.2.1开关电器中的电弧

存在及其危害

电弧形成的物理过程

电弧熄灭

灭弧的基本方法电弧存在及其危害

存在：

开关开断电压为20V，电流为80～100mA的电路时，开关的触头间就会产生电弧。危害：

电路不能正常开断；破坏开关触头，引起电器烧毁，形成相间短路；如电弧不熄灭，使空气急剧膨胀，爆炸；电弧形成的物理过程1.强电场发射：

动静触头拉开瞬间，电场强度很大，当时，阴极触头表面的电子便会在强电场作用下被拉出触头表面，成为自由电子。电弧形成的物理过程2.碰撞游离：

发射出来的电子受电场作用，向阳极触头方向加速运动，与气体中的中性质点发生碰撞，当电子动能足够大时，使气体中的中性质点分离为带负电的电子和带正电的正离子。电弧形成的物理过程3.电弧形成：

碰撞游离使触头间充满了高速运动的带电质点，触头间隙的绝缘越来越低，最后被触头间电压击穿，形成电弧。电弧形成的物理过程4.电弧特点：

温度高；（中心区温度，表面）弧柱区电场强度低；（）电流密度大。电弧形成的物理过程5.热游离（电弧维持）：

受电弧高温作用，分子热运动加速，处在弧隙中的中性质点获得能量而分离成带负电子的电子和带正电的正离子。电弧形成的物理过程6.去游离

运动中的正离子和负离子相互吸引接触，交换多余的电子，形成中性质点。①复合：

弧柱区中带电质点从离子浓度高的弧柱区逸出，进入浓度低的弧柱周围介质中。②扩散：电弧形成的物理过程游离>去游离电弧剧烈游离<去游离电弧趋弱游离、去游离平衡电弧稳定燃烧

要熄灭电弧，就要减弱游离过程，加强去游离过程。电弧熄灭不易熄灭，交流高压开关不能用于直流电路开断。1.直流：电弧熄灭

利用电流自然过零的机会，加强去游离，熄灭电弧。2.交流：电弧熄灭

弧隙介质绝缘性能的恢复过程中，弧隙所承受而不致使弧隙击穿重燃电弧的临界电压。3.弧隙介质击穿电压（介质强度）：电弧熄灭

弧电流经过零值后，至电弧重燃前，外电路加到触头间隙的电压。4.触头间隙恢复电压：电弧熄灭5.熄灭电弧条件：灭弧的基本方法1.利用气体（液体）吹弧2.多断口灭弧3.利用介质灭弧4.迅速拉长电弧5.低压电器中，将电弧分为多个串联的短电弧（金属灭弧栅）。2.2.2高压开关电器

高压断路器隔离开关熔断器高压断路器功能(有完善的灭弧装置）：正常情况，接通或断开电路。故障情况，迅速断开电路。高压断路器类型：安装地点：户内式、户外式。灭弧方式或介质：

油断路器压缩空气断路器

SF6断路器真空断路器高压断路器主要技术参数：额定电压，额定电流；额定开断电流、额定断流容量；热稳定电流；动稳定电流；额定短路闭合电流；动作时间（开断时间，分闸时间，燃弧时间；合－分时间，合闸时间，闭合时间）高压断路器型号：SN10

—10/600—350种类地点设计序号额定电压(kV)额定电流(A)额定开断短路容量(MVA)S（少油），D（多油），K（压缩空气），Z（真空），L（SF6）N（户内），W（户外）高压断路器基本结构：电路通断元件断路器基座绝缘支撑元件中间传动机构操动机构接线端子、导电杆、触头、灭弧室油断路器多油断路器：

油是灭弧介质，又是绝缘介质。少油断路器：

油是灭弧介质，绝缘采用瓷瓶。少油断路器户内主要用于6～35kV的配电装置;户外主要用于35kV以上的配电装置。110kV220kV330kV灭弧室支持瓷套压缩空气断路器以压缩空气为灭弧、绝缘介质；动作速度快，灭弧能力强，但结构复杂，噪声大；主要用于330kV及以上电压等级；逐渐被SF6断路器代替。真空断路器利用真空作为灭弧介质；灭弧速度快，触头材料不易氧化；主要用于35kV及以下电压等级；SF6断路器SF6：无色、无味、无毒、非燃烧性；灭弧性能及绝缘性能优越；灭弧速度快，开断能力强，安全可靠，无火灾；工艺要求高，造价高；得到越来越多的应用，特别是全封闭组合电器。隔离开关功能(没有的灭弧装置）：隔离电压，保证高压电气装置检修工作的安全。与断路器配合完成“倒闸”操作。注：

不能接通或断开正常负荷电流，更不能断开短路电流，否则会发生“带负荷拉刀闸”事故。危险！熔断器功能：

金属熔件；短路，过负荷；

3～35kV小容量配电回路中，RN1型；

3～35kV电压互感器回路，RN2型。2.2.3高压测量电器

电流互感器

电压互感器电压互感器 功能：

将一次系统的高电压变成或的低电压；

与一次系统的高电压隔离，保证二次设备和工作人员的安全。电压互感器 特点：

工作原理与降压变压器相似；一次绕组匝数很多，二次绕组匝数少；

近于空载状态下运行。电压互感器 注意事项：

二次侧不允许短路；二次侧必须有一端接地；注意连接的极性。电流互感器 功能：

将一次系统的大电流变成5A或1A的小电流；

与一次系统的高电压隔离，保证二次设备和工作人员的安全。电流互感器 特点：

工作原理与升压变压器相似；一次绕组匝数很少，二次绕组匝数多；

近于短路状态下运行。电流互感器 注意事项：

二次侧不允许开路；二次侧必须有一端接地；注意连接的极性。避雷器功能：电气设备的防雷保护。原理：与被保护电气设备并联，放电电压低于被保护设备耐压值，有雷电波侵入时，首先对避雷器对地放电，从而保护设备。2.3发电厂及变电所

电气主接线2.3.2基本要求2.3.1概述2.3.3有母线接线2.3.4无母线接线2.3.1概述一次接线：将电气一次设备（与发、输、供、用电直接有关的电气设备）按一定顺序联接起来的电路图，常称为“主接线”。二次接线：

表明二次设备（为了保障电力装置的安全、经济运行及操作方便而装设的辅助设备）相互联接的电力接线图。2.3.1概述电气接线划分：发电厂电气主接线发电机出口发电厂升压站出线侧变电所电气主接线变电所一次进线二次电压出线电力网的电气接线

2.3.2基本要求1.可靠；2.灵活；3.经济；4.安全；5.便于发展与扩建。2.3.3有母线接线1.单母线接线2.双母线接线母线（“汇流排”）：

电源与线路之间的中间环节汇集和分配电能1.单母线接线

配电装置中只设一组母线。1.单母线接线

接通、切换负荷电流

断路器的作用

切断故障短路电流1.单母线接线

隔离开关的作用

隔离开关的配置

隔离电压，使停电设备和带电设备隔离，保证运行人员和设备工作的安全。1.单母线接线

断路器与隔离开关的操作程序：

先合隔离开关，后合断路器；先断开断路器，后断开隔离开关。1.单母线接线特点：

接线简单清晰；设备少，投资低；运行操作方便。可靠性、灵活性低，有全厂（全所）停电的可能。

单母线分段接线特点：

可母线并列运行，也可母线分段运行；母线故障时的停电范围缩小，可靠性高于单母线接线。分段开关单母线带旁路接线

旁路母线W2

正常运行时不带电

旁路断路器QF2

正常运行时断开

作用：

当某出线回路的断路器需要检修时，可利用旁路母线和旁路断路器，使该回路不中断供电。单母线带旁路接线

线路断路器检修时的操作（例图中L3线路断路器QF1）：合QF2两侧隔离开关合QF2

合QS3断QF1拉开QF1两侧隔离开关。单母线带旁路接线特点：

旁路断路器只能代替一台线路断路器运行。可靠行增强，