第2章 电力系统的接线

电力系统基础

（第二版）教学内容第一章电力系统基础第二章电力系统的接线第三章电力系统元件参数及等值电路第四章电力系统潮流计算第五章电力系统有功功率平衡与频率调整第六章电力系统无功功率平衡及电压调整第七章短路电流的计算与分析第八章电力系统的稳定性电力系统基础(第二版)第二章电力系统的接线第一节电气主接线第二节电力设备及其选择的一般原则第三节电力网接线及中性点接地方式第四节直流输电电力系统基础(第二版)一、主接线概念第二章电力系统的接线第一节电气主接线主接线是发电厂、变电站及电力系统输送电能的通路。主接线是由发电机、变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线、电缆等电气设备及连接线按照一定顺序的连接，用一定的文字和符号表示产生、汇集和分配电能的电路接线。二、主接线基本形式第二章电力系统的接线主接线的基本形式(连接方式)：

(a)有汇流母线的接线；

(b)无汇流母线的接线。电气主接线的基本环节:(a)电源(发电机或变压器)(b)母线

(c)出线(馈线)母线——理论上等电位点；实际上汇流排，完成电能的汇集和分配，即功率的汇总与分配点。(一)、有汇流母线的电气主接线第二章电力系统的接线1、单母线接线

QS1：母线隔离开关

QF1：母线断路器图2-1单母线接线G1QFQSQS1QF1GS2出线1G2QFQSQSQFQSQSQFQSQSQFQS母线

QS2：出线隔离开关注意：当隔离开关与断路器联合操作时，应遵循隔离开关“先通后断”，或在等电位的情况下操作的原则。第二章电力系统的接线单母线接线的优点：

(a)接线简单、清晰、操作方便；

(b)所用电气设备少，配电装置造价低；

(c)隔离开关仅作为隔离电源作用，不作为操作电器可减少误操作机会。单母线接线的缺点：可靠性、灵活性差；单母线接线的用处：只适用于可靠性、灵活性不高，小容量配电装置。第二章电力系统的接线利用装有继电保护的分段断路器QF1，将母线分为Ⅰ、Ⅱ两段。单母线接线的改进：图2-2单母线分段接线G1QFGSQSQFQSQ2QFQSQSQFQSQSQFQSQSQFQSⅠⅡQSQSQF1缺点：只有一半用户继续供电。第二章电力系统的接线利用加旁母线的接线方式，改善所有用户保持供电。单母线接线的改进：图2-3单母线带旁母线接线QFQFQS2QS5旁母母线QS6QS7QS1QF1QFQFQS4QS3QF2(a)平常QF2断开；QS3和QS4闭合的。工作过程：(b)当检修QF1时，先把QF2合上，若无问题在合上QS5然后断开QF1以及两侧隔离开关QS1和QS2。第二章电力系统的接线2、双母线接线利用一组断路器和三组组隔离开关分别连到两组母线上，两组主母线由母联断路器QF1连接。图2-4双母线接线第二章电力系统的接线优点：

(a)轮流检修主母线不中断供电；

(b)检修任一回路母线隔离开关时，只断开该回路；

(c)工作母线发生故障时，可将全部回路转换到备用母线上，以便迅速恢复供电。

(d)两组母线带有均衡负荷，当母联断路器投入并联运行时，相当于单母线分段接线的作用。

(e)任一回路运行中的断路器故障、拒绝动作或不允许操作时，可利用母联断路器代替之，以断开该回路而检修故障断路器。缺点：在倒闸操作过程中，隔离开关作为操作电器，易引起误操作。倒闸操作——当电气主接线从一种运行状态转换到另一种运行状态时，按照一定顺序对隔离开关和断路器进行接通或者断开的操作。倒闸操作的注意事项：隔离开关不能通断负荷电路（不能带负荷操作），没有灭弧能力；而断路器可以；倒闸操作原则：接通电路时先闭合隔离开关，后闭合断路器；切断电路时，先断开断路器，然后断开隔离开关。第二章电力系统的接线双母线接线的改进：带旁路母线的双母线接线。图2-5带旁路母线的双母线接线QSQSQFQSQFQFQSQFⅠⅡ旁母QF2QS1第二章电力系统的接线3、一个半断路器的接线有两组主母线，有三组断路器串接在两组母线之间，三组断路器控制着两条回路。图2-6一个半断路器接线特点：除联络断路器(QF2和QF5)同时故障外，其它任何故障或检修都能正常供电。应用于500kV超高压系统。(二)、无汇流母线的电气主接线第二章电力系统的接线1、桥形接线特点：使用断路器数量较少，一般采用断路器数等于或小于出线回路数，从而结构简单。图2-7桥形接线第二章电力系统的接线2、单元接线图2-8单元接线几个元件直接串联，其间没有横向联系的接线。优点：接线简单清晰、故障范围小、运行可靠灵活、设备元件少、配电装置布置简单。缺点：当单元中任一元件故障即可引起整个单元停止工作。第二章电力系统的接线3、角形接线没有集中的接线，相当于把单母线用断路器按电源和引出线数目分段，且连成环形的接线。图2-9角形接线(三)、主接线举例第二章电力系统的接线图2-10水电厂主接线图发电厂中采取的限流方法：第二章电力系统的接线(a)增大短路回路电抗值；(b)工作安装出线电抗器和母线分段电抗器；(c)采用分裂绕组变压器也可有效地限制短路电流。在大容量发电厂和变电所中，短路电流有时可能达到很大数值。因此设计主接线时还应采取措施限制短路电流。一、电力设备选择的一般原则第二章电力系统的接线第二节电气设备及其选择的一般原则(1)绝缘安全可靠，高压电器设备的绝缘能力既要能承受工频最高工作电压的长期作用，也要能承受内部过电压和外部过电压的短时作用；(2)具有一定的过负荷能力；(3)正常工作电流通过时，能正常工作，正常运行时发热不得超过允许温度；(4)具有足够的动稳定性和热稳定性，即能承受短路电流电动力效应和热效应不损坏；(5)工作性能可靠、结构简单、成本低廉。电力线路架空线：导线、避雷器、杆塔、绝缘子、金具电缆线：导线、绝缘层、保护层第二章电力系统的接线二、母线、导线、杆塔、绝缘子和金具第二章电力系统的接线1、裸露母线发电厂、变电所中各级电压配电装置的母线各种电器之间的连接线发电机、变压器等电力设备与相应配电装置母线之间的连接线母线母线作用：

连接各种电力设备、汇集分配和传送电能。母线第二章电力系统的接线母线材质：

一般采用铝材，铜材(工作电流大、严重腐蚀)母线形状：

采用矩形、双槽形、圆管形图2-11母线截面形状第二章电力系统的接线图2-12绝缘子外形图线路绝缘子可分为如下几种：导线要求：导电好、机械强度大、抗腐蚀能力强铝—L—常用，机械强度不够，钢芯铝线材料钢—G—导电性差，做避雷线铜—T—最好，但贵铝合金—HL第二章电力系统的接线结构多股线绞合—J排列：1、6、12、18普通型：LGJ铝/钢比5.6—6.0加强型：LGJJ铝/钢比4.3—4.4轻型：LGJQ铝/钢比8.0—8.1LGJ-400/50—数字表示截面积扩径导线—K扩大直径，不增加截面积LGJK-300相当于LGJQ-400和普通钢芯相区别，支撑层6股分裂导线——每相分成若干根，相互之间保持一定距离400-500mm,防电晕，减小了电抗，电容增大第二章电力系统的接线结构木塔——已不用杆塔钢筋混凝土塔—单杆、型杆铁塔—用于跨越，超高压输电、耐张、转角、 换位。独根钢管—城市供电作用分直线杆塔—线路走向直线处，只承受导线自重耐张杆塔—承受对导线的拉紧力转向杆塔—用于线路转弯处换位杆塔—减少三相参数的不平衡跨越杆塔—跨越宽度大时，塔高：100—200米终端杆塔—只承受一侧的耐张力，导线首末端第二章电力系统的接线绝缘子和金具绝缘子要求：足够的电气与机械强度、抗腐蚀材料：瓷质与玻璃质元件类型：针式（35KV以下），悬式（35KV以上）片树：35KV，110KV，220KV，330KV，500KV 37131924金具作用：连接导线和绝缘子线夹：悬重、耐张导线接续：接续、联结保护金具：护线条、预绞线、防震锤、阻尼线绝缘保护：悬重锤第二章电力系统的接线三、高压断路器第二章电力系统的接线高压开关设备中最重要最复杂的开关电器，既能切断正常负荷电流，又能迅速切除短路故障电流同时承担着控制和保护的双重任务。机械式断路器：一般是用触头的位移来开通电路电流的，而在开断过程中当两触头间电压高于10-20V，通过期间的电流大于80-200mA时，就会在动、静触头之间产生电弧。根据灭弧介质不同，断路器可分为油断路器、空气断路器、六氟化硫断路器、真空断路器等。第二章电力系统的接线类型优点缺点多油断路器结构简单、工艺要求低、使用可靠、气候适应性强体积大、消耗油量和钢材多，增加火灾和爆炸的危险性空气断路器灭弧能力强、能快速动作、防火防爆、低温下能可靠动作、体积小、维护检修方便结构复杂、工艺要求高、需配套一个压缩空气辅助设备六氟化硫断路器切断能力大、动作迅速、防火防爆结构复杂、工艺要求高、对环境有影响真空断路器灭火速度快、出头材料不易老化、体积小、无噪声、无爆炸可能性各类断路器的优、缺点第二章电力系统的接线图2-1335kV多油断路器的单相结构图第二章电力系统的接线图2-14SW6-110GA型少油断路器外形图四、隔离开关第二章电力系统的接线一种没有灭弧装置的开关电器，在分闸时有明显可见断口，在合闸状态恩能够可靠地通过正常工作电流和短路电流。特点：在有电压无负荷电流情况下，用于分、合电路。主要作用：(1)分闸后建立可靠地绝缘间隙，使需要检修的线路或电力设备与电源隔开，有明显可见的断开点，以保证检修人员及设备的安全；(2)在断口两端接近等电位的条件下，可进行合闸、分闸、倒换双母线或者改变不长并联线路的接线方式。第二章电力系统的接线图2-15隔离开关外形图一、电力网几种典型接线方式的特点第二章电力系统的接线第三节电力网接线及中性点接地方式(a)无备用接线图2-16无备用接线放射式干线式链式第二章电力系统的接线(b)有备用接线图2-17有备用接线二、电力系统中性点的运行方式第二章电力系统的接线中性点是指星形连接线的变压器或发电机的公共点。中性点接地与否，对系统的绝缘水平、保护整定、通信干扰、电压等级、系统接线等有影响。中性点的运行方式：(a)直接接地(b)不直接接地中性点接地的影响短路电流大小绝缘水平供电可靠性接地保护方式对通信的干扰系统接地方式中性点接地方式直接接地—大电流系统 110kv及以上不直接接地—小电流系统 110kv以下小电流系统不接地经消弧线圈接地经电阻接地第二章电力系统的接线1、中性点直接接地系统一相接地的特点故障相电流大故障相及中性点对地电压为零非故障相对地电压仍为相电压与故障相相关的线电压降为相电压第二章电力系统的接线2、中性点不接地系统一相接地的特点故障电流小中性点对地电压升高为相电压非故障相对地电压升为线电压三相线电压仍对称第二章电力系统的接线图2-18中性点不接地时的一相接地3、中性点经消弧线圈接地系统一相接地的特点装设的目的：熄灭接地电流产生的电弧装设原则补偿方式3~6kv电网：30A10kv电网：20A35~66kv电网：10A过补（Ip>Ic），一般采用这种方式欠补（Ip<Ic）全补（Ip=Ic），不允许，容易谐振第二章电力系统的接线图2-19中性点经消弧线圈接地时的一相接地消弧线圈

直流输电是将发电厂发出的三相交流电用整流器变换成直流电，经直流线路送至受端，在经逆变器变换成三相交流电后送往用户。第二章电力系统的接线第四节直流输电图2-20直流输电系统图输电方式——交流、直流、特·高压、灵活交流经济方便、电压可变化超过100km时会发生稳定问题1、以交流为主国内最高750kv，加拿大735kv----1200km塔高：500kv---80m;220kv---60m;110kv---45mACSystemACSystem第二章电力系统的接线不会出现稳定问题，适合长距离输300—400km2、直流输电塔高：+250kv---35m需交---直流变换装置，成本高事故时电流小线路高度低，占地面积小待研究—直流多端供电技术第二章电力系统的接线HVDC与HVAC的比较当输送相同功率时，直流线路造价低，架空线路杆塔结构较简单，线路走廊窄，同绝缘水平的电缆可以运行于较高的电压；直流输电的功率和能量损耗小；对通信干扰小；线路稳态运行时没有电容电流，没有电抗压降,沿线电压分布较平稳,线路本身无需无功补偿；直流输电线联系的两端交流系统不需要同步运行，因此可用以实现不同频率或相同频率交流系统之间的非同步联系；第二章电力系统的接线HVDC与HVAC的比较(续）直流输电线本身不存在交流输电固有的稳定问题，输送距离和功率也不受电力系统同步运行稳定性的限制；由直流输电线互相联系的交流系统各自的短路容量不会因互联而显著增大；直流输电线的功率和电流的调节控制比较容易并且迅速，可以实现各种调节、控制。如果交、直流并列运行，有助于提高交流系统的稳定性和改善整个系统的运行特性。第二章电力系统的接线HVDC与HVAC的比较(续）交直流输电的等价距离第二章电力系统的接线HVDC与HVAC的比较(续）由于HVDC的线路造价较低，而变电站设备较HVAC昂贵，在某一输电距离下，交、直流两种输电方式的造价费用相等，这一距离成为等价距离。概括的说，从经济性考虑，当输电距离超过等价距离时，采用直流有利；输电距离小于等价距离时，采用交流有利。根据国外经验，架空线路的等价距离大约为500~800km。电缆线路的等价距离大约为30~50km。第二章电力系统的接线3、灵活交流输电FACTS-FlexibleACTransmissionSystemsFACTS:指装有电力电子型或其他静止型控制器以实现对电力系统电压、参数(如线路阻抗)、相位角、功率潮流的连续调节控制，从而大幅度提高输电线路输送能力和提高电力系统稳定水平，降低输电损耗。FACTS装置：指FACTS家族中具体的成员，指用于提供一个或多个控制交流输电系统参数的电力电子系统或其他静止设备第二章电力系统的接线不易发生与雷击和雪害等自然灾害有关故障成本高5、地下输电出故障难找散热差、允许电流受限制1000~1500kv(交流)；+600kv以上(直流)1000万KW4、UHV交流输电须解决：电晕噪音、线间绝缘强度、输 电线用避雷器、绝缘子耐污塔高：80m---144m用500kv需双回线7回用1000kv需双回线1回UltraHighVoltage第二章电力系统的接线一、直流输电的优点第二章电力系统的接线(1)导线电流密度相同的情况下，输送同样的功率三相交流输电需三根导线，而直流输电仅需两个导线。(2)交流输电的主要问题之一是稳定性问题，直流输电不存在稳定性问题，与交流输电线路并列运行时还能提供交流系统的稳定性。(3)直流输电传输的功率容易调节，而且调节速度快。直流输电的缺点第二章电力系统的接线换流站的投资大，当输电距离足够长，直流线路的节约抵消了换流站的价格，换流站增加的这都分投资可因线路投资小而得到补偿时，直流电输电的增量价格才低于交流输电。图2-21交、直流输电距离与费用的关系曲线图线路长度总费用换流站变电所等值距离交流线路直流线路交流电缆直流电缆直流输电的用处：第二章电力系统的接线(1)