電力系統工程基礎

1、第三章第三章 輸變電系統輸變電系統v一概述v二、輸變電設備v三、電氣一次接線v四、配電裝置v五、保護接地及接零v六、高壓直流輸電第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述圖3-1 220/110/10kV地區(qū)變電所主接線圖W母線；T1，T2變壓器；QF斷路器；L電抗器；WL饋電線；CS同步調相機；TV電壓互感器；TA電流互感器v 輸變電設備包括u變換電壓的設備：如變壓器。u接通和開斷電路的開關電器：如斷路器，隔離開關，熔斷器等。u防御過電壓，限制故障電流的電器：如避雷器、避雷針、避雷線、電抗器。u無功補償設備：如電力電容器，同步調相機，靜止補償器。u載流導體：如母線，引線，電纜，架空線。u接地裝置；如變壓器中性

2、點接地、設備外殼接地、防雷接地等。v 電氣主接線 發(fā)電廠和變電所中的一次設備，按照一定規(guī)律連接而成的電路，也稱電氣一次接線或一次系統。第二節(jié)第二節(jié) 輸變電設備輸變電設備v 輸電線路v 開關電器u高壓斷路器的基本參數額定開斷電流INbr、全開斷時間tab、合閘時間ton額定動穩(wěn)定電流（峰值）ies、熱穩(wěn)定電流It、自動重合閘性能v 電流互感器u運行特點：二次繞組不能開路u二次接線：單相接線；星形接線；不完全星形接線v 電壓互感器u運行特點：二次繞組不能短路u接線方式：A BCAK2K1L1L2A BCAAAA BCAwhIaIcIb圖3-9 電流互感器與測量儀表接線圖(a)單相接線；(b)星行接

3、線；(c)不完全星行接線20kV3kV(c)35kV220kV3kV110kV(b)(a)(d)220kV3kV圖3-10 電壓互感器接線圖(a)一臺電壓互感器接相電壓；(b)一臺電壓互感器接線電壓；(c)不完全星行接線；(d)三臺單相三繞組或三相五柱式電壓互感器接線rdF1LTVZ2lC1C2至通信設備CU1UC2U3U2圖3-11 電容式電壓互感器原理接線圖第三節(jié)第三節(jié) 電氣一次接線電氣一次接線v一、電力系統接線和輸變電網絡接線v二、電氣主接線的基本接線形式v三、發(fā)電廠及變電所的電氣主接線舉例一、電力系統接線和輸變電網絡接線一、電力系統接線和輸變電網絡接線v 電力系統接線u地理接線圖：表明

4、各發(fā)電廠、變電所的相對地理位置和它們之間的聯接關系u電氣接線圖：表明電力系統中各主要元部件之間和廠所之間的電氣聯接關系v 輸變電網絡接線u無備用：單回路放射式、干線式和鏈式網絡等，每一負荷只能靠一條線路獲得電能，又稱開式網絡。u有備用：雙回路式、單環(huán)式、雙環(huán)式和兩端供電式等，每一個負荷點至少可以通過兩條線路從不同方向取得電能，又稱閉式網絡。二、電氣主接線的基本接線形式二、電氣主接線的基本接線形式v有匯流母線：單母線、單母線分段，雙母線，雙母線分段；增設旁路母線或旁路隔離開關，一倍半斷路器接線，變壓器母線組接線等。v無匯流母線：單元接線、橋形接線、角形接線等。 v幾個基本概念：u匯流母線：起匯集

5、和分配電能的作用，也稱匯流排。u進、出線：進線指電源，出線指線路。u斷路器、隔離開關（母線、線路）、接地刀閘：v斷路器與隔離開關的操作順序：u送電操作順序：先合上斷路器兩側的隔離開關，再投入斷路器。u停電檢修操作順序：先斷開斷路器，再斷開斷路器兩側的隔離開關。待線路對方仃電后，再合上接地刀閘。QSQF1. 單母線接線u接線圖WQFQSQSWL4QFQSQSWL3QFQSQSWL2QFQSGQF1QS1GQF2QS3QS2WL1QS4有匯流母線接線有匯流母線接線特點：簡單、清晰、設備少。當母線故障或檢修或母線隔離開關檢修時，整個系數全部停電。斷路器檢修期間也必須停止該回路的供電。適用范圍：單電源

6、的發(fā)電廠和變電所，且出線回路數少，用戶對供電可靠性要求不高的場合。2. 單母線分段接線u接線圖特點：減少母線故障或檢修時的停電范圍。斷路器檢修期間必須停止該回路的供電。母線分段的數目，通常以23分段為宜，分段太多增加了分段斷路器。適用范圍：610kV配電裝置出線6回及以上；35kV出線數為48回；110220kV出線數為34回。QF1分段斷路器GWL1WL2WL3WL4Gu旁路母線的作用不停電檢修進出線斷路器。u操作方式（檢修QF4，且WL4不停電）如A、B段經QF1和QS1、QS2并列運行，則閉合QS5斷開QF1斷開QS1閉合QS3閉合QF1使W3帶電（不要首先閉合QS8）。此時若W3隱含故

7、障，則由繼電保護裝置動作斷開QF1。若W3充電正常，操作可以繼續(xù)進行：合上QS8斷開QF4。這時WL4由母 線 B Q S2 Q F1 Q S3 W3QS8 WL4供電。并由QF1替代斷路器QF4。QF4檢修前，應把QS6、QS7斷開。u適用范圍中小型發(fā)電廠和35110kV的變電所。GGWL1WL4WL3WL2QS7QS6QF4WABQS8W3QS2QS4QS5QF1QS1QS3(分段斷路器QF1兼旁母斷路器 )3. 單母線分段加裝旁路母線接線u接線圖4. 雙母線接線u接線圖 具有兩組母線W1，W2。每一回路經一臺斷路器和兩組隔離開關分別與兩組母線連接，母線之間通過母線聯絡斷路器QF（簡稱母聯

8、）連接。u運行方式母聯QF斷開，一組母線工作，另一組母線備用，全部進出線接于運行母線上。母聯QF斷開，進出線分別接于兩組母線，兩組母線分裂運行。母聯QF閉合，電源和饋線平均分配在兩組母線上。u優(yōu)點檢修一組母線，可使回路供電不中斷；一組母線故障，部分進出線會暫時停電。供電可靠，調度靈活，又便于擴建。QFQS2QS1W1W2電源1電源2u雙母線接線的倒母線操作閉合母聯兩側的隔離開關QS1，QS2，合QF向備用母線充電；若備用母線帶電后一切正常，下一步則先接通（一條或全部）回路接于備用母線側的隔離開關，然后斷開（該條或全部）回路接于工作母線上的隔離開關，這就是所謂的“先通后斷”的原則；待全部回路操作

9、完成后，斷開母聯斷路器及其兩側的隔離開關。u適用范圍大中型發(fā)電廠和變電所。QFQS2QS1W1W2電源1電源25. 雙母線分段接線u接線圖u特點工作母線分成2段，即母線II，III段，備用母線I不分段，QF1，QF2為母聯，QF3為分段斷路器。正常工作時，II，III段工作，I段備用，在分段回路中可接入分段電抗器L，當任一分段故障時，L限制相鄰段供給的短路電流。u適用范圍610kV配電裝置中；220kV電壓進出線回路數甚多時，也采用雙母線四分段的接線。電源2I電源1QF1QF2QF3 LQS4W36. 雙母線帶旁路母線接線u接線圖u母聯兼作旁路斷路器一組母線帶旁路兩組母線帶旁路增設旁路跨條QF

10、W3W2W1QF1QF2W1W2QF4電源1電源27. 一臺半斷路器接線u接線圖 在母線W1，W2之間，每串接有三臺斷路器，兩條回路，每二臺斷路器之間引出一回線，故稱為一臺半斷路器接線，又稱二分之三接線。u特點具有較高的供電可靠性及運行靈活性。母線故障，只跳開與此母線相連的斷路器，任何回路不停電。隔離開關不作操作電器，減少了誤操作的幾率。使用設備較多，投資較大，二次控制接線和繼電保護配置也比較復雜。W1W2QFQSQSQSQSQFQFQSQSQS1QS1u適用范圍大型電廠和變電所的超高壓配電裝置。B. 擴大單元接線TGLTGGTGTTGGTGG無匯流母線接線無匯流母線接線1. 單元接線及擴大單

11、元接線u接線圖 A. 單元接線u內橋與外橋接線的比較LT1QF1LT2QF2QF3QS2QS1內橋LQF1T1QF3QS2QS1外橋LQF2T2穿越功率u適用范圍: 用 于 小 型 發(fā)電廠和變電所，也可作為過渡性的接線。2. 橋形接線u接線圖3. 角形接線u接線圖三、發(fā)電廠及變電所的電氣主接線舉例三、發(fā)電廠及變電所的電氣主接線舉例v 發(fā)電廠主接線發(fā)電廠主接線u區(qū)域性電廠： 指坑口電廠和遠離城市的大型水火電廠。這類電廠一般規(guī)模較大，設備年利用小時數高，生產的電能主要以升高電壓送入電力系統，通常不設發(fā)電機電壓母線。 圖3-24 大型火電廠電氣主接線圖u地方性電廠： 主要是熱電廠和中小型電廠。大量電

12、能以發(fā)電機電壓饋送給地方用戶，剩余功率以升高電壓送入系統，設發(fā)電機電壓母線。圖3-25 熱電廠主接線圖u 變電所主接線:第四節(jié)第四節(jié) 配電裝置配電裝置v一、概述 v二、配電裝置的安全凈距 v三、屋內配電裝置 v四、屋外配電裝置 v五、成套配電裝置 一、概述一、概述 配電裝置是根據電氣主接線的要求，由開關電器、保護和測量電器、母線和必要的輔助設備組建而成，用于接受和分配電能的裝置，它是發(fā)電廠和變電站的重要組成部分。 配電裝置按電器設備裝設地點不同，可分為屋內和屋外配電裝置。按其組裝方式，可分為裝配式和成套式 。二、配電裝置的安全凈距二、配電裝置的安全凈距 在配電裝置中，各種間距距離的確定應考慮電

13、壓等級的不同，對于敞露在空氣中的配電裝置，最基本的是確定帶電部分與接地部分之間和不同相帶電部分之間的空間最小安全凈距，即A1和A2值。 A值應保證無論在正常最高工作電壓或出現內外過電壓時都不致使相應空氣間隙擊穿。凈距B，C，D，E，是在A值基礎上，再考慮一些其它因素決定的。 三、屋內配電裝置三、屋內配電裝置 在發(fā)電廠和變電站中，屋內配電裝置按其布置的型式，一般可分為三層式、二層式和單層式。 三層式三層式是將同一回路的電氣設備按接線順序和電氣設備輕重分別布置于三層中。 二層式二層式有裝配式和裝配成套混合式。三層式和二層式均用于出線有電抗器的情況。 單層式單層式適用于出線無電抗器的情況。四、屋外配

14、電裝置四、屋外配電裝置 對具有匯流母線的接線形式，根據電器和母線布置的高度，屋外配電裝置可分為中型、半高型和高型中型、半高型和高型。 中型配電裝置中型配電裝置的所有電器都安裝在同一水平面，并裝在一定高度的基礎上，中型配電裝置母線所在的水平面稍高于電器所在的水平面，母線下方除布置母線隔離開關外，不布置其它電器。 高型和半高型配電裝置的母線和電器分別裝在幾個不同高度的水平面，并重疊布置。凡將一組母線與另一組母線重疊布置的稱為高型配電裝置。如果僅將母線與斷路器、電流互感器等重疊布置，則稱為半高型配電裝置。五、成套配電裝置五、成套配電裝置 成套配電裝置是在制造廠內將同一回路的開關電器、測量儀表和保護電

15、器等組裝而成。1低壓成套配電裝置 有固定式配電屏BSL系列（雙面維護）、BDL系列（單面維護）和BFC系列低壓成套開關柜（也稱抽屜式開關柜）。2高壓開關柜（1）手車式高壓開關柜，用于單母線結構。（2）固定式高壓開關柜有雙母線和單母線兩種結構。第五節(jié)第五節(jié) 保護接地及接零保護接地及接零v一、保護接地的作用v二、保護接地裝置電阻的允許值v三、發(fā)電廠和變電所接地裝置v四、保護接地和保護接零u 觸電方式與帶電部分直接接觸；接地故障時，人處于接觸電壓和跨步電壓的危險區(qū)；與帶電部分間隔在安全距離之內。一、保護接地的作用一、保護接地的作用u 保護接地：將電氣設備金屬外殼、金屬構件或互感器的二次側等接地，防備

16、由于絕緣損壞而使外殼帶危險電壓后，以保護工作人員在接觸時的安全。ZREImanUIEEtmanEEmanRRRRII圖3-27 不接地系統保護接地作用的示意圖二、保護接地裝置電阻的允許值二、保護接地裝置電阻的允許值v 接觸電壓和跨步電壓：u接地電壓： 電氣設備的接地體與零電位之間的 電位差UE。u接觸電壓： 當人觸及帶電的外殼，加于人手和腳之間的電壓。u跨步電壓： 當人在分布電位區(qū)域內跨開一步，兩腳間（相距0.8米）所受到的電壓。EEtouAU1.8mE=f(L)UE0.8uU1U20.81520米1520米等位面地中電流EstepE=f(L)接地體LL圖3-28 接地電流的散 流場和地中電位

17、分布v 保護接地裝置電阻的允許值保護接地裝置電阻的允許值u大電流接地系統： 單相接地時接地網電壓不能超過2000V，故 RE2000/I。當I4000A時， 可取 RE0.5。u小接地電流系統： 接地裝置僅用于高壓設備時，接地電壓不得超過250V，即 RE250/I。 接地裝置為高低壓設備共用時，接地電壓不超過120V，即 RE120/I。 一般接地電阻應不超過10； 1000V以下電網中接地電阻最好不超過4。三、發(fā)電廠和變電所接地裝置三、發(fā)電廠和變電所接地裝置四、保護接地和保護接零四、保護接地和保護接零u ITIT接地方式接地方式ABC0ZIE REUEZRUIZRRUUEEEEE33;33

18、u字母I為電源中性點不接地或經高阻抗接地，T為設備的金屬外殼接地。u其實質是通過降低接地電阻RE，限制故障設備外殼的接地電壓UE的值，近似計算可得：u通常REZ，當RE10 時，接地電壓可限值在安全范圍內。u TT接地方式接地方式u字母T T分別表示電源中性點和設備的金屬外殼接地。uT T接地方式普遍用于高壓系統中。但對有較大容量電器的低壓系統則不妥。因為：u若相電壓U = 220V，r0 = RE = 4 ，接地電流 IE = 27.5A，電壓U0 = UE = 110V，接地電流不大。u對較大容量的電器設備，接地電流可能小于負荷電流，當發(fā)生金屬外殼接地時，由于保護整定值較大，熔斷器或保護裝

19、置是不能正確選擇動作的。對地電壓將長期存在，對人身不安全。ABC0r0REIEEEEEERrUIRrRUU00;u TN接地方式接地方式保護接零保護接零u字母T表示電源中性點接地，N表示零線，PE表示保護線。uTN接地方式分為三類： 1. TNS方式方式：字母S表示N與PE分開，設備金屬外殼與PE相連接，設備中性點與N連接，即采用五線制供電。優(yōu)點是PE中沒有電流，故設備金屬外殼對地電位為零。主要用于數據處理，精密檢測，高層建筑的供電系統。ABCNPER02. TNC方式方式：字母C表示N與PE合并成為PEN，實際上是四線制供電方式。設備中性點和金屬外殼都與N連接。正常時三相不平衡電流 和 諧

20、波 電 流 流 過PEN，故設備金屬外殼正常對地帶有一定電壓。通常用于一般供電場所。ABCPENR03. TNCS方式方式：一部分N與PE合并成PEN，一部分N與PE分開，是四線半制供電方式。當N與PE分開后不允許再合并。應用于環(huán)境較差的場所。ABCNPER0PENuTNTN接地方式的特點：接地方式的特點：若設備發(fā)生碰殼故障，就形成火線、金屬外殼和N或PE的一個金屬閉合回路，短路電流較大，能使保護裝置迅速將故障切除。零線上不允許安裝保護裝置和熔斷器，零線應多重接地。在同一臺變壓器供電的電網中，是不允許TT和TN方式混用。第六節(jié)第六節(jié) 高壓直流輸電高壓直流輸電v一、直流輸電技術的發(fā)展和兩端直流輸

21、電系統 v二、交直流輸電方式的比較及直流輸電的應用范圍 v三、高壓直流輸電系統的主要電器設備 一、直流輸電技術的發(fā)展和兩端直流輸電系統一、直流輸電技術的發(fā)展和兩端直流輸電系統 直流輸電系統按照與交流電力系統連接的節(jié)點數量不同，可劃分為兩端和多端直流輸電兩類。 兩端直流輸電系統由整流站，直流輸電線路和逆變站三部分組成，如圖3-31所示。 整流器逆變器換流變壓器2換流變壓器1+交流電力系統I換流站I(整流站)換流站II(逆變站)直流線路 直流輸電系統 交流電力系統II圖圖3-31 3-31 直流輸電系統接線示意圖直流輸電系統接線示意圖 兩端直流輸電系統的構成可分為單極、雙極和無直流輸電線路三類。無直流輸電線路即為兩側換流器背靠背裝設在一起的非同步聯絡站，或稱變頻站。1單極系統單極系統 直流單極系統中，輸電線路只用一根導線。一般采用正極接地，負極線路運行，又稱一線一地制。接地正極以大地和海水作回流線路。 2雙極系統雙極系統 雙極系統可看作兩個單極系統疊加而成，其接線分為：兩端中性點接地方式，一端中性點接地方式和中性線