4发电厂和变电所的一次系统.ppt
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1、第3章 发电厂和变电所的一次系统 电气主接线 高压电器 低压电器 互感器 保护接地,第1节 电气主接线 概述 主接线的基本形式 单母线接线 双母线接线 无母线接线 各类发电厂和变电所主接线的特点,一、概述 电气主接线:又称为一次接线,是由各种开关电器、变压器、互感器、线路、电抗器、母线等按一定顺序连接而成的接受、变换和分配电能的总电路。 电气主接线图:将电路中的各种电气设备按行业标准规定的图形符号和文字符号绘制而成的电气连接图。(单线图、三线图) 电气主接线的组成 电源线、引出线、母线 电气主接线的要求: 可靠性;灵活性;简单明了、运行方便;经济性;扩建性,二、主接线的基本形式 (一)单母线接
2、线 只有一组母线的接线称为单母线接线。 1.典型单母线接线,特点:电源和供电线路都连接在同一条母线上。 倒闸操作(检修QF):断开QF断开QSL断开QSW 优点:简单、清晰、采用设备少、投资少、操作方便、易于扩建。 缺点:检修QSW时或明显故障时,整个母线停电;检修QF时,整个出线停电。,2.单母线分段接线 把单母线分成两段,并在两段之间装设能够分段运行的开关电器,称为单母线分段接线。 运行方式: 分段运行:正常情况下分段开关是打开的。 并列运行:正常情况下分段开关是闭合的。,优点:任一母线故障不会全部停电,两端母线可分别进行检修。 缺点:可靠性较差(为什么?)。 应用范围:中小型发电厂以及出
3、线数目较少的35110kV级的变电所。,3.单母线带旁路母线接线,为解决单母线分段接线出线断路器检修时的停电问题,可采用单母线加旁路母线接线。,优点:供电可靠性高,检修出线断路器时,不需停电。,缺点:需增加较多设备,操作复杂。,应用范围:110kV及以上高压配电装置中。,(二)双母线接线 工作母线、备用母线、母联断路器。 1.双母线接线的工作状态 (1)只有一组母线工作,分为工作母线和备用母线,同单母线分段相比,停电范围扩大,但是持续性增强; (2)两组母线同时工作,互为,备用,相当于单母线分段。与单母线分段相比,停电范围相同,供电持续性增强。,2.两组母线的优点 轮流检修母线不致停电; 检修
4、母线QS时,只断开该回路; 工作母线故障,可将所有回路转移到备用母线,从而恢复供电; 检修任意回路断路器,不使该回路长期停电; 当个别回路要单独实验时,可将该回路单独接在备用母线。,3.检修工作母线 当检修工作母线时,要将所有的电源和线路换接到备用母线上。 倒闸操作: 闭合QFC两侧QS及QFC备用母线充电(若备用母线故障,QFC跳闸)闭合与备用母线相连的QS断开与工作母线相连QS断开QFC断开QFC两侧QS 4.检修出线QF 闭合QFC检验W2断开QFC断开QF2断开QS1、QS3拆下QF2用跨条代替QF2闭合QS2、QS3闭合QFC,5.双母线接线的缺点 接线复杂,容易出现误操作; 当工作
5、母线故障时及检修出线QF时,仍要短时停电; 母线隔离开关数目较单母线大为增加,从而增大占地面积,增加投资。 6.双母线接线的改进措施 为防止工作母线故障时全部停电,可以采用双母线同时带电运行(按单母线分段)的方式; 采用双母线分段接线运行方式; 为避免在检修线路断路器时造成短时停电,可以采用双母线带旁路接线。 改进后仍存在当一组母线故障或检修时将使一半的回路供电中断的缺点。此外,倒闸操作易出现误操作。,双母线1,7.双母线接线的变形 双母线双断路器接线方式,特点:双母线同时运行,每回路装有两台断路器。 优点:任一组母线或断路器出现故障或进行检修都不会停电,隔离开关不作为操作电器使用。 缺点:断
6、路器数量多,成本高,占地面积大。,3/2(一倍半)接线方式 在两组母线间,装有三个断路器,但可以引出两个回路。 优点:具有很高的可靠性和灵活性 任一母线甚至两母线故障、检修均不会造成停电; 检修任一断路器不会造成停电; 隔离开关不作为操作电器。 缺点:需要断路器数目较多,继电保护较复杂,电源线和出线数量最好相等。,应用范围:我国330750kV的超高压变电所。,(三)无母线接线 1.桥形接线 当电路内只有两台变压器和两条输电线时,可采用桥形接线,分为内桥接线和外桥接线。,a)内桥 b)外桥,内桥接线:桥断路器在线路断路器之内。 内桥适用于电源进线线路较长而变压器又不需要经常切换的场所。 外桥接
7、线:桥断路器在线路断路器之外。 外桥适用于电源进线线路较短而变压器需要经常切换的场所。 应用范围:35110kV配电装置,2.多角形接线 多角形接线是将电路连接闭合成环形,并按回路用断路器分隔,断路器数等于回路数。 优点:运行可靠、灵活性高、较经济,检修任一断路器不需要切除线路或变压器; 隔离开关不作为操作电器使用; 任何单元退出、投入都很方便,不会影响其他单元的工作。,缺点: 检修任意断路器都要开环运行,影响可靠性,不适用于回路数较多的情况,以三、四角居多; 开环、闭环两种情况下潮流变化差别较大,使设备选择困难、继电保护整定困难; 扩建不太方便。,应用范围:能够发展为一倍半接线或双母线接线,
8、可作为超高压、大容量的枢纽变电所的初期接线方式。,3.单元及扩大单元接线 几个元件直接串联连接,其间无任何横的联系,这样不仅减少了电器的数目,简化了配电装置的结构,降低造价,同时也减小了故障率。,发电机变压器单元接线 发电机和变压器成为一个单元组,电能经升压后,送入电网,变压器与发电机的容量相等。 缺点:元件之一损坏和检修时,整个单元将被迫停止工作。 应用范围:没有或者很少发电机电压负荷的大型发电厂。,a)发电机双绕组变压器单元接线 b)发电机三绕组变压器单元接线,扩大单元接线 为减少变压器的台数和高压侧断路器的数目,以及节省配电装置的占地面积,可将两台发电机和一台变压器组成扩大单元接线。,缺
9、点:运行灵活性较差。 检修主变压器时,将使两台机组停止运转; 当一台机组运转时,变压器处于轻负荷状态,效率低,损耗大。 应用范围:用于水力发电厂,以减少土石方的开挖量。,三、各类发电厂和变电所主接线的特点 (一)火力发电厂 1.地方性火力发电厂 地方性火力发电厂位于负荷中心,大部分电能用10kV配电线路送给用户,剩余电能升到110kV后送入电网,如热电厂。 特点: 发电机电压负荷比例较大,出线较多,故采用有母线或母线分段接线; 分段母线间及出线均安装限流电抗器限制短路电流,以选用轻型断路器; 高压侧可采用双母线、双母线带旁路、单母线分段、多角形或桥形接线。,2.区域性火力发电厂或核电厂 其生产
10、电能主要依靠升压后送入电网,发电机电压负荷很少,地位很重要。 高压侧均采用双母线接线或一倍半断路器接线,若回路较少可采用多角形接线; 发电机电压侧负荷很少,一般采用单元接线或扩大单元接线。 (二)水力发电厂 发电机电压侧多采用单元接线或扩大单元接线,有少量地区负荷,也可采用单母线或单母线分段接线; 一般不考虑扩建,但要求配电装置布置紧凑; 在高压侧,当出线数目不多时,采用多角形接线等无母线接线,若出线数目较多,可采用单母线分段、双母线或者3/2接线。,区域火力发电厂,大型水火力发电厂,(三)降压变电所 1.区域变电所 电压等级:一次为750、500、330、220kV,二次为220、110、3
11、5kV; 高压侧根据出线多少或重要程度采用双母线、多角形或一倍半断路器接线,重要枢纽变电所多采用一倍半断路器接线或双母线四分段等方式; 低压侧多采用双母线带旁路、单母线分段以及无母线接线等接线方式。 2.地方变电所 电压等级:一次为110、35、10kV,二次为10KV及以下; 高压侧当线路较少时可采用桥形、多角形等简化接线方式;当线路较多时,可采用双母线接线或者单母线分段; 低压侧一般采用单母线分段或双母线等接线形式。,区域性变电所,某工厂35kV总降压变电所的主接线图,四、变电所主接线设计原则与实例,1.总降压变电所主接线设计原则,一次侧无母线、二次侧采用单母线接线:适用于只有一回电源进线
12、和一台变压器的总降压变电所,该接线可靠性不高,只能用于三类负荷。,一次侧采用内桥或外桥接线、二次侧采用单母线分段接线:适用于具有两回电源进线和两台变压器的总降压变电所,可用于一、二类负荷。,一、二次侧均采用单母线分段接线:适用于具有两回及以上电源进线或一、二次侧进出线较多的总降压变电所,可用于一、二类负荷。,一、二次侧均采用双母线接线:适用于负荷容量大,进、出线回路多的发电厂或区域变电所。,2.车间和小型工厂变电所主接线的选择原则,采用线路变压器单元接线:适用于只有一台配电变压器的车间变电所,但供电可靠性不高,只能用于小容量的三类负荷。 高压侧无母线、低压侧采用单母线分段接线:适用于装有两台配
13、电变压器的变电所,供电可靠性较高,可供一、二类负荷或用电量较大的车间变电所。,高压侧采用单母线接线、低压侧采用单母线分段接线:适用于装有两台及其以上配电变压器或具有多回高压出线的变电所。供电可靠性较高,可供二、三类负荷,当与其他变电所之间有高压或低压联络线时,可供一、二类负荷。,高、低压侧均采用单母线分段接线:适用于装有两台配电变压器的变电所。供电可靠性相当高,可供一、二类负荷。,某丝绸炼染厂10/0.4kV变电所的主接线图。其高压侧为单母线接线、低压侧为单母线分段接线,同时与附近其他变电所之间架设高压联络线。,第2节 一次设备概述 电气设备概述 高压开关电器概述 开关电器的灭弧原理,2.1
14、电气设备概述,一次系统(一次回路):,二次系统(二次回路):,担负电能的输送和分配任务的系统。,对一次系统进行监视、控制、测量和保护作用的系统。,一次系统中的所有电气设备,称为一次设备。,二次系统中的所有电气设备,称为二次设备。,一次设备按其功能可分为以下几类:,变换设备:如电力变压器、电流互感器、电压互感器等。 开关设备:如断路器、隔离开关、负荷开关等。 保护设备:如熔断器、避雷器、电抗器等。 无功补偿设备:如电力电容器、静止补偿器等。 成套配电装置:如高压开关柜、低压配电屏等。,2.2 高压开关电器概述 1.开关电器的任务 在正常工作条件下,可靠的接通或断开电路; 在改变运行方式时,灵活的
15、进行切换操作; 在系统发生故障时,迅速切除故障部分以保证非故障部分的正常运行; 在设备检修时,隔离带电部分以保证工作人员的安全。,2.开关电器的分类 断开和闭合正常工作电流,如闸刀开关、负荷开关; 断开负荷电流或短路电流,如熔断器; 既可断开或闭合工作电流,也可断开或闭合故障电流,如断路器; 不要求断开或闭合电流,只用来检修时隔离电源,如隔离开关。 开关电器是电力系统中的重要设备之一,其中断路器的性能最完善,结构最复杂。,2.3 开关电器的灭弧原理,电弧:电气设备运行过程中出现的一种强烈的电游离现象。,条件:电压不低于10V,电流不小于80mA。,特点:光亮很强,温度很高。,对电气设备的影响
16、电弧延长了电路开断时间; 电弧的高温可能损坏开关触头、烧毁电气设备及导线电缆,还有可能引起电路弧光短路,造成火灾爆炸; 强烈弧光可能损伤人的视力。,1.电弧的产生过程游离和去游离 (1)游离 电弧的产生和维持是触头间的中性质点(分子和原子)被游离的结果。产生电弧的游离方式有以下四种: 高电场发射 热电子发射 碰撞游离 热游离 综上所述,电弧是由于高电场发射和碰撞游离所产生,在热电子发射和热游离作用下,得以维持,这便是电弧产生的主要过程。,(2)去游离 去游离便是带电质点减少的过程。去游离方式主要有以下两种: 复合:异性带电质点的电荷彼此中和的现象。 扩散:带电质点从电弧内部逸出而进入到周围介质
17、中的现象。 浓度扩散 温度扩散 游离和去游离贯穿于电弧的产生、熄灭的整个过程。在电弧形成时,游离大于去游离;在电弧熄灭时,去游离大于游离。,(3)影响游离和去游离的因素 使电弧冷却可以减弱热游离,减少新带电质点的形成; 去游离的效果在很大程度上决定于介质的特点; 介质的热传导能力、介质强度、热游离温度和热容量越大,去游离过程越激烈,如采用氢气、水蒸汽、二氧化碳、六氟化硫、压缩空气和真空等介质。 触头的材料对于去游离也有一定的影响。 可采用熔点高、热导率和热容量大的耐高温金属,减少热电子发射和电弧中的金属蒸汽。,2.交流电弧的特性 (1)电弧的伏安特性 直流电弧的伏安特性,电弧可以看成是一个非线
18、性电阻。 交流电弧的伏安特性,UR:燃弧电压 UX:熄弧电压,(2)交流电弧的重燃与熄灭 过零值自然熄灭特性 只要在电流经过零值后不使之重燃,电弧就能最终熄灭。交流电弧要比直流电弧更加容易熄灭。 两个过程 电压恢复过程(游离) 介质强度恢复过程(去游离) 电弧熄灭的条件 若介质强度的恢复过程(去游离)大于电压恢复过程(游离),电弧将熄灭;若介质强度恢复过程小于电压恢复过程,电弧将重燃。 (3)近阴极效应,3.开关电器中常用的灭弧方法 速拉灭弧法 冷却灭弧法 吹弧灭弧法,长弧切短灭弧法; 粗弧分细灭弧法; 狭缝灭弧法; 采用多断口灭弧:,长弧切短灭弧原理,狭缝灭弧原理,采用新型介质灭弧:SF6、
19、真空、油、压缩空气; 采用并联电阻: 限制触头上的恢复电压幅值和电压恢复速度(几十至几百欧); 切断小电感电流或者电容电流时,消除危险过电压(几百至几千欧); 使沿着触头断口之间的电压均匀分布(几万至几十万欧)。,第3节 高低压开关电器 高压断路器 高压隔离开关 高压负荷开关 低压刀开关 低压断路器,3.1 高压断路器(开关、QF, ) 3.1.1 高压断路器的用途 不仅能通断正常负荷电流,而且能通断一定的短路电流,并能在保护装置作用下自动跳闸,切除短路故障。 3.1.2 高压断路器的基本要求 具有足够的开断能力; 尽可能短的动作时间和运行可靠性; 结构简单,便于操作和维修; 有足够的动稳定性
20、和热稳定性; 具有防火防爆性; 尺寸、质量小,价格低。,3.1.3 高压断路器的类型,SN10-10 LW36-126 ZN28A-12 ZW32-12 KW5,按照断路器采用灭弧介质的不同,断路器可分为油断路器、六氟化硫断路器、真空断路器、空气断路器等。,1.油断路器,多油断路器:油不仅是灭弧介质还是绝缘介质 少油断路器:油只作灭弧介质,不作绝缘介质,DW10-10柱上多油断路器,SN10-10型少油断路器,少油断路器广泛应用在635kV配电装置中。,SN10-10型高压少油断路器的 一相油箱内部结构,SN10-10型少油断路器 灭弧原理示意图,组成:框架、传动机构、油箱,导电回路:上接线端
21、子静触头导电杆(动触头)中间滚动触头下接线端子,2.六氟化硫(SF6)断路器,双压式:有两个气压系统,分别作为绝缘和灭弧 单压式:有一个气压系统,作为绝缘,SF6断路器的灭弧室结构,优点:断流能力强、灭弧速度快、电绝缘性能好、检修周期长、没有燃烧爆炸危险等。 缺点:要求加工精度高,密封性能好,价格较昂贵。 应用:主要用于需要频繁操作及有易燃易爆危险的场所,广泛应用于封闭组合电器。,落地罐式SF6断路器,LW8-40.5型SF6断路器,3.真空断路器,真空断路器的灭弧室结构 1静触头 2动触头 3屏蔽罩 4波纹管 5导电杆 6外壳,优点:体积小、重量轻、动作快、寿命长、操作噪声小、安全可靠、便于
22、维护。 缺点:价格较贵 应用:主要使用于需频繁操作和安全要求较高的335kV配电网中。,ZN28A-12型真空断路器,ZW32-12型户外高压真空断路,VD4型真空断路器,ZW10-12型真空断路器,ZN12型真空断路器,3.1.4 断路器的操动机构,操作机构是指用以进行断路器合闸、保持合闸位置和跳闸的设备,每种操作机构均包括合闸机构、跳闸机构和维持机构三部分。,手动式(CS型) 能手动跳、合闸和远距离跳闸,不能远距离合闸,操作电源为交流。 直流电磁式(CD型) 能手动和远距离跳合闸,便于实现自动化,结构简单,零件数量少,工作可靠,制造成本低,但需直流操作电源,且合闸功率大。 弹簧储能式(CT
23、型) 能手动和远距离跳合闸,结构复杂,零件数量多,且要求加工精度高,制造工艺复杂,成本高,但可用交流操作电源,还可实现一次重合闸。,3.1.5 高压断路器的基本参数,额定电压UN:指断路器长期正常工作所能承受的电压,一般为线路额定电压的1.11.15倍。,额定电流IN:指断路器允许长期通过的最大工作电流。,额定开断电流IN.oc:指断路器在额定电压下能够正常开断的最大短路电流,它表征断路器的开断能力。,额定开断容量SN.oc:指断路器额定电压和额定开断电流的乘积,即,热稳定电流 Its:表征断路器承受短路电流热效应的能力。,动稳定电流 imax:表征断路器承受短路电流力效应的能力,又称为极限通
24、过电流。,分闸时间:指断路器从得到分闸命令起,到三相电弧完全熄灭为止的一段时间。,合闸时间:指断路器从接到合闸命令起,到三相触头刚接触为止的一段时间。,固有分闸时间:指断路器从得到分闸命令起,到主触头刚分离的一段时间; 燃弧时间:指从主触头分离到三相电弧完全熄灭的一段时间。,3.2 高压隔离开关(QS, ),高压隔离开关俗称刀闸,无专门灭弧装置,不能带负荷操作。一般安装在断路器可能出现电源的一侧或两侧。,1.隔离开关的用途,隔离电压:隔离开关断开后在电路中可以造成一明显可见的断开点,建立可靠的绝缘间隙,保证检修人员的安全。 倒闸操作:先通后断,等电位操作。 分、合小电流:可以接通或断开电流较小
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