第三章第三章 输变电系统输变电系统1第三章第三章 主要内容主要内容输电方式和输送能力：理解为什么采用三相交流输电；理解直流输电与交流输电的特点及其区别；了解电力系统输送容量的概念理解交流输变电系统及其设备；掌握一次主接线图；了解配电装置的基本概念理解直流输电系统及其设备掌握二次接线图掌握中性点(工作)接地方式2三相交流输电及其优点三相交流输电及其优点易于产生旋转磁场瞬时功率不随时间变化而保持恒定输电线路所用导线的金属消耗量少因此，除了室内配电等小功率供电时采用单相交流方式外，其他场合都采用三相交流输电UaUbUc3每根导线的输电功率每根导线的输电功率4所需金属消耗量所需金属消耗量5输电电压与输电容量输电电压与输电容量输电电压越高，输送容量越大。1、斯蒂尔（A. Still）公式不适合输电距离极小和长距离的情况2、固有负荷法或SIL(Surge Impedance Loading)Z为波阻抗，适合400km以上的长距离输电6输电电压与输电容量输电电压与输电容量在短距离输电线路中，输电容量一般取决于热极限、电压损耗和电力损失。稳定性几乎不是问题在长距离输电线路中，输电容量除受热极限影响外，稳定性是重要的影响因素7输电线路的热极限导体长期发热： 指导体温度对周围环境温度的升高，我国所采用计算环境温度如下：电力变压器和电器（周围空气温度）40C；发电机（利用空气冷却时进入的空气温度）3540C；装在空气中的导线、母线和电力电缆25C；埋入地下的电力电缆15C。 指导体温度较短路前的升高，通常取导体短路前的温度等于它长期工作时的最高允许温度。 裸导体的长期允许工作温度一般不超过70C，当其接触面处具有锡的可靠覆盖层时（如超声波糖锡等），允许提高到85C；当有银的覆盖层时，允许提高到95C。8均匀导体的长期发热均匀导体的长期发热1均匀导体的发热过程导体温度稳定前 I2RdtmCdaF(0)dt温度达到稳定后 I2RaF(0)式中，m：质量(kg)；C：比热容(J/kgC)；a：总换热系数(w/m2C)； F：散热面积（m2）；0：周围环境温度（C）。2导体的最大允许载流量输电线路的热极限9电压损耗电压损耗必须保证足够高的输电电压才能将电压损耗限制在较小的范围内10电力损失电力损失必须保证足够高的输电电压才能将电力损失限制在较小的范围内11稳定性稳定性电力系统运行的稳定性定义：指在受到外界干扰的情况下发电机组间维持同步运行的能力. 失去稳定性是电力系统最严重的故障 提高输电电压、减小电抗12交流输电设备交流输电设备变换电压的设备：如变压器。接通和开断电路的开关电器：如断路器，隔离开关，熔断器等。防御过电压，限制故障电流的电器：如避雷器、避雷针、避雷线、电抗器。无功补偿设备：如电力电容器，同步调相机，静止补偿器。载流导体：如母线，引线，电缆，架空线。接地装置；如变压器中性点接地、设备外壳接地、防雷接地等。13架空线路架空线路14导线型号导线型号拼音字母表示导线材料和结构特征；数字表示载流部分的标称截面积 LJ-50 TJ-25 GJ-35 LGJ-185 LGJ-300/50普通钢芯铝绞线LGJ轻型钢芯铝绞线LGJQ加强型钢芯铝绞线LGJJ15架空线路架空线路16电缆线路电缆线路（a） 三相铅包型 （b） 分相铅包型1-导体；2-相绝缘；3-纸绝缘；4-铅包皮；5-麻衬；6-钢带铠甲；7-麻皮；8-钢丝铠甲；9-填充物17架空输电线路的完全换位架空输电线路的完全换位aaabbbccc18架空输电线路架空输电线路分裂导线：分裂导线： 一般单导线每公里的电抗约为0.4左右，而分裂根数为2、3、4根时，每公里的电抗分别降低到0.33、0.30、0.28左右 1920212223242526断路器27断路器28断路器29断路器30隔离开关31隔离开关32隔离开关33母线34母线35母线36母线37 输电线路 开关电器高压断路器的基本参数额定开断电流INbr、全开断时间tab、合闸时间ton额定动稳定电流（峰值）ies、热稳定电流It、自动重合闸性能 电流互感器运行特点：二次绕组不能开路二次接线：单相接线；星形接线；不完全星形接线输变电设备输变电设备A BCAK2K1L1L2A B CAAAA B CAwhIaIcIb38 电压互感器运行特点：二次绕组不能短路接线方式：输变电设备输变电设备rdF1LTVZ2lC1C2至通信设备CU1UC2U3U239一、电力系统接线和输变电网络接线 电力系统接线地理接线图：表明各发电厂、变电所的相对地理位置和它们之间的联接关系电气接线图：表明电力系统中各主要元部件之间和厂所之间的电气联接关系 输变电网络接线无备用：单回路放射式、干线式和链式网络等，每一负荷只能靠一条线路获得电能，又称开式网络。有备用：双回路式、单环式、双环式和两端供电式等，每一个负荷点至少可以通过两条线路从不同方向取得电能，又称闭式网络。电气一次接线电气一次接线40南昌梦山桃苑西郊双港盘龙山艾湖顺外昌东南电斗门迎宾梧岗向塘温圳松源九江地区进贤至丰电二期南昌地区电网南昌地区电网（220kV220kV）赤田观田永修41九江地区电网九江地区电网（220KV220KV）裕丰九电 九电三期妙智海山新港市中共青柘电叶家山盘龙山西郊南昌42东部地区电网东部地区电网（220kV220kV）乐平景电贵电贵电二期茅家岭蛇龙月湖李家德兴大山玉山档岭上饶七里岗龟峰临川建昌梅庄余干铜城南昌主网黄金埠鹰潭信州鄱阳43西部地区电网西部地区电网（220kV220kV）白沙新电萍电分电丰电临川主网梦山下浦葛山吉安泉田袁州五陂下跑马坪仙女湖渝水珠珊清江罗坊金子山石滩上高安源分电三期王舍大台444546二、电气主接线的基本接线形式有汇流母线：单母线、单母线分段，双母线，双母线分段；增设旁路母线或旁路隔离开关，一倍半断路器接线，变压器母线组接线等。无汇流母线：单元接线、桥形接线、角形接线等。 几个基本概念：汇流母线：起汇集和分配电能的作用，也称汇流排。进、出线：进线指电源，出线指线路。断路器、隔离开关（母线、线路）、接地刀闸：电气一次接线电气一次接线断路器与隔离开关的操作顺序：送电操作顺序送电操作顺序：先合上断路器两侧的隔离开关，再投入断路器。停停电电检检修修操操作作顺顺序序：先断开断路器，再断开断路器两侧的隔离开关。待线路对方仃电后，再合上接地刀闸。QSQF471. 单母线接线接线图有母线电气一次接线有母线电气一次接线特点简单、清晰、设备少。当母线故障或检修或母线隔离开关检修时，整个系数全部停电。断路器检修期间也必须停止该回路的供电。适用范围单电源的发电厂和变电所，且出线回路数少，用户对供电可靠性要求不高的场合。WQFQSQSWL4QFQSQSWL3QFQSQSWL2QFQSGQF1QS1GQF2QS3QS2WL1QS4482. 单母线分段接线接线图有母线电气一次接线有母线电气一次接线特点减少母线故障或检修时的停电范围。断路器检修期间必须停止该回路的供电。母线分段的数目，通常以23分段为宜，分段太多增加了分段断路器。适用范围610kV配电装置出线6回及以上；35kV出线数为48回；110220kV出线数为34回路。QF1分段断路器GWL1WL2WL3WL4G493. 单母线分段加装旁路母线接线接线图有母线电气一次接线有母线电气一次接线旁路母线的作用不停电检修进出线断路器。操作方式（检修QF4，且WL4不停电）如A、B段经QF1和QS1、QS2并列运行，则闭合QS5断开QF1断开QS1闭合QS3闭合QF1使W3带电（不要首先闭合QS8）。此时若W3隐含故障，则由继电保护装置动作断开QF1。若W3充电正常，操作可以继续进行：合上QS8断开QF4。这时WL4由母线BQS2QF1QS3 W3QS8 WL4供电。并由QF1替代断路器QF4。QF4检修前，应把QS6、QS7断开。适用范围中小型发电厂和35110kV的变电所。GGWL1WL4WL3WL2QS7QS6QF4WABQS8W3QS5QF1QS1QS3QS2QS4（分段断路器QF1兼旁母断路器）504. 双母线接线接线图 具有两组母线W1，W2。每一回路经一台断路器和两组隔离开关分别与两组母线连接，母线之间通过母线联络断路器QF（简称母联）连接。有母线电气一次接线有母线电气一次接线运行方式母联QF断开，一组母线工作，另一组母线备用，全部进出线接于运行母线上。母联QF断开，进出线分别接于两组母线，两组母线分裂运行。母联QF闭合，电源和馈线平均分配在两组母线上。优点检修一组母线，可使回路供电不中断；一组母线故障，部分进出线会暂时停电。供电可靠，调度灵活，又便于扩建。QFQS2QS1W1W2电源1电源251有母线电气一次接线有母线电气一次接线双母线接线的倒母线操作闭合母联两侧的隔离开关QS1，QS2，合QF向备用母线充电；若备用母线带电后一切正常，下一步则先接通（一条或全部）回路接于备用母线侧的隔离开关，然后断开（该条或全部）回路接于工作母线上的隔离开关，这就是所谓的“先通后断”的原则；待全部回路操作完成后，断开母联断路器及其两侧的隔离开关。适用范围大中型发电厂和变电所。QFQS2QS1W1W2电源1电源2525. 双母线分段接线接线图有母线电气一次接线有母线电气一次接线特点工作母线分成2段，即母线II，III段，备用母线I不分段，QF1，QF2为母联，QF3为分段断路器。正常工作时，II，III段工作，I段备用，在分段回路中可接入分段电抗器L，当任一分段故障时，L限制相邻段供给的短路电流。适用范围610kV配电装置中；220kV电压进出线回路数甚多时，也采用双母线四分段的接线。电源2I电源1QF1QF2QF3 L536. 双母线带旁路母线接线接线图有母线电气一次接线有母线电气一次接线母联兼作旁路断路器一组母线带旁路两组母线带旁路增设旁路跨条QFW3W2W1QS4W3QF1W1W2QF4QF2电源1电源2547. 一台半断路器接线接线图 在母线W1，W2之间，每串接有三台断路器，两条回路，每二台断路器之间引出一回线，故称为一台半断路器接线，又称二分之三接线。有母线电气一次接线有母线电气一次接线特点具有较高的供电可靠性及运行灵活性。母线故障，只跳开与此母线相连的断路器，任何回路不停电。隔离开关不作操作电器，减少了误操作的几率。使用设备较多，投资较大，二次控制接线和继电保护配置也比较复杂。适用范围大型电厂和变电所的超高压配电装置。W1W2QFQSQSQSQSQFQFQSQSQS1QS1551. 单元接线及扩大单元接线接线图a. 单元接线无母线电气一次接线无母线电气一次接线B. 扩大单元接线TGLTGGTGTTGGTGG562. 桥形接线接线图无母线电气一次接线无母线电气一次接线内桥与外桥接线的比较LT1QF1LT2QF2QF3QS2QS1内桥LQF1T1QF3QS2QS1外桥LQF2T2穿越功率适用范围573. 角形接线接线图无母线电气一次接线无母线电气一次接线585960进一步阅读进一步阅读电机工程设计手册61配电装置配电装置配电装置是根据电气主接线的要求，由开关电器，保护和测量电器，母线和必要的辅助设备组建而成，用于接受和分配电能的装置按电器设备装设地点：屋内和屋外配电装置按其组装方式，可分为装配式和成套式62配电装置配电装置安全净距 ：从保证电气设备和工作人员的安全出发，考虑气象条件及其它因素的影响所规定的各电气设备之间、电气设备各带电部分之间、带电部分与接地部分之间应该保持的最小空气间隙A1：带电部分至接地部分最小电气距离A2：不同相导体之间的最小电气距离B1：带电部分至栅栏的距离 B1=A1+750B2：带电部分至网状遮栏的距离 B2=A1+70+3063配电装置配电装置B3：带电部分至无孔遮栏的距离 B3=A1+30C：无遮拦裸导体至地面或楼板高度 C=A1+230020D：不同时停电检修的无遮拦裸导体间的水平净距 D=A1+1800200E：屋内架空出线套管中心线至屋外地面的距离 E=A1+35006465接地接地 接地：接地： 为为了了保保证证电电力力网网或或电电气气设设备备的的正正常常运运行行和和工工作作人人员员的的人人身身安安全全，人人为为地地使使电电力力网网及及其其某某个个设设备备的的某某一一特特定定地地点点通通过过导导体体与与大大地地作作良良好好的的连接。连接。接地分类接地分类：工工作作接接地地：为为了了保保证证电电气气设设备备在在正正常常或或发发生生故故障障情情况况下下可可靠靠地地工工作作而而采采取的接地。取的接地。保保护护接接地地：将将一一切切正正常常工工作作时时不不带带电电而而在在绝绝缘缘损损坏坏时时可可能能带带电电的的金金属属部部分接地，以保证工作人员接触时的安全。分接地，以保证工作人员接触时的安全。保保护护接接零零：在在中中性性点点直直接接接接地地的的低低压压电电力力网网中中，把把电电气气设设备备的的外外壳壳与与接接地中性线（也称零线）直接连接，以实现对人地中性线（也称零线）直接连接，以实现对人 身安全的保护作用。身安全的保护作用。防防雷雷接接地地：为为消消除除大大气气过过电电压压对对电电气气设设备备的的威威胁胁，而而对对过过电电压压保保护护装装置置采取的接地措施。采取的接地措施。防静电接地防静电接地：对生产过程中有可能积蓄电荷的设备所采取的接地。对生产过程中有可能积蓄电荷的设备所采取的接地。66电力系统中性点接地电力系统中性点接地 如何实现如何实现工作接地工作接地 ？电电气气设设备备（电电力力变变压压器器、电电压压互互感感器器或或发发电电机机）的的中中性性点点接接地地 又称为电力系统中性点接地。又称为电力系统中性点接地。电力系统的中性点：星形连接的变压器或发电机的中性点。电力系统的中性点：星形连接的变压器或发电机的中性点。 电力系统的电力系统的中性点接地方式中性点接地方式：小电流接地：小电流接地： 中性点不接地（中性点绝缘）中性点不接地（中性点绝缘） 中性点经消弧线圈接地中性点经消弧线圈接地大接地电流：大接地电流： 中性点直接接地中性点直接接地 中性点经电阻接地中性点经电阻接地 如何确定如何确定电力系统中性点接地方式电力系统中性点接地方式 ？ 应应从从供供电电可可靠靠性性、内内过过电电压压、对对通通信信线线路路的的干干扰扰、继继电电保保护护以及以及确保人身安全确保人身安全诸方面综合考虑。诸方面综合考虑。67中性点不接地的电力系统中性点不接地的电力系统 适用范围3kV60kV的电力系统 正常运行时负荷ABCCCCIACa. 电路图UAUBUC0IAIBIC0 三相电压对称，三相导线对地电容电流也是对称的，三相电容电流相量之和为零，这说明没有电容电流经过大地流动。0UAUBUCIB0IC0IA0b. 矢量图68中性点不接地的电力系统中性点不接地的电力系统 单相金属性接地故障时(A相)ICAICAICBICBICCICCIPE0UBUAUC60-UA UCUB -UA ICBICC-ICA负荷ABCCCCUAUBUC69中性点不接地的电力系统中性点不接地的电力系统结论：1、 故障相对地电压降为零；非故障相对地电压升高为线电压，且相位相差600。因此，线路及各种电气设备的绝缘要按线电压设计，绝缘投资所占比重加大，显而易见，电压等级越高绝缘投资越大。2、三相之间的线电压仍然对称，用户的三相用电设备仍能照常运行，但允许继续运行的时间不能超过2h。0UBUAUC60-UA UCUB -UA ICBICC-ICA70中性点不接地的电力系统中性点不接地的电力系统 接地故障电容电流IPE0UBUAUC60-UA UCUB -UA ICBICC-ICA71中性点不接地的电力系统中性点不接地的电力系统结论：接地电流在故障处可能产生稳定的或间歇性的电弧。如果接地电流大于30A时，将形成稳定电弧，成为持续性电弧接地，这将烧毁电气设备和可能引起多相相间短路。如果接地电流大于5A10A，而小于30A，则有可能形成间歇性电弧；间歇性电弧容易引起弧光接地过电压，其幅值可达（2.53）U，将危害整个电网的绝缘安全。如果接地电流在5A以下，当电流经过零值时，电弧就会自然熄灭。72中性点经消弧线圈接地的电力系统中性点经消弧线圈接地的电力系统消弧线圈：安装在变压器或发电机中性点与大地之间的具有气隙铁芯的电抗器。0UAUBUC-UCUAUBILICICAICB负荷ABCCCCILICICCICBICAICCICBICAIPEL73中性点经消弧线圈接地的电力系统中性点经消弧线圈接地的电力系统 C相发生接地时，中性点电压变为-UC ，在消弧线圈作用下，产生电感电流（滞后90），其数值为 ILUC / XLU / XL0UAUBUC-UCUAUBILICICAICB负荷ABCCCCILICICCICBICAICCICBICAIPEL 消弧线圈的作用 当发生单相接地故障时，接地故障相与消弧线圈构成了另一个回路，接地故障相接地电流中增加了一个感性电流，它和装设消弧线圈前的容性电流的方向刚好相反，相互补偿，减少了接地故障点的故障电流，使电弧易于自行熄灭，从而避免了由此引起的各种危害，提高了供电可靠性。74中性点经消弧线圈接地的电力系统中性点经消弧线圈接地的电力系统0UAUBUC-UCUAUBILICICAICB 消弧线圈的补偿方式消弧线圈的补偿方式全全补补偿偿方方式式：按按IL=IC选选择择消消弧弧线线圈圈的的电电感感，使使接接地地故故障障点点电电流流为为零零，此此即即全补偿方式。全补偿方式。 这这种种补补偿偿方方式式并并不不好好，因因为为当当感感抗抗等等于于容容抗抗时时，电电力力网网将将发发生生谐谐振振，产产生生危危险险的的高高电电压压或或过过电电流流，影响系统安全运行。影响系统安全运行。欠欠补补偿偿方方式式：按按ILIC选选择择消消弧弧线线圈圈的的电电感感，此此时时接接地地故故障障点点有有剩剩余余的电感电流流过。的电感电流流过。 在在过过补补偿偿方方式式下下，即即使使电电力力网网运运行行方方式式改改变变而而切切除除部部分分线线路路时时，也也不不会会发发展展成成为为全全补补偿偿方方式式，致致使使电电力力网网发发生生谐谐振振。同同时时，由由于于消消弧弧线线圈圈有有一一定定的的裕裕度度，今今后后电电力力网网发发展展，线线路路增增多多、对对地地电电容容增增加加后后，原原有有消消弧弧线线圈圈还还可可继继续续使使用用。因因此此，实实际际上上大大多多采采用用过过补补偿方式。偿方式。75中性点经消弧线圈接地的电力系统中性点经消弧线圈接地的电力系统 消弧线圈容量的选择 有关安装消弧线圈规程76中性点直接接地的电力系统中性点直接接地的电力系统 特点： 供电可靠性不如电力系统中性点不接地和经消弧线圈接地方式。 为提高供电可靠性，在线路上广泛安装三相或单相自动重合闸装置。电气设备的绝缘水平只需按电力网的相电压考虑，可以降低工程造价。负荷ABCk(1)Ik(1)Ik(1)适用范围：我国110kV（国外220kV）及以上电压等级的电力系统 。380/220V低压系统。77中性点经电阻接地的电力系统中性点经电阻接地的电力系统 适用范围：配网系统（与中性点经消弧线圈接地、不接地比较）在我国城市配网系统中：全电缆出线变电站的单相接地故障电容电流超过30A时采用中性点经电阻接地；全架空线路出线变电站的单相接地故障电流超过10A时，采用中性点经消弧线圈接地；对电缆与架空线混合线路的单相接地故障电容电流超过10A时，可采用中性点经消弧线圈接地或采用中性点经电阻接地。 特点： 降低工频过电压，抑制弧光过电压；消除铁磁谐振过电压，防止断线谐振过电压；设置零序保护动作跳闸；避免发生高压触电事故；供电可靠性有保证。78直流输电的优点直流输电的优点由于电压没有正负交替，所以无充放电电流不存在稳定性问题不存在同期问题输电线建设成本低79直流输电的应用直流输电的应用长距离大容量输电海底电缆非同期系统（不同额定电压、不同额定频率系统的联网）80直流输电系统和设备直流输电系统和设备自学81