電氣工程基礎武漢理工大學電氣工程系電氣工程基礎緒論------電力系統(tǒng)的基本概念和知識發(fā)電系統(tǒng)輸變電系統(tǒng)電力系統(tǒng)負荷電力網的穩(wěn)態(tài)計算電力系統(tǒng)的短路計算電氣主接線的設計與設備選擇電力系統(tǒng)繼電保護實驗電氣工程基礎第三章輸變電系統(tǒng)第一節(jié)概述輸變電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分，包括變電所和輸電線路。發(fā)電廠生產的電能，經輸變電系統(tǒng)（網絡），供給配電系統(tǒng)和用戶。本章主要討論：

1、輸變電系統(tǒng)中主要電氣設備（電氣一次設備）；

2、根據電氣一次設備的作用和對它們的工作要求,依一定的順序用導線連接起來的電路，即電氣主接線，也稱電氣一次接線或一次系統(tǒng)。第二節(jié)輸變電設備輸電線路：架空線、電力電纜開關電器：斷路器、隔離開關、熔斷器。測量電壓和電流的電器：電流互感器、電壓互感器。變換電壓的設備：變壓器。限制故障電流的電器：電抗器。一、輸電線路兩種結構分為架空線路和電纜線路二、開關電器開關電器是斷開或接通電路的電氣設備總稱斷路器、隔離開關、熔斷器。1、斷路器高壓斷路器是高壓開關設備中最重要最復雜的開關電器。它既能切斷正常負載電流，又能迅速切除短路故障電流,同時承擔著控制和保護的雙重任務。大部分斷路器能進行快速自動重合閘操作,在排除線路臨時性故障后,能及時地恢復正常運行。1．滅弧概念開關在閉合狀態(tài)時它是電路的一部分，當它斷開時，電路即被斷開。當斷路器的動、靜觸頭剛剛分開瞬間，如觸頭兩端電壓不低于10～20V、電流不小于80～100mA就要出現電弧。電弧把分開的觸頭兩端聯接起來，電流仍繼續(xù)流通，只有在極短的時間內使電弧熄滅，電路才被切斷。2．斷路器的基本參數額定電壓Un：斷路器可以在1.1～1.15倍額定線電壓正常工作。額定電壓決定著斷路器的絕緣尺寸,同時也決定斷路器的熄弧條件。額定電流In：在環(huán)境溫度不超過+40℃的條件下，斷路器容許長期通過的最大工作電流。額定電流將決定斷路器導電回路的幾何尺寸。額定開斷電流Ibrn：在某個指定電壓下能正常開斷的最大電流。在額定電壓下開斷的電流稱為額定開斷電流，它表征斷路器的開斷能力。在低于額定電壓下開斷電流可以提高，但由于受滅弧裝置結構及機械強度的限制，開斷電流存在一極限值,稱為極限開斷電流。額定斷流容量Sbrn：由于開斷能力既和開斷電流有關,也和額定電壓有關，所以開斷能力可用它們的綜合值，即額定斷流容量來表示：斷路器的開斷能力主要決定于滅弧裝置的結構,通常由斷流容量試驗確定。熱穩(wěn)定電流Ith：表示斷路器能承受短路電流熱效應的能力。我國規(guī)定4秒鐘內所能承受的熱穩(wěn)定電流為額定熱穩(wěn)定電流。通常斷路器的熱穩(wěn)定電流在數值上等于它的額定開斷電流。動穩(wěn)定電流iem：它表明斷路器能承受短路電流電動力作用的能力。取短路電流的最大瞬時值，稱為極限通過電流。分閘時間:斷路器從得到分閘命令(跳閘線圈通電)起,到電孤熄滅止的-段時間稱為全分閘時間.它是斷路器固有分閘時間和燃弧時間之和。合閘時間：斷路器從接到合閘命令(合閘線圈通電)起，到主觸頭剛接觸止的一段時間稱為合閘時間。3．斷路器的種類根據滅弧介質不同,斷路器可分為油斷路器、空氣斷路器、六氟化硫斷路器、真空斷路器等。多油斷路器

少油斷路器

空氣斷路器是以壓縮空氣為滅弧介質,與油斷路器相比較,它不需要絕緣油，斷開動作快，斷流容量大,防火防爆,低溫下能可靠動作,它體積小,維護檢修方便。但是它結構復雜,工藝要求高,特別是需要配備一套壓縮空氣輔助設備。主要用于大型水電廠。我國制造的空氣斷路器主要是220kV和330kV等級。國外已有750kV電壓等級的空氣斷路器。SF6斷路器是80年代廣泛采用的斷路器。它以SF6(六氟化硫）氣體作為滅弧和絕緣介質。它切斷性能好,開斷能力大,動作迅速,防火防爆。缺點是結構復雜、工藝要求高,它是超高壓電器的主要發(fā)展方向。500KV開關站1000kvGIS2、隔離開關隔離開關是一種沒有滅弧裝置的開關設備，在分閘時有明顯可見斷口，在合閘狀態(tài)能可靠地通過正常工作電流和短路電流。隔離開關的主要特點是在有電壓無負荷電流情況下，進行分、合電路，它的主要功用為：分閘后在電路中形成明顯的斷開點，建立可靠的絕緣間隙，保證檢修人員及設備的安全；切換線路，增加線路連接靈活性。應當注意的是：由于刀閘沒有滅弧裝置，不能用它斷開負荷電流和短路電流，應與斷路器配合使用。否則造成飛?。ㄏ鄬Φ鼗蛳嗤搪罚?，燒壞設備，危及人身安全，以及"帶負荷拉刀閘"的嚴重事故。所以，必須遵守后拉（停電時,先切斷路器，后拉刀閘），先合（送電時，先合刀閘，后合斷路器）。隔離開關類型很多,按照不同的分類原則主要有：按裝設地點：分為戶內和戶外式兩種；按支持絕緣數目：分為單柱式，雙柱式和三柱式；按刀閘運動方式的不同有：水平旋轉式、垂直旋轉式、擺動式和插入式四種。根據有無接地閘刀，又可分為有接地閘刀和無接地閘刀兩種；根據操作機構不同又可分為手動、電動和氣動等。3、互感器為保證電力系統(tǒng)及發(fā)電廠電氣設備安全、可靠、經濟運行,在發(fā)電廠及變電所中還要安裝電工測量儀表、繼電保護及自動裝置等二次電氣設備和裝置。這些設備不能直接安裝在高壓或大電流電路中,這是因為一方面對工作人員安全有危險；另一方面造成二次設備復雜和造價的提高。電壓互感器,將系統(tǒng)的高電壓變成標準的低電壓(100V)。電流互感器，將系統(tǒng)的大電流變成小電流(5A或lA)用以給測量儀表或繼電保護、自動裝置二次設備供電。互感器包括電壓互感器和電流互感器,它們在電網中的接線如下圖所示。電流互感器電壓互感器1）電流互感器原理分析存在數值誤差和相位誤差。2）電壓互感器原理分析存在數值誤差和相位誤差。3、電力變壓器

電力變壓器是電力系統(tǒng)中廣泛使用的升壓和降壓設備。按用途，電力變壓器可分為升壓變、降壓變、聯絡變和配電變。按相數分，可分為單相變和三相變。按每相繞組的線圈數，分為雙繞組和三繞組變壓器。4、高壓開關柜第三節(jié)電氣一次接線電力系統(tǒng)電氣一次接線概述電氣主接線的基本接線形式發(fā)電廠及變電所的電氣主接線舉例一、電力系統(tǒng)接線和輸變電網接線三種接線形式1、電力系統(tǒng)地理接線各發(fā)電廠、變電所的相對地理位置和它們之間的聯接關系。2、輸變電網絡接線無備用接線單回路放射式、干線式和鏈式。有備用接線雙回路供電方式、環(huán)式3、發(fā)電廠、變電站電氣主接線描述發(fā)電廠、變電站中各主要電氣設備之間的電氣聯接關系。要求能識別電氣主接線的基本形式以及掌握其特點：

1）供電的可靠性；

2）操作靈活性；

3）經濟性二、電氣主接線的基本接線形式分為有匯流母線接線和無匯流母線接線。1、有匯流母線接線（1）單母線接線母線隔離開關QS2線路隔離開關QS3接地刀閘QS4送電操作先合QS2、QS3再投QF2斷電操作先斷QF2再斷QS3、QS2單母線接線主要優(yōu)點：（1）接線簡單、清晰、操作方便，所用電氣設備少；（2）隔離開關僅作為隔離電源用，不作為操作電器，減少誤操作機會。單母線接線主要缺點：可靠性靈活性差。若母線或隔離開關故障或檢修時，整個系統(tǒng)全部停電。故這種接線只適用于單電源的發(fā)電廠和變電所，且出線回路少，用戶對供電可靠性靈活性不高的場合。（2）單母線分段接線分段的單母線接線保留了單母線接線優(yōu)點,同時提高了重要用戶供電的可靠性。因為：（1）重要用戶可以分別從不同分段上取得雙回路供電。（2）由于母線被分段,就可以輪流檢修分段母線,總可以保留一半用戶繼續(xù)供電,從而提高了供電可靠性；（3）同時由于當一段母線故障,仍有一半用戶繼續(xù)供電，從而縮小了事故范圍。

（3）單母線分段帶旁路母線接線加裝旁路母線的目的,檢修出線斷路器(如QF4),可不中斷該回路的供電。若檢修QF4時，A、B經QF1、QS1和QS2并列運行。操作：QS5合，QF1斷、QS1斷、QS3合、QF1合，使W3旁路母線充電3～5min,若無問題即可合上QS8,這時出線4同時從主母線和旁路母線供電,這時就可以斷開出線斷路器QF4及兩側相應的隔離開關QS6和QS7,這時QF1代替QF4工作,而出線并不中斷供電。QS5QF2帶有旁路母線的單母分段接線適用于出線回路數較多、容量不很大的中小型發(fā)電廠和電壓為35~110kV的變電所，它具有足夠的可靠性和靈活性。三種運行方式1)QF斷，一組母線工作，另一組備用，全部進出線接于運行母線。2)QF斷，進出線分別接于兩組母線上。3)QF合，進出線平均分別接于兩組母線上。檢修一組母線，可使回路供電不中斷。例W1工作母線檢修，操作如下：QS1、QS2合，QF合給備用母線W2充電，若正常，先接通備用母線W2側隔離開關，再斷開接于工作母線W1的隔離開關。（4）雙母線單母線接線具有接線簡單、清晰，操作方便及易發(fā)展的優(yōu)點。但是，當有大量重要用戶而在系統(tǒng)中沒有備用線路，這時為保證供電可靠性和靈活性，就應采用雙母線接線。雙母線接線具有較高的可靠性、切換靈活、易擴建，在中大型發(fā)電廠變電站廣泛應用。（5）雙母線分段接線多用于35kV以上電網，因為電壓越高，斷路器檢修時間越長，停電時間也越長，有了旁路設施就可克服這一缺點。（6）雙母線帶旁路母線接線例如檢修QF4

合QF2兩側隔離開關，再合QF2,給W3旁路母線充電，若正常合QS4。斷QF4以及兩側隔離開關。該接線具有很高的可靠性和靈活性。目前我國500kV超高壓系統(tǒng)大都采用此接線。1）高可靠性任一母線故障，只跳開與該母線相連的斷路器，任何回路不停電。2）檢修操作方便檢修任一斷路器，只要斷開斷路器，再斷兩側隔離開關。(7)一臺半斷路器接線2、無匯流母線接線（1）單元接線及擴大單元接線單元接線及擴大單元接線簡明清晰、故障范圍小、運行可靠、設備元件少。單元接線的主要缺點是當單元中任一元件故障，即可引起整個單元停止工作。不過現代的發(fā)電機和變壓器可靠性相當高，上述缺點并不突出，目前大中型電廠沒有發(fā)電機端電壓負荷，均采用單元接線。三、發(fā)電廠及變電站的電氣主接線舉例1、發(fā)電廠的電氣主接線區(qū)域性電廠:大型火水電廠，生產電能升高電壓送入電力系統(tǒng)，發(fā)電機側不設母線。地方性電廠：熱電廠和中小型電廠，生產電能大部分直接送給地方用戶，剩余電能升高電壓送入電力系統(tǒng)。單元接線雙母線加旁路雙母分段2、變電所的電氣主接線110KV第四節(jié)保護接地一、保護接地的作用為保障人身安全，防止間接觸電而將設備外露可導電部分進行接地稱為保護接地。

50mA以上的工頻交流，較長時間通過人體就帶來危險。上圖中流過人體的電流為對地電壓分布、接觸電壓和跨步電壓接地電壓為了限制對人體危害，要限制接地電阻Re二、保護接地裝置電阻的允許值大電流接地系統(tǒng)（故障切除時間快）

Re≤2000v/I

（I--經接地裝置的入地短路電流。

I>4000A時，Re≤0.5歐)小電流接地電網（接地時間較長）

僅用于高壓設備時

Re≤250v/I

用于高低壓設備時（人與低壓設備接觸機會多）

Re≤120v/I

（1000v以下，最好不超過4歐）三、保護接地分類

1、IT接地方式I表示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；Re<<Z,當Re<10歐時，Ue可