電氣工程基礎第5章發(fā)電廠一次系統(tǒng)主講人：楊峰華中科技大學數(shù)字化工程與仿真中心本章主要內(nèi)容5.1電氣主接線5.2廠用電5.3開關(guān)電器5.4互感器5.5電氣主接線設計和設備參數(shù)選擇5.6電氣設備布置5.7保護接地5.3開關(guān)電器本節(jié)主要內(nèi)容電弧高壓斷路器隔離開關(guān)開關(guān)電器是斷開或接通電路的電氣設備的總稱。在主接線中，執(zhí)行實際的調(diào)度運行操作的就是開關(guān)電器。開關(guān)電器按功能劃分為：僅用于開斷或閉合正常工作電流的開關(guān)電器，如負荷開關(guān)和接觸器。僅用于開斷過負荷電流或短路電流的開關(guān)電器，如熔斷器。既用于開斷或閉合正常工作電流，又用于開斷短路電流的開關(guān)電器，如交流斷路器，直流斷路器，低壓自動空氣斷路器等。不用于開斷電流，只用于檢修是隔離電壓的開關(guān)電器，如隔離開關(guān)。5.3.1電弧開關(guān)電器的開斷能力開斷能力：指切斷電流時開關(guān)電器的滅弧能力電弧的影響通斷電路時，開關(guān)動、靜觸頭之間都會不同程度的產(chǎn)生電弧。電弧的產(chǎn)生和維持是由于觸頭之間很強的電場強度將觸頭之間的中心質(zhì)點電離為帶電質(zhì)點的結(jié)果電弧對電力系統(tǒng)安全運行的不利影響：延長電路開斷的時間，在短路條件下，使設備更長時間地承受很大的短路電流電弧的高溫會燒壞觸頭，燒壞電氣設備和導線，引起弧光短路，甚至引起火災和爆炸5.3.1電弧滅弧方法觸頭周圍采用絕緣性能高，不易電離的介質(zhì)，比如絕緣油，SF6，真空等。使電弧迅速拉長。減弱電場強度，破壞電弧的產(chǎn)生，采用提高觸頭的分斷速度或斷口的數(shù)目。吹弧。利用空氣或油在巨大壓力下高速吹向弧隙，沖散導電質(zhì)點，降低電弧溫度。5.3.2高壓斷路器高壓斷路器是最主要的用于開斷負荷和短路電流的開關(guān)電器，對維護電力系統(tǒng)安全、可靠運行起著重要的作用常見類型多油斷路器：絕緣油作為滅弧和絕緣介質(zhì)少油斷路器：絕緣油作為滅弧介質(zhì)，對地瓷介質(zhì)作為絕緣介質(zhì)空氣斷路器：壓縮空氣作為滅弧介質(zhì)，高速吹弧SF6斷路器：以SF6作為絕緣介質(zhì)真空斷路器：滅弧室內(nèi)抽真空，沒有質(zhì)點參與電離過程5.3.2高壓斷路器組成結(jié)構(gòu)開斷部分：包括導電和觸頭系統(tǒng)及滅弧室；操作和傳動部分：包括操作能源和把操作能源傳動到觸頭系統(tǒng)的各種傳動機構(gòu)；絕緣部分：包括高電位的導電和觸頭系統(tǒng)與地電位絕緣的絕緣元件、高電位的動觸頭系統(tǒng)與處于低電位的操作能源所用的絕緣連接件。滅弧室是核心5.3.2高壓斷路器高壓斷路器的型號SN10-10/3000-43.3滅弧介質(zhì)：S-少油Z-真空L-六氟化硫K-空氣安裝地點：W-戶外N-戶內(nèi)設計序號：數(shù)字代表第幾次設計額定電壓(kV)額定電流(A)額定開斷電流(kA)其它特征：G-改進型Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ斷流能力5.3.2高壓斷路器多油斷路器(1)接地金屬箱型：可以把電流互感器裝在進出線套管上5.3.2高壓斷路器多油斷路器(2)絕緣子支持型：可以串聯(lián)若干個開斷元件和加高對地絕緣組成更高電壓等級的斷路器1－導電桿；2－絕緣套管；3－滅弧裝置；4－橫擔；5－傳動機構(gòu)；6－提升桿；7－電流互感器；8－油箱；9－箱蓋；10－變壓器油5.3.2高壓斷路器少油斷路器5.3.2高壓斷路器少油斷路器斷路器的積木組合方式：110kV以上的戶外少油斷路器一般一個基本單元2個滅弧室，用于更高電壓等級時用多個基本單元串聯(lián)。5.3.2高壓斷路器少油斷路器采用積木結(jié)構(gòu)，多斷口在開斷過程和開斷后斷口間電壓分配不均勻，需并聯(lián)1000~2000pF的均壓電容：5.3.2高壓斷路器SF6斷路器SF6是電負性氣體，其分子和原子具有很強的吸附自由電子的能力，可以大量吸附弧隙中參與導電的自由電子，生成負離子。由于負離子比自由電子運動速度慢的多，很容易和正離子復合成中性的分子和原子，加快電流過零時弧隙介質(zhì)強度的恢復。戶外110kV戶外220kV戶外500kV5.3.2高壓斷路器真空斷路器利用真空作為觸頭間的絕緣與滅弧介質(zhì)的斷路器真空滅弧室的真空度：1.33×10－2～1.33×10－5Pa(標準大氣壓的10-7~10-9倍)5.3.2高壓斷路器使用范圍10多年前以使用少油斷路器為主現(xiàn)在基本上戶外高壓以SF6為主，戶外中低壓和戶內(nèi)都以真空開關(guān)為主。由于電力系統(tǒng)設備更換的速度，現(xiàn)在仍有少油斷路器在使用，并采用積木結(jié)構(gòu)4端口、6斷口5.3.3隔離開關(guān)隔離開關(guān)的作用隔離電源與電路，根據(jù)運行需要換接線路隔離開關(guān)的特點開斷和關(guān)合有電壓、無負荷的線路，與斷路器配合使用隔離開關(guān)的分類戶內(nèi)戶外V型剪刀型雙柱型三柱型5.3.3隔離開關(guān)型號GN2-10G/3150-[]G產(chǎn)品名稱代號：G-隔離開關(guān)；J-接地開關(guān)；ZH-組合電器；C-操作機構(gòu)安裝地點：W-戶外N-戶內(nèi)設計序號：數(shù)字代表第幾次設計額定電壓(kV)額定電流(A)極限通過峰值電流(kA)其它特征：G-改進型其它特征：G-高原型5.3.3隔離開關(guān)典型結(jié)構(gòu)——戶內(nèi)高壓隔離開關(guān)(1)動觸頭接負荷側(cè)，靜觸頭接電源側(cè)，保證刀閘拉開以后，活動部分肯定不帶電。(2)垂直安裝，靜觸頭在上，動觸頭在下，保證不會因機構(gòu)失靈導致動觸頭落下誤閉合。5.3.3隔離開關(guān)典型結(jié)構(gòu)——戶外剪刀型組成包括：動觸頭、閘刀上桿、閘刀下桿、傳動機構(gòu)、支持瓷瓶、操作瓷瓶、底座和操作機構(gòu)。靜觸頭懸掛在母線上。導電折架像一把剪刀，故稱剪刀型隔離開關(guān)。分斷狀態(tài)閉合狀態(tài)5.3.3隔離開關(guān)典型結(jié)構(gòu)——戶外型雙柱式結(jié)構(gòu)：導電臂、可轉(zhuǎn)動的支柱。開斷時2個導電臂打開。刀閘閉合5.3.3隔離開關(guān)典型結(jié)構(gòu)——戶外型三柱式結(jié)構(gòu)：導電臂、可轉(zhuǎn)動的絕緣支柱。中間支柱可轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)閉合和斷開。5.3.3隔離開關(guān)典型結(jié)構(gòu)——戶外型V形和雙柱式基本相同。本章主要內(nèi)容5.1電氣主接線5.2廠用電5.3開關(guān)電器5.4互感器5.5電氣主接線設計和設備參數(shù)選擇5.6電氣設備布置5.7保護接地5.4互感器互感器包括電流互感器和電壓互感器，工作原理與變壓器類似。它們建立一次回路和二次回路之間的電氣聯(lián)系：電流互感器將一次回路的大電流變換為二次回路的小電流(5A或1A)。電壓互感器將一次設備的高電壓轉(zhuǎn)換為二次設備的低電壓(100V或100V/)其主要作用使得二次測量儀表標準化，使二次設備與一次設備高壓隔離互感器的二次側(cè)必須接地，保證一、二次繞組絕緣擊穿情況下的人身和設備安全5.4互感器電流互感器的一次繞組串聯(lián)在輸變電主回路內(nèi)，電壓互感器一次繞組則并聯(lián)在相電壓或線電壓上。二次繞組按照設計要求接入測量儀表，繼電保護或自動裝置。5.4.1電磁式電流互感器電流互感器一次線圈匝數(shù)很少，導線很粗(需要流過大電流)，有的直接將一次線路穿過鐵芯就是1匝。二次線圈匝數(shù)很多，導線細。二次回路的負載就是串聯(lián)的各個測量儀表的線圈，阻抗很小，所以電流互感器在接近短路的狀態(tài)下運行。5.4.1電磁式電流互感器電流互感器的誤差互感器的磁勢平衡方程為：由于存在使得二次電流和一次電流之間存在誤差電流誤差ΔI%：相角差δi：互感器的誤差與鐵芯的平均長度、互感器的二次內(nèi)阻成正比，與鐵芯截面大小和二次繞組匝數(shù)成反比。為減小誤差，電流互感器結(jié)構(gòu)設計上應：減小磁阻；增加繞組匝數(shù)；選用較粗導線減小Z2f5.4.1電磁式電流互感器電流互感器的誤差——一次電流的影響電流互感器的磁化曲線橫坐標：鐵芯磁場強度H縱坐標：磁感應強度B鐵芯的磁導率μ與一次電流I1有關(guān)，而I1與鐵芯的磁感應強度B成正比。鐵芯磁導率的變化一次電流為額定值時，互感器工作在線性區(qū)，磁導率最大，誤差最小發(fā)生短路故障時，一次電流很大，互感器工作在飽和區(qū)，誤差增大5.4.1電磁式電流互感器電流互感器的誤差——二次負荷阻抗的影響誤差與二次負荷阻抗Z2f成正比。負載阻抗增大，電流誤差和相角差都增大。二次負荷功率因數(shù)增加時，電流誤差增大，相位差減小。5.4.1電磁式電流互感器電流互感器的準確級和10%誤差曲線測量用互感器：準確級定義為二次負荷在25%~100%范圍內(nèi)變化，一次電流為額定值時的最大電流誤差，分為0.2、0.5、1、3、和10級。比如0.5級電流互感器，表示一次側(cè)電流為額定值時電流誤差在±0.5%以內(nèi)。保護用互感器：主要用于測量短路電流，其值比正常運行電流大幾倍只幾十倍，運行點在磁化曲線上已進入飽和區(qū)，因此保護用互感器在額定一次電流范圍內(nèi)準確度要求不高，只相當于3~10級，但是要求在可能出現(xiàn)的短路電流范圍內(nèi)，互感器的最大誤差限值不超過-10%。5.4.1電磁式電流互感器電流互感器的準確級和10%誤差曲線廠家提供的互感器的10%誤差曲線描述了在保證誤差不超過-10%的條件下，一次電流倍數(shù)n與允許最大二次負載Z2f的關(guān)系曲線。先計算短路電流Ik，求倍數(shù)n=Ik/I1N在10%誤差曲線上查出最大允許的二次阻抗值只要實際連接的二次側(cè)阻抗小于該值，就可以保證誤差小于10%5.4.1電磁式電流互感器電流互感器的容量電流互感器在額定二次電流和額定二次阻抗下運行時，二次繞組輸出的容量電流互感器的誤差與二次負荷有關(guān)，所以同一電流互感器使用在不同準確級時會有不同的額定容量5.4.1電磁式電流互感器電流互感器二次側(cè)不能開路正常情況下，電流互感器都是在接近短路狀態(tài)下運行。如果二次側(cè)開路，(1)去磁磁勢

，勵磁磁勢變?yōu)椋渲岛艽?，造成鐵芯磁通嚴重飽和畸變成為平頂波，其下降沿在二次側(cè)感應出一個高達數(shù)千至上萬伏的高電壓，直接危及工作人員安全。(2)由于磁感應強度驟增，除引起鐵芯過熱，可能燒毀繞組，損壞設備。(3)產(chǎn)生剩磁使精度下降，誤差增大。5.4.1電磁式電流互感器電流互感器的接線方式指電流互感器與測量儀表或電流繼電器之間的接線方式。單相接線星形接線不完全星形接線用于對稱三相負荷，測量一相電流可測量三相不對稱負荷供三相兩元件的功率表或電度表使用，或者用于相間短路保護5.4.1電磁式電流互感器分類按安裝地點屋內(nèi)和屋外按安裝方式穿墻式、支持式和裝入式按絕緣干式、澆注式和油浸式按一次繞組匝數(shù)單匝式和多匝式（400A以下）5.4.1電磁式電流互感器單匝式(一次接線直接穿過鐵芯)多匝式LZZB-10型電流互感器（澆注式）LMZ-0.5型電流互感器（母線型）5.4.1電磁式電流互感器LB-220W2型電流互感器LVQB-110SF6絕緣電流互感器5.4.2電壓互感器和電流互感器恰好相反，電壓互感器一次線圈匝數(shù)多，導線細，而二次線圈匝數(shù)少。電壓互感器的一次繞組并聯(lián)在一次回路中，二次繞組則并接測量儀表、繼電器的電壓線圈。這些線圈阻抗通常很大，所以電壓互感器基本上工作在接近開路的狀態(tài)。電壓互感器可分為2大類：電磁式電壓互感器電容式電壓互感器5.4.2電壓互感器電磁式電壓互感器基本特點：容量小(<1000VA)；二次側(cè)負載阻抗很大；二次負載基本恒定變比二次側(cè)額定電壓規(guī)定為100V或100/V5.4.2電壓互感器電磁式電壓互感器的誤差電壓誤差ΔU%：相角差δu：誤差來源1：措施：采用優(yōu)質(zhì)的冷軋硅鋼片；設計時B要取小些

誤差來源2：措施：采用粗的導線加強一次繞組和二次繞組的耦合使用時對負荷的大小和功率因數(shù)做一定的規(guī)定5.4.2電壓互感器電磁式電壓互感器的準確級準確級是在規(guī)定的一次電壓(0.8~1.2U1N)和二次負荷變化(0.25~1S2N)范圍內(nèi)，負荷功率因數(shù)為0.8時，電壓誤差的最大值一般有0.2、0.5、1、3級電壓互感器的誤差與二次負載、功率因數(shù)和一次電壓等運行參數(shù)有關(guān)，因此規(guī)定了2個容量：額定容量是對應最高準確級的容量最大容量不保證精度，按長期工作的容許發(fā)熱條件確定。準確級選擇的原則互感器的準確度不低于所供測量儀表的準確級。裝于重要回路的電能表和計費的電能表常用0.5～1級，互感器準確級不低于0.5級。對測量精度要求高的大容量發(fā)電機、變壓器、系統(tǒng)干線和500kV用0.2級。供運行監(jiān)視、估算電能的電能表和控制盤上的儀表一般為1～1.5，相應的互感器應為0.5～1級。供只需估計電參數(shù)儀表的互感器可用3級。5.4.2電壓互感器電磁式電壓互感器的接線方式用于中性點直接接地系統(tǒng)，用一臺單相電壓互感器接于電路中，測量相電壓；或者測量3相相電壓和線電壓。用于中性點不接地系統(tǒng)，用一臺單相電壓互感器接于電路中，測量線電壓。5.4.2電壓互感器電磁式電壓互感器的接線方式V-V接法，常用于20kV以下中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)，測量線電壓和電能。三繞組互感器(三臺單相或三相五柱式)構(gòu)成的Y0/Y0/開口Δ接線，二次繞組中性點接地，可測量相電壓和線電壓，開口三角繞組輸出零序電壓。5.4.2電壓互感器電磁式電壓互感器的接線方式——注意點電壓互感器嚴禁短路，二次側(cè)一旦短路會產(chǎn)生很大的短路電流燒毀設備。因此接線中二次側(cè)必須有熔斷器保護一次側(cè)，3~35kV需經(jīng)過隔離開關(guān)和熔斷器接入高壓電網(wǎng)；110kV以上只經(jīng)過隔離開關(guān)與電網(wǎng)相接(沒有這么高電壓等級的熔斷器)高壓熔斷器是用來防止高壓電網(wǎng)受電壓互感器本身及其引線故障的影響，該熔體是按機械強度選最小可能的截面，其額定電流比互感器額定電流大許多倍電壓互感器過負荷保護由二次側(cè)的熔斷器實現(xiàn)5.4.2電壓互感器常見電磁式電壓互感器分類分類按安裝地點：屋內(nèi)和屋外；按相數(shù)：單相和三相（只有20kV以下才有）；按繞組數(shù)：雙繞組和三繞組；按絕緣：干式（3kV屋內(nèi)）、澆注式（3～35kV)和油浸式(110kV以上）3～35kV的油浸式電壓互感器為普通式；110kV以上為串級式串級式的特點：線圈和鐵芯采用分級絕緣，簡化絕緣結(jié)構(gòu)；鐵芯和線圈裝在瓷箱中，瓷箱兼做高壓出線套管和油箱。因此可以節(jié)省絕緣材料，減輕重量，降低造價5.4.2電壓互感器常見電磁式電壓互感器結(jié)構(gòu)形式——單相式5.4.2電壓互感器常見電磁式電壓互感器結(jié)構(gòu)形式——單相式5.4.2電壓互感器常見電磁式電壓互感器結(jié)構(gòu)形式——單相式5.4.2電壓互感器常見電磁式電壓互感器結(jié)構(gòu)形式——三相式20kV以下系統(tǒng)才有3相式互感器3~60kV電網(wǎng)若采用中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，要測量相對地電壓，電壓互感器一次側(cè)繞組必須接成星形，中性點必須接地，可采用3個單相互感器。在3~20kV系統(tǒng)中，為節(jié)省投資，可以使用三相五柱式互感器測量相對地電壓。但不能使用三相三柱式。為什么不能使用三相三柱式？當電網(wǎng)發(fā)生單相接地時，在互感器三相中將有零序電壓和零序電流產(chǎn)生，零序電流在鐵芯中產(chǎn)生三相零序磁通，由于這三個磁通的方向和大小相同，因此只能通過氣隙和互感器鐵外殼形成回路，由于這條磁路磁組很大，所以產(chǎn)生這一磁通的零序電流比正常磁化電流要大許多倍，致使互感器線圈過熱，若時間過長（一般不