第2章 電力系統(tǒng)的接線

電力系統(tǒng)基礎

（第二版）教學內容第一章電力系統(tǒng)基礎第二章電力系統(tǒng)的接線第三章電力系統(tǒng)元件參數(shù)及等值電路第四章電力系統(tǒng)潮流計算第五章電力系統(tǒng)有功功率平衡與頻率調整第六章電力系統(tǒng)無功功率平衡及電壓調整第七章短路電流的計算與分析第八章電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性電力系統(tǒng)基礎(第二版)第二章電力系統(tǒng)的接線第一節(jié)電氣主接線第二節(jié)電力設備及其選擇的一般原則第三節(jié)電力網接線及中性點接地方式第四節(jié)直流輸電電力系統(tǒng)基礎(第二版)一、主接線概念第二章電力系統(tǒng)的接線第一節(jié)電氣主接線主接線是發(fā)電廠、變電站及電力系統(tǒng)輸送電能的通路。主接線是由發(fā)電機、變壓器、斷路器、隔離開關、互感器、母線、電纜等電氣設備及連接線按照一定順序的連接，用一定的文字和符號表示產生、匯集和分配電能的電路接線。二、主接線基本形式第二章電力系統(tǒng)的接線主接線的基本形式(連接方式)：

(a)有匯流母線的接線；

(b)無匯流母線的接線。電氣主接線的基本環(huán)節(jié):(a)電源(發(fā)電機或變壓器)(b)母線

(c)出線(饋線)母線——理論上等電位點；實際上匯流排，完成電能的匯集和分配，即功率的匯總與分配點。(一)、有匯流母線的電氣主接線第二章電力系統(tǒng)的接線1、單母線接線

QS1：母線隔離開關

QF1：母線斷路器圖2-1單母線接線G1QFQSQS1QF1GS2出線1G2QFQSQSQFQSQSQFQSQSQFQS母線

QS2：出線隔離開關注意：當隔離開關與斷路器聯(lián)合操作時，應遵循隔離開關“先通后斷”，或在等電位的情況下操作的原則。第二章電力系統(tǒng)的接線單母線接線的優(yōu)點：

(a)接線簡單、清晰、操作方便；

(b)所用電氣設備少，配電裝置造價低；

(c)隔離開關僅作為隔離電源作用，不作為操作電器可減少誤操作機會。單母線接線的缺點：可靠性、靈活性差；單母線接線的用處：只適用于可靠性、靈活性不高，小容量配電裝置。第二章電力系統(tǒng)的接線利用裝有繼電保護的分段斷路器QF1，將母線分為Ⅰ、Ⅱ兩段。單母線接線的改進：圖2-2單母線分段接線G1QFGSQSQFQSQ2QFQSQSQFQSQSQFQSQSQFQSⅠⅡQSQSQF1缺點：只有一半用戶繼續(xù)供電。第二章電力系統(tǒng)的接線利用加旁母線的接線方式，改善所有用戶保持供電。單母線接線的改進：圖2-3單母線帶旁母線接線QFQFQS2QS5旁母母線QS6QS7QS1QF1QFQFQS4QS3QF2(a)平常QF2斷開；QS3和QS4閉合的。工作過程：(b)當檢修QF1時，先把QF2合上，若無問題在合上QS5然后斷開QF1以及兩側隔離開關QS1和QS2。第二章電力系統(tǒng)的接線2、雙母線接線利用一組斷路器和三組組隔離開關分別連到兩組母線上，兩組主母線由母聯(lián)斷路器QF1連接。圖2-4雙母線接線第二章電力系統(tǒng)的接線優(yōu)點：

(a)輪流檢修主母線不中斷供電；

(b)檢修任一回路母線隔離開關時，只斷開該回路；

(c)工作母線發(fā)生故障時，可將全部回路轉換到備用母線上，以便迅速恢復供電。

(d)兩組母線帶有均衡負荷，當母聯(lián)斷路器投入并聯(lián)運行時，相當于單母線分段接線的作用。

(e)任一回路運行中的斷路器故障、拒絕動作或不允許操作時，可利用母聯(lián)斷路器代替之，以斷開該回路而檢修故障斷路器。缺點：在倒閘操作過程中，隔離開關作為操作電器，易引起誤操作。倒閘操作——當電氣主接線從一種運行狀態(tài)轉換到另一種運行狀態(tài)時，按照一定順序對隔離開關和斷路器進行接通或者斷開的操作。倒閘操作的注意事項：隔離開關不能通斷負荷電路（不能帶負荷操作），沒有滅弧能力；而斷路器可以；倒閘操作原則：接通電路時先閉合隔離開關，后閉合斷路器；切斷電路時，先斷開斷路器，然后斷開隔離開關。第二章電力系統(tǒng)的接線雙母線接線的改進：帶旁路母線的雙母線接線。圖2-5帶旁路母線的雙母線接線QSQSQFQSQFQFQSQFⅠⅡ旁母QF2QS1第二章電力系統(tǒng)的接線3、一個半斷路器的接線有兩組主母線，有三組斷路器串接在兩組母線之間，三組斷路器控制著兩條回路。圖2-6一個半斷路器接線特點：除聯(lián)絡斷路器(QF2和QF5)同時故障外，其它任何故障或檢修都能正常供電。應用于500kV超高壓系統(tǒng)。(二)、無匯流母線的電氣主接線第二章電力系統(tǒng)的接線1、橋形接線特點：使用斷路器數(shù)量較少，一般采用斷路器數(shù)等于或小于出線回路數(shù)，從而結構簡單。圖2-7橋形接線第二章電力系統(tǒng)的接線2、單元接線圖2-8單元接線幾個元件直接串聯(lián)，其間沒有橫向聯(lián)系的接線。優(yōu)點：接線簡單清晰、故障范圍小、運行可靠靈活、設備元件少、配電裝置布置簡單。缺點：當單元中任一元件故障即可引起整個單元停止工作。第二章電力系統(tǒng)的接線3、角形接線沒有集中的接線，相當于把單母線用斷路器按電源和引出線數(shù)目分段，且連成環(huán)形的接線。圖2-9角形接線(三)、主接線舉例第二章電力系統(tǒng)的接線圖2-10水電廠主接線圖發(fā)電廠中采取的限流方法：第二章電力系統(tǒng)的接線(a)增大短路回路電抗值；(b)工作安裝出線電抗器和母線分段電抗器；(c)采用分裂繞組變壓器也可有效地限制短路電流。在大容量發(fā)電廠和變電所中，短路電流有時可能達到很大數(shù)值。因此設計主接線時還應采取措施限制短路電流。一、電力設備選擇的一般原則第二章電力系統(tǒng)的接線第二節(jié)電氣設備及其選擇的一般原則(1)絕緣安全可靠，高壓電器設備的絕緣能力既要能承受工頻最高工作電壓的長期作用，也要能承受內部過電壓和外部過電壓的短時作用；(2)具有一定的過負荷能力；(3)正常工作電流通過時，能正常工作，正常運行時發(fā)熱不得超過允許溫度；(4)具有足夠的動穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，即能承受短路電流電動力效應和熱效應不損壞；(5)工作性能可靠、結構簡單、成本低廉。電力線路架空線：導線、避雷器、桿塔、絕緣子、金具電纜線：導線、絕緣層、保護層第二章電力系統(tǒng)的接線二、母線、導線、桿塔、絕緣子和金具第二章電力系統(tǒng)的接線1、裸露母線發(fā)電廠、變電所中各級電壓配電裝置的母線各種電器之間的連接線發(fā)電機、變壓器等電力設備與相應配電裝置母線之間的連接線母線母線作用：

連接各種電力設備、匯集分配和傳送電能。母線第二章電力系統(tǒng)的接線母線材質：

一般采用鋁材，銅材(工作電流大、嚴重腐蝕)母線形狀：

采用矩形、雙槽形、圓管形圖2-11母線截面形狀第二章電力系統(tǒng)的接線圖2-12絕緣子外形圖線路絕緣子可分為如下幾種：導線要求：導電好、機械強度大、抗腐蝕能力強鋁—L—常用，機械強度不夠，鋼芯鋁線材料鋼—G—導電性差，做避雷線銅—T—最好，但貴鋁合金—HL第二章電力系統(tǒng)的接線結構多股線絞合—J排列：1、6、12、18普通型：LGJ鋁/鋼比5.6—6.0加強型：LGJJ鋁/鋼比4.3—4.4輕型：LGJQ鋁/鋼比8.0—8.1LGJ-400/50—數(shù)字表示截面積擴徑導線—K擴大直徑，不增加截面積LGJK-300相當于LGJQ-400和普通鋼芯相區(qū)別，支撐層6股分裂導線——每相分成若干根，相互之間保持一定距離400-500mm,防電暈，減小了電抗，電容增大第二章電力系統(tǒng)的接線結構木塔——已不用桿塔鋼筋混凝土塔—單桿、型桿鐵塔—用于跨越，超高壓輸電、耐張、轉角、 換位。獨根鋼管—城市供電作用分直線桿塔—線路走向直線處，只承受導線自重耐張桿塔—承受對導線的拉緊力轉向桿塔—用于線路轉彎處換位桿塔—減少三相參數(shù)的不平衡跨越桿塔—跨越寬度大時，塔高：100—200米終端桿塔—只承受一側的耐張力，導線首末端第二章電力系統(tǒng)的接線絕緣子和金具絕緣子要求：足夠的電氣與機械強度、抗腐蝕材料：瓷質與玻璃質元件類型：針式（35KV以下），懸式（35KV以上）片樹：35KV，110KV，220KV，330KV，500KV 37131924金具作用：連接導線和絕緣子線夾：懸重、耐張導線接續(xù)：接續(xù)、聯(lián)結保護金具：護線條、預絞線、防震錘、阻尼線絕緣保護：懸重錘第二章電力系統(tǒng)的接線三、高壓斷路器第二章電力系統(tǒng)的接線高壓開關設備中最重要最復雜的開關電器，既能切斷正常負荷電流，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。機械式斷路器：一般是用觸頭的位移來開通電路電流的，而在開斷過程中當兩觸頭間電壓高于10-20V，通過期間的電流大于80-200mA時，就會在動、靜觸頭之間產生電弧。根據(jù)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。第二章電力系統(tǒng)的接線類型優(yōu)點缺點多油斷路器結構簡單、工藝要求低、使用可靠、氣候適應性強體積大、消耗油量和鋼材多，增加火災和爆炸的危險性空氣斷路器滅弧能力強、能快速動作、防火防爆、低溫下能可靠動作、體積小、維護檢修方便結構復雜、工藝要求高、需配套一個壓縮空氣輔助設備六氟化硫斷路器切斷能力大、動作迅速、防火防爆結構復雜、工藝要求高、對環(huán)境有影響真空斷路器滅火速度快、出頭材料不易老化、體積小、無噪聲、無爆炸可能性各類斷路器的優(yōu)、缺點第二章電力系統(tǒng)的接線圖2-1335kV多油斷路器的單相結構圖第二章電力系統(tǒng)的接線圖2-14SW6-110GA型少油斷路器外形圖四、隔離開關第二章電力系統(tǒng)的接線一種沒有滅弧裝置的開關電器，在分閘時有明顯可見斷口，在合閘狀態(tài)恩能夠可靠地通過正常工作電流和短路電流。特點：在有電壓無負荷電流情況下，用于分、合電路。主要作用：(1)分閘后建立可靠地絕緣間隙，使需要檢修的線路或電力設備與電源隔開，有明顯可見的斷開點，以保證檢修人員及設備的安全；(2)在斷口兩端接近等電位的條件下，可進行合閘、分閘、倒換雙母線或者改變不長并聯(lián)線路的接線方式。第二章電力系統(tǒng)的接線圖2-15隔離開關外形圖一、電力網幾種典型接線方式的特點第二章電力系統(tǒng)的接線第三節(jié)電力網接線及中性點接地方式(a)無備用接線圖2-16無備用接線放射式干線式鏈式第二章電力系統(tǒng)的接線(b)有備用接線圖2-17有備用接線二、電力系統(tǒng)中性點的運行方式第二章電力系統(tǒng)的接線中性點是指星形連接線的變壓器或發(fā)電機的公共點。中性點接地與否，對系統(tǒng)的絕緣水平、保護整定、通信干擾、電壓等級、系統(tǒng)接線等有影響。中性點的運行方式：(a)直接接地(b)不直接接地中性點接地的影響短路電流大小絕緣水平供電可靠性接地保護方式對通信的干擾系統(tǒng)接地方式中性點接地方式直接接地—大電流系統(tǒng) 110kv及以上不直接接地—小電流系統(tǒng) 110kv以下小電流系統(tǒng)不接地經消弧線圈接地經電阻接地第二章電力系統(tǒng)的接線1、中性點直接接地系統(tǒng)一相接地的特點故障相電流大故障相及中性點對地電壓為零非故障相對地電壓仍為相電壓與故障相相關的線電壓降為相電壓第二章電力系統(tǒng)的接線2、中性點不接地系統(tǒng)一相接地的特點故障電流小中性點對地電壓升高為相電壓非故障相對地電壓升為線電壓三相線電壓仍對稱第二章電力系統(tǒng)的接線圖2-18中性點不接地時的一相接地3、中性點經消弧線圈接地系統(tǒng)一相接地的特點裝設的目的：熄滅接地電流產生的電弧裝設原則補償方式3~6kv電網：30A10kv電網：20A35~66kv電網：10A過補（Ip>Ic），一般采用這種方式欠補（Ip<Ic）全補（Ip=Ic），不允許，容易諧振第二章電力系統(tǒng)的接線圖2-19中性點經消弧線圈接地時的一相接地消弧線圈

直流輸電是將發(fā)電廠發(fā)出的三相交流電用整流器變換成直流電，經直流線路送至受端，在經逆變器變換成三相交流電后送往用戶。第二章電力系統(tǒng)的接線第四節(jié)直流輸電圖2-20直流輸電系統(tǒng)圖輸電方式——交流、直流、特·高壓、靈活交流經濟方便、電壓可變化超過100km時會發(fā)生穩(wěn)定問題1、以交流為主國內最高750kv，加拿大735kv----1200km塔高：500kv---80m;220kv---60m;110kv---45mACSystemACSystem第二章電力系統(tǒng)的接線不會出現(xiàn)穩(wěn)定問題，適合長距離輸300—400km2、直流輸電塔高：+250kv---35m需交---直流變換裝置，成本高事故時電流小線路高度低，占地面積小待研究—直流多端供電技術第二章電力系統(tǒng)的接線HVDC與HVAC的比較當輸送相同功率時，直流線路造價低，架空線路桿塔結構較簡單，線路走廊窄，同絕緣水平的電纜可以運行于較高的電壓；直流輸電的功率和能量損耗?。粚νㄐ鸥蓴_?。痪€路穩(wěn)態(tài)運行時沒有電容電流，沒有電抗壓降,沿線電壓分布較平穩(wěn),線路本身無需無功補償；直流輸電線聯(lián)系的兩端交流系統(tǒng)不需要同步運行，因此可用以實現(xiàn)不同頻率或相同頻率交流系統(tǒng)之間的非同步聯(lián)系；第二章電力系統(tǒng)的接線HVDC與HVAC的比較(續(xù)）直流輸電線本身不存在交流輸電固有的穩(wěn)定問題，輸送距離和功率也不受電力系統(tǒng)同步運行穩(wěn)定性的限制；由直流輸電線互相聯(lián)系的交流系統(tǒng)各自的短路容量不會因互聯(lián)而顯著增大；直流輸電線的功率和電流的調節(jié)控制比較容易并且迅速，可以實現(xiàn)各種調節(jié)、控制。如果交、直流并列運行，有助于提高交流系統(tǒng)的穩(wěn)定性和改善整個系統(tǒng)的運行特性。第二章電力系統(tǒng)的接線HVDC與HVAC的比較(續(xù)）交直流輸電的等價距離第二章電力系統(tǒng)的接線HVDC與HVAC的比較(續(xù)）由于HVDC的線路造價較低，而變電站設備較HVAC昂貴，在某一輸電距離下，交、直流兩種輸電方式的造價費用相等，這一距離成為等價距離。概括的說，從經濟性考慮，當輸電距離超過等價距離時，采用直流有利；輸電距離小于等價距離時，采用交流有利。根據(jù)國外經驗，架空線路的等價距離大約為500~800km。電纜線路的等價距離大約為30~50km。第二章電力系統(tǒng)的接線3、靈活交流輸電FACTS-FlexibleACTransmissionSystemsFACTS:指裝有電力電子型或其他靜止型控制器以實現(xiàn)對電力系統(tǒng)電壓、參數(shù)(如線路阻抗)、相位角、功率潮流的連續(xù)調節(jié)控制，從而大幅度提高輸電線路輸送能力和提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定水平，降低輸電損耗。FACTS裝置：指FACTS家族中具體的成員，指用于提供一個或多個控制交流輸電系統(tǒng)參數(shù)的電力電子系統(tǒng)或其他靜止設備第二章電力系統(tǒng)的接線不易發(fā)生與雷擊和雪害等自然災害有關故障成本高5、地下輸電出故障難找散熱差、允許電流受限制1000~1500kv(交流)；+600kv以上(直流)1000萬KW4、UHV交流輸電須解決：電暈噪音、線間絕緣強度、輸 電線用避雷器、絕緣子耐污塔高：80m---144m用500kv需雙回線7回用1000kv需雙回線1回UltraHighVoltage第二章電力系統(tǒng)的接線一、直流輸電的優(yōu)點第二章電力系統(tǒng)的接線(1)導線電流密度相同的情況下，輸送同樣的功率三相交流輸電需三根導線，而直流輸電僅需兩個導線。(2)交流輸電的主要問題之一是穩(wěn)定性問題，直流輸電不存在穩(wěn)定性問題，與交流輸電線路并列運行時還能提供交流系統(tǒng)的穩(wěn)定性。(3)直流輸電傳輸?shù)墓β嗜菀渍{節(jié)，而且調節(jié)速度快。直流輸電的缺點第二章電力系統(tǒng)的接線換流站的投資大，當輸電距離足夠長，直流線路的節(jié)約抵消了換流站的價格，換流站增加的這都分投資可因線路投資小而得到補償時，直流電輸電的增量價格才低于交流輸電。圖2-21交、直流輸電距離與費用的關系曲線圖線路長度總費用換流站變電所等值距離交流線路直流線路交流電纜直流電纜直流輸電的用處：第二章電力系統(tǒng)的接線(1)