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1、2023/3/31,1,电气培训,2023/3/31,2,培训内容,同步发电机运行,三,电力变压器运行,二,一,异步电动机运行,四,五,发电厂电气一次设备,过电压及防雷保护,六,七,电力系统概述,发电厂电气二次回路,2023/3/31,9,电力系统组成示意图,一、电力系统组成及特点,2023/3/31,10,电力系统特点,同时性：电能不能大规模储存，发电-变电-输电-配电-用电同时进行。短暂性：电力系统暂态过程非常短。（故障、投切）密切性：电力系统发展与国民经济发展关系密切；电能质量要求高：电压、频率,一、电力系统组成及特点,2023/3/31,11,电力系统主要电气设备按作用不同可分成一次设
2、备和二次设备。,一次设备：直接产生、输送和分配电能的设备。,二次设备：对一次设备和系统的运行状况进行测量、控制、保护和监察的设备。,二、电气设备分类,2023/3/31,12,生产和转换电能的设备,接通和断开电路的开关电器,限制故障电流和防御过电压的保护电器,载流导体,接地装置,无功补偿设备,1.一次设备分类,二、电气设备分类,2023/3/31,13,发电机,升压变,隔离开关,断路器,220kV母线,送电线路,#1变压器,#1变主刀闸,电流互感器,#1变主开关,#1变主刀闸,220kV母线电压互感器,输电线路,220kV母线,66kV母线,一次设备连接示意图,二、电气设备分类,2023/3/
3、31,14,测量仪表,保护及自动装置,自动化监控设备,通讯设备,电能表、电流、电压表、有功、无功表、温度表,主变、线路、母线、母联、电容器等保护装置减载、解列、录波、备自投等自动装置,公用测控、远动通信、各单元测控、自动校时监控后台等设备,通讯传输、分配、光电转换等设备,2.二次设备分类,二、电气设备分类,2023/3/31,15,短路：指三相系统中相与相或相与地之间发生不正常的连接。,三、电力系统短路基本知识,1.短路定义及分类,分类,2023/3/31,16,2.短路的图例及表示符号,三、电力系统短路基本知识,2023/3/31,17,（1）短路的原因,绝缘材料的自然老化，设计、安装及维护
4、不良所带来的设备缺陷发展成短路。恶劣天气：雷击造成的闪络放电或避雷器动作，架空线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌等。人为误操作，如运行人员带负荷拉刀闸，线路或设备检修后未拆除地线就加上电压引起短路。外力破坏：挖沟损伤电缆，鸟兽跨接在裸露的载流部分等,3.短路的原因及危害,三、电力系统短路基本知识,2023/3/31,18,三、电力系统短路基本知识,3.短路的原因及危害,（2）短路危害,电流剧增：设备发热增加，若短路持续时间较长，可能使设备过热甚至损坏;由于短路电流的电动力效应，导体间还将产生很大的机械应力，致使导体变形甚至损坏。电压大幅度下降，对用户影响很大。当短路发生地点离电源不远而持续时间
5、又较长时，并列运行的发电机可能失去同步，破坏系统运行的稳定性，造成大面积停电，这是短路最严重的后果。发生不对称短路时,三相不平衡电流会在相邻的通讯线路感应出电动势,影响通讯。,2023/3/31,19,作为选择电气设备和载流导体的依据；为设计和选择电气主接线提供依据；为合理配置各种继电保护和自动装置提供依据。,4.短路短路计算目的,三、电力系统短路基本知识,2023/3/31,20,5.无限大容量系统短路电流变化,无限大容量系统：指在这种系统正常运行和短路时，电源的端电压和频率恒定不变，认为电源容量“无限大”，电源内阻为零。,分析：无限大是一个相对概念。当系统内阻抗远小于，外电路阻抗时，当外电
6、路电流变化时，系统母线电压变化很小，实用计算时，认为电压不变。,三、电力系统短路基本知识,2023/3/31,21,正常运行时，电路中电流取决于网络总阻抗和电源电压。,突然短路时，网络总阻抗减少，电路中电流突然增加。,5.无限大容量系统短路电流变化,三、电力系统短路基本知识,2023/3/31,22,5.无限大容量系统短路电流变化,三、电力系统短路基本知识,2023/3/31,23,6.短路电流的分布,高压侧仅回为电源，其它均为负荷时短路电流的分布：若回线路故障：若回线路故障：若回线路故障：,短路电流（功率）由电源流向短路点；短路电流的大小取决于电源和网络参数。,三、电力系统短路基本知识,20
7、23/3/31,24,四、电力系统中性点运行方式与接地,1.电力系统中性点定义及分类2.中性点不接地系统3.中性点经消弧线圈接地系统4.中性点直接接地系统5.电气接地,2023/3/31,25,（1）电力系统中性点定义,电力系统中性点指系统中发电机或变压器绕组的星形连接点。,1.电力系统中性点定义及分类,2023/3/31,26,（2）中性点运行方式的分类,1.电力系统中性点定义及分类,2023/3/31,27,（1）中性点不接地系统正常运行分析,2.中性点不接地系统,2023/3/31,28,（2）单相接地故障分析,2.中性点不接地系统,2023/3/31,29,2.中性点不接地系统,故障相
8、对地电压变为零；中性点对地电压变为相电压；未故障相的对地电压升高到线电压；系统的线电压的大小及相位均没有发生变化；单相接地时的接地电流等于正常时各相对地电容电流的三倍，且为电容性。接地电流的大小与网络的电压、频率和相对地的电容有关，而相对地电容与电网的结构和线路的长度有关。,2.单相接地故障分析,2023/3/31,30,单相接地电容电流的影响,单相接地是电力系统中最常见的故障形式，约占60%以上。对于中性点不接地电网，由于电容电流的存在，在接地瞬间形成接地电弧，而接地电弧不易熄灭，电弧的发展会引起相间短路；接地电弧产生间歇性弧光过电压；电磁式电压互感器铁心饱和引起谐振过电压等，将造成烧保险、
9、避雷器、PT的爆炸、线路的跳闸等事故发生，其中尤以相间短路和间歇性弧光接地过电压最为严重。,2.中性点不接地系统,2.单相接地故障分析,2023/3/31,31,（3）中性点不接地系统特点,中性点不接地系统发生单相接地时可以继续运行，提高了供电可靠性；,单相接地电流很小，对临近通信线路干扰小；,非故障相电压升高到线电压；对地绝缘要按线电压设计，增加了绝缘投资。,规程规定：中性点不接地系统发生单相接地故障时，允许继续允许2小时。,2.中性点不接地系统,2023/3/31,32,在小电流接地系统中，单相接地电流远小于正常负荷电流，实现有选择性的接地保护比较困难；但大电流接地系统实现比较容易，由于接
10、地电流较大，继电保护一般都能迅速而准确地切除故障线路，且保护装置简单，工作可靠。在小电流接地系统中，当接地的电容电流较大时，接地处产生的电弧很难自行熄灭。在接地处还可能出现间隙电弧，间歇电弧将引起相对地的过电压，其数值可达(2.53)Ux，易造成两相接地短路。,2.中性点不接地系统,（3）中性点不接地系统特点,2023/3/31,33,3.中性点经消弧线圈接地系统,（1）中性点经消弧线圈接地系统分析,2023/3/31,34,3.中性点经消弧线圈接地系统,消对发生单相接地故障电网的电容电流进行补偿，减少流过接地点电流，使接地点电弧易于熄灭。降低弧隙恢复电压上升速度，使电弧不会重燃，不易发生间歇
11、性弧光接地过电压。,（2）消弧线圈作用,（3）消弧线圈的运行方式,传统的消弧线圈（手动式消弧线圈）自动跟踪补偿消弧线圈,2023/3/31,35,完全补偿：易形成串联谐振，造成中性点电位升高，危及设备绝缘，一般不采用。欠补偿：在切除部分线路时或系统频率降低时，可能变成完全补偿，在电网中一般不采用。过补偿：一般装在电网中变压器中性点的消弧线圈以及具有直配线的发电机中性点的消弧线圈均采用此方式。,3.中性点经消弧线圈接地系统,（4）固定抽头消弧线圈的补偿方式,2023/3/31,36,3.中性点经消弧线圈接地系统,（5）中性点经电阻接地系统的特点,中性点经电阻接地与经消弧线圈接地相比，改变了接地电
12、流的相位，使通过接地点的电流成为阻容性电流。由于流过接地点总电流含有阻性分量，可促使接地点处的电弧容易自行熄灭，从而降低弧光间隙接地过电压，同时可提供足够的电流和零序电压,使接地保护可靠动作。,2023/3/31,37,3.中性点经消弧线圈接地系统,（6）中性点接地电阻接入中性点的方式,经配电变压器接入中性点方式配电变压器一次侧接于发电机的中性点，而接地电阻R接于配电变压器的二次侧变压器的作用是使低压小电阻起高压大电阻的作用，从而可简化电阻器的结构，降低其价格，使安装空间更容易解决,2023/3/31,38,3.中性点经消弧线圈接地系统,（6）中性点接地电阻接入中性点的方式,大型火电厂高压厂用
13、电系统中性点经高电阻接地的原理接线适用于厂用变压器二次侧为Y接线的场合适用于厂用变压器二次侧为d接线的场合,2023/3/31,39,1.单相接地故障分析,故障相构成短路回路，单相接地短路电流很大；,故障相、接地点、大地、中性点构成回路，回路阻抗很小，接地短路电流很大。,中性点电位基本不偏移，非故障相电压不会升高。,4.中性点直接接地系统,2023/3/31,40,（2）特点,中性点直接接地系统发生单相接地时，短路电流很大，故障线路不能继续运行，降低了供电可靠性；,单相短路时，非故障相电压不会升高，对地绝缘可按相电压设计，降低了绝缘投资。系统电压等级越高经济效益越显著；,单相接地短路对临近的通
14、信线路产生干扰。,为提高中性点直接接地系统供电可靠性，通常在线路上装设自动重合闸装置。,在我国110KV及以上系统一般采用中性点直接接地。,4.中性点直接接地系统,国家电网公司城市电力网规划设计导则,城网中性点运行方式一般可分为有效接地方式和非有效接地方式两大类。有效接地方式是指中性点直接接地和经低电阻接地；中性点非有效接地主要分为二种：不接地、经消弧线圈接地。220kV及以上直接接地；110kV直接接地；66kV经消弧线圈接地；35kV、20kV、10kV不接地或经消弧线圈接地，或经低电阻接地；380/220V直接接地。,电缆为主和架空线混合型网络的 35kV、20kV、10kV 电网，如采
15、用中性点经低电阻接地方式，应考虑以下几个方面问题：（1）单相接地时线路应考虑跳闸，为了保证供电可靠性要求，应考虑负荷转移问题；（2）单相接地时的接地电流应限制在对音频电缆的通信线路干扰的允许范围之内；（3）单相接地时的线路的继电保护应有足够的灵敏度和选择性；,国家电网公司城市电力网规划设计导则,对于35kV、20kV和10kV电压等级的中性点不接地系统，在发生单相接地故障时，若单相接地电流在 10A 以上，宜采用经消弧线圈接地方式，将接地电流宜控制在10A以内，并允许单相接地运行 2小时。对于35kV、20kV、10kV电压等级的中性点经低电阻接地系统，在发生单相接地故障时，20kV，10kV
16、 接地电流宜控制在 150500A 范围内，35kV 接地电流为1000A，应考虑跳闸停运，并注意与重合闸的配合。对于 35kV、20kV、10kV 电压等级的非有效接地系统，当单相接地故障电流达到150A以上的水平时，宜改为低电阻接地系统。,国家电网公司城市电力网规划设计导则,2023/3/31,44,（DL/T 6211997）交流电气装置接地规定：,A类电气装置：指交流标称电压500kV及以下发电、变电、送电和配电电气装置(含附属直流电气装置)。B类电气装置：指建筑物电气装置。,A类和B类电气装置,5.电气接地,2023/3/31,45,接地的定义,接地：将电力系统或建筑物中电气装置、设
17、施的某些导电部分，经接地线连接至接地极。,接地极：埋入地中并直接与大地接触的金属导体。,接地线：电气装置、设施的接地端子与接地极连接用的金属导电部分。,接地装置：接地线和接地极的总和。,（1）电气接地的基本概念,2023/3/31,46,接地电阻,接地装置的接地电阻：接地极或自然接地极的对地电阻和接地线电阻的总和。,工频接地电阻：按通过接地极流入地中工频交流电流求得的电阻；冲击接地电阻：按通过接地极流入地中冲击电流求得的接地电阻。,接地电阻的数值等于接地装置对地电压与通过接地极流入地中电流的比值。,（1）电气接地的基本概念,2023/3/31,47,（DL/T 6211997和GB50169-
18、2006）国家标准关于保护接地和保护接零定义有所不同，本讲义仍沿用通行叫法）,（2）接地的种类及作用,2023/3/31,48,工作接地（系统接地）：在电力系统电气装置中，为运行需要所设的接地(如中性点直接接地或经其他装置接地等)。,保护接地（安全接地）：电气装置的金属外壳、配电装置的构架和线路杆塔等，由于绝缘损坏有可能带电，为防止其危及人身和设备的安全而设的接地。,保护接零（保护接地）：中性点直接接地低压电力网中，电气设备外壳与保护零线连接。,（2）接地的种类及作用,2023/3/31,49,雷电保护接地：为雷电保护装置(避雷针、避雷线和避雷器等)向大地泄放雷电流而设的接地。,防静电接地：为
19、防止静电对易燃油、天然气贮罐和管道等的危险作用而设的接地。,（2）接地的种类及作用,2023/3/31,50,接触电位差：接地短路(故障)电流流过接地装置时，大地表面形成分布电位，在地面上离设备水平距离为0.8m处与设备外壳、架构或墙壁离地面的垂直距离1.8m处两点间的电位差。,跨步电位差：接地短路(故障)电流流过接地装置时，地面上水平距离为0.8m的两点间的电位差。,（3）接触电位差和跨步电位差,2023/3/31,51,（4）低压配电系统接地,接地型式表示方法,第一字母表示电源接地点和大地关系。,接地型式一般由两个字母组成，必要时可加后续字母。,2023/3/31,52,第二字母表示设备外
20、露可导电部分与大地关系。,后续字母表示中性线与保护线关系。,（4）低压配电系统接地,2023/3/31,53,低压系统接地型式,(4)低压配电系统接地,2023/3/31,54,IT系统特点,IT系统常用于对供电连续性要求较高的配电系统，或用于对电击防护要求较高的场所。前者如矿山巷道的供电，后者如医院手术室的配电等。,(4)低压配电系统接地,2023/3/31,55,TT系统特点,电气设备的外壳与电源的接地无电气联系，适用于对电位敏感的数据处理设备和精密电子设备；当电气设备的金属外壳带电时，由于采用保护接地，可以大大减少触电的危险性。但是，低压断路器不一定能跳闸，造成漏电设备的外壳对地电压高于
21、安全电压，引发触电事故，应装设RCD。,(4)低压配电系统接地,2023/3/31,56,当三相负载不平衡时，零线对地呈现电压；当三相负载严重不平衡时，触及零线可能导致触电事故。不能使用剩余电流保护装置RCD，因此绝缘故障时，不能有效地对人身和设备进行保护。,TN-C系统特点,(4)低压配电系统接地,2023/3/31,57,TN-C-S系统,适用于工矿企业供电，电源侧采用TNC系统可满足固定设备的需要，后端TNS系统可满足对电位敏感的电子设备的需要；民用建筑中，电源进线采用TNC，进入建筑物后，采用TNS系统，可实现TNS系统的优点。,(4)低压配电系统接地,2023/3/31,58,TN-
22、S系统,N线与PE线在系统中性点分开后，不能再有任何电气连接PE线对地没有电压，安全可靠。TN-S系统是我国现在应用最为广泛的一种系统。,(4)低压配电系统接地,低压配电系统可采用 TN-C-S、TT 接地型式。10（20）千伏电网中性点经低电阻接地地区，台区所有设施中性线共网接地。接地等效电阻达到0.5欧姆以下时，变压器工作接地和保护接地可共用接地装置，否则应分开设置；并且二者接地电阻均不应超过4欧姆，且接地点间距不宜小于5米。当低压系统采用 TN-C-S 接地型式时，配电线路主干线和各分支线的末端中性线应重复接地。该类系统不宜装设剩余电流总保护和剩余电流中级保护，应装设终端剩余电流保护。,低压配电网接地运行方式,5.低压配电系统接地,
