電氣工程武漢理工大學電氣工程緒論------電力系統的基本概念和知識發電系統輸變電系統電力系統負荷電力網的穩態計算電力系統的短路計算電氣主接線的設計與設備選擇電力系統繼電保護實驗電氣工程第三章輸變電系統第一節概述輸變電系統是電力系統的重要組成部分，包括變電所和輸電線路。發電廠生產的電能，經輸變電系統（網絡），供給配電系統和用戶。本章主要討論：

1、輸變電系統中主要電氣設備（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。第二節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。&1輸電線路兩種結構分為架空線路和電纜線路一、滅弧概念

開關在閉合狀態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，電流仍繼續流通，只有在極短的時間內使電弧熄滅，電路才被切斷。圖

吹弧方式a）橫吹b）縱吹

1—電弧2—觸頭&2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。二、高壓斷路器1.高壓斷路器的用途（功能）2.對高壓斷路器的基本要求絕緣應安全可靠；有足夠的動穩定性和熱穩定性；有足夠的開斷能力；動作速度快，熄弧時間短。結構特點：具有相當完善的滅弧結構。不僅能通斷正常負荷電流，而且能通斷一定的短路電流，并能在保護裝置作用下自動跳閘，切除短路故障。3.高壓斷路器的類型油斷路器：分為多油斷路器和少油斷路器兩大類。SN10-10型高壓少油斷路器1—鋁帽2—上接線端子3—油標4—絕緣筒5—下接線端子6—基座7—主軸8—框架9—斷路彈簧

SN10-10型少油斷路器多油斷路器

少油斷路器

六氟化硫（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。優點：它切斷性能好,開斷能力大,動作迅速,防火防爆。缺點：結構復雜、工藝要求高,它是超高壓電器的主要發展方向。瓷柱式SF6斷路器落地罐式SF6斷路器LW8-40.5型SF6斷路器真空斷路器：圖

真空斷路器的滅弧室結構1—靜觸頭2—動觸頭3—屏蔽罩

4—波紋管5—導電桿6—外殼優點：體積小、重量輕、動作快、壽命長、操作噪聲小、安全可靠、便于維護。缺點：價格較貴。VD4型真空斷路器ZW10-12型真空斷路器ZN12型真空斷路器ZW7-40.5型真空斷路器4、高壓斷路器的型號：5.高壓斷路器的基本參數額定電壓UN：指斷路器長期正常工作所能承受的電壓。額定電流IN：指斷路器允許長期通過的最大工作電流。額定開斷電流IN.oc：指斷路器在額定電壓下能夠正常開斷的最大短路電流，它表征斷路器的開斷能力。額定開斷容量SN.oc：指斷路器額定電壓和額定開斷電流的乘積，即說明：如果斷路器的實際運行電壓U低于額定電壓UN而額定開斷電流不變，此時的開斷容量應修正為：熱穩定電流

Its：表征斷路器承受短路電流熱效應的能力。動穩定電流

imax：表征斷路器承受短路電流力效應的能力。分閘時間：指斷路器從得到分閘命令起，到三相電弧完全熄滅為止的一段時間，它包括斷路器的固有分閘時間和燃弧時間兩部分。合閘時間：指斷路器從接到合閘命令起，到三相觸頭剛接觸為止的一段時間。

固有分閘時間：指斷路器從得到分閘命令起，到主觸頭剛分離的一段時間；燃弧時間：指從主觸頭分離到三相電弧完全熄滅的一段時間。三、高壓隔離開關（俗稱刀閘）1.隔離開關的特點和用途結構特點：沒有滅弧裝置。

隔離電壓：隔離開關斷開后在電路中可以造成一明顯可見的斷開點，建立可靠的絕緣間隙，保證檢修人員的安全。倒閘操作：合閘時，先合上隔離開關，后合上斷路器；跳閘時，先斷開斷路器，后斷開隔離開關。分、合小電流：可以接通或斷開電流較小的回路（如電壓互感器、避雷器、空載母線、勵磁電流不超過2A的空載變壓器、電容電流不超過5A的空載線路等）。2.高壓隔離開關的類型按安裝地點分：戶內式和戶外式；按絕緣支柱的數目分：單柱式、雙柱式和三柱式；按刀閘的運行方式分：水平旋轉式、垂直旋轉式、擺動式和插入式；按有無接地刀閘分：單接地刀閘、雙接地刀閘和無接地刀閘。戶內式隔離開關3.隔離開關的外形與結構GN8-10型戶內隔離開關的外形結構。圖

GN8-10型隔離開關1—上接線端子2—靜觸頭3—閘刀

4—套管絕緣子5—下接線端子6—框架7—轉軸8—拐臂

9—升降絕緣子10—支持絕緣子戶外式隔離開關

GW4-110型雙柱式戶外隔離開關的外形結構。圖

GW4-110型雙柱式隔離開關1—接線座2—主觸頭

3—接地刀閘觸頭4—支柱絕緣子

5—主閘刀傳動軸6—接地刀閘傳動軸

7—軸承座8—接地刀閘9—交叉連桿GW5-110D型V形戶外隔離開關的外形結構。圖

GW5-110D型V形雙柱式隔離開關1—主閘刀底座2—接地靜觸頭3—出線座

4—導電帶5—絕緣子6—軸承座7—傘齒輪8—接地刀閘4.隔離開關的操作機構手動杠桿操作機構；手動蝸輪操作機構；隔離開關的型號：電動操作機構；氣動操作機構。&3互感器一、概述互感器在供配電系統中的作用是：將一次回路大電流、高電壓變換為二次回路的小電流和低電壓；使測量儀表、繼電器等二次設備與一次回路（主電路）隔離；使測量儀表、繼電器等標準化，使用范圍擴大。二、電流互感器1.電流互感器的工作原理一次繞組：匝數很少，導線很粗，串聯一次回路中；二次繞組：匝數很多，導線很細，與測量儀表、繼電器等的電流線圈串聯。電流互感器的一次電流I1與二次電流I2之間的關系為式中，Ki為電流互感器的變流比，。2．電流互感器的誤差電流互感器的簡化等效電路和相量圖如圖所示。圖

電流互感器原理接線圖根據磁勢平衡原理可知:∴由相量圖可知，與不僅在數值上不相等，而且相位也不相同，即出現了電流誤差和相位誤差。圖

電流互感器的等效電路和相量圖a）等效電路b）相量圖xx電流誤差fi（又稱比值差）：是二次電流乘以額定變流比Ki與一次電流數值差的百分數，即相位誤差（又稱角差）：是與的相角差，并規定若超前于，為正值，反之為負值。由于很小，由圖可得：電流互感器的誤差與下列因素有關：與勵磁安匝大小有關：勵磁安匝加大時，誤差加大。與二次負荷阻抗大小有關：二次負荷阻抗加大時，誤差加大。3.電流互感器的類型和型號按一次電壓分：有高壓和低壓兩大類；按一次線圈匝數分：有單匝式和多匝式；按安裝地點分：有戶內式和戶外式；按用途分：有測量用和保護用兩大類；按準確度等級分：有0.2、0.5、1、3、5P、10P等級；按絕緣介質分：有油浸式和干式（含環氧樹脂澆注式）；按安裝型式分：有穿墻式、母線式、套管式、支持式等。圖

LQJ-10型電流互感器1—一次接線端子2—一次繞組3—二次接線端子4—鐵心5—二次繞組6—警告牌LQJ-10型電流互感器：其外形結構如圖所示，有兩個鐵心和兩個二次線圈，0.5級用于測量，3級用于繼電保護。圖

LMZJ1-0.5型電流互感器1—銘牌2—一次母線穿孔3—鐵心4—安裝板5—二次接線端子LMZJ1-0.5型電流互感器：其外形結構如圖所示，屬于單匝式電流互感器，互感器鐵心為環形（5～800A）或矩形卷鐵心（1000～3000A）。圖

LLB-110型

SF6電流互感器LLB-110型電流互感器：其外形結構如圖所示，為倒掛式結構，互感器的底座、瓷套與頂部軀殼內部充以SF6(六氟化硫)氣體作為絕緣介質。4.電流互感器的極性與接線方式電流互感器的極性：采用“減極性”原則。通常，一次繞組的出線端子標為L1和L2，二次繞組的出線端子標為K1和K2，其中L1和K1為同名端，L2和K2為同名端。如果一次電流從極性端流入時，則二次電流應從同極性端流出。減極性：在一次繞組和二次繞組的同極性端（同名端）同時加入某一同相位電流時，兩個繞組產生的磁通在鐵心中同方向。電流互感器的接線方式（見圖）一相式接線：用于負荷平衡的三相電路中。兩相兩繼電器接線：用于中性點不接地的三相三線制系統中。兩相一繼電器接線：用于中性點不接地的三相三線制系統中。三相三繼電器接線：用于三相四線制或三相三線制系統中。又叫兩相不完全星形接線或兩相V形接線又叫兩相電流差接線又叫三相完全星形接線圖

電流互感器的接線方式a）一相式接線b）兩相兩繼電器接線

c）兩相一繼電器接線d）三相三繼電器接線5.電流互感器的使用注意事項電流互感器在工作時二次側絕對不允許開路；電流互感器的二次側必須有一端接地。6.電流互感器的10%誤差曲線電流互感器的10%誤差曲線，是指電流互感器的誤差為10%時，一次電流倍數與二次負荷阻抗最大允許值的關系曲線，如圖所示。用于繼電保護回路的電流互感器，應按10%誤差曲線進行校驗。圖

電流互感器的10%誤差曲線

三、電壓互感器1.電壓互感器的工作原理一次繞組：匝數很多，并聯在供電系統的一次電路中；右圖為電壓互感器的原理接線圖。電壓互感器的一次電壓U1與二次電壓U2之間的關系為二次繞組：匝數很少，與電壓表、繼電器的電壓線圈等并聯。式中，Ku為電壓互感器的變壓比，。2.電壓互感器的誤差電壓互感器的等效電路和相量圖如下圖所示。圖

電壓互感器的等效電路和相量圖a）等效電路b）相量圖由相量圖可知，與不僅在數值上不相等，而且相位也不相同，即出現了電壓誤差和相位誤差。電壓誤差fu（又稱比值差）：是二次電壓乘以額定變壓比Ku與一次電壓數值差的百分數，即相位誤差（又稱角差）：是與的相角差，并規定若超前于，為正值，反之為負值。電壓互感器的誤差與下列因素有關：互感器的勵磁電流有關：勵磁電流增大時，誤差也增大。與互感器繞組的阻抗及漏抗有關：阻抗和漏抗加大時，誤差也加大。與互感器二次負荷阻抗大小有關：二次負荷阻抗加大時，誤差加大。3.電壓互感器的類型和型號按相數分：有單相和三相兩大類；按用途分：有測量用和保護用兩大類；按準確度等級分，有0.2、0.5、1、3、3P、6P等級；按安裝地點分：有戶內式和戶外式；按絕緣介質分：有油浸式和干式（含環氧樹脂澆注式）。圖

JDJ-10型電壓互感器圖

JDJ2-35型電壓互感器JDJ型單相雙繞組油浸式電壓互感器：圖

JDZJ-10型電壓互感器1—一次接線端子2—高壓絕緣套管

3—一、二次繞組4—鐵心5—二次接線端子JDZJ-10型單相三繞組環氧樹脂澆注絕緣絕緣電壓互感器：其外形結構如圖所示，采用Y0/Y0/?（開口三角形）接線，額定電壓為4.電壓互感器的極性與接線方式電壓互感器的極性：采用“減極性”原則。通常，單相電壓互感器一次繞組的出線端子標為A和X，二次繞組的出線端子標為a和x，其中A和a為同名端，X和x為同名端。如果一次電壓的方向由A指向X，則二次電壓的方向由a指向x。電壓互感器的接線方式（見圖）圖

電壓互感器的接線方式d）Y0/Y0/（開口三角）形接線a）單相式接線可測量一個線電壓b）V/V形接線可測量三個線電壓c）Y0/Y0形接線可測量電網的線電壓，并可供電給接相電壓的絕緣監視電壓表5.電壓互感器的使用注意事項電壓互感器在工作時二次側絕對不允許短路；電壓互感器的二次側必須有一端接地。Y0/Y0/?

（開口三角）形接線（見圖d）：接成Y0的二次繞組，接絕緣監視電壓表；接成開口三角形的輔助二次繞組，構成零序電壓過濾器。100/3UcUaUbc相接地時三角形開口電壓(√3×100/3)×√3=100伏電流互感器電壓互感器&4電力變壓器

電力變壓器是電力系統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。&5高壓開關柜GG-1A(F)型固定式高壓開關柜JYN1-35交流金屬封閉移開關柜第三節電氣一次接線電力系統電氣一次接線概述電氣主接線的基本接線形式發電廠及變電所的電氣主接線舉例一、電力系統接線和輸變電網接線三種接線形式1、電力系統地理接線各發電廠、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。圖無備用電力網a）放射式b）干線式c）鏈式d）樹枝式優點：簡單明了、運行方便，投資費用少。缺點：供電的可靠性差。有備用接線由兩條及兩條以上電源線路向電力用戶供電。分為雙回路放射式、雙回路干線式、雙回路鏈式、雙回路樹枝式、環式和兩端供電式。優點：供電可靠性高，適用于對一級負荷供電。

3、發電廠、變電站電氣主接線描述發電廠、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，整個系統全部停電。故這種接線只適用于單電源的發電廠和變電所，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QFdQFQS1QS2電源1電源2分段的單母線接線保留了單母線接線優點,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，操作方便及易發展的優點。但是，當有大量重要用戶而在系統中沒有備用線路，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電機端電壓負荷，均采用單元接線。內橋接線：橋斷路器在線路斷路器之內。外橋接線：橋斷路器在線路斷路器之外。內橋適用于電源進線線路較長而變壓器又不需要經常切換的場所。外橋適用于電源進線線路較短而變壓器需要經常切換的場所。圖5-60橋形接線a）內橋b）外橋(2)橋式接線

橋形接線的優點：四個回路只有三個斷路器，投資小，接線簡單，供電的可靠性和靈活性較高，適用于向一、二類負荷供電。三、發電廠及變電站的電氣主接線舉例1、發電廠的電氣主接線區域性電廠:大型火水電廠，生產電能升高電壓送入電力系統，發電機側不設母線。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。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地電壓為了限制對人體危害，要限制接地電阻Re接觸電壓和跨步電壓接觸電壓：當電氣設備發生接地故障時，人體觸及的電氣設備和大地