电气一次设备和电气主接线讲义全

电气一次设备及主接线第一章电气设备第1节概述发电厂变电站的电气设备，根据其用途常分为一次设备和二次设备。

一次设备是指直接生产、输送和分配电能的设备，包括有生产变换电能的设备（如发电机、变压器），开关设备（如高、低压断路器、隔离开关、接触器等），限流限压设备（如避雷器、电抗器），接地装置，载流导体（如母线、电力电缆等）。

二次设备是对一次设备进行控制、测量、监视和保护的电气设备，包括测量表计（如电压表、电流表、功率表），继电保护及自动装置（如各种继电器、端子排），直流设备（如直流发电机、蓄电池）。

下面主要针对部分一次设备的作用和工作原理进行介绍。

第2节母线在发电厂变电站中，将发电机、变压器和各种电器连接的导线称为母线。

母线是电气主接线和各级电压配电装置中的重要环节。

它的作用是汇集和分配电能。

母线按所使用的材料可分为铜母线、铝母线和钢母线。

铜母线：具有电阻率低、机械强度高、抗腐蚀性强等特点，是很好的导电材料。

但铜的储量少，属贵重金属，一般在含有腐蚀性气体的场合采用。

铝母线：电阻率比铜高，但储量丰富，比重小，加工方便，价格便宜，通常情况下采用铝母线。

钢母线：机械强度高，价格便宜，但钢的电阻率是铜的7倍，用于交流时会有很强的集肤效应，所以仅用于高压小容量回路（如电压互感器）。

母线按其截面形状可分为矩形母线、管形母线和槽形母线。

矩形母线：具有集肤效应系数小、散热条件好、安装简单、连接方便等优点，在35kV 及以下的户配电装置中多采用矩形母线。

管形母线：是空芯导体，集肤效应系数小，且电晕放电电压高。

在35kV以上的户外配电装置中广泛采用。

槽形母线：电流分布比较均匀，与同截面的矩形母线相比，具有集肤效应系数小、冷却条件好、金属材料的利用率高、机械强度高等优点。

当母线的工作电流很大，每相需要三条以上的矩形母线才能满足要求时，一般采用槽形母线。

第3节高压断路器高压断路器是电力系统最重要的控制和保护设备，是开关电器中最完善的一种设备，它的基本功能如下：1、关合状态下为良导体2、开断状态下具有良好绝缘3、能开断额定开断电流以下的电流4、关合短路电流5、高的运行可靠性3.1 高压断路器的类型高压断路器按安装地点分可分为户型和户外型两种；按灭弧介质及灭弧原理可分为SF6断路器、真空断路器、油断路器（又分为多油、少油断路器）、空气断路器等。

3.2 高压断路器的基本结构虽然高压断路器有多种类型，具体结构也不相同，但其基本结构类似。

高压断路器的基本结构主要包括：开断元件：包括断路器的动、静触头以及消弧装置等；绝缘支柱：用来支撑断路器、绝缘；基座：支撑和固定断路器；操动机构：操动断路器分、合闸；3.3 高压断路器的技术参数高压断路器通常用下列技术参数表示其技术性能。

1、额定电压：断路器正常工作时所能承受的电压（kV），决定了断路器的绝缘水平，用U N表示，为保证高压电器有足够的绝缘距离，通常其额定电压越高，其外形尺寸越大；2、额定电流：在规定的环境温度下，断路器长期通过的最大工作电流有效值（A），决定了触头、导体等载流部分的截面积，用I N表示。

额定电流越大，载流部分的尺寸越大，否则不能满足最高允许温度的要求；3、额定开断电流：在额定电压下断路器所能可靠开断的最大短路电流（kA），以短路电流周期分量有效值表示，是衡量断路器开断能力的指标，用I nbr表示；我国规定的高压断路器的额定开断电流为1.6、3.15、6.3、8、10、12.5、16、20、25、31.5、40、50、63、80、100kA等。

在电压低于额定电压的情况下，开断电流可以提高，但由于灭弧装置机械强度的限制，开断电流有一极限值。

4、热稳定电流I t：在保证断路器不损坏的条件下，在规定的时间t秒（产品目录一般给定2s、4s、5s、10s等）允许通过断路器的最大短路电流有效值，它表明断路器承受短路电流热效应的能力，当断路器持续通过t秒时间的I t时，不会发生触头熔接或其他妨碍其正常工作的异常现象。

5、动稳定电流i es：断路器在闭合状态下，允许通过的最大短路电流峰值，又称极限通过电流。

它表明断路器承受短路电流电动力效应的能力。

当断路器通过这一电流时，不会因电动力作用而发生任何机械上的损坏。

6、短路关合电流i Ncl：如果断路器合闸之前，线路或设备上已存在短路故障，则在断路器合闸过程中，在触头即将接触时即有巨大的短路电流通过（预击穿），要求断路器能承受而不会引起触头熔接和遭受电动力的损坏；而且在关合后，由于继电保护动作，不可避免的又要自动跳闸，此时仍要求能切断短路电流，此参数用来说明断路器关合短路故障的能力，一般等于断路器的动稳定电流；7、断路器动作时间：跳闸时间：断路器接到跳闸指令开始到各相电弧熄灭为止的时间，包括固有分闸时间和燃弧时间合闸时间：断路器操动机构接到合闸指令到动静触头接通为止的时间；电力系统对断路器合闸时间一般要求不高，但要求其合闸稳定性好。

3.4 高压断路器的型号含义第一单元：产品名称，用字母表示：S－少油断路器；D－多油断路器；K－空气断路器；L－六氟化硫断路器；Z－真空断路器；C－磁吹断路器；第二单元：安装场所，用字母表示：N－户式；W－户外式；第三单元：设计序号；第四单元：额定电压（kV）；第五单元：补充工作特性；第六单元：额定电流（A）；第七单元：额定开断电流（kA）如：SN10-10/3000型，代表10kV，3000A，10型户式高压少油断路器3.3 断路器的操动机构断路器触头的分、合闸动作是通过某种机械操动系统实现的。

机械操动系统可分为两部分：1、操动机构：指断路器本体以外的，与操动能源直接联系的机械操动装置。

其作用是把其他形式的能量，如人力、电磁能、弹簧能、气体或液体的压缩能等转变为机械能，为断路器提供操作动力。

2、传动机构：指连接操动机构和断路器动触头的传动部分，通常由若干拉杆、拐臂、及连杆等组成，其作用是改变操作力的大小和方向，并带动动触头运动，实现断路器的合闸和分闸。

操动机构按照合闸能源取得方式的不同可分为：1、手动式；用手力直接合闸，适用于操作电压等级低、开断电流小的断路器；2、电磁式；利用电磁力合闸；3、弹簧式；利用储能的弹簧为动力使断路器动作；4、气动式；利用压缩空气为能源使断路器动作；5、液压式；利用高压压缩氮气作为能源，液压油作为传递能量的媒介，注入带有活塞的工作缸，推动活塞做功，实现断路器的合闸和分闸。

第4节隔离开关隔离开关的用途是：1、在检修电气设备时用来隔离电压，使检修的设备与带电部分之间有明显可见的断口；2、在改变设备状态（运行、备用、检修）时用来配合断路器协同完成倒闸操作；3、分、合小电流，可用来分、合电压互感器、避雷器和空载母线，分、合励磁电流不超过2A的空载变压器，关合电容电流不超过5A的空载线路；4、隔离开关的接地开关可代替接地线，保证检修工作安全。

隔离开关没有灭弧装置，不能用来接通和断开负荷电流和短路电流隔离开关的操作机构有手动式和动力式两大类。

隔离开关的种类和型式很多，按安装地点分可分为户式、户外式；按产品组装极数分可分为单极式（每极单独安装在一个底座上）和三极式（三极装于同一底座上）；按每极绝缘支柱数目分可分为单柱式、双柱式、三柱式。

隔离开关的型号含义：第一单元：G－隔离开关第二单元：安装地点，N，W第三单元：设计序号第四单元：额定电压（kV）第五单元：T，G，D，K，E，W，TH，TA第六单元：额定电流例如：GW7-220D/2000表示户外式，7型，带接地刀闸，额定电压220kV，额定电流为2000A。

第5节互感器互感器是一次系统和二次系统的联络元件，包括电流互感器和电压互感器。

互感器属于特种变压器，其作用如下：1、将一次回路的高电压、大电流变为二次回路标准的低电压（100、）、小电流(5A或1A)，使测量仪表和保护装置小型化、标准化；2、使二次设备与高压部分隔离，且互感器二次侧均接地，保证人身和设备的安全；5.1 电磁式电流互感器电磁式电流互感器的特点：1、一次绕组串联在一次回路中，匝数很少，流过的电流是一次系统的负荷电流，与二次侧电流无关，这点与变压器不同。

2、二次绕组与二次回路串联，匝数通常是一次绕组的很多倍。

3、电流互感器的二次绕组的负荷为仪表或继电保护的电流线圈，阻抗很小，近似于短路运行。

电流互感器的额定一、二次电流I N1、I N2之比，称为电流互感器的额定互感比，用k i 表示，其近似于一、二次绕组的匝数N1、N2成反比。

即：I N1/I N2≈N2/N1。

运行中的电流互感器二次侧为什么不能开路？5.2电压互感器目前，在电力系统中广泛采用的电压互感器，按其工作原理可分为电磁式和电容式两种。

下面介绍电磁式电压互感器的特点：1、一次绕组并联在一次回路中，二次绕组与二次回路并联2、电压互感器的二次绕组的负荷为仪表或继电保护的电压线圈，阻抗很大，近似于开路运行。

电压互感器的额定一、二次电压U N1、U N2之比，称为电压互感器的额定互感比，用k u表示，其近似于一、二次绕组的匝数N1、N2之比。

即：U N1/U N2≈N1/N2。

第二章电气主接线第1节概述电气主接线是指发电厂、变电所中的一次设备按照设计要求连接而成的电路，也称发电厂、变电所主电路或一次接线。

电气主接线的形式对配电装置布置、供电可靠性、运行灵活性和建设投资资金都有很大影响。

配电装置是发电厂、变电所的主要组成部分，是按主接线图的接线要求，由开关设备、载流导体以及其他必要的设备组成的电工建筑物。

将按规定符号绘制而成的主电路图称为电气主接线图，也称一次接线图。

主接线图以单线图表示，即三相电路中只画出一相设备的连接图，只有在需要表明局部三相电路不对称时，才将局部绘制成三线图。

发电厂和变电所的电气主接线必须满足以下基本要求：➢根据发电厂和变电所在电力系统中的地位，满足必要的可靠性；➢在正常情况下能根据调度的要求灵活地改变运行方式，在各种事故或检修时能尽快退出设备，切除故障，使停电时间最短、影响围最小，并在检修设备时能保证检修人员的安全即具有一定的灵活性；➢由于复杂的接线易引起误操作而发生事故，所以应力求接线简单、操作方便；➢在保证可靠性、简单、灵活、方便的条件下，尽量降低投资——经济上要合理。

电气主接线在满足以上技术经济方面基本的要求外，还应具有发展和扩建的可能性。

典型的电气主接线大致可分为有母线和无母线两类，有母线类主接线包括单母线、双母线及带旁路母线的接线等，无母线类主接线包括桥形接线、多角形接线和单元接线。

下面我们从单母线接线开始：第2节单母线接线2.1单母线接线2.1.1单母线接线图单母线接线图如下图所示，基本支路是电源（发电机、变压器或其他电源进线）和引出线，电源和引出线之间用母线W连接。