发电厂变电所电气设备概述

第一节、发电厂变电所电气设备概述
1．主要电气设备
发电厂和变电所的主要工作是生产、输送和分配电能，根据负荷变化的要求启动、调整和停止机组，对电路进行必要地切换，不断的监视主要设备的工作，周期性的检查和维护主要设备、定期检修设备以及迅速消除发生的故障。

一次设备：直接生产和输配电能的设备称为一次设备。

包括发电机、变压器、断路器、隔离开关、自动空气开关、接触器、闸刀开关、母线、电力电缆、电抗器、避雷器、熔断器、互感器等等。

二次设备：对一次设备的工作进行监察测量和控制保护的辅助设备成为二次设备。

包括仪表、继电器、自动控制设备、信号设备及保护、电源等等。

2．电气主接线
一次设备连成的电路称为电气主接线或一次电路（主电路）。

二次设备连成的电路成为二次电路（副电路）。

电路图是用一定的图形符号描绘成三线图或单线图，主接线图通常画成单线图。

几种典型的主接线（单母线、双母线、桥式接线、单元接线）
3．以图例说明主要电气设备的连接情况
母线：汇总接受和分配电能的装置。

断路器、隔离开关：为了正常运行和发生故障时进行操作，装有断路器和隔离开关。

断路器是用来接通和断开电路。

隔离开关不能用于接通或断开有负荷电流的电路，因其无灭弧装置，作用是使需要停电设备与带电部分可靠地隔开。

互感器：把一次电路的高电压和大电流变换为二次设备所需要的低电压和小电流，同时实现了一次与二次的隔离。

电容器：补充系统无功功率缺额的电气设备。

第三节电力系统的中性点接线方式
中性点运行方式：是指系统中星形连接的发电机、变压器中性点对地的连接方式。

分为大接地电流系统和小接地电流系统。

大接地电流系统：中性点直接接地或经过低阻抗接地系统。

如110KV、380V/220V。

小接地电流系统：中性点不接地或经消弧线圈及其他高阻抗而接地的系统。

如6KV、10KV、35KV。

在6~10KV电网中接地点电容电流超过20~30A，
35KV~66KV电网中接地点电容电流超过10A 需加装消弧线圈。

当发生单相接地时一般故障电流较小，特别是经消弧线圈补偿后，约为20~30A ，小接地电流系统由此而来。

我国普遍采用过补偿方式。

用来判断接地点并发出告警的自动装置为小电流接地选线仪。

小接地电流系统接地电流的特点：
非故障线路3I0大小为本线路的接地电容电流，并且超前零序电压90º；故障线路3I0大小等于所有非故障线路的接地电容电流之和，并滞后零序电压90º与非故障线路3I0相差180º；接地故障处的电流大小等于全部线路（故障与非故障）接地电容电流之和。

公司小接地电流选线判据(SIEMENS判据)：
装置通过零序电压和零序电流互感器直接采集U0和I0，然后计算零序有功功率、零序无功功率及零序电流的无功分量，用以判断主变中性点不接地或经消弧线圈接地的小电流接地系统中的单相接地情况。

判据如下：
⑴无消弧线圈
对于接地线路：
a.U0>U0zd （U0为零序电压，U0zd为零序电压整定值）
b.三线电压对称
c.Q0>0（Q0为零序无功功率）
d.I0q>I0qzd （I0q为零序电流的无功分量，I0qzd为零序电流无功分量的
整定值）
对于未接地线路：
Q0<0（Q0为零序无功功率）
⑵有消弧线圈
对于接地线路：
a.U0>U0zd （U0为零序电压，U0zd为零序电压整定值）
b.三线电压对称
c.P0>0.5P0zd （P0为零序有功功率，P0zd为消弧线圈的消弧功率）
对于未接地线路：
P0<0（P0为零序有功功率）
第四节、常见的电气故障
电力系统中常见的电气故障是短路、接地、低电压、过负荷和超温。

当电力系统因某种原因发生短路时形成电流增大、电压降低、电流和电压间的向量发生变化，人们依照这种正常何不正常的特点区分保护范围内外的故障，采用不同的继电保护措施。

各种电气故障中最严重的是短路。

常见的短路故障有三相短路、两相短路、两相接地短路、不同地点的两相接地短路、单相接地短路以及变压器电动机绕组的匝间短路等。

其中单相接地故障频率最高，发生概率约为65%。

第五节、继电保护的概念、任务及电力系统对继电保护的要求当故障发生时，应尽快切除故障，确保无故障部分继续运行，缩小事故范围，保证系统稳定运行。

为了完成这个任务，只有借助自动装置—继电保护装置。

继电保护装置：当电力系统中心元件（发电机、变压器、线路）或电力系统本身发生了故障或危及安全运行的事件时需要有向运行值班人员及时发出警告信号或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备。

实现这种自动化措施用于保护电力元件的成套硬件设备，一般统称为继电保护装置。

用于保护电力系统的则成为电力系统安全自动装置。

继电保护装置是保证电力元件安全运行的基本装备，任何电力元件不能无保护
运行。

电力系统安全自动装置用以快速恢复电力系统的完整性，防止发生和终止以开始发生的足以引起电力系统长期大面积停电的重大事故，如失去电力系统稳定、频率崩溃或电压崩溃等。

任务：发生故障时迅速快速切除故障。

反映设备的不正常状态，发信号或自动调整。

要求：可靠性、选择性、快速性、灵敏性
可靠性：指继电保护装置经常处于完善的准备动作状态，不应由于本身的缺陷而误动或拒动，即该动时动，不动时不动。

选择性：指能选择出故障发生的区段和故障类型，可靠地把出故障的设备切除，保证非故障设备继续运行，使停电范围尽量缩小。

快速性：由于故障延续的时间越长，造成的损失越大，必须尽快使保护动作。

现在单个继电器的动作时间是几个毫秒，成套动作时间与电压等级有关。

确的动作。

具体产品有明确要求。

第六节、继电保护的组成和分类
1、组成
成套保护装置要包括一些基本功能元件才能完成继电保护的任务，这些功能元件可以是一种继电器、一块电路板，也可以是其他电子部件，但都要完成一些基本功能。

1．1信号采集或信号转换功能
它要把电力系统的运行状态及时和真实地反映给保护装置。

因为电力系统的一次侧的电压很高在完成信号转换时要把电压降到保护装置能接受的电压，额定电压定为100V，也要把一次侧的电流降下来，额定电流为5A或1A。

这
种降下来的电压和电流称为二次电压和二次电流。

完成这种功能的元件是电压互感器和电流互感器（PT、CT）。

1．2启动测量元件
它的功能是对电力系统运行状态的测定直接接在PT、CT的次级，只有在故障和不正常状态时才启动，一般是电流值突然增大或电压值突然下降。

这种电流增大电压降低在事先定好一个水平或叫阀值，超过这个阀值才启动。

这里讲的事先定好术语叫整定。

按照电流电压值变化而启动的元件用的很普遍，较复杂的保护有用功率、相角、阻抗、相序变化（包括正序、负序、零序电流和电压变化）而启动的，也有用高频信号远方启动的。

1．3判断逻辑元件
它的功能是把启动测量元件送来的信号经过逻辑判断以检出是否故障或异常运行状态，得出是否行使保护职责的结论。

完成逻辑判断功能的元件在机电式和整流式保护中可以由一些中间继电器、电码继电器和时间继电器按照一定的接线方案组成。

在晶体管和集成电路保护中则是由一些电子线路组成的功能插板完成。

在微处理机保护中则是用软件系统的智能程序来完成。

1．4出口元件
它接受逻辑判断元件信号，发出出口指令，指令可以是声光显示信号叫值班人员前来处理，也可以是跳闸信号使断路器切除故障，使断路器跳闸的电流必须足够大。

1．5断路器
这是接在电力线上的一次设备，它动作了就把电力线切断，从而完成了对故障的切除。

断路器的跳闸线圈是由继电保护装置控制着，断路器还有一个合闸线圈，除可以手动合闸外，还可以由重合闸装置进行重合闸。

前面讲的PT、CT由互感器厂或变压器厂生产，断路器由高压开关厂生产，中间部分才是继电保护装置。

2、保护装置的分类
从发电机开始的整个电力系统可以分成几个区段，它们的技术特性和运行规程是不一样的，为了适应它的特性，我们把继电保护也分成相应的几个部分。

2．1元件保护
它是保护发电机（包括定子、转子和励磁）和变压器的保护装置。

2．2母线保护
保护母线。

母线是很多进出线的公共连接点，起着汇总和分配电能的作用。

300~500KV母线需设专用母线保护。

2．3线路保护
保护输电线路的保护装置。

2．4配电保护
根据用电设备的不同采用各种不同的保护。

第七节、继电保护的发展概况
1、电磁式继电保护
2、晶体管式继电保护
3、集成电路式继电保护
4、微机保护系统及综合自动化
5、继电器分类（略）
继电器：当输入量（或激励量）满足某些规定条件时，能在一个或多个电气输出电路中产生预定跃变的一种器件。