电气主接线
电气主接线主要是指在发电厂、变电所、电力系统中,为满足预定的功率传送和运行等要求而设计的、表明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路。电路中的高压电气设备包括发电机、变压器、母线、断路器、隔离刀闸、线路等。它们的连接方式对供电可靠性、运行灵活性及经济合理性等起着决定性作用。一般在研究主接线方案和运行方式时,为了清晰和方便,通常将三相电路图描绘成单线图。在绘制主接线全图时,将互感器、避雷器、电容器、中性点设备以及载波通信用的通道加工元件(也称高频阻波器)等也表示出来。
对一个电厂而言,电气主接线在电厂设计时就根据机组容量、电厂规模及电厂在电力系统中的地位等,从供电的可靠性、运行的灵活性和方便性、经济性、发展和扩建的可能性等方面,经综合比较后确定。它的接线方式能反映正常和事故情况下的供送电情况。电气主接线又称电气一次接线图。 电气主接线应满足以下几点要求:
1)运行的可靠性:主接线系统应保证对用户供电的可靠性,特别是保证对重要负荷的供电。
2)运行的灵活性:主接线系统应能灵活地适应各种工作情况,特别是当一部分设备检修或工作情况发生变化时,能够通过倒换开关的运行方式,做到调度灵活,不中断向用户的供电。在扩建时应能很方便的从初期建设到最终接线。
3)主接线系统还应保证运行操作的方便以及在保证满足技术条件的要求下,做到经济合理,尽量减少占地面积,节省投资。
基本要求 电气主接线应满足下列基本要求:
①牵引变电所、铁路变电所电气主接应综合考虑电源进线情况(有无穿越通过)、负荷重要程度、主变压器容量和台数,以及进线和馈出线回路数量、断路器备用方式和电气设备特点等条件确定,并具有相应的安全可靠性、运行灵活和经济性。
②具有一级电力负荷的牵引变电所,向运输生产、安全环卫等一级电力负荷供电的铁路变电所,城市轨道交通降压变电所(见电力负荷、电力牵引负荷)应有两回路相互独立的电源进线,每路电源进线应能保证对全部负荷的供电。没有一级电力负荷的铁路变、配电所,应有一回路可靠的进线电源,有条件时宜设置两回路进线电源。
③主变压器的台数和容量能满足规划期间供电负荷的需要,并能满足当变压器故障或检修时供电负荷的需要。在三相交流牵引变电所和铁路变电所中,当出现三级电压且中压或低压侧负荷超过变压器额定容量的15%时,通常应彩三绕组变压器为主变压器。
④按电力系统无功功率就地平衡的要求,交流牵引变电所和铁路变、配电所需分层次装设并联电容补偿设备与相应主接线配电单元。为改善注入电力统的谐波含量,交流牵引变电所牵引电压侧母线,还需要考虑接入无功、谐波综合并联补偿装置回路(见并联综合补偿装置)。对于直流制干线电气化铁路,为减轻直流12相脉动电压牵引网负荷对沿线平行通信线路的干扰影响,需在牵引变电所直流正、负母线间设置550 Hz、650Hz等谐波的并联滤波回路。
⑤电源进(出)线电压等级及其回路数、断路器备用方式和检修周期,对电气主接线形式的选择有重大影响。当交、直流牵引变电所35 kV~220 kV电压的电源进线为两回路时,宜采用双T形分支接线或桥形接线的主接线,当进(出)线不超过四回路及以上时,可采用单母线或分段单母线的主接线;进(出)线为四回路及以上时,宜采用带旁路母线的分段单线线主接线。对于有两路电源并联运行的6kV~10 kV铁路地区变、配电所,宜采用带断路器分段的单母线接线;电源进线为一主一备时,分段开关可采用隔离开关。无地方电源的铁路(站、段)发电所,装机容量一般在2 000 kV·A以下,额定电压定为400 V或6.3 kV,其电气主接线宜采用单母线或隔离开关分段的单母线接线。
⑥交、直流牵引变电所牵引负荷侧电气接线形式,应根据主变压器类型(单相、三相或其他)及数量、断路器或直流快速开关类型和备用方式、馈线数目和线路的年运输量或者客流量因素确定。一般宜采用单母线分段的接线,当馈线数在四回路以上时,应采用单母线分段带旁路母线的接线。
母线
母线 (busbar) 将电气装置中各截流分支回路连接接在一起的导体。它是汇集和分配电力的载体,又称汇流母线。 习惯上把各个配电单元中载流分支回路的导体均泛称为母线。母线的作用是汇集、分配和传送电能。由于母线在运行中,有巨大的电能通过,短路时,承受着很大的发热和电动力效应,因此,必须合理的选用母线材料、截面形状和截面积以符合安全经济运行的要求。
母线的类型 常用母线有硬母线、软母线两种。硬母线用铜或铝做成,形状有矩形、槽形和管形数种,多用于35 kV及以下的屋内配电装置,110 kv~220 kv屋外配电装置有时也采用铝管母线。常用的软母线有铝绞线、铜绞线或钢芯铜线线等,软母线多用于35 kv以上的屋外配电装置。
母线选择与应用 不同的环境条件场合下,应考虑选择不同类型和材料的母线, 此外,对各种母线,通常应按最大长期工作电流选择母线截面。并按通过最大短路电流条件下,校验母线的短时热稳定性和动稳定性。
由于导体存在电阻和多导体接近时交流电流趋表效应等因素影响,母线通过电流时会引起发热。铜、铝质裸母线长期工作时的发热允许温度均为70 ℃,但当其接触面处具有锡的可靠覆盖居时(如超声波搪锡等),则允许温度提高到85℃。受此持续发热允许温度的限制,不同材料、截面的母线给出了相应的长期允许电流值,选择母线截面时,应使母线实际的最大长期工作电流(计及半小时以上的过负菏)小于所选截面母线的长期允许电流值。在年均负荷较大、导体和母线校长的情况下(如屋外配电装置母线),通常按经济电流密度法选择母线。经济电流密度是综合考虑母线损耗、母线和附属设备的年维修费与折旧费为最低情况下,此时母线单位截面积流过的电流。用经济电流密度除以不计人过负荷的长期工作电流即得母线截面。由经济电流密度法选择的母线截面,一般比按最大长期工作电流选撑的母线截面要大些。
母线的热稳定 短路时导体内产生的很大热量来不及向周围空气中散发,使导体的温度迅速升高,由于短路的持续时间短,所以其允许温度应比长期工作时发热的允许温度高得多。铜、铝质裸母线短路时发热允许温度分别为300℃和200℃。进择母线时,应使母线短路暂态过程计算求得的短时发热温度,小于实际母线上述短时发热允许温度。
母线的动稳定 当发生短路时,母线中将流过很大的冲击电流,并产生巨大的电动力。母线和支柱绝缘子的机械强度不够时,将会发生变形或损坏事故。对布置在同一平面内的三相母线,发生三相母线相对称短路时,中间相所承受的电动力最大,短路电动力的最大值出现在短路后几0.01S。因此通常按三相短路条件来校验母线的动稳定。应使母线在此最大电动力作用下,母线承受的最大应刀小于母线材料的容许应力值。
增加母线稳定措施 ①缩小同一相母线支持绝缘子之间的距离;②增加母线相间距离;③限制短路电流。
母线按结构分为硬母线和软母线。硬母线又分为矩形母线和管形母线。
矩形母线一般使用于主变压器至配电室内,其优点是施工安装方便,运行中变化小,载流量大,但造价较高。
软母线用于室外,因空间大,导线有所摆动也不致于造成线间距离不够。软母线施工简便,造价低廉。
电抗器
最通俗的讲,能在电路中起到阻抗的作用的东西,我们叫它电抗器。
电力网中所采用的电抗器,实质上是一个无导磁材料的空心线圈。它可以根据需要布置为垂直、水平和品字形三种装配形式。在电力系统发生短路时,会产生数值很大的短路电流。如果不加以限制,要保持电气设备的动态稳定和热稳定是非常困难的。因此,为了满足某些断路器遮断容量的要求, 常在出线断路器处串联电抗器, 增大短路阻抗, 限制短路电流。
由于采用了电抗器,在发生短路时, 电抗器上的电压降较大,所以也起到了维持母线电压水平的作用,使母线上的电压波动较小,保证了非故障线路上的用户电气设备运行的稳定性。
电抗器reactor 依靠线圈的感抗阻碍电流变化的电器。按用途分为 7种:①限流电抗器。串联于电力电路中,以限制短路电流的数值。②并联电抗器。一般接在超高压输电线的末端和地之间,起无功补偿作用。③通信电抗器。又称阻波器。串联在兼作通信线路用的输电线路中,用以阻挡载波信号,使之进入接收设备。④消弧电抗器。又称消弧线圈。接于三相变压器的中性点与地之间,用以在三相电网的一相接地时供给电感性电流,以补偿流过接地点的电容性电流,使电弧不易起燃,从而消除由于电弧多次重燃引起的过电压。⑤滤波电抗器。用于整流电路中减少竹流电流上纹波的幅值;也可与电容器构成对某种频率能发生共振的电路,以消除电力电路某次谐波的电压或电流。⑥电炉电抗器。与电炉变压器串联,限制其短路电流。⑦起动电抗器。与电动机串联,限制其起动电流。
电抗器也叫电感器,一个导体通电时就会在其所占据的一定空间范围产生磁场,所以所有能载流的电导体都有一般意义上的感性。然而通电长直导体的电感较小,所产生的磁场不强,因此实际的电抗器是导线绕成螺线管形式,称空心电抗器;有时为了让这只螺线管具有更大的电感,便在螺线管中插入铁心,称铁心电抗器。电抗分为感抗和容抗,比较科学的归类是感抗器(电感器)和容抗器(电容器)统称为电抗器,然而由于过去先有了电感器,并且被称谓电抗器,所以现在人们所说的电容器就是容抗器,而电抗器专指电感器。
英文:Shunt reactor
一、电抗器概念
电抗器也叫电感器,一个导体通电时就会在其所占据的一定空间范围产生磁 场,所以所有能载流的电导体都有一般意义上的感性。然而通电长直导体的电感较小,所产生的磁场不强,因此实际的电抗器是导线绕成螺线管形式,称空心电抗器;有时为了让这只螺线管具有更大的电感,便在螺线管中插入铁心,称铁心电抗器。电抗分为感抗和容抗,比较科学的归类是感抗器(电感器)和容抗器(电容器)统称为电抗器,然而由于过去先有了电感器,并且被称谓电抗器,所以现在人们所说的电容器就是容抗器,而电抗器专指电感器。
二、电抗器分类:
按结构及冷却介质、按接法、按功能、按用途进行分类。
1 按结构及冷却介质:分为空心式、铁心式、干式、油浸式等,例如干式空心电抗器、干式铁心 电抗器、油浸铁心电抗器、油浸空心电抗器、夹持式干式空心电抗器、绕包式干式空心电抗器、水泥电抗器等。 2 按接法:分为并联电抗器和串联电抗器。 3 按功能:分为限流和补偿。
4 按用途:按具体用途细分,例如限流电抗器、滤波电抗器、平波电抗器、功率因数补偿电抗器、串联电抗器、平衡电抗器、接地电抗器、消弧线圈、进线电抗器、出线电抗器、饱和电抗器、自饱和电抗器、可变电抗器(可调电抗器、可控电抗器)、轭流电抗器、串联谐振电抗器、并联谐振电抗器等。 电抗器作为无功补偿手段,在电力系统中是不可缺少的。
并联电抗器:发电机满负载试验用的电抗器是并联电抗器的雏型。铁心式电抗器由于分段铁心饼之间存在着交变磁场的吸引力,因此噪音一般要比同容量变压器高出10dB左右。
限流电抗器:限流电抗器一般用于配电线路。从同一母线引出的分支馈线上往往串有限流电抗器,以限制馈线的短路电流,并维持母线电压,不致因馈线短路而致过低。
阻尼电抗器(通常也称串联电抗器)与电容器组或密集型电容器相串联,用以限制电容器的合闸涌流。这一点,作用与限流电抗器相类似滤波电抗器滤波电抗器与滤波电容器串联组成谐振滤波器,一般用于3次至17次的谐振滤波或更高次的高通滤波。直流输电线路的换流站、相控型静止补偿装置、中大型整流装置、电气化铁道,以至于所有大功率晶闸管控制的电力电子电路都是谐波电流源,必须加以滤除,不让其进入系统。电力部门对于电力系统中的谐波有具体规定。p
消弧线圈:消弧线圈广泛用于lOkV-6kV级的谐振接地系统。由于变电所的无油化倾向,因此35kV以下的
消弧线圈现很多是干式浇注型。
平波电抗器:平波电抗器用于整流以后的直流回路中。整流电路的脉波数总是有限的,在输出的整直电压中总是有纹波的。这种纹波往往是有害的,需要由平波电抗器加以抑制。直流输电的换流站都装有平波电抗器,使输出的直流接近于理想直流。直流供电的晶闸管电气传动中,平波电抗器也是不可少的。 直流控制的饱和电抗器:串在电路中的扼流式或自饱和饱和电抗器,在电压正弦波的周期内,饱和 电抗器在饱和前吸收了一定的伏-秒,达到饱和,以后就呈全开放状态。因此其输出电压是非正弦的, 这种饱和电抗器的作用与晶闸管相似。
电气回路的主要组成部分有电阻、电容和电感.电感具有抑制电流变化的作用,并能使交流电移相.把具有电感作用的绕线式的静止感应装置称为电抗器。 电抗器的作用
电力系统中所采取的电抗器 常见的有串联电抗器和并联电抗器。串联电抗器主要用来限制短路电流,也有在滤波器中与电容器串联或并联用来限制电网中的高次谐波。 220kV、110kV、35kV、10kV电网中的电抗器是用来吸收电缆线路的充电容性无功的。可以通过调整并联电抗器的数量来调整运行电压。超高压并联电抗器有改善电力系统无功功率有关运行状况的多种功能,主要包括: (1)轻空载或轻负荷线路上的电容效应,以降低工频暂态过电压。 (2)改善长输电线路上的电压分布。
(3)使轻负荷时线路中的无功功率尽可能就地平衡,防止无功功率不合理流动 同时也减轻了线路上的功率损失。
(4)在大机组与系统并列时 降低高压母线上工频稳态电压,便于发电机同期并列。 (5)防止发电机带长线路可能出现的自励磁谐振现象。
(6)当采用电抗器中性点经小电抗接地装置时,还可用小电抗器补偿线路相间及相地电容,以加速潜供电流自动熄灭,便于采用。
电抗器的接线分串联和并联两种方式。串联电抗器通常起限流作用,并联电抗器经常用于无功补偿。
电压互感器和电流互感器在作用原理上有什么区别?
主要区别是正常运行时工作状态很不相同,表现为:
1)电流互感器二次可以短路,但不得开路;电压互感器二次可以开路,但不得短路;
2)相对于二次侧的负荷来说,电压互感器的一次内阻抗较小以至可以忽略,可以认为电压互感器是一个电压源;而电流互感器的一次却内阻很大,以至可以认为是一个内阻无穷大的电流源。
3)电压互感器正常工作时的磁通密度接近饱和值,故障时磁通密度下降;电流互感器正常工作时磁通密度很低,而短路时由于一次侧短路电流变得很大,使磁通密度大大增加,有时甚至远远超过饱和值.
电流互感器是电力系统中很重要的一个一次设备,其原理是根据电磁感应原理而制造的.它的一次线圈匝数很少,通常采用单匝线圈,即一根铜棒或一根铜排.二次线圈主要接测量仪表或继电器的线圈.电流互感器的二次侧不能开路运行,当二次侧开路时,一次侧的电流主要用于激磁,这样会在二次侧感应出很高的电压,从而危及二次设备和人身的安全,也会造成电流互感器烧毁.
其主要作用是: 1、将很大的一次电流转变为标准的5安培; 2、为测量装置和继电保护的线圈提供电流; 3、对一次设备和二次设备进行隔离。