第2章 发电、输电、变电的电气部分

第二章发电、变电和输电的电气部分第二章发电、变电和输电的电气部分学习目的：通过本节的学习，使学生熟悉发电厂、变电站中常用电气设备的类型和各种电气设备的作用；掌握电气接线的概念。本章主要内容：☞概述（发电厂、变电站的电气设备及电气接线）☞发电厂、变电站的电气部分☞高压直流输变电☞高压交流输变电火电厂的电气主接线图第一节概述一、电气设备根据电气设备作用的不同，分两种类型：☞一次设备☞二次设备一次设备一次设备的类型：1、生产和转换电能的设备。2、接通和断开电路的开关电器。3、限制故障电流和防御过电压的保护电器。4、载流导体。5、接地装置。一次设备的概念：生产、变换、输送、分配和使用电能的设备称为一次设备。1、生产和转换电能的设备发电机：机械能转化为电能；电动机：电能转化为机械能；变压器：将电压升高或降低；GMT发电机2、接通或断开电路的开关电器开关电器作用：☞正常运行时合、分电路；☞事故（短路）时能在继电保护装置控制下切断故障回路；☞检修时使被检修设备与电源可靠隔离。上述功能决定了开关电器在电力系统中起着非常重要的作用，占60%以上！!2、接通或断开电路的开关电器开关电器的分类：（按电压等级的高低）高压开关电器低压开关电器高压断路器☞作用：①正常状况下，控制各电力线路和设备的开断与闭合。②电力系统发生故障时，能自动切除短路电流，保证电力系统正常运行。具有灭弧装置。可做操作电器！☞文字符号：QF☞图形符号：QF☞类型：（按灭弧介质的不同分类）油断路器、压缩空气断路器、SF6断路器、真空断路器隔离开关☞作用：①设备检修时，隔离开关用来隔离有电和无电部分，形成明显的开端点，以保证工作人员和设备的安全。②一般与断路器配合使用，进行倒闸操作，以改变电力系统的运行方式。无灭弧装置，不能开断电流，故不可做操作电器！☞文字符号与图形符号：QSQSQFQS隔离开关与断路器配合使用：负荷开关介于断路器与隔离开关之间的一种简易电器开关。☞作用：①专门用来接通或断开正常工作时的负荷电流，但不能切断短路电流！具有灭弧栅。②一般与熔断器配合使用。由熔断器切断过载及短路电流，由负荷开关接通或断开负荷电流。☞文字符号与图形符号：QL高、低压熔断器☞作用：流过短路电流或较长时间过电流时熔断，来保护电器设备。注意事项：6kV熔断器只能用于6kV，不能用于3kV。10kV熔断器只能用于10kV，不能用于6kV。☞文字符号与图形符号：FUFU低压断路器（自动空气断路器、自动空气开关）☞作用：①对低压配电电路实行通断操作。②当电路内出现故障时，能在自身开关所带保护元件作用下自动断开主回路。☞文字符号与图形符号：QA是低压配电系统中的主要开关。万能式低压断路器接地开关☞作用：检修设备时起隔离电源的作用。☞文字符号与图形符号：QE高压接地开关接地开关的使用：3、限制过电流和防御过电压的保护电器（1）电抗器。作用：限制电力系统中短路电流。文字符号与图形符号：L（2）避雷器作用：防御电力系统过电压。避雷器类型：保护间隙、管型避雷器、阀型避雷器、磁吹式避雷器、氧化锌避雷器等。电抗器的安装地点避雷器的安装地点4、载流导体作用：连接各种电气设备（使发电、输电、用电成为一个可灵活调度的系统）。分类：电缆：自身包括有绝缘的导体裸导体：无绝缘的导体。需要绝缘子支撑与悬挂，穿过建筑物时需要穿墙套管。5、接地装置作用：是电力系统正常运行的需要，也是安全用电的有效措施。它是埋入地中的金属导体或与电气设备相连的金属线。分类：工作接地保护接地防雷保护接地工作接地作用：为了保证电气设备在正常与故障情况下可靠的工作而进行的接地。包括：中性点直接接地、中性点非直接接地。ABC0保护接地概念：电气设备的金属外壳、钢筋混凝土杆、金属杆塔、互感器的二次绕组等由于带电导体绝缘损坏，有可能使其带有危险的高压，为了防止这种电压危及人身和设备的安全而设的接地，叫保护接地。包括：电机、变压器等电器的底座和外壳；互感器的二次绕组；配电屏与控制屏的框架。防雷保护接地避雷针、避雷器等。二次设备概念：对一次设备的工作进行监察、测量、控制和保护的设备称二次设备。分类：1、测量表计2、继电保护及自动装置3、直流电源4、互感器二次设备1、测量表计作用：测量电路中的参数。例：电流表、电压表、功率表、电能表等。2、继电保护及自动装置作用：电力系统故障时，这些装置能迅速反应，并进行自动监控和调节。3、直流电源设备作用：供保护用或事故时照明用。例：直流发电机、蓄电池等4、一种特殊的设备——互感器作用：将一次接线系统的高电压、大电流变换成标准等级的低电压（100V）和小电流（5A/1A），向二次测量、控制与调节装置及仪表提供电压、电流信号。因此互感器是连接一次回路与二次回路的设备，它是一次回路与二次回路的分界线。类型：电压互感器、电流互感器。互感器符号图：电压互感器TV双绕组三绕组电流互感器TA单次级双次级互感器的使用示意图：二、电气接线电气接线的概念：在发电厂和变电站中，根据各种电气设备作用和要求，按一定的方式用导线连接起来所形成的电路。类型：1、电气主接线（一次接线）2、二次接线1、电气主接线电气主接线概念：由一次设备按照预期的生产流程所连成的回路，称一次回路，又叫一次接线、电气主接线。主接线图：一次电路中，各设备元件按规定的图形符号表示的电路图称一次电路图，又叫主接线图。举例（见下页）注意：电气主接线图一般用单线图表示三相电路！!火电厂电气主接线图母线：发电厂、变电站中通常出线和发电机电源数目教多，为了便于二者的连接，常用母线将电源和出线连接起来。作用：汇集、分配、传输电能。W表示方法：配电装置概念：根据电气主接线的要求，由开关电器、母线、保护和测量设备以及必要的辅助设备和建筑物组成的整体。分类（按照安装地点的不同）屋内配电装置屋外配电装置屋内配电装置屋外配电装置2、二次接线二次接线概念：二次设备连成的电路，称二次电路，又称二次接线。二次接线图概念：二次接线中，各元件按规定的图形符号表示的电路图。二次接线作用：为了保证一次接线安全、可靠、经济的运行，对一次接线中的设备实施测量、控制、调节。第二节发电厂的电气部分一、300MW机组电气部分1、电气主接线2、主要电气设备全连分相封闭母线的优点：(1)供电可靠。封闭母线有效地防止了绝缘遭受灰尘、潮气等污秽和外物造成的短路。(2)运行安全。由于母线封闭在外壳内，且外壳接地，使工作人员不会触及带电导体。(3)出于外壳的屏蔽作用，母线电动力大大减少。而且基本消除了母线周围钢构件的发热。(4)运行维炉工作量小。第三节高压交流输电一、概述采用高压交流输电的原因：1、长距离输送电能；2、大容量输送电能；3、节省基建投资和运行费用；4、电力系统互连。电压等级(kV)输送距离(km)输送容量(MW)106~200.2~23520~252~1511050~10010~50220100~300100~500二、我国330kV及以上超高压输电线路☞我国第一回330kV线路正式投运。1972年，使刘家峡水电站的电力送入了西北电力系统。线路全长约534千米。☞我国第一回500kV线路正式投运。1981年，在华中电力系统建成。☞我国第一回750kV线路正式开工。2003年9月在西北开工，可促进西电东送。线路全长约595千米。☞我国第一回1000KV线路正式开工.2006年8月19日，我国首条1000kV特高压示范线路工程开工建设。线路全长约653.8千米。三、500KV变电站电气主接线500kV变电站电气主接线主要设备1、主变压器2、断路器3、隔离开关4、电压互感器5、电流互感器6、避雷器7、并联高压电抗器和抽能并联高压电抗器主要设备7、并联高压电抗器和抽能并联高压电抗器超高压交流输电线路有大量的容性充电功率。100km长的500kV线路容性充电功率约为100~120Mvar,为同样长度220kV线路的6~7倍。因此，在超高压输电线路上一般安装设并联高压电抗器。为了解决则500kV交流开关站的站用电问题，可采用带辅助抽能线圈的并联高压电抗器，简称为抽能并联高压电抗器。第四节高压直流输电一、高压直流输电概述1、直流输电发展概况1882年：1.5～2kV直流电压，57km输电线路。1912年：100kV，功率为15MW，190km1954年：100kV，功率为20MW，96km（采用汞弧阀做换流装置，发展较慢）1976年：采用晶闸管做换流装置，发展迅速。第四节高压直流输电世界直流输电：输送容量最大的直流输电（巴西）：±600kV，长度806km，容量为6300MW电压等级最高：（前苏联）±750kV，长度2414km，容量为6000MW我国直流输电：1、葛洲坝－上海南桥：（1990年8月）±500kV，长度1045.7km，容量为1200MW2、天生桥-广东，三峡-华东，三峡-广东等±500kV我国直流输电：3、四川±800千伏特高压直流输电四川特高压工程三大项目：（1）向家坝―上海±800千伏特高压直流输电示范工程是我国自主设计、自主建设的世界上第一个特高压直流工程，这是目前开工建设的世界上电压等级最高、输送距离最远、容量最大的直流输电工程工程额定输送功率640万千瓦，最大输送功率700万千瓦。预计于2010年双极投运。我国直流输电：（2）四川第二个±800千伏特高压直流输电工程――锦屏-苏南工程，在2008年11月14日得到了国家发改委的核准。工程起点于四川西昌裕隆换流站，落点为江苏同里换流站，线路长度2095千米，输送容量达720万千瓦。该工程预计于2011年单极投运。目前由四川省电力公司承担的前期工作已完成，换流站“三通一平”及进站道路已全面开工建设。（3）四川第三个±800千伏特高压直流输电工程――溪洛渡-浙西工程，预计2009年底将开工建设。目前四川省电力公司在国家电网公司统一安排下，已开始办理该项目的选址意见书、用地预审等项目核准支持性文件。水土保持、地灾压矿、环评等前期工作正在开展，初步设计已开始进行。2、直流输电的优点（1）线路造价低、年运行费用省A、如果输电线路建设费用相等，则直流输送的功率可为交流输送功率的1.5倍。B、在导线截面相等并输送同样功率时，直流线路发生的功率损耗约比交流线路少1／3。C、双极直流线路的年平均损耗仅为相同交流线路的50～60％。D、直流电缆比交流电缆的造价在同样电压等级下要低得多。2、直流输电的优点（2）没有运行稳定问题用直流输电线路连接两个交流系统，就不受距离的限制，两端交流系统不需要同步运行，各自的电压、频率、相角与对侧无关。(3)能限制短路电流。(4)调节速度快，运行可靠。特别在事故情况下，直流输电能容易地快速调整功率或实现潮流翻转，对另一端事故系统进行紧急支援，提高系统的稳定性。3．直流输电的缺点(1)换流装置价格昂贵。换流装置都由成百上千只高压大电流晶闸管串联组成一个桥阀，附带有均压电阻器、电容器、电抗器、冷却装置、电子触发板和绝缘材料等构成，约占总投资1／3。(2)消耗大量的无功功率。换流器在运行时，需要消耗大量的无功功率。一般情况下，整流器所需无功功率为有功功率的30％～50％．逆变器约为40％～60％。3．直流输电的缺点(3)产生谐波影响。换流器运行中，会在交流侧和直流侧产生谐波电压和谐被电流，便电容器和电机过热，使换流器的本身控制不稳定，对通信系统产生干扰。为了限制这些谐波并降低其不良影响，通常都在交流侧和直流侧安装调谐滤波器，且交流例的滤波器兼作无功补偿用。(4)缺乏直流断路器。由于直流电流不像交流那样有电流波形的过零点，故熄灭电弧比较困难。二、直流输电的基本原理☞直流线路和交流线路不同，它只输送有功功率，而不输送无功功率。☞一个换流站既可以作整流站也可作逆变站运行。本章小结☞重点一次设备和二次设备的概念，各种一次设备和二次设备的作用和符号；电气主接线和二次接线的概念。P542－1，2－3☞作业: