发电厂电气一次系统简单介绍

一、电气专业常用概念•电气一次系统和二次系统发电厂和变电所的电气设备分为一次设备和二次设备。一次设备（也称主设备）是构成电力系统的主体，它是直接生产、输送和分配电能的设备，包括发电机、电力变压器、断路器、隔离开关、电力母线、电力电缆和输电线路等。二次设备是对一次设备进行控制、调节、保护和监测的设备，它包括控制器具、继电保护和自动装置、测量仪表、信号器具等。二次设备通过电压互感器和电流互感器与一次设备取得电的联系。一次设备及其连接的回路称为一次回路。二次设备按照一定的规则连接起来以实现某种技术要求的电气回路称为二次回路。一、电气专业常用概念•运行状态：电气设备的运行状态：是指连接该设备的断路器、隔离开关（熔断器、负荷开关等）均处于合闸接通位置，设备已带有标称电压，且继电保护、自动装置及控制电源满足设备运行要求的状态。母线、线路、断路器、变压器、及电压互感器等一次电气设备的运行状态：是指从该设备电源至受电端的电路接通并有相应电压（无论是否带有负荷），且控制电源、继电保护及自动装置正常投入。继电保护、安全自动装置等二次设备的运行状态：是指该设备电源投入，输出功能与一次设备的控制回路保持正确连接。一、电气专业常用概念•热备用状态：电气设备的热备用状态：是指该电器设备已具备运行条件，但该设备尚未带电；连接该设备的各侧均只有一个断开点；且继电保护、自动装置及控制电源满足设备运行要求的状态。断路器的热备用状态：是指其本身在断开位置，但连接断路器各侧的隔离开关在合闸位置；相关接地刀闸断开（或没有接地短路线）；且继电保护、自动装置及控制电源等满足设备运行要求的状态。母线、变压器、及线路等电气设备的热备用状态：是指连接该设备的各侧均无安全措施；连接该设备各侧的断路器全部在断开位置，但其中至少一组断路器两侧隔离开关处于合闸位置；相关接地刀闸断开（或没有接地短路线）；且继电保护、自动装置及控制电源等满足设备运行要求的状态。一、电气专业常用概念•冷备用状态：电气设备的冷备用状态：是指连接该设备的断路器、隔离开关（熔断器、负荷开关等）均处于断开位置，且继电保护、自动装置及控制电源退出运行；连接该设备的各侧均无安全措施，该设备各侧均未带有电压的状态。一、电气专业常用概念•检修状态：是指电气设备的所有断路器、隔离开关均断开，电气值班员按照《电业安全工作规程》及工作票要求布置好安全措施（主要是接地刀闸和接地线）。一、电气专业常用概念•明备用和暗备用明备用是指两路电源变压器其中一台工作运行，而另一台备用。两台变压器的容量都是按计算负荷100％确定的。暗备用是指两台变压器都工作，两路电源变压器容量都是按计算负荷一、二级负荷确定，在供电系统中变压器容量占全部计算负荷的70％，而工业则是40%。简而言之就是：系统正常运行时，备用电源不工作，称为明备用；系统正常运行时，备用电源同时投入运行的，称为暗备用，暗备用实际上是两个工作电源的互为备用。一、电气专业常用概念•厂用负荷分类Ⅰ类负荷：凡是属于单元机组本身运行所必需的负荷，短时停电会造成主辅设备损坏、危及人身安全、主机停运及影响大量出力的负荷，都属于Ⅰ类负荷。这类负荷对于电厂的生产极其重要，即便是在瞬时断电而由手动恢复供电前的短时停电中，也可能危及人身及设备的安全，使生产停顿或发电量大幅度下降，如送、引风机及给水泵等负荷。Ⅱ类负荷：允许停电短时（几分钟至几个小时），恢复供电后，不致造成生产紊乱的厂用负荷，属于Ⅱ类负荷。此类负荷不需要24小时连续运行，但如停电时间过长，有可能损坏设备或影响正常生产，如钢球磨煤机、碎煤机等。一、电气专业常用概念•厂用负荷分类Ⅲ类厂用负荷：可以较长时间停电，不会直接影响生产，仅造成生产上的不方便者，都属于Ⅲ类厂用负荷。如修配车间、实验室及油处理室等负荷。0Ⅰ类负荷，如机组的计算机控制系统要求电源的停电时间不得超过5ms，否则将造成数据遗失或失控，过去叫做“不停电负荷”，现在统一称为“0Ⅰ类负荷”。相应地称直流负荷为“0Ⅱ类负荷”。0Ⅲ类负荷，即事故保安负荷。在正常运行工况下时相当于Ⅰ、Ⅱ类负荷，一旦全厂停电时，不受本厂厂用电及本区域电力系统影响的独立电源供电，以保证发电机组顺利停机，不致造成损坏，并能很快地再启动。一、电气专业常用概念绝缘电阻：加直流电压于电介质，经过一定时间极化过程结束后，流过电介质的泄漏电流对应的电阻称绝缘电阻。绝缘测量的意义：电动机或其他电气设备停用时间较长，受潮或积灰，影响电气设备的绝缘；在电气设备进行检修完毕时，测绝缘可以检测电机绕组是否接线正确或者所属回路是否有接地点。一、电气专业常用概念•绝缘等级在发电机等电气设备中，绝缘材料是最为薄弱的环节。绝缘材料尤其容易受到高温的影响而加速老化并损坏。不同的绝缘材料耐热性能有区别，采用不同绝缘材料的电气设备其耐受高温的能力就有不同。因此一般的电气设备都规定其工作的最高温度。人们根据不同绝缘材料耐受高温的能力对其规定了7个允许的最高温度，按照温度大小排列分别为：Y、A、E、B、F、H和C。它们的允许工作温度分别为：90、105、120、130、155、180和180℃以上。因此，B级绝缘说明的是该发电机采用的绝缘耐热温度为130℃。使用者在发电机工作时应该保证不使发电机绝缘材料超过该温度才能保证发电机正常工作。一、电气专业常用概念•绝缘等级对常用的A、E、B、F和H级绝缘还规定了绕组温升和性能参考温度，绕组温升是指实际温度减去环境温度的极限值，而性能参考温度是指元件的参考工作温度。绝缘等级AEBFH绕组温升限值（K）607580100125性能参考温度（℃）8095100120145二、主接线主接线：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方式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。盛鲁电厂2×1000MW机组按采用发电机—变压器组单元接线，接入厂内500kV升压站，500kV配电装置采用3/2交叉接线，出线2回。电厂母线装设一组高压并联电抗器，组总容量为120Mvar。发电机出口不设置断路器，起动备用电源由本期500kV母线引接。500kV主变压器和启/备变高压侧中性点直接接地。三、发电机及辅助系统汽轮发电机是由汽轮机作原动机拖动转子旋转，利用电磁感应原理把机械能转换成电能的发电设备。发电机转子绕组内通入直流电流后，便建立转子磁场，这个磁场称主磁场，它随着汽轮发电机转子旋转。其磁通自转子的一个磁极出来，经过空气隙、定子铁芯、空气隙，再进入转子另一个相邻磁极，从而构成主磁通回路。由于发电机转子随着汽轮机转动，发电机磁极旋转一周，主磁极的磁力线被装在定子铁芯内的u、v、w三相绕组(导线)依次切割，根据电磁感应定律，在定子三相绕组内感应出相位不同的三相交变电动势。三、发电机及辅助系统汽轮发电机转子具有一对磁极(即一个N极、一个S极)，当汽轮发电机转子与汽轮机转子同轴高速旋转时，汽轮机以3000转/分旋转，这样发电机转子以50周/秒的恒速旋转，磁极极性也要变化50次，那么在发电机定子绕组内感应电动势也变化50次，同时在定子三相绕组内感应出相位不同的三相交变电动势，即频率为50赫兹的三相交变电动势。这时若将发电机定子三相绕组末端(即中性点)连在一起接地，而将发电机定子三相绕组的首端引出线与用电设备连接，就会有电流流过，这个过程即为汽轮机转子输入的机械能转换为电能的过程。三、发电机及辅助系统发电机主要有以下部件：定子（绕组及铁芯）、转子（绕组及铁芯）、机座、端盖、轴承、励磁系统、冷却系统、密封油系统及监测系统（温度、电流等）等。发电机定子主要由机座、定子铁芯、定子绕组、端盖等部分组成。发电机转子主要由转子铁芯、励磁绕组(转子绕组)、护环和风扇。三、发电机及辅助系统三、发电机及辅助系统三、发电机及辅助系统三、发电机及辅助系统三、发电机及辅助系统三、发电机及辅助系统发电机运行时，其内部产生的各种损耗会转化为热能，引起发电机发热。尤其是大型汽轮发电机，因其结构细长，中部热量不易散发，发热问题更显得严重。如果发电机温度过高，会直接影响绝缘的使用寿命，因此冷却对于大型汽轮发电机是非常重要的问题。定子绕组采用水内冷，转子绕组采用氢内冷，定子铁心和其他构件为氢冷的发电机。发电机内的氢气在发电机的两端风扇的驱动下，以闭式循环方式在发电机内部作强制循环流动，使发电机的铁芯和转子绕组得到冷却。其间，氢气流经位于发电机四角处的四个氢气冷却器，经氢气冷却器冷却后的氢气又重新进入铁芯和转子绕组作反复循环。氢气冷却器的冷却水来自闭式循环冷却水系统。三、发电机及辅助系统发电机采用上海电气集团股份有限公司产品，主要参数如下：铭牌容量1200MVA，铭牌功率(额定功率)1080MW，额定电压27kV，额定功率因数0.9（滞后），频率50Hz，额定转速，3000r/min，绝缘等级F（注：按B级绝缘温升考核），效率≥99.0％，相数3，极数2，定子绕组接线方式YY，冷却方式水氢氢，励磁型式：自并励静止励磁系统发电机中性点经变压器接地密封油采用单流环四、励磁系统励磁系统的主要作用有：1）根据发电机负荷的变化相应的调节励磁电流，以维持机端电压为给定值；2）控制并列运行各发电机间无功功率分配；3）提高发电机并列运行的静态稳定性；4）提高发电机并列运行的暂态稳定性；5）在发电机内部出现故障时，进行灭磁，以减小故障损失程度；6）根据运行要求对发电机实行最大励磁限制及最小励磁限制。五、厂用电系统厂用电系统：发电厂在启动、运转、停役、检修过程中，有大量以电动机拖动的机械设备，用以保证机组的主要设备和输煤、碎煤、除灰、除尘及水处理等辅助设备的正常运行。这些电动机以及全厂的运行、操作、试验、检修、照明等用电设备都属于厂用负荷，为厂用负荷供电的系统称为厂用电系统。五、厂用电系统厂用电的电压等级与电动机的容量有关。电厂中拖动各种厂用机械的电动机，其容量差别很大，从一般的几千瓦、几十千瓦，大到几百千瓦和几千千瓦，不可能只采用一个电压等级的电动机，但力求电压等级尽量减少。对于1000MW的大型发电厂，设置了两个电压等级：厂用高压和厂用低压。五、厂用电系统大部分电厂为保证系统工作可靠性，重要的辅机（Ⅰ类负荷）成对配置。为了适应辅机的配置方式，同时提高自身的可靠性，厂用电系统通常采用单母线分段接线。机组10KV母线的电源有两路：高厂变作为机组正常运行时的工作电源，启备变作为机组启动过程中和停运检修期间的备用电源。10KV母线电源的切换通过快切装置实现。五、厂用电系统高压厂用电采用10kV一级电压，每台机设1台77/46-46MVA的分裂高厂变，两台机设一台与分裂高厂变同容量的分裂启/备变；满足1台机组启动所需容量。低压厂用电电压为380/220V。高压厂用电系统采用在高厂变及高压启/备变低压侧中性点经电阻接地的方式，低压厂用电采用中性点直接接地方式。六、变压器主变压器是一个单位或变电站中主要用于输变电的总降压变压器，也是变电站的核心部分。发电厂的主变压器将发电机出口的电压提升到主接线的电压等级，是发电环节和供电环节的主要枢纽。六、变压器大型发电机组主变压器主要选用单相变压器或常规三相一体变压器。单相变压器组由三台单相变压器组成，将三台变压器分别布置，油路完全分开，通过外部封闭母线实现变压器的电气连接，可排除三相短路的可能性，提高机组运行可靠性。与采用单相变压器相比，三相变压器具有设备(主变压器和封闭母线)投资低、占地面积少、安装方便、运行损耗低、安装材耗少、土建费用低、本体外部接线简单等优点，在技术上和设备投资方面具有一定的优势，但对运输要求高，故本期主变选择为国产、户外、单相、油浸式双绕组变压器，容量为3×400MVA。七、事故保安电源事故保安电源的作用：当发生全厂停电或单元机组失去厂用电时，为了保证机炉的安全停运，过后能很快地重新启动，或者为了防止危及人身安全等原因，每台机组设置一套交流事故保安电源装置。采用柴油发电机作为保安电源，具有较高的可靠性，与从电厂以外的系统引接电源相比，由于不受外部因素的影响，保安电源具有较强的独立性。