水电站电气设备第1章绪论.ppt

水电站电气设备讲讲 授授：包晓晖：包晓晖Tel:水动水动07310731班班福建水利电力职业技术学院福建水利电力职业技术学院09.209.71第章 绪论1.1 电力工业发展概况及前景一、本课程所一、本课程所包含包含的内容的内容主要介主要介绍绍电力电力生产过程：发电、变电、送电、配电、生产过程：发电、变电、送电、配电、用电的设备及其运行用电的设备及其运行如：水水工建筑物如：水水工建筑物水轮机水轮机发电机发电机升升压变压变输电线输电线降压变降压变用户用户简称：电气设备、电厂、设备、电设简称：电气设备、电厂、设备、电设涵盖有：电力电缆、母线、绝缘子、开关电器、配电装置、涵盖有：电力电缆、母线、绝缘子、开关电器、配电装置、主接线、设备的选择、防雷、接地、常规二次回路等主接线、设备的选择、防雷、接地、常规二次回路等2用处：专业课的基础、运行、设计用处：专业课的基础、运行、设计叙述性的内容偏多，应多看书，多积累知识，多看实际设叙述性的内容偏多，应多看书，多积累知识，多看实际设备。可参阅备。可参阅中国电力报中国电力报、电力设备电力设备、中国电力中国电力设备信息网设备信息网。发展水平：发展规模装机容量、发电量发展水平：发展规模装机容量、发电量 技术水平电压高低、电器制造水平技术水平电压高低、电器制造水平三、电力工业发展概述三、电力工业发展概述二、本课程学习方法二、本课程学习方法世界第一座发电厂是世界第一座发电厂是18751875年巴黎北火车站建成，直流发电机，年巴黎北火车站建成，直流发电机，做照明用。做照明用。18311831年（英）法拉第年（英）法拉第电磁感应电磁感应右手螺旋定则右手螺旋定则电力系统电力系统32000年全国装机3.14亿kW，年发电量13000亿kWh；(一）发展规模 1882年上海建立第一个火电厂，12kW；1949年全国装机185万kW，年发电量43亿kWh，世界第25位；1912年昆明滇池石龙坝建立第一座水电站，2240kW；1987年全国装机突破亿kW；1995年3月全国装机突破2亿kW；4展望：展望：20102010年将达年将达1010亿亿kWkW，年发电量年发电量6 6万亿万亿kWhkWh；20202020年将达年将达1818亿亿kWkW，年发电量年发电量1212万亿万亿kWhkWh；2001年全国装机3.3861亿kW，年发电量14839亿kWh（其中水电装机7700万kW，跃居世界第一）；2004年全国容量达到423亿千瓦,年发电量2.1万亿kWh；（其中水电装机突破亿kW）2006年全国发电装机容量达到6.22亿千瓦，同比增长20.3。其中，水电达1.2857亿千瓦，约占总容量20.67；火电达4.84亿千瓦，约占总容量77.82。发电量达到28344亿千瓦时，增长13.5。截至2007年年底，全国发电装机容量达到7.13亿千瓦，同比增长14.36%。其中，水电装机达到1.45亿千瓦，约占总容量20.36%5全国各代表性年份的总装机容量及年发电量一览表全国各代表性年份的总装机容量及年发电量一览表年份年份总总装机容量装机容量（万（万kw）世界排名世界排名年年发电发电量量（亿亿kw.h）世界排名世界排名备备注注18821949185(16)21(43)72519601192(194)9594(74)-总总装机突破装机突破1000万万198710290(3019)54973(1000)-总总装机突破装机突破1亿亿199521722(5218)410069(1868)-总总装机突破装机突破2亿亿199623654(5558)210794(1869)2结结束全国性缺束全国性缺电电局面局面 200031932(7935)213685(2431)2总总装机突破装机突破3亿亿200444070(10826)221870(3280)2总总装机突破装机突破4亿亿200551718(11739)224975(3964)2总总装机突破装机突破5亿亿200662200(12857)228344(4167)2总总装机突破装机突破6亿亿200771329(14526)2325592总总装机突破装机突破7亿亿619991999年年福建电网福建电网装机容量装机容量9657.4MW9657.4MW，年发电量年发电量356356亿亿kWhkWh，水电占水电占48.8%48.8%，网内主要火电厂有嵩屿，网内主要火电厂有嵩屿2 26060万、福州万、福州电厂（电厂（700MW700MW）、）、永安电厂（永安电厂（350MW350MW）、）、漳平电厂（漳平电厂（200MW200MW）主要水电厂有水口水电站（主要水电厂有水口水电站（1400MW1400MW）、古田溪水电站）、古田溪水电站（259MW259MW）等。）等。截至截至2004年底，全省发电装机容量达年底，全省发电装机容量达1552.4万千万千瓦；全社会用电量瓦；全社会用电量664.36亿千瓦时。亿千瓦时。1908年年福州耀华电灯公司福州耀华电灯公司，15马力柴油机，发电供马力柴油机，发电供200盏电灯；盏电灯；我我 省省 概概 况况2006年装机容量新增年装机容量新增443万千瓦，累计已达万千瓦，累计已达2205万千瓦。万千瓦。2007年全社会用电量突破千亿度，达年全社会用电量突破千亿度，达 1294.3亿度亿度。7（二）技术水平（二）技术水平我国的技术水平有很大的提高：我国的技术水平有很大的提高：目前我国基本上进入大电网、目前我国基本上进入大电网、大电厂、大机组、高电压输电、高度自动控制的新时代。大电厂、大机组、高电压输电、高度自动控制的新时代。大机组：大机组：目前已掌握目前已掌握100万万kW火电机组和火电机组和100万万kW核电机组的整体技术核电机组的整体技术葛洲坝葛洲坝271.5万万kW；三峡水电站的机组布置在大坝后侧，共安装三峡水电站的机组布置在大坝后侧，共安装32台台70万千瓦水轮发电机万千瓦水轮发电机组，其中左岸组，其中左岸14台，右岸台，右岸12台，地下台，地下6台，另有台，另有2台台5万千瓦的电源机组，万千瓦的电源机组，总装机容量总装机容量2250万千瓦，远远超过位居世界第二的巴西伊泰普水电站。万千瓦，远远超过位居世界第二的巴西伊泰普水电站。位于雅鲁藏布江的墨脱水电站，经查勘研究，其装机容量可达位于雅鲁藏布江的墨脱水电站，经查勘研究，其装机容量可达4380万万kW，多年平均年发电量多年平均年发电量2630亿亿kWh。高电压：高电压：各电网中各电网中500KV（包括包括330KV）主网架逐步形成和壮大。主网架逐步形成和壮大。220kV电网不断完善和扩充。电网不断完善和扩充。2003年年9月月19日，西北日，西北750kV官亭至兰州输变电工程开工。官亭至兰州输变电工程开工。8高自动化：高自动化：微机在水电站、变电所中的广泛应用，省及以上电网现代微机在水电站、变电所中的广泛应用，省及以上电网现代化的调度自动化系统基本实现了实用化，以数据通信为特征的化的调度自动化系统基本实现了实用化，以数据通信为特征的覆盖全国各主要电网的电力专用通信网基本形成。覆盖全国各主要电网的电力专用通信网基本形成。小水电的发展具有如下一些特点：小水电的发展具有如下一些特点：1、具有优越的经济指标。、具有优越的经济指标。2、分散的农村负荷，就地供应。、分散的农村负荷，就地供应。3、与水利灌溉相合、与水利灌溉相合水电站的划分：水电站的划分：500kW 2.5 万万kW 25 万万kW 75 万万kW 小小型型 小小型中型大型中型大型大型大型型广东、四川、湖南、福建、云南省小水电尤为发达。广东、四川、湖南、福建、云南省小水电尤为发达。四、我国小水电建设四、我国小水电建设91-2 1-2 电力系统基本概念电力系统基本概念101-2 1-2 电力系统基本概念电力系统基本概念1.2.1 电力系统：图1-1 电力系统、动力系统、电力网示意图11电电网网电站电站电站电站电站电站水坝水坝矿矿山山油井油井12电力系统电力系统：由发电厂、升压变电所、输电线路、降压变电所及电 力用户所组成的统一整体。电力系统=发电厂+变电所+输电线路+用户动力系统：动力系统：电力系统加上带动发电机转动的动力装置构成的整体动力系统=电力系统+动力装置电力网：由各类升压变电所、输电线路、降压变电所组成的电能 传输和分配的网络。电力网=变压器+输电线路131-2 1-2 电力系统基本概念电力系统基本概念1、定义：把其他形式的一次能源转变成二次能源的一种特殊工厂2、分类：1.2.21.2.2按能源分：水力发电厂火力发电厂核能发电厂风力发电厂潮汐发电厂其他发电厂按集中落差分：堤坝式、引水式、混合式按运行方式分：有调节、无调节（径流式）、抽水蓄能式电站按厂房结构与位置分：坝后式、坝内式、河床式、地下式141-2 1-2 电力系统基本概念电力系统基本概念按发电厂的规模和供电范围分：地方发电厂区域性发电厂自备专用发电厂151-2 1-2 电力系统基本概念电力系统基本概念3、水力发电厂：利用水的落差（水头H）、流量（Q）水流的位能（动能）机械能电能优点：生产过程简单、易于实现自动化、成本低、无污染。缺点：建设投资大、工期长、受气候、水文条件影响大，分丰水期和枯水期。161-2 1-2 电力系统基本概念电力系统基本概念3、水力发电厂：171-2 1-2 电力系统基本概念电力系统基本概念4、火力发电厂：利用燃料（煤、石油、天然气）燃烧使汽轮机转动燃料的化学能（燃烧）机械能电能优点：建设投资小、工期短、受气候、水文条件影响小，不分丰水期和枯水期。缺点：生产过程复杂、成本高、对环境污染大。分为：凝汽式发电厂（专供发电）：热能利用率30%40%热电厂（发电兼供热）：热能利用率70%60%热能181-2 1-2 电力系统基本概念电力系统基本概念4、火力发电厂：191-2 1-2 电力系统基本概念电力系统基本概念5、核能发电厂：利用铀(或钚）在反应堆核裂变 原子核裂变释放的热能 机械能电能优点：消耗燃烧少；燃烧时不需要空气助燃；容量越大越经济缺点：开停机复杂、有放射性污染。如：浙江秦山核电站 （2*60万kw）广东大亚湾核电站（2*90万kw）阳江核电站 （2*90万kw）201-2 1-2 电力系统基本概念电力系统基本概念5、核能发电厂：211-2 1-2 电力系统基本概念电力系统基本概念6、潮汐发电厂：利用海水的涨潮和退潮能量来发电的发电站。潮汐能是地球在自转过程中，海水受月流重力牵引产生的。还有小部分潮汐是受太阳引力牵引形成的。海水涨落的周期为12小时25分钟，同时在海底造成三角流。世界最大的潮汐发电站：法国北部LaRance河，Pe=240MW世界最高的潮汐发电站：加拿大Fundy高达39英尺Pe=20MW世界首座海底潮汐发电站：挪威北部Kvalsund Pe=300KW（无生态污染，无噪音、不占地）投资1亿美元。221-2 1-2 电力系统基本概念电力系统基本概念6、潮汐发电厂：潮汐能 机械能电能231-2 1-2 电力系统基本概念电力系统基本概念7、风力发电厂：风能 机械能电能241-2 1-2 电力系统基本概念电力系统基本概念8、抽水蓄能发电厂：利用夜间用电低谷时或丰水期的剩余电力，使水轮机以水泵工作，将下游的水抽回到水库内积蓄，以便峰荷或枯水期时发电的。251-2 1-2 电力系统基本概念电力系统基本概念1.2.3 变电站：变电站是汇集电源、升降电压和分配电力的场所，是联系发电厂和用户的中间环节。按其变压分：升压、降压按其地位和作用分：枢纽变电站：330KV及以上中间变电站：330KV220KV地区变电站：220 KV110KV企业变电站：35KV220KV终端变电站：10110KV261-2 1-2 电力系统基本概念电力系统基本概念1.2.4 电力网：由各类升压变电所、输电线路、降压变电所组成的电能传输和分配的网络。按供电范围、输送功率和电压等级分：按电压等级电力网分：低压（1kV及以下）高压（1330kV）超高压（3301000kV）特高压（1000kV以上）地方电力网：110KV及以下（10KV及以下配电网）区域电力网：110KV以上 271.2.51.2.5联合电力系统的优越性联合电力系统的优越性到到2000年底，全国已形成东北、华北、华中、华东、西北、年底，全国已形成东北、华北、华中、华东、西北、川渝、南方互联共川渝、南方互联共7个个跨省跨省(区区)大电网大电网,以及山东、福建、新以及山东、福建、新疆、海南等独立省疆、海南等独立省(区区)网。网。(一）基本情况：一）基本情况：我国电网基本以行政区划为基础。我国电网基本以行政区划为基础。2020世纪世纪8080年代初，我国第一项年代初，我国第一项500500千伏超高压输变电工程千伏超高压输变电工程,启动了跨启动了跨省、超高压电网建设进程。省、超高压电网建设进程。2003 年年1月月11日零点，福建与华东联网日零点，福建与华东联网500千伏福州至浙千伏福州至浙江金华双龙江金华双龙回输电工程正式投入运行，回输电工程正式投入运行，福建电网与华东电福建电网与华东电网实现了双回联网。网实现了双回联网。2003 年年9月月20日华北电网与华中电网首次成功连接；日华北电网与华中电网首次成功连接；2007年底，首先实现西北和四川电网互供；年底，首先实现西北和四川电网互供；2008年底，西北电网向四川电网送电。年底，西北电网向四川电网送电。28（二）优越性（二）优越性1、提高了供电可靠性、提高了供电可靠性 2、提高了供电稳定性、提高了供电稳定性南方：多水，缺煤，“以煤定电”北方：多煤，缺水，“以水定电”枯水期，火电多发，由北济南；丰水期，水电多发，由南济北。3、提高了发电的经济性、提高了发电的经济性改善电能质量，提高抗干扰能力多电源供电（1）充分利用动力资源，提高经济效益29（2）便于安装大容量机组，提高发电的平均效率和其他经济指标原则：最大单机10%东区日负荷150万，夜负荷100万，需150万装机；西区日负荷150万，夜负荷200万，需200万装机；东西区独立运行需350万装机；若联合运行，则只需300万装机。电力系统备用装机电力系统备用装机原则原则：1015%如：85年我省总装机不足300万，福州华能单机35万，不允许满载运行。（3）利用时差、季差错峰，减小总装机容量30特点：（）电能难以储存，产供销同时（）电能难以储存，产供销同时（）正常输电和故障过程都非常迅速（）正常输电和故障过程都非常迅速 按重要性将用户分为按重要性将用户分为I、II、III三类加以区别对三类加以区别对待，以保证其相应的供电可靠性。待，以保证其相应的供电可靠性。1、保证供电的安全可靠性、保证供电的安全可靠性-保证对用户不间断地供给充足、优质而又经济的电保证对用户不间断地供给充足、优质而又经济的电力力（）电力系统的地区性特点强，组成情况不尽相同（）电力系统的地区性特点强，组成情况不尽相同（）电能生产与国民经济、人民生活的关系密切（）电能生产与国民经济、人民生活的关系密切1.2.6电力系统运行的特点及运行要求基本运行要求：312、保证电能的良好质量：、保证电能的良好质量：波形波形严格的正弦波；严格的正弦波；频率频率大容量系统大容量系统0.2Hz，中小容量系统中小容量系统0.5Hz；电压电压35kV及以上允许及以上允许，10kV及以下允许及以下允许7频率主要取决于电力系统中有功功率的平衡，电压则取决于频率主要取决于电力系统中有功功率的平衡，电压则取决于无功功率的平衡。无功功率的平衡。运行情况允许频率偏差正常运行中小容量电网0.5Hz大容量电网0.2Hz事故运行30秒以内1Hz15秒以内1.5Hz绝对不允许-4Hz线路额定电压 正常运行电压允许变化范围 35kv及以上 5%Ue 10kv及以下 7%Ue 低压照明及农业用电(+5%-10%)Ue 323 3、完成足够的发电功率和发电量、完成足够的发电功率和发电量4、保证电力系统运行的稳定性、保证电力系统运行的稳定性5、保证电力系统运行的经济性、保证电力系统运行的经济性三指标：厂用电率、线损率、煤耗率三指标：厂用电率、线损率、煤耗率331.3 电气设备概述及额定参数一、主要电气设备简介（一）一次设备 直接直接参与生产、参与生产、输送和分配电能的设输送和分配电能的设备，称为一次设备。备，称为一次设备。1、能量转换设备发电机G（F）34变压器T（B）电动机M（D）352、开关设备：用于电路的接通和开断。、开关设备：用于电路的接通和开断。操作电器：断路器操作电器：断路器QFQF、低压断路器低压断路器K K、负荷开关负荷开关Q Q保护电器：熔断器保护电器：熔断器FUFU、断路器断路器QFQF隔离电器：隔离开关隔离电器：隔离开关QSQS363、载流导体：母线WB（M）、绝缘子、电缆W等4、互感器：电压互感器PT、TV（YH）、电流互感器CT、TA（LH）5、电抗器L（DK）：限制电路中的短路电流避雷器FV（BL）：限制电路中的过电压。（二）二次设备二）二次设备 对电气一次设备、机械设备及水工建筑物等的工作状况进对电气一次设备、机械设备及水工建筑物等的工作状况进行行间接间接服务（如：监测、控制和保护）的辅助性电气设备，服务（如：监测、控制和保护）的辅助性电气设备，称为二次设备。称为二次设备。分为：控制、信号、测量、调节、继保自动化、电源分为：控制、信号、测量、调节、继保自动化、电源6系统系统37（一）额定电压（一）额定电压额定参数：用以表明电气设备在一定条件下的长期工额定参数：用以表明电气设备在一定条件下的长期工作最佳运行状态的特征量的值。作最佳运行状态的特征量的值。二、电气设备的额定参数定义：电气设备的额定电压是按长期正常工作时具定义：电气设备的额定电压是按长期正常工作时具有最佳技术性能及最大经济效果所规定的电压。有最佳技术性能及最大经济效果所规定的电压。标准电压系列（电压等级）：标准电压系列（电压等级）：标准电压系列（电压等级）：标准电压系列（电压等级）：0.220.38361035601102203305007500.220.38361035601102203305007500.220.38361035601102203305007500.220.38361035601102203305007500.22、0.38（低压）3、6、10、35、60、110、220（高压）330、500（超高压）750、1000（特高压）38表表1-2 我国交流电力网和电气设备的额定电压（线间电压，单位我国交流电力网和电气设备的额定电压（线间电压，单位kv）用电设备额定电压与电力网额定电压 发电机额定电压 变压器额定电压 原边绕组 副边绕组 接电力网 接发电机 0.220.230.220.230.230.380.400.380.400.4033.1533.153.15及3.3 66.366.36.3及6.6 1010.51010.510.5及11 353538.5 606066110110121220220242330330363 500500550750750825 3940Ue=Uew（Ua+Ub）/21、用电设备和电力网的额定电压的额定电压、用电设备和电力网的额定电压的额定电压2、发电机额定电压、发电机额定电压 1）可直配发电机（100MW）G.e1.05w.e（0.4、6.3、10.5）2）不可直配发电机（100MW）13.8、15.75、18、20kV等四种 汽轮机中非标准电压413、变压器额定电压、变压器额定电压（1）一次绕组：）一次绕组：原边与发电机相连：原边与发电机相连：U1=UGe原边接在线路原边接在线路：U1=Ue（2 2 2 2）二次绕组：二次绕组：二次绕组：二次绕组：副边接电力网首端（或副边接电力网首端（或副边接电力网首端（或副边接电力网首端（或d d d d7.57.57.57.5）：U U U U2 2 2 2=1.1Ue=1.1Ue=1.1Ue=1.1Ue10kV10kV10kV10kV及以下变压器，线路短及以下变压器，线路短及以下变压器，线路短及以下变压器，线路短(或或或或d d d d7.5 7.5 7.5 7.5），），），），U U U U2 2 2 2=1.05Ue=1.05Ue=1.05Ue=1.05Ue42应用应用已知变压器两侧额定电压，问：这是升压变已知变压器两侧额定电压，问：这是升压变压器还是降压变压器？压器还是降压变压器？升压变压器降压变压器43（二）额定电流（二）额定电流指周围介质在指周围介质在额定额定环境温度时，其绝缘和载流导体及其连接的环境温度时，其绝缘和载流导体及其连接的长期发热温度不超过极限值所允许长期通过的最大电流值。长期发热温度不超过极限值所允许长期通过的最大电流值。周围介质额定环境温度：周围介质额定环境温度：1）电力变压器和大部分电器的额）电力变压器和大部分电器的额定周围空气温度为定周围空气温度为400C。2）敷设在空气中的母线、电缆和）敷设在空气中的母线、电缆和绝缘导线为绝缘导线为250C。3）埋设在地下的电力电缆的额定）埋设在地下的电力电缆的额定泥土温度为泥土温度为250C。额定电流的确定方法：额定电流的确定方法：其数值必须符合同家标准规定的优先数系，即以其数值必须符合同家标准规定的优先数系，即以10101.25公比，形成公比，形成10系列的优先数：系列的优先数：1.001.251.602.002.53.154.005.006.308.00 +450C IIe44（三）额定容量（三）额定容量：周围介质在额定环境温度时，电气设备长期发热温度不超过极限值所允许长期通过的最大容量。视在功率Se（伏安）：有功功率Pe(瓦)：无功功率Qe(乏)：变压器Se：发电机Pe：电动机Pe：返回45121/6.3KV6.3/0.4KV110/38.5KV35/6.6KV6KV6KV35/11KV35/11KV10/0.4KV220V380V6.3KV练习：试确定下图中各发电机、变压器的额定电压值。练习：试确定下图中各发电机、变压器的额定电压值。46练习：试确定下图中各发电机、变压器的额定电压值。练习：试确定下图中各发电机、变压器的额定电压值。（变压器用额定电压比的形式表示）。图中所示电压（变压器用额定电压比的形式表示）。图中所示电压为电力网额定电压。为电力网额定电压。47v内容预告内容预告第第第第2 2 2 2章章章章 电力系统中性点的运行方式电力系统中性点的运行方式电力系统中性点的运行方式电力系统中性点的运行方式教学目的：教学目的：教学目的：教学目的：了解电力系统中性点各种接地方式的工作特点了解电力系统中性点各种接地方式的工作特点了解电力系统中性点各种接地方式的工作特点了解电力系统中性点各种接地方式的工作特点及应用范围及应用范围及应用范围及应用范围4849