发电厂电气部分第二章...ppt

第二章第二章 发电、变电和输电的电气部分发电、变电和输电的电气部分学习内容：学习内容：概述（发电厂、变电站的电气设备及电气接线）；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；发电厂、变电站的电气部分；高压交流输变电；高压交流输变电；高压直流输变电。高压直流输变电。第二章第二章 发电、变电和输电的电气部分发电、变电和输电的电气部分学习目的：学习目的：通过本章的学习，使得学生熟悉发电厂、变电站中常用电气通过本章的学习，使得学生熟悉发电厂、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。设备的类型和各种电气设备的作用；掌握电气接线的概念。根据电气设备作用的不同，分为两种类型：根据电气设备作用的不同，分为两种类型：一次设备一次设备 二次设备二次设备第一节第一节 概述概述一、电气设备一、电气设备概念：概念：生产生产、变换变换、输送输送、分配分配和和使用使用电能的设备。电能的设备。第一节第一节 概述概述一、电气设备一、电气设备 一次设备一次设备种类：种类：1.生产和变换电能的设备；生产和变换电能的设备；2.接通和断开电路的开关设备；接通和断开电路的开关设备；3.限流电器；限流电器；4.接地装置；接地装置；5.载流导体。载流导体。6.互感器互感器7.补偿设备补偿设备1.生产和变换电能的设备生产和变换电能的设备 发电机：机械能转化为电能；发电机：机械能转化为电能；电动机：电能转化为机械能；电动机：电能转化为机械能；变压器：将电压升高或降低。变压器：将电压升高或降低。如发电机、电动机、变压如发电机、电动机、变压器等，它们是直接生产和转器等，它们是直接生产和转换电能的最主要的电气设备。换电能的最主要的电气设备。2.接通或断开电路的开关电器接通或断开电路的开关电器 作用：作用：正常运行时合、分电路；正常运行时合、分电路；事故（短路）时能在事故（短路）时能在继电保护装置控制继电保护装置控制下切断故障回路；下切断故障回路；检修时使被检修设备与电源可靠隔离。检修时使被检修设备与电源可靠隔离。高压开关电器；高压开关电器；低压开关电器；低压开关电器；上述功能决定了开关电器在电力系统中起着非常重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，占要的作用，占60%以上。以上。开关电器开关电器分类分类为满足运行、操作或事故处为满足运行、操作或事故处理的需要，将电路接通或断理的需要，将电路接通或断开的设备，如断路器、隔离开的设备，如断路器、隔离开关、接触器、熔断器等。开关、接触器、熔断器等。2.接通或断开电路的开关电器接通或断开电路的开关电器 高压断路器高压断路器作用：作用：正常情况下，控制线路的开断与闭合；正常情况下，控制线路的开断与闭合；事故时在继电保护装置控制下能自动切除短路电流。事故时在继电保护装置控制下能自动切除短路电流。具有灭弧装置，可作为操作电器！具有灭弧装置，可作为操作电器！文字符号：文字符号：QF 图形符号：图形符号：见右图见右图类型：类型：（按灭弧介质分）（按灭弧介质分）油断路器、压缩空气断路器、真空断路器、油断路器、压缩空气断路器、真空断路器、SF6断路器断路器2.接通或断开电路的开关电器接通或断开电路的开关电器 隔离开关隔离开关作用：作用：提供一个提供一个明显的断口明显的断口，检修时使设备与电源，检修时使设备与电源可靠隔离可靠隔离；一般与断路器配合一般与断路器配合使用，进行倒闸操作，改变电力系使用，进行倒闸操作，改变电力系统的运行方式。统的运行方式。无灭弧装置无灭弧装置，不可作为操作电器！，不可作为操作电器！文字符号：文字符号：QS 图形符号：图形符号：见右图见右图2.接通或断开电路的开关电器接通或断开电路的开关电器 负荷开关负荷开关灭弧能力介于断路器与隔离开关之间灭弧能力介于断路器与隔离开关之间的一种简易开关电器。的一种简易开关电器。作用：作用：接通或断开接通或断开正常工作时的负荷电流正常工作时的负荷电流，但不能切断短，但不能切断短路电流！路电流！一般与熔断器配合一般与熔断器配合使用。由熔断器切断过载及短路使用。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。电流，由负荷开关接通或断开负荷电流。文字符号：文字符号：QL 图形符号：图形符号：见右图见右图2.接通或断开电路的开关电器接通或断开电路的开关电器 高低压熔断器高低压熔断器作用：作用：通过通过短路电流短路电流或或长时间过电流长时间过电流时熔断。时熔断。文字符号：文字符号：FU 图形符号：图形符号：见右图见右图注意：注意：6kV熔断器只能用于熔断器只能用于6kV，不能用于，不能用于3kV；10kV熔断器只能用于熔断器只能用于10kV，不能用于，不能用于6kV。2.接通或断开电路的开关电器接通或断开电路的开关电器 自动空气开关自动空气开关 （空开）（空开）作用：作用：对对低压配电正常或故障电流低压配电正常或故障电流实行通断操作；实行通断操作；当出线或设备短路故障时，能在当出线或设备短路故障时，能在自身所带保护元件自身所带保护元件作用下自动断开主回路。作用下自动断开主回路。低压配电系统低压配电系统中的主要开关。中的主要开关。文字符号：文字符号：QA 图形符号：图形符号：见右图见右图2.接通或断开电路的开关电器接通或断开电路的开关电器 接地开关接地开关作用：作用：检修时，起隔离电源、保护作用。检修时，起隔离电源、保护作用。文字符号及图形符号：见右图文字符号及图形符号：见右图接地开关的使用：接地开关的使用：3.限流电器限流电器 （1）电抗器）电抗器 作用：限制电力系统中短路电流。作用：限制电力系统中短路电流。文字符号与图形符号：文字符号与图形符号：（2）避雷器）避雷器 作用：限制电力系统过电压。作用：限制电力系统过电压。分为：保护间隙、管型避雷器、分为：保护间隙、管型避雷器、阀型避雷器、磁吹式避雷器、阀型避雷器、磁吹式避雷器、ZnO避雷器。避雷器。文字符号与图形符号：文字符号与图形符号：F 如用于限制短路电流的如用于限制短路电流的电抗器和防御过电压的避电抗器和防御过电压的避雷器、避雷针、避雷线等。雷器、避雷针、避雷线等。3.限流电器限流电器 电抗器电抗器的安装地点的安装地点3.限流电器限流电器 避雷器避雷器的安装地点的安装地点4.接地装置接地装置 作用：作用：是电力系统正常运行的需要，是安全用电的有效措施。是电力系统正常运行的需要，是安全用电的有效措施。是埋入是埋入地中的金属导体地中的金属导体与电气设备相连的与电气设备相连的金属线金属线的总称。的总称。分类：分类：工作接地工作接地保护接地保护接地保护接零保护接零防雷接地防雷接地防静电接地防静电接地 保证电力系统正常工作的保证电力系统正常工作的工作工作接地接地或保护人身安全的或保护人身安全的保护接保护接地地，与埋入地中的金属接地体，与埋入地中的金属接地体或接地网的连接。或接地网的连接。4.接地装置接地装置 作用：作用：为了保证电气设备在正常与故障情况下可靠的工作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。而进行的接地。工作接地工作接地包括：包括：中性点直接接地、中性点非直接接地。中性点直接接地、中性点非直接接地。4.接地装置接地装置 作用：作用：电气设备的金属外壳、钢筋混凝土杆、金属杆塔、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。设的接地，叫保护接地。保护接地保护接地包括：包括：电机、变压器等电器的底座和外壳；电机、变压器等电器的底座和外壳；互感器的二次绕组；互感器的二次绕组；配电屏与控制屏的框架。配电屏与控制屏的框架。4.接地装置接地装置 包括：包括：避雷针、避雷器等。避雷针、避雷器等。防雷接地防雷接地5.载流导体载流导体 作用：作用：连接各种电气设备（使发电、输电、用电成为一个连接各种电气设备（使发电、输电、用电成为一个可灵活调度的系统）。可灵活调度的系统）。分类：分类：电缆：自身有绝缘的导体；电缆：自身有绝缘的导体；架空线：架空线：（1）裸导线：无绝缘的导体。需要绝缘子支撑与）裸导线：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。悬挂，穿过建筑物时需要穿墙套管。（2）架空绝缘线：具有绝缘保护的架空导线。）架空绝缘线：具有绝缘保护的架空导线。电气设备必须通过载流导体电气设备必须通过载流导体按照生产和分配电能的顺序按照生产和分配电能的顺序或者说按照设计要求连接起或者说按照设计要求连接起来，常见的载流导体如母线、来，常见的载流导体如母线、架空线、电力电缆等。架空线、电力电缆等。6.互感器互感器 作用：作用：将一次的高电压、大电流变换成将一次的高电压、大电流变换成标准等级标准等级的低电压和小电流，的低电压和小电流，向二次向二次测量测量、控制、调节、保护控制、调节、保护及及仪表仪表提供电压、电流信号。提供电压、电流信号。是连接一次回路与二次回路的设备。是连接一次回路与二次回路的设备。分类：分类：电流互感器、电压互感器。电流互感器、电压互感器。6.互感器互感器 互感器符号图互感器符号图7.补偿设备补偿设备 电力电容器：补偿有电力电容器：补偿有并联并联和和串联串联补偿两类。补偿两类。消弧线圈：用来补偿消弧线圈：用来补偿小接地电流系统小接地电流系统的的单相接单相接地电容电流地电容电流，以利于熄灭电弧。，以利于熄灭电弧。并联电抗器：吸收过剩的无功功率，改善沿线电并联电抗器：吸收过剩的无功功率，改善沿线电压分布和无功分布，提高送电效率。一般装设在压分布和无功分布，提高送电效率。一般装设在330kV及以上超高压线路。及以上超高压线路。如调相机、电力电容器、消弧线如调相机、电力电容器、消弧线圈、并联电抗器等。它们分别用来圈、并联电抗器等。它们分别用来补偿系统的无功功率、补偿小电流补偿系统的无功功率、补偿小电流接地系统中的单相接地电容电流、接地系统中的单相接地电容电流、吸收系统过剩的无功功率等。吸收系统过剩的无功功率等。二次设备二次设备 1、测量测量表计表计 作用：测量电路中的参数。作用：测量电路中的参数。例如：电流表、电压表、功率表、电能表。例如：电流表、电压表、功率表、电能表。2、继电保护继电保护及自动装置及自动装置 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。行自动监控和调节。3、直流电源直流电源设备设备 作用：供保护用或事故时照明用。作用：供保护用或事故时照明用。4、操作电器、信号设备及控制电缆、操作电器、信号设备及控制电缆 作用：实现电路的操作控制、信号的发出或显示等。作用：实现电路的操作控制、信号的发出或显示等。对一次设备的工作进行监视、对一次设备的工作进行监视、测量、控制、保护和绝缘监察测量、控制、保护和绝缘监察的设备称为二次设备。的设备称为二次设备。二、电气接线二、电气接线 类型：类型：1、电气主接线（一次接线）；、电气主接线（一次接线）；2、二次接线。、二次接线。电气接线的概念：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，在发电厂和变电站中，根据各种电气设备作用和要求，按按一定的方式一定的方式用导线连接起来所形成的电路。用导线连接起来所形成的电路。1、电气主接线、电气主接线 主接线图：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。图称一次电路图，又叫主接线图。电气主接线的概念：电气主接线的概念：由一次设备按照预期的生产流程所连成的回路，称为一由一次设备按照预期的生产流程所连成的回路，称为一次回路，又叫一次接线、电气主接线。次回路，又叫一次接线、电气主接线。电气主接线图一般用单线图表示三相电路！电气主接线图一般用单线图表示三相电路！母线母线发电厂、变电站中通常出线和发电机电源数目较多，为了便发电厂、变电站中通常出线和发电机电源数目较多，为了便于两者的连接，常用母线将电源和出线连接起来。于两者的连接，常用母线将电源和出线连接起来。作用：汇集、分配、传输电能。作用：汇集、分配、传输电能。表示方法：表示方法：配电装置配电装置 根据电气主接线的要求，由根据电气主接线的要求，由开关电器开关电器、母线母线、保护保护和和测测量量设备以及必要的设备以及必要的辅助设备辅助设备和和建筑物建筑物组成的整体。组成的整体。分类：分类：（按照安装地点的不同）（按照安装地点的不同）屋内配电装置屋内配电装置 屋外配电装置屋外配电装置 2、二次接线、二次接线 二次接线图：二次接线图：二次电路中，各元件按规定的图形符号表示的电路图。二次电路中，各元件按规定的图形符号表示的电路图。二次接线：二次接线：由二次设备成连成的回路，称为二次回路，又叫二次接线。由二次设备成连成的回路，称为二次回路，又叫二次接线。二次接线作用：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。线中的设备实施测量、控制、调节。第二节第二节 发电厂的电气部分发电厂的电气部分 一、一、300MW机组电气部分机组电气部分 1、电气主接线、电气主接线 2、主要电气设备、主要电气设备 1、发电机差动保护；、发电机差动保护；2、变压器差动；、变压器差动；3、自动调节励磁；、自动调节励磁；4、测量、测量 TA的布置说明：的布置说明：5、测量；、测量；6、过电流保护；、过电流保护；7、发电机横差；、发电机横差；8、发电机差动、发电机差动 TV的布置说明：的布置说明：1、自动调整励磁自动调整励磁装置（装置（Y/Y）；）；2、同期和保护同期和保护；3、互感器负荷太大时，、互感器负荷太大时，测量测量专用一组专用一组TV；匝间保护专用匝间保护专用PT的中性点必须和发电机中性点相连，才能得到纵向的中性点必须和发电机中性点相连，才能得到纵向3U0。否则不能实现匝间保护的。另两个否则不能实现匝间保护的。另两个PT是普通是普通PT，直接接地，不是全绝缘，直接接地，不是全绝缘的，要是连上发电机中性点，有可能击穿。的，要是连上发电机中性点，有可能击穿。发电机中性点与发发电机中性点与发电机出口电机出口PT中性中性点连接？点连接？中性点接地变压器的作用：中性点接地变压器的作用：1、高电阻接地，可以、高电阻接地，可以限制接地电流限制接地电流，还可以适当，还可以适当减少接地过电压减少接地过电压。利用发电机中性点接地变压器的。利用发电机中性点接地变压器的副边接一小电阻，即可使其一次侧呈现高电阻。副边接一小电阻，即可使其一次侧呈现高电阻。2、发电机接地时，中性点接地变压器原边存在电、发电机接地时，中性点接地变压器原边存在电压，副边感应出的电压可以做为发电机定子接地压，副边感应出的电压可以做为发电机定子接地保护的判据。保护的判据。全连分相封闭母线的优点全连分相封闭母线的优点（1）供电可靠）供电可靠（2）运行安全）运行安全 （3）出于外壳的屏蔽作用，母线电动力大大减少，而且基本）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构件的发热。消除了母线周围构件的发热。（4）运行维护工作量小。）运行维护工作量小。由于母线封闭在外壳内，且外壳接地，使工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。作人员不会触及带电导体。封闭母线有效地防止了绝缘遭受灰尘、潮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。气等污秽和外物造成的短路。第三节第三节 高压交流输电高压交流输电 一、概述一、概述输电电压等级提高的因素：输电电压等级提高的因素：1、长距离输送电能；、长距离输送电能；2、大容量输送电能；、大容量输送电能；3、节省基建投资和运行费用；、节省基建投资和运行费用；4、电力系统互联。、电力系统互联。二、我国二、我国330kV及以上超高压输电线路及以上超高压输电线路 我国第一回我国第一回330kV线路线路 1972年，刘家峡水电站并入西北电力系统，年，刘家峡水电站并入西北电力系统，534km。我国第一回我国第一回500kV线路线路 1981年，平顶山至武汉，年，平顶山至武汉，595km。我国第一回我国第一回750kV线路线路 2005年年9月运行，官亭至兰州东，月运行，官亭至兰州东，300万万kW，141km。我国第一回我国第一回1000kV线路线路 2009年年1月运行，晋东南至湖北荆门，月运行，晋东南至湖北荆门，500万万kW，654km。电压等级电压等级(kV)输送距离输送距离(km)输送容量输送容量(MW)22010030010050033020060020080050015085010001500750500以上以上200025001000500以上以上40005000电压等级电压等级(kV)导线截面导线截面(mm2)输送容量输送容量(MW)线损率线损率(%)2201X5702502.753302X2707001.305004X57012000.957504X57025000.70三、三、500kV输变电系统输变电系统 500kV变电站主接线变电站主接线 三、三、500kV输变电系统输变电系统 变压器变压器 主变压器：主变压器：三相或三相或3台单相。台单相。联络变压器：联络变压器：自耦变，且可调压。自耦变，且可调压。第三绕组为三角形：消除谐波、无功补偿、供电。第三绕组为三角形：消除谐波、无功补偿、供电。断路器：断路器：SF6断路器。断路器。隔离开关隔离开关 TV：电容式电容式TV。TA 避雷器：避雷器：ZnO避雷器，无间隙、无续流、残压低。避雷器，无间隙、无续流、残压低。500kV变电站主要设备变电站主要设备 三、三、500kV输变电系统输变电系统 500kV线路充电功率大，线路充电功率大，100km可达可达100120Mvar。（1）限制工频电压升高，首末端安装；）限制工频电压升高，首末端安装；（2）降低操作过电压；）降低操作过电压；（3）消除发电机带长线路出现自励磁；）消除发电机带长线路出现自励磁；（4）避免长距离输送无功功率并降低线损；）避免长距离输送无功功率并降低线损；（5）限制潜供电流。限制潜供电流。并联高压电抗器并联高压电抗器 第四节第四节 高压直流输电高压直流输电 一、概述一、概述1、直流输电发展概况、直流输电发展概况1882年：年：1.52kV直流电压，直流电压，57km；1912年：年：100kV，功率，功率15MW，190km；1954年：年：100kV，功率，功率20MW，96km；（采用汞弧阀做换流装置，发展较慢）（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。年：采用晶闸管做换流装置，发展迅速。第四节第四节 高压直流输电高压直流输电 二、直流输电的优点二、直流输电的优点1、线路造价低、年运行费用省、线路造价低、年运行费用省A、如果输电线路建设费用相等，则直流输送的公里可为交流、如果输电线路建设费用相等，则直流输送的公里可为交流输送功率的输送功率的1.5倍；倍；B、在导线截面相等并输送同样功率时，直流线路发生的公里、在导线截面相等并输送同样功率时，直流线路发生的公里损耗约比交流线路少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、双极直流线路的年平均损耗仅为相同交流线路的5060%。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。、直流电缆比交流电缆的造价在同样电压等级下要低得多。第四节第四节 高压直流输电高压直流输电 三、直流输电的优点三、直流输电的优点2、没有运行稳定问题、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，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。侧无关。3、能够限制短路电流、能够限制短路电流4、调节速度快，运行可靠、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。稳定性。第四节第四节 高压直流输电高压直流输电 二、直流输电的缺点二、直流输电的缺点1、换流装置价格昂贵、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，约占总投资的子触发板和绝缘材料等构成，约占总投资的1/3。2、消耗大量的无功功率、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，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整流器所需无功功率为有功功率的3050%，逆变器约为，逆变器约为4060%。第四节第四节 高压直流输电高压直流输电 二、直流输电的优点二、直流输电的优点3、产生谐波影响、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波换流器运行中，会在交流侧和直流侧产生谐波电压和谐波电流，使电容器和电机过热，使换流器的本身控制不稳定，电流，使电容器和电机过热，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，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，且交流侧的滤波通常都在交流侧和直流侧安装调谐滤波器，且交流侧的滤波器兼作无功补偿用。器兼作无功补偿用。4、缺乏直流断路器、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，故熄灭由于直流电流不像交流那样有电流波形的过零点，故熄灭直流电弧较困难。直流电弧较困难。