山东电建三公司 电气培训课件

专业知识培训课件电 气2009年六、电气系统电气系统是发电厂的一个重要生产系统，将发电机发出的电能进行合理输送与分配。电能输送主要包括两方面，一是将发电机的出口电压升高至系统电压，向系统输送电能；二是为发电厂生产运行提供厂用电。电能的输送方式主要有交流输电和直流输电两种。交流输电：由交流输电线路联结起来的电力系统有以下特征： 要求所有的发电机保持同步运行并且有足够稳定性； 要求合理的无功分布和补偿来保证系统的电压水平； 对邻近的通信线路的危险影响和干扰比较严重。这些固有特征在超高压以上的交流输电中更加显著，成为发展交流输电必须解决的重要技术课题。 765KV以上电压等级的交流输电，对环境和生态的影响也成为人们严重关切的问题。直流输电：直流输电具有以下优点： 输送相同功率时，线路造价低。交流输电架空线路通常采用 3根导线，而直流只需 1根（单极）或 2根（双极）导线。因此，直流输电可节省大量输电材料，同时也可减少大量的运输、安装费。 线路有功损耗小。由于直流架空线路仅使用 1根或 2根导线，所以有功损耗较小，并且具有 “空间电荷 ”效应，其电晕损耗和无线电干扰均比交流架空线路要小。 适宜于海下输电。在有色金属和绝缘材料相同的条件下，直流时的允许工作电压比在交流下约高 3倍。 2根芯线的直流电缆线路输送的功率 Pd比 3根芯线的交流电缆线路输送的功率 Pa大得多。运行中，没有磁感应损耗，用于直流时，则基本上只有芯线的电阻损耗，而且绝缘的老化也慢得多，使用寿命相应也延长。 系统的稳定性问题。在交流输电系统中，所有连接在电力系统的同步发电机必须保持同步运行。如果采用直流线路连接两个交流系统，由于直流线路没有电抗，所以不存在上述的稳定问题，也就是说直流输电不受输电距离的限制。 能限制系统的短路电流。用交流输电线路连接两个交流系统时，由于系统容量增加，将使短路电流增大，有可能超过原有断路器的速断容量，这就要求更换大量设备，增加大量的投资。直流输电时，就不存在上述问题。 调节速度快，运行可靠。直流输电通过晶闸管换流器能够方便、快速地调节有功功率和实现潮流翻转。如果采用双极线路，当一极故障，另一极仍可以大地或水作为回路，继续输送一半的功率，这也提高了运行的可靠性。n 直流输电适用于以下场合：远距离大功率输电；海底电缆送电；不同频率或同频率非同期运行的交流系统之间的联络；用地下电缆向大城市供电；交流系统互联或配电网增容时，作为限制短路电流的措施之一；配合新能源的输电。直流输电方式是传统交流输电方式的有效补充。高压直流输电由于其自身的优点，特别适用于远距离、大容量输电，大区交流电网的互联及通过海底电缆向海岛送电等场合。在我国的电网建设规划中，为了把我国几个大区域电网和个别分离的省级电网连接在一起，最终形成全国的统一电网，同时，为了把西北、西南丰富的水火电资源远距离输送到沿海经济发达地区，解决这些地区严重缺电的局面，以及解决三峡电站建成后大量电力的外送问题等，直流输电技术是一个重要的实现手段。为此，国家正在组织实施 “西电东送和大区联网 “战略，计划在 2010年前后建成多达 20多个超高压大型直流输电工程，来满足上述电网建设的要求。n 直流输电包括两端直流输电和多端直流输电，绝大多数的直流输电工程都是两端直流输电。对于直流输电来说，它的输电功能由直流输电线路和两端的换流站内的各种换流设备包括 一次设备 和 二次设备 来实现。n 采用直流方式输送电能，首先要解决交直流转换的问题。需要在送电端和受电端分别建设两个换流站，安装换流变压器和换流桥阀等主要换流设备。送电端换流站把交流转换成直流，通过直流输电线路送往受电端换流站，在受电端换流站再把直流逆变成交流供给用电负荷。直流输电的控制保护是直流输电系统的大脑，由它来实现对这些交直流功率转换、输送全部以及换流站所有设备的控制和保护。现代直流输电的控制保护系统全部由计算机系统构成。从体系结构方面讲，它与交流变电站和发电厂的控制保护系统是类似的。但由于换流站内同时具有交流设备和直流设备，以及还需要对交直流转换进行闭环控制，直流输电控制保护系统的规模比变电站和发电厂的控制保护系统要大得多，也要复杂得多。其中交流侧的控制保护与传统的交流控制保护基本相同，采用与交流相同的设备，如变压器保护、交流线路保护和母线保护等。而直流侧的控制保护的构成则要用到直流输电专用的技术和设备，如极控制、直流保护等。n 电气设备的分类：电气设备一般可分为一次设备和二次设备。一次设备是指直接用于生产、输送和分配电能的设备，主要有变压器、断路器、互感器、隔离开关、熔断器、避雷器等。二次设备是指对电气一次设备的工作进行监视、测量、操作、控制和保护的设备，主要有继电保护设备、监控设备、测量和自动化装置等。n 专业上一般将电气系统划分为 7个扩大单位工程。（一）发电机电气与引出线（二）主变压器（三）配电装置（四）主控及直流系统（五）厂用电系统（六）电缆及接地（七）通信系统n （一） 发电机电气与引出线n 安装范围：发电机电气、发电机出线小间、发电机励磁系统和发电机到主变压器的引出线。n 发电机：发电机本体属于机务安装，电气专业的主要任务是安装发电机引出线及发电机的电气部分，检查发电机定子、转子、铁芯的电路和磁路是否完好，同时配合机务安装。n 发电机出线小间：中小型发电机组通常设有发电机出线间，一般布置在发电机的正下方。出线间内包括发电机引出线的断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器等设备。 200MW及以上机组一般采用发电机变压器组接线，不设出线间，发电机出线直接通过封闭母线连接到主变压器上，电流互感器放在封闭母线上，电压互感器、避雷器柜布置在平台上，中性点设备也装配为箱式结构，布置在发电机出线平台上。设计带劢磁机的发电机组，通常设有励磁小间，一般布置在发电机下方 0米处，将励磁盘柜、开关等布置在小间内部。n 发电机是将其他形式的能源转换成电能的机械设备，它由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动，将水流，气流，燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能。n 发电机的分类： 发电机分为直流发电机、交流发电机 。直流发电机制造成本高、结构复杂、运行维护工作量大。交流发电机又分为同步发电机、异步发电机。异步发电机需要交流励磁，而同步发电机需直流励磁，异步发电机的转子转速与磁极转速非同步，而同步发电机的转子磁极的转速却与定子电枢电流产生的旋转磁场保持严格的同步。异步发电机需要励磁电流较大，一般很少使用。电力系统中使用的发电机几乎都是同步发电机，但风力发电机多数采用异步发电机 。n 1、同步发电机同步发电机是将机械能转换为电能的设备。发电机由定子和转子构成，转子主要由铁芯、励磁绕组组成，定子由铁芯、定子绕组以及机座等组成。n 发电机的冷却：最常用的冷却介质是空气、氢气和水，冷却方法有表冷（间接冷却）和内冷（直接冷却）。空气多用于表冷，水多用于内冷，氢气两者都有。空冷发电机：定子绕组和转子绕组全部空气冷却氢冷发电机：定子绕组氢外 (内 )冷，转子绕组氢内冷，铁芯氢冷水冷发电机：定子、转子绕组都采用水内冷，铁芯采用空气或氢气冷却水氢冷发电机：定子绕组用水内冷，转子绕组用氢内冷，铁芯采用氢冷双水内冷发电机：定子绕组和转子绕组都用水内冷n 发电机的规格型号及其含义1 2 - 3 - 4代表含义1：产品序列代号， QF-汽轮发电机2： Q-氢外冷， S（ SS） -（双）水内冷， N-氢内冷3：发电机容量， MW4：发电机极数如 QFSN-300-2表示定子绕组水内冷转子绕组氢内冷 300MW两极汽轮发电机组n 发电机的额定参数发电机根据其设计和制造所规定的可长期连续工作的工况条件，称为额定参数。（ 1）额定功率（ P N）：发电机的额定功率，是指发电机输出的有功功率，单位用 KW或 MW表示。（ 2）定额电流（ I N）：是指在额定运行时流过发电机定子的线电流，单位用 A或 KA表示。（ 3）额定电压（ U N）：是指发电机在额定运行时定子三相的线电压，单位用 V或 KV表示。目前国产发电机的出口电压根据发电机容量的不同有 6.3、 10.5、 13.8、 15.75、 18、 20、 23KV等电压等级。（ 4）功率因数（ COS）：表示发电机有功功率和视在功率的比值，即发电机额定运行时的功率因数，一般在 0.850.9之间。（ 5）额定频率（ f）：单位为 Hz，有 50Hz和 60Hz两种，我国采用 50Hz。（ 6）额定效率（ ）：即发电机额定运行时的效率。用百分数表示，一般单机容量越大效率越高。n 2、励磁设备：同步发电机转子上的励磁绕组需输入直流（励磁）电流，才能产生主磁极磁场，励磁设备就是产生直流励磁电流的设备。每台发电机都有自己的一套励磁系统，在正常运行时，由它供给发电机励磁电流，但是当工作励磁系统发生故障时，为了使发电机继续运行，作为同轴励磁机的事故备用，一般还设有备用励磁系统，备用励磁系统自动投入运行，代替工作励磁系统。励磁系统不仅供给励磁绕组直流电流，而且当电力系统发生突然短路或突加负荷、甩负荷时，对发电机进行强行励磁或强行减磁，以提高电力系统的运行稳定性与可靠性，并当发电机内部出现短路时，对发电机进行灭磁，以避免事故扩大。励磁方式根据励磁设备的不同可分为直流励磁机励磁系统和晶闸管整流励磁系统。（ 1）直流励磁机，励磁机一般与发电机同轴，发电机的励磁绕组通过装在大轴上的滑环及固定电刷从励磁机获得直流电流。这种励磁方式具有励磁电流独立，工作比较可靠和减少自用电消耗量等优点，是过去几十年间发电机主要励磁方式，具有较成熟的运行经验。缺点是励磁调节速度较慢，维护工作量大。n （ 2）晶闸管整流设备，随着同步发电机单机容量的日益增大，制造大电流、高转速的直流励磁机越来越困难，而且造价也高。目前大型同步发电机几乎都采用晶闸管整流励磁，它把交流电经晶闸管整流后变为直流电源，向发电机励磁绕组提供励磁电流。这种励磁方式具有反应速度快、调节性能好、励磁容量大、体积小、便于维护、成本也比较低等优点 。晶闸管直流励磁系统包括励磁变压器、整流装置和自动调节装置等。n （ 3）发电机励磁电阻器：当电力系统发生突然短路或突加负荷、甩负荷时，要对发电机进行强行励磁或强行减磁，以提高电力系统的运行稳定性与可靠性。强行励磁或强行减磁就是通过对发电机励磁电阻器的调节改变励磁电流的大小来实现的。n （ 4）灭磁开关：当发电机内部出现故障时，对发电机进行灭磁，以避免事故扩大，灭磁开关就起到迅速切断励磁电流的作用。n 3、发电机中性点设备：一般包括中性点接地变压器或消弧线圈、中性点电流互感器等。n 4、其他配套设备：除励磁设备外，一般随发电机成套供货的设备还有励磁变阻器、发电机转子灭磁电阻、励磁机磁场灭磁电阻、励磁灭磁屏（灭磁开关）以及发电机出口用电流互感器、电压互感器和避雷器等。n 5、发电机到主变压器的引出线：硬母线按形状分为矩形、槽形和管形，按材质分钢母线、铜母线、铝母线、铝合金母线。封闭母线由载流导体、壳体和绝缘材料组成。按结构一般分为分相母线和共箱母线。分相母线内的导体一般采用管形母线，共箱母线内的导体一般采用矩形母线。小容量机组一般采用硬母线和绝缘子的方式作为引出线目前中大型机组的发电机引出线均采用离相封闭母线的形式n 发电机电气与引出线的预算编制范围：包括发电机本体检查接线，静态励磁系统、电压互感器及避雷器柜、中性点变压器柜、回路电流互感器、端子箱，发电机小间的铁构件、网门制作安装，接地，单体调试以及发电机到主变的主回路封闭母线、至高厂变的厂用分支封闭母线、至励磁变的励磁分支封闭母线和至中性点的封闭母线（中性点也有用电缆连接的）。发电机：安装定额除包括发电机检查接线外尚包括配合穿转子，电刷架安装，电刷研磨安装，测量轴承绝缘，配合密封试验，励磁机检查，整流子修正，接地。关于发电机干燥，定额只考虑一次干燥，干燥方法是多种情况综合考虑的，不论是否干燥或时间长短，均不作换算。分相封闭母线：分相封闭母线的安装，室外部分采用汽车起重机吊装，室内部分采用桥式起重机及链式起重机吊装，焊接采用氩弧焊焊接。分相封闭母线安装亦包括成套供应的电压互感器、微正压充气装置的安装和管路连接。n 工程量计算规则：发电机：根据冷却方式的不同根据机组容量划分定额子目，以“台 ”为计量单位。n 分相封闭母线安装：以 “m/单相 ”为计量单位，分别以外径和导体尺寸大小套用定额，长度按设计母线轴线长度计算。n 带形铝母线安装及带形铝母线引下线安装： 均以不同截面和片数以 “m/单相 ”为单位计算工程量，套用相应定额。 母线和固定母线的金具均按设计量加损耗计算。n 带形铜、钢母线安装：按同规格的铝母线定额乘以系数 1.4调整。n 母线伸缩接头、铜过渡板及铜编织带安装：均以 “个 ”为单位， 按设计数量计算工程量。n 槽形母线安装：以 “m/单相 ”为计量单位。 槽形母线与设备连接均以发电机、变压器、断路器、隔离开关的设备以 “台 ”或 “组 ”为计量单位套用定额。 槽形母线及固定槽形母线的金具按设计用量加损耗计算。n 硬母线安装预留长度按书中 144页表 5-4规定计算。n 带形母线、槽形母线安装：均不包括支持绝缘子安装和钢构件配置安装，应分别按设计成品数量套用本册相应定额。n 铁构件制作安装：按施工图设计尺寸，以成品重 “t”为计量单位。n 轻型铁构件制作安装：结构厚度在 3mm以下的按 “轻型构件 ”考虑 n 网门（保护网）制作安装：按设计图外围尺寸计算，以 “m2”为计量单位。n （二） 主变压器系统n 安装范围：主变压器、联络变压器、厂用高压变压器、启动 /备用变压器及其它附属设备材料的安装。n 发电机的出口电压一般为 6.3-23KV，但电流较大，如果直接经电力线传输，电能损耗很大，因此一般采用升高电压及降低电流的方式传送电能。发电厂的主变压器就是升高电压的设备。n 联络变压器在发电厂升压站中连接有交换功率的两种电压等级母线的变压器。也就是说如果发电厂升压站有两种电压等级的母线，并有功率交换时，需在升压站中增设联络变压器。联络变压器多采用三绕组变压器，变压器的高、中压侧绕组完成升压站高、中压侧母线功率交换的功能，而其低压侧第三绕组可作为平衡绕组消除三次谐波，又可作为厂用电备用电源，或连接限制内部过电压用的并联电抗器等。高、中压侧的电网为中性点直接（或有效）接地系统时，联络变压器可采用自耦变压器。交换功率变化频繁而幅度较大时，联络变压器的压降变化也大，联络变压器需配备有载调压装置，以保持升压站两级母线的电压水平。n 在电厂建设期间直至正式发电前，启动备用变压器通过升压站供给厂用电。在电厂正式运行期间，厂用电是由高压厂用变压器供电，启动备用变压器是作为厂用高压变压器的备用电源，通过厂用电快切或者备自投切换两个变压器。n 变压器是利用电磁感应的原理将某一数值的交流电压（电流）变成频率相同的另一种或几种数值不同的电压（电流）的设备。当一次绕组通以交流电时，就产生交变的磁通，交变的磁通通过铁芯导磁作用，就在二次绕组中感应出交流电动势。二次感应电动势的高低与一、二次绕组匝数的多少有关，即电压大小与匝数成正比。变压器由绕组、铁芯、绝缘油及其附属零件（油箱、油枕、套管、散热器）等组成。n 变压器的分类：按相数分：(1)单相变压器：用于单相负荷和三相变压器组。(2)三相变压器：用于三相系统的升、降电压。220KV以下一般选用三相电力变压器， 330KV及以上一般选用单相电力变压器。按绝缘介质分：油浸式变压器和干式（空气绝缘、 SF6气体绝缘和浇注绝缘）变压器。按冷却方式分：空气冷却变压器、油自然循环冷却变压器、强迫油循环冷却变压器、强迫油循环导向冷却变压器和水冷却变压器。按用途分：(1)电力变压器：用于输配电系统的升、降电压。(2)仪用变压器：如电压互感器、电流互感器、用于测量仪表和继电保护装置。(3)试验变压器：能产生高压，可用于作工频、冲击和直流高压试验。(4)特种变压器：如电炉变压器、整流变压器、换流变压器等。按绕组数量分：(1)双绕组变压器：用于连接电力系统中的两个电压等级。(2)三绕组变压器：一般用于电力系统区域变电站中，连接三个电压等级。(3)自耦变电器：用于连接不同电压的电力系统。也可做为普通的升压或降后变压器用。n 变压器的型号及含义：1 2 3 4 5 / 61：相数2：冷却方式3：绕组数4：特性：包括材质、调压方式5：变压器的额定容量， KVA6：额定电压， KV变压器的型号的含义见书中 16页表 1-2例如：变压器 SFS9-150000/220KV表示三相风冷，容量为150000KVA，高压侧电压为 220KV的三绕组变压器n 主变压器系统的预算编制范围：包括变压器（主变压器、联络变压器、厂用高压变压器、启动备用变压器）本体安装，端子箱、控制箱、引下线安装，油过滤，铁构件、室内布置的变压器网门制作安装，接地，变压器回路内的避雷器、隔离开关、中性点设备的安装，单体调试等。变压器的器身检查， 4000KVA以下按吊芯考虑， 4000KVA以上按吊罩考虑，如果 400OkVA以上变压器需要吊芯检查时，定额机械费乘以系数 2.0 。n 工程量计算规则：1、变压器安装按不同容量以 “台 ”为计量单位套用定额。2、干式变压器如果带保护外罩时，其安装定额中的人工和机械都乘以系数 1.20。3、变压器的器身检查， 4000KVA以下按吊芯考虑， 4000KVA以上按吊罩考虑，如果 400OkVA以上变压器需要吊芯检查时，其相应定额机械费乘以系数 2.0 。4、变压器油过滤不论过滤多少次，直到过滤合格为止，以 “t”为单位计算工程量。其具体计算方法如下：（ l）变压器安装定额未包括绝缘油的过滤，需要过滤时，可按变压器铭牌标称油量计算。（ 2）油断路器及其他充油设备的绝缘油过滤，可按制造厂规定的充油量计算。油过滤数量（ t)设备油重（ t)(l损耗率）5、变压器安装过程中放注油过滤所使用的油罐，已摊销入油过滤定额内。6、变压器的干燥：变压器安装定额未考虑干燥，如果确实要在现场进行干燥，其费用按实际发生计算。7、本定额同样适用于自耦变压器，带负荷调压变压器。n （三） 配电装置n 配电装置是升压站的主要组成部分，是按主接线的要求，由开关设备、保护设备和测量电器、母线装置和必要的辅助设备构成，用来接爱和分配电能。 编制概预算时按不同的电压等级将设备、材料分别套用相应电压等级的定额。按安装地点的不同分为屋内配电装置和屋外配电装置。n 安装范围：升压站内所有设备的安装。包括断路器、隔离开关、接地开关、互感器、熔断器、避雷器、干式电抗器、耦合电容器、结合滤波器、阻波器、组合电器的本体安装，管形母线安装，支柱绝缘子安装，软母线安装，设备连接线、引下线及跳线的安装，悬式绝缘子安装，端子箱安装，油过滤，设备接地。n 电气间隔：电力系统中由断路器、隔离开关、电流互感器和电压互感器等电气元件按设计要求排列，并形成特定功能，在一定区域安装，把这个区域形象地称为电气间隔。常见的有出线间隔、母联间隔、进线间隔等。n 1、断路器：高压断路器是变电站中最重要的电气设备之一，它具有完善的灭弧装置，正常运行时，可用来切换运行方式、接通和开断负荷电流，起控制作用；在系统发生短路故障时，能迅速切断短路电流，切除故障电路，起保护系统稳定的作用。断路器的分类：按灭弧方式一般可分为油断路器、真空断路器、六氟化硫断路器、空气断路器和磁吹式断路器。按用途分为发电机保护用断路器、线路用断路器、供电用断路器。断路器的基本结构：断路器的类型虽然很多，结构也不相同，但基本上都由通断元件、中间传动机构、绝缘支撑件和基座构成。通断元件是断路器的核心部分，由它来完成主电路的接通与断开。操作机构接到操作命令后，经中间传动机构传送到通断元件，通断元件执行命令。通断元件包括触头（动、静）、导电元件、灭弧介质和灭弧室等，一般装设在绝缘支撑件上，使带电部分与地绝缘。绝缘支撑件则安装在基座上。（ 1）油断路器：油断路器是以绝缘油为灭弧介质，分为多油和少油断路器。在多油断路器中油不但作为灭弧介质，还作为绝缘介质，因此油量多、体积大，一般不用。少油断路器中，油仅作为灭弧介质，因此油量小，体积小，得到广泛使用。（ 2）压缩空气断路器：以压缩空气作为灭弧介质，具有灭弧能力强、动作迅速等优点，但结构复杂、工艺要求高、有色金属消耗量大，而且还要配备空气压缩机等设备，价格昂贵一般不用。（ 3）真空断路器：是以真空作为灭弧介质和绝缘介质的，零部件都密封在绝缘的玻璃等材料制成的外壳内，动触杆与动触头的密封靠金属波纹管来实现。具有灭弧速度快、触头不易氧化、体积小、寿命长等优点。多用于 35、 10KV的配电装置。（ 4） SF6断路器：是以 SF6气体作为绝缘和灭弧介质的， SF6 断路器具有良好的绝缘和灭弧性能，断口耐压高、容许断路次数多，检修周期长，断路性能好且工作可靠，性能稳定等特点。开断能力强、灭弧速度快、体积小、适于频繁操作、无可燃爆炸危险。缺点是结构比较复杂、要求较高的密封性能、价格较贵。落地罐式 SF6断路器具有重心低、抗振性能好的特点。断路器的型号表示方法：1 2 3 4 5 / 6 7 81：产品字母代号， D-多油式， S-少油式、 K-空气， Z-真空， C-磁吹， L-六氟化硫（ SF6）， Q-产气2：安装场所代号， N-户内， W-户外3：设计系列顺序号，以数字 1、 2、 3、表示4：额定电压， KV5：补充工作特性，如 G-改进性， C-小车式， F-分相操作6：额定电流， A7：额定开断电流能力， KA或 MA8：特殊环境代号。例如： SN10-10/3000