发变输电的电气部分PPT课件.ppt

第二章发电 变电和输电的电气部分 1 本章主要内容 讲述发电厂和变电站中电气设备的分类以及由这些设备组成的电气接线和配电装置 主要介绍300MW 600MW和1000MW发电机组的电气主接线 主接线的特点以及有关设备的技术性能 叙述高压交流输变电 主要介绍500kV变电站的电气主接线和突出的特点 500kV抽能并联高压电抗器 抽能系统及串联电容器补偿的基本原理 简单叙述高压直流输电 介绍高压直流输电的优缺点 直流输电的基本原理 换流站主要电气设备 高压直流输电主接线与运行方式 2 第一节概述 基本概念 电力网 变电所 送电线路 用户电力系统 发电厂 变电所 输电线路 用户动力系统 电力系统 动力装置 电力网 电力系统 动力系统 3 电力系统与电力网示意图 4 一 电气设备主要任务 启停机组 调整负荷 切换设备和线路 监视主要设备的运行状态 发生异常故障时及时处理等 分类 电气设备分为一次设备和二次设备1 一次设备生产 变换 输送 分配和使用电能的设备 如发电机 变压器和断路器等 2 二次设备对一次设备和系统的运行状态进行测量 控制 监视和起保护作用的设备 发 变 输电的电气部分 电气接线 电气设备 5 一次设备 生产和转换电能的设备 电动机 电能转化为机械能 6 一次设备 接通或断开电路的开关电器 高压断路器 正常运行和故障情况下用作断开或接通电路中的正常工作电流及开断故障电流 7 隔离开关 建立明显的绝缘间隙 转换线路增加线路联接的灵活性 一次设备 接通或断开电路的开关电器 8 负荷开关 只能开断负载电流和一定过载电流 熔断器 过载或短路时 起到开断和保护的作用 一次设备 接通或断开电路的开关电器 9 一次设备 限制故障电流和防御过电压的电器 电抗器 串联 限制短路电流 维持母线残压 避雷器 保护电力系统和电气设备的绝缘使其不受过电压而损坏 10 一次设备 载流导体 将电气设备连接起来 架空线路 终端线 联络线 电缆 用于城市 厂站内部或附近 穿越江河或海峡 11 一次设备 互感器 电流互感器 电压互感器 将一次系统的高电压和大电流转换为二次系统标准的低电压和小电流 供给仪表和保护装置使用 使一次与二次系统可靠隔离 12 一次设备 无功补偿设备 如并联电容器 串联电容器和并联电抗器 用来补偿电力系统的无功功率 以降低有功损耗和维持系统的稳定性 13 一次设备 接地装置 变压器中性点的工作接地 接地刀闸闭合 保护检修人员安全 接地装置埋入地下 与电力系统中性点的工作接地 防雷接地 保护接地 保护接零等相连 14 常用一次设备名称及图形文字符号 15 常用一次设备名称及图形文字符号 16 二次设备 测量表计 继电保护及自动装置 测量电路中的电气参数 电压表 电流表 功率因数表 迅速反应不正常情况并进行监控和调节 17 二次设备 直流电源设备 供给控制 保护和厂用直流负荷 事故照明的直流用电 直流发电机组 蓄电池组 整流设备 18 二次设备 操作电器 信号设备及控制电缆 如各种类型的操作把手 按钮等操作电器实现对电路的操作控制 信号设备给出信号或显示运行状态标志 控制电缆用于连接二次设备 信号设备 控制电缆 19 二 电气接线和装置 发电厂和变电站中 根据各种电气设备的作用和要求 按一定方式用导体连接起来所形成的电路称为电气接线 电气接线 表明电能汇集和分配关系以及各种运行方式 对一次设备及系统进行控制 监察 测量和保护 20 电气接线图电气接线图 用规定的图形 文字符号描述电气设备 按一次 二次 电路的实际连接而绘制出的电路图 主接线图的图种 简图 单线 不画出互感器 避雷器 全图 总体单线 局部三线 详细标注出各电气设备的拘束参数 方案示意图 简化表示隔离开关QS 21 实际电气接线 电气主接线 22 变电所配线与单线图 母线 CT PT 避雷器 断路器 CT 变压器 母线 23 24 25 2 1图中 由断路器QFl和QF2 隔离开关QS1 QS4 母线Wl W3 电抗器L1 L2以及馈线WLl和WL2等 构成的配电装置 布置在屋内 称为屋内配电装置 又称发电机电压配电装置 由断路QF3 QF5 相应的隔离开关 母线W4和W5以及出线WL3和WL4等构成的配电装置 称为屋外配电装置 又称高压配电装置 26 配电装置配电装置 根据电气主接线的连接方式和要求 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建而成的总体电气装置 是一次主回路及一次设备的实际 具体设施 配电装置分类按电气设备装设地点不同可分为 屋内配电装置 屋外配电装置 27 28 29 各种配电装置的实例图形 30 110kV变电站室外配电装置 31 各种配电装置的实例图形 32 某110KV变电站的主变压器及高压侧引线 33 安装着的火电厂500KV升压站 34 落地罐式SF6断路器 35 SF6全封闭组合电气 36 37 各种配电装置的实例图形 38 第二节发电厂的电气部分 电气系统 电气一次系统电气二次系统 通过与汽轮机同轴的发电机 将机械能转换为电能 通过高压配电装置将电能汇集并分配送往电力传输网络 通过厂用供电系统 保证厂用辅机供电 通过二次系统对一次系统进行监视 测量 控制和保护 作用 39 一 300MW发电机组电气部分1 电气主接线300MW发电机组电气主接线特点 1 发电机与主变压器的连接采用发电机 变压器单元接线 无发电机出口断路器和隔离开关 2 在主变压器低压侧引接一台高压厂用变压器 供给厂用电 3 在发电机出口侧 通过高压熔断器接有三组电压互感器和一组避雷器 4 在发电机出口侧和中性点侧 每相装有电流互感器4只 5 发电机中性点接有中性点接地变压器 6 高压厂用变压器高压侧 每相装有电流互感器4只 7 由于额定电流很大 采用全连分相封闭母线 40 41 发电机和主变压器之间的连接母线及厂用分支母线均采用全连分相封闭母线 主回路封闭母线为 500mmx12mm 外径x壁厚 圆管形铝母线 屏蔽外壳为 1050mmx8mm的铝管 相间距离为1400mm 高压厂用分支封闭母线为 150mmx10mm的圆管形铝母线 屏蔽外壳为 700mmx5mm的铝管 相间距离为1000mm 电压互感器及避雷器分支封闭母线为 150mmx10mm的圆管形铝母线 屏蔽外壳为 700mmx5mm的铝管 相间距离为1200mm 发电机回路电流互感器均套在发电机出线套管上 并吊装在发电机的出线罩上 42 全连分相封闭母线的优点采用全连分相封闭母线 与敞露母线相比 具有以下优点 1 供电可靠能有效地防止绝缘遭受灰尘 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 减小母线电动力和母线周围钢构件的发热 4 施工安装简便 运行维护工作量小 43 发电机中性点选用干式接地变压器 其作用是 1 高电阻接地 可以限制接地电流 还可以适当减少接地过电压 但是没有必要装一个很大的高电阻直接接到发电机中性点与大地之间 而是装一个小电阻 再经一台接地变压器接入 接地变压器的原边接中性点与地之间 副边接上一个小电阻即可 根据公式 一次侧呈现的阻抗等于二次侧电阻乘以变压器变比的平方 所以有接地变压器 可以用一个小电阻来发挥一个高电阻的作用 2 发电机接地的时候 中性点对地有电压 这个电压等于就加在了接地变压器的原边 那么副边自然能感应出一个电压 这个电压可以做为发电机接地保护的判据 即可以用接地变压器抽取零序电压 44 2 主要电气设备 1 发电机 额定功率300MW 额定电压20kV 额定电流10189A cos 0 85 额定转速3000r min 2 主变压器 额定容量360MV A 额定电压242 2x2 5 20kV 额定电流858 9 10392 3A 连接组别为YNd11 P0 177kW I0 0 3 Pk 809kW Uk 11 3 高压厂用变压器 额定容量40 20 20MVA 额定电压20 2x2 5 6 3 6 3kV 接线组别为Dd12 d12 4 电压互感器 JDZJ 20型 变比 kV和JDZ 20型 变比 kV 45 5 高压熔断器 RN4 20型 额定电压20kV 额定电流0 35A 最大开断电流有效值20kA 三相最大开断容量4500MVA 6 电流互感器 LRD 20型 变比12000 5A 7 中性点接地变压器 型式为干式 单相 额定电压20 0 23kV 额定容量为25kVA 二次侧负载电阻为0 5 0 60 换算至变压器一次侧电阻值为3781 4537 发电机中性点实际为高电阻接地方式 用来限制电容电流 46 二 600MW发电机组电气部分1 电气主接线600MW发电机组单机容量为600MW的发电机 由于额定电流为19245A 采用全连分相封闭母线 600MW发电机组电气主接线具有下述特点 1 发电机与主变压器的连接采用发电机 变压器单元接线 发电机和主变压器之间没有断路器和隔离开关 2 主变压器采用三个单相双绕组变压器 低压侧绕组接成三角形 高压侧绕组接成星形 高压侧中性点接地方式为直接接地 3 在主变压器低压侧引接一台高压厂用变压器和高压公用变压器 供给厂用电 47 4 在发电机出口侧 通过高压熔断器接有三组电压互感器 一组避雷器 5 在发电机出口侧和中性点侧 每相装有电流互感器4只 6 发电机中性点接有中性点接地变压器 7 高压厂用变压器高压侧 每相配置套管式电流互感器3只 8 主变压器高压侧每相各配置套管式电流互感器3只 中性点配置电流互感器1只 48 49 50 发电机中性点为高电阻接地系统 目的是限制发电机电压系统发生弧光接地时所产生的过电压 使之不超过额定电压的2 6倍 以保证发电机及其他设备的绝缘不被击穿 接地电阻通过一台单相接地变压器用高压电缆接至发电机中性点 接地电阻上并联接地检测继电器 提供发电机定子绕组接地故障保护 接地电阻功率是根据发电机定子绕组金属性接地故障时 消耗在接地电阻上的功率 千瓦数 等于系统三相分布电容正常充电容量 千伏 安数 的1 1倍确定 51 2 主要电气设备 1 发电机 额定功率600MW 额定电压20kV 额定电流19245A cos 0 9 额定转速3000r min 2 主变压器 三台单相双绕组变压器 额定容量3 240MVA 额定电压550 20kV 调压范围550 1 3x2 5 kV 额定电流755 8 20784 6A 连接组别为YNd11 P0 278 4kW I0 0 12 Pk 1280kW Uk 13 5 3 高压厂用变压器 额定容量50 31 5 31 5MVA 额定电压20 8 1 25 6 3 6 3kV 接线组别为Dyn1 yn1 52 4 电压互感器 JDZ 20型 变比 kV JDZJ 20型 变比 kV 5 电流互感器 LRD 20型 变比12000 5A 6 中性点接地变压器 型式为干式 单相 额定电压20 0 23kV 额定容量25kVA 其二次侧接阻值为0 5 0 6 的接地电阻 7 高压熔断器 RN4 20型 额定电压20kV 额定电流0 35A 最大开断电流有效值20kA 三相最大开断容量4500MVA 8 避雷器 FCD2 20 53 三 1000MW发电机组电气部分1 电气主接线1000MW发电机组单机容量为1000MW的发电机组采用发电机 变压器单元接线 变压器高压侧经隔离开关和引线接入500kV系统 500kV侧采用一台半断路器接线方式 由于额定电流为23949A 采用全连离相封闭母线 1000MW发电机组电气主接线具有下述特点 1 发电机与主变压器的连接采用发电机 变压器单元接线 发电机和主变压器之间没有断路器和隔离开关 但在主母线上设有可拆连接点 2 发电机出口主封闭母线上有接地开关 母线接地开关能承受主回路动 热稳定的要求 54 3 主变压器采用三个单相油浸式双绕组变压器 低压侧绕组接成三角形 高压侧绕组接成星形 高压侧中性点接地方式为直接接地 4 在主变压器低压侧引接两台容量相同的高压厂用变压器 供给厂用电 5 在发电机出口主封闭母线有短路试验装置 主回路T接引至电压互感器柜 通过高压熔断器接有三组三相电压互感器和一组避雷器 500kV进出线装设一组三相电容式电压互感器 55 6 在发电机出口侧和中性点侧 每相装有套管式电流互感器4只 7 发电机中性点经隔离开关接有中性点接地变压器 8 高压厂用变压器高压侧 每相配置套管式电流互感器3只 9 主变压器高压侧每相各配置套管式电流互感器4只 中性点配置电流互感器2只 56 图2 4100MW发电机组电气主接线图 57 2 主要电气设备 1 发电机 额定功率1008MW 额定电压27kV 额定电流23949A cos 0 9 额定转速3000r min 2 主变压器 三台单相双绕组变压器 额定容量3 380MVA 额定电压525 27kV 调压范围525 1 2x2 5 kV 额定电流1254 14074A 连接组别为YNd11 P0 125kW I0 0 15 Pk 396kW Uk 18 3 高压厂用变压器 额定容量68 34 34MVA 额定电压27 8 2 5 10 5 10 5kV 接线组别为Dyn1 yn1 58 4 电压互感器 TEMP 500IU型单相 有浸 户外 电容式电压互感器 变比 kV JDZJ 27型 变比 kV 5 电流互感器 变比30000 5A 6 中性点接地变压器 型式为干式 单相 额定电压27 0 23kV 额定容量100kVA 其二次侧接负载电阻值为0 30 59 3 超超临界发电机组的特点与问题炉内蒸汽温度不低于593 或蒸汽压力不低于31MPa被称为超超临界 超临界 超超临界火电机组具有显著的节能和改善环境的效果 超超临界机组与超临界机组相比 热效率要提高1 2 一年就可节约6000吨优质煤 发展超超临界机组在设计与制造方面有许多关键技术问题有待解决 例如新材料的开发 新材料应具有热强度高 抗高温烟气氧化腐蚀和高温汽水介质腐蚀 可焊性和工艺性良好 且价格低廉 超超临界机组的关键大型部件 如汽轮机转子 叶片 锅炉管等 是制约现代重大装备制造业发展的瓶颈 尽早攻克电站关键用材和大型铸锻件制造技术成为国家中长期科学技术发展规划纲要的重要内容 60 四 数字化发电厂1 数字化发电厂概念数字化发电厂是采用数字化方式映射的物理电厂 包括 电厂前期的可行性研究 设计 基建 安装 生产 运营及管理的全过程全部采用数字化描述和存储 目前其概念是指通过实时的数字化控制和管理对设备 生产过程及管理环节采用数据来描述 用动态数据表达生产状态 实现数字化管理 61 2 数字发电厂模式1 基于上层网络模式 信息网络 利用仿真技术 进行数据汇总和深度挖掘2 基于下层网络模式 FCS网络 智能化现场总线控制系统 FCS 面向一次设备3 基于控制网络模式 DCS网络 面向控制系统4 上中下网络合一 3层网 3个网络层 直接控制层 管理一体化 生产经营辅助决策 和2个支持系统 数据库和计算机网络 62 5 5层网络模型FCS层 智能前端 一次设备层DCS层 控制系统 二次系统层 SIS层 优化增值 实时数据处理 厂级性能计算和优化分析等核心功能 MIS 高端信息 建立覆盖全厂的计算机网络Internet 网络媒体 63 3核心技术1 成熟的FCS数字化仪表或装置 智能内置在一次设备内 在一次设备内部开始实现数字化 通信采用现场总线技术 2 DCS一体化控制技术和数字升压站NCS3 数字化CCTV 工业 网络图像监控技术4 厂级优化增值服务技术5 信息层的数字化高端应用6 系统工程 软件技术 流程技术和先进的计算机辅助设计 三维技术等 64 第三节高压交流输变电 一 高压交流输变电概述输电电压等级的发展基于 1 长距离输送电能的需要 参见表2 1 2 大容量输送电能的需要 参见表2 1 3 节省基建投资和运行费用 参见表2 2 4 电力系统互联的要求 65 1 长距离 大容量输送电能的需要 参见表2 1 升高电压等级可以提高传输容量和输电距离 随着系统容量的增大 要求采用较高的电压等级 66 2 节省基建投资和运行费用线路的单位造价随着电压等级的提高降低的 在相同的输送容量和距离的条件下 输电线路的总损耗 包括电阻损耗和电晕损耗 随电压等级的升高而降低 3 电力系统互联为了增强电网输送能力 提高系统的运行稳定性 大区电网间的连接多采用500kV或750kV超高压电压等级 67 变电所分类依其用于升或降压分为 升压变电所 降压变电所 根据其在电力系统中的地位分为 枢纽变电所 中间变电所 地区变电所 终端变电所 电力线路分类输电线路 配电线路 68 枢纽变电所位于电力系统的枢纽点 汇集多个电源 连接电力系统高压和中压的几个部分 电压等级是电网中的超高压和特高压一般330kV以上 这种变电所一旦停电 将造成大范围停电 引起系统解列 甚至整个系统瘫痪 因此 枢纽变电所对电力系统运行的稳定和可靠性起着重要作用 说明 330kV电压为非国际标准电压等级 在我国电力系统中只有个别输电线路在使用 69 中间变电所电压等级一般为220 330kV 汇集2 3个电源和若干线路 高压侧起交换功率的作用 或使长距离输电线路分段 同时降压对一个区域供电 这样的变电所在系统中主要起中间环节的作用 故称中间变电所 全所停电后 将引起区域电网的解列 70 地区变电所地区变电所的电压等级一般为110 220kV 主要向一个地区用户供电 是一个地区或一个中小城市的主要变电所 一旦停电 将造成该地区或城市供电的紊乱 甚至中断供电 终端变电所终端变电所位于配电线路的末端 接近负荷处 电压等级一般为35 110kV 经降压后直接向用户供电 降压后的电压一般为10kV和0 4kV 分别向不同的用户供电 71 枢纽变电所 地区变电所 终端变电所 中间变电所 72 一 500kV变电站电气主接线500kV变电站是电力系统的枢纽站 变电站的电气主接线是由变压器 断路器 隔离开关 互感器 母线 避雷器等电气一次设备按一定顺序连接而成的电路 是整个变电站电气部分的主干 500kV变电站的主接线形式 双母线四分段带专用旁路母线接线和3 2断路器接线 73 图例 P40 图2 5为2x600MW核电厂的500kV升压变电站主接线 主接线方式 发电机 主变压器之间的主引出线 厂用变压器分支引出线和电压互感器分支引出线 图2 4中未画出 采用分相封闭母线 500kV侧为3 2断路器接线 厂用变压器配置 每台发电机设置两台56MVA 有10 容量余度 电压为20 10 5 3 15kV的高压厂用变压器 74 配电装置布置 500kV变电站配电装置 通常 采用 中型布置 断路器采用三列式布置 防雷保护 500kV变电站采用架空地线 避雷线 作为直击雷保护 避雷线引到主厂房A排柱接地 避雷器装在变压器旁和线路侧 母线上未装避雷器 500kV变电站特点 线路和设备的电压等级高 工作电流大 设备外形尺寸 体积很大 过电压与绝缘配合 静电感应的空间场强水平和限制措施 电晕 无线电干扰等问题都比较突出 75 76 二 500kV变电站主要电气设备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8 串联电容器 77 1 主变压器 1 500kV升压变压器 特点 电压等级高 传输容量大 对变压器的设计和工艺的要求也很高 主要技术数据 型式 户外油浸三相变压器 额定容量 755MVA 额定电压 525 2x2 5 20kV 额定电流 高压 低压 830 21800A 阻抗电压 13 32 保证值 13 5 空载电流 0 114 保证值 0 234 空载损耗 298 6kW 保证值 310kW 允许温升 绕组60 油55 冷却方式 强迫油循环风冷式 接线组别 YN d11 变压器质量 总质量494t 油质量8 7t 铁心和绕组质量347t 器身 油身 质量6 0t 78 2 500kV自藕变压器 500kV变电站的联络变压器和降压变压器大都采用自藕变压器 500kV自藉变压器一般接成星形 星形 由于铁心饱和 在二次侧感应电压内会有三次谐波出现 为了消除三次谐波及减小自祸变压器的零序阻抗 三相自藕变压器中 除有公共绕组和串联绕组外 还增设了一个接成三角形的第三绕组 此绕组和公共绕组 串联绕组只有磁的联系 没有电的联系 第三绕组电压为6 35kV 除用来消除三次谐波外 还可以用来对附近地区供电 或者用来连接无功补偿装置等 79 500kV自藕变压器的主要技术数据 型式 户外油浸三相三绕组自藕变压器 中压侧绕组端带有载调压装置 额定容量 750 750 240MVA额定电压 525 230 9x1 33 36kV额定电流 824 1882 3849A 阻抗电压 Uk 1 2 12 Uk 1 3 48 Uk 2 3 35 空载电流 0 2 空载损耗 146 17kW 允许温升 绕组60 油55 冷却方式 强迫油循环风冷 接线组别 Yd N11 变压器质量 总质量350t 80 2 断路器断路器依据其使用的灭弧介质 可分为油断路器 真空断路器 空气断路器 六氟化硫 SF6 断路器等 SF6断路器具有灭弧能力强 开断容量大 熄弧特性好的特点 因而在超高压输电网中普遍使用 81 500kVSF6断路器的主要技术数据 型号 LW6 500型 额定电压 500kV 最高工作电压 500kV 额定电流 3150A 额定短路开断电流 50kA 额定峰值耐受电流 峰值 125kA 额定短时耐受电流 有效值 50kA 3s 额定短路关合电流 峰值 125kA 固有分闸时间 28ms 全开断时时间 50ms 分闸时间 90ms 金属短接时间 35ms 82 3 隔离开关隔离开关没有专门的灭弧装置 因此不能用来拉合负荷电流和短路电流 正常分开位置时 隔离开关两端之间有符合安全要求的可见绝缘距离 在电网中 其主要用途有 设备检修时 隔离开关用来隔离有电和无电部分 形成明显的开断点 以保证工作人员和设备的安全 隔离开关和断路器相配合 进行倒闸操作 以改变系统接线的运行方式 83 500kV隔离开关的主要技术数据 型号 GW 500型 额定电压 500kV 最高运行电压 550kV 额定电流 3150A 额定峰值耐受电流 峰值 125kA 额定短时耐受电流 有效值 50kA 3s 开断容性电流 2A 分 合闸时间 6 4 1s 84 4 电压互感器将高电压转换成低电压 供各种设备和仪表用 主要用途 供电量结算用 要求有0 2级准确等级 但输出容量不大 继电保护的电压信号源 要求准确等级一般为0 5级及3P级 输出容量一般较大 合闸或重合闸检查同期 检无压信号 要求准确等级一般为1 0级和3 0级 输出容量较大 电压互感器分为电磁式和电容式两大类 目前在500kV电力系统中 大量使用的都是电容式电压互感器 85 5 电流互感器专门用作变换电流的特种变压器 电流互感器的一次绕组串联在电力线路中 线路中的电流就是互感器的一次电流 二次绕组接有测量仪表和保护装置 作为二次绕组的负荷 二次绕组输出电流额定值一般为5A或1A 电力线路中的电流各不相同 通过电流互感器的一 二次绕组不同匝数比的配置 可以将大小悬殊的线路电流变换成大小相当 便于测量的电流值 电流互感器的一 二次绕组之间有足够的绝缘 从而保证所有低压设备与高电压相隔离 86 6 避雷器变电站保护电气设备免遭雷电冲击波袭击的设备 当雷电冲击波沿线路传入变电站 超过避雷器保护水平时 避雷器首先放电 将雷电压幅值限制在被保护设备雷电冲击水平以下 使电气设备受到保护 避雷器分五种 保护间隙 管型避雷器 阀型避雷器 磁吹阀式避雷器和氧化锌避雷器 目前500kV系统中广泛采用氧化锌避雷器作过电压保护 因它具有无间隙 无续流 残压低等优点 也有采用磁吹阀式避雷器作过电压保护的 87 三 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