讲发电变电和输电的电气部分PPT课件.ppt

第2讲发电 变电和输电的电气部分 内容提要 1 电气设备及电气接线概述2 发电厂电气部分组成3 高压交流输变电系统变电站电气部分4 电力系统中性点接地方式 1 2 0电力系统的功能 电能的生产 电能的传输 电能的变换分配 电能的使用 火电 水电 核电 各种新能源等 交流 直流架空线或电缆 变电站 各种形式的负荷将电能转换为其他形式的能 电气部分包含电气设备 连接电气设备的电气接线和装置 2020 3 21 2 为了满足电能的生产 输送和分配的需要 发电厂和变电站中安装有各种电气设备 用于实现起动 转换 监视 测量 调整 保护 切换和停止等操作 按电压等级可分为高压电器和低压电器 按所起的作用不同 电气设备可分为一次设备和二次设备两大类 2 1电气设备与电气接线 2 1 1电气设备 2020 3 21 3 电气设备的分类及功能 生产 变换 输送 分配和使用电能的设备 对一次设备测量 监视 控制和保护 2 1 1电气设备 2020 3 21 4 一次设备 生产和转换电能的设备 发电机 G 将机械能转换为电能变压器 T 改变电压电动机 M 将电能转换为机械能 发电厂中最主要的设备 2020 3 21 5 断路器 俗称开关 QF 接通或断开电路的正常工作电流 过负荷电流或短路电流 有灭弧装置 是电力系统中最重要的控制和保护电器 一次设备 开关电器 图形符号 2020 3 21 6 隔离开关 俗称刀闸 QS 用来在检修设备时隔离电压 进行电路的切换工作及接通或断开小电流电路 无灭弧装置 一般只有电路断开的情况下才能操作 使用量最多 图形符号 一次设备 开关电器 2020 3 21 7 负荷开关 Q 具有简易的灭弧装置 可以用来接通或断开电路的正常工作电流和过负荷电流 但不能用来接通或断开短路电流 可用来在检修设备时隔离电源 一次设备 开关电器 图形符号 2020 3 21 8 熔断器 俗称保险 FU 用来断开电路的过负荷电流或短路电流 但不能接通或断开正常工作电流 必须与其他电器配合使用 一次设备 开关电器 图形符号 此外 还有用于配电系统的自动重合器和自动分段器 低压开关电器等 2020 3 21 9 分为电压互感器 TV 和电流互感器 TA 电压 电流 互感器将交流高压 大电流 变为低压 小电流 供电给测量仪表和机电保护装置的电压 电流 线圈 一次设备 仪用互感器 2020 3 21 10 载流导体 母线 架空线 电缆线 一次设备 载流导体 2020 3 21 11 母线 汇集或分配电能 或将发电机 变压器与配电装置连接 架空线 终端线或联络线 用于传输电能 电缆 应用于城市 场站内部或附近 一次设备 载流导体 2020 3 21 12 避雷线 避雷器 避雷针 一次设备 防御过电压设备 保护电力系统和电气设备的绝缘 使其不受过电压而损坏 2020 3 21 13 作用是限制短路电流 维持母线残压 使发电厂或变电站能选择轻型电器和选用截面积较小的导体 限流电器包括串联在电路中的普通电抗器和分裂电抗器 一次设备 限流电抗器 普通电抗器 分裂电抗器 2020 3 21 14 接地设备 保护接地 工作接地 保护人身安全 保证电力系统正常工作 接地装置 电力系统中性点的工作接地或保护人身安全的保护接地 都必须与地中的接地网相连 一次设备 接地设备 2020 3 21 15 调相机 不带机械负荷运行的同步电动机 向系统输出感性无功 以调节电压控制点或地区的电压 电力电容器 分串联和并联补偿两类 消弧线圈 补偿小电流接地电流系统的单相接地电容电流 以利于熄灭电弧 并联电抗器 吸收过剩的无功功率 改善沿线电压和无功分布 提高送电效率 一般装设在330kV及以上超高压配电装置的线路侧 一次设备 无功补偿设备 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 2020 3 21 16 补偿设备 调相机 电容器 消弧线圈 并联电抗器 2020 3 21 17 测量表计 绝缘监察装置 控制和信号装置 保护和自动装置 直流电源设备 电力载波通信设备 反映设备事故或异常状态 二次设备 2020 3 21 18 如电压表 电流表 频率表 功率表等 用于测量电路中的电气参数 二次设备 测量表计 2020 3 21 19 迅速反应系统不正常情况或故障情况 进行监控和调节或作用于断路器跳闸将故障切除 二次设备 继电保护 自动装置 远动装置 2020 3 21 20 直流电源设备包括直流发电机组 蓄电池组 整流装置等 供给控制 保护用的直流电源和厂用直流负荷等 二次设备 直流电源设备 2020 3 21 21 操作电器 诸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 信号设备给出信号或显示运行状态标志 控制电缆 控制电缆用于连接二次设备 二次设备 操作电器 信号设备及控制电缆 2020 3 21 22 电气设备的符号 图形符号是用于表示电气图中电气设备 装置 元器件的一种图形和符号 文字符号是电气图中电气设备 装置 元器件的种类字母和功能字母代码 文字符号的字母应采用大写的拉丁字母 2020 3 21 23 电气设备的符号 2020 3 21 24 电气设备的符号 2020 3 21 25 电气设备的符号 2020 3 21 26 在发电厂和变电站中 各种电器设备须用导线按一定的要求连成一个整体 并与必要的辅助设备一起安装 在发电厂和变电站中 根据各种电气设备的作用及要求 按一定的方式用导线连接起来所形成的电路称为电气接线 2 1电气设备与电气接线 2 1 2电气接线 2020 3 21 27 电气主接线表明电能汇集和分配的的关系及各种运行方式 电气主接线通常用规定的图形符号和文字符号画成电气主接线图来表示 可画为三线图或单线图 注意 1 单线图虽绘制单相电路的连接情况 但是表示三相电路 2 图中各种元件应表示正常状态 2 1 2电气接线 2020 3 21 28 火电厂的电气主接线图 双母线三分段接线 2020 3 21 29 根据电气主接线的要求 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构成的整体为配电装置 配电装置按装设地点的不同 分为屋内配电装置和屋外配电装置 2 1电气设备与电气接线 2 1 3配电装置 屋内配电装置 又称发电机电压配电装置 屋外配电装置 又称高压配电装置 2020 3 21 30 火电厂电气系统示意图 我国电力系统中 发电机单机容量不断增长 300 600MW单机成为主力机组 1000MW的单机逐步应用 2 2发电厂的电气部分 2020 3 21 31 300MW发电机组电气部分 亚临界 主要特点 1 额定电流很大 采用全连离 分 相封闭母线 2 采用发电机 变压器单元接线 发电机出口无断路器和隔离开关 3 在主变低压侧引接一台高压厂用变压器 供给厂用电 一 电气主接线 300MW发电机组采用发电机 变压器单元接线 变压器高压侧经引线接入220kV系统 2020 3 21 32 300MW发电机组电气部分 亚临界 主要特点 4 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 5 在发电机出口侧和中性点侧 每相装有电流互感器 6 发电机中性点接有中性点接地变压器 干式 高电阻接地 7 高压厂用变压器高压侧 每相装有电流互感器 一 电气主接线 2020 3 21 33 300MW发电机组由于额定电流很大 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离相封闭母线 相比起敞露母线有以下优点 供电可靠 能有效地防止绝缘受灰尘 潮气等污秽及外物造成的短路 运行安全 母线封闭于外壳中 且外壳接地 工作人员不会触及带电导体 由于金属外壳的屏蔽作用 母线相间电动力减少 消除母线周围钢构件的发热 施工安装简便 运行维护工作量小 300MW发电机组电气部分 亚临界 一 电气主接线 2020 3 21 34 二 300MW发电机组主要电气设备 2020 3 21 35 600MW发电机组电气部分 超临界 600MW发电机组采用发电机 变压器单元接线 变压器高压侧经引线接入500kV系统 500kV侧采用一台半断路器接线方式 主要特点 1 发电机 变压器单元接线 采用全连分相封闭母线 2 发电机与主变压器之间无断路器和隔离开关 3 主变采用三个单相双绕组变压器接成三相 低压侧接成三角形 高压侧接成星形 高压侧中性点直接接地 4 在主变低压侧引接一台高压厂用变压器 供给厂用电 2020 3 21 36 600MW发电机组电气部分 超临界 5 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 6 在发电机出口侧和中性点侧 每相装有电流互感器 7 发电机中性点接有中性点接地变压器 8 高压厂用变压器高压侧和低压侧 每相装有电流互感器 9 主变压器高压侧 每相装有电流互感器 中性点配置电流互感器 2020 3 21 37 600MW发电机组主要电气设备参数 2020 3 21 38 1000MW发电机组电气部分 超超临界 一 电气主接线特点二 主要电气设备发电机额定功率 1008MW 额定电压27kV三 超超临界发电机组的特点与问题 超超临界发电技术可大幅度提高机组的热效率 在可用性 可靠性 灵活性和机组寿命等方面可以与亚临界火力发电机组媲美 超超临界发电技术是我国电力工业升级换代 缩小于发达国家技术与装备差距的新一代技术 但是超超临界发电机组在设计和制造方面还有关键技术未解决 如新材料的开发 2020 3 21 39 数字化发电厂 大机组 大容量发电厂的设备和系统越来越多 所需操作 控制设备也愈来愈多 随着生产过程高度自动化和管理现代化 电力行业市场经济逐步形成 发电企业必将加速进入信息化时代 因此 与时代同步 与世界接轨 发展数字化发电厂是未来的必然趋势 2020 3 21 40 目前 数字化发电厂的概念主要是针对发电厂的生产过程 通过实时地数字化控制和管理对每个生产设备 生产环节 管理环节都用数据予以客观描述 存储 积累发电厂的历史生产数据 再按一定规律 通过计算 归纳 提取 用动态数字来表达发电企业的生产状态 实现企业数字化科学管理 核心是围绕发电厂的生产运营和科学管理过程进行数字化 数字化发电厂 何为数字化发电厂 2020 3 21 41 数字化发电厂模式 1 基于上层网络模式 信息网络 在仿真技术基础上 将生产实时数据 办公管理数据汇总 进行数字信息深度挖掘应用 2 基于下层网络模式 FCS网络 将发电机组大量测试功能下放到智能化现场总线控制系统 FCS 层面 从发电设备上直接采集设备 工艺数据 上层采用工业以太网技术互联 3 基于控制网络模式 DCS网络 现代发电厂几乎离不开DCS技术 新的DCS技术可覆盖到电气领域 实现电厂 炉 机 电 辅 一体化网络控制 4 上中下网络合一模式 3层网络 该模式有3个网络层 直接控制层 管理一体化层 生产经营辅助决策层 2个支持系统 数据库支持系统和计算机网络支持系统 本质为基于DCS网络的数字化电厂模式 5 数字化发电厂5层网络模型 模型的基础技术是IT技术 支持系统是网络和软件 每个层次的技术功能可以扩充 调整 数字化发电厂 2020 3 21 42 数字化发电厂的核心技术 1 采用成熟的FCS数字化仪表和装置 2 发电厂 炉 机 电 辅 DCS一体化控制和数字化升压站NCS 3 数字化CCTV 工业 网络图像监视技术 4 厂级运营优化增值服务技术 5 信息层面的数字化高端应用 6 系统工程 软件技术 流程技术和先进的计算机辅助技术 CAD 三维技术等 数字化发电厂 2020 3 21 43 2 3高压交流输变电系统变电站电气部分 随着用电需求的不断增长 大型水电厂 火电厂和核电厂的建设 地区间电源与负荷的不平衡以及经济调度的需要 电压等级逐步提高 影响输电电压等级发展的主要原因 1 长距离输电能力2 大容量输送电能3 节省基建投资和运行费用4 电力系统互连 变电站的电气主接线指的是变电站中汇集 分配电能的电路 通常称为变电站一次接线 由变压器 断路器 隔离开关 互感器 母线 避雷器等电气设备按一定顺序连接而成 2020 3 21 44 500kV变电站电气主接线 500kV变电站是电力系统的枢纽站 在电力系统中的地位极为重要 目前 我国500kV变电站的电气接线一般采用双母线四分段带专用旁路母线和3 2断路器两种接线方式 2020 3 21 45 500kV输变电系统 500kV升压变压器 电压等级高 传输容量大 500kV自耦变压器 500kV变电站的联络变压器和降压变压器大都采用自耦变压器 一般接为星形 星形 在正常情况下控制各输电线路和设备的开端及关合 故障时自动断开短路电流 隔离开关是高压开关设备的一种 没有专门的灭弧装置 不能用来拉合负荷电流和短路电流 主要用途 1 设备检修时隔离有电和无电部分2 隔离开关和断路器配合 进行倒闸操作以改变系统接线的运行方式 500kV变电站主要电气设备 2020 3 21 46 2 4电力系统中性点接地方式 2 4 1接地概述 为了保证电力网或电气设备的正常运行和工作人员的人身安全 通常使电力网及某个设备的某一特定地点通过导体与大地作良好的连接 称作接地 接地包括 工作接地 保护接地 保护接零 防雷接地和防静电接地等 1 工作接地为了保证电气设备在正常情况下可靠地工作而采取的接地 称为工作接地 一般都通过电气设备的中性点来实现的 又称为电力系统中性点接地 我国电力网目前所采用的中性点接地方式主要有四种 不接地 经消弧线圈接地 直接接地和经电阻接地 2020 3 21 47 2 4电力系统中性点接地方式 中性点 三相交流发电机 变压器连接成星型绕组的公共点 中性点接地方式 电流系统中性点与大地间的电气连接方式 非有效接地系统或小电流接地系统 中性点不接地 经消弧线圈接地 经高阻抗接地系统参数满足X0 X1 3 R0 X1 1 不能构成短路回路 短路电流较负荷电流小很多有效接地系统或大电流接地系统 中性点直接接地 经低阻抗接地系统系统参数满足X0 X1 3 R0 X1 1 短路电流很大 2 4 1接地概述 2020 3 21 48 2 4电力系统中性点接地方式 2 4 1接地概述 2 保护接地将一切正常工作时不带电 而在绝缘损坏时可能带电的金属部分 例如电气设备的金属外壳等 接地 以保证工作人员接触时的安全 称为保护接地 保护接地是防止触电事故发生的有效措施 3 保护接零中性点直接接地的低压电网中 把电气设备的外壳与接地中性线 零线 直接连接 以实现对人身安全的保护 称为保护接零或接零 2020 3 21 49 2 4电力系统中性点接地方式 2 4 1接地概述 4 防雷接地为消除大气过电压对电气设备的威胁 而对保护装置采取的接地措施称为防雷接地 避雷针 避雷线和避雷器均属于防雷接地 5 防静电接地对生产过程中有可能积蓄电荷的设备 如油罐 天然气罐等所采取的接地 称为防静电接地 2020 3 21 50 2 4电力系统中性点接地方式 2 4 2中性点不接地 电源对称 电源中性点的电位为零 由于各相导线和地之间存在对地电容 当导线经过完善的换位后 各对地电容相等 即CA CB CC C 因而各对地电容中的电流大小相等 即ICA ICB ICC IC0 相位上相差120 各相对地电容电流之和为零 正常运行 2020 3 21 51 2 4电力系统中性点接地方式 2 4 2中性点不接地 中性点对地电位可计算为 对于对称三相系统 因为电源对称 各对地电容相等 即CA CB CC C 则 可见 只要电源不对称或各对地电容不相等 均有 称为中性点位移 2020 3 21 52 2 4电力系统中性点接地方式 2 4 2中性点不接地 假设A相发生单相接地故障 则A相对地电压降为零 而非故障B C相对地电压在相位和数值上也发生变化 即 单相接地 可见 非故障B C相对地电压变为 两者都升高到线电压 均为原来的倍 两者的相角差由原来的120 缩小为60 2020 3 21 53 2 4电力系统中性点接地方式 2 4 2中性点不接地 A相电流为0 B C相对地电容的电流为 单相接地 可见 中性点不接地系统发生单相接地后 故障电流等于正常运行时每相导线对地电容电流的3倍 总接地电流为 2020 3 21 54 2 4电力系统中性点接地方式 2 4 2中性点不接地 结论 系统发生单相接地故障时 三相之间的线电压仍然对称 用户的三相用电设备仍能照常运行 系统发生单相接地故障时不必马上切除故障部分 从而提高了供电可靠性 系统发生单相接地故障后 不允许运行很长时间 因为此时非故障相的对地电压升高到接近线电压 容易发生对地闪络 从而造成相间短路 我国有关规程规定 中性点不接地系统发生单相接地故障后 允许继续运行的时间不能超过2h 在此时间内应采取措施尽快查出故障 否则 应将故障线路停电检修 2020 3 21 55 2 4电力系统中性点接地方式 2 4 3中性点经消弧线圈接地 正常运行 经消弧线圈接地的电力网 若各相对地电容不等 则存在中性点位移电压 其相量按下式求得 消弧线圈是一个具有铁芯的可调节电感线圈 他的导线电阻很小 电抗很大 当发生单相接地故障时 可以产生一个与接地电容电流的大小相近 方向相反的电感电流 从而对电容电流进行补偿 YL为消弧线圈的等值导纳 2020 3 21 56 2 4电力系统中性点接地方式 2 4 3中性点经消弧线圈接地 单相接地 中性点经消弧线圈接地系统发生C相接地时 电压UC降低为零 接地点的零序电压 B C相电压在振荡后也升高为线电压 流过接地点的接地电容电流IC为系统正常运行时每相对地电容电流的3倍 消弧线圈中的电流相量和有效值为 2020 3 21 57 2 4电力系统中性点接地方式 2 4 3中性点经消弧线圈接地 单相接地 因为滞后90 正好与的方向相反 两者之和即为故障点的总接地电流 其绝对值为 结论 适当选择消弧线圈的电抗值 可使IL与IC的数值相近或相等 IL对IC补偿的结果 使接地处的电流变得很小或等于零 电弧将自行熄灭 故障随之消失 从而消除接地处的电弧及其产生的一切危害 消弧线圈因此而得名 2020 3 21 58 2 4电力系统中性点接地方式 两种中性点接地方式异同点 中性点不接地或经过消弧线圈接地方式发生单相接地故障时 接地短路电流很小 称为小电流接地系统 小电流接地系统中若发生单相接地故障并不破坏系统线电压的对称性 系统还可继续运行1 2h 中性点不接地 中性点经消弧线圈接地系统的异同点见下表 2020 3 21 59 2 4电力系统中性点接地方式 2 4 4中性点直接接地 中性点直接接地系统发生单相接地故障 则中性点与接地极构成回路 就是单相短路 线路上将流过很大的单相短路电流 使线路上安装的继电保护装置动作 将故障部分断开 从而防止了单相接地故障时产生间歇性电弧过电压的可能 中性点直接接地的电力系统发生单相接地故障时 是不能继续运行的 故其供电可靠性不如中性点不接地和经消弧线圈接地方式 发生单相接地故障时 中性点电位仍为零 非故障相对地电压基本不变 因此电气设备的绝缘水平只需按相电压考虑 我国110kV及以上电力系统基本上都采用中性点直接接地方式 2020 3 21 60 2 4电力系统中性点接地方式 2 4 4中性点直接接地 电力系统中发生单相接地故障的比重占整个短路故障的65 以上 当发生单相接地时 短路电流很大 会造成设备损坏 故必须迅速切除故障线路 中断向客户供电 使供电可靠性降低 为了弥补这个缺点 在线路上广泛安装三相或单相自动重合闸装置 靠它来尽快恢复供电 提高供电可靠性 在380 220V系统中 一般都采用中性点直接接地方式 一旦发生单相接地故障时 可以迅速跳开自动开关或烧断熔断丝 将故障部分断开 另一方面 此时非故障相对地电压基本不会升高 也不会出现人接触时超过250V的危险电压 中性点直接接地系统发生单相接地故障时 单相短路电流在导线周围产生单相交变电磁场 对附近的通信线路和信号设施产生电磁干扰 但可采取屏蔽措施 减小这种干扰 2020 3 21 61 2 4电力系统中性点接地方式 2 4 5中性点经电阻接地 中性点经电阻接地主要用于配电网系统中 确定配电网系统中性点的接地方式 要从供电可靠性 故障时瞬态电压 瞬态通信线路的干扰 继电保护的影响 以及确保人身安全等方面综合考虑 在配电网系统中 当单相接地故障电容电流较大时 一般采用中性点经消弧线圈或经电阻接地 在我国城市配电网系统中 全电缆出线变电所的单相接地故障电容电流超过30A时 采用中性点经电阻接地 全架空线路出线变电所的单相接地故障电流超过10A时 采用中性点经消弧线圈接地 对电缆与架空线混合线路的单相接地电容电流超过10A时 采用中性点经消弧线圈或电阻接地 应通过技术经济比较确定 2020 3 21 62 2 4电力系统中性点接地方式 2 4 5中性点经电阻接地 配电网系统采用中性点经电阻接地方式的