第2章发电、变电和输电电气部分

第二章发电 变电和输电的电气部分 第一节发电厂 变电所电气设备概述 为了满足电力生产和保证电力系统运行的安全稳定性和经济性 发电厂和变电站中安装有各种电气设备 其主要任务是启停机组 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等 第一节发电厂 变电所电气设备概述 一 电气一次设备二 二次设备三 电气设备的主要额定参数 额定电压 kV 额定电流 kA 额定容量 kVA 四 电气接线和装置 一 电气一次设备 在发电厂和变电所中 为了满足用户对电力的需求和保证电力系统运行的安全稳定和经济性 安装有各种电气设备 通常把直接生产 输送 分配和使用电能的设备称为一次设备 它们包括 1 生产和转换电能的设备 如发电机和变压器等 2 接通或断开电路的开关设备 如断路器 隔离开关 负荷开关 接触器及熔断器等 3 载流导体 如母线 电缆等 4 互感器 互感器分为电压互感器和电流互感器 5 保护电器 如电抗器和避雷器等 6 接地装置 无论是电力系统中性点的工作接地 防雷接地 还是保护接地 保护接零 均需要同埋入地中的接地装置相连 二 二次设备 在电力系统中为了能对电气一次设备和系统的运行状况进行测量 控制 保护和监察而需要一些专门的设备 通常把这些设备称为电气二次设备 它们包括 1 测量表计 如电压表 电流表 功率表 电能表 频率表等 用于测量一次电路中的电气参数 2 继电保护 自动装置及远动装置 如各种继电器和自动装置等 用于监视一次系统的运行状况 迅速反应不正常情况并进行调节或作用于断路器跳闸 切除故障 3 直流设备 如直流发电机 蓄电池组 硅整流装置等 为保护 控制和事故照明等提供直流电源 4 操作电源 信号设备及控制电缆 如各种类型的操作把手 按钮等操作电源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 控制电缆用于用于连接二次设备 三 电气设备的主要额定参数 额定电压 额定电压是国家根据经济发展的的需要 技术经济的合理性 制造能力和产品系列性等各种因素所规定的电气设备的标准电压等级 我国规定的额定电压 按电压高低和使用范围分为三类 第一类额定电压第一类额定电压是100V及以下的电压等级 主要用于安全照明 蓄电池及开关设备的直流操作电压 直流为6 12 24 48V 交流单相为12V和36V 三相线电压为36V 电气设备的主要额定参数 额定电压 第二类额定电压第二类额定电压是100 1000V之间的电压等级 这类额定电压应用最广 数量最多 如动力 照明 家用电器和控制设备等 第三类额定电压第三类额定电压是1000V及以上的高电压等级 见表1 3所示 主要用于电力系统中的发电机 变压器 输配电设备和用电设备 电气设备的主要额定参数 第三类额定电压 电气设备的主要额定参数 第三类额定电压 对表1 3进行分析 可以发现存在以下规律 1 用电设备的额定电压与电网的额定电压是相等的 2 发电机的额定电压比其所在电力网的电压高5 3 变压器一次线圈是接受电能 可看成是用电设备 其额定电压与用电设备的额定电压相等 而直接与发电机相连接的升压变压器的一次侧电压应与发电机电压相配合 4 变压器的二次线圈 副线圈 相当于一个供电电源 它的空载额定电压要比其所在电网的额定电压高10 但在3 6 10kV电压时 由于这时相应的配电线路距离不长 二次线圈的额定电压仅高出电网电压5 电气设备的主要额定参数 额定电流 电气设备的额定电流 铭牌中的规定值 是指在规定的周围环境温度和绝缘材料允许温度下允许通过的最大电流值 当设备周围的环境温度不超过介质的规定温度时 按照设备的额定电流工作 其各部分的发热温度不会超过规定值 电气设备有正常的使用寿命 说明 周围环境温度一般指20 电气设备的主要额定参数 额定容量 发电机 变压器和电动机额定容量的规定条件与额定电流相同 变压器的额定容量都是指视在功率 kV A 值 表明最大一线圈的容量 发电机的额定容量可以用视在功率 kV A 值表示 但一般是用有功功率 kW 值表示 这是因为拖动发电机的原动机 汽轮机 水轮机等 是用有功功率表示的 电动机的额定容量通常用有功功率 kW 值表示 因为它拖动的机械的额定容量一般用有功功率表示 电气接线和装置 发电厂和变电站中 各种电气设备必须用导体按照一定的要求连成一个整体 并与必要的辅助设备一起安装 构成通路 实现发供电 这便是电气接线和电气装置 在发电厂和变电所中 电气一次设备根据工作要求和它们的作用 按照一定顺序连接起来而构成的电路称为电气主接线 又叫一次回路 一次接线或电气主系统 二次设备连接成的电路称为二次回路 二次接线或二次系统 电气主接线表示出电能的生产 汇集 转换 分配关系和运行方式 是运行操作 切换电路的依据 二次接线表示出继电保护 控制与信号回路和自动装置的电气连接以及它们动作后作用于一次设备的关系 用国家规定的图形和文字符号将一次回路和二次回路绘制成的电路图或电气接线图 称为电气主接线图 常绘制成单线图 和电气二次接线图 1 电气接线 一次接线图常用的符号 电气主接线图可画成三线图 也可画成单线图 三线图给出各相的所有设备的全图 比较复杂 所以电气主接线图常用单线图表示 注意 1 单线图虽然绘出的是单相电路的连接情况 实际上却表示三相电路 2 图中所有元件应表示正常状态 例如高压断路器 隔离开关均在断开位置 2 配电装置配电装置是以电气主接线为主要依据 由开关设备 保护设备 测量设备 母线以及必要的辅助设备组成的接受和分配电能的装置 如果说电气主接线反映的是电气一次设备的连接关系 那么配电装置是具体实现电气主接线功能的重要装置 按照电气设备的安装地点 电压等级和组装方式的不同 配电装置有着不同的分类方法 这些将在后续章节中详细介绍 第二节发电厂的电气部分一 300MW发电机组电气部分1 电气主接线发电厂和变电所的电气主接线 是由高压电器设备通过连接线组成的接受和分配电能的电路 又称一次接线或电气主系统 图2 2 2 主要电气设备 1 发电机 2 主变压器 电压等级高 传输容量大 3 高压厂用变压器 4 电压互感器 5 电流互感器 6 中性点接地变压器 干式单相 高电阻接地方式 全连分相式封闭母线 采用全连分相式封闭母线的优点为 1 减少接地故障 避免相间短路 可基本消除外界的潮气 灰尘以及外物引起的接地故障 提高发电机运行的可靠性 2 消除周围钢构架的发热 敞露的大电流母线使得周围的钢构架和钢筋在电磁感应下产生涡流和磁滞损耗 发热温度高 损耗大 会降低构筑物的强度 封闭母线采用外壳屏蔽可从根本上解决钢构的感应发热 3 大大减小相间短路的电动力 当区外发生相间短路 很大的短路电流流过母线时 由于外壳的屏蔽作用 使相间导体所受的短路电动力大为减小 4 母线配用微正压装置 可防止绝缘子结露 提高运行安全可靠性 并为母线采用强迫通风冷却方式创造了条件 5 封闭母线运行维护工作量小 结构简单 二 600MW发电机组电气部分1 电气主接线图2 3主要电气设备1 发电机 2 主变压器 3 高压厂用变压器 4 电压互感器 5 电流互感器 6 中性点接地变压器 第三节高压交流输变电一 高压