第2章 发电、输电、变电的电气部分

第二章发电、变电和输电的电气部分,第二章发电、变电和输电的电气部分,学习目的：通过本节的学习，使学生熟悉发电厂、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。本章主要内容：概述（发电厂、变电站的电气设备及电气接线）发电厂、变电站的电气部分高压直流输变电高压交流输变电,火电厂的电气主接线图,第一节概述,一、电气设备根据电气设备作用的不同，分两种类型：一次设备二次设备,一次设备,一次设备的类型：1、生产和转换电能的设备。2、接通和断开电路的开关电器。3、限制故障电流和防御过电压的保护电器。4、载流导体。5、接地装置。,一次设备的概念：生产、变换、输送、分配和使用电能的设备称为一次设备。,1、生产和转换电能的设备,发电机：机械能转化为电能；电动机：电能转化为机械能；变压器：将电压升高或降低；,M,发电机,2、接通或断开电路的开关电器,开关电器作用：正常运行时合、分电路；事故（短路）时能在继电保护装置控制下切断故障回路；检修时使被检修设备与电源可靠隔离。,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60%以上！,2、接通或断开电路的开关电器,开关电器的分类：（按电压等级的高低）,高压断路器,作用：正常状况下，控制各电力线路和设备的开断与闭合。电力系统发生故障时，能自动切除短路电流，保证电力系统正常运行。具有灭弧装置。可做操作电器！文字符号：QF图形符号：,类型：（按灭弧介质的不同分类）油断路器、压缩空气断路器、SF6断路器、真空断路器,隔离开关,作用：设备检修时，隔离开关用来隔离有电和无电部分，形成明显的开端点，以保证工作人员和设备的安全。一般与断路器配合使用，进行倒闸操作，以改变电力系统的运行方式。无灭弧装置，不能开断电流，故不可做操作电器！文字符号与图形符号：,隔离开关与断路器配合使用：,高、低压熔断器,作用：流过短路电流或较长时间过电流时熔断，来保护电器设备。注意事项：6kV熔断器只能用于6kV，不能用于3kV。10kV熔断器只能用于10kV，不能用于6kV。文字符号与图形符号：,FU,低压断路器（自动空气断路器、自动空气开关）,作用：对低压配电电路实行通断操作。当电路内出现故障时，能在自身开关所带保护元件作用下自动断开主回路。文字符号与图形符号：,是低压配电系统中的主要开关。,万能式低压断路器,接地开关,作用：检修设备时起隔离电源的作用。文字符号与图形符号：,高压接地开关,接地开关的使用：,3、限制过电流和防御过电压的保护电器,（1）电抗器。作用：限制电力系统中短路电流。文字符号与图形符号：,（2）避雷器作用：防御电力系统过电压。避雷器类型：保护间隙、管型避雷器、阀型避雷器、磁吹式避雷器、氧化锌避雷器等。,电抗器的安装地点,避雷器的安装地点,4、载流导体,作用：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）。分类：电缆：自身包括有绝缘的导体裸导体：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。,5、接地装置,作用：是电力系统正常运行的需要，也是安全用电的有效措施。它是埋入地中的金属导体或与电气设备相连的金属线。分类：,工作接地,作用：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。包括：中性点直接接地、中性点非直接接地。,保护接地,概念：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。包括：电机、变压器等电器的底座和外壳；互感器的二次绕组；配电屏与控制屏的框架。,防雷保护接地,避雷针、避雷器等。,二次设备,概念：对一次设备的工作进行监察、测量、控制和保护的设备称二次设备。,分类：1、测量表计2、继电保护及自动装置3、直流电源4、互感器,二次设备,1、测量表计作用：测量电路中的参数。例：电流表、电压表、功率表、电能表等。2、继电保护及自动装置作用：电力系统故障时，这些装置能迅速反应，并进行自动监控和调节。3、直流电源设备作用：供保护用或事故时照明用。例：直流发电机、蓄电池等,4、一种特殊的设备互感器,作用：将一次接线系统的高电压、大电流变换成标准等级的低电压（100V）和小电流（5A/1A），向二次测量、控制与调节装置及仪表提供电压、电流信号。因此互感器是连接一次回路与二次回路的设备，它是一次回路与二次回路的分界线。类型：电压互感器、电流互感器。,互感器符号图：,互感器的使用示意图：,二、电气接线,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，按一定的方式用导线连接起来所形成的电路。类型：1、电气主接线（一次接线）2、二次接线,1、电气主接线,电气主接线概念：由一次设备按照预期的生产流程所连成的回路，称一次回路，又叫一次接线、电气主接线。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图称一次电路图，又叫主接线图。举例（见下页）,注意：电气主接线图一般用单线图表示三相电路！,火电厂电气主接线图,母线：,发电厂、变电站中通常出线和发电机电源数目教多，为了便于二者的连接，常用母线将电源和出线连接起来。作用：汇集、分配、传输电能。,表示方法：,配电装置,概念：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组成的整体。分类（按照安装地点的不同）屋内配电装置屋外配电装置,屋内配电装置,屋外配电装置,2、二次接线,二次接线概念：二次设备连成的电路，称二次电路，又称二次接线。二次接线图概念：二次接线中，各元件按规定的图形符号表示的电路图。二次接线作用：为了保证一次接线安全、可靠、经济的运行，对一次接线中的设备实施测量、控制、调节。,第二节发电厂的电气部分,一、300MW机组电气部分1、电气主接线2、主要电气设备二、600MW机组电气部分三、1000MW机组电气部分,全连分相封闭母线的优点：,(1)供电可靠。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。(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)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钢构件的发热。(4)运行维炉工作量小。,第三节高压交流输电,一、概述采用高压交流输电的原因：1、长距离输送电能；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。,二、我国330kV及以上超高压输电线路,我国第一回330kV线路正式投运。1972年，使刘家峡水电站的电力送入了西北电力系统。线路全长约534千米。我国第一回500kV线路正式投运。1981年，在华中电力系统建成。我国第一回750kV线路正式开工。2003年9月在西北开工，可促进西电东送。线路全长约595千米。我国第一回1000KV线路正式开工.2006年8月19日，我国首条1000kV特高压示范线路工程开工建设。线路全长约653.8千米。,三、500kV变电站电气主接线,500kV变电站电气主接线,主要设备,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、并联高压电抗器和抽能并联高压电抗器,第四节高压直流输电,一、高压直流输电概述1、直流输电发展概况1882年：1.52kV直流电压，57km输电线路。1912年：100kV，功率为15MW，190km1954年：100kV，功率为20MW，96km（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。,第四节高压直流输电,世界直流输电：输送容量最大的直流输电（巴西）：600kV，长度806km，容量为6300MW电压等级最高：（前苏联）750kV，长度2414km，容量为6000MW我国直流输电：1、葛洲坝上海南桥：（1990年8月）500kV，长度1045.7km，容量为1200MW2、天生桥-广东，三峡-华东，三峡-广东等500kV,我国直流输电：,3、四川800千伏特高压直流输电四川特高压工程三大项目：（1）向家坝上海800千伏特高压直流输电示范工程是我国自主设计、自主建设的世界上第一个特高压直流工程，这是目前开工建设的世界上电压等级最高、输送距离最远、容量最大的直流输电工程,工程额定输送功率640万千瓦，最大输送功率700万千瓦。预计于2010年双极投运。,我国直流输电：,（2）四川第二个800千伏特高压直流输电工程锦屏-苏南工程，在2008年11月14日得到了国家发改委的核准。工程起点于四川西昌裕隆换流站，落点为江苏同里换流站，线路长度2095千米，输送容量达720万千瓦。该工程预计于2011年单极投运。目前由四川省电力公司承担的前期工作已完成，换流站“三通一平”及进站道路已全面开工建设。（3）四川第三个800千伏特高压直流输电工程溪洛渡-浙西工程，已于2009年底将开工建设。目前四川省电力公司在国家电网公司统一安排下，已开始办理该项目的选址意见书、用地预审等项目核准支持性文件。水土保持、地灾压矿、环评等前期工作正在开展，初步设计已开始进行。,2、直流输电的优点,（1）线路造价低、年运行费用省A、如果输电线路建设费用相等，则直流输送的功率可为交流输送功率的1.5倍。B、在导线截面相等并输送同样功率时，直流线路发生的功率损耗约比交流线路少13。C、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。,2、直流输电的优点,（2）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，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。(3)能限制短路电流。(4)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。,3直流输电的缺点,(1)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13。(2)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，整流器所需无功功率为有功功率的3050逆变器约为4060。,3直流输电的缺点,(3)产生谐波影响。换流器运行中，会在交流侧和直流侧产生