发电厂电气部分-第二章

1、电力系统电力系统：由发电厂、升压变电所、输电线路、降压变电所及电力电力系统：由发电厂、升压变电所、输电线路、降压变电所及电力 用户所组成的统一整体；用户所组成的统一整体；动力系统：电力系统加上带动发电机转动的动力装置构成的整体。动力系统：电力系统加上带动发电机转动的动力装置构成的整体。第二章第二章 发电、变电和输电的电气部分发电、变电和输电的电气部分电电 力力 网：网： （1 1）定义：由各类升压变电所、输电线路、降压变电）定义：由各类升压变电所、输电线路、降压变电所组成的电能传输和分配的网络。所组成的电能传输和分配的网络。 （2 2）分类：）分类： 按供电范围、输送功率和电压等级分：地方电力

2、网和按供电范围、输送功率和电压等级分：地方电力网和区域电力网。按电压等级电力网分：低压（区域电力网。按电压等级电力网分：低压（1kV1kV及以下及以下）、高压（）、高压（1-330kV1-330kV）、超高压（）、超高压（330-1000kV330-1000kV）和特）和特高压（高压（1000kV1000kV以上）几种以上）几种第一节概述第一节概述一、电气设备一、电气设备第二章第二章 发电、变电和输电的电气部分发电、变电和输电的电气部分( (一）一次设备一）一次设备 通常把生产、变换、输送、分配和使用电能的设备，如发电机、变压通常把生产、变换、输送、分配和使用电能的设备，如发电机、变压器和断路

3、器等称为一次设备。它们包括：器和断路器等称为一次设备。它们包括： （1 1）生产和转换电能的设备。）生产和转换电能的设备。 （2 2）接通或断开电路的开关电器。）接通或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。限制故障电流和防御过电压的保护电器。 （4）载流导体。载流导体。 （5）互感器，包括电压互感器和电流互感器。互感器，包括电压互感器和电流互感器。 （6）无功补偿设备。无功补偿设备。 （7）接地装置。）接地装置。常用一次设备名称及图形文字符号常用一次设备名称及图形文字符号 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对一次设备和系统的运行状态进行测量

4、、控制、监视和起保护作用的设备，称为二次设备。备，称为二次设备。 （1 1）测量表计，如电压表、电流表、频率表、功率表和电能表等，用于测）测量表计，如电压表、电流表、频率表、功率表和电能表等，用于测量电路中的电气参数。量电路中的电气参数。 （2 2）继电保护、自动装置及远动装置。）继电保护、自动装置及远动装置。 （3 3）直流电源设备，包括直流发电机组、蓄电池组和整流装置等。）直流电源设备，包括直流发电机组、蓄电池组和整流装置等。 （4 4）操作电器、信号设备及控制电缆。）操作电器、信号设备及控制电缆。（二）二次设备（二）二次设备 一次电路：由一次设备，例如发电机、变压器、断路器等，按预期生产

5、一次电路：由一次设备，例如发电机、变压器、断路器等，按预期生产流程所连成的电路，称为一次电路，或称电气主接线；流程所连成的电路，称为一次电路，或称电气主接线； 二次电路：由二次设备所连成的电路称为二次电路，或称二次接线。二次电路：由二次设备所连成的电路称为二次电路，或称二次接线。 图图2-12-1是具有两种电压（发电机电压及升高电压）大容量发电厂的电气主接是具有两种电压（发电机电压及升高电压）大容量发电厂的电气主接线图。线图。二、电气接线和装置二、电气接线和装置( (一）电气接线一）电气接线 在发电厂和变电站中，根据各种电气设备的作用及要求，按一定的方式在发电厂和变电站中，根据各种电气设备的作

6、用及要求，按一定的方式用导体连接起来所形成的电路称为电气接线。用导体连接起来所形成的电路称为电气接线。图图2-1-1火电厂的电气主接线图火电厂的电气主接线图（二）配电装置（二）配电装置 根据电气主接线的要求，由开关电器、母线、保护盒测量设备以及必要根据电气主接线的要求，由开关电器、母线、保护盒测量设备以及必要的辅助设备和建筑物组成的整体即为配电装置。的辅助设备和建筑物组成的整体即为配电装置。 配电装置按电气设备装设地配电装置按电气设备装设地点不同，可分为屋内配电装置和屋外配电装置。点不同，可分为屋内配电装置和屋外配电装置。 图图2-1中，由断路器中，由断路器QF1和和QF2，隔离开关，隔离开关

7、QS1QS4，母线，母线W1W3，电，电抗器抗器L1和和L2以及馈线以及馈线WL1和和WL2等，构成的配电装置，布置在屋内，称为屋等，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；而由断路器内配电装置，又称发电机电压配电装置；而由断路器QF3QF5，相应的隔离，相应的隔离开关，母线开关，母线W4和和W5以及出线以及出线WL3和和WL4等，构成的配电装置，称为屋外配等，构成的配电装置，称为屋外配电装置，又称高压配电装置。电装置，又称高压配电装置。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材一、一、300MW300MW发电机组电气部分发电机组电气部分（一）电气主接线（一）电

8、气主接线 300MW发电机组，采用发电机变压器单元接线，如图2-2所示。变压器高压侧，经引线接入220kV系统。第二节第二节 发电厂的电气部分发电厂的电气部分图图2- 2 300MW发电机组电气主接线图发电机组电气主接线图1发电机；发电机；2主变压器；主变压器；3高压厂用变压器高压厂用变压器（为分裂绕组变压器）（为分裂绕组变压器）4电压互感器；电压互感器； 5高压熔断器；高压熔断器； 6避雷器；避雷器；7电流互感器；电流互感器； 8中性点接地变压器中性点接地变压器 由图由图2-2可看出，可看出，300MW发电机组电气主接线具有下述特点：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

9、连接采用发电机变压器单元接线，无发电机出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。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。）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）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）在发电机出口侧和中性点侧，每相装有电流互感器4只。只。 （5）发电机中性点接有中性点接地变压器。）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

10、相装有电流互感器）高压厂用变压器高压侧，每相装有电流互感器4只。只。 “十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 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。其具有以下优点：母线。其具有以下优点： （1）供电可靠。）供电可靠。 （2）运行安全。）运行安全。 （3）基本消除了母线周围钢构件的发热。）基本消除了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。）施工安装简便，运行维护工作量小。 （二）主要电气设备（二）主要电气设备 （1）发电机。）发电机。 （5）高压熔断器。）高压熔断器。 （2）主

11、变压器。）主变压器。 （6）电流互感器。）电流互感器。 （3）高压厂用变压器。）高压厂用变压器。 （7）发电不均衡。）发电不均衡。 （4）电压互感器。电压互感器。 （8）中性点接地变压器。）中性点接地变压器。 “十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材二、二、600MW600MW发电机组电气部分发电机组电气部分( (一）电气主接线一）电气主接线图2-3 600MW发电机组电气主接线图1发电机；2主变压器；3高压厂用变压器4高压公用变压器；5励磁变压器；6中性点接地变压器；7电压互感器；8熔断器；9高压避雷器“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 由图2-3可看出，600MW发电机组电气

12、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。变压器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一台高压公用变压器，供给厂用电。 （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4只。 （6）发电机中性点接有中性点接地变压器。 “十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 （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）

13、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 （二）主要电气设备（二）主要电气设备 （1）发电机。 （5）电流互感器。 （2）主变压器。 （6）中性点接地变压器。 （3）高压厂用变压器。 （7）高压熔断器。 （4）电压互感器。 （8）避雷器。 “十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材三、三、1000MW1000MW发电机组电气部分发电机组电气部分（一）电气主接线（一）电气主接线 1000MW发电机组，采用发电机变压器单元接线，如图2-4所示。变压器高压侧，经隔离开关和引线接入500kV系统，500kV侧采用一个半断路器接线方式。“十一五十一五”国家级规划教材国家级

14、规划教材图2-4 1000MW发电机组电气主接线图1发电机；2主变压器；3、4高压厂用变压器；5励磁变压器；6中性点接地变压器；7、8电压互感器；9高压避雷器；10隔离开关；11电压互感器“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 由图2-4可看出，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刀闸，母线接地刀闸能承受主回路动、热稳定的要求。接地刀闸附近有观察接地刀闸位置的窥视孔。 （3）主变压器采用三台单相双绕组油浸式变压器，低压侧

15、绕组接成三角形，高压侧绕组接成星形。变压器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。 “十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 （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。 （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。 （二）主要电气设备（二）主要

16、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。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材（三）超超临界发电机组的特点与问题（三）超超临界发电机组的特点与问题u 前述300MW发电机组为亚临界火力发电机组，600MW发电机组为超临界火力发电机组，1000MW发电机组为超超临界火力发电机组。u 超超临界火力发电机组和常规发电机组相比，具有无可比拟的优越性。但是，发展超超临界机组，在设计和制造方面还有许多关键技术问题有待解决，例如开发新材料就是关键的问题。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材（一）数字化发

17、电厂概念（一）数字化发电厂概念四、数字化发电厂四、数字化发电厂 数字化发电厂是采用数字方式映射的物理电厂，把庞大的发电厂通过数字0、1精确地表示在电脑的桌面上。也就是说，从电厂前期可行性研究、设计、基建开始，到生产运营、企业管理的全过程，全部采用数字描述和数字化存储。（二）数字化发电厂模式（二）数字化发电厂模式 数字化发电厂的模式有以下5种： （1）基于上层网络模式（信息网络）。 （2）基于下层网络模式（FCS网络）。 （3）基于控制网络模式（DCS网络）。 （4）上中下网络合一模式（3层网络）。 （5）数字化发电厂5层网络模型。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 5层网络模型组成的

18、数字化发电厂： （1）一次设备层。 （2）DCS层：控制系统。本层为二次系统层。 （3）SIS层：优化增值。 （4）MIS层：高端信息。 （5）Internet层：网络媒体。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 （三）实现数字化发电厂的核心技术（三）实现数字化发电厂的核心技术 （1）采用成熟的FCS数字化仪表或装置。 （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设计（CAD）、三维技术（3D）等

19、其它技术。一、高压交流输变电概述一、高压交流输变电概述 影响输电电压等级的发展主要有以下原因：影响输电电压等级的发展主要有以下原因： 由于大容量发电厂的建设地点远离负荷中心，如果采用低压输电，势必造成输由于大容量发电厂的建设地点远离负荷中心，如果采用低压输电，势必造成输送功率的巨大浪费和电能质量的下降，因此，提高输电电压等级就成为必然的选择。送功率的巨大浪费和电能质量的下降，因此，提高输电电压等级就成为必然的选择。不同电压等级的输送功率和输送距离的关系如表不同电压等级的输送功率和输送距离的关系如表2-1所示。所示。（一）长距离输送电能（一）长距离输送电能第三节第三节 高压交流输变电高压交流输变

20、电电压等级电压等级（kV）输送功率输送功率（MW）输送距离输送距离（km）电压等级电压等级（kV）输送功率输送功率（MW）输送距离输送距离（km）10100.22202063302002008 8006006002003535210 050502050010 00015 50085085015011011010501501505075020002500500以上以上220220100500300300100100010004000400050005000500以上以上表表2-1 不同电压等级的输送功率和输送距离不同电压等级的输送功率和输送距离 随着电力系统发电容量的增大，特别是大型坑口电站和核

21、电站的投产，随着电力系统发电容量的增大，特别是大型坑口电站和核电站的投产，虽然输电距离不长，但输送容量很大，也需要采用较高的电压等级。虽然输电距离不长，但输送容量很大，也需要采用较高的电压等级。（二）大容量输送电能（二）大容量输送电能电压等级（电压等级（kV）导线截面（导线截面（mm2）输送容量（输送容量（MW）线损率（线损率（%）2202201752.753303302 22707007001.301.305005004 4570120012000.950.957507504 4570250025000.700.70 如果以输送每km每kW电力的线路造价作为单位造价

22、，则在各级电压相应的经济输送容量范围内，线路的单位造价将随输送电压等级的升高而降低。在相同的输送容量和距离的条件下，输电线的总损耗（包括电阻损耗和电晕损耗）随输电电压等级的升高而降低。如表2-2所示，750kV线路的线损率约为330kV线路的1/2。表2-2 电压等级与线损率的关系（三）节省基建投资和运行费用（三）节省基建投资和运行费用 此外，输送相同容量电力的线路走廊的宽度，也随着采用电压等级的升此外，输送相同容量电力的线路走廊的宽度，也随着采用电压等级的升高而降低。走廊用地在线路总造价中所占比重较大（如美国本部地区高而降低。走廊用地在线路总造价中所占比重较大（如美国本部地区500kV线路约

23、占线路约占15%30%），为减少走廊占地费用，采用超高压输电也就在所难免），为减少走廊占地费用，采用超高压输电也就在所难免 电力系统的发展，必然会打破历史形成的地方电力系统的疆域，逐渐连电力系统的发展，必然会打破历史形成的地方电力系统的疆域，逐渐连成大区域或跨区域的联合电力系统。为了增强电网输送能力，提高系统的运成大区域或跨区域的联合电力系统。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行稳定性，大区电网间的连接多采用500kV或或750kV超高压电压等级，甚至超高压电压等级，甚至采用采用1150kV的特高压电压等级。的特高压电压等级。（四）电力系统互联（四）电力系统互联

24、 二、二、500kV500kV输变电系统输变电系统 目前，我国目前，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路母线和3/2断路器两种接线方式。如图断路器两种接线方式。如图2-5所示，两组母线所示，两组母线W1和和W2间有两间有两串断路器，每一串的三组断路器之间接入两个回路引出线，如串断路器，每一串的三组断路器之间接入两个回路引出线，如WL1、WL2，处于每串中间部位的断路器称为联络断路器（如处于每串中间部位的断路器称为联络断路器（如QF12），由于平均每条引出），由于平均每条引出线装设一台半断路器，故称为一台半断路器接线。线

25、装设一台半断路器，故称为一台半断路器接线。（一）（一）500kV500kV变电站电气主接线变电站电气主接线图2-5 500kV变电站电气主接线“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材（二）（二）500kV500kV变电站主要电气设备变电站主要电气设备 500kV超高压变电站的主要电气设备有：超高压变电站的主要电气设备有： （1）主变压器：）主变压器：500kV升压变压器和升压变压器和500kV自耦变压器自耦变压器。 （2）断路器）断路器 。 （3）隔离开关。）隔离开关。 （4）电压互感器。电压互感器。 （5）电流互感器。）电流互感器。 （6）避雷器。避雷器。 （三）并联高压电抗器和抽能并联

26、高压电抗器（三）并联高压电抗器和抽能并联高压电抗器 （一）（一）并联高压电抗器的作用：并联高压电抗器的作用： （1）限制工频电压升高。限制工频电压升高。 （2）降低操作过电压。）降低操作过电压。 （3）消除发电机带长线出现自励磁。）消除发电机带长线出现自励磁。 （4）避免长距离输送无功功率并降低线损。避免长距离输送无功功率并降低线损。 （5）限制潜供电流，有利于单相自动重合闸。）限制潜供电流，有利于单相自动重合闸。 （二）抽能并联高压电抗器（二）抽能并联高压电抗器： 500kV并联电抗器及抽能系统，如图并联电抗器及抽能系统，如图2-7所示。所示。图2-7 500kV并联电抗器及抽能系统接线图（

27、四）（四）串联电容器补偿串联电容器补偿 （一）（一）基本原理基本原理： 高压输电线路的静态稳定输送功率可由下式表示，即高压输电线路的静态稳定输送功率可由下式表示，即 当线路中安装有串联电容器补偿后，线路的静态稳定输送功率变为当线路中安装有串联电容器补偿后，线路的静态稳定输送功率变为 在同一个相角差在同一个相角差 的条件下，装有串联电容器补偿前后的稳定输送功率之比为的条件下，装有串联电容器补偿前后的稳定输送功率之比为 其中，其中，K KC C= =X XC C/ /X XL L为补偿度，补偿度一般取在为补偿度，补偿度一般取在2560%2560%左右。因此，采用串联电容器左右。因此，采用串联电容器

28、补偿可以大幅度地减低线路电抗，提高电力系统的运行稳定性，也是提高远距离输电线路补偿可以大幅度地减低线路电抗，提高电力系统的运行稳定性，也是提高远距离输电线路的输送能力的一种有效措施。的输送能力的一种有效措施。 （二）串联电容器补偿装置的电气接线（二）串联电容器补偿装置的电气接线： （1） 根据使用的目的不同：串联电容器补偿的型式有常规固定式串补、有可控根据使用的目的不同：串联电容器补偿的型式有常规固定式串补、有可控制的串补和晶闸管控制串补。制的串补和晶闸管控制串补。 （2） 对于固定式串补按照过电压保护方案和故障切除后要求串联补偿重投的时对于固定式串补按照过电压保护方案和故障切除后要求串联补偿

29、重投的时间，其电气线接一般有以下形式：间，其电气线接一般有以下形式：单间隙串联补偿接线；单间隙串联补偿接线；双间隙串联补偿接线；双间隙串联补偿接线；单间隙串联补偿接线；单间隙串联补偿接线；双间隙串联补偿接线；双间隙串联补偿接线；图图2-8 非线性电阻并带触发间隙的串联补偿接线非线性电阻并带触发间隙的串联补偿接线“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 （三）串联补偿装置的主要设备（三）串联补偿装置的主要设备： （1）电容器组。电容器组。 （2）非线性电阻器。）非线性电阻器。 （3）触发型火花间隙。）触发型火花间隙。 （4）旁路断路器。）旁路断路器。 （5）阻尼回路。）阻尼回路。 （6）电流

30、互感器。）电流互感器。 三、三、750kV超高压输变电示范工程超高压输变电示范工程图图2-9 750kV输变电示范工程接线示意图输变电示范工程接线示意图世界首条世界首条特高压交流输电线路特高压交流输电线路 2009年年1月，我国首条也是世界首月，我国首条也是世界首条条1000千伏特高压交流输电线千伏特高压交流输电线路建成投运，线路从山西长治路建成投运，线路从山西长治到湖北荆门全长到湖北荆门全长640公里。公里。v“晋东南-南阳-荆门” 1000千伏特高压交流输电线路四、四、1000kV特高压输变电试验示范工程特高压输变电试验示范工程 2006年年8月月19日，特高压试验示范工程日，特高压试验示

31、范工程1000kV晋东南南阳荆门工晋东南南阳荆门工程正式奠基，这是我国首个特高压交流试验示范工程。该试验示范工程包括程正式奠基，这是我国首个特高压交流试验示范工程。该试验示范工程包括三站两线，起于山西长治境内的晋东南变电站，经河南南阳境内的南阳开关三站两线，起于山西长治境内的晋东南变电站，经河南南阳境内的南阳开关站，止于湖北荆门境内的荆门变电站，线路全长站，止于湖北荆门境内的荆门变电站，线路全长653.8km。系统额定电压为。系统额定电压为1000kV，最高运行电压，最高运行电压1200kV，自然输送功率约，自然输送功率约500万万kW。（一）（一）1000kV特高压试验示范工程规模 （1）输送容量大，送电距离长。）输送容量大，送电距离长。 （2）工程投资省，节省土地资源，线路损耗低。）工程投资省，节省土地资源，线路损耗低。 （3）联网能力强。）联网能力强。 （4）可解决）可解决500kV电网短路电流超标问题。电网短路电流超标问题。 （5）特高压同步电网覆盖范围大，连接多个电源基地和负荷中心，潮流方式变化大）特高压同步电网覆盖范围大，连接多个电源基地和负荷中心，潮流方式变化大，运行控制和安全稳定控制相对比较复杂，技术要求高。，运行控制和安全稳定控制相对比较复杂，技术要