第二章 发电、变电与输电的电气部分

1、第二章第二章 发电、变电和输电发电、变电和输电的电气部分的电气部分n2.1 概述概述n2.2发电厂、变电站的电气部分发电厂、变电站的电气部分n2.3高压交流输变电高压交流输变电n2.4高压直流输电高压直流输电本章学习目的n通过本章的学习，使同学们熟悉发电厂、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。火电厂的电气主接线图2.1 概述概述一、电气设备一、电气设备n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，用于实现起动、转换、监视、测量、调整、保护、切换和停止等操作。n按电压等级可分为高压电器和低压电器；n根据电气设备的作用

2、不同，可将电气设备分为一次设备和二次设备。一、电气设备一、电气设备n生产、变换、输送、分配和使用电能的设备1. 一次设备一次设备一、电气设备一、电气设备1. 一次设备一次设备n发电机将机械能转换成电能，n电动机将电能转换成机械能，n变压器将电压升高或降低以满足输配电需要。它们都是按电磁感应原理工作的，统称为电机。 生产和转换电能的设备n如发电机、电动机、变压器等。一、电气设备一、电气设备n如断路器、隔离开关、负荷开关、熔断器、接触器等。n它们用于正常或事故时，将电路闭合或断开。1. 一次设备一次设备 接通或断开电路的开关电器（1）断路器（俗称开关） （2）隔离开关（俗称刀闸）（3）负荷开关 （

3、4）熔断器 （俗称保险） （5）接地开关 还有用于配电系统的自动重合器和自动分段器等。 低压开关电器包括刀开关、组合开关和低压断路器等。 断路器有灭弧装置，可用来接断路器有灭弧装置，可用来接通或断开电路的正常工作电流、过通或断开电路的正常工作电流、过负荷电流或短路电流，是电力系统负荷电流或短路电流，是电力系统中最重要的控制和保护电器。中最重要的控制和保护电器。 隔离开关没有灭弧装隔离开关没有灭弧装置，用来在检修设备时隔置，用来在检修设备时隔离电源，进行电路的切换离电源，进行电路的切换操作及接通或断开小电流操作及接通或断开小电流电路。它一般只有电路断电路。它一般只有电路断开的情况下才能操作。在开

4、的情况下才能操作。在各种电气设备中，隔离开各种电气设备中，隔离开关的使用量是最多的。关的使用量是最多的。 负荷开关具有简易的灭弧装置，可负荷开关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和过负荷电流，但不能用来接通或断开短路电流。一般与熔断器配合使用，由短路电流。一般与熔断器配合使用，由熔断器切断过载及短路电流，由负荷开熔断器切断过载及短路电流，由负荷开关接通或断开负荷电流。还可用来在检关接通或断开负荷电流。还可用来在检修设备时隔离电源。修设备时隔离电源。 熔断器用来断开电路的过负荷电流或熔断器用来断开电路的过负

5、荷电流或短路电流，保护电气设备免受过载和短路电流，保护电气设备免受过载和短路电流的危害。熔断器不能用来接短路电流的危害。熔断器不能用来接通或断开正常工作电流，必须与其他通或断开正常工作电流，必须与其他电器配合使用。电器配合使用。检修设备检修设备时起隔离时起隔离电源的作电源的作用用一、电气设备一、电气设备n如电抗器和避雷器等。1. 一次设备一次设备 限制故障电流和防御过电压的保护电器n电抗器用于限制短路电流，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。包括串联在电路中的普通电抗器和分裂电抗器。n避雷器用于防御过电压。其类型有：保护间隙、阀型避雷器、磁吹式避雷器和氧化锌避雷器等。一、电气

6、设备一、电气设备n如裸导体、电缆等。n用于传输电能或连接电气设备。1. 一次设备一次设备 载流导体一、电气设备一、电气设备n由埋入土中的金属接地体（角钢、扁钢、钢管等）和连接用的接地线构成。n无论是电力系统中性点的工作接地，还是保护人身安全的保护接地，以及为了稳定电位、防止干扰的仪控接地，均同接地装置相连。1. 一次设备一次设备 接地装置用来保证电力系统正常工作或保护人身安全。前者称用来保证电力系统正常工作或保护人身安全。前者称工作接地，后者称保护接地。此外，还有防雷接地。工作接地，后者称保护接地。此外，还有防雷接地。工作接地n为了保证电气设备在正常与故障情况下可靠地工作而进行的接地。n包括中

7、性点直接接地、中性点非直接接地。保护接地 仪用互感器n包括电压互感器和电流互感器。n用于将高电压、大电流转换成低电压(100V或100/ V)、小电流(5A/1A)，供给测量仪表和保护装置使用。3无功补偿设备n如调相机、并联电容器、串联电容器、消弧线圈和并联电抗器n用来补偿电力系统的无功，降低有功损耗绝缘子 绝缘子用来支持和固定载流导体，并使载流导体与地绝缘，或使装置中不同电位的载流导体间绝缘。 调相机是一种不带机调相机是一种不带机械负荷运行的同步电动机，械负荷运行的同步电动机，主要用来向系统输出感性主要用来向系统输出感性无功功率，以调节电压控无功功率，以调节电压控制点或地区的电压。制点或地区

8、的电压。 消弧线圈用来补消弧线圈用来补偿小接地电流系偿小接地电流系统的单相接地电统的单相接地电容电流，以利于容电流，以利于熄灭电弧。熄灭电弧。 并联电抗器一般装设并联电抗器一般装设在在330kV330kV及以上超高压配及以上超高压配电装置的线路侧。作用是电装置的线路侧。作用是吸收过剩的无功功率，改吸收过剩的无功功率，改善沿线电压分布和无功分善沿线电压分布和无功分布，降低有功损耗，提高布，降低有功损耗，提高送电效率。送电效率。一、电气设备一、电气设备n对一次设备和系统的运行状态进行测量、控制、监视和保护的设备2. 二次设备二次设备一、电气设备一、电气设备n如电压表、电流表、功率表和电能表、频率表

9、、温度表等。n用于测量电路中的电气参数。2. 二次设备二次设备 测量表计一、电气设备一、电气设备n这些装置能反应系统不正常情况并进行监控和调节，或作用这些装置能反应系统不正常情况并进行监控和调节，或作用于断路器跳闸，将故障切除。于断路器跳闸，将故障切除。继电保护的作用是当发生故障时，作用于断路器跳闸，自动切除故障元件；当出现异常情况时发出信号。自动装置的作用是用来实现发电厂的自动并列、发电机自动调节励磁、电力系统频率自动调节、按频率启动水轮机组；实现发电厂或变电站的备用电源自动投入、输电线路自动重合闸及按事故频率自动减负荷等。 2. 二次设备二次设备 继电保护、自动装置及远动装置一、电气设备一

10、、电气设备n包括直流发电机组、蓄电池组和硅整流装置等。n供给控制、保护用的直流电源和厂用直流负荷、事故照明用电等。2. 二次设备二次设备 直流电源设备一、电气设备一、电气设备n操作电器（如各种类型的操作把手、按钮等）实现对电路的操作控制，n信号设备给出信号或显示运行状态标志，n控制电缆用于连接二次设备。2. 二次设备二次设备操作电器、信号设备及控制电缆塞流线圈（又称高频阻波器或线路阻波器） 塞流线圈是电力载波通信设备中必不可少的组成部份，它与耦合电容器、结合滤波器、高频电缆、高频通信机等组成电力线路高频通信通道。塞流线圈起到阻止高频电流向变电站或支线泄漏、减小高频能量损耗的作用。2. 二次设备

11、二次设备 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。文字符号分为基本文字符号和辅助文字符号两种。 主要电气设备的图形和文字符号如表所示。二、电气设备的符号二、电气设备的符号 三、电气接线和装置三、电气接线和装置n电气接线的含义：q在发电厂和变电所中，根据各种电气设备的作用和要求，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。n电气接线的类型：q由一次设备所连成的电路称为（电气）一次接线或电气主接线；q由二次设备所连成的电路称为（电气）二次接线。1.电气接线n电气

12、主接线通常用电气主接线图来表示。W4W5W3G1G2W1W2WL4QF4T2WL3QF3T1QF2QF1G3QF5T3WL1WL2220kV110kVn电气主接线图是用规定的图形符号和文字符号表示电气设备连接关系的一种图。n电气主接线表明电能汇集和分配的关系。n电气主接线图通常采用单线图表示，只有需要时才绘制三线图。2.配电装置 按主接线图，由母线、开关设备、保护电器、测量电器及必要的辅助设备组建成接受和分配电能的电工建筑物，称为配电装置。配电装置是发电厂和变电站的重要组成部分。 配电装置按电气设备的安装地点可分为： （1）屋内配电装置。全部设备都安装在屋内。 （2）屋外配电装置。全部设备都安

13、装在屋外（即露天场地）。 屋外配电装置屋外配电装置屋内配电装置屋内配电装置 按电气设备的组装方式可分为以下二种： （1）电气设备在现场（屋内或屋外）组装。 （2）。制造厂预先将各单元电路的电气设备装配在封闭或不封闭的金属柜中，构成单元电路的分间。成套配电装置大部分为屋内型，也有屋外型。 配电装置还可按其他方式分类，例如按电压等级分类，称10kV配电装置、35kV配电装置、110kV配电装置、220kV配电装置、500kV配电装置等。n断路器图例n隔离开关图例n负荷开关图例熔断器接地开关n自动重合器和自动分段器n低压开关电器 智能万能式断路器n电抗器避雷器n载流导体n互感器 电流互感器 电压互感

14、器n补偿设备n绝缘子n配电装置 2.2发电厂的电气部分发电厂的电气部分一一.300MW发电机组电气部分发电机组电气部分1、电气主接线、电气主接线 300MW发电机组，采用发电机-变压器单元接线。 单机容量为300MW的发电机，由于额定电流很大，采用全连分相封闭母线。见图2-2主接线的特点：（1）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4只电流互感器；（5）在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

15、，每相装有电流互感器4只；（7）发电机和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。2、主要电气设备（1）发电机 PN=300MW，UN=20kV, rN= 3000r/min, （2）主变压器 SN=360MVA, YNd11连接组别；（3）高压厂用变压器 SN=40/20-20MVA ,Dd12-d12连接组别；（4）电压互感器 JDZJ-20，JDZ-20型；（5）高压熔断器 RN4-20型；（6）电流互感器 LRD-20型，变比12000/5A；（7）中性点接地变压器 单相，干式， UN=20kV/0.23kV，SN=25kVA；cos0.85NU =2422 2.5%/

16、20kV NU =202 2.5%/6.3-6.3kV 00177,%0.3,177,% 11kkPkW IPkW U二二.600MW发电机组电气部分发电机组电气部分1、电气主接线、电气主接线 600MW发电机组，采用发电机-变压器单元接线。主变高压侧接入500kV系统， 500kV侧采用3/2断路器接线方式。 单机容量为600MW的发电机，由于额定电流很大，采用全连分相封闭母线。见图2-3主接线的特点：（1）采用发电机-变压器单元接线，一般发电机和主变之间不设断路器和隔离开关；（2）主变采用三相双绕组变压器，高压侧为星型，低压侧为三角形，高压侧中性点直接接地；（3）在主变低压侧引接一台高压厂

17、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4只电流互感器；（6）在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，每相装有电流互感器3只；（8）主变高压侧每相配有电流互感器3只，中性点相配有电流互感器1只；（9）发电机和变压器之间的连接母线及厂用分支均采用全连分相封闭母线。2、主要电气设备（1）发电机 PN=600MW，UN=20kV, rN= 3000r/min, （2）主变压器 SN=720MVA, YNd11连接组别，（3）高压厂用变压器 SN=50/31.5-31.

18、5MVA ,Dyn1-yn1连接组别；（4）电压互感器 JDZJ-20，JDZ-20型；（5）高压熔断器 RN4-20型；（6）电流互感器 LRD-20型，变比12000/5A；（7）中性点接地变压器 单相，干式， UN=20kV/0.23kV，SN=25kVA；（8）避雷器 FCD2-20.cos0.9NU =550/20kVNU =208 1.25%/6.3-6.3kV 00278.4,%0.12,1280,%13.5kkPkW IPkW U全连分相封闭母线的优点：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

19、封闭在外壳中，且外壳接地，使工作人员不会触及带点导体。（3） 由于金属外壳的屏蔽作用，母线相间电动力大大减少，而且基本消除了母线附近钢构件的发热。（4） 施工安装简便，运行维护工作量小。2.3高压交流输变电高压交流输变电一一.概述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、电力系统互联。二二.我国我国330kV及以上超高压输电线路及以上超高压输电线路F我国第一回330kV线路正式投运。 1972年，刘家峡水电站的电力送入西北电力系统，线路全长约534千米。F我国第一回500kV线路正式投运。 1981年，平（顶山）武（汉）线在华中电力系统

20、建成。F我国第一回750kV线路正式投产运行。 2005年9月26日，西北750kV官亭至兰州东输变电示范工程正式投产运行，线路全长约595千米。F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输变电系统图2-5 500kV变电站电气主接线（一）500kV变电站电气主接线（二）主要电气设备n1.主变压器n2.断路器n3.隔离开关n4.电压互感器n5.电流互感器n6.避雷器n7.并联高压电抗器和抽能并联高压电抗器7.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容性充电功率。

21、100km长的500kV线路容性充电功率约100-120Mvar,为同样长度220kV线路的6-7倍。因此，在超高压输电线路上一般装设高压并联电抗器。 为了解决500kV交流开关站的站用电问题，可采用带辅助抽能线圈的并联高压电抗器，简称为抽能并联高压电抗器。四.750kV超高压输变电示范工程 750kV输变电示范工程主要包括青海官亭至甘肃兰州东输变电线路工程、 750kV青海官亭变电站新建工程和750kV甘肃兰州变电站新建工程。其接线示意图见教材51页图2-9。n 输电线路采用单回线架设，全长140.708km，导线采用6*LGJ-400/50和6*LGJK-300/50钢芯铝绞线。官亭官亭7

22、50kV变电站变电站官亭变电站的官亭变电站的GIS兰州东兰州东750kV变电站变电站兰州东兰州东750kV变电站变电站兰州东兰州东750kV变电站主变变电站主变750kV超高压输电线路超高压输电线路n 750kV官亭变电站主变SN=1*1500MVA，750kV出线1回，330kV出线8回，750kV系统采用3/2断路器接线。线路-变压器组接线，安装一台断路器，出线装设隔离开关。 n 750kV兰州东变电站，主变SN=1*1500MVA，750kV出线1回，330kV出线5回，750kV系统采用3/2断路器接线。线路-变压器组接线，安装一台断路器，出线装设隔离开关。五五.1000kV特高压输变电试验示范工程特高压输变电试验示范工程n 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。n晋东南变电装设一组31000MVA自耦变压器。n南阳开关站配置并联高压电抗器3240MVar两组。n荆门变电站装设一组31000MVA自耦变压器。长治长治1000kV变电站（局部）变电站（局部）长治长治1000kV变电站（局部）变电站（局部）长治长治1000kV变电站（局部）变电站（局部）南阳南阳1000kV变电站变压器变电站变压器南阳南阳1000kV开关站开关站荆门荆门1000kV变电站变电站100