第二章(发电变电输电的电气部分)

1第二章发电、变电和输电的电气部分

22.1概述2.1.1电气设备作用：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。目的：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。3分类：1、一次设备：

对电能进行生产、变换、输送、分配和使用的设备。2、二次设备

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。一次设备：①生产和转换电能的设备发电机发电机-机械能转换为电能电动机-电能转化为机械能变压器封闭母线变压器-电压升高或降低，满足输配电需要一次设备：②接通或断开电路的开关电器高压断路器：正常运行和故障情况下用作断开或接通电路中的正常工作电流及开断故障电流。隔离开关：建立明显的绝缘间隙，转换线路增加线路联接的灵活性。一次设备：②接通或断开电路的开关电器负荷开关：只能开断负载电流和一定过载电流。熔断器：过载或短路时，起到开断和保护的作用。熔断器负荷开关传动机构弹簧脱扣机构一次设备：②接通或断开电路的开关电器一次设备：③限制故障电流和防御过电压的电器电抗器（串联）-限制短路电流，维持母线残压。避雷器-保护电力系统和电气设备的绝缘使其不受过电压而损坏一次设备：④载流导体：将电气设备连接起来架空线路：终端线、联络线电缆：用于城市、厂站内部或附近、穿越江河或海峡母线：汇集和分配电能。硬母线由绝缘子支撑220kV母线10kV母线软母线由绝缘子串悬挂在杆塔上图形符号一次设备：⑤接地装置变压器中性点的工作接地接地刀闸闭合，保护检修人员安全接地装置埋入地下。与电力系统中性点的工作接地、防雷接地、保护接地、保护接零等相连。一次设备：⑥互感器(电流互感器、电压互感器)将一次系统的高电压和大电流转换为二次系统标准的低电压和小电流，供给仪表和保护装置使用，使一次与二次系统可靠隔离。电流互感器电压互感器一次设备：⑦无功补偿设备如并联电容器、串联电容器和并联电抗器，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。电容器电抗器并联电容器串联电容器并联电抗器二次设备：①测量表计②继电保护及自动装置测量电路中的电气参数：电压表、电流表、功率因数表迅速反应不正常情况并进行监控和调节二次设备：③直流电源设备供给控制、保护和厂用直流负荷、事故照明的直流用电。

直流发电机组蓄电池组整流设备二次设备：④操作电器、信号设备及控制电缆如各种类型的操作把手、按钮等操作电器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，控制电缆用于连接二次设备。信号设备控制电缆16

1、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，按一定的方式用导体连接起来所形成的电路，称为~。2.1.2电气接线和装置一次电路（电气主接线）：由一次设备，如发电机、变压器、断路器等，按预期的生产流程所连成的电路。二次电路（二次接线）：由二次设备所连成的电路。

电气主接线：表明电能汇集和分配的关系以及各种运行方式。17182、配电装置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。屋内配电装置：屋外配电装置图2-119屋内配电装置屋外配电装置发电机电压配电装置高压配电装置202.2发电厂的电气部分2.2.1300MW发电机组电气部分1、电气主接线

a、电气主接线的特点：发电机—变压器单元接线；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；在发电机出口侧和中性点侧，每相装有CT4只；发电机中性点接有中性点接地变压器；高压厂用变压器高压侧，每相装有CT4只。21b、全连分相封闭母线的优点：供电可靠；运行安全由于外壳的屏蔽作用，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运行维护工作量小22232、主要电气设备发电机：额定功率300MW，额定电压20kV，额定电流10189A，功率因数0.85，额定转速3000r/min。主变压器：额定容量360MV.A，额定电压242＋2＊2.5%/20kV，额定电流858.9／10392.3A，连接组别YN，d11。高压厂用变压器：额定容量40／20-20MVA，额定电压20±2×2.5％／6.3-6.3kV，接线组别D，d12，d12。24电压互感器：JDZJ－20型。高压熔断器：RN4-20型电流互感器：LRD-20型，变比22000／5A。中性点接地变压器：干式、单相，额定电压20／0.23kV，额定容量30kV.A。252.2.2600MW发电机组电气部分1、电气主接线额定电流19245A，采用全连分相封闭母线。2、电气主接线的特点发电机与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.主变压器采用三个单相双绕组变压器接成三相组,低压侧绕组接成三角形,高压侧绕组接成星形。在主变压器低压侧引接一台高压厂用变压器，供给厂用电。在发电机出口侧和中性点侧，每相装有电流互感器3只。26发电机中性点接有中性点接地变压器。高压厂用变压器高压侧和低压侧,每相装有电流互感器2只.主变压器高压侧引出线,每相装有电流互感器3只.273、主要电气设备发电机：额定功率600MW，额定电压20kV，额定电流19245A，功率因数0.9，额定转速3000r/min。主变压器：由三台DFP－240型单相双绕组变压器结成三相组，额定容量3＊240MV.A。28高压厂用变压器：接线组别D，d12，d12。电压互感器：JDZ－20型。电流互感器：LRD-20型，变比22000／5A。中性点接地变压器：干式、单相，额定电压20／0.23kV，额定容量30kV.A。292.2.31000MW发电机组电气部分1、电气主接线2、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，它们之间没有断路器和隔离开关。2）发电机出口主封闭母线上有接地开关。3）主变采用三台单相双绕组油浸式变压器。4）主变低压侧引接两台容量相同的高压厂用变。5）发电机中性点经隔离开关接有中性点接地变压器。303、主要电气设备1）发电机：PN=1008MW，UN=27KV，IN=23949A。2）主变：单相双绕组，额定容量3×380MV·A，额定电压525/27kV，额定电流1254/14074A，YNd11。3）高压厂用变：额定容量68/34-34MV·A，额定电压27+2×2.5%/10.5-10.5kV。4）电压互感器：5）中性点接地变压器312.2.4数字化发电厂1、数字化电厂的概念数字化电厂是通过对电厂物理和工作对象的全生命周期量化、分析、控制和决策，提高电厂价值的理论和方法。因此，数字化电厂既不是一个项目，也不是一个软件或系统，而是一种理论和方法。这一理论和方法研究的对象是电厂的物理对象和工作对象，其方法是从整个生命周期出发研究如何对其进行量化、分析、控制和决策。322、数字化电厂的目标

电厂将所有信号数字化、所有管理的内容数字化，然后利用网络技术，实现可靠而准确的数字化信息交换、跨平台的资源实时共享，进而利用智能专家系统提供各种优化决策建设，为机组的操作提供科学指导。其作用是可以降低发电成本、提高上网电量、减少设备故障，最终实现电厂的安全、经济运行和节能增效。3、数字化电厂发展模式1）基于上层网络模式（信息网络）；2）基于下层网络模式（FCS现场总线控制系统Field

bus

Control

System)；3）基于控制网络模式（DSC分散控制系统Distributed

Control

System）；4）上中下网络合一模式；5）数字化发电厂5层网络模型3334三个层次：是直接控制层、管控一体化层、管理决策层；两个支持系统：数据库支持系统和计算机网络支持系统。354、数字化电厂中的重要系统1）FCS（fieldbuscontrolsystem）现场控制系统2）DCS（DistributedControlSystem）分布式控制系统3、SIS（（SupervisoryInformationSysteminplantlevel）厂级监控信息系统4、MIS（ManagementInformationSystem）管理信息系统5）DSS（decisionsupportsystem）决策支持系统36第三节高压交流输变电2.3.1高压交流输变电概述一、促进输电电压等级发展的主要原因1、长距离输送电能372、大容量输送电能383、节省基建投资和运行费用4、电力系统互联

392.3.2我国330kV及以上超高压输电1972年我国第一回330kV线路投入运行，经甘肃泰安变电站至陕西省关中地区汤峪变电站，全长534km。1981年我国第一回500kV线路投入运行，由河南省姚孟电厂经双河向武汉送电，全长595km。2003年9月19日，西北750kV官亭至兰州东输变电工程正式开工。北京在十一五末期建成“晋东南—石家庄—北京东特高压交流输变电工程”，建设1000千伏北京东变电站1座，增加变电容量3000兆伏安。40超高电压的作用：进一步提高了电网输送能力；提高了系统运行稳定性；使大区电力系统内各省电力系统之间，跨大区电力系统间起到了电力余缺调节、水电和火电互补、事故时相互支援的作用；通过在山西、内蒙等省（区）煤炭基地建设坑口火电厂，变输煤为输电，大大减轻了铁路运输压力，对国民经济具有深远的意义。412.3.3500kV变电站电气主接线一、变电站电气主接线是变电站中汇集、分配电能的电路，通常称为变电站一次接线，是由变压器、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的。

电气主接线是整个变电站电气部分的主干，主接线方案的选定，对变电站电气设备的选择，现场布置，保护与控制所采取的方式，运行的可靠性、经济性、灵活性、检修、运行维护的安全性等，都有直接的影响。424344二、500kV变电站的电气主接线1、电气主接线采用3／2断路器接线方式。2、600MW汽轮发电机与主变压器接成发电机－变压器单元接线方式，发电机出口不装设断路器，将发电机的额定电压20kV经三相双绕组、容量为755MV.A主变压器升高至500kV。3、发电机至主变压器之间的主引出线采用分相封闭母线，厂用变压器分支引出线和电压互感器分支引出线也采用分相封闭母线。4、每台发电机设有两台容量为56MV.A，电压为20／10.5／3.15kV的高压厂用变压器。452.3.4500kV变电站主要电气设备一、主变压器1、500kV升压变压器主要特点：电压等级高、传输容量大、对变压器的设计和工艺的要求也很高。对于单机容量为600MW的发电机组，采用发电机－变压器组单元接线；变压器容量为755MV.A左右，多采用三相变压器，也有采用三台单相变压器接成三相组的。46500kV升压变压器的主要技术数据型式：户外油浸三相变压器；额定容量：755MV.A；额定电压：525＋2＊2.5%/20kV；额定电流：830／21800A；阻抗电压：13.32%；空载电流：0.114%；空载损耗：298.6kW;冷却方式：强迫油循环风冷式；接线组别：YN，d11。47技术数据：型式：户外油浸三相三绕组自耦变压器；额定容量：750/750/240MVA额定电压：525/230+9X1.33%/36kV;额定电流：824/1882/3849A;空载电流：0.2%；空载损耗：146.17kW;允许温升：绕组60摄氏度，油55摄氏度；冷却方式：强迫油循环风冷；接线组别：Yn,d11变压器质量：350t2、500kV自耦变压器一般接成星形－星形或者星形－星形－三角形。降升4849二、断路器

作用：

在正常情况下控制各电力线路和设备的开断及开合。

在电力系统发生故障时，自动切除短路电流。

分类：

油断路器、真空断路器、空气断路器、SF6断路器等。

505152三、隔离开关1、设备检修时，隔离开关用来隔离有电和无电部分，形成明显的开断点，以保证工作人员和设备的安全；2、隔离开关和断路器相配合，进行倒闸操作，以改变系统接线的运行方式。5354555657四、电压互感器1、供电量结算用，要求有0.2级准确等级，但输出容量不大；2、用作继电保护的电压信号源，要求准确等级一般为0.5级及3P级，输出容量一般较大；3、用作合闸或重合闸检查同期、检无压信号，要求准确等级一般为1.0级和3.0级，输出容量较大。58五、电流互感器电流互感器是专门用作变换电流的特种变压器。二次绕组输出电流额定值一般为5A或1A。电流互感器的一、二次绕组之间有足够的绝缘。59六、避雷器避雷器是变电站保护电气设备免遭雷击冲击波袭击的设备。目前使用的避雷器：保护间隙、管型避雷器、阀型避雷器、磁吹阀式避雷器和氧化锌避雷器。606162七、并联高压电抗器和抽能并联高压电抗器1、并联高压电抗器

作用：补偿高压输电线路的电容和吸收容性无功功率，防止电网轻负荷时因容性功率过多而引起电压升高。概括如下：（1）限制工频电压升高容升效应：当容性功率通过感性元件时，会引起电压升高，反映在空载线路上，会使线路上的电压呈现逐渐上升的趋势，即所谓～。63（2）降低操作过电压降低合闸过电压；大大降低开断后发生重燃的可能性；降低了各种操作过程中的电压强制分量，对线路上各种操作过电压都有限制作用。（3）消除发电机带长线出现自励磁发电机的自励磁：当发电机以额定转速合闸于空载线路时，由于发电机电压加于线路容抗上，电容电流的助磁作用使发电机电压不断升高。当发电机和线路的参数满足一定的条件时，会出现发电机电压超出额定电压很高的情况，这就是所谓的～。（4）避免长距离输送无功功率并降低线损并联电抗器能吸收容性无功功率，使无功功率就地平衡，从而实现改善沿线电压分布及降低有功功率损耗之目的。64（5）限制潜供电流，有利于单相自动重合闸故障点电弧不能马上熄灭的原因：由于导线间存在分布电容，会从健全相对故障相感应出静电耦合电压；健全相的负荷电流通过导线间的互感影响，在故障相感应出电磁感应电压。在这两个电压之和的作用下经相对地电容可使故障点维持几十安培的接地电流（潜供电流）。安装并联电抗器后，在小电抗器的补偿作用下，使潜供电流中的电容电流和电感电流都受到限制，加快潜供电弧的熄灭。652、抽能并联高压电抗器并联高压电抗器为单相式，每台容量为40MVar，变比为525／√3／5.85／√3kV，冷却方式为油浸自冷。主线圈和抽能线圈的变比误差范围为额定电压的(－4～＋5)％。

（1）抽能并联高压电抗器L（2）中性点电抗器LN为了减小500kV线路发生单相接地故障时的潜供电流，提高单相重合闸的成功率，采用了并联电抗器中性点经电抗器接地的方式，以补偿电容电流的影响。66（3）避雷器F在并联电抗器本体6kV端子箱内，每相安装了2只氧化锌避雷器。

（4）6kV隔离开关QS作用是当并联电抗器处于运行状态，而6kV系统的设备因故需停用(例如熔断器更换熔丝，6kV电缆试验等)，此时只需拉开这2把刀闸即可工作。（5）高速熔断器

FU用于保护6kV真空断路器之前各元件和电缆线路的故障，快速熔断，保护抽能绕组。67（6）抽能中间变压器T每个开关站配置了1台580kVA有载调压干式变压器，变比为6±4×2.5％／0.4kV。（7）电压互感器TV安装于6kV配电室内的电压互感器，采用小车式结构操作，干式结构，变比为6.6／0.11／0.11／3，其作用是检测6kV电压，提供接地刀闸的电气闭锁和继电保护用二次电压。（8）真空断路器QF1站用变压器高压侧选用小车结构的真空开关，额定电压为7.2kV，额定电流为400A，额定开断电流为8kA。低压侧真空开关QF2，额定电压为400V，额定电流为1200A，额定开断电流为50kA。68（9）接地开关QK用于更换电压互感器熔丝或检查电压互感器的安全接地，与电压互感器的小车有机械闭锁，与真空断路器以及抽能端子箱的门锁间也有闭锁功能。6kV真空断路器与主地刀之间既有机械闭锁又有电气闭锁：在机械上只有拉开QK后，才能操作QF1，即只有QF1拉开后，才能合上主地刀QK；在电气上，只有在6kV无电压、QF1断开和3把QS刀闸全部拉开的三个条件同时满足时，才能合上主地刀。696kV电压互感器TV与其自身的接地刀闸QK之间采用机械联锁：当TV小车拉出后，互感器侧的地刀QK则会自动合上，以利于运行人员更换熔丝或检修人员检查TV；需要操作合入小车时，互感器侧地刀QK会首先断开。对本体端子箱中2把刀闸QS的闭锁：在本体端子箱的门上安装电磁锁，只有当6kV真空断路器QF1和主地刀QK全部拉开后，才能打开端子箱的门，这样才能操作这2把刀闸。70八、串联电容器补偿1、基本原理：减小线路电抗，提高电力系统运行稳定性。2、串联电容器补偿装置的电气接线：与电网结构及其使用目的、该装置采用的过电压保护方案以及系统发生故障被切除后要求装置重投的时间有关。根据使用的目的不同：常规固定式串补有控制的串补晶闸管控制的串补71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间，其电气接线一般有以下形式：单间隙串联补偿接线双间隙串联补偿接线非线性电阻串联补偿接线非线性电阻并带触发间隙的串联补偿接线。72图片非线性电阻并带触发间隙的串联补偿接线73串联电容器组金属氧化物非线性电阻器触发型放电间隔旁路断路器阻尼电抗器电流互感器阻尼电阻器743、串联补偿装置的主要设备（1）电容器组：是串联补偿装置的主要设备，每相电容器组由320台内设熔断器的电容器单元组成。（2）非线性电阻器：是用金属氧化物制作而成。（3）触发间隙：只要满足特定条件,就可以迅速击穿放电.75（4）旁路断路器：用来投入和退出串联电容器组。（5）阻尼电抗器和阻尼电阻器。（6）电流互感器：用于电容器组的不平衡保护、非线性电阻故障保护、平台故障保护、间隙及旁路断路器的启动。762.3.3750kV超高压输变电示范工程77交流直流输电之争

1882年爱迪生电气照明公司在伦敦建立了第一座发电站，安装了三台110伏“巨汉”号直流发电机，这是爱迪生于1880年研制的，这种发电机可以为1500个16瓦的白炽灯供电。美国发明家威斯汀豪斯组建了自己的电气公司，致力于推广交流输电。VS4.4高压直流输电784.4.1概述一、直流输电的优点：1、线路造价低、年运行费用省。2、没有运行稳定问题。3、能限制短路电流。4、调节速度快、运行可靠。二、直流输电的缺点1、换流装置价格昂贵。2、消耗大