发电厂电气部分第二章

电力系统电力系统：由发电厂、升压变电所、输电线路、降压变电所及电力用户所组成的一致整体；动力系统：电力系统加上带动发电机转动的动力安装构成的整体。第二章发电、变电和输电的电气部分电力网：〔1〕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。〔2〕分类： 按供电范围、保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〔1kV及以下〕、高压〔1-330kV〕、超高压〔330-1000kV〕和特高压〔1000kV以上〕几种第一节概述一、电气设备第二章发电、变电和输电的电气部分(一〕一次设备通常把消费、变换、保送、分配和运用电能的设备，如发电机、变压器和断路器等称为一次设备。它们包括：〔1〕消费和转换电能的设备。〔2〕接通或断开电路的开关电器。〔3〕限制缺点电流和防御过电压的维护电器。〔4〕载流导体。〔5〕互感器，包括电压互感器和电流互感器。〔6〕无功补偿设备。〔7〕接地安装。常用一次设备称号及图形文字符号对一次设备和系统的运转形状进展丈量、控制、监视和起维护作用的设备，称为二次设备。〔1〕丈量表计，如电压表、电流表、频率表、功率表和电能表等，用于丈量电路中的电气参数。〔2〕继电维护、自动安装及远动安装。〔3〕直流电源设备，包括直流发电机组、蓄电池组和整流安装等。〔4〕操作电器、信号设备及控制电缆。〔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，按预期消费流程所连成的电路，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。图2-1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线图。二、电气接线和安装(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，按一定的方式用导体衔接起来所构成的电路称为电气接线。图2-1火电厂的电气主接线图〔二〕配电安装根据电气主接线的要求，由开关电器、母线、维护盒丈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安装。配电安装按电气设备装设地点不同，可分为屋内配电安装和屋外配电安装。图2-1中，由断路器QF1和QF2，隔分开关QS1~QS4，母线W1~W3，电抗器L1和L2以及馈线WL1和WL2等，构成的配电安装，布置在屋内，称为屋内配电安装，又称发电机电压配电安装；而由断路器QF3~QF5，相应的隔分开关，母线W4和W5以及出线WL3和WL4等，构成的配电安装，称为屋外配电安装，又称高压配电安装。“十一五〞国家级规划教材一、300MW发电机组电气部分〔一〕电气主接线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。第二节发电厂的电气部分图2-2300MW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〔为分裂绕组变压器〕4—电压互感器；5—高压熔断器；6—避雷器；7—电流互感器；8—中性点接地变压器由图2-2可看出，300MW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衔接采用发电机－变压器单元接线，无发电机出口断路器和隔分开关。〔2〕在主变压器低压侧引接一台高压厂用变压器，供应厂用电。〔3〕在发电机出口侧，经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4只。〔5〕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，每相装有电流互感器4只。

“十一五〞国家级规划教材发电机和主变压器之间的衔接母线及厂用分支母线均采用全连离相封锁母线。其具有以下优点：〔1〕供电可靠。〔2〕运转平安。〔3〕根本消除了母线周围钢构件的发热。〔4〕施工安装简便，运转维护任务量小。〔二〕主要电气设备〔1〕发电机。〔5〕高压熔断器。〔2〕主变压器。〔6〕电流互感器。〔3〕高压厂用变压器。〔7〕发电不平衡。〔4〕电压互感器。〔8〕中性点接地变压器。

“十一五〞国家级规划教材二、600MW发电机组电气部分(一〕电气主接线图2-3600MW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〞国家级规划教材由图2-3可看出，600MW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衔接采用发电机－变压器单元接线，发电机和主变压器之间没有断路器和隔分开关。〔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，供应厂用电。〔4〕在发电机出口侧，经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〞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〕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〔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〞国家级规划教材三、1000MW发电机组电气部分〔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，经隔分开关和引线接入500kV系统，500kV侧采用一个半断路器接线方式。“十一五〞国家级规划教材图2-41000MW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—隔分开关；11—电压互感器“十一五〞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衔接采用发电机－变压器单元接线，发电机和主变压器之间没有断路器和隔分开关，但在主母线上设有可拆衔接点。〔2〕发电机出口主封锁母线上有接地刀闸，母线接地刀闸能接受主回路动、热稳定的要求。接地刀闸附近有察看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一样的高压厂用变压器，供应厂用电。

“十一五〞国家级规划教材〔5〕在发电机出口主封锁母线有短路实验安装，主回路T接引至电压互感器柜，经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〕发电机中性点经隔分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〔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〞国家级规划教材〔三〕超超临界发电机组的特点与问题前述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。超超临界火力发电机组和常规发电机组相比，具有无可比较的优越性。但是，开展超超临界机组，在设计和制造方面还有许多关键技术问题有待处理，例如开发新资料就是关键的问题。“十一五〞国家级规划教材〔一〕数字化发电厂概念四、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，把庞大的发电厂经过数字0、1准确地表示在电脑的桌面上。也就是说，从电厂前期可行性研讨、设计、基建开场，到消费运营、企业管理的全过程，全部采用数字描画和数字化存储。〔二〕数字化发电厂方式数字化发电厂的方式有以下5种：〔1〕基于上层网络方式〔信息网络〕。〔2〕基于下层网络方式〔FCS网络〕。〔3〕基于控制网络方式〔DCS网络〕。〔4〕上中下网络合一方式〔3层网络〕。〔5〕数字化发电厂5层网络模型。“十一五〞国家级规划教材5层网络模型组成的数字化发电厂：〔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〞国家级规划教材

〔三〕实现数字化发电厂的中心技术〔1〕采用成熟的FCS数字化仪表或安装。〔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〕厂级运营优化增值效力技术。〔5〕信息层面的数字化高端运用。 〔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〕等其它技术。一、高压交流输变电概述影响输电电压等级的开展主要有以下缘由：由于大容量发电厂的建立地点远离负荷中心，假设采用低压输电，势必呵斥保送功率的宏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。不同电压等级的保送功率和保送间隔的关系如表2-1所示。〔一〕长间隔保送电能第三节高压交流输变电电压等级（kV）输送功率（MW）输送距离（km）电压等级（kV）输送功率（MW）输送距离（km）100.2~220~6330200~800600~200352~1050~205001000~1500850~15011010~50150~507502000~2500500以上220100~500300~10010004000~5000500以上表2-1不同电压等级的保送功率和保送间隔

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，虽然输电间隔不长，但保送容量很大，也需求采用较高的电压等级。〔二〕大容量保送电能电压等级（kV）导线截面（mm2）输送容量（MW）线损率（%）2201×5702502.753302×2707001.305004×57012000.957504×57025000.70

假设以保送每km每kW电力的线路造价作为单位造价，那么在各级电压相应的经济保送容量范围内，线路的单位造价将随保送电压等级的升高而降低。在一样的保送容量和间隔的条件下，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〕节省基建投资和运转费用此外，保送一样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〔如美国本部地域500kV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

电力系统的开展，必然会突破历史构成的地方电力系统的疆域，逐渐连成大区域或跨区域的结合电力系统。为了加强电网保送才干，提高系统的运转稳定性，大区电网间的衔接多采用500kV或750kV超高压电压等级，甚至采用1150kV的特高压电压等级。〔四〕电力系统互联二、500kV输变电系统目前，我国500kV变电站的电气接线普通采用双母线四分段带公用旁路母线和3/2断路器两种接线方式。如图2-5所示，两组母线W1和W2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WL1、WL2，处于每串中间部位的断路器称为联络断路器〔如QF12〕，由于平均每条引出线装设一台半断路器，故称为一台半断路器接线。〔一〕500kV变电站电气主接线图2-5500kV变电站电气主接线“十一五〞国家级规划教材〔二〕500kV变电站主要电气设备500kV超高压变电站的主要电气设备有：〔1〕主变压器：500kV升压变压器和500kV自耦变压器。〔2〕断路器。〔3〕隔分开关。〔4〕电压互感器。〔5〕电流互感器。〔6〕避雷器。

〔三〕并联高压电抗器和抽能并联高压电抗器〔一〕并联高压电抗器的作用：〔1〕限制工频电压升高。〔2〕降低操作过电压。〔3〕消除发电机带长线出现自励磁。〔4〕防止长间隔保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。〔二〕抽能并联高压电抗器：500kV并联电抗器及抽能系统，如图2-7所示。图2-7500kV并联电抗器及抽能系统接线图〔四〕串联电容器补偿〔一〕根本原理：高压输电线路的静态稳定保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，线路的静态稳定保送功率变为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保送功率之比为其中，KC=XC/XL为补偿度，补偿度普通取在25~60%左右。因此，采用串联电容器补偿可以大幅度地减低线路电抗，提高电力系统的运转稳定性，也是提高远间隔输电线路的保送才干的一种有效措施。〔二〕串联电容器补偿安装的电气接线：〔1〕根据运用的目的不同：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。〔2〕对于固定式串补按照过电压维护方案和缺点切除后要求串联补偿重投的时间，其电气线接普通有以下方式：单间隙串联补偿接线；双间隙串联补偿接线；单间隙串联补偿接线；双间隙串联补偿接线；图2-8非线性电阻并带触发间隙的串联补偿接线“十一五〞国家级规划教材〔三〕串联补偿安装的主要设备：〔1〕电容器组。〔2〕非线性电阻器。〔3〕触发型火花间隙。〔4〕旁路断路器。〔5〕阻尼回路。〔6〕电流互感器。

三、750kV超高压输变电示范工程图2-9750kV输变电示范工程接线表示图世界首条特高压交流输电线路2021年1月，我国首条也是世界首条1000千伏特高压交流输电线路建成投运，线路从山西长治到湖北荆门全长640公里。“晋东南-南阳-荆门〞1000千伏特高压交流输电线路四、1000kV特高压输变电实验示范工程2006年8月19日，特高压实验示范工程1000kV晋东南－南阳－荆门工程正式奠基，这是我国首个特高压交流实验示范工程。该实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1000kV，最高运转