發(fā)電廠電氣一次系統(tǒng)簡單介紹

一、電氣專業(yè)常用概念,電氣一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)發(fā)電廠和變電所的電氣設(shè)備分為一次設(shè)備和二次設(shè)備。一次設(shè)備（也稱主設(shè)備）是構(gòu)成電力系統(tǒng)的主體，它是直接生產(chǎn)、輸送和分配電能的設(shè)備，包括發(fā)電機、電力變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、電力母線、電力電纜和輸電線路等。二次設(shè)備是對一次設(shè)備進(jìn)行控制、調(diào)節(jié)、保護和監(jiān)測的設(shè)備，它包括控制器具、繼電保護和自動裝置、測量儀表、信號器具等。二次設(shè)備通過電壓互感器和電流互感器與一次設(shè)備取得電的聯(lián)系。一次設(shè)備及其連接的回路稱為一次回路。二次設(shè)備按照一定的規(guī)則連接起來以實現(xiàn)某種技術(shù)要求的電氣回路稱為二次回路。,一、電氣專業(yè)常用概念,運行狀態(tài)：電氣設(shè)備的運行狀態(tài)：是指連接該設(shè)備的斷路器、隔離開關(guān)（熔斷器、負(fù)荷開關(guān)等）均處于合閘接通位置，設(shè)備已帶有標(biāo)稱電壓，且繼電保護、自動裝置及控制電源滿足設(shè)備運行要求的狀態(tài)。母線、線路、斷路器、變壓器、及電壓互感器等一次電氣設(shè)備的運行狀態(tài)：是指從該設(shè)備電源至受電端的電路接通并有相應(yīng)電壓（無論是否帶有負(fù)荷），且控制電源、繼電保護及自動裝置正常投入。繼電保護、安全自動裝置等二次設(shè)備的運行狀態(tài)：是指該設(shè)備電源投入，輸出功能與一次設(shè)備的控制回路保持正確連接。,一、電氣專業(yè)常用概念,熱備用狀態(tài)：電氣設(shè)備的熱備用狀態(tài)：是指該電器設(shè)備已具備運行條件，但該設(shè)備尚未帶電；連接該設(shè)備的各側(cè)均只有一個斷開點；且繼電保護、自動裝置及控制電源滿足設(shè)備運行要求的狀態(tài)。斷路器的熱備用狀態(tài)：是指其本身在斷開位置，但連接斷路器各側(cè)的隔離開關(guān)在合閘位置；相關(guān)接地刀閘斷開（或沒有接地短路線）；且繼電保護、自動裝置及控制電源等滿足設(shè)備運行要求的狀態(tài)。母線、變壓器、及線路等電氣設(shè)備的熱備用狀態(tài)：是指連接該設(shè)備的各側(cè)均無安全措施；連接該設(shè)備各側(cè)的斷路器全部在斷開位置，但其中至少一組斷路器兩側(cè)隔離開關(guān)處于合閘位置；相關(guān)接地刀閘斷開（或沒有接地短路線）；且繼電保護、自動裝置及控制電源等滿足設(shè)備運行要求的狀態(tài)。,一、電氣專業(yè)常用概念,冷備用狀態(tài)：電氣設(shè)備的冷備用狀態(tài)：是指連接該設(shè)備的斷路器、隔離開關(guān)（熔斷器、負(fù)荷開關(guān)等）均處于斷開位置，且繼電保護、自動裝置及控制電源退出運行；連接該設(shè)備的各側(cè)均無安全措施，該設(shè)備各側(cè)均未帶有電壓的狀態(tài)。,一、電氣專業(yè)常用概念,檢修狀態(tài)：是指電氣設(shè)備的所有斷路器、隔離開關(guān)均斷開，電氣值班員按照電業(yè)安全工作規(guī)程及工作票要求布置好安全措施（主要是接地刀閘和接地線）。,一、電氣專業(yè)常用概念,明備用和暗備用明備用是指兩路電源變壓器其中一臺工作運行，而另一臺備用。兩臺變壓器的容量都是按計算負(fù)荷100確定的。暗備用是指兩臺變壓器都工作，兩路電源變壓器容量都是按計算負(fù)荷一、二級負(fù)荷確定，在供電系統(tǒng)中變壓器容量占全部計算負(fù)荷的70，而工業(yè)則是40%。簡而言之就是：系統(tǒng)正常運行時，備用電源不工作，稱為明備用；系統(tǒng)正常運行時，備用電源同時投入運行的，稱為暗備用，暗備用實際上是兩個工作電源的互為備用。,一、電氣專業(yè)常用概念,廠用負(fù)荷分類類負(fù)荷：凡是屬于單元機組本身運行所必需的負(fù)荷，短時停電會造成主輔設(shè)備損壞、危及人身安全、主機停運及影響大量出力的負(fù)荷，都屬于類負(fù)荷。這類負(fù)荷對于電廠的生產(chǎn)極其重要，即便是在瞬時斷電而由手動恢復(fù)供電前的短時停電中，也可能危及人身及設(shè)備的安全，使生產(chǎn)停頓或發(fā)電量大幅度下降，如送、引風(fēng)機及給水泵等負(fù)荷。類負(fù)荷：允許停電短時（幾分鐘至幾個小時），恢復(fù)供電后，不致造成生產(chǎn)紊亂的廠用負(fù)荷，屬于類負(fù)荷。此類負(fù)荷不需要24小時連續(xù)運行，但如停電時間過長，有可能損壞設(shè)備或影響正常生產(chǎn)，如鋼球磨煤機、碎煤機等。,一、電氣專業(yè)常用概念,廠用負(fù)荷分類類廠用負(fù)荷：可以較長時間停電，不會直接影響生產(chǎn)，僅造成生產(chǎn)上的不方便者，都屬于類廠用負(fù)荷。如修配車間、實驗室及油處理室等負(fù)荷。0類負(fù)荷，如機組的計算機控制系統(tǒng)要求電源的停電時間不得超過5ms，否則將造成數(shù)據(jù)遺失或失控，過去叫做“不停電負(fù)荷”，現(xiàn)在統(tǒng)一稱為“0類負(fù)荷”。相應(yīng)地稱直流負(fù)荷為“0類負(fù)荷”。0類負(fù)荷，即事故保安負(fù)荷。在正常運行工況下時相當(dāng)于、類負(fù)荷，一旦全廠停電時，不受本廠廠用電及本區(qū)域電力系統(tǒng)影響的獨立電源供電，以保證發(fā)電機組順利停機，不致造成損壞，并能很快地再啟動。,一、電氣專業(yè)常用概念,絕緣電阻：加直流電壓于電介質(zhì)，經(jīng)過一定時間極化過程結(jié)束后，流過電介質(zhì)的泄漏電流對應(yīng)的電阻稱絕緣電阻。絕緣測量的意義：電動機或其他電氣設(shè)備停用時間較長，受潮或積灰，影響電氣設(shè)備的絕緣；在電氣設(shè)備進(jìn)行檢修完畢時，測絕緣可以檢測電機繞組是否接線正確或者所屬回路是否有接地點。,一、電氣專業(yè)常用概念,絕緣等級在發(fā)電機等電氣設(shè)備中，絕緣材料是最為薄弱的環(huán)節(jié)。絕緣材料尤其容易受到高溫的影響而加速老化并損壞。不同的絕緣材料耐熱性能有區(qū)別，采用不同絕緣材料的電氣設(shè)備其耐受高溫的能力就有不同。因此一般的電氣設(shè)備都規(guī)定其工作的最高溫度。人們根據(jù)不同絕緣材料耐受高溫的能力對其規(guī)定了7個允許的最高溫度，按照溫度大小排列分別為：Y、A、E、B、F、H和C。它們的允許工作溫度分別為：90、105、120、130、155、180和180以上。因此，B級絕緣說明的是該發(fā)電機采用的絕緣耐熱溫度為130。使用者在發(fā)電機工作時應(yīng)該保證不使發(fā)電機絕緣材料超過該溫度才能保證發(fā)電機正常工作。,一、電氣專業(yè)常用概念,絕緣等級對常用的A、E、B、F和H級絕緣還規(guī)定了繞組溫升和性能參考溫度，繞組溫升是指實際溫度減去環(huán)境溫度的極限值，而性能參考溫度是指元件的參考工作溫度。,二、主接線,主接線：主要是指在發(fā)電廠、變電所、電力系統(tǒng)中，為滿足預(yù)定的功率傳送方式和運行等要求而設(shè)計的、表明高壓電氣設(shè)備之間相互連接關(guān)系的傳送電能的電路。盛魯電廠21000MW機組按采用發(fā)電機變壓器組單元接線，接入廠內(nèi)500kV升壓站，500kV配電裝置采用3/2交叉接線，出線2回。電廠母線裝設(shè)一組高壓并聯(lián)電抗器，組總?cè)萘繛?20Mvar。發(fā)電機出口不設(shè)置斷路器，起動備用電源由本期500kV母線引接。500kV主變壓器和啟/備變高壓側(cè)中性點直接接地。,三、發(fā)電機及輔助系統(tǒng),汽輪發(fā)電機是由汽輪機作原動機拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，利用電磁感應(yīng)原理把機械能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電設(shè)備。發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)通入直流電流后，便建立轉(zhuǎn)子磁場，這個磁場稱主磁場，它隨著汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。其磁通自轉(zhuǎn)子的一個磁極出來，經(jīng)過空氣隙、定子鐵芯、空氣隙，再進(jìn)入轉(zhuǎn)子另一個相鄰磁極，從而構(gòu)成主磁通回路。由于發(fā)電機轉(zhuǎn)子隨著汽輪機轉(zhuǎn)動，發(fā)電機磁極旋轉(zhuǎn)一周，主磁極的磁力線被裝在定子鐵芯內(nèi)的u、v、w三相繞組(導(dǎo)線)依次切割，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，在定子三相繞組內(nèi)感應(yīng)出相位不同的三相交變電動勢。,三、發(fā)電機及輔助系統(tǒng),汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子具有一對磁極(即一個N極、一個S極)，當(dāng)汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子與汽輪機轉(zhuǎn)子同軸高速旋轉(zhuǎn)時，汽輪機以3000轉(zhuǎn)/分旋轉(zhuǎn)，這樣發(fā)電機轉(zhuǎn)子以50周/秒的恒速旋轉(zhuǎn)，磁極極性也要變化50次，那么在發(fā)電機定子繞組內(nèi)感應(yīng)電動勢也變化50次，同時在定子三相繞組內(nèi)感應(yīng)出相位不同的三相交變電動勢，即頻率為50赫茲的三相交變電動勢。這時若將發(fā)電機定子三相繞組末端(即中性點)連在一起接地，而將發(fā)電機定子三相繞組的首端引出線與用電設(shè)備連接，就會有電流流過，這個過程即為汽輪機轉(zhuǎn)子輸入的機械能轉(zhuǎn)換為電能的過程。,三、發(fā)電機及輔助系統(tǒng),發(fā)電機主要有以下部件：定子（繞組及鐵芯）、轉(zhuǎn)子（繞組及鐵芯）、機座、端蓋、軸承、勵磁系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、密封油系統(tǒng)及監(jiān)測系統(tǒng)（溫度、電流等）等。發(fā)電機定子主要由機座、定子鐵芯、定子繞組、端蓋等部分組成。發(fā)電機轉(zhuǎn)子主要由轉(zhuǎn)子鐵芯、勵磁繞組(轉(zhuǎn)子繞組)、護環(huán)和風(fēng)扇。,三、發(fā)電機及輔助系統(tǒng),三、發(fā)電機及輔助系統(tǒng),三、發(fā)電機及輔助系統(tǒng),三、發(fā)電機及輔助系統(tǒng),三、發(fā)電機及輔助系統(tǒng),三、發(fā)電機及輔助系統(tǒng),發(fā)電機運行時，其內(nèi)部產(chǎn)生的各種損耗會轉(zhuǎn)化為熱能，引起發(fā)電機發(fā)熱。尤其是大型汽輪發(fā)電機，因其結(jié)構(gòu)細(xì)長，中部熱量不易散發(fā)，發(fā)熱問題更顯得嚴(yán)重。如果發(fā)電機溫度過高，會直接影響絕緣的使用壽命，因此冷卻對于大型汽輪發(fā)電機是非常重要的問題。定子繞組采用水內(nèi)冷，轉(zhuǎn)子繞組采用氫內(nèi)冷，定子鐵心和其他構(gòu)件為氫冷的發(fā)電機。發(fā)電機內(nèi)的氫氣在發(fā)電機的兩端風(fēng)扇的驅(qū)動下，以閉式循環(huán)方式在發(fā)電機內(nèi)部作強制循環(huán)流動，使發(fā)電機的鐵芯和轉(zhuǎn)子繞組得到冷卻。其間，氫氣流經(jīng)位于發(fā)電機四角處的四個氫氣冷卻器，經(jīng)氫氣冷卻器冷卻后的氫氣又重新進(jìn)入鐵芯和轉(zhuǎn)子繞組作反復(fù)循環(huán)。氫氣冷卻器的冷卻水來自閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。,三、發(fā)電機及輔助系統(tǒng),發(fā)電機采用上海電氣集團股份有限公司產(chǎn)品，主要參數(shù)如下：銘牌容量1200MVA，銘牌功率(額定功率)1080MW，額定電壓27kV，額定功率因數(shù)0.9（滯后），頻率50Hz，額定轉(zhuǎn)速，3000r/min，絕緣等級F（注：按B級絕緣溫升考核），效率99.0，相數(shù)3，極數(shù)2，定子繞組接線方式Y(jié)Y，冷卻方式水氫氫，勵磁型式：自并勵靜止勵磁系統(tǒng)發(fā)電機中性點經(jīng)變壓器接地密封油采用單流環(huán),四、勵磁系統(tǒng),勵磁系統(tǒng)的主要作用有：1）根據(jù)發(fā)電機負(fù)荷的變化相應(yīng)的調(diào)節(jié)勵磁電流，以維持機端電壓為給定值；2）控制并列運行各發(fā)電機間無功功率分配；3）提高發(fā)電機并列運行的靜態(tài)穩(wěn)定性；4）提高發(fā)電機并列運行的暫態(tài)穩(wěn)定性；5）在發(fā)電機內(nèi)部出現(xiàn)故障時，進(jìn)行滅磁，以減小故障損失程度；6）根據(jù)運行要求對發(fā)電機實行最大勵磁限制及最小勵磁限制。,五、廠用電系統(tǒng),廠用電系統(tǒng)：發(fā)電廠在啟動、運轉(zhuǎn)、停役、檢修過程中，有大量以電動機拖動的機械設(shè)備，用以保證機組的主要設(shè)備和輸煤、碎煤、除灰、除塵及水處理等輔助設(shè)備的正常運行。這些電動機以及全廠的運行、操作、試驗、檢修、照明等用電設(shè)備都屬于廠用負(fù)荷，為廠用負(fù)荷供電的系統(tǒng)稱為廠用電系統(tǒng)。,五、廠用電系統(tǒng),廠用電的電壓等級與電動機的容量有關(guān)。電廠中拖動各種廠用機械的電動機，其容量差別很大，從一般的幾千瓦、幾十千瓦，大到幾百千瓦和幾千千瓦，不可能只采用一個電壓等級的電動機，但力求電壓等級盡量減少。對于1000MW的大型發(fā)電廠，設(shè)置了兩個電壓等級：廠用高壓和廠用低壓。,五、廠用電系統(tǒng),大部分電廠為保證系統(tǒng)工作可靠性，重要的輔機（類負(fù)荷）成對配置。為了適應(yīng)輔機的配置方式，同時提高自身的可靠性，廠用電系統(tǒng)通常采用單母線分段接線。機組10KV母線的電源有兩路：高廠變作為機組正常運行時的工作電源，啟備變作為機組啟動過程中和停運檢修期間的備用電源。10KV母線電源的切換通過快切裝置實現(xiàn)。,五、廠用電系統(tǒng),高壓廠用電采用10kV一級電壓，每臺機設(shè)1臺77/46-46MVA的分裂高廠變，兩臺機設(shè)一臺與分裂高廠變同容量的分裂啟/備變；滿足1臺機組啟動所需容量。低壓廠用電電壓為380/220V。高壓廠用電系統(tǒng)采用在高廠變及高壓啟/備變低壓側(cè)中性點經(jīng)電阻接地的方式，低壓廠用電采用中性點直接接地方式。,六、變壓器,主變壓器是一個單位或變電站中主要用于輸變電的總降壓變壓器，也是變電站的核心部分。發(fā)電廠的主變壓器將發(fā)電機出口的電壓提升到主接線的電壓等級，是發(fā)電環(huán)節(jié)和供電環(huán)節(jié)的主要樞紐。,六、變壓器,大型發(fā)電機組主變壓器主要選用單相變壓器或常規(guī)三相一體變壓器。單相變壓器組由三臺單相變壓器組成，將三臺變壓器分別布置，油路完全分開，通過外部封閉母線實現(xiàn)變壓器的電氣連接，可排除三相短路的可能性，提高機組運行可靠性。與采用單相變壓器相比，三相變壓器具有設(shè)備(主變壓器和封閉母線)投資低、占地面積少、安裝方便、運行損耗低、安裝材耗少、土建費用低、本體外部接線簡單等優(yōu)點，在技術(shù)上和設(shè)備投資方面具有一定的優(yōu)勢，但對運