發(fā)電廠及其電氣部分第二講

第2講發(fā)電、變電和輸電的電氣部分內(nèi)容提要：1、電氣設(shè)備及電氣接線概述2、發(fā)電廠電氣部分組成3、高壓交流輸變電系統(tǒng)變電站電氣部分2.0電力系統(tǒng)的功能電能的生產(chǎn)：電能的傳輸：電能的變換

分配：電能的使用：火電、水電、核電、各種新能源等交流/直流架空線或電纜變電站各種形式的負(fù)荷將電能轉(zhuǎn)換為其他形式的能電氣部分包含電氣設(shè)備、連接電氣設(shè)備的電氣接線和裝置。為了滿足電能的生產(chǎn)、輸送和分配的需要，發(fā)電廠和變電站中安裝有各種電氣設(shè)備，用于實現(xiàn)起動、轉(zhuǎn)換、監(jiān)視、測量、調(diào)整、保護(hù)、切換和停止等操作。按電壓等級可分為高壓電器和低壓電器；按所起的作用不同，電氣設(shè)備可分為一次設(shè)備和二次設(shè)備兩大類。2.1電氣設(shè)備與電氣接線2.1.1電氣設(shè)備電氣設(shè)備的分類及功能生產(chǎn)、變換、輸送、分配和使用電能的設(shè)備對一次設(shè)備測量、監(jiān)視、控制和保護(hù)2.1.1電氣設(shè)備一次設(shè)備：生產(chǎn)和轉(zhuǎn)換電能的設(shè)備發(fā)電機(jī)（G）：將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能變壓器（T）：改變電壓電動機(jī)（M）：將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能發(fā)電廠中最主要的設(shè)備！斷路器（俗稱開關(guān)，QF）：接通或斷開電路的正常工作電流、過負(fù)荷電流或短路電流，有滅弧裝置；是電力系統(tǒng)中最重要的控制和保護(hù)電器。一次設(shè)備：開關(guān)電器圖形符號：隔離開關(guān)（俗稱刀閘，QS）：用來在檢修設(shè)備時隔離電壓，進(jìn)行電路的切換工作機(jī)接通或斷開小電流電路，無滅弧裝置；一般只有電路斷開的情況下才能操作。使用量最多。圖形符號：一次設(shè)備：開關(guān)電器負(fù)荷開關(guān)（Q）：具有簡易的滅弧裝置，可以用來接通或斷開電路的正常工作電流和過負(fù)荷電流，但不能用來接通或斷開短路電流；可用來在檢修設(shè)備時隔離電源。一次設(shè)備：開關(guān)電器圖形符號：熔斷器（俗稱保險，F(xiàn)U）：用來斷開電路的過負(fù)荷電流或短路電流，但不能接通或斷開正常工作電流，必須與其他電器配合使用。一次設(shè)備：開關(guān)電器圖形符號：此外，還有用于配電系統(tǒng)的自動重合器和自動分段器、低壓開關(guān)電器等。作用是限制短路電流，維持母線殘壓，使發(fā)電廠或變電站能選擇輕型電器和選用截面積較小的導(dǎo)體。限流電器包括串聯(lián)在電路中的普通電抗器和分裂電抗器。一次設(shè)備：限流電抗器普通電抗器分裂電抗器避雷線避雷器避雷針一次設(shè)備：防御過電壓設(shè)備保護(hù)電力系統(tǒng)和電氣設(shè)備的絕緣，使其不受過電壓而損壞載流導(dǎo)體母線架空線電纜線一次設(shè)備：載流導(dǎo)體母線：匯集或分配電能，或?qū)l(fā)電機(jī)、變壓器與配電裝置連接。架空線：終端線或聯(lián)絡(luò)線，用于傳輸電能。電纜：應(yīng)用于城市、場站內(nèi)部或附近。

一次設(shè)備：載流導(dǎo)體接地設(shè)備保護(hù)接地工作接地保護(hù)人身安全保證電力系統(tǒng)正常工作接地裝置：電力系統(tǒng)中性點的工作接地或保護(hù)人身安全的保護(hù)接地，都必須與地中的接地網(wǎng)相連。一次設(shè)備：接地設(shè)備調(diào)相機(jī)：不帶機(jī)械負(fù)荷運行的同步電動機(jī)，向系統(tǒng)輸出感性無功，以調(diào)節(jié)電壓控制點或地區(qū)的電壓。電力電容器：分串聯(lián)和并聯(lián)補(bǔ)償兩類。消弧線圈：補(bǔ)償小電流接地電流系統(tǒng)的單相接地電容電流，以利于熄滅電弧。并聯(lián)電抗器：吸收過剩的無功功率，改善沿線電壓和無功分布，提高送電效率；一般裝設(shè)在330kV及以上超高壓配電裝置的線路側(cè)。一次設(shè)備：無功補(bǔ)償設(shè)備用來補(bǔ)償電力系統(tǒng)的無功功率，以降低有功損耗和維持系統(tǒng)的穩(wěn)定性。補(bǔ)償設(shè)備調(diào)相機(jī)電容器靜止補(bǔ)償器消弧線圈并聯(lián)電抗器儀用互感器：分為電流互感器（TA）和電壓互感器（TV）。電壓（電流）互感器將交流高壓（大電流）變?yōu)榈蛪海ㄐ‰娏鳎?，供電給測量儀表和機(jī)電保護(hù)裝置的電壓（電流）線圈。一次設(shè)備：儀用互感器測量表計絕緣監(jiān)察裝置控制和信號裝置繼電保護(hù)和自動裝置直流電源設(shè)備電力載波通信設(shè)備手動自動控制信號反映設(shè)備事故或異常狀態(tài)繼電保護(hù)自動裝置切除故障元件自動調(diào)節(jié)蓄電池硅整流事故照明開關(guān)電器的操作保護(hù)和自動裝置直流電機(jī)二次設(shè)備測量表計如電壓表、電流表、頻率表、功率表等，用于測量電路中的電氣參數(shù)。繼電保護(hù)、自動裝置、遠(yuǎn)動裝置迅速反應(yīng)系統(tǒng)不正常情況或故障情況，進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)節(jié)或作用于斷路器跳閘將故障切除。直流電源設(shè)備直流電源設(shè)備包括直流發(fā)電機(jī)組、蓄電池組、整流裝置等。供給控制、保護(hù)用的直流電源和廠用直流負(fù)荷等。操作電器、信號設(shè)備及控制電纜操作電器：諸如各種類型的操作把手、按鈕等操作電器實現(xiàn)對電路的操作控制。信號設(shè)備：信號設(shè)備給出信號或顯示運行狀態(tài)標(biāo)志?？刂齐娎|：控制電纜用于連接二次設(shè)備。電氣設(shè)備的符號圖形符號是用于表示電氣圖中電氣設(shè)備、裝置、元器件的一種圖形和符號。文字符號是電氣圖中電氣設(shè)備、裝置、元器件的種類字母和功能字母代碼。文字符號的字母應(yīng)采用大寫的拉丁字母。主要電氣設(shè)備的圖形和文字符號如表所示。電氣設(shè)備的符號電氣設(shè)備的符號電氣設(shè)備的符號在發(fā)電廠和變電站中，各種電器設(shè)備須用導(dǎo)線按一定的要求連成一個整體，并與必要的輔助設(shè)備一起安裝，為電氣接線和電氣裝置。在發(fā)電廠和變電站中，根據(jù)各種電氣設(shè)備的作用及要求，按一定的方式用導(dǎo)線連接起來所形成的電路稱為電氣接線。2.1電氣設(shè)備與電氣接線2.1.2電氣接線電氣主接線表明電能匯集和分配的的關(guān)系及各種運行方式。電氣主接線通常用規(guī)定的圖形符號和文字符號畫成電氣主接線圖來表示?？僧嫗槿€圖或單線圖。注意：1、單線圖雖繪制單相電路的連接情況，但是表示三相電路。2、圖中各種元件應(yīng)表示正常狀態(tài)。2.1.2電氣接線火電廠的電氣主接線圖雙母線三分段接線根據(jù)電氣主接線的要求，由開關(guān)電器、母線、保護(hù)和測量設(shè)備以及必要的輔助設(shè)備和建筑物構(gòu)成的整體為配電裝置。配電裝置按裝設(shè)地點的不同，分為屋內(nèi)配電裝置和屋外配電裝置。2.1電氣設(shè)備與電氣接線2.1.3配電裝置屋內(nèi)配電裝置，又稱發(fā)電機(jī)電壓配電裝置屋外配電裝置，又稱高壓配電裝置火電廠電氣系統(tǒng)示意圖我國電力系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)單機(jī)容量不斷增長，300、600MW單機(jī)成為主力機(jī)組，1000MW的單機(jī)逐步應(yīng)用。2.2發(fā)電廠的電氣部分300MW發(fā)電機(jī)組電氣部分—亞臨界主要特點1、采用發(fā)電機(jī)—變壓器單元接線，無發(fā)電機(jī)出口斷路器和隔離開關(guān)；2、

在主變低壓側(cè)引接一臺高壓廠用變壓器，供給廠用電；3、在發(fā)電機(jī)出口側(cè)，通過高壓熔斷器接有三組電壓互感器和一組避雷器；一、電氣主接線300MW發(fā)電機(jī)組采用發(fā)電機(jī)—變壓器單元接線，變壓器高壓側(cè)經(jīng)引線接入220kV系統(tǒng)。300MW發(fā)電機(jī)組電氣部分—亞臨界主要特點：4、

在發(fā)電機(jī)出口側(cè)和中性點側(cè)，每相裝有電流互感器；5、

發(fā)電機(jī)中性點接有中性點接地變壓器，干式（高電阻接地）6、

高壓廠用變壓器高壓側(cè)，每相裝有電流互感器。一、電氣主接線300MW發(fā)電機(jī)組由于額定電流很大，發(fā)電機(jī)和主變壓器之間的連接母線及廠用分支母線均采用全連離相封閉母線。相比起敞露母線有以下優(yōu)點：供電可靠：能有效地防止絕緣受灰塵、潮氣等污穢及外物造成的短路。運行安全：母線封閉于外殼中，且外殼接地，工作人員不會觸及帶電導(dǎo)體。由于金屬外殼的屏蔽作用，母線相間電動力減少，消除母線周圍鋼構(gòu)件的發(fā)熱。施工安裝簡便，運行維護(hù)工作量小。300MW發(fā)電機(jī)組電氣部分—亞臨界一、電氣主接線

二、主要電氣設(shè)備600MW發(fā)電機(jī)組電氣部分—超臨界600MW發(fā)電機(jī)組采用發(fā)電機(jī)—變壓器單元接線，變壓器高壓側(cè)經(jīng)引線接入500kV系統(tǒng)，500kV側(cè)采用一臺半斷路器接線方式。主要特點：1)發(fā)電機(jī)－變壓器單元接線，采用全連分相封閉母線。2）發(fā)電機(jī)與主變壓器之間無斷路器和隔離開關(guān)；3）主變采用三個單相雙繞組變壓器接成三相，低壓側(cè)接成三角形，高壓側(cè)接成星形，高壓側(cè)中性點直接接地。4）在主變低壓側(cè)引接一臺高壓廠用變壓器，供給廠用電；600MW發(fā)電機(jī)組電氣部分—超臨界5）在發(fā)電機(jī)出口側(cè)，通過高壓熔斷器接有三組電壓互感器和一組避雷器；6）在發(fā)電機(jī)出口側(cè)和中性點側(cè)，每相裝有電流互感器；7）發(fā)電機(jī)中性點接有中性點接地變壓器；8）高壓廠用變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)，每相裝有電流互感器；9）主變壓器高壓側(cè)，每相裝有電流互感器；中性點配置電流互感器。600MW發(fā)電機(jī)組主要電氣設(shè)備參數(shù)

1000MW發(fā)電機(jī)組電氣部分—超超臨界一、電氣主接線特點二、主要電氣設(shè)備三、超超臨界發(fā)電機(jī)組的特點與問題超超臨界發(fā)電技術(shù)可大幅度提高機(jī)組的熱效率，在可用性、可靠性、靈活性和機(jī)組壽命等方面可以與亞臨界火力發(fā)電機(jī)組媲美。超超臨界發(fā)電技術(shù)是我國電力工業(yè)升級換代、縮小于發(fā)達(dá)國家技術(shù)與裝備差距的新一代技術(shù)。但是超超臨界發(fā)電機(jī)組在設(shè)計和制造方面還有關(guān)鍵技術(shù)未解決。如新材料的開發(fā)。數(shù)字化發(fā)電廠大機(jī)組、大容量發(fā)電廠的設(shè)備和系統(tǒng)越來越多，所需操作、控制設(shè)備也愈來愈多。隨著生產(chǎn)過程高度自動化和管理現(xiàn)代化，電力行業(yè)市場經(jīng)濟(jì)逐步形成，發(fā)電企業(yè)必將加速進(jìn)入信息化時代，因此，與時代同步、與世界接軌，發(fā)展數(shù)字化發(fā)電廠是未來的必然趨勢。目前，數(shù)字化發(fā)電廠的概念主要是針對發(fā)電廠的生產(chǎn)過程，通過實時地數(shù)字化控制和管理對每個生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)環(huán)節(jié)、管理環(huán)節(jié)都用數(shù)據(jù)予以客觀描述，存儲、積累發(fā)電廠的歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)，再按一定規(guī)律，通過計算、歸納、提取，用動態(tài)數(shù)字來表達(dá)發(fā)電企業(yè)的生產(chǎn)狀態(tài)，實現(xiàn)企業(yè)數(shù)字化科學(xué)管理。核心是圍繞發(fā)電廠的生產(chǎn)運營和科學(xué)管理過程進(jìn)行數(shù)字化。數(shù)字化發(fā)電廠何為數(shù)字化發(fā)電廠?數(shù)字化發(fā)電廠模式1）基于上層網(wǎng)絡(luò)模式（信息網(wǎng)絡(luò)）。在仿真技術(shù)基礎(chǔ)上，將生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)、辦公管理數(shù)據(jù)匯總，進(jìn)行數(shù)字信息深度挖掘應(yīng)用。2）基于下層網(wǎng)絡(luò)模式（FCS網(wǎng)絡(luò)）。將發(fā)電機(jī)組大量測試功能下放到智能化現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）層面，從發(fā)電設(shè)備上直接采集設(shè)備、工藝數(shù)據(jù)，上層采用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)互聯(lián)。3）基于控制網(wǎng)絡(luò)模式（DCS網(wǎng)絡(luò)）?，F(xiàn)代發(fā)電廠幾乎離不開DCS技術(shù)。新的DCS技術(shù)可覆蓋到電氣領(lǐng)域，實現(xiàn)電廠“爐-機(jī)-電-輔”一體化網(wǎng)絡(luò)控制。4）上中下網(wǎng)絡(luò)合一模式（3層網(wǎng)絡(luò)）。該模式有3個網(wǎng)絡(luò)層（直接控制層、管理一體化層、生產(chǎn)經(jīng)營輔助決策層）、2個支持系統(tǒng)（數(shù)據(jù)庫支持系統(tǒng)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)支持系統(tǒng)），本質(zhì)為基于DCS網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化電廠模式。5）數(shù)字化發(fā)電廠5層網(wǎng)絡(luò)模型。模型的基礎(chǔ)技術(shù)是IT技術(shù)，支持系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)和軟件，每個層次的技術(shù)功能可以擴(kuò)充、調(diào)整。數(shù)字化發(fā)電廠數(shù)字化發(fā)電廠的核心技術(shù)1）采用成熟的FCS數(shù)字化儀表和裝置。2）發(fā)電廠“爐-機(jī)-電-輔”DCS一體化控制和數(shù)字化升壓站NCS。3）數(shù)字化CCTV（工業(yè)）網(wǎng)絡(luò)圖像監(jiān)視技術(shù)。4）廠級運營優(yōu)化增值服務(wù)技術(shù)。5）信息層面的數(shù)字化高端應(yīng)用。6）系統(tǒng)工程、軟件技術(shù)、流程技術(shù)和先進(jìn)的計算機(jī)輔助技術(shù)（CAD）、三維技術(shù)等。數(shù)字化發(fā)電廠2.3高壓交流輸變電隨著用電需求的不斷增長，大型水電廠、火電廠和核電廠的建設(shè)，地區(qū)間電源與負(fù)荷的不平衡以及經(jīng)濟(jì)調(diào)度的需要，電壓等級逐步提高。影響輸電電壓等級發(fā)展的主要原因：1）長距離輸電能力大容量發(fā)電廠的建設(shè)地點原理負(fù)荷中心，低壓輸電造成輸送功率的浪費和電能質(zhì)量的下降。2）大容量輸送電能隨著電力系統(tǒng)發(fā)電容量增大，即是輸電距離不長，也需要較高的電壓等級。3）節(jié)省基建投資和運行費用若以輸送每千米每千瓦輸電線路造價為單位造價，則在各級電壓相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)輸送容量范圍內(nèi)，線路的單位造價將隨輸電線路輸送電壓等級的升高而降低；在相同的輸送容量和距離的條件下，輸電線路的總損耗隨著電壓等級的升高而降低；此外，輸送相同容量輸電線路走廊（簡稱輸電走廊）的寬度，也隨著電壓等級的升高而降低。4）電力系統(tǒng)互連電力系統(tǒng)的將發(fā)展為大區(qū)域或跨區(qū)域的聯(lián)合電力系統(tǒng)，將各種一次能源轉(zhuǎn)化為電能并有效聯(lián)系在一起。2.3高壓交流輸變電500kV輸變電系統(tǒng)1、500kV升壓變壓器：電壓等級高、傳輸容量大。2、500kV自耦變壓器：500kV變電站的聯(lián)絡(luò)變壓器和降壓變壓器大都采用自耦變壓器，一般接為星形-星形。在正常情況下控制各輸電線路和設(shè)備的開端及關(guān)合；故障時自動斷開短路電流。依據(jù)滅弧介質(zhì)，分為油斷路器、真空斷路器、空氣斷路器、六氟化硫斷路器（我國500kV斷路器全部使用此斷路器）隔離開關(guān)是高壓開關(guān)設(shè)備的一種，在結(jié)構(gòu)上隔離開關(guān)沒有專門的滅弧裝置，因此不能用來拉合