第2章 發(fā)電、輸電、變電的電氣部分

第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分學(xué)習(xí)目的：通過(guò)本節(jié)的學(xué)習(xí)，熟悉發(fā)電廠、變電站中常用電氣設(shè)備的類(lèi)型和各種電氣設(shè)備的作用；掌握電氣接線的概念。本章主要內(nèi)容：?概述（發(fā)電廠、變電站的電氣設(shè)備及電氣接線）?發(fā)電廠、變電站的電氣部分?高壓交流輸變電第一節(jié)概述一、電氣設(shè)備根據(jù)電氣設(shè)備作用的不同，分兩種類(lèi)型：?一次設(shè)備?二次設(shè)備1、一次設(shè)備概念：生產(chǎn)和分配電能的設(shè)備稱(chēng)為一次設(shè)備。類(lèi)型：

(1)生產(chǎn)和轉(zhuǎn)換電能的設(shè)備

(2)接通和斷開(kāi)電路的開(kāi)關(guān)電器

(3)限流電器

(4)接地裝置

(5)載流導(dǎo)體(1)生產(chǎn)和轉(zhuǎn)換電能的設(shè)備發(fā)電機(jī)：機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能；電動(dòng)機(jī)：電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；變壓器：將電壓升高或降低；GMT(2)接通或斷開(kāi)電路的開(kāi)關(guān)電器開(kāi)關(guān)電器作用：?正常運(yùn)行時(shí)合、分電路；?事故（短路）時(shí)能在繼電保護(hù)裝置控制下切斷故障回路；?檢修時(shí)使被檢修設(shè)備與電源可靠隔離。

注：上述功能決定了開(kāi)關(guān)電器在電力系統(tǒng)中起著非常重要的作用，占60%以上。開(kāi)關(guān)電器的分類(lèi)：（按電壓等級(jí)的高低）高壓開(kāi)關(guān)電器和低壓開(kāi)關(guān)電器高壓斷路器?作用：①正常狀況下，控制各電力線路的開(kāi)斷與閉合。②事故時(shí)切除短路電流。③具有滅弧裝置。可做操作電器。?類(lèi)型：（按滅弧介質(zhì)的不同分類(lèi)）油斷路器、壓縮空氣斷路器、SF6斷路器、真空斷路器?文字符號(hào)：QF?圖形符號(hào)：QF隔離開(kāi)關(guān)?作用：①提供一個(gè)明顯的斷口，在檢修時(shí)使設(shè)備與電源可靠的隔離。②一般與斷路器配合使用，進(jìn)行倒閘操作，以改變電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式。

③無(wú)滅弧裝置，不能開(kāi)斷工作電流，故不可做操作電器。?文字符號(hào)與圖形符號(hào)：QSQSQFQS負(fù)荷開(kāi)關(guān)介于斷路器與隔離開(kāi)關(guān)之間的一種簡(jiǎn)易電器開(kāi)關(guān)。?作用：①專(zhuān)門(mén)用來(lái)接通或斷開(kāi)正常工作時(shí)的負(fù)荷電流，但不能切斷短路電流。具有滅弧柵。②一般與熔斷器配合使用。由熔斷器切斷過(guò)載及短路電流，由負(fù)荷開(kāi)關(guān)接通或斷開(kāi)負(fù)荷電流。?文字符號(hào)與圖形符號(hào)：QL接觸器

是一種接通或斷開(kāi)帶負(fù)載的交直流主電路或大容量控制電路的開(kāi)關(guān)，主要控制對(duì)象電動(dòng)機(jī)，電熱器，電焊機(jī)，照明設(shè)備等。高、低壓熔斷器作用：流過(guò)短路電流或較長(zhǎng)時(shí)間過(guò)電流時(shí)熔斷，來(lái)保護(hù)電器設(shè)備。注意事項(xiàng)：

6KV熔斷器只能用于6KV，不能用于3KV。

10KV熔斷器只能用于10KV，不能用于6KV。文字符號(hào)與圖形符號(hào)：FUFU自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)（自動(dòng)空氣斷路器、低壓斷路器）作用：①對(duì)配電電路、電動(dòng)機(jī)或其它用電設(shè)備實(shí)行通斷操作并起保護(hù)作用的電器。②當(dāng)電路內(nèi)出現(xiàn)過(guò)載、短路、欠壓等情況時(shí)，能在自身開(kāi)關(guān)所帶保護(hù)元件作用下自動(dòng)斷開(kāi)主回路。

是低壓配電系統(tǒng)中的主要開(kāi)關(guān)。文字符號(hào)與圖形符號(hào)：QA

刀開(kāi)關(guān)作用：①檢修設(shè)備時(shí)起隔離電源的作用。②當(dāng)裝設(shè)用滅弧罩并用杠桿操作時(shí)，能切斷或接通額定電流文字符號(hào)與圖形符號(hào)：QK避雷器

作用：限制電力系統(tǒng)過(guò)電壓。避雷器類(lèi)型：保護(hù)間隙、管型避雷器、閥型避雷器、磁吹式避雷器、氧化鋅避雷器等。電抗器。

作用：限制電力系統(tǒng)中短路電流。文字符號(hào)與圖形符號(hào)：(3)限流電器LF(4)載流導(dǎo)體作用：

連接各種電氣設(shè)備（使發(fā)電、輸電、用電成為一個(gè)可靈活調(diào)度的系統(tǒng)）。分類(lèi)：a.電纜：自身包括有絕緣的導(dǎo)體b.裸導(dǎo)體：無(wú)絕緣的導(dǎo)體。電纜X線路WLc.母線W發(fā)電廠、變電站中通常出線和發(fā)電機(jī)電源數(shù)目較多，為了便于二者的連接，常用母線將電源和出線連接起來(lái)。作用：匯集、分配、傳輸電能。(5)互感器作用：

將一次接線系統(tǒng)的高電壓、大電流變換成標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)的低電壓（100V）和小電流（5A/1A），向二次測(cè)量、控制與調(diào)節(jié)裝置及儀表提供電壓、電流信號(hào)。

因此互感器是連接一次回路與二次回路的設(shè)備，它是一次回路與二次回路的分界線。類(lèi)型：電壓互感器、電流互感器。符號(hào)如圖：互感器符號(hào)圖電壓互感器

TV電流互感器

TA（7）接地裝置作用：電力系統(tǒng)安全用電。

電氣設(shè)備的某部分與土壤之間作良好的電氣連接，稱(chēng)之為接地。埋入地中并直接與大地接觸的金屬導(dǎo)體稱(chēng)為接地體，連接接地體和電氣設(shè)備接地部分的導(dǎo)線稱(chēng)為接地線。接地線和接地體合稱(chēng)為接地裝置。

文字符號(hào)與圖形符號(hào)：GND工作接地作用：

工作接地是為了電力系統(tǒng)和用電設(shè)備正常工作而進(jìn)行的接地,如變壓器、發(fā)電機(jī)、中性點(diǎn)接地以及防雷接地等都屬該類(lèi)接地。包括：中性點(diǎn)直接接地、中性點(diǎn)非直接接地。ABC0使電工設(shè)備的金屬外殼接地的措施。把正常情況下不帶電，而在故障情況下可能帶電的電氣設(shè)備外殼、構(gòu)架、支架通過(guò)接地和大地接連起來(lái)叫保護(hù)接地。

保護(hù)接地的作用就是將電氣設(shè)備不帶電的金屬部分與接地體之間作良好的金屬連接，降低接點(diǎn)的對(duì)地電壓，可防止在絕緣損壞或意外情況下金屬外殼帶電時(shí)強(qiáng)電流通過(guò)人體，以保證人身安全保護(hù)接地防雷保護(hù)接地

把雷電迅速引入大地，以防止雷害為目的的接地。避雷裝置有避雷針、避雷帶、避雷網(wǎng)、避雷線等二次設(shè)備概念：對(duì)一次設(shè)備的工作進(jìn)行監(jiān)察、測(cè)量、控制和保護(hù)的設(shè)備稱(chēng)二次設(shè)備。分類(lèi)：

1、測(cè)量表計(jì)

2、繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置

3、直流電源

4、操作電器、信號(hào)設(shè)備及控制電纜。二次設(shè)備1、測(cè)量表計(jì)作用：測(cè)量電路中的參數(shù)。例：電流表、電壓表、功率表、電能表等。

2、繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置作用：電力系統(tǒng)故障時(shí)，這些裝置能迅速反應(yīng)，并進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控和調(diào)節(jié)。(4)操作電器、信號(hào)設(shè)備及控制電纜。如各種類(lèi)型的操作把手、按鈕等操作電器實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的操作控制；信號(hào)設(shè)備給出信號(hào)或顯示運(yùn)行狀態(tài)標(biāo)志；控制電纜用于連接二次設(shè)備。(3)直流電源設(shè)備作用：供保護(hù)用或事故時(shí)照明用。例：直流發(fā)電機(jī)、蓄電池等二、電氣接線和裝置

在發(fā)電廠和變電站中．各種電氣設(shè)備必須用導(dǎo)體按一定的要求連成—個(gè)整體，并與必要的輔助設(shè)備一起安裝，構(gòu)成通路，實(shí)現(xiàn)發(fā)供電，這便是電氣接線和電氣裝置。電氣接線的概念：

在發(fā)電廠和變電站中，根據(jù)各種電氣設(shè)備作用和要求，按一定的方式用導(dǎo)線連接起來(lái)所形成的電路。這就是電氣接線。1、電氣主接線其中又分一次接線和二次接線。由一次設(shè)備（如變壓器、斷路器等）按照預(yù)期的生產(chǎn)流程所連成的回路，稱(chēng)一次回路，又叫一次接線、電氣主接線。主接線圖：

一次電路中，各設(shè)備元件按規(guī)定的圖形符號(hào)表示的電路圖稱(chēng)一次電路圖，又叫主接線圖。舉例：！注意：電氣主接線圖一般用單線圖表示三相電路一次接線火電廠電氣主接線圖2.配電裝置概念：

根據(jù)電氣主接線的要求，由開(kāi)關(guān)電器、母線、保護(hù)和測(cè)量設(shè)備以及必要的輔助設(shè)備和建筑物組成的整體。分類(lèi)（按照安裝地點(diǎn)的不同）屋內(nèi)配電裝置屋外配電裝置屋內(nèi)配電裝置屋外配電裝置補(bǔ)充：二次接線二次接線概念：

二次設(shè)備連成的電路，稱(chēng)二次電路，又稱(chēng)二次接線。二次接線圖概念：二次接線中，各元件按規(guī)定的圖形符號(hào)表示的電路圖。作用：為了保證一次接線安全、可靠、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行，對(duì)一次接線中的設(shè)備實(shí)施測(cè)量、控制、調(diào)節(jié)。第二節(jié)發(fā)電廠的電氣部分一、300MW機(jī)組電氣部分1、電氣主接線采用發(fā)電機(jī)、變壓器單元接線，無(wú)發(fā)電機(jī)出口斷路器和隔離開(kāi)關(guān)。主變低壓側(cè)引一臺(tái)高壓廠用變壓器，供廠用電。發(fā)電機(jī)和變壓器的聯(lián)結(jié)母線、廠用分支母線均采用全聯(lián)分相封閉母線。全連分相封閉母線的優(yōu)點(diǎn)

(1)供電可靠。封閉母線有效地防止了絕緣遭受灰塵、潮氣等污穢和外物造成的短路。

(2)運(yùn)行安全。由于母線封閉在外殼內(nèi)，且外殼接地，使工作人員不會(huì)觸及帶電導(dǎo)體。

(3)出于外殼的屏蔽作用，母線電動(dòng)力大大減少。而且基本消除了母線周?chē)摌?gòu)件的發(fā)熱。

(4)運(yùn)行維爐工作量小。主要電氣設(shè)備1、發(fā)電機(jī)：額定功率：300MW，額定電壓：20KV，額定電流:10189A,cosΦ=0.85,額定轉(zhuǎn)速：3000r/min。2、主變壓器：額定容量：360MVA，額定電壓：242±2×2.5％/20KV，額定電流：858.9/10392.3A,YN,d11,ΔP0=177KW，I0%=0.3,ΔPK=809KW,UK%=113、高壓廠用變：額定容量：40/20-20MWA,

額定電壓：20±2×2.5％/6.3－6.3KVDd12-d12,主要電氣設(shè)備4、電壓互感器：JDZJ-20型，變比；DZ-20型，5、電流互感器：LRD-20型，變比12500/5A

6、高壓熔斷器：額定電流20KA，額定容量4500MVA7、中性點(diǎn)接地變壓器：干式、單相、額定電壓：20/0.23KV,

額定容量：25KV，二次側(cè)負(fù)載電阻：0.5～0.6Ω，換算至一次側(cè)：3781～4537Ω。

單機(jī)容量為600MW的發(fā)電機(jī)，由于額定電流為19245A．采用全連分相封閉母線。二、600MW機(jī)組電氣部分1、電氣主接線采用發(fā)電機(jī)、變壓器單元接線，無(wú)發(fā)電機(jī)出口斷路器和隔離開(kāi)關(guān)。主變低壓側(cè)引一臺(tái)高壓廠用變壓器，供廠用電。主要電氣設(shè)備1、發(fā)電機(jī)：額定功率：600MW，額定電壓：20KV，額定電流:19245A,cosΦ=0.9,額定轉(zhuǎn)速：3000r/min。2、主變壓器：額定容量：720MVA，額定電壓：550/20KV，額定電流:755.8/20784.6A,YN,d11,ΔP0=278.4KW，I0%=0.12,ΔPK=1280KW,UK%=13.53、高壓廠用變：額定容量：50/31.5-31.5MWA,

額定電壓：20±8×1.25％/6.3－6.3KV主要電氣設(shè)備4、電壓互感器：JDZJ-20型，變比；JDZJ-20型，變比5、電流互感器：

LRD-20型，變比12000/5A

6、高壓熔斷器：額定電流20KA，額定容量4500MVA7、中性點(diǎn)接地變壓器：干式、單相、額定電壓：20/0.23KV,

額定容量：25KV，二次側(cè)負(fù)載電阻：0.5～0.6Ω，換算至一次側(cè)：3781～4537Ω。四、數(shù)字化發(fā)電廠1、數(shù)字化發(fā)電廠的概念2、數(shù)字化發(fā)電廠的模式3、數(shù)字化發(fā)電廠的核心技術(shù)網(wǎng)絡(luò)整體結(jié)構(gòu)示例運(yùn)河300MW機(jī)組輔控DCS配置第三節(jié)高壓交流輸電一、概述采用高壓交流輸電的原因：1、長(zhǎng)距離輸送電能2、大容量輸送電能3、節(jié)省基建投資和運(yùn)行費(fèi)用4、電力系統(tǒng)互連電壓等級(jí)(KV)輸送距離(Km)輸送容量(MW)線損率(%)220100~3002502.75330200~6007001.3500150~85012000.95750500以上25000.71000KV電網(wǎng)優(yōu)勢(shì)：中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)陸延昌用幾組數(shù)字說(shuō)明特高壓電網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)：

?一回1000千伏特高壓交流輸電線路輸送功率接近500萬(wàn)千瓦，約為500千伏線路的4～5倍；?同時(shí)特高壓交流線路在輸送功率相同的情況下，可將最遠(yuǎn)送電距離延長(zhǎng)3倍，而損耗只有500千伏線路的25％～40％。?輸送同樣的功率，采用1000千伏線路與500千伏線路相比，可節(jié)省60%土地資源。二、我國(guó)330KV及以上超高壓輸電線路?我國(guó)第一回330KV線路正式投運(yùn)。

1972年，使劉家峽水電站的電力送入了西北電力系統(tǒng)。線路全長(zhǎng)約534千米。?我國(guó)第一回500KV線路正式投運(yùn)。

1981年，在華中電力系統(tǒng)建成。?我國(guó)第一回750KV線路正式開(kāi)工。

2003年9月在西北開(kāi)工，可促進(jìn)西電東送。線路全長(zhǎng)約595千米。?我國(guó)第一回1000KV線路正式開(kāi)工

2006年8月19日，我國(guó)首條1000kV特高壓示范線路工程開(kāi)工建設(shè)。線路全長(zhǎng)約653.8千米。三、500KV變電站電氣主接線500KV變電站電氣主接線主要設(shè)備

1、主變壓器升壓變壓器：容量：700MWA左右，多采用三相變壓器，也可采用三臺(tái)單相變壓器。

500KV自耦變壓器：聯(lián)絡(luò)變壓器、降壓變壓器。

2、斷路器

3、隔離開(kāi)關(guān)

4、電壓互感器

5、電流互感器

6、避雷器主要設(shè)備7．并聯(lián)高壓電抗器和抽能并聯(lián)高壓電抗器超高壓交流輸電線路有大量的容性充電功率。100km長(zhǎng)的500kv線路容性充電功率約為100~120Mvar,為同樣長(zhǎng)度220kv線路的6~7倍。因此，在超高壓輸電線路上一般安裝設(shè)并聯(lián)高壓電抗器。為了解決則500kV交流開(kāi)關(guān)站的站用電問(wèn)題，可采用帶輔助抽能線閣的并聯(lián)高壓電抗器，簡(jiǎn)稱(chēng)為抽能并聯(lián)高壓電抗器。第四節(jié)高壓直流輸電一、高壓直流輸電概述1、直流輸電發(fā)展概況1882年：1.5～2KV直流電壓，57Km輸電線路。1912年：100KV，功率為15MW，190Km1954年：100KV，功率為20MW，96Km

（采用汞弧閥做換流裝置，發(fā)展較慢）1976年：采用晶閘管做換流裝置，發(fā)展迅速第四節(jié)高壓直流輸電世界直流輸電：輸送容量最大的直流輸電（巴西）：±600KV,長(zhǎng)度806Km，容量為6300MW電壓等級(jí)最高：（前蘇聯(lián)）±750KV,長(zhǎng)度2414Km，容量為6000MW我國(guó)直流輸電：葛洲壩－上海南橋：（1990年8月）

±500KV,長(zhǎng)度1045.7Km，容量為1200MW2、直流輸電的優(yōu)點(diǎn)（1）線路造價(jià)低、年運(yùn)行費(fèi)用省A、如果輸電線路建設(shè)費(fèi)用相等，則直流輸送的功率可為交流輸送功率的1.5倍。B、在導(dǎo)線截面相等并輸送同樣功率時(shí)，直流線路發(fā)生的功率損耗約比交流線路少1／3。C、雙極直流線路的年平均損耗僅為相同交流線路的50～60％。D、直流電纜比交流電纜的造