第二章 發(fā)電、變電與輸電的電氣部分

基本要求1、掌握主要電氣設(shè)備的功能及其圖形符號(hào)2、掌握電氣主接線(xiàn)及配電裝置的基本概念3、掌握發(fā)電廠(chǎng)電氣部分的組成4、了解300MW、600MW發(fā)電機(jī)組電氣部分的特點(diǎn)5、了解高壓交、直流輸電和遠(yuǎn)距離輸電與靈活交流輸電系統(tǒng)電能的生產(chǎn)：火電、水電和核電、各種新能源電能的傳輸：交流架空線(xiàn)路或電纜

直流輸電電能的變換和分配：變電站電能的使用：各種形式的負(fù)荷將電能轉(zhuǎn)換成其他形式的能源電力系統(tǒng)的功能電氣設(shè)備和電氣接線(xiàn)目錄一二發(fā)電廠(chǎng)的電氣部分三高壓交流輸電四高壓直流輸電五遠(yuǎn)距離輸電與靈活交流輸電系統(tǒng)電氣設(shè)備生產(chǎn)和轉(zhuǎn)換電能的設(shè)備開(kāi)關(guān)電器限制短路電流和防御過(guò)電壓設(shè)備載流導(dǎo)體接地裝置儀用互感器測(cè)量表計(jì)繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置直流電源設(shè)備操作電器、信號(hào)設(shè)備及控制電纜一次設(shè)備二次設(shè)備生產(chǎn)變換輸送分配使用測(cè)量監(jiān)視控制保護(hù)第一節(jié)電氣設(shè)備和電氣接線(xiàn)一次設(shè)備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)換為電能電動(dòng)機(jī)-電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能變壓器-電壓升高/降低，進(jìn)行輸配電②接通或斷開(kāi)電路的開(kāi)關(guān)電器斷路器：斷開(kāi)/接通電路中的正常電流/故障電流隔離開(kāi)關(guān)：形成明顯絕緣間隙負(fù)荷開(kāi)關(guān)：只能開(kāi)斷負(fù)載電流和一定過(guò)載電流熔斷器：過(guò)載或短路時(shí)，起到開(kāi)斷和保護(hù)的作用熔斷器高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)彈簧脫扣機(jī)構(gòu)③限制故障電流和防御過(guò)電壓的電器電抗器（串聯(lián)）-限制短路電流，維持母線(xiàn)殘壓。避雷器-保護(hù)電力系統(tǒng)和電氣設(shè)備的絕緣使其不受過(guò)電壓而損壞④載流導(dǎo)體：將電氣設(shè)備連接起來(lái)架空線(xiàn)路：終端線(xiàn)、聯(lián)絡(luò)線(xiàn)電纜：用于城市、廠(chǎng)站內(nèi)部或附近、穿越江河或海峽母線(xiàn)：匯集和分配電能硬母線(xiàn)由絕緣子支撐220kV母線(xiàn)10kV母線(xiàn)軟母線(xiàn)由絕緣子串懸掛在桿塔上圖形符號(hào)⑤接地裝置電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的工作接地或保護(hù)人身安全的保護(hù)接地，與地中的接地網(wǎng)相連。接地刀閘閉合，保護(hù)檢修人員安全⑥無(wú)功補(bǔ)償裝置并聯(lián)電容器：移相電容器。用于補(bǔ)償電力系統(tǒng)感性負(fù)荷無(wú)功功率，提高功率因數(shù)，改善電壓質(zhì)量，降低線(xiàn)路損耗。并聯(lián)電抗器：接在超高壓輸電線(xiàn)的末端和地之間串聯(lián)電容器：串聯(lián)在330kV及以上的超高壓線(xiàn)路中，從補(bǔ)償（減少）電抗的角度改善系統(tǒng)電壓，以減少電能損耗，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。應(yīng)用于電力輸電、配電系統(tǒng)中，特別是長(zhǎng)距離、大容量的輸電系統(tǒng)中，提高輸送容量，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，改善系統(tǒng)的電壓調(diào)整率，同時(shí)提高系統(tǒng)功率因數(shù)，降低線(xiàn)路損耗。并聯(lián)電容器串聯(lián)電容器并聯(lián)電抗器二次設(shè)備①互感器(電流互感器、電壓互感器)將一次系統(tǒng)高電壓和大電流轉(zhuǎn)換為二次系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的低電壓和小電流，供給儀表和保護(hù)裝置使用，使一次與二次系統(tǒng)可靠隔離。電流互感器電壓互感器②測(cè)量表計(jì)③繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置電流表、電壓表、功率表等保護(hù)、自動(dòng)重合閘、備用電源④直流電源設(shè)備供給控制、保護(hù)和廠(chǎng)用直流負(fù)荷、事故照明的直流用電（直流發(fā)電機(jī)組蓄電池組硅整流設(shè)備）⑤操作電器、信號(hào)設(shè)備及控制電纜母線(xiàn)、導(dǎo)線(xiàn)、電力電纜W（電纜終端頭*）生產(chǎn)和轉(zhuǎn)換電能的設(shè)備開(kāi)關(guān)電器限制短路電流和防御過(guò)電壓載流導(dǎo)體發(fā)電機(jī)G

變壓器T電動(dòng)機(jī)M斷路器QF隔離開(kāi)關(guān)QS負(fù)荷開(kāi)關(guān)Q熔斷器FU電抗器L避雷器F火花間隙F接地E互感器電流互感器TA電壓互感器TV主要電氣設(shè)備的圖形符號(hào)舊舊M電氣接線(xiàn)表明電能匯集和分配關(guān)系以及各種運(yùn)行方式對(duì)一次設(shè)備及系統(tǒng)進(jìn)行控制、監(jiān)察、測(cè)量和保護(hù)一次電路（電氣主接線(xiàn)）電氣主接線(xiàn)：由高壓電器通過(guò)連接線(xiàn)，按其功能要求組成接受和分配電能的通電回路，成為傳輸強(qiáng)電流、高電壓的網(wǎng)絡(luò)，一次接線(xiàn)或電氣主系統(tǒng)。二次電路（二次接線(xiàn)）測(cè)量表計(jì)回路、斷路器控制和信號(hào)回路操作電源回路、繼電保護(hù)回路、自動(dòng)裝置回路電氣接線(xiàn)和裝置根據(jù)主接線(xiàn)要求，由開(kāi)關(guān)電器、母線(xiàn)、保護(hù)和測(cè)量以及必要的設(shè)備和建筑物組成的整體。配電裝置（屋內(nèi)和屋外配電裝置）電氣設(shè)備和電氣接線(xiàn)目錄一二發(fā)電廠(chǎng)的電氣部分三高壓交流輸電四高壓直流輸電五遠(yuǎn)距離輸電與靈活交流輸電系統(tǒng)電氣系統(tǒng)電能生產(chǎn)系統(tǒng)電氣一次系統(tǒng)電氣二次系統(tǒng)通過(guò)與汽輪機(jī)同軸的發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能；通過(guò)高壓配電裝置將電能匯集并分配送往電力傳輸網(wǎng)絡(luò)；通過(guò)廠(chǎng)用供電系統(tǒng)，保證廠(chǎng)用輔機(jī)供電；通過(guò)二次系統(tǒng)對(duì)一次系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視、測(cè)量、控制和保護(hù)。作用第二節(jié)發(fā)電廠(chǎng)的電氣部分

火力300MW、600MW是主力機(jī)組。一、300MW發(fā)電機(jī)組電氣部分（P32圖2-2）1發(fā)電機(jī)與變壓器直接相連，組成單元接線(xiàn)。特點(diǎn)？介紹主要設(shè)備作用。發(fā)電機(jī)與變壓器容量概念。發(fā)電機(jī)、主變、廠(chǎng)變?nèi)萘筷P(guān)系。發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)為什么經(jīng)接地變壓器接地？消弧線(xiàn)圈？2

全連分/離相封閉母線(xiàn)概念優(yōu)點(diǎn)：可靠、安全、減少母線(xiàn)電動(dòng)力及鋼構(gòu)發(fā)熱●發(fā)電機(jī)－變壓器單元接線(xiàn)，采用全連分相封閉母線(xiàn);●無(wú)發(fā)電機(jī)出口斷路器和隔離開(kāi)關(guān)；●在主變低壓側(cè)引接一臺(tái)高壓廠(chǎng)用變壓器，供給廠(chǎng)用電；●在發(fā)電機(jī)出口側(cè)，通過(guò)高壓熔斷器接有三組電壓互感器和一組避雷器；●在發(fā)電機(jī)出口側(cè)和中性點(diǎn)側(cè)，每相裝有電流互感器；●發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接有中性點(diǎn)接地變壓器，干式（高電阻接地）高壓廠(chǎng)用變壓器高壓側(cè)，每相裝有電流互感器。發(fā)電機(jī)：額定功率300MW，額定電壓20KV，額定電流10189A，COSФ=0.85額定轉(zhuǎn)速3000r/min;主變壓器：額定容量360MV·A，額定電壓242±2×2.5%/20kV，額定電流858.9/10392.3A，連接組別為YN,d11，ΔP0＝177kW，I0%=0.3，ΔPk＝809kW，Uk=11;高壓廠(chǎng)用變壓器：額定容量40/20-20MV·A，額定電壓20±2×2.5%/6.3－6.3kV，接線(xiàn)組別為D，d12，d12;電壓互感器：JDZD-20型，變比kV和JDZ-20型，變比KV高壓熔斷器：RN4-20型，額定電流20kA，額定容量4500MV·A電流互感器：LRD-20型，變比12000/5A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·A，二次側(cè)負(fù)載電阻為0.5～0.6，換算至變壓器一次側(cè)電阻值為3781～4537歐姆。發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)實(shí)際為高電阻接地方式，用來(lái)限制電容電流。300MW發(fā)電機(jī)組主要電氣設(shè)備的參數(shù)二、600MW發(fā)電機(jī)組接線(xiàn)（P33圖2-3）三相變壓器組成的變壓器組廠(chǎng)用變壓接線(xiàn)類(lèi)別發(fā)電機(jī)組采用發(fā)電機(jī)—變壓器單元接線(xiàn)；變壓器500kV側(cè)采用一臺(tái)半斷路器接線(xiàn)方式?！癜l(fā)電機(jī)－變壓器單元接線(xiàn)，采用全連分相封閉母線(xiàn);●無(wú)發(fā)電機(jī)出口斷路器和隔離開(kāi)關(guān)；●主變采用三個(gè)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?！裨谥髯兊蛪簜?cè)接一臺(tái)高壓廠(chǎng)用變壓器，供給廠(chǎng)用電；●在發(fā)電機(jī)出口側(cè)，接有兩組電壓互感器、一組避雷器和一組電容器；●在發(fā)電機(jī)出口側(cè)和中性點(diǎn)側(cè)，每相裝有電流互感器；●發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接有中性點(diǎn)接地變壓器；●高壓廠(chǎng)用變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)，每相裝有電流互感器；●主變壓器高壓側(cè)，每相裝有電流互感器。電氣接線(xiàn)圖

主要顯示系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)、變壓器、電力線(xiàn)路、母線(xiàn)及斷路器等主要元件間的電氣接線(xiàn)。電氣設(shè)備和電氣接線(xiàn)目錄一二發(fā)電廠(chǎng)的電氣部分三高壓交流輸電四高壓直流輸電五遠(yuǎn)距離輸電與靈活交流輸電系統(tǒng)1.長(zhǎng)距離輸送電能2.大容量輸送電能3.節(jié)約基建投資與運(yùn)行費(fèi)用4.電力系統(tǒng)互聯(lián)一、高壓交流輸變電概述330kV級(jí)以上是超壓輸電二、我國(guó)330kV以及超高壓輸電第三節(jié)高壓交流輸電不同電壓等級(jí)的輸送功率和距離電壓等級(jí)與線(xiàn)損率的關(guān)系

主要電氣設(shè)備：（主變壓器、斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、電壓互感器、電流互感器、避雷器）作用三、500kV變電站電氣主接線(xiàn)樞紐變電站，說(shuō)明其作用---接線(xiàn)方式（3/2或雙母四分段帶專(zhuān)用旁路母線(xiàn)）避雷器：保護(hù)電氣設(shè)備免遭雷電沖擊波襲擊。五種：保護(hù)間隙、管型避雷器、閥型避雷器、磁吹閥式避雷器和氧化鋅避雷器。500kv—氧化鋅避雷器做過(guò)電壓保護(hù)（無(wú)間隙、無(wú)續(xù)流、殘壓低等特點(diǎn)）四、并聯(lián)高壓電抗器和抽能并聯(lián)高壓電抗器限制工頻電壓升高降低操作過(guò)電壓消除發(fā)電機(jī)帶長(zhǎng)線(xiàn)出現(xiàn)自勵(lì)磁避免長(zhǎng)距離輸送無(wú)功功率并降低線(xiàn)損限制潛供電流電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院電力系第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分電氣設(shè)備和電氣接線(xiàn)目錄一二發(fā)電廠(chǎng)的電氣部分三高壓交流輸電四高壓直流輸電五遠(yuǎn)距離輸電與靈活交流輸電系統(tǒng)第四節(jié)直流輸電一、直流輸電的主要用途1.遠(yuǎn)距離大功率輸電2.海底電纜送電3.不同頻率或相同額定頻率非同步運(yùn)行的交流系統(tǒng)之間的聯(lián)絡(luò)4.用地下電纜向用電密度高的城市供電二、直流輸電的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)1.當(dāng)輸送功率相同時(shí)，其線(xiàn)路造價(jià)低3.兩端交流電力系統(tǒng)不需要同步運(yùn)行，輸電距離不受電力系統(tǒng)同步運(yùn)行穩(wěn)定性的限制4.直流線(xiàn)路的電壓、電流、功率的調(diào)節(jié)比較容易和迅速2.當(dāng)輸送功率相同時(shí)，其功率損耗小5.可以實(shí)現(xiàn)不同頻率或相同頻率交流系統(tǒng)之間的非同步聯(lián)系6.直流輸電線(xiàn)路在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)沒(méi)有電容電流沿線(xiàn)電壓分布平穩(wěn)線(xiàn)路電壓降較?。▋H電阻性壓降）線(xiàn)路部分不需要無(wú)功補(bǔ)償裝置換流站造價(jià)高消耗無(wú)功諧波高壓直流斷路器大地回流造成的腐蝕及對(duì)交流系統(tǒng)的影響閉鎖缺點(diǎn)直流輸電的基本原理直流輸電的主要電氣設(shè)備三、直流輸電的接線(xiàn)方式單極直流輸電單極兩線(xiàn)直流輸電雙極直流輸電1單極直流輸電特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)；地電流對(duì)地下埋設(shè)設(shè)備的金屬物腐蝕嚴(yán)重；對(duì)交流系統(tǒng)的影響。換流站與直流線(xiàn)路的連接端點(diǎn)2單極兩線(xiàn)直流輸電無(wú)大地回流3雙極直流輸電直流輸電系統(tǒng)的原理接線(xiàn)圖（雙極）換流器換流閥閥閥臂四、換流站的工作原理?yè)Q流站把三相交流電變換成直流電的換流站逆變站：把直流線(xiàn)路送來(lái)的直流電變換成交流電的換流站整流站：特點(diǎn)只輸送有功功率，不輸送無(wú)功功率換流閥在運(yùn)行時(shí)，它對(duì)交流、直流系統(tǒng)兩側(cè)都將產(chǎn)生諧波在換流站兩側(cè)均必須采用濾除諧波的措施五、我國(guó)直流輸電的發(fā)展概況已經(jīng)投運(yùn)和在建的直流輸電工程1）舟山直流輸電工程

1987年12月投入試運(yùn)行額定電壓100kV，額定輸送功率50MW2）葛上直流輸電工程1989年底建成單極500kV，輸送電力600MW1990年建成雙極±500kV，輸送電力1200MW3）天廣直流輸電工程額定電壓±500kV，輸送功率1800MW4）嵊泗直流輸電工程2003年正式投入運(yùn)行額定電壓±50kV，輸送功率雙極60MW5）三常直流輸電工程2000年開(kāi)始建設(shè)全長(zhǎng)890km2002年底已建成單極500kV輸送電力1500MW2003年5月建成雙極±500kV輸送電力3000MW6）三廣直流輸電工程2003年底建成單極500kV輸送電力1500MW2004年上半年建成雙極±500kV輸送電力3000MW2003年開(kāi)始建設(shè)2001年開(kāi)始建設(shè)7）貴廣直流輸電工程2001年開(kāi)始建設(shè)全長(zhǎng)900km2004年建成單極500kV輸送電力1500MW2005年建成雙極±500kV輸送電力3000MW8）靈寶背靠背直流輸電工程2005年建成雙極±120kV輸送電力360MW9）云南—廣東±800kv特高壓直流輸電示范工程，屬于世界上第一條?，F(xiàn)代直流輸電優(yōu)點(diǎn)：☆每根同樣截面的導(dǎo)線(xiàn)，能輸送更大的功率，并且有功損耗??；☆輸送線(xiàn)路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；☆每根導(dǎo)線(xiàn)都可以作為一個(gè)獨(dú)立回路運(yùn)行，并且可以采用大地或海水作回路；☆沒(méi)有充電功率和充電電流，沒(méi)有集膚效應(yīng)；☆電纜線(xiàn)路可以在較高的電位梯度下運(yùn)行；☆不存在穩(wěn)定問(wèn)題；☆可以聯(lián)絡(luò)兩個(gè)不同頻率的交流系統(tǒng)，聯(lián)絡(luò)線(xiàn)上的功率易于控制。

主要缺點(diǎn)有：☆換流器投資昂貴，且需要消耗較多的無(wú)功功率?！顡Q流器是一個(gè)諧波源會(huì)產(chǎn)生電力污染，而且?guī)缀鯖](méi)有過(guò)載能力?！钅壳吧袩o(wú)適用的直流斷路器。

直流輸電的應(yīng)用范圍有：遠(yuǎn)距離大容量輸電、海底電纜輸電、兩個(gè)交流系統(tǒng)的互聯(lián)、大城市地下輸電、減小短路容量、配合新能源輸電。

交流輸電由來(lái)已久,交流輸電線(xiàn)路中,除了有導(dǎo)線(xiàn)的電阻損耗外還有交流感抗的損耗。為了解決交流輸電電阻的損耗,采用高壓和超高壓輸電來(lái)減小電流來(lái)減小損耗。

但是交流電感損耗不能減小。因此交流輸電不能做太遠(yuǎn)距離輸電。如果線(xiàn)路過(guò)長(zhǎng)輸送的電能就會(huì)全部消耗在輸電線(xiàn)路上.交流輸電并網(wǎng)還要考慮相位的一致。如果相位不一致兩組發(fā)電機(jī)并網(wǎng)會(huì)互相抵消。交/直流輸電的比較直流輸電克服了上述電感的損耗。只有導(dǎo)線(xiàn)電阻的損耗。主要應(yīng)用于遠(yuǎn)距離大容量輸電、電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)距離海底電纜或大城市地下電纜送電、配電網(wǎng)絡(luò)的輕型直流輸電等方面。直流輸電與交流輸電相互配合，構(gòu)成現(xiàn)代電力傳輸系統(tǒng)。隨著電力系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)需求的不斷增長(zhǎng)和提高，直流輸電受到廣泛的注意并得到不斷的發(fā)展。與直流輸電相關(guān)的技術(shù)，如電力電子、微電子、計(jì)算機(jī)控制、絕緣新材料、光纖、超導(dǎo)、仿真以及電力系統(tǒng)運(yùn)行、控制和規(guī)劃等的發(fā)展為直流輸電開(kāi)辟了廣闊的應(yīng)用前景。電氣設(shè)備和電氣接線(xiàn)目錄一二發(fā)電廠(chǎng)的電氣部分三高壓交流輸電四高壓直流輸電五遠(yuǎn)距離輸電與靈活交流輸電系統(tǒng)第五節(jié)遠(yuǎn)距離輸電與靈活交流輸電系統(tǒng)一、遠(yuǎn)距離輸電二、遠(yuǎn)距離輸電方式直流遠(yuǎn)距離輸電交流遠(yuǎn)距離輸電---穩(wěn)定性問(wèn)題三、靈活交流輸電系統(tǒng)FlexibleAlternativeCurrentTransmiss