發(fā)電廠電氣部分第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分

發(fā)電廠變電所電氣設(shè)備<發(fā)電廠電氣部分>課題組電力工程學(xué)院電氣工程系第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分1第一節(jié)概述一、電氣設(shè)備(一〕一次設(shè)備通常把消費(fèi)、變換、保送、分配和運(yùn)用電能的設(shè)備，如發(fā)電機(jī)、變壓器和斷路器等稱為一次設(shè)備。它們包括：〔1〕消費(fèi)和轉(zhuǎn)換電能的設(shè)備。〔2〕接通或斷開電路的開關(guān)電器。第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分2〔3〕限制缺點(diǎn)電流和防御過電壓的維護(hù)電器。〔4〕載流導(dǎo)體?！?〕互感器，包括電壓互感器和電流互感器?！?〕無功補(bǔ)償設(shè)備。〔7〕接地安裝。第一節(jié)概述3對(duì)一次設(shè)備和系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)形狀進(jìn)展丈量、控制、監(jiān)視和起維護(hù)作用的設(shè)備，稱為二次設(shè)備?！?〕丈量表計(jì)，如電壓表、電流表、頻率表、功率表和電能表等，用于丈量電路中的電氣參數(shù)?！?〕繼電維護(hù)、自動(dòng)安裝及遠(yuǎn)動(dòng)安裝?！?〕直流電源設(shè)備，包括直流發(fā)電機(jī)組、蓄電池組和整流安裝等?！?〕操作電器、信號(hào)設(shè)備及控制電纜。〔二〕二次設(shè)備第一節(jié)概述4一次電路：由一次設(shè)備，例如發(fā)電機(jī)、變壓器、斷路器等，按預(yù)期消費(fèi)流程所連成的電路，稱為一次電路，或稱電氣主接線；二次電路：由二次設(shè)備所連成的電路稱為二次電路，或稱二次接線。圖2-1是具有兩種電壓〔發(fā)電機(jī)電壓及升高電壓〕大容量發(fā)電廠的電氣主接線圖。二、電氣接線和安裝(一〕電氣接線在發(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)體銜接起來所構(gòu)成的電路稱為電氣接線。第一節(jié)概述5圖2-1火電廠的電氣主接線圖第一節(jié)概述6〔二〕配電安裝配電安裝按電氣設(shè)備裝設(shè)地點(diǎn)不同，可分為屋內(nèi)配電安裝和屋外配電安裝。圖2-1中，由斷路器QF1和QF2，隔分開關(guān)QS1~QS4，母線W1~W3，電抗器L1和L2以及饋線WL1和WL2等，構(gòu)成的配電安裝，布置在屋內(nèi)，稱為屋內(nèi)配電安裝，又稱發(fā)電機(jī)電壓配電安裝；而由斷路器QF3~QF5，相應(yīng)的隔分開關(guān)，母線W4和W5以及出線WL3和WL4等，構(gòu)成的配電安裝，稱為屋外配電安裝，又稱高壓配電安裝。第一節(jié)概述7一、300MW發(fā)電機(jī)組電氣部分〔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，如圖2-2所示。變壓器高壓側(cè)，經(jīng)引線接入220kV系統(tǒng)。第二節(jié)發(fā)電廠的電氣部分8圖2-2300MW發(fā)電機(jī)組電氣主接線圖1—發(fā)電機(jī)；2—主變壓器；3—高壓廠用變壓器〔為分裂繞組變壓器〕4—電壓互感器；5—高壓熔斷器；6—避雷器；7—電流互感器；8—中性點(diǎn)接地變壓器第二節(jié)發(fā)電廠的電氣部分9由圖2-2可看出，300MW發(fā)電機(jī)組電氣主接線具有下述特點(diǎn)：〔1〕發(fā)電機(jī)與主變壓器的銜接采用發(fā)電機(jī)－變壓器單元接線，無發(fā)電機(jī)出口斷路器和隔分開關(guān)?！?〕在主變壓器低壓側(cè)引接一臺(tái)高壓廠用變壓器，供應(yīng)廠用電?！?〕在發(fā)電機(jī)出口側(cè)，經(jīng)過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4只?！?〕發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接有中性點(diǎn)接地變壓器?！?〕高壓廠用變壓器高壓側(cè)，每相裝有電流互感器4只。

第二節(jié)發(fā)電廠的電氣部分10發(fā)電機(jī)和主變壓器之間的銜接母線及廠用分支母線均采用全連離相封鎖母線。其具有以下優(yōu)點(diǎn)：〔1〕供電可靠?！?〕運(yùn)轉(zhuǎn)平安?！?〕根本消除了母線周圍鋼構(gòu)件的發(fā)熱。〔4〕施工安裝簡便，運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)任務(wù)量小。第二節(jié)發(fā)電廠的電氣部分11〔二〕主要電氣設(shè)備〔1〕發(fā)電機(jī)?！?〕高壓熔斷器。〔2〕主變壓器。〔6〕電流互感器?！?〕高壓廠用變壓器?！?〕發(fā)電不平衡?！?〕電壓互感器?！?〕中性點(diǎn)接地變壓器。

第二節(jié)發(fā)電廠的電氣部分12二、600MW發(fā)電機(jī)組電氣部分(一〕電氣主接線圖2-3600MW發(fā)電機(jī)組電氣主接線圖1—發(fā)電機(jī)；2—主變壓器；3—高壓廠用變壓器4—高壓公用變壓器；5—?jiǎng)?lì)磁變壓器；6—中性點(diǎn)接地變壓器；7—電壓互感器；8—熔斷器；9—高壓避雷器第二節(jié)發(fā)電廠的電氣部分13由圖2-3可看出，600MW發(fā)電機(jī)組電氣主接線具有下述特點(diǎn)：〔1〕發(fā)電機(jī)與主變壓器的銜接采用發(fā)電機(jī)－變壓器單元接線，發(fā)電機(jī)和主變壓器之間沒有斷路器和隔分開關(guān)?！?〕主變壓器采用三相雙繞組變壓器，低壓側(cè)繞組接成三角形，高壓側(cè)繞組接成星形。變壓器高壓側(cè)中性點(diǎn)接地方式為直接接地。〔3〕在主變壓器低壓側(cè)引接一臺(tái)高壓廠用變壓器和一臺(tái)高壓公用變壓器，供應(yīng)廠用電。〔4〕在發(fā)電機(jī)出口側(cè)，經(jīng)過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4只。〔6〕發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接有中性點(diǎn)接地變壓器。第二節(jié)發(fā)電廠的電氣部分14〔7〕高壓廠用變壓器高壓側(cè)，每相配置套管式電流互感器3只?！?〕主變壓器高壓側(cè)每相各配置套管式電流互感器3只，中性點(diǎn)配置電流互感器1只〔二〕主要電氣設(shè)備〔1〕發(fā)電機(jī)?！?〕電流互感器。〔2〕主變壓器?！?〕中性點(diǎn)接地變壓器。〔3〕高壓廠用變壓器?！?〕高壓熔斷器?！?〕電壓互感器?！?〕避雷器。

第二節(jié)發(fā)電廠的電氣部分15三、1000MW發(fā)電機(jī)組電氣部分〔一〕電氣主接線1000MW發(fā)電機(jī)組，采用發(fā)電機(jī)－變壓器單元接線，如圖2-4所示。變壓器高壓側(cè)，經(jīng)隔分開關(guān)和引線接入500kV系統(tǒng)，500kV側(cè)采用一個(gè)半斷路器接線方式。第二節(jié)發(fā)電廠的電氣部分16圖2-41000MW發(fā)電機(jī)組電氣主接線圖1—發(fā)電機(jī)；2—主變壓器；3、4—高壓廠用變壓器；5—?jiǎng)?lì)磁變壓器；6—中性點(diǎn)接地變壓器；7、8—電壓互感器；9—高壓避雷器；10—隔分開關(guān)；11—電壓互感器第二節(jié)發(fā)電廠的電氣部分17由圖2-4可看出，1000MW發(fā)電機(jī)組電氣主接線具有下述特點(diǎn)：〔1〕發(fā)電機(jī)與主變壓器的銜接采用發(fā)電機(jī)－變壓器單元接線，發(fā)電機(jī)和主變壓器之間沒有斷路器和隔分開關(guān)，但在主母線上設(shè)有可拆銜接點(diǎn)?！?〕發(fā)電機(jī)出口主封鎖母線上有接地刀閘，母線接地刀閘能接受主回路動(dòng)、熱穩(wěn)定的要求。接地刀閘附近有察看接地刀閘位置的窺視孔。〔3〕主變壓器采用三臺(tái)單相雙繞組油浸式變壓器，低壓側(cè)繞組接成三角形，高壓側(cè)繞組接成星形。變壓器高壓側(cè)中性點(diǎn)接地方式為直接接地?！?〕在主變壓器低壓側(cè)引接兩臺(tái)容量一樣的高壓廠用變壓器，供應(yīng)廠用電。

第二節(jié)發(fā)電廠的電氣部分18〔5〕在發(fā)電機(jī)出口主封鎖母線有短路實(shí)驗(yàn)安裝，主回路T接引至電壓互感器柜，經(jīng)過高壓熔斷器接有三組三相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)，每相裝有套管式電流互感器4只?！?〕發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)隔分開關(guān)接有中性點(diǎn)接地變壓器?！?〕高壓廠用變壓器高壓側(cè)，每相配置套管式電流互感器3只?！?〕主變壓器高壓側(cè)每相各配置套管式電流互感器4只，中性點(diǎn)配置電流互感器2只。第二節(jié)發(fā)電廠的電氣部分19〔二〕主要電氣設(shè)備〔1〕發(fā)電機(jī)?！?〕主變壓器?！?〕高壓廠用變壓器?！?〕電壓互感器?！?〕電流互感器?！?〕中性點(diǎn)接地變壓器。第二節(jié)發(fā)電廠的電氣部分20〔三〕超超臨界發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)與問題前述300MW發(fā)電機(jī)組為亞臨界火力發(fā)電機(jī)組，600MW發(fā)電機(jī)組為超臨界火力發(fā)電機(jī)組，1000MW發(fā)電機(jī)組為超超臨界火力發(fā)電機(jī)組。超超臨界火力發(fā)電機(jī)組和常規(guī)發(fā)電機(jī)組相比，具有無可比較的優(yōu)越性。但是，開展超超臨界機(jī)組，在設(shè)計(jì)和制造方面還有許多關(guān)鍵技術(shù)問題有待處理，例如開發(fā)新資料就是關(guān)鍵的問題。第二節(jié)發(fā)電廠的電氣部分21〔一〕數(shù)字化發(fā)電廠概念四、數(shù)字化發(fā)電廠數(shù)字化發(fā)電廠是采用數(shù)字方式映射的物理電廠，把龐大的發(fā)電廠經(jīng)過數(shù)字0、1準(zhǔn)確地表示在電腦的桌面上。也就是說，從電廠前期可行性研討、設(shè)計(jì)、基建開場(chǎng)，到消費(fèi)運(yùn)營、企業(yè)管理的全過程，全部采用數(shù)字描畫和數(shù)字化存儲(chǔ)。〔二〕數(shù)字化發(fā)電廠方式數(shù)字化發(fā)電廠的方式有以下5種：〔1〕基于上層網(wǎng)絡(luò)方式〔信息網(wǎng)絡(luò)〕。〔2〕基于下層網(wǎng)絡(luò)方式〔FCS網(wǎng)絡(luò)〕?！?〕基于控制網(wǎng)絡(luò)方式〔DCS網(wǎng)絡(luò)〕?！?〕上中下網(wǎng)絡(luò)合一方式〔3層網(wǎng)絡(luò)〕?！?〕數(shù)字化發(fā)電廠5層網(wǎng)絡(luò)模型。第二節(jié)發(fā)電廠的電氣部分225層網(wǎng)絡(luò)模型組成的數(shù)字化發(fā)電廠：〔1〕一次設(shè)備層?！?〕DCS層：控制系統(tǒng)。本層為二次系統(tǒng)層?！?〕SIS層：優(yōu)化增值?！?〕MIS層：高端信息?！?〕Internet層：網(wǎng)絡(luò)媒體。第二節(jié)發(fā)電廠的電氣部分23

〔三〕實(shí)現(xiàn)數(shù)字化發(fā)電廠的中心技術(shù)〔1〕采用成熟的FCS數(shù)字化儀表或安裝。〔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?！?〕數(shù)字化CCTV〔工業(yè)〕網(wǎng)絡(luò)圖像監(jiān)視技術(shù)?！?〕廠級(jí)運(yùn)營優(yōu)化增值效力技術(shù)?！?〕信息層面的數(shù)字化高端運(yùn)用。 〔6〕系統(tǒng)工程、軟件技術(shù)、流程技術(shù)和先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)〔CAD〕、三維技術(shù)〔3D〕等其它技術(shù)。第二節(jié)發(fā)電廠的電氣部分24一、高壓交流輸變電概述影響輸電電壓等級(jí)的開展主要有以下緣由：由于大容量發(fā)電廠的建立地點(diǎn)遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，假設(shè)采用低壓輸電，勢(shì)必呵斥保送功率的宏大浪費(fèi)和電能質(zhì)量的下降，因此，提高輸電電壓等級(jí)就成為必然的選擇。不同電壓等級(jí)的保送功率和保送間隔的關(guān)系如表2-1所示?！惨弧抽L間隔保送電能第三節(jié)高壓交流輸變電25電壓等級(jí)（kV）輸送功率（MW）輸送距離（km）電壓等級(jí)（kV）輸送功率（MW）輸送距離（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不同電壓等級(jí)的保送功率和保送間隔

隨著電力系統(tǒng)發(fā)電容量的增大，特別是大型坑口電站和核電站的投產(chǎn)，雖然輸電間隔不長，但保送容量很大，也需求采用較高的電壓等級(jí)?！捕炒笕萘勘Ｋ碗娔艿谌?jié)高壓交流輸變電26電壓等級(jí)（kV）導(dǎo)線截面（mm2）輸送容量（MW）線損率（%）2201×5702502.753302×2707001.305004×57012000.957504×57025000.70

假設(shè)以保送每km每kW電力的線路造價(jià)作為單位造價(jià)，那么在各級(jí)電壓相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)保送容量范圍內(nèi)，線路的單位造價(jià)將隨保送電壓等級(jí)的升高而降低。在一樣的保送容量和間隔的條件下，輸電線的總損耗〔包括電阻損耗和電暈損耗〕隨輸電電壓等級(jí)的升高而降低。如表2-2所示，750kV線路的線損率約為330kV線路的1/2。表2-2電壓等級(jí)與線損率的關(guān)系〔三〕節(jié)省基建投資和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用第三節(jié)高壓交流輸變電27此外，保送一樣容量電力的線路走廊的寬度，也隨著采用電壓等級(jí)的升高而降低。走廊用地在線路總造價(jià)中所占比重較大〔如美國本部地域500kV線路約占15%~30%〕，為減少走廊占地費(fèi)用，采用超高壓輸電也就在所難免。

電力系統(tǒng)的開展，必然會(huì)突破歷史構(gòu)成的地方電力系統(tǒng)的疆域，逐漸連成大區(qū)域或跨區(qū)域的結(jié)合電力系統(tǒng)。為了加強(qiáng)電網(wǎng)保送才干，提高系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性，大區(qū)電網(wǎng)間的銜接多采用500kV或750kV超高壓電壓等級(jí)，甚至采用1150kV的特高壓電壓等級(jí)?！菜摹畴娏ο到y(tǒng)互聯(lián)第三節(jié)高壓交流輸變電28二、500kV輸變電系統(tǒng)目前，我國500kV變電站的電氣接線普通采用雙母線四分段帶公用旁路母線和3/2斷路器兩種接線方式。如圖2-5所示，兩組母線W1和W2間有兩串?dāng)嗦菲?，每一串的三組斷路器之間接入兩個(gè)回路引出線，如WL1、WL2，處于每串中間部位的斷路器稱為聯(lián)絡(luò)斷路器〔如QF12〕，由于平均每條引出線裝設(shè)一臺(tái)半斷路器，故稱為一臺(tái)半斷路器接線。〔一〕500kV變電站電氣主接線第三節(jié)高壓交流輸變電29圖2-5500kV變電站電氣主接線第三節(jié)高壓交流輸變電30〔二〕500kV變電站主要電氣設(shè)備500kV超高壓變電站的主要電氣設(shè)備有：〔1〕主變壓器：500kV升壓變壓器和500kV自耦變壓器?！?〕斷路器。〔3〕隔分開關(guān)?！?〕電壓互感器?！?〕電流互感器?！?〕避雷器。

第三節(jié)高壓交流輸變電31〔三〕并聯(lián)高壓電抗器和抽能并聯(lián)高壓電抗器〔一〕并聯(lián)高壓電抗器的作用：〔1〕限制工頻電壓升高。〔2〕降低操作過電壓。〔3〕消除發(fā)電機(jī)帶長線出現(xiàn)自勵(lì)磁?！?〕防止長間隔保送無功功率并降低線損?！?〕限制潛供電流，有利于單相自動(dòng)重合閘?！捕吵槟懿⒙?lián)高壓電抗器：500kV并聯(lián)電抗器及抽能系統(tǒng)，如圖2-7所示。第三節(jié)高壓交流輸變電32圖2-7500kV并聯(lián)電抗器及抽能系統(tǒng)接線圖第三節(jié)高壓交流輸變電33〔四〕串聯(lián)電容器補(bǔ)償〔一〕根本原理：高壓輸電線路的靜態(tài)穩(wěn)定保送功率可由下式表示，即當(dāng)線路中安裝有串聯(lián)電容器補(bǔ)償后，線路的靜態(tài)穩(wěn)定保送功率變?yōu)樵谕粋€(gè)相角差的條件下，裝有串聯(lián)電容器補(bǔ)償前后的穩(wěn)定保送功率之比為第三節(jié)高壓交流輸變電34其中，KC=XC/XL為補(bǔ)償度，補(bǔ)償度普通取在25~60%左右。因此，采用串聯(lián)電容器補(bǔ)償可以大幅度地減低線路電抗，提高電力系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性，也是提高遠(yuǎn)間隔輸電線路的保送才干的一種有效措施?！捕炒?lián)電容器補(bǔ)償安裝的電氣接線：〔1〕根據(jù)運(yùn)用的目的不同：串聯(lián)電容器補(bǔ)償?shù)男褪接谐Ｒ?guī)固定式串補(bǔ)、有可控制的串補(bǔ)和晶閘管控制串補(bǔ)。〔2〕對(duì)于固定式串補(bǔ)按照過電壓維護(hù)方案和缺點(diǎn)切除后要求串聯(lián)補(bǔ)償重投的時(shí)間，其電氣線接普通有以下方式：單間隙串聯(lián)補(bǔ)償接線；雙間隙串聯(lián)補(bǔ)償接線；第三節(jié)高壓交流輸變電35單間隙串聯(lián)補(bǔ)償接線；雙間隙串聯(lián)補(bǔ)償接線；圖2-8非線性電阻并帶觸發(fā)間隙的串聯(lián)補(bǔ)償接線第三節(jié)高壓交流輸變電36〔三〕串聯(lián)補(bǔ)償安裝的主要設(shè)備：〔1〕電容器組?！?〕非線性電阻器?！?〕觸發(fā)型火花間隙。〔4〕旁路斷路器。〔5〕阻尼回路。〔6〕電流互感器。第三節(jié)高壓交流輸變電37

三、750k