电气主系统及主要设备.ppt

电气主系统及主要设备,编制人:郭亚2006年08月30日,一、变配电设备及升压站二、继电保护与二次设备三、主系统的设备四、直流系统五、UPS系统,提纲,变配电设备及升压站,配电装置是600MW机组电厂的重要组成部分，通过它以实现电厂与主系统的连接，完成电力的输送、接受和分配。500KV等级变、配电站采用3/2断路器接线。配电装置发展方向为全封闭式，采用SF6气体作为全封闭组合电器的绝缘介质。配电装置根据发电厂主接线的要求，由母线、隔离开关、断路器、接地刀闸、电流互感器、电压互感器、进出线套管、避雷器和必要的辅助设备等组成。配电装置的作用：1在正常情况下用来安全地接受、分断和分配电能。2故障时，迅速切断故障部分，最大限度地缩小故障范围并确保系统非故障部分正常运行，以提高电力系统运行地可靠性。3在设备检修时，隔离带电部分，确保检修人员和运行设备安全。,变配电设备及升压站,2.GIS全封闭组合电器构成的室内配电装置特点：1）节省占地面积及空间SF6全封闭组合电器是以SF6气体为绝缘和灭弧介质、以优质环氧树脂绝缘子作支撑的一种新型成套配电装置，节省了大量的占地面积和空间。2）运行可靠性高SF6封闭电器由于带电部分封闭在金属外壳中，因此不受污秽、潮湿和各种恶劣气候的影响，也不会钻入小动物引起短路或接地事故。3）维护工作量小，检修间隔时间长由于是全封闭断路器，且采用SF6作为灭弧介质，对触头损坏很小。4）GIS的铝合金外壳铝合金外壳的特点是，重量轻。铝合金为非磁性材料，可减少涡流发热。5）抗震性能好全封闭电器，很少有瓷套管之类的脆性元件，设备的高度和重心较敞开式电器要低得多，且本身的金属结构具有足够的抗受外力强度，抗震性能好。6）抗干扰性能好由于金属外壳接地的屏蔽作用，能消除无线电干扰，静电感应，同时没有触及带电体的危险，有利于高压配电装置设备和人身安全。,继电保护与二次设备,所谓继电保护装置，就是能反应电力系统中电气设备的故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。它的基本作用是：（1）当电力系统发生故障时，能自动地，迅速地，有选择地将故障设备从电力系统切除，以保证系统其余部分迅速恢复正常运行，并使故障设备不在继续遭到损坏。（2）当电力系统发生不正常运行情况时，能自动地，迅速地，有选择地发出信号通知运行人员处理，或者切除那些继续运行会引起故障的电气设备。电力系统对继电保护的基本要求：1、选择性2、快速性3、灵敏性4、可靠性,二次设备是指对一次设备的工作进行监测、控制、调节、保护以及为运行、维护人员提供运行工况或生产指挥信号所需的低压电气设备。如熔断器、控制开关、继电器、控制电缆等。由二次设备相互连接，构成对一次设备进行监测、控制、调节和保护的电气回路称为二次回路。火力发电厂的二次设备按功能分为四大模块：继电保护及自动装置。仪器仪表及测量控制。当地监控。远动。,继电保护与二次设备,60万机组发变组继电保护配置遵循以下原则：发电机、励磁变、主变、高压厂变和高压备变采用微机型保护装置。发变组保护采用双重化配置，即两套独立的TA、TV检测元件，两套独立的保护装置，两套独立的断路器跳闸机构，两套独立的控制电缆，两套独立的蓄电池供电.。发变组、高压厂变和起备变保护的出口继电器采用手动复归型，保护装置动作后闭锁相关断路器的合闸回路，必须手动复归后才能进行合闸操作。高压厂变的过流保护不应起动厂用电源的快速切换。,继电保护与二次设备,发电机、励磁变屏的保护动作行为：跳闸方式作用结果有五种：跳闸方式1全停：跳汽机、灭磁开关、发电机出口断路器。跳闸方式2关主汽门。跳闸方式3程序跳闸：跳汽机、主汽门关闭逆功率动作后全停。跳闸方式4跳发电机断路器。跳闸方式5重起动跳闸方式1、跳500KV开关、跳6KV工作开关、启动快切。发电机差动保护；发电机过电压保护；发电机失步保护；发电机低压过流保护；发电机匝间保护；定子95接地保护；反时限负序过流保护；发电机起停机保护；励磁变差动保护；励磁变过流保护；励磁变速断均起动跳闸方式1。反时限过激磁保护;异步边界阻抗；发电机反时限过负荷保护均起动跳闸方式2。逆功率及时限起动跳闸方式3发电机突加电压保护跳闸方式4发电机断路器失灵保护跳闸方式5定时限过激磁保护，低频，高频，发电机定时限过负荷保护，定时限负序过流保护，定子100接地保护（机端三次谐波），定子100接地保护（中性点三次谐波），发电机CT断线，励磁变CT断线起动报警,继电保护与二次设备,厂变保护动作行为：跳闸方式动作行为有三种：跳闸方式1：跳500KV开关(双线圈)、跳6kV工作进线开关、关主汽门、跳灭磁开关、跳发电机出口开关、闭锁500kV开关合闸回路、闭锁6kV工作进线开关合闸回路、闭锁磁场开关合闸回路、起动6kV厂用电源快速切换、起动500kV开关失灵保护跳闸方式2：跳500开关(双线圈)、跳6kV工作进线开关、关主汽门、DAVR逆变灭磁、跳发电机出口开关、闭锁500kV开关合闸回路、闭锁6kV工作进线开关合闸回路、闭锁磁场开关合闸回路、起动6kV厂用电源快速切换跳闸方式3：跳500kV开关跳闸线圈1、跳500kV开关跳闸线圈2、跳6kV工作进线开关、关主汽门、DAVR逆变灭磁、跳发电机出口开关、闭锁500kV开关合闸回路、闭锁6kV工作进线开关合闸回路、闭锁磁场开关合闸回路、闭锁6kV厂用电源快速切换、起动500kV开关失灵保护。高压厂变A差动保护，高压厂变A速断起动跳闸方式1重瓦斯，本体油温过高，绕组温度过高均起动跳闸方式2高压厂变低压过流，高压厂变A低压侧中性点零序起动跳闸方式3高厂变高压侧过流保护起动通风轻瓦斯，本体油温高，绕组温度高均报警,继电保护与二次设备,主变保护动作行为：跳闸方式动作行为有三种：跳闸方式1：跳500KV开关(双线圈)、跳6kV工作进线开关、关主汽门、跳灭磁开关、跳发电机出口开关、闭锁500kV开关合闸回路、闭锁6kV工作进线开关合闸回路、闭锁磁场开关合闸回路、起动6kV厂用电快速切换、起动500kV开关失灵保护跳闸方式2：跳500KV开关(双线圈)、跳6kV工作进线开关、关主汽门、DAVR逆变灭磁、跳发电机出口开关、闭锁500kV开关合闸回路、闭锁6kV工作进线开关合闸回路、闭锁磁场开关合闸回路、起动6kV厂用电源快速切换跳闸方式3：跳500kV开关跳闸线圈1、跳500kV开关跳闸线圈2、跳6kV工作进线开关、关主汽门、DAVR逆变灭磁、跳发电机出口开关、闭锁500kV开关合闸回路、闭锁6kV工作进线开关合闸回路、闭锁磁场开关合闸回路、闭锁6kV厂用电源快速切换、起动500kV开关失灵保护主变差动保护，主变500kV零序电流保护，阻抗保护，反时限过激磁保护均起动跳闸方式1重瓦斯，本体油温度计过高，绕组温度计过高起动跳闸方式2主变三相位置不一致保护起动跳闸方式3轻瓦斯，本体油箱温度计高，绕组温度计高，CT断线，定时限过激磁保护均起动报警500kVPT断线闭锁阻抗保护、过激磁保护。主变高压侧过流保护起动通风,继电保护与二次设备,继电保护与二次设备,发电机及主变的几种保护简介：发电机低频保护：主要用于保护汽轮机不受低频共振的影响。汽轮机各节叶片都有一共振频率，当系统频率接近或等于共振频率时，将引起叶片的共振而损坏汽轮机。发电机误上电保护：以防止发电机启停机期间的误操作。所谓断路器失灵保护：是指当保护跳断路器的跳闸脉冲已经发出而断路器却没有跳开（拒绝跳闸）时，由断路器失灵保护以较短的延时跳开同一母线上的其他元件，以尽快将故障从电力系统隔离的一种紧急处理办法。发电机逆功率保护：主要用于保护汽轮机。当主汽门误关闭时或机炉保护动作于主汽门关闭而发电机并未从系统解列时，发电机就变成了同步电动机运行，从电力系统吸收有功功率。这种工况，对发电机并无危险。但由于汽轮机的鼓风损失，其尾部叶片有可能过热，造成汽轮机事故。因此发电机组不允许在这种状况下长期运行。(续),继电保护与二次设备,发电机差动保护：反应发电机定子绕组的两相或三相短路，是发电机的主保护，它的特点是灵敏度高、动作时间短、可靠性高，但它一般不能反应匝间短路故障。采用3U0零序电压保护和三次谐波定子接地保护，可构成100定子接地保护。当发电机在外部或内部发生不对称短路或当发电机供给的负荷不对称时，定子绕组就会流过负序电流。负序电流所建立的发电机气隙旋转磁场的转动方向与转子的运动方向相反，因此该磁场就以两倍的同步速度切割转子。在转子本体、阻尼条及励磁绕组中感生出倍频电流。该电流在转子中引起额外的损耗和发热，会使发电机转子严重烧伤。另一方面，负序电流的旋转磁场，产生两倍频率的交变电磁转矩，也会使机组产生100Hz的振动，引起金属疲劳和机械损伤。主变高压侧零序过流保护：主变压器高压系统都是直接接地系统，在变压器接地系统侧都要配有零序过流保护，用于反应接地故障，作为本变压器及线路的后备保护。,继电保护与二次设备,同期系统介绍：发-变组系统与500kV系统的同期并网，由一套微机型自动准同期装置控制，由ECS系统发出同期命令，自动准同期装置自动调节发电机的电压、频率，当同期条件满足时自动发出合闸命令，合上发电机出口断路器，发电机系统与500kV系统同期并网。DCS上配有DEH（数字电液调速系统）。具有从汽轮机冲转直到带满负荷的全过程自动化功能。当转速接近额定转速时，DEH发出信号，自动将自动准同期装置投入，实现自动调速、自动调节电压、自动发出合闸脉冲、自动带5初负荷等。微机同期控制器的突出特点是能自动识别差频同期和同频同期性质，确保以最短的时间和良好的控制品质促成同期条件的实现，并不失时机的捕捉到第一次出现的并网机会。并网的确切定义：断路器联接两侧电源的合闸操作称之为并网。发电机同期并列的条件：发电机频率与系统频率基本相同发电机电压与系统电压相等。发电机相序与系统相序相同发电机相位与系统相位相同,继电保护与二次设备,励磁系统介绍：600MW机组的励磁系统大多采用自并励静态励磁系统，主要由接于发电机机端的励磁变压器、功率整流器、AVR柜、灭磁及过电压保护柜、起励装置等设备构成。数字式自动电压调节器（DAVR）具有手动和自动双通道，各通道之间相互独立，可随时停运任一通道进行检修。正常运行时，双自动通道都工作（按PID调节或恒无功/恒功率因数任选），但其中一个通道脉冲被闭锁；当运行脉冲通道故障时，自动切换到另一通道且封闭故障通道脉冲。如果此时备用通道也处于故障状态，则切换到备用的独立手动通道（BFCR）并按PI调节。此种设计自动通道与手动通道完全独立，保证无扰动切换。可控硅整流桥共5个桥柜并联运行，当运行中退出一个柜时，其余4个柜能满足强励情况下发电机的运行工况，当运行中退出2个柜时，其余3个柜能满足额定励磁的要求。每个柜内可控硅整流桥设置如下保护与监视：a.任一个整流柜退出运行报警b.可控硅保险熔断报警（微型开关监控）c.散热器或空气过热报警d.冷却风扇故障报警e.空气流量过低报警（带风量继电器监控）灭磁与过电压保护装置主要由：单极直流磁场开关、跨接器及相串的非线性电阻（触发电子板、雪崩二极管、两个正反相连接的可控硅）、碳化硅组成。其作用是在发电机正常或故障时迅速切除励磁电源并灭磁、抑制正向和反向转子过电压或出现大滑差和非全相运行时保护转子。,继电保护与二次设备,保护盘交机前清扫注意事项：盘柜交机前对保护装置和回路接线应进行清洁处理,以防爬电、短路等不良现象出现。注意对灰尘不能用任何溶剂进行清洗。应先用电吹风机进行吹灰，然后用软毛刷轻刷，最后再用电吹风机吹，对柜内的其他部分应先进行，对保护装置吹灰尘应放在最后。保护盘带电前应进行绝缘检查：用1000V摇表分别测量交流电流回路、直流电源回路、跳闸和合闸回路、开关量输入回路及信号回路各组回路间及各组回路对地的绝缘电阻，绝缘电阻值要求大于10M。注：在测量某一组回路对地绝缘电阻时，应将其他各组回路都接地；整个二次回路的绝缘电阻检测：在保护屏端子排处将所有电流、电压及直流回路的端子连接在一起，并将电流回路的接地点拆开，用1000V摇表测量整个回路对地的绝缘电阻，其绝缘电阻应大于1M。,发电厂主系统,600MW汽轮发电机组大多均采用发变组单元接线，以500kV电压接入系统。发电机出口装设断路器，发电机与主变压器、厂高变高压侧采用离相封闭母线相连接，厂高变低压侧与6KV配电装置采用离相或共箱母线连接。发电机采用自并励静止励磁系统，励磁母线为共箱母线，分交、直流段，励磁盘采用ABB产的进口设备。机组为亚临界燃煤机组。主变压器中性点为直接接地，机组共用的500KV启动/备用变压器中性点直接接地；发电机中性点经单相接地变压器接地。20KV高压厂用变压器中性点接地方式采用低阻接地方式；6KV低压厂用变压器中性点接地方式为直接接地。励磁变（联结组别Y-）高压侧Y接不接地。,主系统设备介绍:1.发电机中性点接地变压器从二次分压抽头引出控制线实现定子100接地保护,同时故障录波器、变送器采集信号。2.发电机中性点侧第一组CT为发电机电度表屏、变送器屏用。第二组CT为故障录波器用。第三、四组为发电机差动、过负荷、负序过流、失磁、突加电压、电压制动过流、负序电流判断路器失灵、起停机、失步、逆功率保护用。3.发电机相线侧第一、二组CT为励磁屏数字式自动电压调节装置用。第三组为主变差动保护和故障录波器用。第四组为主变差动保护用4.发电机的PT三层柜从上第一层为变送器屏、电度表屏，故障录波器屏、主变保护屏1、发电机保护屏1、2用。第二层发电机保护屏1、2、主变保护屏2、励磁屏AVR用。第三层与中性点接地变通过35KV电缆联接实现发电机匝间保护用。5.发电机出口断器内PT或靠主变侧单独安一PT柜为发电机同期、厂变A、B变送器、主变低压侧变送器、厂变A、B电度表、主变低压侧零序过压。发电机出口断路器内靠主变侧CT为发电机逆功率和发电机差动用。SF6型GCB目前在国内600MW的电厂有大量的使用，它额定电流可达24000A，开断能力160kA，而且结构紧凑，故障率更低（0.3），还可以集成CT、PT、接地开关等设备，(续),发电厂主系统,发电厂主系统,成为多功能的组合电器,方便调试、并改善了同期并网的条件。发电机侧发生故障时，GCB动作将故障点与系统隔离，避免了厂用电事故切换，简化了厂用电源的控制保护接线，降低了保护动作的联锁复杂性。当主变压器侧故障时，GCB可以迅速切除，使得发电机、主变压器和厂用高压变压器处于各自独立的保护范围内。SF6介质的额定气体密度为0.62MPa，内部控制电源为110VDC，断路器驱动机构动力电源为110VDC，隔离刀、地刀、起动开关、电制动开关动力电源为380V。6.主变高压侧中性点两组CT为主变中性点接地过流用。主变高压侧四组CT为主变阻抗、零功率切机、故障录波器、变送器、主变电度表用。7.500KV配电站进线PT为主变阻抗、过激励、500KVPT断线、变送器、故障录波器、零功率切机用。8.500KV配电站内主变进线断路器下口CT为主变差动用。9.600MW的发电机额定功率因数Cos为0.9(滞后)，额定电压20kV，额定电流19250A，额定励磁电压为407V，额定励磁电流4145A，定子绝缘等级F级，转子绝缘等级F级，冷却方式水氢氢，联接组别标号：YY。发电机定子回路的绝缘测量使用2500V的摇表、发电机转子回路测量绝缘使用500V的摇表干燥情况下发电机定子回路的绝缘电阻值在100M以上发电机转子回路绝缘电阻值1M以上，励磁盘和励磁母线的整体绝缘电阻值0.8M以上。集电环所用电刷是以天然石墨为基料的多种添加剂及粘结剂的混合体。性能好的电刷必须有较低的(续),发电厂主系统,弹性模量，摩擦系数，较高的自润滑能力和载流能力，能适应7080m/s线速度下运行，而滑环表面温度一般不超过100度。它对产生和保持环膜厚度等方面有决定性影响；环膜的性质和厚度决定集电环运行性能。特别注意：电刷切不可混用和随意更换牌号。非正式厂家生产的或其他牌号不要使用，避免产生事故。电刷在径向中心线要与集电环的径向一致。电刷在刷盒内能自由上下移动而不能左右晃动为宜，磨损量不应低于全长的1/3，刷盒底部与集电环表面之间的距离最佳为24mm，但必须确保与旋转体间不得有任何摩擦。发电机一经转动即可认为带有电压。10.主变压器为三相强迫油循环风冷低损耗升压变压器，高压侧为535KV22.5，低压侧为20kV或22KV，调压方式为无激磁中性点调压，额定电流：高压侧：777A，低压侧：20784A，联接组别标号：YNd11，主变压器多配有氢气在线监测装置，输出420mA模拟量信号，可送入机组DCS系统。,电气整套起动试验步骤,1.直流电源柜，适用于大中小型发电厂、变电所，作为高压断路器直流操作机构的分、合闸、继电保护、自动装置、信号装置等使用的操作电源及事故照明和控制用直流电源，已大部分采用高频开关电源。2.高频开关充电模块：采用模块化高频开关PWM变换技术，将交流变成直流的静止型电力变换器，其主要功能是实现蓄电池的均/浮充功能，所以称为充电模块。高频开关电源具有稳压、稳流精度高，体积小、重量轻、效率高，输出纹波及谐波失真小、自动化程度高等优点。3.集中监控器：电力操作电源系统的充电模块统一受控于一台中央控制系统，该系统采用模块化结构，实现系统的“四遥”功能，这样的系统称为集中监控器。4.均衡充电：为补偿蓄电池在使用过程中产生的电压不均匀现象，使其恢复到规定的范围内而进行的充电，以及大容量放电后的补充充电，通称为均衡充电。5.浮充电：在系统正常运行时，充电装置承担经常负荷，同时向蓄电池组补充充电，以补充蓄电池的自放电，使蓄电池以满容量的状态处于备用。6.定时均充：为了防止电池处于长期浮充电状态可能导致的电池单体容量不平衡，而周期性地以较高的电压对电池进行均衡充电。7.限流均充：以不超过电池充电限流点的恒定电流对电池充电。8.高频开关电源模块的选用原则：充电/浮充电装置采用多个智能高频开关电源模块并联，N+1热备份工作。智能高频开关电源模块数量可按如下公式选择（即确定N的数值）：N模块额定电流Ij+Ic10Ij-直流系统最大经常性负荷Ic10-满足蓄电池要求的充电电流。(续),直流系统,9.集中监控器装于直流电源屏内，负责对直流系统各单元（如电压电流采集单元、充电模块、绝缘监测、电池巡检等）运行状态与数据的采集、显示；系统单元运行参数的设置，并控制各单元的正常运行；接收监控中心计算机发送来的命令及参数，并将系统运行状态及参数发送给监控中心计算机。可汉字显示最新的128条历史记录，最大存储量为500条，用户可在计算机后台随时浏览。10.副监控器主要应用于发电厂、变电站、核电站、大型水电站等重要场所，作为主监控器热备份部件。其特点主要有：具有自学习与记忆功能，当集中监控器正常时，副监控器学习和监视集中监控器的控制方法与运行状态，当集中监控器故障时，副监控器能自动投入运行，并严格遵循集中监控器的控制策略。副监控器作为系统的可选设备，其正常与否均不影响系统的正常运行,副监控器为热备份运行。11.绝缘监测仪主要检测正负直流母线的对地电压，通过对地电压计算出正负母线对地绝缘电阻。当绝缘电阻低于设定的报警值时，自动启动支路巡检功能。有平衡电桥和不平衡电桥两种检测方法，对于600MW的发电厂直流系统，由于馈出回路接线复杂、分布电容较大，宜采用平衡电桥检测方式。支路检测采用直流有源CT方式，可不需注入交流信号。当出现接地时，直流CT将直流漏电流变换为05V或420mA的电信号。(续),直流系统,直流系统,12.蓄电池放电仪：多采用PTC陶瓷电阻作为功率元件，其本身具有极高的正温度系数，具有恒度特性、无明火、不发红、安全可靠的特点。用PTC电阻作为恒流放电装置的功率元件，正是充分利用了极高的正温度系数这一特性，通过PWM脉宽调制技术无级调节风机转速，达到控制PTC的温度从而将放电电流稳定的目的。13.直流断路器本身具有速断保护、过流保护。若用户有监测回路状态的要求，可选择加装辅助触点OF和报警触点SD。电磁操作机构的回路断路器的选用原则:InKc2Ic1In直流断路器额定电流，A；Kc2配合系数，取0.3；Ic1断路器电磁操作机构合闸电流，A。备注：目前600MW机组110V直流屏一般设两段，220V直流屏设一段与另一机组的220V直流屏有联络开关，正常时应是分列运行，考虑到定期充、放电试验要求，为了转移直流负荷，需要短时并联运行，在二组蓄电池电压相差不大，而且时间很短，对蓄电池没有大的危害是允许的。,阀控式密封铅酸蓄电池特点及安装注意事项：1.阀控式密封铅酸蓄电池内阻低,自放电小,耐过充过放,不漏液,比能量高,既可浮充使用,又可循环使用,安全可靠,使用寿命长。2.电池放电容量与环境温度有关,温度低,放电容量低,温度高放电容量高最佳温度为:20-25，低于5或高于35都有可能因充电不足,或过热而降低寿命。3.初始充电电流为0.1CA,一般充电24小时即可充足，充电末期,充电电流值连续3H无变化,已表明电池充足电。4.蓄电机充足电后,内阻最小,放完电后内阻最大。5.蓄电池放于阴凉、干燥、通风、洁净处，蓄电池应远离热源,且安全距离应大于1米。6.安装过程中要小心,防止短路。7.脏污的连接板和端子或不紧密的连接均可能引起端子部位打火,紧固螺母时,扭矩不大于15N.m防止损坏极柱。8.外壳可以用棉布或肥皂水清洁。,直流系