电厂电气系统与设备

1、电厂电气系统与设备,山西大学工程学院 阎晓霞,内 容,电力系统基本概念 发电厂电气系统与设备 电气一次系统与设备 电气二次系统与设备,电力系统基本概念,（一）电力系统定义,1、电力系统：是由发电机、变压器、电力线路、用电设备等组成的用来生产、转换、输送、消费电能的统一整体。,2、电力网：由变压器、线路等组成的用来转换、输送、分配电能的整体。,电力系统基本概念,（一）电力系统定义,3、动力系统：电力系统再加上发电厂的动力部分。,电力系统基本概念,（二）电力系统运行特点和基本要求,1、运行特点,(1) 电能不能大量储存 (2) 过渡过程非常短促 (3) 与国民经济关系密切,电力系统基本概念,（二）

2、电力系统运行特点和基本要求,2、基本要求,(1) 保证供电的可靠性 (2) 保证良好的电能质量 (3) 提高运行的经济性 (4) 保证生态环境的友好性,电力系统基本概念,（三）电力系统中性点运行方式,1、定义：星形接线的发电机、变压器中性点的运行方式。,2、运行方式,直接接地,不直接接地,不接地,经消弧线圈接地,经高阻接地,中性点运行方式,电力系统基本概念,（四）调频和调压,1、调频,根据,当系统负荷PL变化时，PE变化，PM-PE出现差值，角速度及频率f发生变化。,电力系统基本概念,PL的变化可看成是以下三类变化的组合,PI：变化周期短，变化幅度小,PII：变化周期较长，变化幅度较大,PII

3、I：变化周期长，变化幅度大,针对不同的负荷变化，采取相应的有功功率调整（频率调整）方式。,电力系统基本概念,PI变化引起f变化进行的调整，由调速器完成。,一次调整,二次调整,PII变化引起f变化进行的调整，由调频器完成。,三次调整,PIII变化引起f变化进行的调整，由各个发电厂按优化原则分配负荷。,电力系统基本概念,一、二次调频是通过调速器、调频器改变蒸汽进汽量达到改变PM，使之与PE趋于平衡实现。,所有发电机组只要有可调容量，都要参加一次调频。 二次调频由调峰（频）电厂的调频机组承担。,电力系统基本概念,（四）调频和调压,2、调压,根据电网压损,系统电压的大小与压损有关。在XR时，要改变压损

4、的大小，可通过改变电力系统输送的无功功率来实现。,电力系统基本概念,具体的调压措施有：,改变发电机机端电压（调节励磁） 改变变压器变比 改变无功功率分布（如并联电容器、并联电抗器、串联电容器、SVC等）,电力系统基本概念,（五）电力系统稳定性,电力系统随时随地都会有干扰发生。小干扰如负荷波动，大干扰如短路、失磁和大元件的投切等。,电力系统稳定性是指系统在某一正常运行状态下受到干扰后，经过一定时间恢复到稳定运行状态的能力。,电力系统基本概念,（五）电力系统稳定性,电力系统稳定性分为：静态稳定性 暂态稳定性。,发电厂电气系统,（一）发电厂电气一次系统,1、发电厂一次主系统,(1) 作用,(3) 系

5、统构成原理,(2) 基本接线,基本主接线,单母线接线,单母分段接线,基本主接线,双母线接线,基本主接线,3/2接线,发电厂电气系统,例：某2600MW发电厂一次主系统,发电厂电气系统,2、厂用电系统,(1) 作用,(2) 系统构成原理,发电厂电气系统,例：某电厂600MW机组厂用电系统,(3) 厂用电的切换,运行状态,正常切换,在正常运行时，由于运行的需要，厂用母线从一个电源切换到另一个电源，对切换速度没有特殊要求,事故切换,由于发生事故，厂用母线的工作电源被切除时，要求备用电源自动投入，以实现尽快安全切换。,断路器的动作顺序,并联切换,在切换期间，工作电源和备用电源是短时并联运行的。,同时切

6、换,在切换时，切除一个电源和投入另一个电源的脉冲信号同时发出。,断电切换 (串联切换),其切换过程是，一个电源切除后，才允许投入另一个电源。,切换速度,快速切换,一般是指，在厂用母线上的电动机反馈电压与待投入电源电压的相角差还没有达到电动机允许承受的合闸冲击电流前合上备用电源。,慢速切换,主要是指残压切换，即工作电源切除后，当母线残压下降到额定电压的20%40%后合上备用电源。,发电厂电气系统,3、电气设备,1) 发电机,(1) 基本原理,3、电气设备,(2) 结构,机座和端盖,定子铁芯,定子绕组,转子铁芯,转子绕组,密封油系统,水系统,氢气系统,定子铁芯、基座、端盖,水内冷定子线棒断面,转子

7、本体（转轴）,轴向槽,横向月牙槽,转子绕组,密封油系统,氢气系统的供气系统,水冷系统,发电厂电气系统,3、电气设备,2) 变压器,(1) 基本原理,发电厂电气系统,(2) 变压器的基本分类,相数,三相变压器,单相变压器,铁芯结构,芯式,壳式,单相式,三相三柱式,三相五柱式,单相式,三相三柱式,三相五柱式,铁芯结构,(a)单相芯式,(b)三相三柱式,(c)三相五柱式,(d)单相壳式式,铁芯结构,(e)三相壳式,发电厂电气系统,按绕组分,双绕组变压器,三绕组变压器,分裂绕组变压器,自耦变压器,变压器基本分类,发电厂电气系统,按绕组接线组别分,YN,d11,按调压方式分,无激磁调压变压器,有载调压变

8、压器,YN,yn,yn,YN,d,d,D,d,d,按冷却方式分,强油循环风冷变压器,强油循环水冷变压器,变压器基本分类,发电厂电气系统,铁芯,变压器结构特点,绕组,变压器油箱及油,储油柜,防爆阀,瓦斯继电器,冷却装置,套管,强迫油循环风冷式冷却系统,油水冷却器结构,挡板式气体（瓦斯）继电器工作原理图,发电厂电气系统,3) 断路器,(1) 作用,(2) 结构特点,灭弧原理,变开距灭弧室结构示意图,1-主静触头；2-弧静触头；3-喷嘴；4-弧动触头；5-主动触头 6-压气缸；7-逆止阀；8-压气室；9-固定活塞；19-中间触头,灭弧原理,变开距灭弧室灭弧过程示意图,操作结构,种类,电磁操作结构,弹

9、簧操作结构,液压操作结构,气动操作结构,液压操作结构简图,1-储压筒 2-低压油箱 3-两级控制阀系统 4-合闸电磁铁 5-分闸电磁铁 6-工作缸 7-信号缸及辅助触头 8-安全阀 9-油泵 10-过滤器,4) 隔离开关,(1) 作用,分闸后，建立可靠的绝缘间隙，将需要检修的线路或电气设备与电源隔开，以保证检修人员及设备的安全。 根据运行需要，切换电路。 可用来分、合小电流电路，如电压互感器回路、消弧线圈回路等。,4) 隔离开关,(2) 结构特点,(a)双柱式； (b)三柱式； (c)单柱式,5) 电流、电压互感器,(1) 作用,(2) 运行特点,电气隔离 大电流、高电压变换为标准的小电流、低

10、电压,电流互感器,电压互感器 原理图,电容式电压互感器原理接线图,发电厂电气系统,6) 避雷针及避雷器,(1) 作用,(2) 工作原理,避雷器工作原理示意图,发电厂电气系统,7) 母线,(1) 作用,(2) 结构特点,裸母线,封闭母线,矩形,槽形,管形,封闭母线,全连式分相封闭母线,单个绝缘子支持的分相封闭母线,三个绝缘子支持的分相封闭母线,发电厂电气系统,（二）发电厂电气二次系统,1、控制系统,(1) 作用,(2) 控制原理,断路器控制信号电路示例,2、继电保护,(1) 作用,当系统中的电气设备异常时发出信号；当故障时切断故障回路或元件，保证完好部分正常运行。,(2) 对继电保护的基本要求,选择性,是指相当系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，保证系统中非故障部分仍继续运行，使停电范围尽量缩小的性能。,速动性,快速切除故障。,(2) 对继电保护的基本要求,灵敏性,是指对其保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。,可靠性,是指在它的保护范围内发生属于它动作的故障时，应可靠动作，即不应拒动；而发生不属于它动作的情况时，则应可靠不