发电厂电气部分Lesson 05

1、发电厂电气部分 （第四版） 能源的分类 What is power system? Security and Adequacy 50Hz 1000kV 750kV 500kV 330kV 220kV 800kV 110kV 及以下及以下 发电 变电 输电 配电 用电 调度（dispatch） 电力系统的组成 电力网 How to quantify the security and adequacy level of electric power system? Voltage Frequency Active Power Reactive Power Generator Power Angle

2、 Power System Modeling Steady Simulation Dynamic Simulation Matrix Analysis Key Performance Index Security Adequacy Reliability Stability Planning Dispatch Operation Maintenance Marketing Regulatory and Pricing What is electric power flow of power system? See a visualization demo below: 这门课到底是关于什么的？

3、 You should ask these questions : 达州500kV站 在模拟软件中 川巴中 川黄岩 川临巴 川长田 川亭子 川余家 川达州 达州500kV站 在官方方式数据中 川达州53 川临巴50 川达州52 川达州50 川达州54 川达州51 川达州55 川巴中51 川黄岩57 川达州01川达州0- 川达州35 川达州22 川达州23 川达州21 川长田22 川亭子22 川余家22 达州500kV站 在SCADA/EMS系统中 达州500kV站 在实际中 具体包含哪些方面的内容？ You should ask these questions : 电气主接线电气主接线 设计设

4、计 厂用电厂用电 设计设计 电气设备电气设备 选择选择 配电装置配电装置 设计设计 常用计算的常用计算的 理论和方法理论和方法 电气主接线电气主接线 运行运行 厂用电厂用电 运行运行 变压器变压器 运行运行 发电机发电机 运行运行 厂站的控制与信号厂站的控制与信号 发电厂电气部分发电厂电气部分 这是门什么性质的课程？ 必修课 专业核心课 先修课程：电路、电机学、电力系统分析 特点：理论与工程实际结合紧密 You should ask these questions : 和其它课程是什么关系？ You should ask these questions : 高电压技术高电压技术继电保护及继电保

5、护及 自动装置自动装置 变电站综变电站综 合自动化合自动化 发电厂热力系发电厂热力系 统及辅助设备统及辅助设备 电力系统分析电力系统分析 及短路计算及短路计算 电气主接线电气主接线 设计（设计（运行运行） 厂用电厂用电 设计（设计（运行运行） 电气设备电气设备 选择选择 配电装置配电装置 设计设计 常用计算的常用计算的 理论和方法理论和方法 发电机发电机 运行运行 变压器变压器 运行运行 厂站的控制与信号厂站的控制与信号 在电力传输领域，高压的概念是不断改变的 ，鉴于实际研究工作与运行的需要，对电 压等级范围的划分，目前通常统一为： 35 kV及以下电压等级称配电电压 110 kV220 kV

6、电压等级称高压 330 kV750 kV电压等级称超高压 交流1000kV、直流800kV及以上电压等级 称特高压 “高压”的概念 增加投资及运行费用； 增加运行复杂性； 交流同步电网的稳定问题； 为什么发展联合电力系统？ 问题 最大的危险 基本电气概念：基本电气概念： l 有功功率有功功率在交流电能的发输用过程中，用于转换成电磁在交流电能的发输用过程中，用于转换成电磁 形式的那部分能量叫做有功形式的那部分能量叫做有功 l 无功功率无功功率在交流电能的发输用过程中，用于电路内电磁在交流电能的发输用过程中，用于电路内电磁 场交换的那部分能量叫做无功场交换的那部分能量叫做无功 l 操作过电压操作过

7、电压因断路器分合操作及短路或接地故障引起的因断路器分合操作及短路或接地故障引起的 暂态电压升高，称为操作过电压。暂态电压升高，称为操作过电压。 由线路故障、空载线路投切、隔离开关操作空载母线或空载由线路故障、空载线路投切、隔离开关操作空载母线或空载 变压器或其它原因在引起的相对地或相间瞬态过电压；其波变压器或其它原因在引起的相对地或相间瞬态过电压；其波 形具有缓波前、持续时间短、单极性或振荡、强衰减电压特形具有缓波前、持续时间短、单极性或振荡、强衰减电压特 性。性。 l 无功功率无功功率主要是指在发电厂、变电所、电力系统中，为主要是指在发电厂、变电所、电力系统中，为 满足预定的功率传送方式和运

8、行等要求而设计的、表明高压满足预定的功率传送方式和运行等要求而设计的、表明高压 电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路。电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路。 基本电气概念：基本电气概念： l 厂用电厂用电发电厂在启动、运转、停役、检修过程中，有大发电厂在启动、运转、停役、检修过程中，有大 量以电动机拖动的机械设备，用以保证机组的主要设备和输量以电动机拖动的机械设备，用以保证机组的主要设备和输 煤、碎煤、除灰、除尘及水处理等辅助设备的正常运行。这煤、碎煤、除灰、除尘及水处理等辅助设备的正常运行。这 些电动机以及全厂的运行、操作、试验、检修、照明等用电些电动机以及全厂的运行、操作、试验、检

9、修、照明等用电 设备都属于厂用负荷，总的耗电量，统称为厂用电。设备都属于厂用负荷，总的耗电量，统称为厂用电。 l 母线母线母线起着汇集和分配电能作用，又称汇流排。在原母线起着汇集和分配电能作用，又称汇流排。在原 理上它是电路中的一个电气节点，它决定了配电装置设备的理上它是电路中的一个电气节点，它决定了配电装置设备的 数量，并表明以什么方式来连接发电机、变压器和线路，以数量，并表明以什么方式来连接发电机、变压器和线路，以 及怎样与系统连接来完成输配电任务。及怎样与系统连接来完成输配电任务。 l 互感器互感器是电力系统中测量仪表、继电保护和自动装置等是电力系统中测量仪表、继电保护和自动装置等 二次

10、设备获取电气一次回路信息的传感器。互感器作用是将二次设备获取电气一次回路信息的传感器。互感器作用是将 高电压、大电流按比例变成低电压和小电流。高电压、大电流按比例变成低电压和小电流。 基本电气概念：基本电气概念： l 工作接地工作接地是为了保证电力系统正常运行所需要的接地。是为了保证电力系统正常运行所需要的接地。 例如中性点直接接地系统中的变压器中性点接地，其作用是例如中性点直接接地系统中的变压器中性点接地，其作用是 稳定电网对地电位，从而可使对地绝缘降低。稳定电网对地电位，从而可使对地绝缘降低。 l 防雷接地防雷接地是针对防雷保护的需要而设置的接地。例如避是针对防雷保护的需要而设置的接地。例

11、如避 雷针雷针(线线)、避雷器的接地，目的是使雷电流顺利导入大地，以、避雷器的接地，目的是使雷电流顺利导入大地，以 利于降低雷过电压，故又称为过电压保护接地。利于降低雷过电压，故又称为过电压保护接地。 l 保护接地保护接地也称安全接地，是为了人身安全而设置的接地，也称安全接地，是为了人身安全而设置的接地， 即电气设备的外壳即电气设备的外壳(包括电缆皮包括电缆皮)必须接地，以防外壳带电危及必须接地，以防外壳带电危及 人身安全。人身安全。 l 仪控接地仪控接地发电厂的热力控制系统、数据采集系统、计算发电厂的热力控制系统、数据采集系统、计算 机监控系统、晶体管或微机型继电保护系统和远动通信系统机监控

12、系统、晶体管或微机型继电保护系统和远动通信系统 等，为了稳定电位、防止干扰而设置的接地。仪控接地亦称等，为了稳定电位、防止干扰而设置的接地。仪控接地亦称 电子系统接地。电子系统接地。 基本概念 失磁失磁同步发电机突然部分的或全部的失去同步发电机突然部分的或全部的失去 励磁称为失磁励磁称为失磁 励磁控制系统励磁控制系统由励磁调节器、励磁功率单由励磁调节器、励磁功率单 元和发电机本身一起组成的整个系统称为励磁元和发电机本身一起组成的整个系统称为励磁 控制系统控制系统 六氟化硫断路器六氟化硫断路器采用具有优良灭弧性能和采用具有优良灭弧性能和 绝缘性能的绝缘性能的SF6气体作灭弧介质的断路器，称气体作

13、灭弧介质的断路器，称 为为SF6断路器。具有开断能力强、体积小等特断路器。具有开断能力强、体积小等特 点，但结构较复杂，金属消耗量大、价格较贵点，但结构较复杂，金属消耗量大、价格较贵 基本概念 真空断路器真空断路器利用真空的高介质强度来灭弧利用真空的高介质强度来灭弧 的断路器，称真空断路器。此种断路器具有灭的断路器，称真空断路器。此种断路器具有灭 弧速度快、触头材料不易氧化、寿命长、体积弧速度快、触头材料不易氧化、寿命长、体积 小等特点小等特点 电力系统振荡电力系统振荡由于发电厂引出线或线路开由于发电厂引出线或线路开 关故障、跳闸等原因，使系统动态稳定受到破关故障、跳闸等原因，使系统动态稳定受

14、到破 坏引起频率表指示异常，负荷表、电压表大幅坏引起频率表指示异常，负荷表、电压表大幅 度摆动的不稳定现象称为电力系统振荡度摆动的不稳定现象称为电力系统振荡 主变压器的选择：掌握主变容量的计算 掌握限制短路电流的方法 基本原理是什么？ 普通限流电抗器的作用和特点 分裂电抗器的原理和特点 低压分裂绕组变压器的原理和特点 了解电气主接线的设计程序 第四章 第三、四、五节 主变压器的选择 Power Transformer Power Transformer 电力工人林跃用水枪电力工人林跃用水枪 给主变降温给主变降温 2011.08.09 华西都市报07版 Power Transformer 主变主

15、变“冲凉冲凉”降温降温 2013年08月21日 新华网四川频道 20132013年年8 8月月2020日，成都地区持续高湿日，成都地区持续高湿 湿热天气。湿热天气。1414时时2929分，成都电网最大分，成都电网最大 负荷负荷824.4824.4万千瓦，创历史新高。万千瓦，创历史新高。 主变 主变压器 主变 主变压器 主变、联络变、厂用变 按相数分类 单相变压器 三相变压器 双绕组 三绕组 自耦 低压分裂绕组 按绕组数分类 无激磁调压（无载调压） 有激磁调压（有载调压） 按调压方式分类 型号型号 额定额定 容量容量 kVAkVA 额定电压额定电压 kVkV 连连 接接 组组 别别 损耗损耗 k

16、WkW 空载空载 电流电流 % % 阻抗阻抗 电压电压 % % 总体总体 质量质量 t t 高压高压低压低压 空空 载载 短短 路路 SF7-SF7- 31500/11031500/110 3150031500 1101102 22.5%2.5% 1211212 22.5%2.5% 6.36.3 6.66.6 10.510.5 1111 Y YN N， d11d11 38.538.51481480.80.810.510.558.658.6 SFP7-SFP7- 360000/220360000/220 3600003600002422424 42.5%2.5%1818 Y YN N， d11d

17、11 1951958608600.70.714.014.0252252 变压器的主要参数 110、220kV双绕组变压器技术数据 变压器型号 高压侧电压等级：kV 额定容量：kVA 设计序号 相数：单相D，三相S 绕组外绝缘介质：变压器油，空气G（K），成型固体C 冷却方式：油浸自冷J ，风冷F，水冷S 油循环方式：自然循环 ，强迫油导向循环D，强迫油循环P 绕组数：双绕组，三绕组S，分裂绕组F 调压方式：无激磁调压 ，有载调压Z 绕组导线材料：铜 ，铝（L） 绕组耦合方式：自耦O 注：自耦变作升压用时，0列在型号后，作降压用时O列在型号前 132456 SFSZ9-31500/110 S三相

18、 F风冷 S三绕组 Z有载调压 9设计序号9型 31500 容量为31500kVA 110一次侧额定电压110kV 变压器型号：例 容量： 考虑主接线形式及各种可能运行方式 台数： 相数：3相 or 单相 绕组数：双绕组，三绕组，自耦 接线组别：Y/d 调压方式：无载，有载 冷却方式 主变压器选择的内容 主变压器容量计算 110kV110kV G3，100MW，功率因数0.85，额定电压10.5kV, 单元接线接入110kV系统，厂用电率8%，选主变 型号。 主变容量 119MVA 双绕组，110/10kV 选型：SFPL1-120000/110 主变压器容量计算：例 110kV110kV 主

19、变压器容量计算 有发电机电压等级母线的主变 当发电机电压母线上负荷最 小时，扣除厂用负荷后，主 变压器应能将剩余有功和无 功送往系统。 110kV110kV 主变压器容量计算：例 G1、G2均为50MW(额定电压10.5kV，功率因数0.8)，厂 用电率为10，发电机电压最大综合负荷70MW，最小综 合负荷40MW，功率因数0.9，剩余功率送110kV系统。选 择主变型号。 选型：SF7-40000/110 110kV110kV 限制短路电流的方法 主接线设计为什么关心短路电流 选择和校验 电气设备 A short circuit is simply a low resistance conn

20、ection between the two conductors supplying electrical power to any circuit. Whats is Short Circuit? 原理 增大电源至短路点的等效阻抗 具体的方法有： 加装串联的限流电抗器 使用低压分裂绕组变压器 选择适当的主接线形式和运行方式 限制短路电流的方法 要减少并列，增加串联。 限流电抗器 可以水平布置或垂直布置（或“品”字形布置） 铜或铝导线绕制而成的空心线圈 没有铁芯，所以其电抗 Xk 恒定不变 按安装地点分为 出线电抗器 母线电抗器 参数：百分电抗 普通电抗器 电抗器的接法 普通电抗器：出线电抗

21、器 限制电缆馈线回路限制电缆馈线回路 发生短路时的短路发生短路时的短路 电流电流 电抗大点儿好电抗大点儿好 还是小点儿好？还是小点儿好？ 普通电抗器：母线电抗器 限制发电机电压等级限制发电机电压等级 回路的短路电流回路的短路电流 电抗大点儿好电抗大点儿好 还是小点儿好？还是小点儿好？ 普通电抗器的矛盾 电抗大点儿好电抗大点儿好 还是小点儿好？还是小点儿好？ 希望限流电抗器：希望限流电抗器： 正常运行时电抗值小点儿，正常运行时电抗值小点儿， 短路发生时电抗值大点儿短路发生时电抗值大点儿 分裂电抗器在正常运行时，负荷电流所经 过的电抗小，所造成的压降小； 分裂电抗器来解决这个矛盾 当分裂电抗器某个

22、臂电路发生故障时，短 路电流所经过的电抗会增大好几倍，则短 路电流受到很大的限制。 分裂电抗器来解决这个矛盾 分裂电抗器在结构上和普通的电抗器没有大的区别。只 是在电抗线圈的中间有一个抽头，用来连接电源，一个 电抗器形成两个分支，此二分支可各接一个（如厂用母 线），其额定电流相等。 正常运行时，由于两分支里电流方向相反，使两分支的 电抗减小，因而电压损失减小。当一分支出线发生短路 时，该分支流过短路电流，另一分支的负荷电流相对于 短路电流来说很小，可以忽略其作用，则流过短路电流 的分支电抗增大，压降增大，使母线的残余电压较高。 优点：优点： （1）正常运行时，分裂电抗器每个分段的电抗相当于 普

23、通电抗器电抗的1/4，使负荷电流造成的电压损失较普 通电抗器为小。 （2）当分裂电抗器的分支端短路时，分裂电抗器每个 分段电抗较正常运行值增大四倍，故限制短路的作用比 正常运行值大，有限制短路电流的作用。 缺点：缺点： 当两个分支负荷不相等或者负荷变化过大时，将引起 两分段电压偏差增大，使分段电压波动较大，造成用户 电动机工作不稳定，甚至分段出现过电压。 分裂电抗器的原理 分裂电抗器的原理 分裂电抗器的原理 穿越电抗： 单臂型电抗： 分裂型电抗： 分裂电抗器来解决这个矛盾 正常运行时正常运行时 单臂短路时单臂短路时 符合要求：符合要求： 正常运行时电抗值小点儿，正常运行时电抗值小点儿， 短路发生时电抗值大点儿短路发生时电抗值大点儿 分裂电抗器的配置 图(a) 用于两台发电机构成扩大单元接线 图(b) 用作大型机组的厂用高压变压器 低压分裂绕组变压器 分裂式绕组变