变电站电力系统课件

发电厂变电站电气设备发电厂变电站电气设备第一章绪论第二章电力系统中性点的运行方式第三章电弧及电气触头的基本知识第四章低压电器第五章熔断器第六章高压开关电器第七章互感器第八章母线、电力电缆及绝缘子第九章电力电容器和电抗器第十章电气主接线第十一章自用电接线第十二章配电装置第十三章接地装置第十四章电气设备的选择

第一章绪论第一节我国电力工业发展简况第二节发电厂和变电站概述第三节发电厂变电站电气设备概述第四节电气设备的主要参数本章小结思考练习

1.1我国电力工业发展简况电力是工农业生产不可缺少的动力,并广泛应用到一切生产部门和日常生活方面。电能有许多优点:首先,它可简便地转换成另一种形式的能量。例如,电动机,是将电能转换成机械能,拖动各种机械;又如我们日常使用的电灯,是将电能转换为光能,满足照明需要。其次,电能经过高压输电线路,可输送很远的距离,供给远方使用。另外,许多生产部门利用电能进行控制,更容易实现自动化,提高产品质量和经济效益。电力工业应满足国民经济发展的需要,因此,在国民经济中保持电力工业适度的超前发展是十分必要的。中国经济的持续快速发展大大推动了电力行业的发展。“十五”（2001～2005年）后期至2020年,中国电力工业将进入一个新的发展时期,全国电力装机容量将会实现大幅增长。截至2003年底,中国电力装机容量达到3.8亿kW,预计到2005年将达到4.5亿kW以上,2010年将达到6.5亿kW左右,2020年将达到9.5亿kW左右。目前中国百万千瓦以上的水、火、核电站的总数已达到107座,比2000年初增加27座。中国已形成以大型发电厂和高效大容量发电机组为骨干的电力生产体系。进入21世纪的中国电力工业发展已步入了大电网、大机组、高参数、超高压和自动化、信息化及全国联网的新阶段。1.1我国电力工业发展简况火电站中装机容量最大的为福建漳州后石电厂,为360万kW。水电站装机容量最大的是在建的三峡水电站,为1820万kW。核电站中装机容量最大的为广东岭澳核电站,为198万kW。新能源的开发方面,中国电力企业联合会的统计显示,经过近10年以年均55%的快速增长后,至2003年底,中国内地已建成的风力电厂达40个,风力发电机组达1042台,累计装机总容量为56.7万kW。300MW火力机组已成为我国主力发电机组,目前我国已具备600MW级及以上容量火力发电机组的设备制造能力,单机容量为600MW机组的电厂目前已开始相继投建。中国风能资源非常丰富,尤其是西北、东北和沿海地区。为此,中国有关部门已作出规划,到2005年中国风力发电装机总量将达到100万kW,到2010年将达到400万kW,到2020年将达到2000万kW,届时在全国电力能源结构中的比例将占到2%。1.1我国电力工业发展简况我国各地资源分布和经济发展很不平衡:从一次能源分布看,水能资源主要集中于西部和西南部地区,可开发容量占全国83%,煤炭资源集中在于华北和西北部地区,占全国80%;从各地区发展和电力消费水平看,中部和东部沿海地区经济总量占全国82%,电力消费占78%,而西部地区则分别只占18%和22%。这种资源和经济发展的不平衡客观上要求必须加快全国联网,推动西电东送和南北互供,以促进全国范围内的资源优化配置。早在1989年,就已形成了7个跨省电网:东北电网、华北电网、华东电网、华中电网、西北电网、西南电网、南方互联电网(含香港电网和澳门电网)。在经历了从省网发展到大区电网的积累后,跨大区电网互联工程大步推进。1989年9月,华中华东电网之间的±500kV超高压直流输电工程(1.2GW)投入运行,在中国首次实现非同步跨大区联网。“十五”期间全国联网取得实质性进展。2005年前后,将以三峡工程为中心,以华中电网为依托,向东西南北四个方向辐射,建设四个方向的联网和输电线路,同时不断扩大北中南三个主要西电东送通道规模。届时,除新疆、西藏、海南、台湾外,全国互联电网格局基本形成。1.2发电厂和变电站概述一、发电厂发电厂是把各种一次能源转换成电能的工厂。1火力发电厂燃料的化学能—蒸汽的热能—机械能—电能火电厂布置图1—煤场;2—锅炉房;3—汽机房;4—主控制室;5—办公楼;6—烟囱;7—屋外高压配电装置1.2发电厂和变电站概述2水力发电厂堤坝式（坝后式、河床式）坝后式水电厂1—坝;2—压力水管;3—厂房河床式水电厂1—进水口;2—厂房;3—溢流坝1.2发电厂和变电站概述引水式引水式水电厂1—堰;2—引水渠;3—压力水管;4—厂房1.2发电厂和变电站概述抽水蓄能电厂抽水蓄能电厂1—压力水管;2—厂房;3—坝1.2发电厂和变变电站概述述3核电厂压水堆核电电厂发电方方式示意图图1—核反应堆;2—稳压器;3—蒸汽发生器器;4—汽轮发电机机组;5—给水加热器器;6—给水泵;7—主循环泵4其它发电方方式利用其他一一次能源发发电的,有风力发电电、潮汐发发电、地热热发电、太太阳能发电电等。此外外,还有直接将将热能转换换成电能的的磁流体发发电等。1.2发电厂和变变电站概述述2.变电站变电站是联联系发电厂厂和用户的的中间环节节,起着变换和和分配电能能的作用。。电力系统原原理接线图图1.2发电厂和变变电站概述述变电站根据据它在系统统中的地位位，可分为为下列几类类：1枢纽变电所所2中间变电所所3地区变电所所4终端变电所所三峡水电站站伊泰普水电电站溪洛渡水电电站火电厂火电厂秦山山核核电电站站大亚亚湾湾核核电电站站风电电厂厂太阳阳能能发发电电太阳阳能能风风能能互互补补发发电电返回回1.3发电电厂厂和和变变电电站站电电气气设设备备概概述述1．主主要要电电气气设设备备一次次设设备备：：直直接接生生产产和和输输配配电电能能的的设设备备称称为为一一次次设设备备。。二次次设设备备：：对对一一次次设设备备的的工工作作进进行行监监察察测测量量和和控控制制保保护护的的辅辅助助设设备备成成为为二二次次设设备备。。2．电电气气主主接接线线一次次设设备备连连成成的的电电路路称称为为电电气气主主接接线线或或一一次次电电路路（（主主电电路路））。。二二次次设设备备连连成成的的电电路路成成为为二二次次电电路路（（副副电电路路））。。电电路路图图是是用用一一定定的的图图形形符符号号描描绘绘成成三三线线图图或或单单线线图图，，主主接接线线图图通通常常画画成成单单线线图图。。几几种种典典型型的的主主接接线线（（单单母母线线、、双双母母线线、、桥桥式式接接线线、、单单元元接接线线））1.3发电电厂厂和和变变电电站站电电气气设设备备概概述述3．主主要要电电气气设设备备母线线：：汇汇总总接接受受和和分分配配电电能能的的装装置置。。断断路路器器、、隔隔离离开开关关：：断断路路器器是是用用来来接接通通和和断断开开电电路路。。隔隔离离开开关关不不能能用用于于接接通通或或断断开开有有负负荷荷电电流流的的电电路路，，因因其其无无灭灭弧弧装装置置，，作作用用是是使使需需要要停停电电设设备备与与带带电电部部分分可可靠靠地地隔隔开开。。互互感感器器：：把把一一次次电电路路的的高高电电压压和和大大电电流流变变换换为为二二次次设设备备所所需需要要的的低低电电压压和和小小电电流流，，同同时时实实现现了了一一次次与与二二次次的的隔隔离离。。电电容容器器：：补补充充系系统统无无功功功功率率缺缺额额的的电电气气设设备备。。思考考题题1.我国国电电力力工工业业发发展展的的方方针针是是什什么么?2.发电电厂厂、、变变电电所所的的类类型型有有哪哪些些?各有有什什么么特特点点?3.哪些些设设备备属属于于一一次次设设备备?其功功能能是是什什么么?第二二章章电力力系系统统中中性性点点的的运运行行方方式式第一一节节中中性性点点不不接接地地的的三三相相系系统统第二二节节中中性性点点经经消消弧弧线线圈圈接接地地的的三三相相系系统统第三三节节中中性性点点直直接接接接地地的的三三相相系系统统第四四节节中中性性点点经经阻阻抗抗接接地地的的三三相相系系统统第五五节节主主变变压压器器和和发发电电机机中中性性点点接接地地方方式式本章章小小结结思考考练练习习电力力系系统统中中性性点点是是三三相相绕绕组组作作星星形形连连接接的的变变压压器器和和发发电电机机的的中中性性点点。。电力力系系统统中中性性点点与与大大地地间间的的电电气气连连接接方方式式，，称称为为电电力力系系统统中中性性点点接接地地方方式式（（即即中中性性点点运运行行方方式式））。。电力力系系统统中中性性点点的的运运行行方方式式，，可可分分为为中中性性点点非非有有效效接接地地和和中中性性点点有有效效接接地地两两大大类类。。中性性点点非非有有效效接接地地包包括括中中性性点点不不接接地地、、中中性性点点经经消消弧弧线线圈圈接接地地和和中中性性点点经经高高电电阻阻接接地地的的系系统统，，当当发发生生单单相相接接地地时时，，接接地地电电流流被被限限制制到到较较小小数数值值，，故故又又称称为为小小接接地地电电流流系系统统；；中性性点点有有效效接接地地包包括括中中性性点点直直接接接接地地和和中中性性点点经经小小阻阻抗抗接接地地的的系系统统，，因因发发生生单单相相接接地地时时接接地地电电流流很很大大，，故故又又称称为为大大接接地地电电流流系系统统。。2.1中性性点点不不接接地地的的三三相相系系统统一、、正正常常运运行行情情况况中性性点点不不接接地地系系统统的的正正常常运运行行情情况况时时的的电电路路图图2.1中性性点点不不接接地地的的三三相相系系统统电力力系系统统正正常常运运行行时时，，一一般般认认为为三三相相系系统统是是对对称称的的，，若若三三相相导导线线经经过过完完全全换换位位，，则则各各相相的的对对地地电电容容相相等等，，相相对对地地电电压压分分别别为为：：各相导线线对地的的电容相相等并等等于C，正常时时各相对对地电容容电流的的有效值值也相等等，且有有ICU＝ICV＝ICW＝ωCUph中性点不不接地系系统的正正常运行行情况时时的相量量图2.1中性点不不接地的的三相系系统一、单相相接地故故障中性点不不接地系系统的单单相接地地时的电电路图2.1中性点不不接地的的三相系系统当W相完全接接地时，，故障相相的对地地电压为为零，即即：则有：非故障相相U相和V相的对地地电压分分别为：：非故障相相的对地地电压升升高到线线电压，，即升高高为相电电压的倍。系统三相相的线电电压仍保保持对称称且大小小不变。。因此，，对接于于线电压压的用电电设备的的工作并并无影响响，无须须立即中中断对用用户供电电。2.1中性点不不接地的的三相系系统Ｗ相接地地时，W相对地电电容被短短接，ＷＷ相的对对地电容容电流为为零。未接地U、V相的对地地电容电电流的有有效值为为：此时三相相对地电电容电流流之和不不再等于于零，大大地中有有容性电电流流过过，并通通过接地地点形成成回路，，接地电电流：：单相接地地电容电电流的实实用计算算为：式中：IC—接地电容容电流，，A；U—系统的线线电压，，kV；L1—架空线路路的总长长度，km；L2—电缆线路路的总长长度，km。2.1中性点不不接地的的三相系系统中性点不不接地系系统的单单相接地地时的相相量图当发生不不完全接接地时，，即通过过一定的的电阻接接地时，，接地相相的相对对地电压压大于零零而小于于相电压压，未接接地相的的对地电电压大于于相电压压而小于于线电压压，中性性点电压压大于零零而小于于相电压压，线电电压仍保保持不变变，此时时的接地地电流要要比完全全接地时时小一些些。2.1中性点不不接地的的三相系系统中性点不不接地系系统发生生单相接接地故障障时产生生的影响响：单相接地地时，在在接地处处有接地地电流流流过，会会引起电电弧，此此电弧的的强弱与与接地电电流的大大小成正正比。当接地电电流不大大时，交交流电流流过零时时电弧将将自行熄熄灭，接接地故障障随之消消失，电电网即可可恢复正正常运行行；当接地电电流超过过一定值值时，将将会产生生稳定的的电弧，，形成持持续的电电弧接地地，高温温的电弧弧可能损损坏设备备，甚至至可能导导致相间间短路，，尤其在在电机或或电器内内部发生生单相接接地出现现电弧时时最危险险；接地电流流小于30A而大于5～10A时，有可可能产生生一种周周期性熄熄灭与复复燃的间间歇性电电弧，将将引起过过电压，，其幅值值可达2.5～3倍的相电电压，这这个过电电压对于于正常电电气绝缘缘来说应应能承受受，但当当绝缘存存在薄弱弱点时，，可能发发生击穿穿而造成成短路，，危及整整个电网网的安全全。2.1中性点不不接地的的三相系系统单相接地地故障时时，由于于线电压压保持不不变，对对电力用用户没有有影响，，用户可可继续运运行，提提高了供供电可靠靠性。为防止由由于接地地点的电电弧及伴伴随产生生的过电电压，引引起故障障范围扩扩大，在在这种系系统中必必须装设设交流绝绝缘监察察装置，，当发生生单相接接地故障障时，立立即发出出绝缘下下降的信信号，通通知运行行值班人人员及时时处理。。电力系统统的有关关规程规规定：在在中性点点不接地地的三相相系统中中发生单单相接地地时，允允许继续续运行的的时间不不得超过过2ｈ，并要要加强监监视。系统中电电气设备备和线路路的对地地绝缘必必须按能能承受线线电压考考虑设计计，从而而相应地地增加了了投资。。2.1中性点不不接地的的三相系系统（１）3～10kV钢筋混凝凝土或金金属杆塔塔的架空空线路构构成的系系统和所所有35kV、66kV系统，不不直接连连接发电电机的系系统；当当接地电电流IC＜10A时；（２）3～10kV非钢筋混混凝土或或非金属属杆塔的的架空线线路构成成的系统统，电压压为3kV时，接地地电流IC＜30A；电压为为6kV时，接地地电流IC＜20A；（３）3～10kV电缆线路路构成的的系统，，接地电电流IC＜30A；（４）与与发电机机有直接接电气联联系的3～20kV系统，如如果要求求发电机机带内部部单相接接地故障障运行，，当接地地电流不不超过允允许值时时。适用范围围2.2中性点经经消弧线线圈接地地的三相相系统消弧线圈圈的结构构特点：：①为了保保持补偿偿电流与与电压之之间的线线性关系系，采用用滞气隙隙铁芯②气隙沿沿整个铁铁芯均匀匀设置，，以减少少漏磁③为了绝绝缘及散散热，铁铁芯和线线圈都浸浸在油中中④为适应应系统中中电容电电流变化化特点，，消弧线线圈中设设有分接接头（5～9个）中性点不不接地系系统，具具有单相相接地故故障时可可继续用用户供电电的优点点，即供供电可靠靠性比较较高，但但当接地地电流较较大时电电弧不能能自行熄熄灭则将将造成危危害。3-66kV系统中，，当单相相接地故故障电流流超过规规定值时时应采取取措施减减小接地地点的电电流。这这时可采采用中性性点经消消弧线圈圈接地的的方式，，在发生生单相接接地故障障时，接接地处流流过一个个与容性性接地电电流相反反的感性性电流，，即消弧弧线圈对对接地电电流起补补偿作用用，使接接地点处处的电弧弧能自行行熄灭。。2.2中性点经经消弧线线圈接地地的三相相系统⒈正常常运行（（理想））情况Ｕ0＝０→ＩＩL＝０，消消弧线圈圈不起作作用。⒉单相相接地故故障(如C相完全接接地)电压及电电流关系系分析①电压关关系与不不接地系系统相同同；②在习惯惯规定方方向下,ＩL和ＩC在接地处处相互抵抵消而实实现补偿偿。2.2中性点经经消弧线线圈接地地的三相相系统3适用范围围35kV及以下接接地电流流不满足足中性点点绝缘系系统规定定值时采采用；雷雷害事事故严重重的某些些大城市市电网的的110kV系统也可可采用。。4补偿方式式⒈完全全补偿ＩＩL＝ＩC即１／ωＬ＝３ωＣ；串联谐振振过电压压危及绝绝缘。⒉欠补补偿ＩＩL＜ＩC；切除线路路或频率率下降可可能谐振振。⒊过补补偿ＩＩL＞ＩC；⒋补偿偿容量的的选择Ｑh.e≥≥1.35ＩcＵx5.消弧线圈圈的安装装地点发电厂的的发电机机或厂变变的中性性点；变变电所主主变的中中性点。。2.3中性点直直接接地地的三相相系统中性点直直接接地地，即中中性点直直接与大大地相连连。正常运行行时，由于三三相系统统对称，，中性点点的电压压为零，，中性点点没有电电流流过过。发生生单相相接接地地时，，由由于于接接地地相相直直接接通通过过大大地地与与电电源源构构成成单单相相回回路路，，故故称称这这种种故故障障为为单单相相短短路路。。此此时时供供电电中中断断，，可可靠靠性性降降低低。。但但是是，，该该方方式式下下非非故故障障相相对对地地电电压压不不变变，，电电气气设设备备绝绝缘缘水水平平可可按按相相电电压压考考虑虑。。此此外外，，在在380/220V低压压供供电电系系统统中中，，线线对对地地电电压压为为相相电电压压，，可可接接入入单单相相负负荷荷。。2.3中性性点点直直接接接接地地的的三三相相系系统统优点点：：1、不不外外加加设设备备即即可可消消弧弧2、降降低低电电网网对对地地绝绝缘缘，，节节省省造造价价缺点点：：1、供供电电可可靠靠性性降降低低改进进：：装装自自动动重重合合闸闸装装置置、、加加备备用用电电源源2、短短路路电电流流很很大大改进进：：中中性性点点经经电电抗抗器器接接地地、、仅仅部部分分中中性性点点接接地地3、产产生生电电磁磁干干扰扰适用用范范围围：：电压压为为110kV及以以上上的的系系统统。。2.4中性性点点经经阻阻抗抗接接地地的的三三相相系系统统一、、中中性性点点经经低低电电阻阻接接地地的的三三相相系系统统中性性点点经经低低电电阻阻接接地地运运行行时时，，为为限限