第二章 发电、变电与输电的电气部分

基本要求1、掌握主要电气设备的功能及其图形符号2、掌握电气主接线及配电装置的基本概念3、掌握发电厂电气部分的组成4、了解300MW、600MW发电机组电气部分的特点5、了解高压交、直流输电和远距离输电与灵活交流输电系统电能的生产：火电、水电和核电、各种新能源电能的传输：交流架空线路或电缆

直流输电电能的变换和分配：变电站电能的使用：各种形式的负荷将电能转换成其他形式的能源电力系统的功能电气设备和电气接线目录一二发电厂的电气部分三高压交流输电四高压直流输电五远距离输电与灵活交流输电系统电气设备生产和转换电能的设备开关电器限制短路电流和防御过电压设备载流导体接地装置仪用互感器测量表计继电保护及自动装置直流电源设备操作电器、信号设备及控制电缆一次设备二次设备生产变换输送分配使用测量监视控制保护第一节电气设备和电气接线一次设备①生产和转换电能的设备发电机-机械能转换为电能电动机-电能转化为机械能变压器-电压升高/降低，进行输配电②接通或断开电路的开关电器断路器：断开/接通电路中的正常电流/故障电流隔离开关：形成明显绝缘间隙负荷开关：只能开断负载电流和一定过载电流熔断器：过载或短路时，起到开断和保护的作用熔断器高压负荷开关传动机构弹簧脱扣机构③限制故障电流和防御过电压的电器电抗器（串联）-限制短路电流，维持母线残压。避雷器-保护电力系统和电气设备的绝缘使其不受过电压而损坏④载流导体：将电气设备连接起来架空线路：终端线、联络线电缆：用于城市、厂站内部或附近、穿越江河或海峡母线：汇集和分配电能硬母线由绝缘子支撑220kV母线10kV母线软母线由绝缘子串悬挂在杆塔上图形符号⑤接地装置电力系统中性点的工作接地或保护人身安全的保护接地，与地中的接地网相连。接地刀闸闭合，保护检修人员安全⑥无功补偿装置并联电容器：移相电容器。用于补偿电力系统感性负荷无功功率，提高功率因数，改善电压质量，降低线路损耗。并联电抗器：接在超高压输电线的末端和地之间串联电容器：串联在330kV及以上的超高压线路中，从补偿（减少）电抗的角度改善系统电压，以减少电能损耗，提高系统的稳定性。应用于电力输电、配电系统中，特别是长距离、大容量的输电系统中，提高输送容量，提高系统的稳定性，改善系统的电压调整率，同时提高系统功率因数，降低线路损耗。并联电容器串联电容器并联电抗器二次设备①互感器(电流互感器、电压互感器)将一次系统高电压和大电流转换为二次系统标准的低电压和小电流，供给仪表和保护装置使用，使一次与二次系统可靠隔离。电流互感器电压互感器②测量表计③继电保护及自动装置电流表、电压表、功率表等保护、自动重合闸、备用电源④直流电源设备供给控制、保护和厂用直流负荷、事故照明的直流用电（直流发电机组蓄电池组硅整流设备）⑤操作电器、信号设备及控制电缆母线、导线、电力电缆W（电缆终端头*）生产和转换电能的设备开关电器限制短路电流和防御过电压载流导体发电机G

变压器T电动机M断路器QF隔离开关QS负荷开关Q熔断器FU电抗器L避雷器F火花间隙F接地E互感器电流互感器TA电压互感器TV主要电气设备的图形符号旧旧M电气接线表明电能汇集和分配关系以及各种运行方式对一次设备及系统进行控制、监察、测量和保护一次电路（电气主接线）电气主接线：由高压电器通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的通电回路，成为传输强电流、高电压的网络，一次接线或电气主系统。二次电路（二次接线）测量表计回路、断路器控制和信号回路操作电源回路、继电保护回路、自动装置回路电气接线和装置根据主接线要求，由开关电器、母线、保护和测量以及必要的设备和建筑物组成的整体。配电装置（屋内和屋外配电装置）电气设备和电气接线目录一二发电厂的电气部分三高压交流输电四高压直流输电五远距离输电与灵活交流输电系统电气系统电能生产系统电气一次系统电气二次系统通过与汽轮机同轴的发电机，将机械能转换为电能；通过高压配电装置将电能汇集并分配送往电力传输网络；通过厂用供电系统，保证厂用辅机供电；通过二次系统对一次系统进行监视、测量、控制和保护。作用第二节发电厂的电气部分

火力300MW、600MW是主力机组。一、300MW发电机组电气部分（P32图2-2）1发电机与变压器直接相连，组成单元接线。特点？介绍主要设备作用。发电机与变压器容量概念。发电机、主变、厂变容量关系。发电机中性点为什么经接地变压器接地？消弧线圈？2

全连分/离相封闭母线概念优点：可靠、安全、减少母线电动力及钢构发热●发电机－变压器单元接线，采用全连分相封闭母线;●无发电机出口断路器和隔离开关；●在主变低压侧引接一台高压厂用变压器，供给厂用电；●在发电机出口侧，通过高压熔断器接有三组电压互感器和一组避雷器；●在发电机出口侧和中性点侧，每相装有电流互感器；●发电机中性点接有中性点接地变压器，干式（高电阻接地）高压厂用变压器高压侧，每相装有电流互感器。发电机：额定功率300MW，额定电压20KV，额定电流10189A，COSФ=0.85额定转速3000r/min;主变压器：额定容量360MV·A，额定电压242±2×2.5%/20kV，额定电流858.9/10392.3A，连接组别为YN,d11，ΔP0＝177kW，I0%=0.3，ΔPk＝809kW，Uk=11;高压厂用变压器：额定容量40/20-20MV·A，额定电压20±2×2.5%/6.3－6.3kV，接线组别为D，d12，d12;电压互感器：JDZD-20型，变比kV和JDZ-20型，变比KV高压熔断器：RN4-20型，额定电流20kA，额定容量4500MV·A电流互感器：LRD-20型，变比12000/5A中性点接地变压器：干式、单相、额定电压20/0.23kV，额定容量25kV·A，二次侧负载电阻为0.5～0.6，换算至变压器一次侧电阻值为3781～4537欧姆。发电机中性点实际为高电阻接地方式，用来限制电容电流。300MW发电机组主要电气设备的参数二、600MW发电机组接线（P33图2-3）三相变压器组成的变压器组厂用变压接线类别发电机组采用发电机—变压器单元接线；变压器500kV侧采用一台半断路器接线方式。●发电机－变压器单元接线，采用全连分相封闭母线;●无发电机出口断路器和隔离开关；●主变采用三个单相双绕组变压器接成三相，低压侧接成三角形，高压侧接成星形。●在主变低压侧接一台高压厂用变压器，供给厂用电；●在发电机出口侧，接有两组电压互感器、一组避雷器和一组电容器；●在发电机出口侧和中性点侧，每相装有电流互感器；●发电机中性点接有中性点接地变压器；●高压厂用变压器高压侧和低压侧，每相装有电流互感器；●主变压器高压侧，每相装有电流互感器。电气接线图

主要显示系统中发电机、变压器、电力线路、母线及断路器等主要元件间的电气接线。电气设备和电气接线目录一二发电厂的电气部分三高压交流输电四高压直流输电五远距离输电与灵活交流输电系统1.长距离输送电能2.大容量输送电能3.节约基建投资与运行费用4.电力系统互联一、高压交流输变电概述330kV级以上是超压输电二、我国330kV以及超高压输电第三节高压交流输电不同电压等级的输送功率和距离电压等级与线损率的关系

主要电气设备：（主变压器、断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器、避雷器）作用三、500kV变电站电气主接线枢纽变电站，说明其作用---接线方式（3/2或双母四分段带专用旁路母线）避雷器：保护电气设备免遭雷电冲击波袭击。五种：保护间隙、管型避雷器、阀型避雷器、磁吹阀式避雷器和氧化锌避雷器。500kv—氧化锌避雷器做过电压保护（无间隙、无续流、残压低等特点）四、并联高压电抗器和抽能并联高压电抗器限制工频电压升高降低操作过电压消除发电机带长线出现自励磁避免长距离输送无功功率并降低线损限制潜供电流电气工程与自动化学院电力系第二章发电、变电和输电的电气部分电气设备和电气接线目录一二发电厂的电气部分三高压交流输电四高压直流输电五远距离输电与灵活交流输电系统第四节直流输电一、直流输电的主要用途1.远距离大功率输电2.海底电缆送电3.不同频率或相同额定频率非同步运行的交流系统之间的联络4.用地下电缆向用电密度高的城市供电二、直流输电的优缺点优点1.当输送功率相同时，其线路造价低3.两端交流电力系统不需要同步运行，输电距离不受电力系统同步运行稳定性的限制4.直流线路的电压、电流、功率的调节比较容易和迅速2.当输送功率相同时，其功率损耗小5.可以实现不同频率或相同频率交流系统之间的非同步联系6.直流输电线路在稳态运行时没有电容电流沿线电压分布平稳线路电压降较小（仅电阻性压降）线路部分不需要无功补偿装置换流站造价高消耗无功谐波高压直流断路器大地回流造成的腐蚀及对交流系统的影响闭锁缺点直流输电的基本原理直流输电的主要电气设备三、直流输电的接线方式单极直流输电单极两线直流输电双极直流输电1单极直流输电特点结构简单，经济；地电流对地下埋设设备的金属物腐蚀严重；对交流系统的影响。换流站与直流线路的连接端点2单极两线直流输电无大地回流3双极直流输电直流输电系统的原理接线图（双极）换流器换流阀阀阀臂四、换流站的工作原理换流站把三相交流电变换成直流电的换流站逆变站：把直流线路送来的直流电变换成交流电的换流站整流站：特点只输送有功功率，不输送无功功率换流阀在运行时，它对交流、直流系统两侧都将产生谐波在换流站两侧均必须采用滤除谐波的措施五、我国直流输电的发展概况已经投运和在建的直流输电工程1）舟山直流输电工程

1987年12月投入试运行额定电压100kV，额定输送功率50MW2）葛上直流输电工程1989年底建成单极500kV，输送电力600MW1990年建成双极±500kV，输送电力1200MW3）天广直流输电工程额定电压±500kV，输送功率1800MW4）嵊泗直流输电工程2003年正式投入运行额定电压±50kV，输送功率双极60MW5）三常直流输电工程2000年开始建设全长890km2002年底已建成单极500kV输送电力1500MW2003年5月建成双极±500kV输送电力3000MW6）三广直流输电工程2003年底建成单极500kV输送电力1500MW2004年上半年建成双极±500kV输送电力3000MW2003年开始建设2001年开始建设7）贵广直流输电工程2001年开始建设全长900km2004年建成单极500kV输送电力1500MW2005年建成双极±500kV输送电力3000MW8）灵宝背靠背直流输电工程2005年建成双极±120kV输送电力360MW9）云南—广东±800kv特高压直流输电示范工程，属于世界上第一条。现代直流输电优点：☆每根同样截面的导线，能输送更大的功率，并且有功损耗小；☆输送线路结构简单；☆每根导线都可以作为一个独立回路运行，并且可以采用大地或海水作回路；☆没有充电功率和充电电流，没有集肤效应；☆电缆线路可以在较高的电位梯度下运行；☆不存在稳定问题；☆可以联络两个不同频率的交流系统，联络线上的功率易于控制。

主要缺点有：☆换流器投资昂贵，且需要消耗较多的无功功率。☆换流器是一个谐波源会产生电力污染，而且几乎没有过载能力。☆目前尚无适用的直流断路器。

直流输电的应用范围有：远距离大容量输电、海底电缆输电、两个交流系统的互联、大城市地下输电、减小短路容量、配合新能源输电。

交流输电由来已久,交流输电线路中,除了有导线的电阻损耗外还有交流感抗的损耗。为了解决交流输电电阻的损耗,采用高压和超高压输电来减小电流来减小损耗。

但是交流电感损耗不能减小。因此交流输电不能做太远距离输电。如果线路过长输送的电能就会全部消耗在输电线路上.交流输电并网还要考虑相位的一致。如果相位不一致两组发电机并网会互相抵消。交/直流输电的比较直流输电克服了上述电感的损耗。只有导线电阻的损耗。主要应用于远距离大容量输电、电力系统联网、远距离海底电缆或大城市地下电缆送电、配电网络的轻型直流输电等方面。直流输电与交流输电相互配合，构成现代电力传输系统。随着电力系统技术经济需求的不断增长和提高，直流输电受到广泛的注意并得到不断的发展。与直流输电相关的技术，如电力电子、微电子、计算机控制、绝缘新材料、光纤、超导、仿真以及电力系统运行、控制和规划等的发展为直流输电开辟了广阔的应用前景。电气设备和电气接线目录一二发电厂的电气部分三高压交流输电四高压直流输电五远距离输电与灵活交流输电系统第五节远距离输电与灵活交流输电系统一、远距离输电二、远距离输电方式直流远距离输电交流远距离输电---稳定性问题三、灵活交流输电系统FlexibleAlternativeCurrentTransmiss