电气工程基础第三章

电气工程基础第三章第1页，课件共45页，创作于2023年2月第三章电气设备的分类与系统合肥工业大学.电气与自动化工程学院内容提要：3.1发电系统2.2输变电系统2.3配电系统2.4电力系统负荷发电机升压变输电线路降压变用电设备水库水轮机第2页，课件共45页，创作于2023年2月第三章电气设备的分类与系统3.1发电系统一、火力发电厂合肥工业大学.电气与自动化工程学院1、火电厂的分类按燃料分：燃煤、燃油、燃气、余热、垃圾发电厂；按蒸汽压力和温度分：中低压、高压、超高压、亚临界、超临界、超超临界发电厂；按输出能源分：凝汽式发电厂（效率较低）、热电厂（效率较高）。火电厂超超临界机组和超临界机组指的是锅炉内工质的压力。锅炉内的工质都是水，水的临界压力是:22.115MPA、347.15℃；在这个压力和温度时，水和蒸汽的密度是相同的，就叫水的临界点，炉内工质压力低于这个压力就叫亚临界锅炉，大于这个压力就是超临界锅炉，炉内蒸汽温度不低于593℃或蒸汽压力不低于31MPa被称为超超临界。超临界、超超临界火电机组具有显著的节能和改善环境的效果，超超临界机组与超临界机组相比，热效率要提高1.2%，一年就可节约6000吨优质煤。什么叫临界？第3页，课件共45页，创作于2023年2月合肥工业大学.电气与自动化工程学院2、火电厂电能生产过程燃烧系统火电厂概括分为燃烧系统、汽水系统和电气系统，一般由锅炉、汽轮机、发电机及其辅助设备组成。

煤冷空气煤斗磨煤机送风机空气预热器排粉机锅炉炉渣除尘器细灰冲灰水灰渣泵至灰场引风机经烟囱排出输煤皮带第4页，课件共45页，创作于2023年2月合肥工业大学.电气与自动化工程学院2、火电厂电能生产过程汽水系统火电厂概括分为燃烧系统、汽水系统和电气系统，一般由锅炉、汽轮机、发电机及其辅助设备组成。

过热器过热蒸汽汽轮机发电机乏汽凝结器冷却水循环水泵凝结水泵低压加热器除氧器生水水处理设备给水泵高压加热器省煤器汽包第5页，课件共45页，创作于2023年2月合肥工业大学.电气与自动化工程学院2、火电厂电能生产过程电气系统火电厂概括分为燃烧系统、汽水系统和电气系统，一般由锅炉、汽轮机、发电机及其辅助设备组成。

发电机主变压器厂用高压变压器3、火电厂的主要系统4、火电厂的特点5、火电厂对环境的影响及防止措施第6页，课件共45页，创作于2023年2月二、水力发电厂合肥工业大学.电气与自动化工程学院水电厂的发电容量取决于水流的水位落差和水流的流量，发电效率较高。1、水电厂的分类按集中落差的方式分：堤坝式（坝后式、河床式）、引水式、混合式水电厂；按径流调节的程度分：无调节、有调节水电厂；2、水电厂的特点3、抽水蓄能电厂工作原理：峰荷时发电、低谷时抽水；作用：调峰、填谷、备用、调频、调相、黑启动、蓄能；效益：容量、节能、环保、动态等效益。第7页，课件共45页，创作于2023年2月三、核能发电厂合肥工业大学.电气与自动化工程学院四、风力发电厂五、太阳能发电厂六、其他能源发电厂大家看书了解第8页，课件共45页，创作于2023年2月3.2输变电系统合肥工业大学.电气与自动化工程学院一、输变电系统组成二、输变电系统接线三、电气主接线四、高压直流输电第9页，课件共45页，创作于2023年2月3.2输变电系统合肥工业大学.电气与自动化工程学院一、输变电系统组成输变电系统包括变电站和输电线路。输变电系统中的主要设备按其功能和流程连接而成的电路称为电气主接线，也称为电气一次接线图或一次系统。1、变压器2、输电线路3、母线4、开关电器5、其他电器又称为汇流排，是进线（电源）和出线（馈线）的中间环节，起着汇集和分配电能的作用。互感器、限流电抗器、并联电容器、避雷器（限压器）等。断路器、隔离开关、负荷开关、交流接触器、熔断器。架空线路(由导线、避雷针、杆塔、绝缘子和金具组成)和电缆线路（由导线、绝缘层和保护包皮层组成）。第10页，课件共45页，创作于2023年2月合肥工业大学.电气与自动化工程学院二、输变电系统接线电力系统接线有地理接线和电气接线两种。电气主接线按供电可靠性可分为无备用接线和有备用接线两类。无备用(开式电力网)包括单回路放射式、干线式和链式网络；有备用接线（闭式电力网）包括双回路、单环式、双环式和两端供电。电气接线分为一次接线和二次接线，一般画成单线图（即用单相接线表示三相系统），但对三相接线不完全相同的局部画面则画成三相图。电力网络按职能可分为输电网络和配电网络。地理接线指的是电力系统中各发电厂、变电站的相对地理位置和它们的连接关系。电气接线表明电力系统中各主要元部件之间和厂站之间的电气连接关系，它不反映发电厂、变电站的地理位置。第11页，课件共45页，创作于2023年2月合肥工业大学.电气与自动化工程学院三、电气主接线（有汇流母线和无汇流母线两大类）1、有汇流母线的接线单母线接线单母线分段接线单母线分段带旁路母线接线双母线接线双母线分段接线双母线带旁路母线接线一台半断路器接线2、无汇流母线的接线单元接线桥形接线角形接线第12页，课件共45页，创作于2023年2月合肥工业大学.电气与自动化工程学院三、电气主接线（有汇流母线和无汇流母线两大类）单母线WG1G2L2L1L3L4QF1QF2QS1QS3QS4母线隔离开关线路隔离开关接地开关停电操作顺序：依次断开QF2、QS3、QS2，待线路对侧也停电后，再合上QS4。送电操作顺序：在断开QS4、QF2的情况下，依次合上QS2、QS3、QF2。QS2优点：简单清晰、设备少。缺点：供电可靠性不高。停送电如何操作？1、有汇流母线的接线进出线数量较多时，便于汇集和分配、连接、安装和扩建。第13页，课件共45页，创作于2023年2月合肥工业大学.电气与自动化工程学院三、电气主接线（有汇流母线和无汇流母线两大类）单母线WG1G2L2L1L3L4QF1QF2QS1QS3QS4母线隔离开关线路隔离开关接地开关QS21、有汇流母线的接线特点简单、清晰、设备少。当母线故障或检修或母线隔离开关检修时，整个系数全部停电。断路器检修期间也必须停止该回路的供电。适用范围单电源的发电厂和变电所，且出线回路数少，用户对供电可靠性要求不高的场合。第14页，课件共45页，创作于2023年2月合肥工业大学.电气与自动化工程学院单母分段接线母线分段的目的可以减少母线故障或检修时的停电范围（回路数）。母线分段断路器重要用户可以由分别接在两段母线上的两条线路供电。第15页，课件共45页，创作于2023年2月合肥工业大学.电气与自动化工程学院单母分段接线母线分段断路器特点减少母线故障或检修时的停电范围。断路器检修期间必须停止该回路的供电。母线分段的数目，通常以2～3分段为宜，分段太多增加了分段断路器。适用范围6~10kV配电装置出线6回及以上；35kV出线数为4~8回；110~220kV出线数为3~4回。第16页，课件共45页，创作于2023年2月合肥工业大学.电气与自动化工程学院单母分段带旁路接线QF4QF1QS2QS1QS4QS3QS6QS5QS7QS8W3分段断路器兼作旁路断路器加装旁路母线的目的是可不中断地检修该回路的断路器检修QF4完毕后，怎么操作恢复？不中断负荷地检修QF4，怎么操作？第17页，课件共45页，创作于2023年2月合肥工业大学.电气与自动化工程学院单母分段带旁路接线QF4QF1QS2QS1QS4QS3QS6QS5QS7QS8W3分段断路器兼作旁路断路器加装旁路母线的目的是可不中断地检修该回路的断路器旁路母线的作用不停电检修进出线断路器。操作方式（检修QF4，且WL4不停电）如A、B段经QF1和QS1、QS2并列运行，则闭合QS5

断开QF1

断开QS1

闭合QS3

闭合QF1使W3带电（不要首先闭合QS8）。此时若W3隐含故障，则由继电保护装置动作断开QF1。若W3充电正常，操作可以继续进行：

合上QS8

断开QF4。这时WL4由母线B

QS2

QF1

QS3

W3

QS8

WL4供电。并由QF1替代断路器QF4。QF4检修前，应把QS6、QS7断开。适用范围中小型发电厂和35~110kV的变电所。第18页，课件共45页，创作于2023年2月合肥工业大学.电气与自动化工程学院双母线接线W1W2QS1QS2QF1母联断路器QF2QS3QS4QS5双母线接线有三种运行方式（1）母联断开，一母线工作，另母线备用；（2）母联断开，两组母线分段运行；（3）母联闭合，两组母线平均分配负荷。运行方式（1）时如何进行母线切换操作？QF3QS6QS7QS8QF4QS9QS10第19页，课件共45页，创作于2023年2月合肥工业大学.电气与自动化工程学院双母线接线W1W2QS1QS2QF1母联断路器QF2QS3QS4QS5QF3QS6QS7QS8QF4QS9QS10优点：检修一组母线，可使回路供电不中断；一组母线故障，部分进出线会暂时停电。供电可靠，调度灵活，又便于扩建。适用范围：大中型发电厂和变电所。第20页，课件共45页，创作于2023年2月合肥工业大学.电气与自动化工程学院双母线分段接线这种为双母三分段接线，还有双母四分段接线的。电抗器限制短路电流的作用QF1QF2QF3LⅡⅢI适用范围：6~10kV配电装置中；220kV电压进出线回路数甚多时，也采用双母线四分段的接线。第21页，课件共45页，创作于2023年2月合肥工业大学.电气与自动化工程学院双母带旁母接线如何利用倒闸操作来不停电地检修出线断路器？旁路跨线的作用？QF2QF1第22页，课件共45页，创作于2023年2月合肥工业大学.电气与自动化工程学院一台半断路器接线为何叫一台半接线？优点：有高度的可靠性；运行调度灵活；操作检修方便。缺点：投资大、二次控制接线和继电保护配置复杂。两组母线间，装有三台断路器，引接两个回路。有汇流母线与无汇流母线接线的区别？适用范围：大型电厂和变电站的超高压配电装置。第23页，课件共45页，创作于2023年2月合肥工业大学.电气与自动化工程学院2、无汇流母线的接线单元接线发电机—双绕组变压器单元发电机—三绕组自耦变压器单元发电机—三绕组变压器单元发电机—变压器—线路单元发电机—变压器扩大单元发电机—分裂绕组变压器扩大单元第24页，课件共45页，创作于2023年2月合肥工业大学.电气与自动化工程学院桥形接线内桥形外桥形内桥形接线适用于输电线路较长，故障几率较多，而变压器又不需要经常切换的情况。外桥形接线适用于线路较短，且变压器需要经常切换，或系统经两线路环网（有穿越功率）。两个“变压器—线路”单元接线相连构成桥形接线。QS1QS2QS1QS2QF3QF3QF1QF2QF1QF2第25页，课件共45页，创作于2023年2月合肥工业大学.电气与自动化工程学院角形接线优点：较高的可靠性和灵活性；缺点：电器设备选择困难，继电保护整定复杂，也不便于扩建。角形接线的断路器数等于回路数，且每条回路都与两台断路器相连接，检修任何一台断路器都不至于中断该回路的供电。四角形接线怎么画？第26页，课件共45页，创作于2023年2月合肥工业大学.电气与自动化工程学院角形接线优点：较高的可靠性和灵活性；缺点：电器设备选择困难，继电保护整定复杂，也不便于扩建。角形接线的断路器数等于回路数，且每条回路都与两台断路器相连接，检修任何一台断路器都不至于中断该回路的供电。第27页，课件共45页，创作于2023年2月合肥工业大学.电气与自动化工程学院四、高压直流输电高压直流输电系统就是将送端系统的高压交流电，经换流变压器变压，由换流器将高压交流转换成高压直流，通过直流输电线路输送到另一端换流站，再由换流器将高压直流转换成高压交流，然后经过换流变压器与受端交流电网相连，将电能送至受端系统。通常将交流转换成直流称为整流，实现该功能的装置称为整流器；将直流转换成交流称为逆变，实现该功能的装置称为逆变器。两者统称为换流器。1、基本原理2、主要电气设备3、优点、缺点及应用优点：线路造价低、年运行费用省；没有交流输电的运行稳定问题；能限制短路电流；调节速度快，运行可靠。应用：远距离大容量输电；海底电缆送电；交流系统的非同步联络；向用电密集的大城市供电。缺点：直流换流站投资大；消耗大量无功功率；产生谐波影响；缺乏直流断路器。第28页，课件共45页，创作于2023年2月3.3配电系统合肥工业大学.电气与自动化工程学院一、配电系统的基本概念二、配电系统的结构三、配电系统的运行特点四、配电系统的开关设备第29页，课件共45页，创作于2023年2月3.3配电系统合肥工业大学.电气与自动化工程学院一、配电系统的基本概念配电系统包括配电变电站、高低压配电线路及接户线在内的整个配电网及其设备。指标：1、供电可靠率2、网损率我国规定高压电网网损率控制在8%以下，低压电网网损率控制在12%以下。供电可靠率=1-（用户平均停电时间/统计期间总时间）×100%供电可靠率是指一年中对用户有效供电时间与总时间之比，可表示为：网损率=（电力网电能损耗量/总供电量）×100%3、电压合格率指电力系统某点电压在统计时间内电压合格的时间占总时间的百分比。第30页，课件共45页，创作于2023年2月合肥工业大学.电气与自动化工程学院二、配电系统的结构配电系统的发展需要考虑到主电源、配电网结构和线路的线径等问题。由于使用的电压等级不同，配电系统的结构也有所不同。1、以单一的10kV电压供电2、以10kV、35kV电压供电目前我国大多数中、小城市的配电网络基本上属于这种形式。目前一些较大的中等城市属于此类。3、以10kV、110kV电压供电在国外大多用于特大城市的配电系统，在我国比较少见，较典型的是武汉市采用这种。4、将220kV电压引入市区的供电国内的一些特大城市，比如上海采用。第31页，课件共45页，创作于2023年2月合肥工业大学.电气与自动化工程学院三、配电系统的运行特点故障和异常处理是配电网运行的首要工作保证配电网运行经济性是配电网运行的重要工作配电网运行中存在大量的谐波源、三相电压不平衡、电压闪变污染等第32页，课件共45页，创作于2023年2月合肥工业大学.电气与自动化工程学院四、配电系统的开关设备1、重合器重合器是具有多次重合功能和自具功能的断路器。架空配电线路故障的80%是瞬间故障，重合器具有多次重合功能，能有效排除临时性故障，大幅度提高供电可靠性。重合器具有自具功能。自具功能是指两方面：一方面它自带控制和操作电源，另一方面指它的操作不受外界继电控制，而由微处理器控制。微处理器按事先编好的程序指令重合动作。配电系统采用重合器的优点重合器的分类与技术参数重合器的动作特性其动作特性可分为瞬时动作特性（又称快速动作特性）和延时动作特性（又称慢速动作特性）两种，通常采用时间-电流曲线关系来描述。何谓“一快二慢”？提高重合闸的成功率；缩小停电范围；提高自动化程度；维修工作量小；节省变电站的综合投资和运行费用。第33页，课件共45页，创作于2023年2月合肥工业大学.电气与自动化工程学院四、配电系统的开关设备2、分段器分段器是一种与电源侧前级开关配合，在失压或无电流情况下自动分闸的开关设备，分段器实质是一种有记忆和识别功能的负荷隔离开关，它与重合器配合，隔离永久性故障线路，恢复供电。因此一般干线重合器与支线分段器配合使用。当发生永久性故障时，电源侧开关跳闸切断故障线路，分段器的计数装置进行计数，当达到预先整定的动作次数之后，分段器闭锁于分闸状态，从而达到其隔离故障线路区段的目的。若分段器未完成预订次数的分合操作，表明故障已经被其他设备切除了，则其将保持在合闸状态，并经一段时间的延时后恢复到预先的整定状态，为下次故障做好准备。分段器一般不能开断短路电流。第34页，课件共45页，创作于2023年2月3.4电力系统负荷合肥工业大学.电气与自动化工程学院一、电力系统负荷的基本概念二、电力系统负荷的用电特点三、电力系统负荷的表示方法四、电力系统负荷特性及模型第35页，课件共45页，创作于2023年2月3.4电力系统负荷合肥工业大学.电气与自动化工程学院一、电力系统负荷的基本概念电力系统用户电力设备在某一时刻消耗功率的总和称为电力系统的负荷，又称为用电负荷。工业用电、农业用电、交通运输用电和市政生活用电四大类。电力系统的供电负荷电力网的功率损耗发电厂的厂用电负荷电力系统的发电负荷1、按用电部门的属性划分第一产业用电、第二产业用电、第三产业用电。第36页，课件共45页，创作于2023年2月合肥工业大学.电气与自动化工程学院2、按供电的可靠性划分一类负荷（一级负荷）对这类用户供电必须保证高度的供电可靠性。一般应由两个独立电源供电。二类负荷（二级负荷）对这类用户可以采用双回线路供电，重要的二类负荷也可提高供电可靠性。三类负荷（三级负荷）这类用户的供电可靠性是比较低的。3、按负荷的大小划分最大负荷（最高负荷、尖峰负荷）日最大负荷、月最大负荷、年最大负荷。最小负荷（最低负荷、低谷负荷、基荷）平均负荷第37页，课件共45页，创作于2023年2月合肥工业大学.电气与自动化工程学院二、电力系统负荷的用电特点1、农业用电2、工业用电比重虽不大，但很重要。其特点是季节性很强。一般其比重在用电构成中据首位。其特点是用电量大且比较稳定。但在行业之间有差别，主要是生产工艺特点和生产班次的差异造成的。3、交通运输业用电这类负荷比重不大，变化也不大。4、城乡居民生活用电包括照明用电和家用电器用电。比重仍然不大，但其增长速度较快。第38页，课件共45页，创作于2023年2月合肥工业大学.电气与自动化工程学院三、电力系统负荷的表示方法1、负荷功率2、负荷曲线电力系统的负荷通常用复数功率或电流表示。某一段时间内用电负荷大小随时间变化的曲线称为负荷曲线。日负荷曲线（日有功负荷曲线、日无功负荷曲线）日最小负荷、日最大负荷、峰谷差、基荷、腰荷、峰荷、日平均负荷。负荷率、最小负荷系数（都可以描述负荷曲线变化形状的系数，越小表示负荷波动愈大）负荷曲线的形状取决于哪些因素？有哪些作用？第39页，课件共45页，创作于2023年2月合肥工业大学.电气与自动化工程学院2、负荷曲线某一段时间内用电负荷大小随时间变化的曲线称为负荷曲线。年负荷曲线（年最大负荷曲线、年持续负荷曲线）年最大负荷曲线是描述一年内每月（或每日）最大有功负荷随时间变化情况的曲线。装机容量新装机容量检修机组容量年最大负荷曲线可以用来作为制定发电机检修计划的依据，也为有计划地扩建发电机组或新建发电厂提供依据。什么叫年持续负荷曲线？第40页，课件共45页，创作于2023年2月合肥工业大学.电气与自动化