第二章 发电、变电和输电的电气部分课件

第二章

发电、变电和输电的电气部分第二章发电、变电和输电的电气部分第一节概述

为了满足电能的生产、转换、输送和分配的需要，发电厂和变电所中安装有各种电气设备一、一次设备 直接生产、转换和输配电能的设备成为一次设备。1、生产、转换电能的设备（1）同步发电机：将机械能转换为电能；（2）变压器：将电压升高或降低；（3）电动机：将电能转换为机械能。第二章发电、变电和输电的电气部分名称图形符号文字符号交流发电机G双绕组变压器T三绕组变压器T三绕组自耦变压器T电动机M～M第二章发电、变电和输电的电气部分2、通、断高压开关电器 在电力系统中，接通和断开电路的设备。（1）断路器 为电力系统中最为重要的控制和保护电器，用于带负荷通断电源，有灭弧装置；（2）隔离开关 用于检修时的电源隔离、小电流通段、电路的切换操作，系统中用量最多；（3）熔断器 断开过负荷电流和短路电流，其包袱电器设备的作用。第二章发电、变电和输电的电气部分名称图形符号文字符号断路器QF隔离开关QS负荷开关Q熔断器FU开关设备第二章发电、变电和输电的电气部分3、限流电器 用于限制电路中的短路电流，是发电厂和变电所能选择轻型电器。有：普通电抗器和分裂电抗器。名称图形符号文字符号普通电抗器L分裂电抗器L第二章发电、变电和输电的电气部分4、载流导体（1）母线 将发电机、变压器与配电装置连接，用于汇集和分配电能。有：敞露母线和封闭母线之分。（2）架空线和电缆线 用于传输电能。名称图形符号文字符号母线W架空线、电缆W电缆终端头第二章发电、变电和输电的电气部分5、补偿设备（1）调相机：为一种不带机械负荷的同步电动机，用于向系统输送感性无功来调压。（2）电力电容器：有串联补偿和并联补偿电容。并联补偿电容与设备并联，发出容性无功，减少线路电能损耗和电压损耗；串联补偿电容与线路串联，抵消系统部分电抗，提高电压，减少部分功率损耗。（3）消弧线圈：用于小接地电流系统的单相接地电容电流，以利于灭弧。（4）并联电抗：用于吸收过剩无功，改善沿线电压和无功分布，降低有功损耗，提高供电效率。第二章发电、变电和输电的电气部分名称图形符号文字符号电容器C调相机G灭弧线圈L=第二章发电、变电和输电的电气部分6、仪表互感器 用于测量。有电流互感器和电压互感器。（1）电流互感器 将大电流转换为小电流供给测量仪表和继电器电流线圈使用；（2）电压互感器 将高电压转换为低电压供给测量仪表和继电器电压线圈使用。7、防御过电压设备（1）避雷线：将雷电流引入大地，保护输电线路免受雷击；（2）避雷器：防止感应雷对电器设备的危害；（3）避雷针：防止直击雷的危害。第二章发电、变电和输电的电气部分名称图形符号文字符号电压互感器与变压器相同TV电流互感器两个铁芯一个铁芯TA避雷器F火花间隙F接地E第二章发电、变电和输电的电气部分8、绝缘子作用：（1）支撑和固定载流体（2）在流体与地绝缘（3）装置中不通电位载流体之间的绝缘9、接地装置分工作接地和保护接地。（1）工作接地：接地装置用来保护电力系统正常工作；（2）保护接地：接地装置用来保护人身安全。第二章发电、变电和输电的电气部分二、二次设备 对一次设备进行监控、测量、保护和调节的辅助设备。1、测量表计：用来测量电力系统电压、电流、功率、电能、频率、温度等仪表。2、绝缘监察装置：监察交、直流电网的绝缘。3、控制和信号装置：控制就是控制断路器的分、合闸；信号装置用来反映电气设备的故障或异常状态。4、继电保护及自动装置：继电保护就是在故障时使断路器跳闸、切除故障元件；第二章发电、变电和输电的电气部分

自动装置的作用是：自动并列、调节励磁、调频、按频启动水轮机、备用电源切投、重合闸、减负荷。5、仪用互感器 电压互感器和电流互感器，可将高电压、大电流转换与适合仪表使用的底电压、小电流。第二章发电、变电和输电的电气部分6、直流电源设备（1）种类1）蓄电池；2）硅整流装置。（2）作用1）开关电器的操作、信号、继电保护及自动装置的直流电源；2）事故照明；3）直流电动机的备用电源。7、塞流线圈 为电力系统载波通信的一个主要元件。作用：阻止高频电流向变压器或支线泄漏、减小高频能量损耗。第二章发电、变电和输电的电气部分三、电气主接线和配电装置的概念1、电气主接线（1）电气主接线 一次设备按预期的生产流程所连接成的电路，又称为一次接线（主接线）。（2）电气主接线图 按国标规定的图形和文字符号表示主接线中的元件，并依次连接起来的单线图。（3）发电厂和变电所电气主接线设计的依据 根据容量、电压等级、负荷等情况设计，并经过技术经济比较后选出的最佳方案。（4）火电厂一次主接线举例（P29，图2-1）第二章发电、变电和输电的电气部分2、配电装置 按主接线图，由母线、开关设备、保护电器、测量电器及必要的辅助设备构成的接受和分配电能的装置。配电装置的分类（1）按安装地点分屋内配电装置和屋外配电装置（2）按电气设备的组装方式分装配式配电装置和成套式配电装置（3）按电压等级分

10、35、110、220、500kV配电装置等。第二章发电、变电和输电的电气部分

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电气设备的主要额定参数

—额定电压

额定电压是国家根据经济发展的的需要，技术经济的合理性，制造能力和产品系列性等各种因素所规定的电气设备的标准电压等级。我国规定的额定电压，按电压高低和使用范围分为三类。第二章发电、变电和输电的电气部分

第一类额定电压第一类额定电压是100V及以下的电压等级，主要用于安全照明、蓄电池及开关设备的直流操作电压。直流为6、12、24、48V；交流单相为12V和36V，三相线电压为36V。

第二章发电、变电和输电的电气部分▉

电气设备的主要额定参数

—额定电压

第二类额定电压第二类额定电压是100～1000V之间的电压等级。这类额定电压应用最广、数量最多，如动力、照明、家用电器和控制设备等。

第二章发电、变电和输电的电气部分第三类额定电压第三类额定电压是1000V及以上的高电压等级，见表所示，主要用于电力系统中的发电机、变压器、输配电设备和用电设备。第二章发电、变电和输电的电气部分第二章发电、变电和输电的电气部分▉电气设备的主要额定参数

—第三类额定电压

对上表进行分析，可以发现存在以下规律：（1）用电设备的额定电压与电网的额定电压是相等的。（2）发电机的额定电压比其所在电力网的电压高5%。（3）变压器一次线圈是接受电能，可看成是用电设备，其额定电压与用电设备的额定电压相等，而直接与发电机相连接的升压变压器的一次侧电压应与发电机电压相配合。第二章发电、变电和输电的电气部分（4）变压器的二次线圈（副线圈）相当于一个供电电源，它的空载额定电压要比其所在电网的额定电压高10%。但在3、6、10kV电压时，由于这时相应的配电线路距离不长，二次线圈的额定电压仅高出电网电压5%。第二章发电、变电和输电的电气部分▉

电气设备的主要额定参数

—额定电流

电气设备的额定电流（铭牌中的规定值）是指在规定的周围环境温度和绝缘材料允许温度下允许通过的最大电流值。当设备周围的环境温度不超过介质的规定温度时，按照设备的额定电流工作，其各部分的发热温度不会超过规定值，电气设备有正常的使用寿命。说明：周围环境温度一般指20℃。第二章发电、变电和输电的电气部分

发电机、变压器和电动机额定容量的规定条件与额定电流相同。1、变压器的额定容量都是指视在功率（kV·A）值，表明最大一线圈的容量；2、发电机的额定容量可以用视在功率（kV·A）值表示，但一般是用有功功率（kW）值表示，这是因为拖动发电机的原动机（汽轮机、水轮机等）是用有功功率表示的；3、电动机的额定容量通常用有功功率（kW）值表示，因为它拖动的机械的额定容量一般用有功功率表示。第二章发电、变电和输电的电气部分第二节发电厂的电气部分一、300MW发电机组电器部分（图2-2）1、电气主接线（1）发电机-变压器采用无断路器和隔离开关的单元界限；（2）主变低压侧引接厂用变供厂用电；（3）发电机出口侧通过高压熔断器接三组电压互感器和一组避雷器；（4）发电机出口侧、中性点侧、厂用变高压侧每相装有电流互感器四个；（5）中性点接有接地变压器。第二章发电、变电和输电的电气部分2、发电机-变压器采用全连分相封闭母线优点如下：（1）供电可靠；（2）运行安全；（3）减少电动力和外部钢发热；（4）运行维护工作量少。3、主要电气设备（1）发电机、主变、中性点接地变压器和厂用变压器；（2）电压、电流互感器；（3）高压熔断器。二、600MW发电机组电器部分（略）第二章发电、变电和输电的电气部分第三节高压交流输变电一、高压交流输变电概述1、高压交流输变电电压的变迁6～10kV→35～110、220kV→330、500→750kV→还在发展。2、促使输电电压不断提高的原因（1）长距离输送电能（2）大容量输送电能（表2-1）（3）节省基建投资和运行费用（表2-2）（4）有利于跨区域联合电网的建立第二章发电、变电和输电的电气部分二、我国330kV及以上超高压输电1、1972年第一回330kV线路、全长534公里，在甘肃泰安变电站到陕西汤谷变电站投入运行，后形成一刘家峡为中心的西北330kV电力系统；2、1981年第一回500kV线路、全长595公里，在河南姚孟电厂到平顶山武汉投入运行；3、2003年第一回750kV线路官亭至兰州东输投入运行；第二章发电、变电和输电的电气部分三、500kV变电站电气主接线（图2-4）1、500kV变电站一般为枢纽变电站，对一次接线要求较高，一般采用双母线四分段带专用旁路母线，或3、2断路器两种接线。后者更被认同和广泛应用（两种接线留到第四章讲解）。2、发电机、主变采用单元接线，之间采用全连分相封闭母线，经三台单相变压器将20kV升高至500kV；3、每台发电机出线有两台56MVA、20/10.5/3.15kV高压厂用变，供厂用电；4、升压变电站配电装置采用中型布置、断路器三列布置，母线间隔宽度32m。第二章发电、变电和输电的电气部分5、变电站采用架空地线作直击雷保护，避雷器装于变压器出口和进线侧。6、各种电器离地要求：主变和电抗器套管9m；断路器、隔离开关本体7m，避雷器6.5m四、主要电气设备 除与前面章节相同的电器外，主要多了并联电抗器、串联电容器补偿装置。（一）并联电抗器的分类和作用 分为并联高压电抗器和抽能并联高压电抗器两种。作用是补偿线路的容性无功。并接于高压线路上。第二章发电、变电和输电的电气部分2、并联电抗器在电网中的作用（1）限制工频电压升高（2）降低操作过电压（3）消除发电机带长线出现自激励（4）降低线损、避免长距离输送无功（5）限制潜供电流、有利于单相自动重合闸3、抽能并联高压电抗器（自学）第二章发电、变电和输电的电气部分（二）串联电容补偿器1、原理和作用串联前线路的静态稳定输送功率为串联后线路的静态稳定输送功率为可见：降低线路电抗、提高系统运行稳定性和线路电能的输送能力。第二章发电、变电和输电的电气部分2、串联电容器补偿的接线方式（1）单间隔串联补偿接线（2）双间隔串联补偿接线（3）非线性电阻串联补偿接线（4）非线性电阻带出发间隔的串联补偿接线第二章发电、变电和输电的电气部分第四节高压直流输电

在发电和变压上，交流有明显的优越性，但是在输电问题上，直流有其交流所没有的优点。和交流输电相比，直流输电有三个主要优点：1)当输电距离足够长时，直流输电的经济性将优于交流输电；2)直流输电通过对换流器的控制可以快速地（时间为毫秒级）调整直流线路上的功率，从而提高交流系统的稳定性；3)可以联接两个不同步或频率不同的交流系统；第二章发电、变电和输电的电气部分一、概述1、直流输电发展概况（1）人类第一次直流输电：1882年法国米斯巴赫煤矿到德国慕尼黑，电压等级1.5~2kV，长57公里。（2）1912年100kV、15MW、190km大功率高电压直流输电；（3）1954年第一条贡弧阀换流装置的工业性高压直流输电：100kV、20MW、190km；（4）1976年大功率晶闸管换流阀应用于高压直流输电；目前我国已成为世界上高压直流输电量合网络最大的国家。第二章发电、变电和输电的电气部分（5）天生桥－－广州直流输电工程（简称天一广直流工程）

1991年开始进行可行性研究，1997年与德国西门了公司签订了供货合同，2000年12月极１投人运行，2001年工程全部建成。该工程为西电东送工程的一部分。直流工程为双极±500ｋＶ、1800A、1800ＭＷ，西起天生桥水电站附近的马窝换流站，东至广州的北郊换流站。全长约960Ｋｍ。第二章发电、变电和输电的电气部分第二章发电、变电和输电的电气部分2、直流输电的优点（1）线路造价低、年运行费用少；（2）没有运行稳定性的问题；（3）可限制短路电流；（4）调节快速、运行可靠；3、直流输电的缺点（1）换流装置价格昂贵（总投资的1/3）；（2）消费大量的无功功率（整流器为有功的30~50%、逆变器为40~60%）；（3）产生谐波影响；（4）缺乏直流断路器。第二章发电、变电和输电的电气部分二、直流输电的基本原理 直流输电HVDC系统的主要元件如图所示，以双极系统为例，其它结构的元件与该图所示基本类同。第二章发电、变电和输电的电气部分（1）换流器 它们完成交－直流和直一交流转换，由阀桥和有抽头切换器的变压器构成。第二章发电、变电和输电的电气部分（2）直流平波电抗器 这些大电抗器具有高达1H的电感，在每个换流站与每极串联。第二章发电、变电和输电的电气部分（3）谐波滤波器 换流器在交流和直流两侧均产生谐波电压和谐波电流。第二章发电、变电和输电的电气部分（4）无功功率支持 换流器内