现代发电厂概论课件

现代发电厂概论－电气部分一、电机的分类与结构1、电机的分类按在应用中的功能分类发电机电动机变压器变流机变频机移相机控制电机按应用的电流种类直流电机交流电机按运行速度分类变压器直流电机异步电机同步电机交流换向器电机按功率分类大型电机中小型电机微型电机特种电机步进电机无刷电机开关灭磁电机超声波电机…1）汽轮发电机应用：火力发电厂；核电厂；汽轮发电机正在安装转子旋转磁极式同步电机的类型NS+隐极式NSNS+凸极式2025/2/258同步电机

同步电机属于交流电机，其转子转速为一固定的同步转速。同步电机有三种运行方式：发电机、电动机和调相机。现代电网的电能几乎全部由三相同步发电机提供。（一）同步电机的原理和结构二、同步电机的运行状态发电机——把机械能转换为电能

电动机——把电能转换为机械能补偿机——没有有功功率的转换，只发出或吸收无功功率

同步电机运行状态，主要取决于定子合成磁场与转子主磁场之间的夹角δ，δ称为功率角

2.4

同步电机的基本结构和运行状态

2.2带副励磁机的励磁系统GG副励磁机主励磁机同步发电机2.3静止整流器励磁系统交流副励磁机交流主励磁机不可控整流起器电压调整器主发电机电压互感器电流互感器可控整流起器自励恒压器2025/2/2513（二）同步发电机的空载运行（三）同步发电机的负载运行

1电枢反应及电动势方程当负载运行时，三相对称电流流过定子三相绕组，形成电枢旋转磁动势，它与转子旋转磁动势同步，且转向相同。此时的气隙磁场与空载运行的情况不同，是二者的合成磁场。电枢磁动势对气隙磁场的影响称为电枢反应。电枢反应对同步电机的性能有重大影响，负载的性质决定了电枢反映的特性。可以应用时空矢量图来分析电枢反应特性。

2025/2/25142025/2/2515凸极同步电机的电动势方程其中Xd为直轴同步电抗，Xq为交轴同步电抗。隐极同步电机的电动势方程其中Xt为隐极电机同步电抗。2同步发电机的特性（1）空载特性（2）短路特性

额定容SN——指额定运行时电机的输辅出功率

额定电压UN——指额定运行时定子的线电压

额定电流IN——指额定运行时定子的线电流

额定功率因数——指额定运行时电机的功率因数额定频率fN——指额定运行时电枢的频率额定转速nN——指额定运行时电机的转速，即为同步转速

同步电机额定值2025/2/2518（四）同步发电机的并网运行（1）发电机的频率和电网频率相同；（2）发电机和电网的电压波形要相同；（3）发电机和电网电压大小、相位要相同；（4）发电机和电网的相序要相同。（五）同步发电机的功率平衡凸极电机：

隐极电机：二、变压器将一种电压的电能变换为另一种电压的电能的装置单相变压器三相变压器…2025/2/2520变压器基本原理（一）变压器的工作原理变压器是通过电磁感应原理，通过电磁耦合实现电能传递的一种静止电气设备，主要由铁芯及绕在铁芯上的两个绕组组成。变压器原理图2025/2/2521（二）变压器的结构

1油浸式变压器

2干式变压器用环氧树脂浇注的变压器称为环氧树脂干式变压器。2025/2/2522（三）变压器基本参数及性能指标

1基本参数（1）额定电压U1N,U2N。三相变压器指线电压。（2）额定容量SN。（3）额定电流I1N,I2N。根据额定电压和额定容量计算得出。（4）额定频率fN。我国规定工业用电频率为50Hz。

2基本参数（1）变压器负载运行，二次侧端电压变化率∆u%。变压器外特性2025/2/2524（四）变压器分类

2025/2/2525（五）变压器应用综述

1电力变压器

电力变压器用途示意图我国的电压等级及相应的输电容量和输电距离2025/2/2527（二）负载运行等值电路负载运行示意图负载运行等值电路2025/2/2528三、三相变压器（一）三相变压器的磁路结构

1三相组式变压器

2三相芯式变压器2025/2/2530双绕组变压器常用连接组一、开路试验

亦称空载试验。

试验接线图：如图2—13所示。

试验方法：二次绕组开路，一次绕组加以额定电压，测量此时的输入功率、电压和电流。2.5等效电路参数的测定为试验方便和安全，通常在低压侧加电压，高压侧开路。数据处理：二、短路试验

亦称为负载试验。

试验接线图：如图2—14所示。

试验方法：二次绕组短路，一次绕组上加一可调的低电压。调节外加的低电压，使短路电流达到额定电流，测量此时的一次电压输入功率和电流，由此即可确定等效漏阻抗。

短路试验常在高压侧加电压，低压侧短路。

短路电压（阻抗电压）：短路是试验时,使电流达到额定值时所加的电压。图2-4变压器的空载运行

图2-8变压器的负载运行

WAVV图2-13开路试验的接线图

WAV图2-14短路试验的接线图

图2-10根据归算后的基本方程画出的部分电路图

图2-11变压器的T形等效电路图

图2-12(b)变压器的简化等效电路

2025/2/2543多绕组变压器、分裂变压器和自耦变压器（一）多绕组变压器具有两个以上绕组的变压器称为多绕组变压器。

1三绕组变压器三绕组变压器（a）升压变压器（b）降压变压器2025/2/2544（二）分裂绕组变压器

1分裂绕组变压器结构

分裂绕组变压器低压侧绕组中有一个或几个绕组被分裂成额定容量相等的几个分裂绕组，各分裂绕组间无电气联系，而仅有较弱的磁联系。单相双绕组双分裂变压器（a）接线图（b）等值电路

分裂绕组变压器在正常运行和低压侧短路时所呈现的电抗值不同，可完成电能变换的同时实现短路电流的限制。双柱式单相双绕组双分裂变压器（a）接线图（b）等值电路2025/2/25452分裂绕组变压器的应用分裂变压器—电机连接示意图（a）接线图（b）等值电路

正常工作时，流入变压器的工作电流遇到的等效阻抗为穿越电抗XD=X1＋0.5X’2。当低压侧一台发电机出口处短路时，来自另外一台发电机的短路电流遇到的电抗为分裂电抗XF=X’2＋X’’2

,来自母线的电流遇到的电抗为半穿越电抗XB=X1＋X’2

。2025/2/2546（三）自耦变压器

1自耦变压器的结构

2优缺点优点：用料省，体积小，效率高，造价低；缺点：自耦变压器变比的减小会使自耦变压器的短路阻抗值

减小，短路故障电流增大。自耦变压器2025/2/2547五、互感器

互感器是利用变压器的电磁感应原理，将大电量信号变换为小电量信号以方便测量的一种设备，可分为电流互感器和电压互感器。

（一）电流互感器（TA）

1、工作原理

电流互感器工作原理图2025/2/25482、使用注意事项（1）电流互感器二次侧绕组绝对不允许开路。（2）电流互感器的二次侧绕组和外壳必须可靠接地，以防止因绝缘击穿而危害人身安全。（二）电压互感器(TV)

电压互感器按工作原理可分为电磁式电压互感器和电容式电压互感器。

1、电磁式电压互感器（1）工作原理

电压互感器工作原理图2025/2/2549

（2）电磁式电压互感器使用时的注意事项：

1）电压互感器的二次侧绕组绝对不允许短路。

2）电压互感器的二次侧绕组和铁芯必须可靠接地。

3）电压互感器的二次侧负载不易接太多，以免降低负载阻抗，影响测量准确性。2025/2/25502、电容式电压互感器（CVT）

电容式电压互感器

电容式电压互感器理想情况下输出电压U2L的计算公式：其中，k1=c1/(c1+c2);k2为中间变压器的变换比。电容式电压互感器具有结构简单、体积小、成本低等优点，可用于110-500kV中性点直接接地系统中的电压测量。其缺点主要是输出容量较小，误差较大。发电厂变配电装置高压开关设备：

包括：断路器、隔离开关、重合器、分段器、接触器、熔断器、负荷开关和接地开关等户外多油断路器220kVSF6瓷柱式户外高压断路器避雷器：

避雷器是电力系统中的过电压限制在一个合理的水平上。目前常用的有：碳化硅阀型避雷器、金属氧化锌避雷器等。硅橡胶绝缘金属氧化锌避雷器用于变压器保护的避雷器及放电间隙220KV少油断路器PT和避雷器500kVSF6断路器断路器的分类

-/

型号特征额定断流容量，MVAS─少油断路器额定电流，AD─多油断路器派生标志

K─空气断路器C─带有手车装置

Q─产气断路器G─改进型

Z─真空断路器D─带有电磁操作结构

L─六氟化硫断路器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ─断流容量

C─磁吹断路器额定电压，kV

安装条件设计序号

N─户内

W─户外2025/2/2559六氟化硫断路器（一）六氟化硫断路器概述

六氟化硫（SF6）断路器是利用SF6气体作绝缘与灭弧介质的断路器。优点：与油断路器比较，SF6断路器具有断流能力强，灭弧速度快，电绝缘性能好，检修周期长的优点。比较适于频繁操作，而且没有燃烧爆炸的危险。缺点：要求断路器加工精度很高，密封性能要求很严，因此价格比较昂贵。（二）双压式SF6断路器2025/2/25602025/2/2561（三）单压式SF6断路器

与双压式SF6断路器相比，单压式SF6断路器具有结构简单和开断电流大的特点。三、配电装置的类型及应用配电装置的类型

按装设地点的不同，可分为：屋内配电装置屋外配电装置按组装方式的不同，可分为：装配式——在现场组装成套式——制造厂家预先做好

电气主接线电气主接线：是由电气设备通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络。（一次接线、电气主系统）电气主接线图：用规定的电气设备图形和文字符号并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套设备的全部基本组成和连接关系的单线接线图。一般为单线图，如果三相接线不完全相同的局部画成三线。除主要电气设备外，还应将互感器、避雷器、中性点设备等也表示出来。注明各个设备的型号与规格。第一节电气主接线设计原则和程序1可靠性电气接线必须保证用户供电的可靠性，应分别按各类负荷的重要性程度安排相应可靠程度的接线方式。保证电气接线可靠性可以用多种措施来实现。发电厂或变电站在系统中的地位负荷的性质和类别设备的制造水平长期实践运行经验一、主接线的基本要求第一节电气主接线设计原则和程序2灵活性电气系统接线应能适应各种可能运行方式的要求，并可以保证能将符合质量要求的电能送给用户。操作的方便性调度的方便性扩建的方便性一、主接线的基本要求1．简单的单母线接线母线：用于汇集和分配电能断路器：具有灭弧装置和控制电路，既可以接通或开断负荷电流，也可以接通或开断短路电流。隔离开关：没有灭弧装置，其开合电流能力极低，只能用做设备停运后退出工作时断开电路，保证与带电部分隔离，起着隔离电压的作用。（紧靠母线侧的隔离开关为母线隔离开关，靠近线路侧的隔离开关成为线路隔离开关，接地刀闸是在检修电路或设备时合上，取代安全接地线的作用。）一、单母线接线简单的单母线接线优点：①缩小了母线故障（或检修）的停电范围；②运行灵活性有所提高（可以并列运行，也可以分列运行）。2.单母分段接线单母线分段接线适用范围：适用于中小容量发电厂的6～10kV接线和6～220kV的变电站中。在供电可靠性要求不高时，亦可用隔离开关分段：母线检修时，只需停电一半出线；故障时，短时停电，拉开分段隔离开关后，完好段即可恢复供电。由于断路器具有灭弧装置，而隔离开关没有，所以在操作时，必须严格遵守操作程序：接通电路时，应先合上隔离开关，而后合上断路器；开断电路时，应先断开断路器，而后断开隔离开关。（即隔离开关应“先通后断”或在等电位状态下进行操作。）4．单母线分段带旁路母线接线专用旁路断路器：使用断路器和隔离开关较多，投资高，一般不采用。分段断路器兼作旁路断路器：正常时：QF0作分段用，QF0、QS01、QS02闭合，QS03、QS04、QS05断开。检修出线断路器时：QF0作旁路断路器用。不停电检修QF1的操作步骤合QS05（W1、W2两段母线合并为单母线运行，亦可不合并运行）；拉QF0（退出分段断路器）；拉QS02，合QS04，合QF0（对W3充电，验电）；合QS13（并列运行）；拉QF1，拉QS12、QS11（退出QF1）；挂地线、检修。2．双母线分段接线优点：①减小母线故障的停电范围；②在分段处加母线电抗器，可以限制短路电流，选择轻型设备。缺点：①三台分段或母联断路器，投资大；②无旁路母线，出现开关检修需停该线路。适用范围：有机压母线负荷的中小型电厂。3．双母线带旁路接线（1）(1)具有专用旁路断路器：适用于：220kV5回及以上；110kV7回及以上。变压器支路是否与旁路母线相连：变电站：一台变压器能带起本站重要负荷，则不连；其他情况，则连。发电厂一般不连，原因是断路器同发电机同时安排检修。3．双母线带旁路接线（2）(2)旁路断路器和母联断路器共用：正常运行时作母联用；检修时，作旁路用。接线形式有：

优点：节省一台断路器缺点：可靠性有所降低①检修期间双母线变成单母线；②增加了隔离开关的倒闸操作。例题例：双母线带旁路母线接线如右图所示：已知：①QF0作母联运行；②B1、XL1运行于Ⅰ母线；③B2、XL2运行于Ⅱ母线。试写出不停电检修QF1的操作步骤：解：1、分析初始状态：由条件①知：QF0、QS01、QS02在合位，QS03在开位；由条件②知：QS31，QS11，QS14在合位，QS32，QS12，QS13在开位；由条件③知：QS42，QS22，QS24在合位，QS41，QS21，QS23在开位。2、在不停电检修QF1的操作步骤如下：倒母线：将Ⅱ母线上的所有电源和负荷倒致Ⅰ母线，合QS41，拉QS42，合QS21，拉QS22切断Ⅰ、Ⅱ母线的联系：拉QF0，拉QS02对旁路母线Ⅲ充电：合QS03，合QF0QF0与QF1并列运行：合QS13退出QF1：拉QF1，拉QS14，拉QS11QF1两侧挂地线，检修。三、一台半断路器接线所谓一台半断路器接线是指两个回路共用三台断路器，即每个回路所用的断路器数目为一台半，也称3/2接线。一台半断路器接线的优点可靠性高任一台断路器检修，都不停电；任一母线检修或故障都不停电；即使两条母线都故障或一条母线检修，另一条母线故障，电厂的电力基本上都能送出；隔离开关不作为操作电器。操作方便：检修任一台断路器或母线不须倒负荷。运行调度灵活：正常时可多方式运行；事故时，可合环、解环。扩建方便。三、配电装置的类型及应用配电装置的应用35kV及以下：多采用屋内配电装置，其中

3~10kV的大多采用成套配电装置；

110kV及以上：多采用屋外配电装置，如有特殊要求也可采用屋内。屋内配电装置一、屋内配电装置的类型

三层式：将所有电器依其轻重分别布置在各层中。优点：安全、可靠性高，占地面积少；缺点：结构复杂，施工时间长，造价高，不方便。二层式：将重设备放在第一层、轻设备放在第二层。优点：造价较低，运行维护和检修较方便；缺点：占地面积有所增加。单层式：所有电器均布置在一层。特点：占地面积较大，通常采用成套开关柜。屋内配电装置断面图屋外配电装置一、屋外配电装置的类型

中型：所有电气设备均布置在同一水平面内，并装在〇〇〇〇一定高度的基础上。优点：施工和维护方便，造价较省，运行经验丰富；缺点：占地面积过大。半高型：母线与电气设备重叠，但母线之间不重叠。优点：占地面积比普通中型减少30%；缺点：造价有所增加。高型：母线与母线重叠布置。优点：占地面积比普通中型节省50%左右；缺点：耗用钢材较多，造价较高，操作和维护不便。普通中型配电装置分相中型配电装置高型配电装置半高型配电装置发电厂电气控制互感器：

是电力系统中供测量和保护用的设备，包括：电流互感器、电压互感器两大类。电流互感器电压互感器三、互感器在主接线中配置原则互感器在主接线中的配置与测量仪表、同步点的选择、保护和自动装置的要求以及主接线的形式有关。互感器的配置包括：电压互感器的配置；电流互感器的配置。图6-14为发电厂中互感器配置示例。1.电压互感器的配置除旁路母线外，一般工作及备用母线都装有一组电压互感器，用于同步、测量仪表和保护装置。旁路母线上是否装设电压互感器要根据出线同期方式而定。(1)母线1.电压互感器的配置35kV及以上输电线路，当对端有电源时，为了监视线路有无电压、进行同步和设置重合闸，装有一台单相电压互感器。(2)线路1.电压互感器的配置一般装2~3组电压互感器。一组供自动调节励磁装置，采用三只单相、双绕组互感器。另一组供测量仪表、同期和保护装置使用，采用三相五柱式或三只单相接地专用互感器。(3)发电机1.电压互感器的配置当互感器负荷太大时，可增设一组不完全星形连接的互感器，专供测量仪表用。(3)发电机大、中型发电机中性点常接有单相电压互感器，用于100%定子接地保护。1.电压互感器的配置变压器低压侧有时为了满足同期或继电保护的要求，设有一组电压互感器。(4)变压器2.电流互感器的配置对于中性点接地系统，一般按三相配置；对于中性点非接地系统，依具体情况按二相或三相配置(1)为了满足测量和保护装置的需要，在发电机、变压器、出线、母线分段及母联断路器、旁路断路器等回路中均设有电流互感器。2.电流互感器的配置如有两组电流互感器，应尽可能设在断路器两侧，使断路器处于交叉保护范围之中。(2)保护用电流互感器的装设地点，应按尽量消除主保护装置的死区来设置。2.电流互感器的配置(3)为了防止电流互感器套管闪络造成母线故障，电流互感器通常布置在断路器的出线或变压器侧，即尽可能不在紧靠母线侧装设电流互感器。2.电流互感器的配置(4)为了减轻内部故障对发电机的损伤，用于自动调节励磁装置的电流互感器应布置在发电机定子绕组的出线侧。

为了便于分析和在发电机并入系统前发现内部故障，用于测量仪表的电流互感器宜装在发电机中性点侧。一、二次接线图的内容1.二次设备对一次设备进行测量、保护、监视、控制和调节的设备。如：测量表计、继电保护、控制与信号装置等。二次设备通过电压互感器和电流互感器与一次设备相互关联。一、二次接线图的内容2.二次回路由二次设备组成的回路。如：交流电压回路、交流电流回路、断路器控制和信号回路、继电保护回路、调节回路等。三、归总式原理接线图——原理图归总式与展开式的区别：归总式展开式各部件按集中形式画出各部件按展开形式画出10kV线路过电流保护原理接线图QSQF++++KA1KA2KTKS--至信号QFYT+SBABCTAaTAc三、归总式原理接线图——原理图特点：优点：各设备都以完整的图形符号表示出来，能有一个整体的概念。缺点：①对于一个复杂的二次回路，用原理图表示起来会显得很繁乱；②不能用于安装、调试和维护。四、展开式原理接线图——展开图10kV线路过流保护原理图10kV线路过流保护展开图QSQF++++KA1KA2KTKS--至信号QFYT+SBABCTAaTAcTAaTAcKA1KA2+-QFYTKTKS至信号SBKA1KA2KTKS三、控制回路的构成控制元件继电保护自动装置放大元件跳闸线圈合闸线圈操动机构断路器跳合跳合按钮：结构简单，但触点数量少控制开关：结构复杂，但触点数量多控制元件LW2-ZLW2-YZLW2-W放大元件：常用直流接触器去接通合闸回路操动机构：主要有电磁式、弹簧式和液压式LW2-Z型控制开关+-M100(+)R6SBKHKH1R5CHWM708R213SA1917SAQF3-700PCCCDTDTPTPCCCDTDTPTYC+FU3FU4-KMKM111058U9101613141367HGR3HRR4IR1FU1FU2KCFKCFKCF1KCF2KCF3KCOSAKMYTQF1QF2K1PCCCDTDTPT9121415四、灯光监视的断路器控制回路原理图合闸放大回路闪光电源控制回路合闸回路跳闸回路电气防跳回路信号回路四、灯光监视的断路器控制回路工作过程手动合闸手动跳闸自动合闸自动跳闸防跳措施+-M100(+)R6SBKHKH1R5CHWYC+FU3FU4-KMKM111058U9101613141367HGR3HRR4IR1FU1FU2KCFKCFKCF1KCF2KCF3KCOSAKMYTQF1QF2K1PCCCDTDTPT9121415M708R213SA1917SAQF3-700PCCCDTDTPTPCCCDTDTPT四、灯光监视的断路器控制回路（1）手动合闸1)合闸前2)预备合闸3)合闸4)合闸后+-M100(+)R6SBKHKH1R5CHWYC+FU3FU4-KMKM111058U9101613141367HGR3HRR4IR1FU1FU2KCFKCFKCF1KCF2KCF3KCOSAKMYTQF1QF2K1PCCCDTDTPT9121415M708R213SA1917SAQF3-700PCCCDTDTP