《电气设备运行与维护》课件-项目一 绪论变电站的组成

内容提要：本项目阐述电力系统的组成，各类发电厂的工作原理，电力系统的电气一次设备、电气二次设备等基本概念及工作原理。

项目一

供配电系统概述1.电力工业的发展概况电力工业的发展经历了：无～有，小～大，局部～全国，低压～高压，小机组～大机组100多年的时间里实现了飞速发展，跨越式发展，取得了巨大的辉煌的成就，极大地改善了、美化了、丰富了人们的生活，使我们的世界从黑暗变得光彩夺目，五彩缤纷、绚丽多姿！！一、电力系统发展概况及其组成我国第一座火电厂12KW—上海(1882年)第一座水电站2×240KW--昆明滇池石龙坝(1912年)发展战略是：西电东送、南北互供、全国联网。我国电网格局2020年，全社会用电量75110亿千瓦时，同比增长3.1%。2020年，全国6000千瓦及以上电厂发电设备累计平均利用小时为3758小时，同比减少70小时。2020年，全国电源新增装机容量19087万千瓦，其中水电1323万千瓦、风电7167万千瓦、太阳能发电4820万千瓦。（2019年4.5%）大机组大电网超高压高自动化我国电网格局中国电力跨越式发展，使得发电装机容量和发电量先后超过法国日本德国加拿大德国英国俄罗斯跃升世界第二！美国电力工业是基础工业，也是先行工业它是衡量一个国家经济发展水平的主要标志2.电力系统的结构和组成发电厂输电网110kV以上配电网110kV以下电力用户＋＋＋电力系统的组成动力系统=电力系统+动力装置

电力系统=发电厂+变电所+输电线路+用户

电力网=升压变电所+输电线路+降压变电所电力系统的组成发电供电用电同时完成，电能不能储存！电力系统的生产特点：对电力系统的要求：

完成电能的生产、输送和分配3.电力系统的运行特点安全可靠质量良好电量足够运行稳定经济有效①电力系统是一个有机的整体，其中任何一个主要设备运行情况的改变，都将影响整个电力系统的正常运行。②发电厂发出的交流电不能直接储存，决定了电能的生产、输送、分配和使用必须同时进行。③电力系统的运行状态是时时变化的动态，除了设备的计划停送电外，异常和事故对系统的冲击是随机的；正常情况下电力系统的负荷和机组出力的变化也是随机的。3.电力系统的运行特点

按供电范围和电压等级，电力网可分为三种类型:

地方电力网:电压不超过35kV

区域电力网:电压为110～220kV

超高压输电网:电压为330kV及以上电力网＝＋＋输电网电力用户电力系统的基本概念凝汽式火电厂这类火电厂利用燃煤（或石油、天然气）燃烧使汽轮机转动，带动发电机转子运转发电。仅向用户供出电能，通常建在能源附近。生产过程：化学能热能机械能电能二、发电厂、变电所类型

热电厂热电厂的发电过程与凝汽式火电厂相同。这类电厂不仅向用户供出电能，同时还向用户供蒸汽或热水，由于供热距离限定，热电厂大多建在城市和用户附近利用水的流量和落差使水轮机转动

生产过程：水能机械能电能水电站三峡电站全貌

小浪底水电站小浪底水电站全貌水电站内景核电站利用原子能在反应堆的核裂变使汽轮机转动生产过程：原子能机械能电能

生产过程：风能机械能电能风力发电站中国最大风能发电基地新疆大阪城风能发电站

生产过程：潮汐能机械能电能潮汐发电站

以地热、风力、潮汐、太阳能等为一次能源的发电厂（站）容量较小，分布在离这些一次能源较近的区域，发电量占总发电量的极小一部分。/upload/zt/ktyjcg/index.html（中国电力企业联合会）地热能发电太阳能发电

为了经济、可靠、快速地把电能从发电厂输送至用户，必须经过变电所升高电压，因此，升压变电所一般安装在发电厂中，不另设变电所。由于高压危险，距离用户较近时须把传送的高压降低，降压变电所的作用就是在传递电能的同时降低电压。所以，变电所是电力供应的中间转运站，用来提高或降低电压，向用电单位输送和分配电能。从规模上分，变电所有枢纽变电所、地区变电所、中间变电所和终端变电所。变电所类型变电所的类型枢纽变电所枢纽变电所电压等级高，供电范围广，在系统中处于举足轻重的地位，全所停电后，将引起系统解列，造成大区域停电，甚至造成电力系统瓦解，使社会的运行处于瘫痪状态。枢纽变电所的一次电压通常为330kV和500kV，二次电压为220kV或110kV。中间变电所中间变电所起系统功率交换的作用，或使长距离输电线路分段，一般汇集2～3个电源，同时有降压给当地用户供电，这样的变电所全所停电后，将引起区域网络的解列，造成大面积停电。地区变电所地区变电所是以对地区用户供电为主的变电所，全所停电后，将使地区中断电源。地区变电所的一次电压通常为220kV和110kV，二次电压为35kV或10kV。终端变电所终端变电所处于输电线路的终端，接近负荷点，高压侧一般为110~35千伏，经降压后直接给用户供电。终端变电所全所停电后，将使用户中断电源。终端变电所的一次电压大多为110kV，二次电压为10kV或以下等。枢纽变电所和地区变电所有什么区别？你能回答吗？

一次能源包括哪些？说一说电能属于一次能源吗？问题与思考热电厂和凝汽式电厂有什么不同？这类火力发电厂通常建在哪些地方？

发电厂、变电所电气设备概述一、电气一次设备二、电气二次设备三、电气设备的主要额定参数■额定电压（kV）■额定电流（kA）■额定容量（kVA）电气一次设备

在发电厂和变电所中，为了满足用户对电力的需求和保证电力系统运行的安全稳定和经济性，安装有各种电气设备。通常把直接生产、输送、分配和使用电能的设备称为一次设备。它们包括（1）生产和转换电能的设备。如发电机和变压器等。（2）接通或断开电路的开关设备。（3）载流导体。如母线、电缆等。（4）互感器。互感器分为电压互感器和电流互感器。（5）保护电器。如电抗器和避雷器等。（6）接地装置。二次设备

在电力系统中为了能对电气一次设备和系统的运行状况进行测量、控制、保护和监察而需要一些专门的设备，通常把这些设备称为电气二次设备。它们包括：（1）测量表计。如电压表、电流表、功率表、电能表、频率表等，用于测量一次电路中的电气参数。（2）继电保护及自动装置。如各种继电器和自动装置等，用于监视一次系统的运行状况，迅速反应不正常情况并进行调节或作用于断路器跳闸，切除故障。（3）直流设备。如直流发电机、蓄电池组、硅整流装置等，为保护、控制和事故照明等提供直流电源。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。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1-1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。电气设备的主要额定参数—第三类额定电压（kV）用电设备额定电压=电力网额定电压发电机额定电压变压器额定电压原边绕组副边绕组接电力网接发电机33.1533.153.15及3.366.366.36.3及6.61010.51010.510.5及11353538.5606066110110121220220242330330363500500550750750825表1-1电气设备的主要额定参数—第三类额定电压对表1-1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。（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%。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℃。电气设备的主要额定参数—额定容量

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。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；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；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。电气一次设备及二次设备的作用及范围是什么？你能回答吗？

说明火力发电厂的生产过程和变电所的作用。问题与思考

供电设备、用电设备和电力网的额定电压之间有什么关系？

电力系统中性点的运行方式影响：

供电的可靠性、稳定性、经济性和安全性；

设备绝缘等级的确定、通信的干扰、继电保护装置的配置、电网造价等方面；

它是一个综合性的问题。三、电力系统中性点的运行方式电力系统===三相电路N'ZAZBZCNBAC图2-1负载星行连接的三相电路三相电路组成：三相电源、三相输电线路、三相负载

负载星形连接的三相电路

负载三角形连接的三相电路电力系统的中性点：指发电机和变压器三相绕组星行连接时的连接点即发电机、变压器的中性点中性点运行方式：◆中性点不接地◆中性点经消弧线圈接地◆中性点直接接地

前两种称为小接地电流系统，后一种称为大接地电流系统。（1）正常运行情况1.中性点不接地系统相对地电压与相电压的关系：线电压与相电压的关系：系统正常运行时相电压对称，线电压对称，相对地电压也对称！三相对地电容电流：结论：三相对地电容电流对称即流入大地的电流为零相量图结论：⑴电源中性点与地同电位，各相的相电压等于各相的对地电压；⑵各相对地电容电流的大小相等Ｉc0＝Ｕx／Ｘc，它们的相量和为零，地中没有电容电流通过。（2）单相发生接地故障

结论：

⑴中性点对地电压升为相电压值（-Ｕc）；⑵故障相对地电压为零，非故障相升为线电压值且相位改变;⑶相电压和线电压仍不变，故可以继续运行2小时；⑷接地点的电流是正常每相对地电容电流的３倍。

总接地电容电流的经验公式：电网的工作状态及处理：

⑴接地电流产生的弧光接地①Ｉc＜５A：瞬时性→自然熄灭；②Ｉc＞30A：稳定性→烧毁设备→多相短路；③Ｉc＞５～10A：间歇性→串联谐振过电压,高达2.5～3.5Ｕx。

⑵可以继续工作不超过2小时，但应采取必要措施。用户承受的线电压正常；系统按线电压绝缘；

措施：通过监察装置发现、寻找、排除、转移负荷。2.中性点经消弧线圈接地系统（1）消弧线圈的工作原理⒈正常运行（理想）情况

（2）单相接地故障

(如C相完全接地)

①电压关系与不接地系统相同； ②ＩL和Ｉd在接地处相互抵消而实现补偿。

结论：接地点的电流与消弧线圈的电流相位相反。

（3）适用范围

35kV及以下系统采用（4）补偿方式

完全补偿

ＩL＝ＩC（不采用）

串联谐振过电压危及绝缘。

欠补偿

ＩL＜ＩC（较少采用）

切除线路或频率下降可能谐振。

过补偿

ＩL＞ＩC（常采用）中性点经消弧线圈接