第二章

發(fā)電、變電和輸電的電氣部分第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分第一節(jié)概述

為了滿足電能的生產(chǎn)、轉(zhuǎn)換、輸送和分配的需要，發(fā)電廠和變電所中安裝有各種電氣設(shè)備一、一次設(shè)備 直接生產(chǎn)、轉(zhuǎn)換和輸配電能的設(shè)備成為一次設(shè)備。1、生產(chǎn)、轉(zhuǎn)換電能的設(shè)備（1）同步發(fā)電機(jī)：將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能；（2）變壓器：將電壓升高或降低；（3）電動機(jī)：將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分名稱圖形符號文字符號交流發(fā)電機(jī)G雙繞組變壓器T三繞組變壓器T三繞組自耦變壓器T電動機(jī)M～M第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分2、通、斷高壓開關(guān)電器 在電力系統(tǒng)中，接通和斷開電路的設(shè)備。（1）斷路器 為電力系統(tǒng)中最為重要的控制和保護(hù)電器，用于帶負(fù)荷通斷電源，有滅弧裝置；（2）隔離開關(guān) 用于檢修時(shí)的電源隔離、小電流通段、電路的切換操作，系統(tǒng)中用量最多；（3）熔斷器 斷開過負(fù)荷電流和短路電流，其包袱電器設(shè)備的作用。第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分名稱圖形符號文字符號斷路器QF隔離開關(guān)QS負(fù)荷開關(guān)Q熔斷器FU開關(guān)設(shè)備第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分3、限流電器 用于限制電路中的短路電流，是發(fā)電廠和變電所能選擇輕型電器。有：普通電抗器和分裂電抗器。名稱圖形符號文字符號普通電抗器L分裂電抗器L第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分4、載流導(dǎo)體（1）母線 將發(fā)電機(jī)、變壓器與配電裝置連接，用于匯集和分配電能。有：敞露母線和封閉母線之分。（2）架空線和電纜線 用于傳輸電能。名稱圖形符號文字符號母線W架空線、電纜W電纜終端頭第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分5、補(bǔ)償設(shè)備（1）調(diào)相機(jī)：為一種不帶機(jī)械負(fù)荷的同步電動機(jī)，用于向系統(tǒng)輸送感性無功來調(diào)壓。（2）電力電容器：有串聯(lián)補(bǔ)償和并聯(lián)補(bǔ)償電容。并聯(lián)補(bǔ)償電容與設(shè)備并聯(lián)，發(fā)出容性無功，減少線路電能損耗和電壓損耗；串聯(lián)補(bǔ)償電容與線路串聯(lián)，抵消系統(tǒng)部分電抗，提高電壓，減少部分功率損耗。（3）消弧線圈：用于小接地電流系統(tǒng)的單相接地電容電流，以利于滅弧。（4）并聯(lián)電抗：用于吸收過剩無功，改善沿線電壓和無功分布，降低有功損耗，提高供電效率。第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分名稱圖形符號文字符號電容器C調(diào)相機(jī)G滅弧線圈L=第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分6、儀表互感器 用于測量。有電流互感器和電壓互感器。（1）電流互感器 將大電流轉(zhuǎn)換為小電流供給測量儀表和繼電器電流線圈使用；（2）電壓互感器 將高電壓轉(zhuǎn)換為低電壓供給測量儀表和繼電器電壓線圈使用。7、防御過電壓設(shè)備（1）避雷線：將雷電流引入大地，保護(hù)輸電線路免受雷擊；（2）避雷器：防止感應(yīng)雷對電器設(shè)備的危害；（3）避雷針：防止直擊雷的危害。第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分名稱圖形符號文字符號電壓互感器與變壓器相同TV電流互感器兩個(gè)鐵芯一個(gè)鐵芯TA避雷器F火花間隙F接地E第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分8、絕緣子作用：（1）支撐和固定載流體（2）在流體與地絕緣（3）裝置中不通電位載流體之間的絕緣9、接地裝置分工作接地和保護(hù)接地。（1）工作接地：接地裝置用來保護(hù)電力系統(tǒng)正常工作；（2）保護(hù)接地：接地裝置用來保護(hù)人身安全。第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分二、二次設(shè)備 對一次設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控、測量、保護(hù)和調(diào)節(jié)的輔助設(shè)備。1、測量表計(jì)：用來測量電力系統(tǒng)電壓、電流、功率、電能、頻率、溫度等儀表。2、絕緣監(jiān)察裝置：監(jiān)察交、直流電網(wǎng)的絕緣。3、控制和信號裝置：控制就是控制斷路器的分、合閘；信號裝置用來反映電氣設(shè)備的故障或異常狀態(tài)。4、繼電保護(hù)及自動裝置：繼電保護(hù)就是在故障時(shí)使斷路器跳閘、切除故障元件；第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分

自動裝置的作用是：自動并列、調(diào)節(jié)勵磁、調(diào)頻、按頻啟動水輪機(jī)、備用電源切投、重合閘、減負(fù)荷。5、儀用互感器 電壓互感器和電流互感器，可將高電壓、大電流轉(zhuǎn)換與適合儀表使用的底電壓、小電流。第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分6、直流電源設(shè)備（1）種類1）蓄電池；2）硅整流裝置。（2）作用1）開關(guān)電器的操作、信號、繼電保護(hù)及自動裝置的直流電源；2）事故照明；3）直流電動機(jī)的備用電源。7、塞流線圈 為電力系統(tǒng)載波通信的一個(gè)主要元件。作用：阻止高頻電流向變壓器或支線泄漏、減小高頻能量損耗。第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分三、電氣主接線和配電裝置的概念1、電氣主接線（1）電氣主接線 一次設(shè)備按預(yù)期的生產(chǎn)流程所連接成的電路，又稱為一次接線（主接線）。（2）電氣主接線圖 按國標(biāo)規(guī)定的圖形和文字符號表示主接線中的元件，并依次連接起來的單線圖。（3）發(fā)電廠和變電所電氣主接線設(shè)計(jì)的依據(jù) 根據(jù)容量、電壓等級、負(fù)荷等情況設(shè)計(jì)，并經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后選出的最佳方案。（4）火電廠一次主接線舉例（P29，圖2-1）第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分2、配電裝置 按主接線圖，由母線、開關(guān)設(shè)備、保護(hù)電器、測量電器及必要的輔助設(shè)備構(gòu)成的接受和分配電能的裝置。配電裝置的分類（1）按安裝地點(diǎn)分屋內(nèi)配電裝置和屋外配電裝置（2）按電氣設(shè)備的組裝方式分裝配式配電裝置和成套式配電裝置（3）按電壓等級分

10、35、110、220、500kV配電裝置等。第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分

▉

電氣設(shè)備的主要額定參數(shù)

—額定電壓

額定電壓是國家根據(jù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的的需要，技術(shù)經(jīng)濟(jì)的合理性，制造能力和產(chǎn)品系列性等各種因素所規(guī)定的電氣設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)電壓等級。我國規(guī)定的額定電壓，按電壓高低和使用范圍分為三類。第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分

第一類額定電壓第一類額定電壓是100V及以下的電壓等級，主要用于安全照明、蓄電池及開關(guān)設(shè)備的直流操作電壓。直流為6、12、24、48V；交流單相為12V和36V，三相線電壓為36V。

第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分▉

電氣設(shè)備的主要額定參數(shù)

—額定電壓

第二類額定電壓第二類額定電壓是100～1000V之間的電壓等級。這類額定電壓應(yīng)用最廣、數(shù)量最多，如動力、照明、家用電器和控制設(shè)備等。

第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分第三類額定電壓第三類額定電壓是1000V及以上的高電壓等級，見表所示，主要用于電力系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)、變壓器、輸配電設(shè)備和用電設(shè)備。第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分▉電氣設(shè)備的主要額定參數(shù)

—第三類額定電壓

對上表進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)存在以下規(guī)律：（1）用電設(shè)備的額定電壓與電網(wǎng)的額定電壓是相等的。（2）發(fā)電機(jī)的額定電壓比其所在電力網(wǎng)的電壓高5%。（3）變壓器一次線圈是接受電能，可看成是用電設(shè)備，其額定電壓與用電設(shè)備的額定電壓相等，而直接與發(fā)電機(jī)相連接的升壓變壓器的一次側(cè)電壓應(yīng)與發(fā)電機(jī)電壓相配合。第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分（4）變壓器的二次線圈（副線圈）相當(dāng)于一個(gè)供電電源，它的空載額定電壓要比其所在電網(wǎng)的額定電壓高10%。但在3、6、10kV電壓時(shí)，由于這時(shí)相應(yīng)的配電線路距離不長，二次線圈的額定電壓僅高出電網(wǎng)電壓5%。第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分▉

電氣設(shè)備的主要額定參數(shù)

—額定電流

電氣設(shè)備的額定電流（銘牌中的規(guī)定值）是指在規(guī)定的周圍環(huán)境溫度和絕緣材料允許溫度下允許通過的最大電流值。當(dāng)設(shè)備周圍的環(huán)境溫度不超過介質(zhì)的規(guī)定溫度時(shí)，按照設(shè)備的額定電流工作，其各部分的發(fā)熱溫度不會超過規(guī)定值，電氣設(shè)備有正常的使用壽命。說明：周圍環(huán)境溫度一般指20℃。第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分

發(fā)電機(jī)、變壓器和電動機(jī)額定容量的規(guī)定條件與額定電流相同。1、變壓器的額定容量都是指視在功率（kV·A）值，表明最大一線圈的容量；2、發(fā)電機(jī)的額定容量可以用視在功率（kV·A）值表示，但一般是用有功功率（kW）值表示，這是因?yàn)橥蟿影l(fā)電機(jī)的原動機(jī)（汽輪機(jī)、水輪機(jī)等）是用有功功率表示的；3、電動機(jī)的額定容量通常用有功功率（kW）值表示，因?yàn)樗蟿拥臋C(jī)械的額定容量一般用有功功率表示。第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分第二節(jié)發(fā)電廠的電氣部分一、300MW發(fā)電機(jī)組電器部分（圖2-2）1、電氣主接線（1）發(fā)電機(jī)-變壓器采用無斷路器和隔離開關(guān)的單元界限；（2）主變低壓側(cè)引接廠用變供廠用電；（3）發(fā)電機(jī)出口側(cè)通過高壓熔斷器接三組電壓互感器和一組避雷器；（4）發(fā)電機(jī)出口側(cè)、中性點(diǎn)側(cè)、廠用變高壓側(cè)每相裝有電流互感器四個(gè)；（5）中性點(diǎn)接有接地變壓器。第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分2、發(fā)電機(jī)-變壓器采用全連分相封閉母線優(yōu)點(diǎn)如下：（1）供電可靠；（2）運(yùn)行安全；（3）減少電動力和外部鋼發(fā)熱；（4）運(yùn)行維護(hù)工作量少。3、主要電氣設(shè)備（1）發(fā)電機(jī)、主變、中性點(diǎn)接地變壓器和廠用變壓器；（2）電壓、電流互感器；（3）高壓熔斷器。二、600MW發(fā)電機(jī)組電器部分（略）第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分第三節(jié)高壓交流輸變電一、高壓交流輸變電概述1、高壓交流輸變電電壓的變遷6～10kV→35～110、220kV→330、500→750kV→還在發(fā)展。2、促使輸電電壓不斷提高的原因（1）長距離輸送電能（2）大容量輸送電能（表2-1）（3）節(jié)省基建投資和運(yùn)行費(fèi)用（表2-2）（4）有利于跨區(qū)域聯(lián)合電網(wǎng)的建立第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分二、我國330kV及以上超高壓輸電1、1972年第一回330kV線路、全長534公里，在甘肅泰安變電站到陜西湯谷變電站投入運(yùn)行，后形成一劉家峽為中心的西北330kV電力系統(tǒng)；2、1981年第一回500kV線路、全長595公里，在河南姚孟電廠到平頂山武漢投入運(yùn)行；3、2003年第一回750kV線路官亭至蘭州東輸投入運(yùn)行；第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分三、500kV變電站電氣主接線（圖2-4）1、500kV變電站一般為樞紐變電站，對一次接線要求較高，一般采用雙母線四分段帶專用旁路母線，或3、2斷路器兩種接線。后者更被認(rèn)同和廣泛應(yīng)用（兩種接線留到第四章講解）。2、發(fā)電機(jī)、主變采用單元接線，之間采用全連分相封閉母線，經(jīng)三臺單相變壓器將20kV升高至500kV；3、每臺發(fā)電機(jī)出線有兩臺56MVA、20/10.5/3.15kV高壓廠用變，供廠用電；4、升壓變電站配電裝置采用中型布置、斷路器三列布置，母線間隔寬度32m。第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分5、變電站采用架空地線作直擊雷保護(hù)，避雷器裝于變壓器出口和進(jìn)線側(cè)。6、各種電器離地要求：主變和電抗器套管9m；斷路器、隔離開關(guān)本體7m，避雷器6.5m四、主要電氣設(shè)備 除與前面章節(jié)相同的電器外，主要多了并聯(lián)電抗器、串聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置。（一）并聯(lián)電抗器的分類和作用 分為并聯(lián)高壓電抗器和抽能并聯(lián)高壓電抗器兩種。作用是補(bǔ)償線路的容性無功。并接于高壓線路上。第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分2、并聯(lián)電抗器在電網(wǎng)中的作用（1）限制工頻電壓升高（2）降低操作過電壓（3）消除發(fā)電機(jī)帶長線出現(xiàn)自激勵（4）降低線損、避免長距離輸送無功（5）限制潛供電流、有利于單相自動重合閘3、抽能并聯(lián)高壓電抗器（自學(xué)）第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分（二）串聯(lián)電容補(bǔ)償器1、原理和作用串聯(lián)前線路的靜態(tài)穩(wěn)定輸送功率為串聯(lián)后線路的靜態(tài)穩(wěn)定輸送功率為可見：降低線路電抗、提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和線路電能的輸送能力。第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分2、串聯(lián)電容器補(bǔ)償?shù)慕泳€方式（1）單間隔串聯(lián)補(bǔ)償接線（2）雙間隔串聯(lián)補(bǔ)償接線（3）非線性電阻串聯(lián)補(bǔ)償接線（4）非線性電阻帶出發(fā)間隔的串聯(lián)補(bǔ)償接線第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分第四節(jié)高壓直流輸電

在發(fā)電和變壓上，交流有明顯的優(yōu)越性，但是在輸電問題上，直流有其交流所沒有的優(yōu)點(diǎn)。和交流輸電相比，直流輸電有三個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)：1)當(dāng)輸電距離足夠長時(shí)，直流輸電的經(jīng)濟(jì)性將優(yōu)于交流輸電；2)直流輸電通過對換流器的控制可以快速地（時(shí)間為毫秒級）調(diào)整直流線路上的功率，從而提高交流系統(tǒng)的穩(wěn)定性；3)可以聯(lián)接兩個(gè)不同步或頻率不同的交流系統(tǒng)；第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分一、概述1、直流輸電發(fā)展概況（1）人類第一次直流輸電：1882年法國米斯巴赫煤礦到德國慕尼黑，電壓等級1.5~2kV，長57公里。（2）1912年100kV、15MW、190km大功率高電壓直流輸電；（3）1954年第一條貢弧閥換流裝置的工業(yè)性高壓直流輸電：100kV、20MW、190km；（4）1976年大功率晶閘管換流閥應(yīng)用于高壓直流輸電；目前我國已成為世界上高壓直流輸電量合網(wǎng)絡(luò)最大的國家。第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分（5）天生橋－－廣州直流輸電工程（簡稱天一廣直流工程）

1991年開始進(jìn)行可行性研究，1997年與德國西門了公司簽訂了供貨合同，2000年12月極１投人運(yùn)行，2001年工程全部建成。該工程為西電東送工程的一部分。直流工程為雙極±500ｋＶ、1800A、1800ＭＷ，西起天生橋水電站附近的馬窩換流站，東至廣州的北郊換流站。全長約960Ｋｍ。第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分2、直流輸電的優(yōu)點(diǎn)（1）線路造價(jià)低、年運(yùn)行費(fèi)用少；（2）沒有運(yùn)行穩(wěn)定性的問題；（3）可限制短路電流；（4）調(diào)節(jié)快速、運(yùn)行可靠；3、直流輸電的缺點(diǎn)（1）換流裝置價(jià)格昂貴（總投資的1/3）；（2）消費(fèi)大量的無功功率（整流器為有功的30~50%、逆變器為40~60%）；（3）產(chǎn)生諧波影響；（4）缺乏直流斷路器。第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分二、直流輸電的基本原理 直流輸電HVDC系統(tǒng)的主要元件如圖所示，以雙極系統(tǒng)為例，其它結(jié)構(gòu)的元件與該圖所示基本類同。第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分（1）換流器 它們完成交－直流和直一交流轉(zhuǎn)換，由閥橋和有抽頭切換器的變壓器構(gòu)成。第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分（2）直流平波電抗器 這些大電抗器具有高達(dá)1H的電感，在每個(gè)換流站與每極串聯(lián)。第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分（3）諧波濾波器 換流器在交流和直流兩側(cè)均產(chǎn)生諧波電壓和諧波電流。第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分（4）無功功率支持 換流器內(nèi)