1、發(fā)電廠電氣主系統(tǒng),邵陽學院電氣工程系,羅慶躍 主講,第二章 發(fā)電、變電和輸電的電氣部分,電 話E-mail：,第二章 發(fā)電、變電和輸電的電氣部分,主要教學內容 本章首先敘述發(fā)電廠和變電站中電氣設備分類、作用，電氣接線和配電裝置的功能；重點介紹300MW發(fā)電機組和600MW發(fā)電機組的電氣主接線，高壓交流、直流輸電的優(yōu)越性和直流輸電的基本原理。 教學重點及難點 1、 300MW發(fā)電機組和600MW發(fā)電機組的電氣主接線； 2、直流輸電的基本原理。 計劃授課時數 4課時。 學完后，學生應具備的能力 對高壓交流輸電的主接線形式和所用的電氣設備的特點有一個比較完整的認識和了解，對

2、直流輸電有一個初步的認識。,第一節(jié) 概 述,一、電氣設備 二、電氣接線和裝置,主要內容:,一次設備,二次設備,生產和轉換電能的設備 接通或斷開電路的開關電器 限制故障電流和防御過電壓的設備 載流導體 接地裝置,儀用互感器 測量儀表 繼電保護及自動控制 直流電源 操作電源、信號設備及控制電纜,一、電氣設備 根據電氣設備的作用不同，可將電氣設備分為兩類：,生產、變換、輸送、分配和使用電能的設備,對一次設備進行測量、控制、監(jiān)視和保護用的設備,二、電氣接線和裝置,在發(fā)電廠和變電站中，各種電氣設備必須用導體按一定的要求連成一個整體，并與必要的輔助設備一起安裝，構成通路，實現發(fā)供電。,1、電氣接線 定義：

3、根據各種電氣設備的作用及要求，按一定方式用導體連接起來所形成的電路。,分類：,電氣主接線（又稱電氣一次接線或電氣主系統(tǒng)）,由一次設備按預期生產流程所連成的接受和分配電能的電路。 它代表了發(fā)電廠或變電所電氣部分主體結構及各種運行方式，直接影響電力系統(tǒng)運行的可靠性、靈活性和經濟性。,電氣二次接線,由二次設備所連成的電路。,2、電氣主接線圖 用規(guī)定的設備文字和圖形符號并按工作順序排列，詳細地表示電氣設備或成套裝置的全部基本組成和連接關系的單線圖。,3、配電裝置 （1）定義：根據主接線的要求，由開關設備、母線、保護和測量設備以及必要的輔助設備和建筑物組成的整體，其作用是接受和分配電能。 （2）按安裝地

4、點分類： 屋內配電裝置：10kV 屋外配電裝置：220kV,4、主接線圖實例,說明:,1）母線的作用：匯集和分配電能。,2）主接線形式： 10kV：雙母線分段接線（工作母線分成兩段），以進一步提高供電可靠性。 220kV：雙母線接線,3）開關設備 斷路器（QF）：具有滅弧裝置，能接通和斷開負荷電流及短路電流。 隔離開關（QS）：沒有滅弧裝置，不能開閉5A以上的電流，主要用于檢修時隔離電源。,4）電抗器（L）：限制短路電流。,第二節(jié) 發(fā)電廠的電氣設備,前言：我國電力系統(tǒng)中，發(fā)電機單機容量不斷增長，300MW的機組已成為系統(tǒng)中的主力，600MW的機組已逐步進入一些大型電力系統(tǒng)。,一、300MW發(fā)電

5、機組電氣部分,1、電氣主接線【圖見書P31圖2-2所示】,（1）采用發(fā)電機-雙繞組變壓器單元接線,【發(fā)電廠附近無地區(qū)負荷，無發(fā)電機出口斷路器。機組容量大，目前還不能生產合符要求的斷路器】。,（2）采用全連分相封閉母線,【消除了母線附近鋼構的發(fā)熱和減少了母線電動力；提高了供電可靠性；運行安全；運行維護工作量小】,（4）發(fā)電機中性點接有中性點接地變壓器，用來限制電容電流,（3）主變低壓側引接一臺分裂低壓繞組變壓器，供給廠用電,二、600MW發(fā)電機組電氣部分【自學】 【與300MW發(fā)電機組電氣部分基本相同，見書P32-33 】,第三節(jié) 高壓交流輸電略講,一、為什么要采用高壓交流輸電？ 二、我國330

6、kV及以上超高壓輸電情況簡介 三、500kV變電站電氣主接線及主要電氣設備,主要內容:,一、為什么要采用高壓交流輸電 ?,要點:,由于大容量發(fā)電廠的建設地點一般遠離負荷中心，如果采用低壓輸電，勢必造成輸送功率的巨大浪費和電能質量的下降。,隨著電力系統(tǒng)發(fā)電容量的增大，特別是大型坑口火電廠和核電廠的投產，雖然輸電距離不長，但輸送容量很大，也需要采用較高電壓的電壓等級。,1、長距離輸送電能,2、大容量輸送電能,在經濟輸送容量范圍內，線路的單位造價及線路走廊的寬度將隨輸電電壓等級的升高而降低。,采用高壓聯(lián)網，可以增強電網輸送能力，提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和經濟性。,3、節(jié)省基建投資和運行費用,4、電力系統(tǒng)

7、互聯(lián),二、我國330kV及以上超高壓輸電情況簡介,1、第一條330kV線路于1972年建成（甘肅泰安變電站至陜西省湯峪變電站），為后來的500kV輸變電工程打下了基礎。,2、第一條500kV線路于1981年建成（河南的平頂山變電站至武漢的鳳凰山變電站），現在我國已形成以500kV電壓等級為骨干網架。,3、第一條750kV線路于2005年底建成（西北官亭至蘭州東），為今后的10001200kV （特高壓）輸變電工程打下了基礎。,三、500kV變電站電氣主接線及主要電氣設備,1、電氣主接線,500kV變電站是電力系統(tǒng)的樞紐站，在電力系統(tǒng)工程中地位極為重要，其安全可靠運行將直接影響整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定

8、運行。因此，對500kV變電站供電可靠性要求較高。目前，我國500kV變電站的電氣主接線一般采用3/2和雙母線四分段帶專用旁路母線兩種接線形式。,2、主要電氣設備,500kV變壓器的主要特點是電壓等級高、傳輸容量大，對變壓器的設計和工藝要求也很高。一般多采用三臺單相變壓器組成三相變，也可采用三相變壓器。,2）斷路器,有油斷路器、真空斷路器、空氣斷路器和SF6斷路器四種。由于SF6斷路器具有滅弧能力強、開斷容量大、熄弧特性好等特點，因而在超高壓輸電網中普遍使用。到目前為止，我國500kV系統(tǒng)全部使用SF6斷路器。,1）主變壓器,（1）主要作用：設備檢修時，隔離電壓；倒換電源操作，改變運行方式。

9、（2）特點：沒有滅弧裝置，不能合分5A以上的電流，但具有明顯斷口。,3）隔離開關,現代電力系統(tǒng)中，電壓互感器一般可做成四繞組式，這樣一臺電壓互感器可集上述三種用途于一身。電壓互感器分為電磁式和電容式兩大類，目前在500kV電力系統(tǒng)中，大量使用的都是電容式電壓互感器【電容做為載波通信用】。,4）電壓互感器【TV】,主要作用：把高電壓變成標準的低電壓【（100V）線電壓】，供測量、繼電保護、監(jiān)視等各種設備和儀表用。一次繞組并聯(lián)在電路中。,主要作用：把大電流變成標準的小電流【5A、1A】，供測量、繼電保護、監(jiān)視等各種設備和儀表用。一次繞組串聯(lián)在電路中。,注：TV、TA是實現一次設備與二次設備聯(lián)絡的設

10、備,5）電流互感器【TA】,按發(fā)展的先后，避雷器有五種：保護間隙避雷器、管型避雷器、閥型避雷器、磁吹閥式避雷器和氧化鋅避雷器。其中氧化鋅避雷器具有無間隙、無續(xù)流、殘壓低等優(yōu)點，目前500kV系統(tǒng)中廣泛采用。,6）避雷器,是保護電氣設備免遭雷電入侵波危害的設備。當雷電沖擊波沿線路傳入變電站，超過避雷器保護水平時，避雷器首先放電，使電氣設備受到保護。,超高壓【500kV及以上】交流輸電線路【采用分裂導線，輸電距離長】由于存在對地電容有大量的容性充電功率【如100km長的500kV線路容性無功約為100120Mvar，為同樣長度220kV線路的67倍】。引起線路末端電壓升高【容升效應】，危及電網的安

11、全運行。,7）并聯(lián)高壓電抗器和抽能并聯(lián)高壓電抗器,（1）為什么要并聯(lián)高壓電抗器？,其目的：吸收線路上的容性無功，防止引起電壓升高。,（2）并聯(lián)高壓電抗器的主要作用 （5個）,限制工頻電壓升高。補償度：,補償度一般選在60%左右。采用欠補償方式【為什么？】,降低操作過電壓。,回顧：配電網絡中為什么要并聯(lián)電容器？其目的是什么？,電容電流的助磁作用使發(fā)電機電壓不斷升高，有可能達到額定電壓的1.52倍。,消除發(fā)電機帶長線路出現自勵磁,500kV線路無功【容性】損耗小，且送端往往是大型發(fā)電廠，電源本身還有一定數量的無功，裝設并聯(lián)高壓電抗器正好能吸收容性無功，使無功能就地平衡。,限制潛供電流，有利于單相重

12、合閘,見圖2-3所示，A導線間存在分布電容，感應出靜電耦合電壓；B導線間的互感，感應出電磁感應電壓。故障相有這兩個電壓疊加，經相對地的電容可使故障點維持幾十安的接地電流，稱為潛供電流。影響單相重合閘的成功率。,避免長距離輸送無功并降低線損,除具有并聯(lián)高壓電抗器的基本功能以外，還具有向變電站提供站用電源的功能【6kV抽能系統(tǒng)見書P41】。,（3）抽能并聯(lián)高壓電抗器,高壓輸電線路的靜態(tài)輸送功率：,靜態(tài)穩(wěn)定極限工率：,當線路安裝有串聯(lián)電容補償后，線路的靜態(tài)輸送功率：,在同一相角差（相同）的條件下，裝有串聯(lián)補償前后的穩(wěn)定輸送功率之比為：,8）串聯(lián)電容器補償,（1）基本原理,其中，,為補償度，一般取25

13、%60%左右。因此，采用串聯(lián)電容器補償不僅可以提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，而且也是提高遠距離輸電線路的輸送能力的一種有效措施。,串聯(lián)電容器補償裝置的電氣接線方式與三個因素有關：與電網結構及其使用目的有關；與該裝置采用的過電壓保護方案有關；與系統(tǒng)發(fā)生故障被切除后要求裝置重投的時間有關。,具體接線參見教材：P4245,（2）串聯(lián)電容器補償裝置的電氣接線,2、高壓交流輸電目前存在的主要問題,問題探討：,1、500kV及以上系統(tǒng)與220kV及以下系統(tǒng)在系統(tǒng)接線、功能、補償方式有何異同點？,第四節(jié) 高壓直流輸電略講,一、直流輸電的發(fā)展概況見教材P46 二、直流輸電的優(yōu)越性 三、直流輸電目前存在的主要問題

14、四、直流輸電工作原理簡介,主要內容:,二、直流輸電的優(yōu)越性,1、線路造價低、年運行費用省 交流輸電線路要用三根導線；而直流輸電線路只要兩根導線，當采用大地和海水作回路時，只要一根線即可。直流輸電沒有集膚效應，功率損耗約比交流電路少1/3。,2、沒有運行穩(wěn)定問題 由于直流輸電沒有電抗，就不存在系統(tǒng)穩(wěn)定問題。用直流輸電連接兩個交流系統(tǒng)，不受距離的限制，兩端交流系統(tǒng)不需要同步運行，各自的電壓、頻率、相角與對側無關。,3、能限制短路電流 直流系統(tǒng)的定電流控制將快速地把短路電流限制在額定電流值。,4、調節(jié)速度快，運行可靠 通過換流器能快速調整有功和實現潮流翻轉【功率方向改變】。,三、直流輸電目前存在的主要問題,1、換流裝置價格昂貴 2、消耗大量的無功 3、產生諧波影響 交流側和直流側均產生諧波電壓和諧波電流。 4、缺乏直流斷路器,四、直流輸電工作原理簡介【背靠背式】,系統(tǒng)1向系統(tǒng)2輸送電力時，換