發(fā)電廠電氣部分-第二章

電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)：由發(fā)電廠、升壓變電所、輸電線路、降壓變電所及電力用戶所組成的統(tǒng)一整體；動力系統(tǒng)：電力系統(tǒng)加上帶動發(fā)電機轉動的動力裝置構成的整體。第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分電力網：（1）定義：由各類升壓變電所、輸電線路、降壓變電所組成的電能傳輸和分配的網絡。（2）分類： 按供電范圍、輸送功率和電壓等級分：地方電力網和區(qū)域電力網。按電壓等級電力網分：低壓（1kV及以下）、高壓（1-330kV）、超高壓（330-1000kV）和特高壓（1000kV以上）幾種第一節(jié)概述一、電氣設備第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分(一）一次設備通常把生產、變換、輸送、分配和使用電能的設備，如發(fā)電機、變壓器和斷路器等稱為一次設備。它們包括：

（1）生產和轉換電能的設備。

（2）接通或斷開電路的開關電器。

（3）限制故障電流和防御過電壓的保護電器。

（4）載流導體。（5）互感器，包括電壓互感器和電流互感器。

（6）無功補償設備。（7）接地裝置。常用一次設備名稱及圖形文字符號對一次設備和系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行測量、控制、監(jiān)視和起保護作用的設備，稱為二次設備。（1）測量表計，如電壓表、電流表、頻率表、功率表和電能表等，用于測量電路中的電氣參數(shù)。

（2）繼電保護、自動裝置及遠動裝置。（3）直流電源設備，包括直流發(fā)電機組、蓄電池組和整流裝置等。（4）操作電器、信號設備及控制電纜。（二）二次設備一次電路：由一次設備，例如發(fā)電機、變壓器、斷路器等，按預期生產流程所連成的電路，稱為一次電路，或稱電氣主接線；二次電路：由二次設備所連成的電路稱為二次電路，或稱二次接線。圖2-1是具有兩種電壓（發(fā)電機電壓及升高電壓）大容量發(fā)電廠的電氣主接線圖。二、電氣接線和裝置(一）電氣接線在發(fā)電廠和變電站中，根據(jù)各種電氣設備的作用及要求，按一定的方式用導體連接起來所形成的電路稱為電氣接線。圖2-1火電廠的電氣主接線圖（二）配電電裝置根據(jù)電氣主主接線的要要求，由開開關電器、、母線、保保護盒測量量設備以及及必要的輔輔助設備和和建筑物組組成的整體體即為配電電裝置。配電裝置按按電氣設備備裝設地點點不同，可可分為屋內內配電裝置置和屋外配配電裝置。。圖2-1中中，由斷路路器QF1和QF2，隔離開開關QS1~QS4，母線W1~W3，電抗器器L1和L2以及饋饋線WL1和WL2等，構成成的配電裝裝置，布置置在屋內，，稱為屋內內配電裝置置，又稱發(fā)發(fā)電機電壓壓配電裝置置；而由斷斷路器QF3~QF5，相應應的隔離開開關，母線線W4和W5以及出出線WL3和WL4等，構成成的配電裝裝置，稱為為屋外配電電裝置，又又稱高壓配配電裝置。?！笆晃濉薄眹壹壱?guī)規(guī)劃教材一、300MW發(fā)電電機組電氣氣部分（一）電氣氣主接線300MW發(fā)電機組組，采用發(fā)發(fā)電機－變變壓器單元元接線，如如圖2-2所示。變變壓器高壓壓側，經引引線接入220kV系統(tǒng)。第二節(jié)發(fā)發(fā)電廠的電電氣部分圖2-2300MW發(fā)發(fā)電機組電電氣主接線線圖1—發(fā)電機機；2—主變壓壓器；3—高壓廠廠用變壓器器（為分裂繞繞組變壓器器）4—電壓互互感器；5—高壓熔熔斷器；6—避雷器器；7—電流互互感器；8—中性點點接地變壓壓器由圖2-2可看出，，300MW發(fā)電機機組電氣主主接線具有有下述特點點：（1）發(fā)電機與主主變壓器的的連接采用用發(fā)電機－－變壓器單單元接線，，無發(fā)電機機出口斷路路器和隔離離開關。（2）在主主變壓器低低壓側引接接一臺高壓壓廠用變壓壓器，供給給廠用電。。（3）在發(fā)電電機出口側側，通過高高壓熔斷器器接有三組組電壓互感感器和一組組避雷器（4）在發(fā)發(fā)電機出口口側和中性性點側，每每相裝有電電流互感器器4只。（5）發(fā)電電機中性點點接有中性性點接地變變壓器。（6）高高壓廠廠用變變壓器器高壓壓側，，每相相裝有有電流流互感感器4只。。“十一一五””國家家級規(guī)規(guī)劃教教材發(fā)電機機和主主變壓壓器之之間的的連接接母線線及廠廠用分分支母母線均均采用用全連連離相相封閉閉母線線。其其具有有以下下優(yōu)點點：（1））供電電可靠靠。（2））運行行安全全。（3）基本消消除了母線線周圍鋼構構件的發(fā)熱熱。（4）施工工安裝簡便便，運行維維護工作量量小。（二）主要要電氣設備備（1）發(fā)電電機。（（5））高壓熔斷斷器。（2）主變變壓器。（6）電流流互感器。。（3）高壓壓廠用變壓壓器。（（7）發(fā)電電不均衡。。（4）電壓互感器器。（8）中性性點接地變變壓器。“十一五””國家級規(guī)規(guī)劃教材二、600MW發(fā)電電機組電氣氣部分(一）電氣氣主接線圖2-3600MW發(fā)發(fā)電機組電電氣主接線線圖1—發(fā)電機；2—主變壓器；；3—高壓廠用變變壓器4—高壓公用變變壓器；5—勵磁變壓器器；6—中性點接地地變壓器；；7—電壓互感器器；8—熔斷器；9—高壓避雷器器“十一五””國家級規(guī)規(guī)劃教材由圖2-3可看出，，600MW發(fā)電機機組電氣主主接線具有有下述特點點：（1）發(fā)電電機與主變變壓器的連連接采用發(fā)發(fā)電機－變變壓器單元元接線，發(fā)發(fā)電機和主主變壓器之之間沒有斷斷路器和隔隔離開關。。（2）主變變壓器采用用三相雙繞繞組變壓器器，低壓側側繞組接成成三角形，，高壓側繞繞組接成星星形。變壓壓器高壓側側中性點接接地方式為為直接接地地。（3）在主變變壓器低壓壓側引接一一臺高壓廠廠用變壓器器和一臺高高壓公用變變壓器，供供給廠用電電。（4）在發(fā)電機出出口側，通通過高壓熔熔斷器接有有三組電壓壓互感器和和一組避雷雷器。（5）在發(fā)電電機出口側側和中性點點側，每相相裝有電流流互感器4只。（6）發(fā)電機中性性點接有中中性點接地地變壓器。。“十一五””國家級規(guī)規(guī)劃教材（7）高壓壓廠用變壓壓器高壓側側，每相配配置套管式式電流互感感器3只。。（8）主變變壓器高壓壓側每相各各配置套管管式電流互互感器3只只，中性點點配置電流流互感器1只（二）主要要電氣設備備（1）發(fā)電機。（5）電流流互感器。。（2）主變壓器器。（（6）中性點點接地變壓壓器。（3）高壓廠用變變壓器。（（7））高壓熔斷斷器。（4）電壓互感器器。（8）避雷雷器?！笆晃濉薄眹壹壱?guī)規(guī)劃教材三、1000MW發(fā)發(fā)電機組電電氣部分（一）電氣氣主接線1000MW發(fā)電機機組，采用用發(fā)電機－－變壓器單單元接線，，如圖2-4所示。。變壓器高高壓側，經經隔離開關關和引線接接入500kV系統(tǒng)統(tǒng)，500kV側采采用一個半半斷路器接接線方式。?！笆晃濉薄眹壹壱?guī)規(guī)劃教材圖2-41000MW發(fā)電機組組電氣主接接線圖1—發(fā)電機；2—主變壓器；；3、4—高壓廠用變變壓器；5—勵磁變壓器器；6—中性點接地地變壓器；；7、8—電壓互感器器；9—高壓避雷器器；10—隔離開關；；11—電壓互感器器“十一五””國家級規(guī)規(guī)劃教材由圖2-4可看出，，1000MW發(fā)電電機組電氣氣主接線具具有下述特特點：（1）發(fā)電電機與主變變壓器的連連接采用發(fā)發(fā)電機－變變壓器單元元接線，發(fā)發(fā)電機和主主變壓器之之間沒有斷斷路器和隔隔離開關，，但在主母母線上設有有可拆連接接點。（2））發(fā)發(fā)電電機機出出口口主主封封閉閉母母線線上上有有接接地地刀刀閘閘，，母母線線接接地地刀刀閘閘能能承承受受主主回回路路動動、、熱熱穩(wěn)穩(wěn)定定的的要要求求。。接接地地刀刀閘閘附附近近有有觀觀察察接接地地刀刀閘閘位位置置的的窺窺視視孔孔。。（3））主主變變壓壓器器采采用用三三臺臺單單相相雙雙繞繞組組油油浸浸式式變變壓壓器器，，低低壓壓側側繞繞組組接接成成三三角角形形，，高高壓壓側側繞繞組組接接成成星星形形。。變變壓壓器器高高壓壓側側中中性性點點接接地地方方式式為為直直接接接接地地。。（4））在在主主變變壓壓器器低低壓壓側側引引接接兩兩臺臺容容量量相相同同的的高高壓壓廠廠用用變變壓壓器器，，供供給給廠廠用用電電。?！笆灰晃逦濉薄眹鴩壹壹壖壱?guī)規(guī)劃劃教教材材（5））在在發(fā)發(fā)電電機機出出口口主主封封閉閉母母線線有有短短路路試試驗驗裝裝置置，，主主回回路路T接接引引至至電電壓壓互互感感器器柜柜，，通通過過高高壓壓熔熔斷斷器器接接有有三三組組三三相相電電壓壓互互感感器器和和一一組組避避雷雷器器。。（6））在在發(fā)發(fā)電電機機出出口口側側和和中中性性點點側側，，每每相相裝裝有有套套管管式式電電流流互互感感器器4只只。。（7））發(fā)發(fā)電電機機中中性性點點經經隔隔離離開開關關接接有有中中性性點點接接地地變變壓壓器器。。（8））高高壓壓廠廠用用變變壓壓器器高高壓壓側側，，每每相相配配置置套套管管式式電電流流互互感感器器3只只。。（9）主主變壓器器高壓側側每相各各配置套套管式電電流互感感器4只只，中性性點配置置電流互互感器2只。（二）主主要電氣氣設備（1）發(fā)電機。。（2）主變壓壓器。（3）高壓廠用用變壓器器。（4）電壓互感感器。（5）電流互感感器。（6）中性點接接地變壓壓器?！笆晃逦濉眹壹壹壱?guī)劃劃教材（三）超超超臨界界發(fā)電機機組的特特點與問問題前述300MW發(fā)電機組組為亞臨臨界火力力發(fā)電機機組，600MW發(fā)電機組組為超臨臨界火力力發(fā)電機機組，1000MW發(fā)電機組組為超超超臨界火火力發(fā)電電機組。。超超臨界界火力發(fā)發(fā)電機組組和常規(guī)規(guī)發(fā)電機機組相比比，具有有無可比比擬的優(yōu)優(yōu)越性。。但是，，發(fā)展超超超臨界界機組，，在設計計和制造造方面還還有許多多關鍵技技術問題題有待解解決，例例如開發(fā)發(fā)新材料料就是關關鍵的問問題?！笆晃逦濉眹壹壹壱?guī)劃劃教材（一）數(shù)數(shù)字化發(fā)發(fā)電廠概概念四、數(shù)字字化發(fā)電電廠數(shù)字化發(fā)發(fā)電廠是是采用數(shù)數(shù)字方式式映射的的物理電電廠，把把龐大的的發(fā)電廠廠通過數(shù)數(shù)字0、、1精確確地表示示在電腦腦的桌面面上。也也就是說說，從電電廠前期期可行性性研究、、設計、、基建開開始，到到生產運運營、企企業(yè)管理理的全過過程，全全部采用用數(shù)字描描述和數(shù)數(shù)字化存存儲。（二）數(shù)數(shù)字化發(fā)發(fā)電廠模模式數(shù)字化發(fā)發(fā)電廠的的模式有有以下5種：（1）基于上層層網絡模模式（信信息網絡絡）。（2）基于下下層網絡絡模式（（FCS網絡））。（3）基于控制制網絡模模式（DCS網網絡）。。（4）上中下網網絡合一一模式（（3層網網絡）。。（5）數(shù)字化發(fā)發(fā)電廠5層網絡絡模型。?！笆晃逦濉眹壹壹壱?guī)劃劃教材5層網絡絡模型組組成的數(shù)數(shù)字化發(fā)發(fā)電廠：：（1）一一次設備備層。（2）DCS層層：控制制系統(tǒng)。。本層為為二次系系統(tǒng)層。。（3））SIS層層：優(yōu)優(yōu)化增增值。。（4））MIS層層：高高端信信息。。（5））Internet層：：網絡絡媒體體。“十一一五””國家家級規(guī)規(guī)劃教教材（三））實現(xiàn)現(xiàn)數(shù)字字化發(fā)發(fā)電廠廠的核核心技技術（1）采用用成熟熟的FCS數(shù)字字化儀儀表或或裝置置。（2）發(fā)電電廠““爐、、機、、電、、輔””DCS一一體化化控制制和數(shù)數(shù)字化化升壓壓站NCS。（3））數(shù)字化化CCTV（工工業(yè)））網絡絡圖像像監(jiān)視視技術術。（4））廠級運運營優(yōu)優(yōu)化增增值服服務技技術。。（5））信息息層面面的數(shù)數(shù)字化化高端端應用用。（6））系統(tǒng)統(tǒng)工程程、軟軟件技技術、、流程程技術術和先先進的的計算算機輔輔助設設計（（CAD））、三三維技技術（（3D）等等其它它技術術。一、高高壓交交流輸輸變電電概述述影響輸電電電壓等級的的發(fā)展主要要有以下原原因：由于大容量量發(fā)電廠的的建設地點點遠離負荷荷中心，如如果采用低低壓輸電，，勢必造成成輸送功率率的巨大浪浪費和電能能質量的下下降，因此此，提高輸輸電電壓等等級就成為為必然的選選擇。不同同電壓等級級的輸送功功率和輸送送距離的關關系如表2-1所示示。（一）長距距離輸送電電能第三節(jié)高高壓交流輸輸變電電壓等級（kV）輸送功率（MW）輸送距離（km）電壓等級（kV）輸送功率（MW）輸送距離（km）100.2~220~6330200~800600~200352~1050~205001000~1500850~15011010~50150~507502000~2500500以上220100~500300~10010004000~5000500以上表2-1不同電壓等等級的輸送送功率和輸輸送距離隨著電力系系統(tǒng)發(fā)電容容量的增大大，特別是是大型坑口口電站和核核電站的投投產，雖然然輸電距離離不長，但但輸送容量量很大，也也需要采用用較高的電電壓等級。。（二）大容容量輸送電電能電壓等級（kV）導線截面（mm2）輸送容量（MW）線損率（%）2201×5702502.753302×2707001.305004×57012000.957504×57025000.70如果以輸送送每km每每kW電力力的線路造造價作為單單位造價，，則在各級級電壓相應應的經濟輸輸送容量范范圍內，線線路的單位位造價將隨隨輸送電壓壓等級的升升高而降低低。在相同同的輸送容容量和距離離的條件下下，輸電線線的總損耗耗（包括電電阻損耗和和電暈損耗耗）隨輸電電電壓等級級的升高而而降低。如如表2-2所示，750kV線路的線線損率約為為330kV線路的的1/2。。表2-2電壓壓等等級級與與線線損損率率的的關關系系（三三））節(jié)節(jié)省省基基建建投投資資和和運運行行費費用用此外外，，輸輸送送相相同同容容量量電電力力的的線線路路走走廊廊的的寬寬度度，，也也隨隨著著采采用用電電壓壓等等級級的的升升高高而而降降低低。。走走廊廊用用地地在在線線路路總總造造價價中中所所占占比比重重較較大大（（如如美美國國本本部部地地區(qū)區(qū)500kV線線路路約約占占15%~30%）），，為為減減少少走走廊廊占占地地費費用用，，采采用用超超高高壓壓輸輸電電也也就就在在所所難難免免電力系系統(tǒng)的的發(fā)展展，必必然會會打破破歷史史形成成的地地方電電力系系統(tǒng)的的疆域域，逐逐漸連連成大大區(qū)域域或跨跨區(qū)域域的聯(lián)聯(lián)合電電力系系統(tǒng)。。為了了增強強電網網輸送送能力力，提提高系系統(tǒng)的的運行行穩(wěn)定定性，，大區(qū)區(qū)電網網間的的連接接多采采用500kV或750kV超高高壓電電壓等等級，，甚至至采用用1150kV的特特高壓壓電壓壓等級級。（四）電電力系統(tǒng)統(tǒng)互聯(lián)二、500kV輸變電電系統(tǒng)目前，我我國500kV變電站站的電氣氣接線一一般采用用雙母線線四分段段帶專用用旁路母母線和3/2斷斷路器兩兩種接線線方式。。如圖2-5所所示，兩兩組母線線W1和和W2間間有兩串串斷路器器，每一一串的三三組斷路路器之間間接入兩兩個回路路引出線線，如WL1、、WL2，處于于每串中中間部位位的斷路路器稱為為聯(lián)絡斷斷路器（（如QF12）），由于于平均每每條引出出線裝設設一臺半半斷路器器，故稱稱為一臺臺半斷路路器接線線。（一）500kV變電電站電氣氣主接線線圖2-5500kV變電電站電氣氣主接線線“十一五五”國家家級規(guī)劃劃教材（二）500kV變電電站主要要電氣設設備500kV超高高壓變電電站的主主要電氣氣設備有有：（1）主主變壓器器：500kV升壓壓變壓器器和500kV自耦耦變壓器器。（2）斷斷路器。。（3）隔隔離開關關。（4）電壓互感感器。（5）電電流互感感器。（6）避雷器。。（三）并并聯(lián)高壓壓電抗器器和抽能能并聯(lián)高高壓電抗抗器（一）并聯(lián)高壓壓電抗器器的作用用：（1）限制工頻頻電壓升升高。（2）降降低操作作過電壓壓。（3）消消除發(fā)電電機帶長長線出現(xiàn)現(xiàn)自勵磁磁。（4）避免長距距離輸送送無功功功率并降降低線損損。（5）限限制潛供供電流，，有利于于單相自自動重合合閘。（二）抽抽能并聯(lián)聯(lián)高壓電電抗器：500kV并聯(lián)電抗抗器及抽抽能系統(tǒng)統(tǒng)，如圖圖2-7所示。圖2-7500kV并聯(lián)電抗抗器及抽抽能系統(tǒng)統(tǒng)接線圖圖（四）串聯(lián)電容容器補償償（一）基本原理理：高壓輸電電線路的的靜態(tài)穩(wěn)穩(wěn)定輸送送功率可可由下式式表示，，即當線路中中安裝有有串聯(lián)電電容器補補償后，，線路的的靜態(tài)穩(wěn)穩(wěn)定輸送送功率變變?yōu)樵谕粋€個相角差差的的條件下下，裝有有串聯(lián)電電容器補補償前后后的穩(wěn)定定輸送功功率之比比為其中，KC=XC/XL為補償度度，補償償度一般般取在25~60%左右。因因此，采采用串聯(lián)聯(lián)電容器器補償可可以大幅幅度地減減低線路路電抗，，提高電電力系統(tǒng)統(tǒng)的運行行穩(wěn)定性性，也是是提高遠遠距離輸輸電線路路的輸送送能力的的一種有有效措施施。（二）串串聯(lián)電容容器補償償裝置的的電氣接接線：（1）根據(jù)使用用的目的的不同：：串聯(lián)電電容器補補償?shù)男托褪接谐３Ｒ?guī)固定定式串補補、有可可控制的的串補和和晶閘管管控制串串補。（2）對于固定定式串補補按照過過電壓保保護方案案和故障障切除后后要求串串聯(lián)補償償重投的的時間，，其電氣氣線接一一般有以以下形式式：單間隙串串聯(lián)補償償接線；；雙間隙串串聯(lián)補償償接線；；單間隙串串聯(lián)補償償接線；；雙間隙串串聯(lián)補償償接線；；圖2-8非線性電電阻并帶帶觸發(fā)間間隙的串串聯(lián)補償償接線“十一五五”國家家級規(guī)劃劃教材（三）串串聯(lián)補償償裝置的的主要設設備：（1）電容器組組。（2）非線性性電阻器器。（3）觸發(fā)型型火花間間隙。（4）旁路斷斷路器。。（5）阻尼回回路。（6）電流互互感器。。三、750kV超高壓輸輸變電示示范工程程圖2-9750kV輸變電示示范工程程接線示示意圖世界首條條特高壓交交流輸電電線路2009年1月，我國國首條也也是世界界首條1000千伏特高高壓交流流輸電線線路建成成投運，，線路從從山西長長治到湖湖北荊門門全長640公里。“晉東南南-南陽-荊門”1000千伏特高高壓交流流輸電線線路四、1000kV特高壓輸輸變電試試驗示范范工程2006年8月19日，特高高壓試驗驗示范工工程1000kV晉東南－－南陽－－荊門工工程正式式奠基，，這是我我國首個個特高壓壓交流試試驗示范范工程。。該試驗驗示范工工程包括括三站兩兩線，起起于山西西長治境境內的晉晉東南變變電站，，經河南南南陽境境內的南南陽開關關站，止止于湖北北荊門境境內的荊荊門變電電站，線線路全長長653.8km。系統(tǒng)額額定電壓壓為1000kV，最高運運行電壓壓1200kV，自然輸輸送功率率約500萬kW。（一）1000kV特高壓試試驗示范范工程規(guī)規(guī)模（1）輸送容容量大，，送電距距離長。。（2）工程投投資省，，節(jié)省土土地資源源，線路路損耗低低。（3）聯(lián)網能能力強。。（4）可解決決500kV電網短路路電流超超標問題題。（5）特高壓壓同步電電網覆蓋蓋范圍大大，連接接多個電電源基地地和負荷荷中心，，潮流方方式變