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一致整體；動力系統(tǒng)：電力系統(tǒng)加上帶動發(fā)電機轉動的動力安裝構成的整體。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?！?〕分類： 按供電范圍、保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〕一次設備通常把消費、變換、保送、分配和運用電能的設備，如發(fā)電機、變壓器和斷路器等稱為一次設備。它們包括：〔1〕消費和轉換電能的設備?！?〕接通或斷開電路的開關電器。〔3〕限制缺點電流和防御過電壓的維護電器。〔4〕載流導體?！?〕互感器，包括電壓互感器和電流互感器?！?〕無功補償設備?！?〕接地安裝。常用一次設備稱號及圖形文字符號對一次設備和系統(tǒng)的運轉形狀進展丈量、控制、監(jiān)視和起維護作用的設備，稱為二次設備?！?〕丈量表計，如電壓表、電流表、頻率表、功率表和電能表等，用于丈量電路中的電氣參數(shù)?！?〕繼電維護、自動安裝及遠動安裝。〔3〕直流電源設備，包括直流發(fā)電機組、蓄電池組和整流安裝等?！?〕操作電器、信號設備及控制電纜?！捕扯卧O備一次電路：由一次設備，例如發(fā)電機、變壓器、斷路器等，按預期消費流程所連成的電路，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、電氣接線和安裝(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銜接起來所構成的電路稱為電氣接線。圖2-1火電廠的電氣主接線圖〔二〕配電安裝根據(jù)電氣主接線的要求，由開關電器、母線、維護盒丈量設備以及必要的輔助設備和建筑物組成的整體即為配電安裝。配電安裝按電氣設備裝設地點不同，可分為屋內配電安裝和屋外配電安裝。圖2-1中，由斷路器QF1和QF2，隔分開關QS1~QS4，母線W1~W3，電抗器L1和L2以及饋線WL1和WL2等，構成的配電安裝，布置在屋內，稱為屋內配電安裝，又稱發(fā)電機電壓配電安裝；而由斷路器QF3~QF5，相應的隔分開關，母線W4和W5以及出線WL3和WL4等，構成的配電安裝，稱為屋外配電安裝，又稱高壓配電安裝?！笆晃濞晣壹壱?guī)劃教材一、300MW發(fā)電機組電氣部分〔一〕電氣主接線300MW發(fā)電機組，采用發(fā)電機－變壓器單元接線，如圖2-2所示。變壓器高壓側，經引線接入220kV系統(tǒng)。第二節(jié)發(fā)電廠的電氣部分圖2-2300MW發(fā)電機組電氣主接線圖1—發(fā)電機；2—主變壓器；3—高壓廠用變壓器〔為分裂繞組變壓器〕4—電壓互感器；5—高壓熔斷器；6—避雷器；7—電流互感器；8—中性點接地變壓器由圖2-2可看出，300MW發(fā)電機組電氣主接線具有下述特點：〔1〕發(fā)電機與主變壓器的銜接采用發(fā)電機－變壓器單元接線，無發(fā)電機出口斷路器和隔分開關?！?〕在主變壓器低壓側引接一臺高壓廠用變壓器，供應廠用電?！?〕在發(fā)電機出口側，經過高壓熔斷器接有三組電壓互感器和一組避雷器〔4〕在發(fā)電機出口側和中性點側，每相裝有電流互感器4只?！?〕發(fā)電機中性點接有中性點接地變壓器?！?〕高壓廠用變壓器高壓側，每相裝有電流互感器4只。

“十一五〞國家級規(guī)劃教材發(fā)電機和主變壓器之間的銜接母線及廠用分支母線均采用全連離相封鎖母線。其具有以下優(yōu)點：〔1〕供電可靠?！?〕運轉平安。〔3〕根本消除了母線周圍鋼構件的發(fā)熱?！?〕施工安裝簡便，運轉維護任務量小?！捕持饕姎庠O備〔1〕發(fā)電機?！?〕高壓熔斷器?！?〕主變壓器?！?〕電流互感器?！?〕高壓廠用變壓器?！?〕發(fā)電不平衡。〔4〕電壓互感器。〔8〕中性點接地變壓器。

“十一五〞國家級規(guī)劃教材二、600MW發(fā)電機組電氣部分(一〕電氣主接線圖2-3600MW發(fā)電機組電氣主接線圖1—發(fā)電機；2—主變壓器；3—高壓廠用變壓器4—高壓公用變壓器；5—勵磁變壓器；6—中性點接地變壓器；7—電壓互感器；8—熔斷器；9—高壓避雷器“十一五〞國家級規(guī)劃教材由圖2-3可看出，600MW發(fā)電機組電氣主接線具有下述特點：〔1〕發(fā)電機與主變壓器的銜接采用發(fā)電機－變壓器單元接線，發(fā)電機和主變壓器之間沒有斷路器和隔分開關?！?〕主變壓器采用三相雙繞組變壓器，低壓側繞組接成三角形，高壓側繞組接成星形。變壓器高壓側中性點接地方式為直接接地?！?〕在主變壓器低壓側引接一臺高壓廠用變壓器和一臺高壓公用變壓器，供應廠用電。〔4〕在發(fā)電機出口側，經過高壓熔斷器接有三組電壓互感器和一組避雷器?！?〕在發(fā)電機出口側和中性點側，每相裝有電流互感器4只?！?〕發(fā)電機中性點接有中性點接地變壓器?！笆晃濞晣壹壱?guī)劃教材〔7〕高壓廠用變壓器高壓側，每相配置套管式電流互感器3只?！?〕主變壓器高壓側每相各配置套管式電流互感器3只，中性點配置電流互感器1只〔二〕主要電氣設備〔1〕發(fā)電機?！?〕電流互感器?！?〕主變壓器?！?〕中性點接地變壓器?！?〕高壓廠用變壓器?！?〕高壓熔斷器。〔4〕電壓互感器。〔8〕避雷器。

“十一五〞國家級規(guī)劃教材三、1000MW發(fā)電機組電氣部分〔一〕電氣主接線1000MW發(fā)電機組，采用發(fā)電機－變壓器單元接線，如圖2-4所示。變壓器高壓側，經隔分開關和引線接入500kV系統(tǒng)，500kV側采用一個半斷路器接線方式?！笆晃濞晣壹壱?guī)劃教材圖2-41000MW發(fā)電機組電氣主接線圖1—發(fā)電機；2—主變壓器；3、4—高壓廠用變壓器；5—勵磁變壓器；6—中性點接地變壓器；7、8—電壓互感器；9—高壓避雷器；10—隔分開關；11—電壓互感器“十一五〞國家級規(guī)劃教材由圖2-4可看出，1000MW發(fā)電機組電氣主接線具有下述特點：〔1〕發(fā)電機與主變壓器的銜接采用發(fā)電機－變壓器單元接線，發(fā)電機和主變壓器之間沒有斷路器和隔分開關，但在主母線上設有可拆銜接點?！?〕發(fā)電機出口主封鎖母線上有接地刀閘，母線接地刀閘能接受主回路動、熱穩(wěn)定的要求。接地刀閘附近有察看接地刀閘位置的窺視孔。〔3〕主變壓器采用三臺單相雙繞組油浸式變壓器，低壓側繞組接成三角形，高壓側繞組接成星形。變壓器高壓側中性點接地方式為直接接地?！?〕在主變壓器低壓側引接兩臺容量一樣的高壓廠用變壓器，供應廠用電。

“十一五〞國家級規(guī)劃教材〔5〕在發(fā)電機出口主封鎖母線有短路實驗安裝，主回路T接引至電壓互感器柜，經過高壓熔斷器接有三組三相電壓互感器和一組避雷器?！?〕在發(fā)電機出口側和中性點側，每相裝有套管式電流互感器4只?！?〕發(fā)電機中性點經隔分開關接有中性點接地變壓器?！?〕高壓廠用變壓器高壓側，每相配置套管式電流互感器3只。〔9〕主變壓器高壓側每相各配置套管式電流互感器4只，中性點配置電流互感器2只。〔二〕主要電氣設備〔1〕發(fā)電機?！?〕主變壓器?！?〕高壓廠用變壓器。〔4〕電壓互感器。〔5〕電流互感器?！?〕中性點接地變壓器?！笆晃濞晣壹壱?guī)劃教材〔三〕超超臨界發(fā)電機組的特點與問題前述300MW發(fā)電機組為亞臨界火力發(fā)電機組，600MW發(fā)電機組為超臨界火力發(fā)電機組，1000MW發(fā)電機組為超超臨界火力發(fā)電機組。超超臨界火力發(fā)電機組和常規(guī)發(fā)電機組相比，具有無可比較的優(yōu)越性。但是，開展超超臨界機組，在設計和制造方面還有許多關鍵技術問題有待處理，例如開發(fā)新資料就是關鍵的問題?！笆晃濞晣壹壱?guī)劃教材〔一〕數(shù)字化發(fā)電廠概念四、數(shù)字化發(fā)電廠數(shù)字化發(fā)電廠是采用數(shù)字方式映射的物理電廠，把龐大的發(fā)電廠經過數(shù)字0、1準確地表示在電腦的桌面上。也就是說，從電廠前期可行性研討、設計、基建開場，到消費運營、企業(yè)管理的全過程，全部采用數(shù)字描畫和數(shù)字化存儲?！捕硵?shù)字化發(fā)電廠方式數(shù)字化發(fā)電廠的方式有以下5種：〔1〕基于上層網絡方式〔信息網絡〕?！?〕基于下層網絡方式〔FCS網絡〕?！?〕基于控制網絡方式〔DCS網絡〕?！?〕上中下網絡合一方式〔3層網絡〕。〔5〕數(shù)字化發(fā)電廠5層網絡模型?！笆晃濞晣壹壱?guī)劃教材5層網絡模型組成的數(shù)字化發(fā)電廠：〔1〕一次設備層?！?〕DCS層：控制系統(tǒng)。本層為二次系統(tǒng)層。〔3〕SIS層：優(yōu)化增值?！?〕MIS層：高端信息?！?〕Internet層：網絡媒體?！笆晃濞晣壹壱?guī)劃教材

〔三〕實現(xiàn)數(shù)字化發(fā)電廠的中心技術〔1〕采用成熟的FCS數(shù)字化儀表或安裝?！?〕發(fā)電廠“爐、機、電、輔〞DCS一體化控制和數(shù)字化升壓站NCS。〔3〕數(shù)字化CCTV〔工業(yè)〕網絡圖像監(jiān)視技術?！?〕廠級運營優(yōu)化增值效力技術?！?〕信息層面的數(shù)字化高端運用。 〔6〕系統(tǒng)工程、軟件技術、流程技術和先進的計算機輔助設計〔CAD〕、三維技術〔3D〕等其它技術。一、高壓交流輸變電概述影響輸電電壓等級的開展主要有以下緣由：由于大容量發(fā)電廠的建立地點遠離負荷中心，假設采用低壓輸電，勢必呵斥保送功率的宏大浪費和電能質量的下降，因此，提高輸電電壓等級就成為必然的選擇。不同電壓等級的保送功率和保送間隔的關系如表2-1所示。〔一〕長間隔保送電能第三節(jié)高壓交流輸變電電壓等級（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不同電壓等級的保送功率和保送間隔

隨著電力系統(tǒng)發(fā)電容量的增大，特別是大型坑口電站和核電站的投產，雖然輸電間隔不長，但保送容量很大，也需求采用較高的電壓等級?！捕炒笕萘勘Ｋ碗娔茈妷旱燃墸╧V）導線截面（mm2）輸送容量（MW）線損率（%）2201×5702502.753302×2707001.305004×57012000.957504×57025000.70

假設以保送每km每kW電力的線路造價作為單位造價，那么在各級電壓相應的經濟保送容量范圍內，線路的單位造價將隨保送電壓等級的升高而降低。在一樣的保送容量和間隔的條件下，輸電線的總損耗〔包括電阻損耗和電暈損耗〕隨輸電電壓等級的升高而降低。如表2-2所示，750kV線路的線損率約為330kV線路的1/2。表2-2電壓等級與線損率的關系〔三〕節(jié)省基建投資和運轉費用此外，保送一樣容量電力的線路走廊的寬度，也隨著采用電壓等級的升高而降低。走廊用地在線路總造價中所占比重較大〔如美國本部地域500kV線路約占15%~30%〕，為減少走廊占地費用，采用超高壓輸電也就在所難免

電力系統(tǒng)的開展，必然會突破歷史構成的地方電力系統(tǒng)的疆域，逐漸連成大區(qū)域或跨區(qū)域的結合電力系統(tǒng)。為了加強電網保送才干，提高系統(tǒng)的運轉穩(wěn)定性，大區(qū)電網間的銜接多采用500kV或750kV超高壓電壓等級，甚至采用1150kV的特高壓電壓等級?！菜摹畴娏ο到y(tǒng)互聯(lián)二、500kV輸變電系統(tǒng)目前，我國500kV變電站的電氣接線普通采用雙母線四分段帶公用旁路母線和3/2斷路器兩種接線方式。如圖2-5所示，兩組母線W1和W2間有兩串斷路器，每一串的三組斷路器之間接入兩個回路引出線，如WL1、WL2，處于每串中間部位的斷路器稱為聯(lián)絡斷路器〔如QF12〕，由于平均每條引出線裝設一臺半斷路器，故稱為一臺半斷路器接線。〔一〕500kV變電站電氣主接線圖2-5500kV變電站電氣主接線“十一五〞國家級規(guī)劃教材〔二〕500kV變電站主要電氣設備500kV超高壓變電站的主要電氣設備有：〔1〕主變壓器：500kV升壓變壓器和500kV自耦變壓器?！?〕斷路器?！?〕隔分開關?！?〕電壓互感器?！?〕電流互感器?！?〕避雷器。

〔三〕并聯(lián)高壓電抗器和抽能并聯(lián)高壓電抗器〔一〕并聯(lián)高壓電抗器的作用：〔1〕限制工頻電壓升高?！?〕降低操作過電壓?！?〕消除發(fā)電機帶長線出現(xiàn)自勵磁。〔4〕防止長間隔保送無功功率并降低線損?！?〕限制潛供電流，有利于單相自動重合閘?！捕吵槟懿⒙?lián)高壓電抗器：500kV并聯(lián)電抗器及抽能系統(tǒng)，如圖2-7所示。圖2-7500kV并聯(lián)電抗器及抽能系統(tǒng)接線圖〔四〕串聯(lián)電容器補償〔一〕根本原理：高壓輸電線路的靜態(tài)穩(wěn)定保送功率可由下式表示，即當線路中安裝有串聯(lián)電容器補償后，線路的靜態(tài)穩(wěn)定保送功率變?yōu)樵谕粋€相角差的條件下，裝有串聯(lián)電容器補償前后的穩(wěn)定保送功率之比為其中，KC=XC/XL為補償度，補償度普通取在25~60%左右。因此，采用串聯(lián)電容器補償可以大幅度地減低線路電抗，提高電力系統(tǒng)的運轉穩(wěn)定性，也是提高遠間隔輸電線路的保送才干的一種有效措施。〔二〕串聯(lián)電容器補償安裝的電氣接線：〔1〕根據(jù)運用的目的不同：串聯(lián)電容器補償?shù)男褪接谐Ｒ?guī)固定式串補、有可控制的串補和晶閘管控制串補?！?〕對于固定式串補按照過電壓維護方案和缺點切除后要求串聯(lián)補償重投的時間，其電氣線接普通有以下方式：單間隙串聯(lián)補償接線；雙間隙串聯(lián)補償接線；單間隙串聯(lián)補償接線；雙間隙串聯(lián)補償接線；圖2-8非線性電阻并帶觸發(fā)間隙的串聯(lián)補償接線“十一五〞國家級規(guī)劃教材〔三〕串聯(lián)補償安裝的主要設備：〔1〕電容器組?！?〕非線性電阻器。〔3〕觸發(fā)型火花間隙?！?〕旁路斷路器?！?〕阻尼回路?！?〕電流互感器。

三、750kV超高壓輸變電示范工程圖2-9750kV輸變電示范工程接線表示圖世界首條特高壓交流輸電線路2021年1月，我國首條也是世界首條1000千伏特高壓交流輸電線路建成投運，線路從山西長治到湖北荊門全長640公里?！皶x東南-南陽-荊門〞1000千伏特高壓交流輸電線路四、1000kV特高壓輸變電實驗示范工程2006年8月19日，特高壓實驗示范工程1000kV晉東南－南陽－荊門工程正式奠基，這是我國首個特高壓交流實驗示范工程。該實驗示范工程包括三站兩線，起于山西長治境內的晉東南變電站，經河南南陽境內的南陽開關站，止于湖北荊門境內的荊門變電站，線路全長653.8km。系統(tǒng)額定電壓為1000kV，最高運轉