2024發(fā)電廠變電站電氣設(shè)備講義

發(fā)電廠變電站電氣設(shè)備發(fā)電廠變電站電氣設(shè)備第一章 緒論第二章 電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方第三章 電弧及電氣觸頭的基本知第四章 低壓電器第五章 熔斷器第六章 高壓開關(guān)電器第七章 互感器第八章 母線、電力電纜及絕緣第九章 電力電容器和電抗器第十章 電氣主接第十一章 自用電接第十二章 配電裝置第十三章 接地裝置第十四章 電氣設(shè)備的選擇第一章 緒論第一節(jié) 我國電力工業(yè)發(fā)展簡第二節(jié) 發(fā)電廠和變電站概述第三節(jié) 發(fā)電廠變電站電氣設(shè)備概第四節(jié) 電氣設(shè)備的主要參數(shù)本章小結(jié)思考練習(xí)我國電力工業(yè)發(fā)展簡況電力是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不可缺少的動(dòng)力并廣泛應(yīng)用到一切生產(chǎn)部門和日常生活方面。電能有許多優(yōu)點(diǎn)首先它可簡便地轉(zhuǎn)換成另一種形式的能量。例如電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能拖動(dòng)各種機(jī)械又如我們?nèi)粘Ｊ褂玫碾姛羰菍㈦娔苻D(zhuǎn)換為光能滿足照明需要。其次能經(jīng)過高壓輸電線路可輸送很遠(yuǎn)的距離供給遠(yuǎn)方使用。另外生產(chǎn)部門利用電能進(jìn)行控制更容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化提高產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。電力工業(yè)應(yīng)滿足國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要因此工業(yè)適度的超前發(fā)展是十分必要的。中國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展大大推動(dòng)了電力行業(yè)的發(fā)展?！笆濉保?001～2005年）2020年中國電力工業(yè)將進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期全國電力裝機(jī)容量將會(huì)實(shí)現(xiàn)大幅增長。截至2003年底中國電力裝機(jī)容量達(dá)到38億kW,預(yù)計(jì)到2005年將達(dá)到45億kW以上,2010年將達(dá)到65億kW左右2020年將達(dá)到95億kW左右。目前中國百萬千瓦以上的水、火、核電站的總數(shù)已達(dá)到107座比2000年初增加27座。中國已形成以大型發(fā)電廠和高效大容量發(fā)電機(jī)組為骨干的電力生產(chǎn)體系。進(jìn)入21世紀(jì)的中國電力工業(yè)發(fā)展已步入新階段。我國電力工業(yè)發(fā)展簡況火電站中裝機(jī)容量最大的為福建漳州后石電廠為360萬kW。水電站裝機(jī)容量最大的是在建的三峽水電站為1820萬kW。核電站中裝機(jī)容量最大的為廣東嶺澳核電站,為198萬kW。新能源的開發(fā)方面中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)的統(tǒng)計(jì)顯示經(jīng)過近10年以年均55%的快速增長后至2003年底中國內(nèi)地已建成的風(fēng)力電廠達(dá)40個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組達(dá)1042臺(tái)累計(jì)裝機(jī)總?cè)萘繛?67萬kW。300MW火力機(jī)組已成為我國主力發(fā)電機(jī)組目前我國已具備600MW級(jí)及以上容量火力發(fā)電機(jī)組的設(shè)備制造能力單機(jī)容量為600MW機(jī)組的電廠目前已開始相繼投建。中國風(fēng)能資源非常豐富尤其是西北、東北和沿海地區(qū)。為此中國有關(guān)部門已作出規(guī)劃,到2005年中國風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)總量將達(dá)到100萬kW,到2010年將達(dá)到400萬kW,到2020年將達(dá)到2000萬kW,的比例將占到2%。我國電力工業(yè)發(fā)展簡況我國各地資源分布和經(jīng)濟(jì)發(fā)展很不平衡從一次能源分布看水能資源主要集中于西部和西南部地區(qū)可開發(fā)容量占全國83煤炭資源集中在于華北和西北部地區(qū)占全國80從各地區(qū)發(fā)展和電力消費(fèi)水平看中部和東部沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)總量占全國82電力消費(fèi)占78觀上要求必須加快全國聯(lián)網(wǎng)推動(dòng)西電東送和南北互供以促進(jìn)全國范圍內(nèi)的資源優(yōu)化配置。早在1989年就已形成了7個(gè)跨省電網(wǎng)東方互聯(lián)電網(wǎng)(含香港電網(wǎng)和澳門電網(wǎng)。在經(jīng)歷了從省網(wǎng)發(fā)展到大區(qū)電網(wǎng)的積累后跨大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)工程大步推進(jìn)。1989年9月華中華東電網(wǎng)之間的±500kV超高壓直流輸電工程12投入運(yùn)行在中國首次實(shí)現(xiàn)非同步跨大區(qū)聯(lián)網(wǎng)?！笆濉逼陂g全國聯(lián)網(wǎng)取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。2005年前后,將以三峽工程為中心,以華中電網(wǎng)為依托,向東西南北四個(gè)方向輻射建設(shè)四個(gè)方向的聯(lián)網(wǎng)和輸電線路同時(shí)不斷擴(kuò)大北中南三個(gè)主要西電東送通道規(guī)模。屆時(shí)除新疆、西藏、海南、臺(tái)灣外,全國互聯(lián)電網(wǎng)格局基本形成。發(fā)電廠和變電站概述一、發(fā)電廠發(fā)電廠是把各種一次能源轉(zhuǎn)換成電能的工廠。1火力發(fā)電廠燃料的化學(xué)能—蒸汽的熱能—機(jī)械能—電能火電廠布置圖1—煤場(chǎng);2—鍋爐房;3—汽機(jī)房;4—主控制室;5—辦公樓;6—煙囪;7—屋外高壓配電裝置1.2發(fā)電廠和變電站概述2水力發(fā)電廠堤壩式（壩后式、河床式）壩后式水電廠1—壩;2—壓力水管;3—廠房

河床式水電廠1—進(jìn)水口;2—廠房;3—溢流壩1.2發(fā)電廠和變電站概述引水式引水式水電廠1—堰;2—引水渠;3—壓力水管;4—廠房1.2發(fā)電廠和變電站概述抽水蓄能電廠抽水蓄能電廠1—壓力水管;2—廠房;3—壩1.2發(fā)電廠和變電站概述3核電廠壓水堆核電廠發(fā)電方式示意圖1—核反應(yīng)堆;2—穩(wěn)壓器;3—蒸汽發(fā)生器;4—汽輪發(fā)電機(jī)組;5—給水加熱器;6—給水泵;7—主循環(huán)泵4其它發(fā)電方式利用其他一次能源發(fā)電的,有風(fēng)力發(fā)電、潮汐發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電、太陽能發(fā)電等。此外,還有直接將熱能轉(zhuǎn)換成電能的磁流體發(fā)電等。1.2發(fā)電廠和變電站概述2.變電站變電站是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié),起著變換和分配電能的作用。電力系統(tǒng)原理接線圖發(fā)電廠和變電站概述1樞紐變電所2中間變電所3地區(qū)變電所4終端變電所三峽水電站伊泰普水電站溪洛渡水電站火電廠火電廠秦山核電站大亞灣核電站風(fēng)電廠太陽能發(fā)電返回太陽能風(fēng)能互補(bǔ)發(fā)電返回發(fā)電廠和變電站電氣設(shè)備概述主要電氣設(shè)備一次設(shè)備：直接生產(chǎn)和輸配電能的設(shè)備稱為一次設(shè)備。二次設(shè)備：對(duì)一次設(shè)備的工作進(jìn)行監(jiān)察測(cè)量和控制保護(hù)的輔助設(shè)備成為二次設(shè)備。電氣主接線一次設(shè)備連成的電路稱為電氣主接線或一次電路（主電路）。二次設(shè)備連成的電路成為二次電路（副電路）。電路圖是用一定的圖形符號(hào)描繪成三線圖或單線圖，主接線圖通常畫成單線圖。幾種典型的主接線（單母線、雙母線、橋式接線、單元接線）1.3發(fā)電廠和變電站電氣設(shè)備概述主要電氣設(shè)備母線：匯總接受和分配電能的裝置。斷路器、隔離開關(guān)：斷路器是用來接通和斷開電路。隔離開關(guān)不能用于接通或斷開有負(fù)荷電流的電路，因其無滅弧裝置，作用是使需要停電設(shè)備與帶電部分可靠地隔開。互感器：把一次電路的高電壓和大電流變換為二次設(shè)備所需要的低電壓和小電流，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了一次與二次的隔離。電容器：補(bǔ)充系統(tǒng)無功功率缺額的電氣設(shè)備。思考題我國電力工業(yè)發(fā)展的方針是什么?發(fā)電廠、變電所的類型有哪些各有什么特點(diǎn)?哪些設(shè)備屬于一次設(shè)備其功能是什么?第二章電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式第一節(jié) 中性點(diǎn)不接地的三相系統(tǒng)第二節(jié) 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的三相系第三節(jié) 中性點(diǎn)直接接地的三相系統(tǒng)第四節(jié) 中性點(diǎn)經(jīng)阻抗接地的三相系統(tǒng)第五節(jié) 主變壓器和發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方本章小結(jié)思考練習(xí) 電機(jī)的中性點(diǎn)。系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式（即中性點(diǎn)運(yùn)行方式）。地和中性點(diǎn)有效接地兩大類。地電流系統(tǒng)；又稱為大接地電流系統(tǒng)。2.1中性點(diǎn)不接地的三相系統(tǒng)一、正常運(yùn)行情況中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的正常運(yùn)行情況時(shí)的電路圖2.1中性點(diǎn)不接地的三相系統(tǒng)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，一般認(rèn)為三相系統(tǒng)是對(duì)稱的，若三相導(dǎo)線經(jīng)過完全換位，則各相的對(duì)地電容相等，相對(duì)地電壓分別為：各相導(dǎo)線對(duì)地的電容相等并等于C，正常時(shí)各相對(duì)地電容電流的有效值也相等，且有ICU＝ICV＝ICW＝ωCUph中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的正常運(yùn)行情況時(shí)的相量圖2.1中性點(diǎn)不接地的三相系統(tǒng)一、單相接地故障中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的單相接地時(shí)的電路圖2.1中性點(diǎn)不接地的三相系統(tǒng)當(dāng)W相完全接地時(shí)，故障相的對(duì)地電壓為零，即：則有：非故障相U相和V相的對(duì)地電壓分別為：非故障相的對(duì)地電壓升高到線電壓，即升高為相電壓的倍。系統(tǒng)三相的線電壓仍保持對(duì)稱且大小不變。因此，對(duì)接于線電壓的用電設(shè)備的工作并無影響，無須立即中斷對(duì)用戶供電。2.1中性點(diǎn)不接地的三相系統(tǒng)Ｗ相接地時(shí)，W為零。未接地U、V相的對(duì)地電容電流的有效值為：電流流過，并通過接地點(diǎn)形成回路，接地電流：單相接地電容電流的實(shí)用計(jì)算為：式中：IC—接地電容電流，A；U—系統(tǒng)的線電壓，kV；L1—架空線路的總長度，km；L2—電纜線路的總長度，km。2.1中性點(diǎn)不接地的三相系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的單相接地時(shí)的相量圖當(dāng)發(fā)生不完全接地時(shí)，即通過一定的電阻接地時(shí)，接地相的相對(duì)地電壓大于零而小于相電壓，未接地相的對(duì)地電壓大于相電壓而小于線電壓，中性點(diǎn)電壓大于零而小于相電壓，線電壓仍保持不變，此時(shí)的接地電流要比完全接地時(shí)小一些。中性點(diǎn)不接地的三相系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)產(chǎn)生的影響：此電弧的強(qiáng)弱與接地電流的大小成正比。接地故障隨之消失，電網(wǎng)即可恢復(fù)正常運(yùn)行；現(xiàn)電弧時(shí)最危險(xiǎn)；接地電流小于30A而大于5～10A時(shí)，有可能產(chǎn)生一種周可達(dá)2.5～3而造成短路，危及整個(gè)電網(wǎng)的安全。中性點(diǎn)不接地的三相系統(tǒng)有影響，用戶可繼續(xù)運(yùn)行，提高了供電可靠性。為防止由于接地點(diǎn)的電弧及伴隨產(chǎn)生的過電壓，引起故當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，立即發(fā)出絕緣下降的信號(hào)，通知運(yùn)行值班人員及時(shí)處理。中發(fā)生單相接地時(shí)，允許繼續(xù)運(yùn)行的時(shí)間不得超過2ｈ，并要加強(qiáng)監(jiān)視?？紤]設(shè)計(jì)，從而相應(yīng)地增加了投資。中性點(diǎn)不接地的三相系統(tǒng)適用范圍（１）3～10kV鋼筋混凝土或金屬桿塔的架空線路構(gòu)成的系統(tǒng)和所有35kV、66kV電機(jī)的系統(tǒng)；當(dāng)接地電流IC＜10A時(shí)；（２）3～10kV非鋼筋混凝土或非金屬桿塔的架空線路構(gòu)成的系統(tǒng)，電壓為3kV時(shí)，接地電流；電壓為6kV時(shí)，接地電流IC＜20A；（３）3～10kV電纜線路構(gòu)成的系統(tǒng)，接地電流IC＜30A；（４）與發(fā)電機(jī)有直接電氣聯(lián)系的3～20kV系統(tǒng)，電流不超過允許值時(shí)。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的三相系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，具有單相接地故障時(shí)可繼續(xù)用戶供電的優(yōu)點(diǎn)，即供電可靠性比較高，但當(dāng)接地電流較大時(shí)電弧不能自行熄滅則將造成危害。3-66kV系統(tǒng)中，當(dāng)單相接地故障電流超過規(guī)定值時(shí)應(yīng)采取措施減小接地點(diǎn)的電流。這時(shí)可采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的方式，在發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地處流過一個(gè)與容性接地電流相反的感性電流，即消弧線圈對(duì)接地電流起補(bǔ)償作用，使接地點(diǎn)處的電弧能自行熄滅。消弧線圈的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：①為了保持補(bǔ)償電流與電壓之間的線性關(guān)系，采用滯氣隙鐵芯②氣隙沿整個(gè)鐵芯均勻設(shè)置，以減少漏磁③為了絕緣及散熱，鐵芯和線圈都浸在油中④為適應(yīng)系統(tǒng)中電容電流變化特點(diǎn)，消弧線圈中設(shè)有分接頭（5～9個(gè)）2.2中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的三相系統(tǒng)⒈正常運(yùn)行（理想）情況Ｕ0＝０→ＩL＝０，消弧線圈不起作用。⒉單相接地故障 (如C相完全接地電壓及電流關(guān)系分析①電壓關(guān)系與不接地系統(tǒng)相同；②在習(xí)慣規(guī)定方向下,ＩL和ＩC在接地處相互抵消而實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的三相系統(tǒng)適用范圍35kV及以下接地電流不滿足中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)規(guī)定值時(shí)采用；雷害事故嚴(yán)重的某些大城市電網(wǎng)的110kV系統(tǒng)也可采用。補(bǔ)償方式⒈完全補(bǔ)償 ＩL＝ＩC即１／ωＬ＝３ωＣ；串聯(lián)諧振過電壓危及絕緣。⒉欠補(bǔ)償 ＩL＜ＩC；切除線路或頻率下降可能諧振。⒊過補(bǔ)償 ＩL＞ＩC；⒋補(bǔ)償容量的選擇Ｑh.e≥1.35ＩcＵx5.消弧線圈的安裝地點(diǎn)發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)或廠變的中性點(diǎn)；變電所主變的中性點(diǎn)。中性點(diǎn)直接接地的三相系統(tǒng)中性點(diǎn)直接接地，即中性點(diǎn)直接與大地相連。正常運(yùn)行時(shí)，由于三相系統(tǒng)對(duì)稱，中性點(diǎn)的電壓為零，中性點(diǎn)沒有電流流過。發(fā)生單相接地時(shí)，由于接地相直接通過大地與電源構(gòu)成單相回路，故稱這種故障為單相短路。此時(shí)供電中斷，可靠性降低。但是，該方式下非故障相對(duì)地電壓不變，電氣設(shè)備絕緣水平可按相電壓考慮。此外，在380/220V中，線對(duì)地電壓為相電壓，可接入單相負(fù)荷。中性點(diǎn)直接接地的三相系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：1、不外加設(shè)備即可消弧2、降低電網(wǎng)對(duì)地絕緣，節(jié)省造價(jià)缺點(diǎn)：1、供電可靠性降低改進(jìn)：裝自動(dòng)重合閘裝置、加備用電源2、短路電流很大改進(jìn)：中性點(diǎn)經(jīng)電抗器接地、僅部分中性點(diǎn)接地3、產(chǎn)生電磁干擾適用范圍：電壓為110kV及以上的系統(tǒng)。中性點(diǎn)經(jīng)阻抗接地的三相系統(tǒng)一、中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地的三相系統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地運(yùn)行時(shí)，為限制接地相的電流，減少對(duì)周圍通信線路的干擾，中性點(diǎn)所接的接地電阻的大小以限制接地相電流在600—1000A范圍內(nèi)為宜。同時(shí)，由于電纜線路的永久性故障概率較大，不使用線路自動(dòng)重合閘。此外，采用經(jīng)低電阻接地的配電網(wǎng)，必須從電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、自動(dòng)裝置上采取措施以達(dá)到跳閘