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1、第2讲 发电、变电和输电的 电气部分,内容提要： 1、电气设备及电气接线概述 2、发电厂电气部分组成 3、高压交流输变电系统变电站电气部分,2.0 电力系统的功能,电能的生产：,电能的传输：,电能的变换 分配：,电能的使用：,火电、水电、核电、各种新能源等,交流/直流架空线或电缆,变电站,各种形式的负荷将电能转换为其他形式的能,电气部分包含电气设备、连接电气设备的电气接线和装置。,为了满足电能的生产、输送和分配的需要，发电厂和变电站中安装有各种电气设备，用于实现起动、转换、监视、测量、调整、保护、切换和停止等操作。 按电压等级可分为高压电器和低压电器； 按所起的作用不同，电气设备可分为一次设备
2、和二次设备两大类。,2.1 电气设备与电气接线,2.1.1 电气设备,电气设备的分类及功能,生产、变换、输送、 分配和使用电能的设备,对一次设备测量、监视、控制和保护,2.1.1 电气设备,一次设备：生产和转换电能的设备,发电机（G）：将机械能转换为电能 变压器（T）：改变电压 电动机（M）：将电能转换为机械能,发电厂中最主要的设备！,断路器（俗称开关，QF）：接通或断开电路的正常工作电流、过负荷电流或短路电流，有灭弧装置；是电力系统中最重要的控制和保护电器。,一次设备：开关电器,图形符号：,隔离开关（俗称刀闸，QS）：用来在检修设备时隔离电压，进行电路的切换工作机接通或断开小电流电路，无灭弧
3、装置；一般只有电路断开的情况下才能操作。使用量最多。,图形符号：,一次设备：开关电器,负荷开关（Q）：具有简易的灭弧装置，可以用来接通或断开电路的正常工作电流和过负荷电流，但不能用来接通或断开短路电流；可用来在检修设备时隔离电源。,一次设备：开关电器,图形符号：,熔断器（俗称保险，FU）：用来断开电路的过负荷电流或短路电流，但不能接通或断开正常工作电流，必须与其他电器配合使用。,一次设备：开关电器,图形符号：,此外，还有用于配电系统的自动重合器和自动分段器、低压开关电器等。,作用是限制短路电流，维持母线残压，使发电厂或变电站能选择轻型电器和选用截面积较小的导体。 限流电器包括串联在电路中的普通
4、电抗器和分裂电抗器。,一次设备：限流电抗器,普通电抗器,分裂电抗器,避雷线,避雷器,避雷针,一次设备：防御过电压设备,保护电力系统和电气设备的绝缘，使其不受过电压而损坏,载流 导体,母 线,架空线,电缆线,一次设备：载流导体,母线：汇集或分配电能，或将发电机、变压器与配电装置连接。 架空线：终端线或联络线，用于传输电能。 电缆：应用于城市、场站内部或附近。,一次设备：载流导体,接地 设备,保护 接地,工作 接地,保护人身安全,保证电力系统正常工作,接地装置：电力系统中性点的工作接地或保护人身安全的保护接地，都必须与地中的接地网相连。,一次设备：接地设备,调相机：不带机械负荷运行的同步电动机，向
5、系统输出感性无功，以调节电压控制点或地区的电压 。 电力电容器：分串联和并联补偿两类。 消弧线圈：补偿小电流接地电流系统的单相接地电容电流，以利于熄灭电弧。 并联电抗器：吸收过剩的无功功率，改善沿线电压和无功分布，提高送电效率；一般装设在330kV及以上超高压配电装置的线路侧。,一次设备：无功补偿设备,用来补偿电力系统的无功功率，以降低有功损耗和维持系统的稳定性。,补偿 设备,调相机,电容器,静止补偿器,消弧线圈,并联电抗器,仪用互感器：分为电流互感器（TA）和电压互感器（TV）。电压（电流）互感器将交流高压（大电流）变为低压（小电流），供电给测量仪表和机电保护装置的电压（电流）线圈。,一次设
6、备：仪用互感器,测量表计,绝缘监察装置,控制和信号装置,继电保护和自动装置,直流电源设备,电力载波通信设备,反映设备事故或异常状态,二次设备,测量表计,如电压表、电流表、频率表、功率表等，用于测量电路中的电气参数。,继电保护、自动装置、远动装置,迅速反应系统不正常情况或故障情况，进行监控和调节或作用于断路器跳闸将故障切除。,直流电源设备,直流电源设备包括直流发电机组、蓄电池组、整流装置等。供给控制、保护用的直流电源和厂用直流负荷等。,操作电器、信号设备及控制电缆,操作电器：诸如各种类型的操作把手、按钮等操作电器实现对电路的操作控制。 信号设备：信号设备给出信号或显示运行状态标志。 控制电缆：控
7、制电缆用于连接二次设备。,电气设备的符号,图形符号是用于表示电气图中电气设备、装置、元器件的一种图形和符号。 文字符号是电气图中电气设备、装置、元器件的种类字母和功能字母代码。文字符号的字母应采用大写的拉丁字母。 主要电气设备的图形和文字符号如表所示。,电气设备的符号,电气设备的符号,电气设备的符号,在发电厂和变电站中，各种电器设备须用导线按一定的要求连成一个整体，并与必要的辅助设备一起安装，为电气接线和电气装置。 在发电厂和变电站中，根据各种电气设备的作用及要求，按一定的方式用导线连接起来所形成的电路称为电气接线。,2.1 电气设备与电气接线,2.1.2 电气接线,电气主接线表明电能汇集和分
8、配的的关系及各种运行方式。 电气主接线通常用规定的图形符号和文字符号画成电气主接线图来表示。可画为三线图或单线图。 注意： 1、单线图虽绘制单相电路的连接情况，但是表示三相电路。 2、图中各种元件应表示正常状态。,2.1.2 电气接线,火电厂的电气主接线图,双母线三分段接线,根据电气主接线的要求，由开关电器、母线、保护和测量设备以及必要的辅助设备和建筑物构成的整体为配电装置。 配电装置按装设地点的不同，分为屋内配电装置和屋外配电装置。,2.1 电气设备与电气接线,2.1.3 配电装置,屋内配电装置，又称发电机电压配电装置,屋外配电装置，又称高压配电装置,火电厂电气系统示意图,我国电力系统中，发
9、电机单机容量不断增长，300、600MW单机成为主力机组，1000MW的单机逐步应用。,2.2 发电厂的电气部分,300MW发电机组电气部分亚临界,主要特点 1、采用发电机变压器单元接线，无发电机出口断路器和隔离开关； 2、 在主变低压侧引接一台高压厂用变压器，供给厂用电； 3、在发电机出口侧，通过高压熔断器接有三组电压互感器和一组避雷器；,一、 电气主接线,300MW发电机组采用发电机变压器单元接线，变压器高压侧经引线接入220kV系统。,300MW发电机组电气部分亚临界,主要特点： 4、 在发电机出口侧和中性点侧，每相装有电流互感器； 5、 发电机中性点接有中性点接地变压器，干式（高电阻接
10、地） 6、 高压厂用变压器高压侧，每相装有电流互感器。,一、 电气主接线,300MW发电机组由于额定电流很大，发电机和主变压器之间的连接母线及厂用分支母线均采用全连离相封闭母线。相比起敞露母线有以下优点： 供电可靠：能有效地防止绝缘受灰尘、潮气等污秽及外物造成的短路。 运行安全：母线封闭于外壳中，且外壳接地，工作人员不会触及带电导体。 由于金属外壳的屏蔽作用，母线相间电动力减少，消除母线周围钢构件的发热。 施工安装简便，运行维护工作量小。,300MW发电机组电气部分亚临界,一、 电气主接线,二、主要电气设备,600MW发电机组电气部分超临界,600MW发电机组采用发电机变压器单元接线，变压器高
11、压侧经引线接入500kV系统，500kV侧采用一台半断路器接线方式。主要特点： 1) 发电机变压器单元接线，采用全连分相封闭母线。 2）发电机与主变压器之间无断路器和隔离开关； 3）主变采用三个单相双绕组变压器接成三相，低压侧接成三角形，高压侧接成星形，高压侧中性点直接接地。 4）在主变低压侧引接一台高压厂用变压器，供给厂用电；,600MW发电机组电气部分超临界,5）在发电机出口侧，通过高压熔断器接有三组电压互感器和一组避雷器； 6）在发电机出口侧和中性点侧，每相装有电流互感器； 7）发电机中性点接有中性点接地变压器； 8）高压厂用变压器高压侧和低压侧，每相装有电流互感器； 9）主变压器高压侧
12、，每相装有电流互感器；中性点配置电流互感器。,600MW发电机组主要电气设备参数,1000MW发电机组电气部分超超临界,一、电气主接线特点 二、主要电气设备 三、超超临界发电机组的特点与问题,超超临界发电技术可大幅度提高机组的热效率，在可用性、可靠性、灵活性和机组寿命等方面可以与亚临界火力发电机组媲美。 超超临界发电技术是我国电力工业升级换代、缩小于发达国家技术与装备差距的新一代技术。 但是超超临界发电机组在设计和制造方面还有关键技术未解决。如新材料的开发。,数字化发电厂,大机组、大容量发电厂的设备和系统越来越多，所需操作、控制设备也愈来愈多。随着生产过程高度自动化和管理现代化，电力行业市场经
13、济逐步形成，发电企业必将加速进入信息化时代，因此，与时代同步、与世界接轨，发展数字化发电厂是未来的必然趋势。,目前，数字化发电厂的概念主要是针对发电厂的生产过程，通过实时地数字化控制和管理对每个生产设备、生产环节、管理环节都用数据予以客观描述，存储、积累发电厂的历史生产数据，再按一定规律，通过计算、归纳、提取，用动态数字来表达发电企业的生产状态，实现企业数字化科学管理。 核心是围绕发电厂的生产运营和科学管理过程进行数字化。,数字化发电厂,何为数字化发电厂?,数字化发电厂模式,1）基于上层网络模式（信息网络）。在仿真技术基础上，将生产实时数据、办公管理数据汇总，进行数字信息深度挖掘应用。 2）基
14、于下层网络模式（FCS网络）。将发电机组大量测试功能下放到智能化现场总线控制系统（FCS）层面，从发电设备上直接采集设备、工艺数据，上层采用工业以太网技术互联。 3）基于控制网络模式（DCS网络）。现代发电厂几乎离不开DCS技术。新的DCS技术可覆盖到电气领域，实现电厂“炉-机-电-辅”一体化网络控制。 4）上中下网络合一模式（3层网络）。该模式有3个网络层（直接控制层、管理一体化层、生产经营辅助决策层）、2个支持系统（数据库支持系统和计算机网络支持系统），本质为基于DCS网络的数字化电厂模式。 5）数字化发电厂5层网络模型。模型的基础技术是IT技术，支持系统是网络和软件，每个层次的技术功能可
15、以扩充、调整。,数字化发电厂,数字化发电厂的核心技术,1）采用成熟的FCS数字化仪表和装置。 2）发电厂“炉-机-电-辅”DCS一体化控制和数字化升压站NCS。 3）数字化CCTV（工业）网络图像监视技术。 4）厂级运营优化增值服务技术。 5）信息层面的数字化高端应用。 6）系统工程、软件技术、流程技术和先进的计算机辅助技术（CAD）、三维技术等。,数字化发电厂,2.3 高压交流输变电,随着用电需求的不断增长，大型水电厂、火电厂和核电厂的建设，地区间电源与负荷的不平衡以及经济调度的需要，电压等级逐步提高。影响输电电压等级发展的主要原因： 1）长距离输电能力 大容量发电厂的建设地点原理负荷中心，
16、低压输电造成输送功率的浪费和电能质量的下降。 2）大容量输送电能 随着电力系统发电容量增大，即是输电距离不长，也需要较高的电压等级。,3）节省基建投资和运行费用 若以输送每千米每千瓦输电线路造价为单位造价，则在各级电压相应的经济输送容量范围内，线路的单位造价将随输电线路输送电压等级的升高而降低；在相同的输送容量和距离的条件下，输电线路的总损耗随着电压等级的升高而降低；此外，输送相同容量输电线路走廊（简称输电走廊）的宽度，也随着电压等级的升高而降低。 4）电力系统互连 电力系统的将发展为大区域或跨区域的联合电力系统，将各种一次能源转化为电能并有效联系在一起。,2.3 高压交流输变电,500kV输变电系统,1、500kV升压变压器：电压等级高、传输容量大。 2、500kV自耦变压器：500kV变电站的联络变压器和降压变压器大都采用自耦变压器，一般接为星形-星形。,在正常情况下控制各输电线路和设备的开端及关合；故障时自动断开短路电流。 依据灭弧介质，分为油断路器、真空断路器、空气断路器、六氟化硫断路器（我国500kV断路器全部使用此断路器）,隔
