变电工程设计第一章

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1、第一章 概述,发电厂是把各种天然能源，（如煤炭、水能、核能等）转换成电能的工厂。 根据所使用的一次能源的不同，发电厂可分为火力发电厂、水力发电厂、核能发电厂等。,第一节 发电厂和变电站简介,一、发电厂简介,1、火力发电厂,主要是煤，还有石油、天然气。,1.1. 一次能源（燃料）,1.2. 主要设备,锅炉、汽轮机、发电机及各种辅机。,1.3. 电能生产过程,燃料在锅炉里燃烧使水变成蒸汽推动汽轮机转子旋转带动发电机转子旋转发电机产生电能 化学能热能机械能电能,1、火力发电厂,电能生产过程可分为三个系统： 燃烧系统 汽水系统 电气系统,1、火力发电厂,燃料的化学能在锅炉燃烧中转变为热能，加热锅炉中的

2、水使之变为蒸汽。 燃烧系统由运煤、磨煤、燃烧、风烟、灰渣等系统组成。,(1) 燃烧系统,1、火力发电厂,由锅炉、汽轮机、凝汽器、除氧器、加热器等设备及管道构成， 包括给水系统、循环水系统和补充给水系统。,(2) 汽水系统,1、火力发电厂,包括发电机、励磁装置、厂用电系统和升压变电站等。,(3) 电气系统,1、火力发电厂,电能生产过程,燃烧系统,汽水系统,电气系统,1、火力发电厂,燃煤发电厂 燃油发电厂 燃气发电厂 余热发电厂 垃圾发电厂 工业废料发电厂,1.4. 类型,(1) 按燃料分,1、火力发电厂,中低压发电厂，PN25MW； 高压发电厂，PN100MW； 超高压发电厂，PN200MW；

3、亚临界压力发电厂，PN=3001000MW； 超临界压力发电厂，PN=600、800MW及以上。,1.4. 类型,(2) 按蒸汽压力和温度分,1、火力发电厂,凝汽式汽轮机发电厂 燃气轮机发电厂 内燃机发电厂 蒸汽燃气轮机发电厂,1.4. 类型,(3) 按原动机分,1、火力发电厂,凝汽式火力发电厂火电厂 只生产电能 效率较低，30%40% 供热式火力发电厂热电厂 既生产电能又供应热能 效率较高，60%70%,1.4. 类型,(4) 按输出能源分,1、火力发电厂,优点： 布局灵活，装机容量的大小可按需要决定； 一次投资较小，建设周期较短。 缺点： 耗煤量大，发电成本高； 动力设备繁多，控制操作复杂

4、，运行费用高； 启动时间长(几小时到十几小时)，启停费用高； 担负调峰、调频时，煤耗增加、事故增多； 对空气和环境的污染大。,1.5. 优缺点,2、水力发电厂,水的位能或动能,2.1. 一次能源,2.2. 主要设备,压力水管、水轮机、发电机,2.3. 生产过程,高处的水经压力水管推动水轮机转子旋转带动发电机转子旋转发电机发出电能 位能或动能机械能电能,水电站全景图,水电站全景图,2、水力发电厂,坝后式水电厂 河床式水电厂,2.4. 类型,(1) 堤坝式水电厂：,2、水力发电厂,2.4. 类型,(1) 堤坝式水电厂：,坝后式水电厂,厂房建在坝的后面，不承受上游水压,2、水力发电厂,2.4. 类型

5、,(1) 堤坝式水电厂：,河床式水电厂,厂房代替一部分坝体，也起拦水作用，直接承受上游水压,2、水力发电厂,建筑在山区水流湍急的河道上，或河床坡度较陡的地方，由引水渠道造成水头； 一般不需修坝或只修低堰。,(2) 引水式水电厂：,2.4. 类型,2、水力发电厂,工作原理： 以一定水量作为能量载体，通过能量转换向电力系统提供电能。 在电力系统负荷低谷时，抽水，蓄能； 在电力系统负荷高峰时，放水，发电。 作用： 用于电网的调峰、填谷、备用、调频、调相,2.4. 类型,(3) 抽水蓄能式水电厂：,2、水力发电厂,优点： 发电成本低， 对环境没有污染， 运行灵活方便， 可防洪、灌溉、航运等。 缺点：

6、一次投资大， 建设周期长， 受水文气象影响， 淹没土地、移民搬迁等。,2.5. 优缺点,世界之最,长江三峡工程是世界上最大的电站（总装机容量为2240万kW）,广州抽水蓄能电站是世界最大的抽水蓄能电站（总装机容量为240万kw）,西藏的羊卓雍湖水电站是世界上海拔最高的电站,3、核能发电厂核电厂,核能（核裂变能）,3.1. 一次能源,3.2. 主要设备,核反应堆、蒸汽发生器、汽轮机、发电机,3.3. 生产过程,核燃料在核反应堆中裂变产生热能产生蒸汽推动汽轮机转子旋转带动发电机转子旋转发电机发出电能 原子能热能机械能电能,3、核能发电厂核电厂,压水堆：,3.4. 类型,用高压轻水作慢化剂、冷却剂，

7、一回路系统和二回路系统分开,3、核能发电厂核电厂,3.4. 类型,沸水堆（重水堆）：,用重水作冷却剂，水会沸腾，汽轮机等设备可能受污染,3、核能发电厂核电厂,优点： 可节省煤、石油和天然气及运输费用， 无需空气助燃，可建在地下、水下、山上。 缺点： 投资大,3.5. 优缺点,3.6 我国建成发电的核电站： 浙江秦山核电站 （一期、二期、三期） 广东大亚湾核电站 广东岭澳核电站 江苏田湾核电站 目前在建最大核电站：广东阳江（装机1200万KW）,4、其它形式发电,风力发电：容量小 地热发电：美国加州 旧金山 400MW 潮汐发电：法国 240MW 太阳能发电 磁流体发电 垃圾发电 生物发电 ,1

8、、定义 联系发电厂和用户的中间环节，起变换、分配电能的作用 2、地位 电力系统重要组成部分，直接影响整个系统的安全、稳定、经济运行。 3、类型 枢纽变电所 中间变电所 地区变电所 终端变电所,二、变电所的类型,1、枢纽变电所,位于电力系统的枢纽点，汇集多个电源，电压等级多为330500kV。 全所停电后，将引起系统解列，甚至出现瘫痪。,2、中间变电所,高压侧以交换潮流为主，起系统交换功率的作用，或使长距离输电线路分段，一般汇集23个电源，电压为220330kV，同时又降压供给当地用户。 全所停电后，将引起区域电网解列。,3、地区变电所,高压侧电压一般为110220kV，向地区用户供电为主的变电

9、所，这是一个地区或城市的主要变电所。 全所停电后，仅使该地区中断供电。,4、终端变电所,在输电线路的终端，接近负荷点，高压侧电压多为110 kV，经降压后直接向用户供电的变电所。 全所停电后，只是用户受到损失。,变电站,变电站是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。 1.枢纽变电站 2.中间变电站 3.地区变电站 4.终端变电站 5.企业变电站,枢纽变电站位于电力系统的枢纽点，连接电力系统高、中压的几个部分，汇集有多个电源和多回大容量联络线，变电容量大，电压（指其高压侧，以下同）等级为330500kV。全站停电时，将引起系统解列，甚至瘫痪。,中间变电站一般位于系统的主要环路线路

10、中或系统主要干线的接口处，汇集有23个电源，高压侧以交换潮流为主，同时又降压供给当地用户，主要起中间环节作用，电压等级为220330kV。全站停电时，将引起区域电网解列。,地区变电站以对地区用户供电为主，是一个地区或城市的主要变电站，电压等级一般为110220kV。全站停电时，仅使该地区中断供电。,终端变电站位于输电线路终端，接近负荷点，经降压后直接向用户供电，不承担功率转送任务，电压等级为110kV及以下。全站停电时，仅使其站供的用户中断供电。,企业变电站是供大、中型企业专用的终端变电站，电压等级一般为35110kV，进线为12回。,三、电气设备,为了满足电力生产和保证电力系统运行的安全稳定

11、性和经济性，发电厂和变电站中安装有各种电气设备。 根据电气设备的作用不同，可将电气设备分为一次设备和二次设备。,三、电气设备,生产、变换、输送、分配和使用电能的设备,1. 一次设备,三、电气设备,1. 一次设备,发电机将机械能转换成电能， 电动机将电能转换成机械能， 变压器将电压升高或降低以满足输配电需要。, 生产和转换电能的设备,如发电机、电动机、变压器等。,三、电气设备,如断路器、隔离开关、负荷开关、熔断器、接触器等。 它们用于正常或事故时，将电路闭合或断开。,1. 一次设备, 接通或断开电路的开关电器,三、电气设备,如电抗器和避雷器等。,1. 一次设备, 限制故障电流和防御过电压的保护电

12、器,电抗器用于限制短路电流， 避雷器用于防御过电压。,三、电气设备,如裸导体、电缆等。 用于传输电能或连接电气设备。,1. 一次设备, 载流导体,三、电气设备,由埋入土中的金属接地体（角钢、扁钢、钢管等）和连接用的接地线构成。 无论是电力系统中性点的工作接地，还是保护人身安全的保护接地，以及为了稳定电位、防止干扰的仪控接地，均同接地装置相连。,1. 一次设备, 接地装置,三、电气设备,对一次设备和系统的运行状态进行测量、控制、监视和保护的设备,2. 二次设备,三、电气设备,如电压互感器和电流互感器。 用于将高电压、大电流转换成低电压、小电流，供给测量仪表和保护装置使用。,2. 二次设备, 仪用

13、互感器,三、电气设备,如电压表、电流表、功率表和电能表等。 用于测量电路中的电气参数。,2. 二次设备, 测量表计,一、电气设备,这些装置能反应系统不正常情况并进行监控和调节，或作用于断路器跳闸，将故障切除。,2. 二次设备, 继电保护及自动装置,三、电气设备,包括直流发电机组、蓄电池组和硅整流装置等。 供给控制、保护用的直流电源和厂用直流负荷、事故照明用电等。,2. 二次设备, 直流电源设备,三、电气设备,操作电器（如各种类型的操作把手、按钮等）实现对电路的操作控制， 信号设备给出信号或显示运行状态标志， 控制电缆用于连接二次设备。,2. 二次设备, 操作电器、信号设备及控制电缆,一、设计程

14、序 1.搜集必要的原始资料： 地质、气象资料（雷电） 电力系统资料（电压等级、电源分布、数目、中性点接地方式） 负荷情况（总容量、类型、进出线电压等级、数目） （原有设计、设备及运行安装情况） 2.所址选择： 接近负荷中心、少占农田、便于走线、交通便利、防洪、防污（污源上风侧）等,第二节 变电站设计程序内容及要求,3.初步设计：确定方案（可行性：占地少，投资省，运行、检修、施工便利），并为订货提供数据。 设计说明书、短路电流计算书、电气设备的选择、图纸（电气主接线图等）、工程预算 4.施工设计：施工的依据，重在表达施工情况。 修改、完善初步设计方案，重绘初步设计中的图纸（详细注明尺寸、所用设备

15、、材料）； 补充设备安装图、防直击雷保护、接地网部分图以及补偿电容器的配置图； 全部设备材料清单。,二、设计要求,1.符合各项技术、经济政策 2.节约用地（少占农田，不占良田） 3.安全可靠（质量） 4.积极采用有效的新技术、设备 5.考虑实际负荷的增长，应按510年来规划、分期建设。,第三节 计算负荷的确定,计算负荷 定义： 通过对负荷的统计计算求出的、用来按发热条件选择电力系统中各电气元件的负荷值。 用途： 决定着变电所变压器的容量及有关电气设备的选择。 常用计算方法： 需要系数法 单位消耗法,一、需要系数法单一电器： PjKfPe 其中，Kf负荷系数， KfP/Pe（实际负荷 /额定容量） 用电设备组： 计入负荷系数Kf 、同时系数Kt、平均效率e，有： Pj（KfKt/e）PeKxPe 其中，Kx需要系数 注意： Kx与设备组的工作性质、状态、设备效率等均有关，实际生产设计中，利用统计规律已确定出各需要系数值，可查手册而得。,二、单位消耗法 用于当Pe不易确定时对于工业企业： A=x， Pj=A/Tzd 其中，A全年总耗电量，单位产品耗电量，x年产量，Tzd最大负荷使用时间。对于照明负荷： Pj=SPZM 其中，S建筑面积，PZM照明负荷单位面积耗电量，W/2，可查。,