第三章节电气设备的分类与系统幻灯片

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1、第三章 电气设备的分类与系统,3.1 发电系统 3.2 输变电系统 3.3 配电系统 3.4 电力系统负荷,3.1 发电系统,一、火电厂,一次能源：煤炭、石油、天然气等。 能量转换过程：燃料化学能热能机械能电能,1、火电厂的分类,3.1 发电系统,3.1 发电系统,2、火电厂的生产过程,凝汽式火电厂的生产过程示意图,3.1 发电系统,3、火电厂的主要系统,燃烧系统：燃料灰渣，风（空气）烟气 水蒸汽,电气系统：发电机、励磁装置、厂用电系统和升压变压器等。,3.1 发电系统,布局灵活，容量大小可按需决定； 一次性建造投资少、工期短, 年利用小时数高； 耗煤量大， 生产成本高； 开、停机时间长，耗能

2、大； 需按计划发电； 对环境污染大。,4、火电厂的特点,3.1 发电系统,江苏谏壁发电厂始建于1959年，于1987年9月全部建成，共安装10台机组，总容量162.5万千瓦，年发电量在100亿度左右，成为80年代末到90年代初国内最大的火力发电厂。,3.1 发电系统,二、水力发电厂,一次能源：江河水流的位能 能量转换过程：水的位能机械能电能 装机容量：,1、水电厂的分类,根据抬高水位的方式,堤坝式水电厂 引水式水电厂 抽水蓄能式水电厂,3.1 发电系统,2、水电厂的特点,水能是可再生资源 可综合利用水能资源 发电厂成本低，效率高 运行灵活 水能可储存和调节,优点,3.1 发电系统,建设问题：投

3、资大、工期长，存在库区移民、淹没耕地、破坏人文景观、破坏自然生态平衡等问题。 运行问题：发电量受气象、水文、季节水量变化的影响较大，分丰水期和枯水期，出力不稳定，增加电力系统运行的复杂性。,存在问题,长江三峡水电站坝长2309m，坝高185m，水头175m，总库容393亿立方米，总装机容量1820万kW（26700MW），年发电量86.5TWh；库区将淹没耕地36万亩，淹没城镇129座，需安置迁移人口113万；电站于93年起步，首批机组于2003年10月发电，以后每年投产4台机组（280MW），2009年全部机组建成投产。三峡电站发出的强大电力将送往华中、华东地区和广东省。电站将引出15条超高

4、压交流输电线路，其中3条线路通过换流站将交流电转换成直流电后，再通过500k直流输电线路，2条送往华东、1条送往广东。,三期导流图,三峡大坝模型,三峡大坝由多个功能模块组成，从左至右（面向下游）依次为永久船闸、升船机、泄沙通道（临时船闸）、左岸大坝及电站、泄洪坝段、右岸大坝及电站、山体地下电站等。升船机的最大提升高度为113米，供3000吨以下船只通过大坝，用时约40分钟；永久船闸是双线五级船闸，供3000吨以上船只从这里翻过大坝，用时约3.5小时。,三峡工程综合效益,防洪：三峡水库正常蓄水位175米，总库容393亿立方米，防洪库容221.5亿立方米，能有效地控制长江上游洪水，保护长江中下游荆

5、江地区1500万人口、2300万亩土地，是世界上防洪效益最为显著水利工程。 发电：三峡水电站装机总容量为1820万kW，年均发电量847亿kWh。以直线距离1000公里为半径，全国除辽宁、吉林、黑龙江、新疆、西藏、海南、台湾7省区外，其余地区的主要城市和工业基地都在这个范围内。 航运：它将改善航运里程660公里，使重庆至宜昌航道通行的船队吨位由现在的3000吨级提高至万吨级，年单向通过能力由1000万吨提高到5000万吨。,三峡的供电范围,3.1 发电系统,3、抽水蓄能电厂, 工作原理,电力负荷低谷时（或丰水期），利用电力系统的富裕电能（或季节性电能），将下游水库的水抽到上游水库，以位能的形式

6、储存起来；待到电力系统负荷高峰时（或枯水期），再将上游水库的水放出，驱动水轮发电机组发电。, 抽水蓄能电厂在电力系统中的作用,调峰填谷 调频调相,蓄能备用 黑启动,广州抽水蓄能电站为目前世界上最大的抽水蓄能电站 ，是为大亚湾核电站安全经济运行而建设的配套工程，同时还承担着广东、香港电网的调峰填谷和事故备用的任务。电站总装机总装机容量2.4 GW（8300MW），分两期建设，每期4台，设计水头535m，电站一期工程于1989年5月25日开工且1993年6月29日1号机投产，二期工程于1994年9月12日开工，至2000年3月14日8号机投产。,3.1 发电系统,三、核能发电厂,一次能源：核能 能

7、量转换过程：核燃料热能机械能电能,1、核电厂的组成,核反应堆的分类：轻水堆（包括沸水堆和压水堆）、重水堆和石墨冷气堆等。,3.1 发电系统,2、 核能发电的优缺点,节省大量煤炭、石油等燃料，避免燃料运输。 不需空气助燃，可建在地下、水下、山洞或空气稀薄地区。 比火电厂造价高，但发电成本低30%50%，规模越大越合算。 存在问题：放射性污染。,秦山核电站位于杭州湾畔，是中国第一座依靠自己的力量设计、建造和运营管理的压水堆核电站，总装机容量2300MW。1985年3月动工，1991年12月首次并网发电。它的建成使我国成为继美、英、法、前苏联、加拿大、瑞典之后世界上第七个能够自行设计、建造核电站的国

8、家。,大亚湾核电站位于深圳市东部大亚湾畔，为我国目前最大的核电站。大亚湾核电站是我国引进国外资金、设备和技术建设的第一座大型商用核电站。核电站安装有两台单机容量为900 MW的压水堆反应堆机组。1987年8月7日工程正式开工，1994年2月1日和5月6日两台机组先后投入商业营运。大亚湾核电站每年发电量超过100亿度，其中七成电力供应香港，三成电力供应广东电网。,3.1 发电系统,四、风力发电,一次能源：风能 能量转换过程：风力的动能 机械能电能,1、风力发电机组,目前，大型风力发电机组一般为水平轴风力发电机，由风轮、增速齿轮箱、发电机、偏航装置、控制系统、塔架等部件组成。,3.1 发电系统,达

9、板城风力发电厂装机容量7.23万千瓦，占全国的30%,3.1 发电系统,2、风力发电的运行方式,3、风力发电的特点,优点：是一种取之不尽、用之不竭的自然能源， 不需要燃料、没有污染、运行成本低。 缺点：有一定的随机性和不稳定性，必须配有蓄能装置。,3.1 发电系统,五、太阳能发电,一次能源：太阳能 能量转换过程： 太阳能热发电 光能热能 机械能电能 太阳能光伏发电 光能电能,优点：是一种取之不尽、用之不竭的廉价能源。不需要燃料、生产成本低、不产生污染 。 缺点：受季节、昼夜、地理和气象条件的影响较大 。,太阳能发电的特点：,3.1 发电系统,六、其它能源发电,2、海洋能发电,1、地热发电：地热

10、能电能 电能生产过程与火电厂相似，用地热井取代锅炉设备。,潮汐能发电 波浪能发电 海流能发电,海水温差能发电 海水盐差能发电,羊八井电厂是我国最大的地热电厂，总装机容量为25.18MW，水温约150，担负拉萨地区50%的供电任务。电站由5眼地热井供水，单井产量为75160立方米小时。,羊八井地热电厂,羊八井地热温泉,法国郎斯潮汐电站示意图,法国朗斯潮汐电站,法国郎斯电站1967年建成，位于法国圣马洛湾郎斯河口。一道750米长的大坝横跨郎斯河。坝上是通行车辆的公路桥，坝下设置船闸、泄水闸和发电机房。郎斯潮汐电站机房中安装有24台双向涡轮发电机，涨潮、落潮都能发电。总装机容量24万千瓦，年发电量5

11、亿多度，输入国家电网。,江厦潮汐电站是中国第一座双向潮汐电站，位于浙江省温岭市乐清湾北端江厦港。1980年5月第一台机组投产发电。电站装有双向贯流式机组6台，总装机容量3200干瓦，年发电量600万度，可昼夜发电1415小时 。规模仅次于法国郎斯潮汐电站、加拿大芬地湾安娜波利斯潮汐电站，居世界第三。,3.2 输变电系统,一、输变电系统的组成,输变电系统包括变电站和输电线路。,输变电系统的组成：,变换电压的设备 接通和开断电路的开关 防御过电压、限制故障电流的电器 无功补偿设备 载流导体 接地装置,3.2 输变电系统,输变电系统中的主要设备，按功能和输变电流程连接而成的电路称为电气主接线，也称为

12、电气一次接线或一次系统。,下图为110/10kV降压变电站电气主接线图。,3.2 输变电系统,二、输变电系统接线,地理接线,电力系统中各发电厂、变电站的相对地理位置和它们之间的连接关系。,电气接线,电力系统中各主要元部件之间和厂站之间的电气连接关系，不反映发电厂、变电站的地理位置。,3.2 输变电系统,电气主接线图,用规定的符号将发电机、变压器、母线、开关电器和输电线路等有关电气设备，按电能流程顺序连接而成的电路图。,3.2 输变电系统,a）放射式 b）干线式 c）链式,无备用接线：每一负荷只能从一条线路获得电能。包括放射式、干线式和链式网络。,优点：简单明了、运行方便，投资费用少。 缺点：供

13、电的可靠性差。,3.2 输变电系统,有备用接线：每一负荷至少可以通过两条线路以不同的方式获得电能。包括双回路、单环式、两端供电。,优点：供电可靠性高，适用于对一级负荷供电,3.2 输变电系统,三、电气主接线,1、有汇流母线接线,只有一组母线的接线称为单母线接线。,单母线接线,3.2 输变电系统,把单母线分成两段，并在两段之间装设能够分段运行的开关电器，称为单母线分段接线。,分段运行：正常情况下分段开关是打开的。 并列运行：正常情况下分段开关是闭合的。,单母线分段接线,3.2 输变电系统,单母线分段带旁路母线接线,分段器又兼旁路断路器，加装旁母的目的是检修进、出线断路器时，可以不中断回路的供电。

14、,3.2 输变电系统,双母线接线,每一回路都通过一台断路器和两组隔离开关与两组母线相连，其中一组隔离开关闭合，另一组隔离开关打开，两组母线之间通过母线联络断路器（简称母联）连接起来。,3.2 输变电系统,双母线分段接线,工作母线分为两段，备用母线不分段。,分段断路器回路中接入分段电抗器R，当任一分段母线故障时，R可限制相邻分段母线供给的短路电流。,3.2 输变电系统,双母线带旁路母线接线,3.2 输变电系统,一台半断路器的接线,两母线之间，每串接有三台断路器，两条回路，每两台断路器之间引出一回路，故称为一台半断路器接线，又称2/3接线。,3.2 输变电系统,2、无汇流母线电气主接线,单元接线,

15、发电机与变压器直接连接组成单元接线。,扩大单元接线,3.2 输变电系统,桥形接线,当具有两台变压器和两条线路时，在线路变压器单元接线的基础上，在其中间跨接一连接“桥”，便构成桥形接线。,3.2 输变电系统,角形接线,角形接线的断路器数等于回路数，每条回路都与两台断路器相连接。,3.2 输变电系统,四、高压直流输电,1、高压直流输电的发展,1954年瑞典投入了世界上第一条直流海底电缆。 1961年英法海峡联络线建成。 1962年前苏联的伏尔加格勒顿巴斯联络线建成。 1965年日本佐久间变频站建成。,3.2 输变电系统,葛洲坝上海高压直流输电线路,3.2 输变电系统,换流站场景,3.2 输变电系统

16、,1、基本原理,右图为直流输电的基本原理图。,3.2 输变电系统,线路的直流电流,传输功率,高压直流输电的电能转换方式为交流直流交流。,3.2 输变电系统,2、高压直流输电系统的主要电气设备,换流器,实现交流电与直流电之间的变换。为三相桥式环流电路，一个换流桥有6个桥臂。,换流变压器,一次绕组与交流电力系统相连，二次绕组与换流器交流端相连。,通常带有有载调压分接头，交流变压器地直流侧通常为三角形或星形中性点不接地接线。,3.2 输变电系统,平波电抗器,抑制直流电流变化时的上升速度，减少直流线路中电压和电流的谐波分量。,无功补偿装置,换流器在运行时需要从交流系统中吸收大量无功功率，需用无功补偿装置为换流器提供无功电源。,滤波器,换流器运行时，交流侧和直流侧都产生谐波电压和谐波电流，需安装参数合适的滤波器抑制谐波。,3.2 输变电系统,直流断路器：切除故障。,交直流避雷器：限制过电压。,直流互感器,控制及保护设备,3.2 输变电系统,3、直流输电的优、缺点和应用, 直流输电的优点,线路造价低、年运行费