1、发电厂电气主系统,邵阳学院电气工程系,罗庆跃 主讲,第二章 发电、变电和输电的电气部分,电 话：13973554619,E-mail：,第二章 发电、变电和输电的电气部分,主要教学内容本章首先叙述发电厂和变电站中电气设备分类、作用，电气接线和配电装置的功能；重点介绍300MW发电机组和600MW发电机组的电气主接线，高压交流、直流输电的优越性和直流输电的基本原理。 教学重点及难点1、 300MW发电机组和600MW发电机组的电气主接线；2、直流输电的基本原理。 计划授课时数4课时。 学完后，学生应具备的能力对高压交流输电的主接线形式和所用的电气设备的特点有一个比较完整的认识和了解，对直流输电有
2、一个初步的认识。,第一节 概 述,一、电气设备二、电气接线和装置,主要内容:,一次设备,二次设备,生产和转换电能的设备 接通或断开电路的开关电器 限制故障电流和防御过电压的设备 载流导体 接地装置,仪用互感器 测量仪表 继电保护及自动控制 直流电源 操作电源、信号设备及控制电缆,一、电气设备根据电气设备的作用不同，可将电气设备分为两类：,生产、变换、输送、分配和使用电能的设备,对一次设备进行测量、控制、监视和保护用的设备,二、电气接线和装置,在发电厂和变电站中，各种电气设备必须用导体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，构成通路，实现发供电。,1、电气接线定义：根据各种电气设备
3、的作用及要求，按一定方式用导体连接起来所形成的电路。,分类：,电气主接线（又称电气一次接线或电气主系统）,由一次设备按预期生产流程所连成的接受和分配电能的电路。它代表了发电厂或变电所电气部分主体结构及各种运行方式，直接影响电力系统运行的可靠性、灵活性和经济性。,电气二次接线,由二次设备所连成的电路。,2、电气主接线图用规定的设备文字和图形符号并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线图。,3、配电装置（1）定义：根据主接线的要求，由开关设备、母线、保护和测量设备以及必要的辅助设备和建筑物组成的整体，其作用是接受和分配电能。（2）按安装地点分类：屋内配电装置：1
4、0kV屋外配电装置：220kV,4、主接线图实例,说明:,1）母线的作用：汇集和分配电能。,2）主接线形式：10kV：双母线分段接线（工作母线分成两段），以进一步提高供电可靠性。220kV：双母线接线,3）开关设备断路器（QF）：具有灭弧装置，能接通和断开负荷电流及短路电流。隔离开关（QS）：没有灭弧装置，不能开闭5A以上的电流，主要用于检修时隔离电源。,4）电抗器（L）：限制短路电流。,第二节 发电厂的电气设备,前言：我国电力系统中，发电机单机容量不断增长，300MW的机组已成为系统中的主力，600MW的机组已逐步进入一些大型电力系统。,一、300MW发电机组电气部分,1、电气主接线【图见书
5、P31图2-2所示】,（1）采用发电机-双绕组变压器单元接线,【发电厂附近无地区负荷，无发电机出口断路器。机组容量大，目前还不能生产合符要求的断路器】。,（2）采用全连分相封闭母线,【消除了母线附近钢构的发热和减少了母线电动力；提高了供电可靠性；运行安全；运行维护工作量小】,（4）发电机中性点接有中性点接地变压器，用来限制电容电流,（3）主变低压侧引接一台分裂低压绕组变压器，供给厂用电,二、600MW发电机组电气部分【自学】 【与300MW发电机组电气部分基本相同，见书P32-33 】,第三节 高压交流输电略讲,一、为什么要采用高压交流输电？ 二、我国330kV及以上超高压输电情况简介 三、5
6、00kV变电站电气主接线及主要电气设备,主要内容:,一、为什么要采用高压交流输电 ?,要点:,由于大容量发电厂的建设地点一般远离负荷中心，如果采用低压输电，势必造成输送功率的巨大浪费和电能质量的下降。,随着电力系统发电容量的增大，特别是大型坑口火电厂和核电厂的投产，虽然输电距离不长，但输送容量很大，也需要采用较高电压的电压等级。,1、长距离输送电能,2、大容量输送电能,在经济输送容量范围内，线路的单位造价及线路走廊的宽度将随输电电压等级的升高而降低。,采用高压联网，可以增强电网输送能力，提高系统运行的稳定性和经济性。,3、节省基建投资和运行费用,4、电力系统互联,二、我国330kV及以上超高压
7、输电情况简介,1、第一条330kV线路于1972年建成（甘肃泰安变电站至陕西省汤峪变电站），为后来的500kV输变电工程打下了基础。,2、第一条500kV线路于1981年建成（河南的平顶山变电站至武汉的凤凰山变电站），现在我国已形成以500kV电压等级为骨干网架。,3、第一条750kV线路于2005年底建成（西北官亭至兰州东），为今后的10001200kV （特高压）输变电工程打下了基础。,三、500kV变电站电气主接线及主要电气设备,1、电气主接线,500kV变电站是电力系统的枢纽站，在电力系统工程中地位极为重要，其安全可靠运行将直接影响整个系统的安全稳定运行。因此，对500kV变电站供电可
8、靠性要求较高。目前，我国500kV变电站的电气主接线一般采用3/2和双母线四分段带专用旁路母线两种接线形式。,2、主要电气设备,500kV变压器的主要特点是电压等级高、传输容量大，对变压器的设计和工艺要求也很高。一般多采用三台单相变压器组成三相变，也可采用三相变压器。,2）断路器,有油断路器、真空断路器、空气断路器和SF6断路器四种。由于SF6断路器具有灭弧能力强、开断容量大、熄弧特性好等特点，因而在超高压输电网中普遍使用。到目前为止，我国500kV系统全部使用SF6断路器。,1）主变压器,（1）主要作用：设备检修时，隔离电压；倒换电源操作，改变运行方式。（2）特点：没有灭弧装置，不能合分5A
9、以上的电流，但具有明显断口。,3）隔离开关,现代电力系统中，电压互感器一般可做成四绕组式，这样一台电压互感器可集上述三种用途于一身。电压互感器分为电磁式和电容式两大类，目前在500kV电力系统中，大量使用的都是电容式电压互感器【电容做为载波通信用】。,4）电压互感器【TV】,主要作用：把高电压变成标准的低电压【（100V）线电压】，供测量、继电保护、监视等各种设备和仪表用。一次绕组并联在电路中。,主要作用：把大电流变成标准的小电流【5A、1A】，供测量、继电保护、监视等各种设备和仪表用。一次绕组串联在电路中。,注：TV、TA是实现一次设备与二次设备联络的设备,5）电流互感器【TA】,按发展的先
10、后，避雷器有五种：保护间隙避雷器、管型避雷器、阀型避雷器、磁吹阀式避雷器和氧化锌避雷器。其中氧化锌避雷器具有无间隙、无续流、残压低等优点，目前500kV系统中广泛采用。,6）避雷器,是保护电气设备免遭雷电入侵波危害的设备。当雷电冲击波沿线路传入变电站，超过避雷器保护水平时，避雷器首先放电，使电气设备受到保护。,超高压【500kV及以上】交流输电线路【采用分裂导线，输电距离长】由于存在对地电容有大量的容性充电功率【如100km长的500kV线路容性无功约为100120Mvar，为同样长度220kV线路的67倍】。引起线路末端电压升高【容升效应】，危及电网的安全运行。,7）并联高压电抗器和抽能并联
11、高压电抗器,（1）为什么要并联高压电抗器？,其目的：吸收线路上的容性无功，防止引起电压升高。,（2）并联高压电抗器的主要作用 （5个）,限制工频电压升高。补偿度：,补偿度一般选在60%左右。采用欠补偿方式【为什么？】,降低操作过电压。,回顾：配电网络中为什么要并联电容器？其目的是什么？,电容电流的助磁作用使发电机电压不断升高，有可能达到额定电压的1.52倍。,消除发电机带长线路出现自励磁,500kV线路无功【容性】损耗小，且送端往往是大型发电厂，电源本身还有一定数量的无功，装设并联高压电抗器正好能吸收容性无功，使无功能就地平衡。,限制潜供电流，有利于单相重合闸,见图2-3所示，A导线间存在分布
12、电容，感应出静电耦合电压；B导线间的互感，感应出电磁感应电压。故障相有这两个电压叠加，经相对地的电容可使故障点维持几十安的接地电流，称为潜供电流。影响单相重合闸的成功率。,避免长距离输送无功并降低线损,除具有并联高压电抗器的基本功能以外，还具有向变电站提供站用电源的功能【6kV抽能系统见书P41】。,（3）抽能并联高压电抗器,高压输电线路的静态输送功率：,静态稳定极限工率：,当线路安装有串联电容补偿后，线路的静态输送功率：,在同一相角差（相同）的条件下，装有串联补偿前后的稳定输送功率之比为：,8）串联电容器补偿,（1）基本原理,其中，,为补偿度，一般取25%60%左右。因此，采用串联电容器补偿
13、不仅可以提高电力系统运行的稳定性，而且也是提高远距离输电线路的输送能力的一种有效措施。,串联电容器补偿装置的电气接线方式与三个因素有关：与电网结构及其使用目的有关；与该装置采用的过电压保护方案有关；与系统发生故障被切除后要求装置重投的时间有关。,具体接线参见教材：P4245,（2）串联电容器补偿装置的电气接线,2、高压交流输电目前存在的主要问题,问题探讨：,1、500kV及以上系统与220kV及以下系统在系统接线、功能、补偿方式有何异同点？,第四节 高压直流输电略讲,一、直流输电的发展概况见教材P46 二、直流输电的优越性 三、直流输电目前存在的主要问题 四、直流输电工作原理简介,主要内容:,
14、二、直流输电的优越性,1、线路造价低、年运行费用省交流输电线路要用三根导线；而直流输电线路只要两根导线，当采用大地和海水作回路时，只要一根线即可。直流输电没有集肤效应，功率损耗约比交流电路少1/3。,2、没有运行稳定问题由于直流输电没有电抗，就不存在系统稳定问题。用直流输电连接两个交流系统，不受距离的限制，两端交流系统不需要同步运行，各自的电压、频率、相角与对侧无关。,3、能限制短路电流直流系统的定电流控制将快速地把短路电流限制在额定电流值。,4、调节速度快，运行可靠通过换流器能快速调整有功和实现潮流翻转【功率方向改变】。,三、直流输电目前存在的主要问题,1、换流装置价格昂贵 2、消耗大量的无功 3、产生谐波影响交流侧和直流侧均产生谐波电压和谐波电流。 4、缺乏直流断路器,四、直流输电工作原理简介【背靠背式】,系统1向系统2输送电力时，换流站1作为整流站运行，换流站2作为逆变站运行，它们加在直流线路上的电压分别是Ud1和Ud2，由此可知线路直流电流：,一个换流站既可以作整流站也可以作逆变站运行。通过调节换流器的触发控制角，将两端换流站的直流电压极性同时反向，就实现了输送功率的翻转，而线路上直流电流方向始终不变。,小 结,重点掌握内容：,作业【见书P54】：,2-4、2-8、2-10,1、一次设备、二次设备的作用及分类。2、电气主接线与电气主接图。3、超高压交、直流输电的特点。,
