发电厂及电气主系统.ppt

总复习,熄灭交流电弧的基本方法,1利用灭弧介质,在高压断路器中，广泛采用去游离作用强的灭弧介质灭弧。,2吹弧,吹弧是指利用各种结构形式的灭弧室，使高温分解的气体或具有很大压力的新鲜且低温的气体在灭弧室中按特定的通路，吹动电弧，加强扩散和复合去游离而使电弧熄灭的方法。,3采用特殊金属材料作灭弧触头,采用铜、钨合金和银、钨合金等特殊金属材料作触头。这些材料在高温下不易熔化和蒸发、抗熔焊，可以减少热电子发射和高温分解产生的金属蒸气，削弱了游离作用。,4提高断路器触头的分离速度,加快断路器触头的分离速度，可以迅速拉长电弧，使弧隙的电场强度骤降，弧隙电阻和电弧的表面积突然增大，电弧的冷却加快，有利于带电质点的扩散和复合去游离。,5采用多断口灭弧,多断口将电弧分割成多段，在相同触头行程下，增加电弧的总长度，弧隙电阻迅速增大，介质强度恢复速度加快。使每个断口上的恢复电压减小，降低了恢复电压的上升速度和幅值，提高了灭弧能力。,6在断路器主触头两端加装低值并联电阻,二、高压断路器,1高压断路器的作用,高压断路器内有灭弧介质和灭弧装置，可以熄灭接通或开断电路时产生的电弧，其作用是:在正常运行时接通或断开有负荷电流的电路；在电气设备出现故障时，能够在继电保护装置的控制下自动切断短路电流。,2高压断路器的分类,根据灭弧介质的不同，高压断路器可以分为以下几种类型。,（1）油断路器:以具有绝缘能力的矿物油作为灭弧介质,多油断路器：断路器中的油除作为灭弧介质外，还作为触头断开后的间隙绝缘介质和带电部分与接地外壳间的绝缘介质。,少油断路器：油只作为灭弧介质和触头断开后的间隙绝缘介质，而带电部分对接地之间采用固体绝缘（例如瓷绝缘）。,主要用在不需频繁操作及不要求高速开断的各级电压电网中。,（2）六氟化硫(SF6)断路器:采用SF6气体作为灭弧介质和触头断开后的间隙绝缘介质的断路器。SF6气体是一种无色、无味、无毒、不燃的惰性气体，具有优良的灭弧性能和绝缘性能。适用于频繁操作及要求高速开断的场合,特别是126KV以上几乎全部选用SF6断路器,但不适用于高海拔地区。,（3）真空断路器:以真空的高介质强度实现灭弧和绝缘。主要用于频繁操作及要求高速开断的场合，但在海边地区使用时，应注意防凝露，因为会使断路器灭弧室灭弧能力下降,（4）压缩空气断路器:采用压缩空气作为灭弧介质和触头断开后的间隙绝缘介质的断路器。,三、隔离开关,隔离开关没有专门的灭弧装置，不能用来接通或切断负荷电流和短路电流，否则，将产生强烈的电弧，造成人身伤亡，设备损坏或引起相间短路故障。隔离开关的作用如下。,隔离电源:在检修电气设备时为了安全，需要用隔离开关将停电检修的设备与带电运行的设备隔离，形成明显可见的断口,倒闸操作:在倒换母线或接通旁路母线时，某些隔离开关可以在“等电位”的情况下进行分、合闸，配合断路器完成改变运行方式的倒闸操作。,分、合小电流电路:可用来合电压互感器、避雷器和空载母线；分、合励磁电流小于2A的空载变压器；关合电容电流不超过5A的空载线路。,第二节电流互感器,电流互感器的作用：,变换：将一次回路的大电流变为二次回路的小电流（5A或1A），供电给测量仪表和保护装置继电器的电流线圈，使测量仪表和继电器标准化、小型化、结构轻巧、价格便宜。,隔离：使电气二次设备与一次高压部分隔离，并且互感器的二次侧均接地，从而保证二次设备和人身安全。,第三章电气主接线第一节对电气主接线的基本要求第二节电气主接线的基本接线形式第三节发电厂和变电所主变压器的选择第四节限制短路电流的方法第五节发电厂和变电所的典型电气主接线第六节电气主接线设计第七节电气主接线的可靠性计算,第一节电气主接线设计原则和程序,1.可靠性,电能生产的特点要求电气主接线首先应满足可靠性的要求。电能不能大量储存，发电、输电和用电必须在同一瞬间完成的，任何一个环节出现故障都会造成供电中断。,可靠性不是绝对的,对于不重要的用户,太高的可靠性将造成浪费。,分析主接线的可靠性时，要考虑发电厂与变电所在电力系统中的地位和作用、负荷的性质、设备的可靠性和运行实践等因素。,一、对电气主接线的基本要求,应满足可靠性、灵活性、经济性三项基本要求。,(2)用户的负荷性质,电力用户负荷按照其对供电可靠性的要求分为三个等级，即I、II、III类负荷。,I类负荷：对这类负荷突然中断供电，将造成人身伤亡，或造成重大设备损坏，或给国民经济带来重大的损失。,II类负荷：对这类负荷突然中断供电将造成生产设备局部破坏，或造成生产流程紊乱且难以恢复，或出现大量废品和减产，因而在经济上造成一定损失。,III类负荷：I类和II类负荷之外的其它负荷。,一、有母线的基本接线形式,1.单母线接线及其母线分段的接线,单母线接线,a)结构特征：只有一组母线W，每一回线路均经过一台断路器QF和隔离开关QS接于一组母线上。,b)倒闸操作原则：断路器与隔离开关间的操作顺序:保证隔离开关“先通后断”（在等电位状态下，隔离开关也可以单独操作），绝不能带负荷拉刀闸，否则将产生电弧而导致严重的后果。,母线隔离开关与线路隔离开关间的操作顺序：母线隔离开关“先通后断”，即接通电路时，先合母线隔离开关，后合线路隔离开关；切断电路时，先断开线路隔离开关，后断开母线隔离开关。以避免万一断路器的实际开合状态与指示状态不一致时，误操作母线侧隔离开关上，产生的电弧会引起母线短路，使事故扩大。,例如：对WL1送电时，先合上QS11，再合上QS12，最后合上QF1。对WL1停电时，先断开QF1，再依次拉开QS12和QS11。,主要优点：接线简单清晰，设备少，操作方便，造价便宜，只要配电装置留有余地，母线可以向两端延伸，可扩性好。,主要缺点：可靠性和灵活性都较差：母线和母线隔离开关检修时，全部回路均需停运；母线故障时，继电保护会切除所有电源，全部回路停运；任一断路器检修时，其所在回路也将停运；它只有一种运行方式。,适用范围：单母线接线只能用于某些出线回数较少，对供电可靠性要求不高的小容量发电厂和变电所中。,练习：试画出三个电源，三回出线的单母不分段接线图,单母线分段接线,a)结构特征：,设置分段断路器将母线分成两段，当可靠性要求不高时，也可利用分段隔离开关进行分段。,各段母线为单母线结构。,b)评价：,接线简单清晰，经济性好。,有一定灵活性,可靠性:,任一母线或母线隔离开关检修时，仅停检修段。,任一段母线故障时，继电保护装置可使分段断路器跳闸，保证正常母线段继续运行，减小了母线故障影响范围。,任一断路器检修时，该断路器所带用户也将停电。,缺点：任一段母线故障或检修期间，该段母线上的所有回路均停电；任一断路器检修时，该断路器所带用户也将停电。考虑到采用单母线分段接线时，重要用户可从不同母线段上分别引出两回馈线向其供电，保证不中断供电。,适用范围：中、小容量发电厂和变电所的6-10kV配电装置和出线回路数较少的35-220kV配电装置中。,2带旁路母线的单母线分段接线,(1)带专用旁路断路器的单母线分段带旁路母线接线,a)结构特征：,在单母线分段的基础上又增加了旁路母线W3、专用旁路断路器QFp及旁路回路隔离开关QS1和QS2。,各出线回路除通过断路器与汇流母线连接外，还通过旁路隔离开关与旁路母线相连接。,旁路母线的作用：检修任一进出线断路器时，不中断对该回路的供电。,适用范围：6-10kV配电装置。,评价：单母线分段接线增设旁路母线后，可以使单母线分段接线在检修任一出线断路器时不中断对该回路的供电。但配电装置占地面积增大，增加了断路器和隔离开关数量，接线复杂，投资增大。,检修断路器时的不停电倒闸操作过程：,正常运行时，旁路断路器QFp、各进出线回路的旁路隔离开关是断开的，旁路断路器两侧的隔离开关是合上的，旁路母线W3不带电。,1)合上QFp给旁路母线W3充电，检查旁路母线W3是否完好，如果旁路母线有故障，QFp在继电保护控制下自动切断故障，旁路母线不能使用；如果QFp合闸成功，说明旁路母线完好。,若检修WL1的断路器QF1，使该出线不停电的操作步骤为：,2)合上出线旁路隔离开关QS1p,3)断开出线WL1的断路器QF1;,4)断开QS12和QS11,此时出线WL1已经由旁路断路器QFp回路供电，在需要检修的断路器QF1两侧布置安全措施后，就可以对其进行检修。,3双母线接线,(1)结构特征：,有两组母线W1、W2两组母线间通过母线联络断路器QFc相连；,每回进出线均经一组断路器和两组母线隔离开关分别接至两组母线.正常运行时只合一组隔离开关。,(2)运行方式:,两组母线同时工作将母联断路器QFc合闸，而进出线均衡地分配在两组母线上。当一组母线故障时，在继电保护作用下，母联断路器断开，仅停故障的母线。,一组母线工作，另一组母线备用.全部电源和出线接于工作母线上，母联断路器断开。工作母线故障时，全部短时停电。,(3)优点：,运行方式灵活,由于每个回路均可以换接至两组母线的任一组上运行，使得双母线接线的可靠性和灵活性大大提高。,任一组母线检修时不中断供电.,任一组母线故障时仅短时停电，停电时间是接于该母线上的所有回路切换至另一组母线所需时间，故障母线上的回路经短时停电便可恢复供电。,(4)缺点：,检修任一回路断路器时，该回路仍需停电。,任一母线故障仍会短时停电。,变更运行方式时，要用各回路母线侧的隔离开关进行倒闸操作，操作步骤较为复杂，容易出现误操作。,增加了大量的母线隔离开关和母线长度，双母线的配电装置结构较复杂，占地面积大，投资大。,(5)适用范围：双母线接线广泛应用于对可靠性要求较高、出线回路数较多的6-220kV配电装置中。,(6)倒母线操作：,在母线W1工作、母线W2备用的运行方式下，欲检修母线W1时的倒闸操作步骤如下：,合QFc两侧隔离开关及QFc，向母线W2充电，若其母线完好，则QFc不会因继电保护动作而跳闸，便可继续倒闸操作；,合上所有回路与母线W2连接的隔离开关，之后再断开所有回路与母线W1连接的隔离开关，（此时隔离开关等电位操作）。以实现全部回路由母线W1换接至母线W2。,注意：两组母线隔离开关切不可以先拉后合！,断开QFc及其两侧隔离开关，此时母线W1不带电，母线W2变为工作母线。,4双母线分段接线,(1)双母线三分段接线：,将一组母线用分段断路器QFd分为两段（W1和W2），两个分段母线（W1和W2）与另一组母线（W3）之间都用母联断路器连接，也称为双母线三分段接线。,W1和W2作为工作母线，W3作为备用母线，全部进出线均分在W1和W2两个分段上运行；,也可以将两个母联断路器中的一个和分段断路器合上，全部进出线合理地分配在三段上运行，三段母线并列运行。此种运行方式降低了全厂（所）停电事故的可能性,可以减小母线故障的停电范围.,5双母线带旁路母线接线,(1)结构特征：,增设了一组旁路母线W3及专用旁路断路器QFp回路。,各回路除通过断路器与两组汇流母线连接外，还通过旁路隔离开关与旁路母线相连接。,(2)评价：,1)可靠性、灵活性都相当高。,任一组母线故障时仅短时停电。,检修任一回路断路器时，该回路不停电。,所用的电气设备数量较多，操作、接线及配电装置较复杂，占地面积较大，经济性较差。,任一组母线检修时不中断供电，检修任一回路母线隔离开关时，只中断该回路的供电。,(3)适用范围：,220kV出线在4回及以上、110kV出线在6回及以上时，宜采用有专用旁路断路器的旁路母线接线。,由于六氟化硫断路器工作可靠，可以长时间不检修，当使用六氟化硫断路器且与系统联系紧密时，可以不设置旁路母线。,当出线回数较少时，可采用如图3-10所示的以母联断路器兼作旁路断路器的简易接线形式，以节省断路器和占地，改善其经济性。,6一台半断路器接线,(1)结构特征：,每两个回路经三台断路器（称为一串）接在两组母线之间,构成一串,两个回路中间的断路器称为联络断路器;,多环路供电，可靠性高。,任一组母线故障或检修时，只断开与此母线相连的所有断路器，所有回路都不会停电。,(2)优点：,任一断路器检修时，所有回路都不会停电(每个回路都经过两台断路器供电)。,甚至在一组母线检修另一组母线故障或两组母线同时故障的极端情况下，也不中断供电。,(3)主要缺点是：所用断路器、电流互感器等设备多、投资较大；继电保护及二次回路的设计、调整、检修等比较复杂。,(4)适用范围：,大型电厂和变电所的500kV配电装置。,二、无母线的基本接线形式,1桥形接线,(1)结构特征：,无母线，只有两台变压器和两回线路,四个回路使用三台断路器，中间的断路器称为联络断路器，连同两侧的隔离开关称为联接桥。联接桥靠近变压器为内桥接线，联接桥靠近线路为外桥接线。,易于发展过渡为单母线分段或双母线接线；,但可靠性和灵活性不够高。,桥形接线简单清晰，没有母线;,所用断路器数量最少，经济性好;,(2)评价：,(3)适用范围：桥形接线一般可用于两变配两线的中小型发电厂和变电所，或作为最终接线为单母线分段或双母线接线的工程初期接线方式。,思考：,a)线路L2故障或检修如何操作？,a)变压器T2故障或检修如何操作？,b)线路L2故障或检修如何操作？,b)变压器T2故障或检修如何操作？,3单元接线,(1)结构特征：,发电机与变压器直接连接，中间不设母线。,发电机双绕组变压器单元接线,由于发电机和变压器不可能单独运行，故发电机出口不装断路器（当发电机、主变压器故障时，通过断开主变压器高压侧断路器和发电机的励磁回路来切除故障电流）但为调试发电机方便，可装一组隔离开关。,发电机一三绕组变压器单元接线,为了在发电机停运时，不影响高、中压侧电网间的功率交换，在发电机出口应装设断路器及隔离开关。,为保证在断路器检修时不停电，高中压侧断路器两侧均应装隔离开关。,由于200MW及以上机组的发电机出口断路器制造很困难，造价也很高，故200MW及以上机组一般都是采用发电机一双绕组变压器单元接线。,扩大单元接线,当发电机容量不大时，可由两台发电机与一台变压器组成扩大单元接线，减少了变压器及其高压侧断路器的台数，相应的配电装置间隔也减少，节约投资与占地。,图a所示是发电机变压器扩大单元接线。,图b所示是发电机分裂低压绕组变压器的扩大单元接线，它的优点是可以限制其低压侧的短路电流。,第三节发电厂和变电所主变压器的选择,主变压器：在发电厂和变电所中，用来向电力系统或用户输送电能的变压器。联络变压器：用于两个电压等级之间交换电能的变压器。厂(所)变压器：用于本厂(所)用电的变压器，也称自用变。,一、变压器台数的选择,1发电厂变压器台数的选择,为保证供电可靠性，接在发电机电压母线上的主变压器一般不少于两台。单元接线变压器为一台。扩大单元接线时，两台发电机配一台变压器。,第四节限制短路电流的方法,问题的提出：在发电机或变电所的610kV母线上发生短路时，短路电流的数值可能很大，致使电气设备的选择发生困难，或使所选择的设备容量升级，投资增加。,发电机电压和变电所610kV出线回路中能采用容量不升级的电器(选择轻型断路器)及截面较小的电力电缆，节约投资。,一、采用适合的主接线形式及运行方式,选择计算阻抗比较大的接线形式或运行方式，增大电源至短路点的等效电抗。,例如：限制接入发电机电压母线的发电机台数和容量；大容量的发电机采用单元接线形式；降压变电所采用变压器在低压侧分列运行的方式；合理地断开环网等。,二、装设限流电抗器,普通电抗器,分裂电抗器,母线电抗器,线路电抗器,限流电抗器分,1装设母线分段电抗器,母线分段电抗器装设地点：在发电机电压的6-10kV母线分段处。作用：限制来自另一母线的发电机所提供的短路电流（限制发电厂内部的短路电流），对系统提供的短路电流也能起到一定的限制作用。,2装设线路电抗器,线路电抗器装设地点：在线路隔离开关与线路断路器之间。作用：限制电缆线路的短路电流（架空线路的电抗大，不需装电抗器）。,加装线路电抗器后：可使电缆线路的断路器容量不升级；电缆截面减小；维持母线残压在较高数值，这对其他回路正常运行有利。,加装母线电抗器后：可使所选择的发电机、主变、分段、母联回路的断路器容量不升级，减少投资。,3装设分裂电抗器,分裂电抗器的图形符号、一相接线及等效电路如图3-20所示。,正常运行时，每臂的电抗值只有其自感电抗的一半，故正常工作时的电压损失较小。,当某端发生短路时，每臂的等值电抗大于正常运行时的电抗，故限流作用强。,4采用低压分裂绕组变压器,(1)结构,低压分裂绕组变压器是一种将低压绕组分裂成为相同容量的两个绕组的变压器,(2)常见应用常用于发电机变压器扩大单元接线，限制发电机出口的短路电流作为大容量机组的高压厂用变压器，以限制厂用电系统的短路电流,第一节概述,一、厂用电及厂用电率,厂用电：保证发电厂(或变电所)正常运行而自己耗用的电能。,厂用电率KP：厂用电耗电量AP占同一时期内全厂总发电量A的百分数。,厂用电率是发电厂的主要运行经济指标之一，降低厂用电率不仅降低了发电成本，同时也相应地增大了对电力系统的供电量。,凝汽式火电厂为58,热电厂为810,水电厂为0.32,二、厂用负荷分类,1.按重要性分类,类厂用负荷：短时停电也可能造成发电厂的主要设备损坏、危及人身安全、主机停运和大量影响电厂出力的厂用负荷。,保证措施：它们应由两个独立电源供电，两个电源之间自动切换。,如：给水泵、凝结水泵、循环水泵、引风机、送风机、给粉机、水电厂的调速器、压油泵等。,类厂用负荷：仅允许短时停电（几秒至几分钟），再恢复供电后，不致造成生产紊乱，损坏设备或影响机组正常运行的厂用负荷。,如：输煤设备、化学水处理设备等。,保证措施：应由两个独立电源供电，两个电源之间手动切换。,类厂用负荷：较长时间（几小时甚至更长时间）停电，不会直接影响电厂生产，仅造成生产上不方便的厂用负荷。,可由单电源供电，电源故障时,允许进行检修或更换。,事故保安负荷：事故停机过程及停机后一段时间内，停电会引起主要设备损坏、重要的自动控制失灵或危及人身安全的负荷。,如：实验室、中央修配厂、油处理室等负荷,如：直流保安负荷：发电机组的直流润滑油泵。交流保安负荷：盘车电动机、交流润滑油泵等。,直流保安负荷：由蓄电池组供电。,交流保安负荷，平时由交流厂用电源供电，事故后，由快速启动柴油发电机组自动投入供电。,交流不间断供电负荷：在机组启动、运行以及正常和事故停机过程中，甚至在停机后的一段时间内，需要连续供电并具有恒频恒压特性的负荷。如：实时控制计算机、热工仪表与保护、自动控制和调节装置等用电负荷。,措施：UPS电源供电。,当供电输入正常时，UPS电源将电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流稳压器，同时它还向机内电池充电；当供电中断(事故停电)时,UPS电源立即将机内电池的电能,通过逆变转换的方法向负载继续供应220V交流电。,（3）备用电源的备用方式,暗备用：是指不另设专门的备用变压器，工作变压器之间互为备用。这种备用方式，需要将每台工作变压器的容量加大，正常运行时均在轻载状态下运行。厂用负荷较小，厂用工作变压器的容量也较小时可采用这种方式，如水电厂和变电所通常采用暗备用方式。,明备用：是指设有专门的备用变压器，当某个厂用工作电源故障退出后，备用电源自动投入，恢复对该厂用母线段的供电。这种备用方式，备用电源容量应等于最大一台工作变压器的容量。大型火电厂厂用负荷很大，厂用工作变压器的容量也很大，通常采用明备用方式。,第一节概述,当电流通过导体时，在导体电阻中所产生的电阻损耗。绝缘材料在电压作用下所产生的介质损耗。导体周围的金属构件，特别是铁磁物质，在电磁场作用下，产生的涡流和磁滞损耗。,长期发热：导体和电器中长期通过正常工作电流所引起的发热。,短时发热：由短路电流通过导体和电器时引起的发热。,2.发热的分类,1.引起导体和电器发热的原因,3.发热对导体和电器的不良影响,机械强度下降高温会使金属材料退火软化，机械强度下降。,接触电阻增加高温将造成导体接触连接处表面氧化，使接触电阻增加，温度进一步升高，产生恶性循环，可能导致连接处松动或烧熔。,绝缘性能降低有机绝缘材料（如电缆纸、橡胶等）长期受高温的作用，将逐渐变脆和老化，使用年限缩短，甚至碳化而烧坏。,4.为了保证导体在长期发热和短时发热作用下能可靠、安全地工作，应使其发热的最高温度不超过导体的长期发热和短时发热最高允许温度。,导体的长期发热最高允许温度不应超过+70，在计及日照影响时，钢心铝线及管形导体可按不超过+80考虑。当导体接触面处有镀（搪）锡的可靠覆盖层时，可提高到+85。,导体的短时最高允许温度，对硬铝及铝锰合金可取+200，硬铜可取+300。,5.发生短路故障时，除了引起发热外，还会产生很大的电动力，造成导体变形或损坏。,第四节导体的短时发热,导体的短时发热，是指短路开始至短路切除为止，很短一段时间内导体发热的过程。此时，导体发出的热量比正常发热量要多得多，导体温度升得很高。短时发热计算的目的，就是确定导体可能出现的最高温度。如果最高温度没有超过所规定的导体短时发热允许温度，则称该导体在短路时是热稳定的。否则，需要增大导体截面积或限制短路电流以保证导体在短路时的热稳定。,短时发热的特点:发热时间很短，电流比正常工作电流大的多，导体产生的热量来不及散失到周围介质中去，全部用来使导体温度升高，散热量可以忽略不计。,在短时间内，导体的温度快速升高，其电阻和比热容（温度变化1，单位质量物体吸热量的变化量）不再是常数而是温度的函数。,第七章配电装置,第一节概述,第二节屋内配电装置,第三节屋外配电装置,第四节成套配电装置,第五节发电机、变压器与配电装置的连接,第六节发电厂和变电所的电气总平面布置,屋内配电装置是将电气设备和载流导体安装在屋内，其特点是：（1）可以分层布置，占地面积较小；（2）维修、巡视和操作不受气候影响；（3）外界污秽的空气对电气设备影响较小，可减少维护的工作量（4）房屋建筑的投资较大。,大、中型发电厂和变电站中，35kV及以下电压等级的配电装置多采用屋内配电装置。110kV及220kV装置有特殊要求和处于严重污秽地区时，也可以采用屋内配电装置。,第二节屋内配电装置,屋外配电装置的特点：土建工作量和费用较小，建设周期短；扩建比较方便；相邻设备之间距离较大，便于带电作业；占地面积大；受外界环境影响，设备运行条件较差，需加强绝缘不良气候对设备维修和操作有影响。,第三节屋外配电装置,屋外配电装置：将电气设备安装在露天场地基础、支架、或构架上的配电装置。一般多用于110kV及以上电压等级的配电装置。,第四节成套配电装置,1、成套配电装置的特点有金属外壳（柜体）的保护，电气设备和载流导体不易积灰，便于维护，特别处在污秽地区更为突出。具有装配质量好、速度快，运行可靠性高的特点。其结构紧凑、布置合理、缩小了体积和占地面积。电器安装、线路敷设与变配电室的施工分开进行，缩短了基建时间。,