电气运行基本知识研究材料

第一章 电气运行基本知识第一节 电气设备简介一、火力发电厂生产过程及电气系统简介火力发电厂的生产过程概括起来是：先将燃料加工成适于现代锅炉燃用的形式（如把煤磨成很细的煤粉），在借助热风送入锅炉内充分燃烧，使储存于燃料中的化学能转变为热能；锅炉内的水吸热后在一定压力下变为饱和蒸汽，饱和蒸汽在过热器内继续加热成过热蒸汽，沿蒸汽管道进入汽轮机，在汽轮机内膨胀做功，驱动汽轮发电机组转子旋转，将蒸汽的能量转换成汽轮发电机转子旋转的机械能；发动机转子旋转时，在发电机转子内由励磁电流形成的磁场也随之旋转，使定子线圈所交链的磁通发生周期性的变化，在定子线圈中产生感应电势，发出电能，通过电力网将电能输送到工矿企业等用户；完成了机械能向电能的转换。单位时间内发电机发出的电能称为电功率。电功率又分为视在功率、有功功率和无功功率。视在功率S为发电机输出的线电压U（kV）和线电流I（kA）有效值乘积的倍，以kVA为单位，则有：（kVA）；有功功率（kW），为功率因数；无功功率（kVar）。视在功率、有功功率和无功功率的关系为。发电机发出电能后，为减少线路损耗，要通过主变压器将电压升高到一定值（如：330、750kV等），然后通过输电线路输送，在到达用户之前，再通过变压器将电压降低到需要的值（如：10、6kV和380V等）。发电厂在生产过程中需要大量的机械设备进行燃料、水、油、空气、灰等的处理和传输，也需要用电。这部分电能称为厂用电，根据设备使用的电压等级不同分为高压（6、10kV）和低压（380V）。我公司机组接线为单元接线，厂用电源从发电机出口引接，通过一台厂用高压变压器将电压降至6kV。厂用高压变压器为分裂变，低压侧有两个线圈，分别接两段母线，母线上接高压辅机和低压厂用变压器。根据不同的作用，每台机组配置不同的专业低压厂用变压器（汽机变、锅炉变、除尘变、脱硫变、化学变、输煤变、翻车机变、公用变等）接各动力中心母线（PC段）。我公司两台机配置一台高压启备变做为机组启动和事故情况下的厂用电源，变压器高压侧从老厂110kV母线通过电缆引接。第二节 电气运行的特点和任务电气运行是指发电厂、变电站、电力系统在电能的发、输、配、用电生产过程中，运行值班人员（包括系统调度员）对发供电设备进行监视、控制、操作和调整，使电力系统内部的电气设备安全、稳定、经济运行，同时对电气设备运行状态进行分析，在出现异常报警及事故情况下，及时准确地进行处理，保证发电厂、变电站等电力系统及其设备正常运行。作为电气运行的值班人员必须熟知电力运行的生产特点，掌握并严格遵守电气运行的各种规章制度，确保电力生产安全稳定运行。一、电气运行工作的特点电气运行工作相比较其它专业的运行工作有其特殊的一面，它缺乏直观性、存在不可逆性、动作迅速、影响大、误操作后果严重等特点，因此电气运行人员要正确认识电气运行工作的严肃性，必须要严格遵守各项安全管理和电气运行操作相关管理制度。1. 电气运行工作由于电力的特殊性，看不见、碰不得，对它的认识只能通过其它附属设备（电压互感器、电流互感器以及其它仪表、保护装置等）才能反映出来，缺乏直观性。因此电气运行工作要求值班人员要有较高的理论知识和分析判断能力。2. 电力生产的同时性：即电能的生产、输送、使用是同时完成的。3. 电力生产的平衡性：即发电厂生产的电能和用户使用的电能在任何时候都要平衡，这样才能保证电网的频率和电压在正常范围之内，方可使电网安全、稳定运行。4. 电气运行的不可逆性：电气操作的过程只有正确操作和误操作两种可能，误操作造成的后果相当严重，因此必须确保一次操作正确无误。5. 电气生产运行的速动性：电气设备故障、保护动作时间都是微观量统计的，电气设备状态、系统潮流变化非常迅速、波及范围广，对人身伤害和设备损坏都是瞬间的。二、电气运行的主要任务电气运行工作的主要任务是确保电力系统生产的安全经济运行，满足社会生产过程中各种用户的用电需求。1. 确保电力生产安全运行电力生产的特点是发电、输电、用电同时完成，因电能不能大量储存，发、输、配、用电整个过程均处于动平衡状态，这种生产方式决定了发、供电必须要有很高的可靠性、连续性和稳定性。随着电网规模的不断扩大和电网大机组不断增多，电力系统稳定性就显得更加重要，如果一个电厂、一个变电站或系统的一条联络线发生故障，就可能引起系统振荡，甚至造成整个电网瓦解等严重后果。所以，运行值班人员一定要把电力安全生产放在第一位，保证发电厂、变电站以及整个电力系统的安全稳定运行，这是电力生产运行的基本要求和首要任务。2. 确保电力生产经济运行搞好电力生产经济运行的前提是确保电力系统安全生产。在保证电力生产安全运行的前提下，做好经济运行是电力企业的根本目的。电力生产的经济运行应从整个生产过程中的各个环节来抓，发电部门应降低燃煤消耗和厂用电率，尽可能地多发电、少耗电，降低电力生产成本。为此，各级生产人员和值班人员，应做好下列工作：(1) 贯彻执行各项规章制度，杜绝事故的发生，防止事故造成重大损失。(2) 保证检修质量，提高设备健康水平，使设备安全、连续、可靠运行。(3) 采用合理的运行方式，使系统和设备安全、经济运行。(4) 及时消除系统及设备异常工况，正确、迅速处理事故，将事故影响减小到最小范围。(5) 运行工作应做到五个到位： A.联系到位。当机组有操作任务时，本机组运行人员应及时联系、相互沟通，做到人人都知道当前的工作任务和重点操作。B.检查到位。根据运行工作需要，定期巡视检查运行设备和监视画面设备、系统的运行工况，及时发现和消除设备缺陷、存在的隐患，保证设备、系统安全运行。C.分析到位。对当前设备的运行状况要分析到位，随时掌握设备的运行工况，以便采取相应对策。D.调整到位。机组运行人员应严密监视设备的运行参数，及时调整各项参数，使其运行在规定范围内。E.预想到位。机组运行人员，根据当班设备、系统、人员、环境的实际运行工况，提前做好危险点预控工作，做好相应的异常事故预案措施，以便应对出现的不安全事件，将其消除在可控范围之内。(6) 做好与运行有关的其它工作。如运行日志的填写，运行缺陷的登录、消除，运行参数的打印，各项参数的计算，图纸、资料、备品、工具的管理等。第三节 发电厂主要电气设备在发电厂和变电站（所）中，根据电能的生产、转换和分配等各个环节的需要，配置了各种电气设备，根据它们在运行中所起的作用的不同，通常将他们分为电气一次设备和电气二次设备。一、电气一次设备及其作用在电力系统中直接参与生产、变换、传输、分配和使用电能的设备称为电气一次设备。1. 发电机：与汽轮机同轴，将汽轮机传递的机械能转换为电能。由定子和转子组成，转子同汽轮机转轴连接，转子线圈通入直流电源，动静结合处的电流通过碳刷传递，转子旋转后形成旋转磁场。定子切割转子旋转磁场，感应出三相交流电势。发电机线圈为Y型接法，中性点和出线均从机腹下引出。2. 主变压器：将发电机发出的电能升压至高压（750kV）接入系统，主变压器的容量能够满足输送发电机发出的全部功率。3. 厂用高压变压器：将发电机发出的电能降压至6kV，满足本机组发电需要。4. 启备变：机组启动和事故时的备用电源。在6kV母线上有两台电源开关，一台工作、一台备用，工作和备用之间有快速切换装置，保证母线上的设备连续、可靠的工作。5. 励磁变：接在发电机的出口，降压后接入整流柜，整流后通过碳刷接入发电机的转子线圈，形成旋转磁场。整流柜输出电流的大小通过励磁调节装置进行调节，使发电机在额定电压下运行。6. 断路器：接通和断开设备的负荷电流，并能迅速切断故障电流保护电气设备。具有灭弧能力。根据灭弧方式分为真空断路器、SF6断路器等。7. 隔离开关：不能断开正常负荷电流，更不能断开短路电流，主要的作用是在电气设备检修时，形成明显可见的断开点；接通或断开励磁电流不超过规定的空载变压器回路及电容电流不超过规定的空载线路；与断路器配合或单独完成一些倒闸操作。8. 电流、电压互感器：互感器的原理和变压器相似，电压互感器将高电压变为低电压（一般为100V），电流互感器将大电流变为小电流（一般为15A），供测量、控制和继电保护使用。9. 母线：汇集和分配电能的设备。10. 接地线：检修人员检修设备时，为防止设备突然来电对人员造成伤害，在需要检修的设备上安装接地线，接地线为三相短路接地。11. 避雷器：消除感应、谐振、操作、侵入等原因引发的过电压，保护电气设备绝缘不受损坏。二、电气二次设备及其作用为了保证电气一次设备的正常运行，对其运行状态进行测量、监视、控制、调节、保护等的设备称为电气二次设备，主要有：1. 各种测量表计，如电流表、电压表、有功功率表、无功功率表、功率因数表等。2. 各种继电保护以及自动装置。3. 直流电源设备，如蓄电池、充电装置等。第四节 电气设备倒闸操作规定倒闸操作在火力发电厂的电气运行工作中非常频繁和重要，因此要严格按照规定执行好电气操作任务，认真贯彻落实电气运行各项管理制度，确保人身、设备安全和系统稳定。电气操作应坚决杜绝发生下列恶性误操作：1. 带负荷拉合刀闸2. 带电装设接地线（合接地刀闸）3. 带接地线（接地刀）合闸送电4. 误拉合断路器5. 误入带电间隔6. 非同期并列一、倒闸操作与设备状态电气设备由一种状态转换到另一种状态，或改变系统的运行方式所进行的一系列操作，称为倒闸操作。倒闸操作与电气设备实际所处的状态密切相关，设备所处的状态不同，倒闸操作的步骤、复杂程度也不同。故进行电气设备的倒闸操作，必须了解设备所处的状态，根据设备的状态和系统运行方式，写好操作票，然后进行倒闸操作。电气设备的状态有检修状态、冷备用状态、热备用状态和运行状态等四种。以发变组为例，结合图1-1分别加以说明。图1-1 发电机-变压器的四种状态1. 检修状态：检修状态系指检修设备各方面的电源及所有操作电源均已断开，并布置了与检修有关的安全措施（如合接地刀闸或装设接地线、悬挂标示牌、装设临时遮栏）。如图1-1（a）所示，发电机变压器组停电检修，其各方面的电源已断开（与系统相连的隔离开关QS1、QS2和断路器QF均断开，发电机励磁系统有关开关断开，电压互感器断开，其一、二次熔断器均取下），所有的操作电源也断开，检修过程中可能来电的各方面均装设接地线或合上接地隔离开关。2. 冷备用状态：冷备用状态系指设备的检修工作已全部结束，有关检修临时安全措施已全部拆除，恢复常设安全设施，其工作电源和操作电源仍在断开位置，设备具备一切投入运行的条件。如图1-1（b）所示，发电机变压器组检修工作全部结束，其检修临时安全措施接地线已拆除，接地隔离开关已拉开，QS1、QS2、QF、电压互感器、励磁系统有关开关、所有操作电源均在断开位置。发变组等设备具备一切投入运行的条件。3. 热备用状态：设备保护已投入，开关一经合闸就可带电运行的状态称热备用状态。如图1-1（c）所示，除发变组出口主断路器QF未合闸外，其余设备均已操作至工作位置（按运行方式QS1、励磁系统有关开关、电压互感器高、低压侧熔断器已装上，所有操作电源已投入），只要同期合上QF，发电机变压器组便投入运行。4. 运行状态：凡设备带电、有电流流过的状态称为运行状态。图1-1（d）中，除接地隔离开关、QS2断开外，其余断路器、隔离开关均在合闸位置，设备的继电保护、所有操作电源均投入，发电机、变压器及其相关设备均处带电运行状态。二、倒闸操作的内容倒闸操作有一次设备的操作，也有二次设备的操作，其操作内容如下：1. 合上（断开）断路器；2. 合上（拉开）隔离开关；3. 合上（拉开）接地刀闸（拆除或装设接地线）；4. 装上（取下）某些控制回路、合闸回路、电压互感器回路的熔断器；5. 投入（停运）某些继电保护和自动装置及改变其整定值；6. 改变变压器、消弧线圈的分接头。三、倒闸操作一般规定1. 倒闸操作必须得到相应调度机构和值长的命令才能执行。2. 倒闸操作必须由具备操作条件的人员进行。3. 执行操作票和单项操作，均应进行模拟操作，并核对操作票操作步骤正确无误。4. 设备送电前，必须检查相关工作票全部终结，拆除接地线及一切与检修工作有关的临时安全措施，恢复固定常设遮栏及常设警告牌。5. 对送电设备一次回路进行全面检查应正常，设备送电前必须测量设备绝缘应合格。6. 设备投入运行（或备用）前，其保护必须投入。7. 装有同期合闸的断路器，必须进行同期合闸，仅在断路器一侧无电压进行充电操作时，才允许解除同期闭锁回路合上该开关。8. 检修过的断路器送电时，必须进行远方跳合闸试验，远方电动或气动合闸的断路器，不允许带工作电压手动合闸。运行中的小车断路器不允许解除机械闭锁手动分闸。9. 任何时候不能随意解除电气闭锁装置，如特殊情况必须解除时，要确认机构的确存在问题，但仍需办理解除闭锁审批单，经各级人员审批后方可进行操作。特殊时期值长可以审查批准解除电气闭锁，操作人员要做好记录。四、倒闸操作基本原则说明电气运行人员在进行倒闸操作时，应遵守下列基本原则：1. 停送电操作原则（1）拉、合隔离开关及小车断路器送电之前，必须检查并确认断路器在断开位置（倒母线操作例外，此时母联断路器必须合上）。（2）禁止带负荷拉、合隔离开关，所装电气和机械防误闭锁装置不能随意解除。（3）停电时，先断开断路器，后拉开负荷侧隔离开关，最后拉开电源侧隔离开关；送电时，先合上电源侧隔离开关，再合上负荷侧隔离开关，最后合上断路器。（4）在操作过程中，发生误合隔离开关时，不准把误合的隔离开关再拉开；发生误拉隔离开关时，不准把已拉开的隔离开关重新合上。只有用手动蜗轮传动的隔离开关，在动触头未离开静触头刀口之前，必须将误拉的隔离开关重新合上，不再操作。上述规定是由于隔离开关无灭弧装置，不能用于带负荷接通或断开电路，否则操作隔离开关时，将会在隔离开关的触头间产生电弧，引起三相短路事故。而断路器有灭弧装置，只能用断路器接通或断开有负荷电流的电路。2 母线倒闸操作原则（1）母线送电前，应先将该母线的电压互感器投入；母线停电前，应先将该母线上的所有负荷转移完后，停运母线，再停运该母线的电压互感器。（2）母线充电时，必须用断路器进行，其充电保护必须投入，充电正常后应停运充电保护。（3）倒母线操作前投入母线“互联”保护压板，倒闸操作结束后退出该压板。双母线系统在进行倒闸操作时，有些单位可能要求禁止跳母联断路器（取掉开关操作保险），但从取掉开关操作保险到两隔离刀闸同时闭合，时间可能较长，若此过程中母线发生故障，非故障母线只能靠母联失灵保护切除，增加了故障的切除时间。双母线保护装置设置了一个“互联”压板，可以避免以上缺点。3.变压器操作原则（1）变压器停送电操作顺序：送电时，应先送电源侧，后送负荷侧；停电时，操作顺序与此相反。按上述顺序操作的原因是：因变压器主保护和后备保护大部分装在电源侧，送电时先送电源侧，在变压器有故障的情况下，变压器的保护动作，使断路器跳闸切除故障，便于按送电范围检查、判断及处理事故。送电时，若先送负荷侧，在变压器负荷侧有故障的情况下，对小容量变压器，其主保护及后备保护均装在电源侧，此时保护动作，将造成越级跳闸或扩大停电范围。对大容量变压器，均装有差动保护，不论从哪一侧送电，变压器故障均在其保护范围内，但大容量变压器的后备保护（如过流保护）均装在电源侧，为保证后备保护能可靠动作，仍然按照先送电源侧，后送负荷侧为好。停电时，先停负荷侧，在负荷侧为多电源的情况下，可避免变压器反充电；反之，将会造成变压器反充电，并增加其它变压器的负担。（2）凡有中性点接地的变压器，变压器的投入和停用前，均应先合上各侧中性点接地隔离开关。（a）（b）（a）（b）（a）QS2拉开时，110KV侧运行示意图 （a）变压器运行接线；（b）零序电压分布图（b）A相接地短路相量图图1-2 变压器中性点直接接地 图1-3 变压器运行接线及单相接地零序电压分布图变压器在充电时，其中性点接地隔离开关也应合上。中性点接地隔离开关合上的目的是：其一，可以防止单相接地产生过电压和避免产生某些操作过电压，保护变压器绕组不因过电压而损坏；其二，中性点接地隔离开关合上后，当发生单相接地时，有接地故障电流流过变压器，使变压器差动保护和零序电流保护动作，将故障点切除。如果变压器处于充电状态，中性点接地隔离开关也应在合闸位置，分析如图1-2所示，变压器的110kV侧运行，220kV侧断路器QF断开，接地隔离开关QS2断开，当变压器的220kV侧绕组出线端发生单相（如A相）接地时，因QS2在断开位置，无单相接地短路电流，则变压器的差动和零序电流保护均不能动作，此时，220kV侧中性点对地电压为相电压，B、C相对地电压为线电压。如图1-2（b）所示，在此过电压作用下，变压器可能因绝缘击穿而损坏。若QS2在合闸位置，当发生单相接地时，一方面不会产生过电压，另一方面因有接地电流流过变压器，使变压器的差动保护和零序电流保护动作将接地故障切除，故变压器在充电状态下必须合上中性点接地隔离开关。（3）两台变压器并联运行，在倒换中性点接地隔离开关时，应先合上中性点未接地的变压器中性点接地隔离开关，再拉开另一台中性点接地的变压器中性点接地隔离开关，并将零序电流保护切换到中性点接地的变压器上。如图1-3所示，变压器T2、T3并联运行，中性点接地隔离开关QS2在合闸位置，QS3在断开位置，当需要进行QS2与QS3的切换操作时，应先合上QS3，再拉开QS2，使电网不失去接地中性点。若先拉开QS2，则出现QS2、QS3同时断开的情况，此时若线路上任意一点（如k点）发生单相完全接地，则电网中出现零序电压U0，U0在电网中的分布如图1-3（b）所示。因T1中性点接地隔离开关QS1在合闸位置，T1中性点的零序电压U0=0，k短路点的零序电压最大，其U0=相电压，因QS2 、QS3均已拉开，则T2和T3中性点的零序电压也为相电压，故因QS2 、QS3同时拉开，在线路发生单相接地的情况下使T2、T3的中性点同时出现相电压，因此，T2、T3非故障相为线电压，这些过电压是T2、T3无法承受的，其绝缘将因此而击穿。当T2和T3任一变压器中性点接地刀闸合上时，如T2的QS2合上，若发生单相接地，则T2中性点对地电压为零，T3中性点出现零序电压。但T2的零序电流保护动作，将中性点不接地的变压器T3瞬时跳闸，若接地故障还未切除，则T2的零序电流保护延时跳开本变压器，故避免了T2和T3承受接地过电压的危害。（4）变压器分接开关的切换。无励磁分接开关的切换应在变压器停电状态下进行，分接开关切换后，必须用欧姆表测量分接开关接触电阻合格后，变压器方可送电。有载分接开关在变压器带负荷状态下，可手动或电动改变分接头位置，但不得连续调整。4线路操作原则：线路送电前，由较大系统侧充电，在电源侧或小系统侧合环，停电时则相反。五、倒闸操作基本步骤1.正常情况倒闸操作基本步骤(1) 接受任务。当系统调度员下达操作任务时，操作前用电话或传真将操作命令（包括操作目的和项目）下达给电厂的值长，值长接受操作任务时，应将操作命令复诵一遍，并将电话录音或传真件妥善保管；当值长向主值班员下达操作任务时，要说明操作目的、操作项目、设备状态，接受任务者接到操作任务后，复诵一遍，并记入操作记录本中。主值向值班员（操作人、监护人）下达操作任务时，除了上述要求外，还应交待安全事项。(2) 填写操作票。主值班员接受操作任务后，立即指定监护人和操作人，操作票由操作人填写。填写操作票的目的是拟订具体的操作内容和顺序，防止在操作过程中发生顺序颠倒或漏项。(3) 审核操作票。操作票填写好了以后，必须经过三级审查。l 自审 由操作票填写人自己审查。l 初审 由操作监护人审查。l 复审 由值班负责人（主值班员、值长）审查。审票人应认真检查操作票的填写是否有漏项，操作顺序是否正确，操作术语使用是否正确，内容是否简单明了，有无错漏字等，各级审核无误后，各审核人均在操作票上签字，操作票经值班负责人签字后生效。(4) 接受操作命令。操作必须由值长发布操作命令，操作监护人接令复诵无误后方可执行。(5) 模拟操作。正式操作之前，有条件进行模拟操作的，监护人、操作人应先在模拟图板上按照操作票上所列项目和顺序进行模拟操作，监护人按操作票的项目顺序唱票，操作人复诵后在模拟图板上进行操作，最后依次核对检查操作票的正确性。(6) 正式操作。电气设备倒闸操作必须由两人进行，即一人操作，一人监护。监护人一般由技术水平较高、经验较丰富的值班员担任，操作人应是由熟悉业务的值班员担任。特别重要和复杂的倒闸操作，由熟练的值班员操作，值班负责人监护。操作监护人和操作人做好了必要的准备工作后，携带操作工具进入现场进行正式的设备操作。操作前必须检查专用防护罩佩戴良好，绝缘手套完好，操作位置正确，操作设备时必须执行唱票、复诵制度。开始操作时记录操作开始时间，每进行一项操作，其程序是：唱票对号复诵核对下令操作复查做执行记号“”。具体地说，就是每进行一项操作，监护人按照操作票项目先唱票，然后操作人按照唱票项目的内容，查对设备名称、编号、自己所处位置、操作方向（即四个对照），正确无误后，手指所要操作的设备（即对号），复诵操作命令，监护人听到操作人复诵的操作命令后，再次核对设备名称、编号无误，最后下令“对，执行”，操作人听到监护人的“对，执行”的命令后方可进行操作。操作完一项后，复查该项，检查该项操作结果和正确性，如断路器实际分、合位置，机械指示，信号指示灯、表计变化情况等，并在操作票上该项编号前做一个记号“”，按上述操作程序，依次操作后续各项。(7) 复查设备。全部操作执行完毕，操作人、监护人应全面复查一遍，检查操作过的设备是否正常，仪表指示、信号指示、联锁装置等是否正常，并记录操作终结时间。(8) 操作汇报。操作结束后，监护人应立即向发令人汇报操作情况、结果、操作起始和结束时间，经发令人认可后，由操作人在操作票上盖“已执行”章。(9) 操作记录。监护人将操作任务、起始和终结时间计入操作记录本中。2.事故时的操作在事故处理时，为了迅速切除故障，限制事故的发展，消除事故的根源，迅速恢复供电，并使系统频率、电压恢复正常，可以不用操作票进行操作，但需遵守安全工作规程的有关规定。事故处理后一切善后操作，仍应按正常情况的倒闸操作步骤进行。六、倒闸操作术语表11 电气倒闸操作术语表被操作设备术 语被操作设备术 语发变组并列、解列继电保护投入、退出、动作环状网络合环、解环自动装置投入、退出、动作联络线并列、解列、充电熔断器装上、取下变压器运行、热备用、冷备用、检修、充电接地线装上、拆除断路器合上、断开、跳闸、重合有功、无功增加、减少隔离开关合上、拉开母线运行、热备用、冷备用、检修网络资料