风电场变电站的电气设备

发电厂变电站电气设备发电厂变电站电气设备第一章绪论第二章电力系统中性点的运行方式第三章电弧及电气触头的基本知识第四章低压电器第五章熔断器第六章高压开关电器第七章互感器第八章母线、电力电缆及绝缘子第九章电力电容器和电抗器第十章电气主接线第十一章自用电接线第十二章配电装置第十三章接地装置第十四章电气设备的选择第一章绪论第一节我国电力工业发展简况第二节发电厂和变电站概述第三节发电厂变电站电气设备概述第四节电气设备的主要参数本章小结思考练习1.1我国电力工业发展简况电力是工农业生产不可缺少的动力,并广泛应用到一切生产部门和日常生活方面。电能有许多优点:首先,它可简便地转换成另一种形式的能量。例如,电动机,是将电能转换成机械能,拖动各种机械;又如我们日常使用的电灯,是将电能转换为光能,满足照明需要。其次,电能经过高压输电线路,可输送很远的距离,供给远方使用。另外,许多生产部门利用电能进行控制,更容易实现自动化,提高产品质量和经济效益。电力工业应满足国民经济发展的需要,因此,在国民经济中保持电力工业适度的超前发展是十分必要的。中国经济的持续快速发展大大推动了电力行业的发展。“十五”（2001～2005年）后期至2020年,中国电力工业将进入一个新的发展时期,全国电力装机容量将会实现大幅增长。截至2003年底,中国电力装机容量达到3.8亿kW,预计到2005年将达到4.5亿kW以上,2010年将达到6.5亿kW左右,2020年将达到9.5亿kW左右。目前中国百万千瓦以上的水、火、核电站的总数已达到107座,比2000年初增加27座。中国已形成以大型发电厂和高效大容量发电机组为骨干的电力生产体系。进入21世纪的中国电力工业发展已步入了大电网、大机组、高参数、超高压和自动化、信息化及全国联网的新阶段。1.1我国电力工业发展简况火电站中装机容量最大的为福建漳州后石电厂,为360万kW。水电站装机容量最大的是在建的三峡水电站,为1820万kW。核电站中装机容量最大的为广东岭澳核电站,为198万kW。新能源的开发方面,中国电力企业联合会的统计显示,经过近10年以年均55%的快速增长后,至2003年底,中国内地已建成的风力电厂达40个,风力发电机组达1042台,累计装机总容量为56.7万kW。300MW火力机组已成为我国主力发电机组,目前我国已具备600MW级及以上容量火力发电机组的设备制造能力,单机容量为600MW机组的电厂目前已开始相继投建。中国风能资源非常丰富,尤其是西北、东北和沿海地区。为此,中国有关部门已作出规划,到2005年中国风力发电装机总量将达到100万kW,到2010年将达到400万kW,到2020年将达到2000万kW,届时在全国电力能源结构中的比例将占到2%。1.1我国电力工业发展简况我国各地资源分布和经济发展很不平衡:从一次能源分布看,水能资源主要集中于西部和西南部地区,可开发容量占全国83%,煤炭资源集中在于华北和西北部地区,占全国80%;从各地区发展和电力消费水平看,中部和东部沿海地区经济总量占全国82%,电力消费占78%,而西部地区则分别只占18%和22%。这种资源和经济发展的不平衡客观上要求必须加快全国联网,推动西电东送和南北互供,以促进全国范围内的资源优化配置。早在1989年,就已形成了7个跨省电网:东北电网、华北电网、华东电网、华中电网、西北电网、西南电网、南方互联电网(含香港电网和澳门电网)。在经历了从省网发展到大区电网的积累后,跨大区电网互联工程大步推进。1989年9月,华中华东电网之间的±500kV超高压直流输电工程(1.2GW)投入运行,在中国首次实现非同步跨大区联网。“十五”期间全国联网取得实质性进展。2005年前后,将以三峡工程为中心,以华中电网为依托,向东西南北四个方向辐射,建设四个方向的联网和输电线路,同时不断扩大北中南三个主要西电东送通道规模。届时,除新疆、西藏、海南、台湾外,全国互联电网格局基本形成。1.2发电厂和变电站概述一、发电厂发电厂是把各种一次能源转换成电能的工厂。1火力发电厂燃料的化学能—蒸汽的热能—机械能—电能火电厂布置图1—煤场;2—锅炉房;3—汽机房;4—主控制室;5—办公楼;6—烟囱;7—屋外高压配电装置1.2发电厂和变电站概述2水力发电厂堤坝式（坝后式、河床式）坝后式水电厂1—坝;2—压力水管;3—厂房河床式水电厂1—进水口;2—厂房;3—溢流坝1.2发电厂和变电站概述引水式引水式水电厂1—堰;2—引水渠;3—压力水管;4—厂房1.2发电厂和变电站概述抽水蓄能电厂抽水蓄能电厂1—压力水管;2—厂房;3—坝1.2发电厂和变电站概述3核电厂压水堆核电厂发电方式示意图1—核反应堆;2—稳压器;3—蒸汽发生器;4—汽轮发电机组;5—给水加热器;6—给水泵;7—主循环泵4其它发电方式利用其他一次能源发电的,有风力发电、潮汐发电、地热发电、太阳能发电等。此外,还有直接将热能转换成电能的磁流体发电等。1.2发电厂和变电站概述2.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。电力系统原理接线图1.2发电厂和变电站概述变电站根据它在系统中的地位，可分为下列几类：1枢纽变电所2中间变电所3地区变电所4终端变电所三峡水电站伊泰普水电站溪洛渡水电站火电厂火电厂秦山核电站大亚湾核电站风电厂太阳能发电太阳能风能互补发电返回1.3发电厂和变电站电气设备概述1．主要电气设备一次设备：直接生产和输配电能的设备称为一次设备。二次设备：对一次设备的工作进行监察测量和控制保护的辅助设备成为二次设备。2．电气主接线一次设备连成的电路称为电气主接线或一次电路（主电路）。二次设备连成的电路成为二次电路（副电路）。电路图是用一定的图形符号描绘成三线图或单线图，主接线图通常画成单线图。几种典型的主接线（单母线、双母线、桥式接线、单元接线）1.3发电厂和变电站电气设备概述3．主要电气设备母线：汇总接受和分配电能的装置。断路器、隔离开关：断路器是用来接通和断开电路。隔离开关不能用于接通或断开有负荷电流的电路，因其无灭弧装置，作用是使需要停电设备与带电部分可靠地隔开。互感器：把一次电路的高电压和大电流变换为二次设备所需要的低电压和小电流，同时实现了一次与二次的隔离。电容器：补充系统无功功率缺额的电气设备。思考题1.我国电力工业发展的方针是什么?2.发电厂、变电所的类型有哪些?各有什么特点?3.哪些设备属于一次设备?其功能是什么?第二章电力系统中性点的运行方式第一节中性点不接地的三相系统第二节中性点经消弧线圈接地的三相系统第三节中性点直接接地的三相系统第四节中性点经阻抗接地的三相系统第五节主变压器和发电机中性点接地方式本章小结思考练习电力系统中性点是三相绕组作星形连接的变压器和发电机的中性点。电力系统中性点与大地间的电气连接方式，称为电力系统中性点接地方式（即中性点运行方式）。电力系统中性点的运行方式，可分为中性点非有效接地和中性点有效接地两大类。中性点非有效接地包括中性点不接地、中性点经消弧线圈接地和中性点经高电阻接地的系统，当发生单相接地时，接地电流被限制到较小数值，故又称为小接地电流系统；中性点有效接地包括中性点直接接地和中性点经小阻抗接地的系统，因发生单相接地时接地电流很大，故又称为大接地电流系统。2.1中性点不接地的三相系统一、正常运行情况中性点不接地系统的正常运行情况时的电路图2.1中性点不接地的三相系统电力系统正常运行时，一般认为三相系统是对称的，若三相导线经过完全换位，则各相的对地电容相等，相对地电压分别为：uuudUnUUUvvvdUnUUUwwwdUnUUU各相导线对地的电容相等并等于C，正常时各相对地电容电流的有效值也相等，且有ICU＝ICV＝ICW＝ωCUph中性点不接地系统的正常运行情况时的相量图2.1中性点不接地的三相系统一、单相接地故障中性点不接地系统的单相接地时的电路图2.1中性点不接地的三相系统当W相完全接地时，故障相的对地电压为零，即：0wkUwnnnwkUUUUU则有：wuuukUUnUUUwvvvkUUnUUU非故障相U相和V相的对地电压分别为：非故障相的对地电压升高到线电压，即升高为相电压的倍。3系统三相的线电压仍保持对称且大小不变。因此，对接于线电压的用电设备的工作并无影响，无须立即中断对用户供电。2.1中性点不接地的三相系统Ｗ相接地时，W相对地电容被短接，Ｗ相的对地电容电流为零。未接地U、V相的对地电容电流的有效值为：PhCVCUCUII3此时三相对地电容电流之和不再等于零，大地中有容性电流流过，并通过接地点形成回路，接地电流：单相接地电容电流的实用计算为：)(CVCUCIII350)35(21LLUIC式中：IC—接地电容电流，A；U—系统的线电压，kV；L1—架空线路的总长度，km；L2—电缆线路的总长度，km。2.1中性点不接地的三相系统中性点不接地系统的单相接地时的相量图当发生不完全接地时，即通过一定的电阻接地时，接地相的相对地电压大于零而小于相电压，未接地相的对地电压大于相电压而小于线电压，中性点电压大于零而小于相电压，线电压仍保持不变，此时的接地电流要比完全接地时小一些。2.1中性点不接地的三相系统中性点不接地系统发生单相接地故障时产生的影响：单相接地时，在接地处有接地电流流过，会引起电弧，此电弧的强弱与接地电流的大小成正比。当接地电流不大时，交流电流过零时电弧将自行熄灭，接地故障随之消失，电网即可恢复正常运行；当接地电流超过一定值时，将会产生稳定的电弧，形成持续的电弧接地，高温的电弧可能损坏设备，甚至可能导致相间短路，尤其在电机或电器内部发生单相接地出现电弧时最危险；接地电流小于30A而大于5～10A时，有可能产生一种周期性熄灭与复燃的间歇性电弧，将引起过电压，其幅值可达2.5～3倍的相电压，这个过电压对于正常电气绝缘来说应能承受，但当绝缘存在薄弱点时，可能发生击穿而造成短路，危及整个电网的安全。2.1中性点不接地的三相系统单相接地故障时，由于线电压保持不变，对电力用户没有影响，用户可继续运行，提高了供电可靠性。为防止由于接地点的电弧及伴随产生的过电压，引起故障范围扩大，在这种系统中必须装设交流绝缘监察装置，当发生单相接地故障时，立即发出绝缘下降的信号，通知运行值班人员及时处理。电力系统的有关规程规定：在中性点不接地的三相系统中发生单相接地时，允许继续运行的时间不得超过2ｈ，并要加强监视。系统中电气设备和线路的对地绝缘必须按能承受线电压考虑设计，从而相应地增加了投资。2.1中性点不接地的三相系统（１）3～10kV钢筋混凝土或金属杆塔的架空线路构成的系统和所有35kV、66kV系统，不直接连接发电机的系统；当接地电流IC＜10A时；（２）3～10kV非钢筋混凝土或非金属杆塔的架空线路构成的系统，电压为3kV时，接地电流IC＜30A；电压为6kV时，接地电流IC＜20A；（３）3～10kV电缆线路构成的系统，接地电流IC＜30A；（４）与发电机有直接电气联系的3～20kV系统，如果要求发电机带内部单相接地故障运行，当接地电流不超过允许值时。适用范围2.2中性点经消弧线圈接地的三相系统消弧线圈的结构特点：①为了保持补偿电流与电压之间的线性关系，采用滞气隙铁芯②气隙沿整个铁芯均匀设置，以减少漏磁③为了绝缘及散热，铁芯和线圈都浸在油中④为适应系统中电容电流变化特点，消弧线圈中设有分接头（5～9个）中性点不接地系统，具有单相接地故障时可继续用户供电的优点，即供电可靠性比较高，但当接地电流较大时电弧不能自行熄灭则将造成危害。3-66kV系统中，当单相接地故障电流超过规定值时应采取措施减小接地点的电流。这时可采用中性点经消弧线圈接地的方式，在发生单相接地故障时，接地处流过一个与容性接地电流相反的感性电流，即消弧线圈对接地电流起补偿作用，使接地点处的电弧能自行熄灭