第2講發電、變電和輸電的電氣部分內容提要：1、電氣設備及電氣接線概述2、發電廠電氣部分組成3、高壓交流輸變電系統變電站電氣部分2.0電力系統的功能電能的生產：電能的傳輸：電能的變換

分配：電能的使用：火電、水電、核電、各種新能源等交流/直流架空線或電纜變電站各種形式的負荷將電能轉換為其他形式的能電氣部分包含電氣設備、連接電氣設備的電氣接線和裝置。為了滿足電能的生產、輸送和分配的需要，發電廠和變電站中安裝有各種電氣設備，用于實現起動、轉換、監視、測量、調整、保護、切換和停止等操作。按電壓等級可分為高壓電器和低壓電器；按所起的作用不同，電氣設備可分為一次設備和二次設備兩大類。2.1電氣設備與電氣接線2.1.1電氣設備電氣設備的分類及功能生產、變換、輸送、分配和使用電能的設備對一次設備測量、監視、控制和保護2.1.1電氣設備一次設備：生產和轉換電能的設備發電機（G）：將機械能轉換為電能變壓器（T）：改變電壓電動機（M）：將電能轉換為機械能發電廠中最主要的設備！斷路器（俗稱開關，QF）：接通或斷開電路的正常工作電流、過負荷電流或短路電流，有滅弧裝置；是電力系統中最重要的控制和保護電器。一次設備：開關電器圖形符號：隔離開關（俗稱刀閘，QS）：用來在檢修設備時隔離電壓，進行電路的切換工作機接通或斷開小電流電路，無滅弧裝置；一般只有電路斷開的情況下才能操作。使用量最多。圖形符號：一次設備：開關電器負荷開關（Q）：具有簡易的滅弧裝置，可以用來接通或斷開電路的正常工作電流和過負荷電流，但不能用來接通或斷開短路電流；可用來在檢修設備時隔離電源。一次設備：開關電器圖形符號：熔斷器（俗稱保險，FU）：用來斷開電路的過負荷電流或短路電流，但不能接通或斷開正常工作電流，必須與其他電器配合使用。一次設備：開關電器圖形符號：此外，還有用于配電系統的自動重合器和自動分段器、低壓開關電器等。作用是限制短路電流，維持母線殘壓，使發電廠或變電站能選擇輕型電器和選用截面積較小的導體。限流電器包括串聯在電路中的普通電抗器和分裂電抗器。一次設備：限流電抗器普通電抗器分裂電抗器避雷線避雷器避雷針一次設備：防御過電壓設備保護電力系統和電氣設備的絕緣，使其不受過電壓而損壞載流導體母線架空線電纜線一次設備：載流導體母線：匯集或分配電能，或將發電機、變壓器與配電裝置連接。架空線：終端線或聯絡線，用于傳輸電能。電纜：應用于城市、場站內部或附近。

一次設備：載流導體接地設備保護接地工作接地保護人身安全保證電力系統正常工作接地裝置：電力系統中性點的工作接地或保護人身安全的保護接地，都必須與地中的接地網相連。一次設備：接地設備調相機：不帶機械負荷運行的同步電動機，向系統輸出感性無功，以調節電壓控制點或地區的電壓。電力電容器：分串聯和并聯補償兩類。消弧線圈：補償小電流接地電流系統的單相接地電容電流，以利于熄滅電弧。并聯電抗器：吸收過剩的無功功率，改善沿線電壓和無功分布，提高送電效率；一般裝設在330kV及以上超高壓配電裝置的線路側。一次設備：無功補償設備用來補償電力系統的無功功率，以降低有功損耗和維持系統的穩定性。補償設備調相機電容器靜止補償器消弧線圈并聯電抗器儀用互感器：分為電流互感器（TA）和電壓互感器（TV）。電壓（電流）互感器將交流高壓（大電流）變為低壓（小電流），供電給測量儀表和機電保護裝置的電壓（電流）線圈。一次設備：儀用互感器測量表計絕緣監察裝置控制和信號裝置繼電保護和自動裝置直流電源設備電力載波通信設備手動自動控制信號反映設備事故或異常狀態繼電保護自動裝置切除故障元件自動調節蓄電池硅整流事故照明開關電器的操作保護和自動裝置直流電機二次設備測量表計如電壓表、電流表、頻率表、功率表等，用于測量電路中的電氣參數。繼電保護、自動裝置、遠動裝置迅速反應系統不正常情況或故障情況，進行監控和調節或作用于斷路器跳閘將故障切除。直流電源設備直流電源設備包括直流發電機組、蓄電池組、整流裝置等。供給控制、保護用的直流電源和廠用直流負荷等。操作電器、信號設備及控制電纜操作電器：諸如各種類型的操作把手、按鈕等操作電器實現對電路的操作控制。信號設備：信號設備給出信號或顯示運行狀態標志。控制電纜：控制電纜用于連接二次設備。電氣設備的符號圖形符號是用于表示電氣圖中電氣設備、裝置、元器件的一種圖形和符號。文字符號是電氣圖中電氣設備、裝置、元器件的種類字母和功能字母代碼。文字符號的字母應采用大寫的拉丁字母。主要電氣設備的圖形和文字符號如表所示。電氣設備的符號電氣設備的符號電氣設備的符號在發電廠和變電站中，各種電器設備須用導線按一定的要求連成一個整體，并與必要的輔助設備一起安裝，為電氣接線和電氣裝置。在發電廠和變電站中，根據各種電氣設備的作用及要求，按一定的方式用導線連接起來所形成的電路稱為電氣接線。2.1電氣設備與電氣接線2.1.2電氣接線電氣主接線表明電能匯集和分配的的關系及各種運行方式。電氣主接線通常用規定的圖形符號和文字符號畫成電氣主接線圖來表示。可畫為三線圖或單線圖。注意：1、單線圖雖繪制單相電路的連接情況，但是表示三相電路。2、圖中各種元件應表示正常狀態。2.1.2電氣接線火電廠的電氣主接線圖雙母線三分段接線根據電氣主接線的要求，由開關電器、母線、保護和測量設備以及必要的輔助設備和建筑物構成的整體為配電裝置。配電裝置按裝設地點的不同，分為屋內配電裝置和屋外配電裝置。2.1電氣設備與電氣接線2.1.3配電裝置屋內配電裝置，又稱發電機電壓配電裝置屋外配電裝置，又稱高壓配電裝置火電廠電氣系統示意圖我國電力系統中，發電機單機容量不斷增長，300、600MW單機成為主力機組，1000MW的單機逐步應用。2.2發電廠的電氣部分300MW發電機組電氣部分—亞臨界主要特點1、采用發電機—變壓器單元接線，無發電機出口斷路器和隔離開關；2、

在主變低壓側引接一臺高壓廠用變壓器，供給廠用電；3、在發電機出口側，通過高壓熔斷器接有三組電壓互感器和一組避雷器；一、電氣主接線300MW發電機組采用發電機—變壓器單元接線，變壓器高壓側經引線接入220kV系統。300MW發電機組電氣部分—亞臨界主要特點：4、

在發電機出口側和中性點側，每相裝有電流互感器；5、

發電機中性點接有中性點接地變壓器，干式（高電阻接地）6、

高壓廠用變壓器高壓側，每相裝有電流互感器。一、電氣主接線300MW發電機組由于額定電流很大，發電機和主變壓器之間的連接母線及廠用分支母線均采用全連離相封閉母線。相比起敞露母線有以下優點：供電可靠：能有效地防止絕緣受灰塵、潮氣等污穢及外物造成的短路。運行安全：母線封閉于外殼中，且外殼接地，工作人員不會觸及帶電導體。由于金屬外殼的屏蔽作用，母線相間電動力減少，消除母線周圍鋼構件的發熱。施工安裝簡便，運行維護工作量小。300MW發電機組電氣部分—亞臨界一、電氣主接線

二、主要電氣設備600MW發電機組電氣部分—超臨界600MW發電機組采用發電機—變壓器單元接線，變壓器高壓側經引線接入500kV系統，500kV側采用一臺半斷路器接線方式。主要特點：1)發電機－變壓器單元接線，采用全連分相封閉母線。2）發電機與主變壓器之間無斷路器和隔離開關；3）主變采用三個單相雙繞組變壓器接成三相，低壓側接成三角形，高壓側接成星形，高壓側中性點直接接地。4）在主變低壓側引接一臺高壓廠用變壓器，供給廠用電；600MW發電機組電氣部分—超臨界5）在發電機出口側，通過高壓熔斷器接有三組電壓互感器和一組避雷器；6）在發電機出口側和中性點側，每相裝有電流互感器；7）發電機中性點接有中性點接地變壓器；8）高壓廠用變壓器高壓側和低壓側，每相裝有電流互感器；9）主變壓器高壓側，每相裝有電流互感器；中性點配置電流互感器。600MW發電機組主要電氣設備參數

1000MW發電機組電氣部分—超超臨界一、電氣主接線特點二、主要電氣設備三、超超臨界發電機組的特點與問題超超臨界發電技術可大幅度提高機組的熱效率，在可用性、可靠性、靈活性和機組壽命等方面可以與亞臨界火力發電機組媲美。超超臨界發電技術是我國電力工業升級換代、縮小于發達國家技術與裝備差距的新一代技術。但是超超臨界發電機組在設計和制造方面還有關鍵技術未解決。如新材料的開發。數字化發電廠大機組、大容量發電廠的設備和系統越來越多，所需操作、控制設備也愈來愈多。隨著生產過程高度自動化和管理現代化，電力行業市場經濟逐步形成，發電企業必將加速進入信息化時代，因此，與時代同步、與世界接軌，發展數字化發電廠是未來的必然趨勢。目前，數字化發電廠的概念主要是針對發電廠的生產過程，通過實時地數字化控制和管理對每個生產設備、生產環節、管理環節都用數據予以客觀描述，存儲、積累發電廠的歷史生產數據，再按一定規律，通過計算、歸納、提取，用動態數字來表達發電企業的生產狀態，實現企業數字化科學管理。核心是圍繞發電廠的生產運營和科學管理過程進行數字化。數字化發電廠何為數字化發電廠?數字化發電廠模式1）基于上層網絡模式（信息網絡）。在仿真技術基礎上，將生產實時數據、辦公管理數據匯總，進行數字信息深度挖掘應用。2）基于下層網絡模式（FCS網絡）。將發電機組大量測試功能下放到智能化現場總線控制系統（FCS）層面，從發電設備上直接采集設備、工藝數據，上層采用工業以太網技術互聯。3）基于控制網絡模式（DCS網絡）?，F代發電廠幾乎離不開DCS技術。新的DCS技術可覆蓋到電氣領域，實現電廠“爐-機-電-輔”一體化網絡控制。4）上中下網絡合一模式（3層網絡）。該模式有3個網絡層（直接控制層、管理一體化層、生產經營輔助決策層）、2個支持系統（數據庫支持系統和計算機網絡支持系統），本質為基于DCS網絡的數字化電廠模式。5）數字化發電廠5層網絡模型。模型的基礎技術是IT技術，支持系統是網絡和軟件，每個層次的技術功能可以擴充、調整。數字化發電廠數字化發電廠的核心技術1）采用成熟的FCS數字化儀表和裝置。2）發電廠“爐-機-電-輔”DCS一體化控制和數字化升壓站NCS。3）數字化CCTV（工業）網絡圖像監視技術。4）廠級運營優化增值服務技術。5）信息層面的數字化高端應用。6）系統工程、軟件技術、流程技術和先進的計算機輔助技術（CAD）、三維技術等。數字化發電廠2.3高壓交流輸變電隨著用電需求的不斷增長，大型水電廠、火電廠和核電廠的建設，地區間電源與負荷的不平衡以及經濟調度的需要，電壓等級逐步提高。影響輸電電壓等級發展的主要原因：1）長距離輸電能力大容量發電廠的建設地點原理負荷中心，低壓輸電造成輸送功率的浪費和電能質量的下降。2）大容量輸送電能隨著電力系統發電容量增大，即是輸電距離不長，也需要較高的電壓等級。3）節省基建投資和運行費用若以輸送每千米每千瓦輸電線路造價為單位造價，則在各級電壓相應的經濟輸送容量范圍內，線路的單位造價將隨輸電線路輸送電壓等級的升高而降低；在相同的輸送容量和距離的條件下，輸電線路的總損耗隨著電壓等級的升高而降低；此外，輸送相同容量輸電線路走廊（簡稱輸電走廊）的寬度，也隨著電壓等級的升高而降低。4）電力系統互連電力系統的將發展為大區域或跨區域的聯合電力系統，將各種一次能源轉化為電能并有效聯系在一起。2.3高壓交流輸變電500kV輸變電系統1、500kV升壓變壓器：電壓等級高、傳輸容量大。2、500kV自耦變壓器：500kV變電站的聯絡變壓器和降壓變壓器大都采用自耦變壓器，一般接為星形-星形。在正常情況下控制各輸電線路和設備的開端及關合；故障時自動斷開短路電流。依據滅弧介質，分為油斷路器、真空斷路器、空氣斷路器、六氟化硫斷路器（我國500kV斷路器全部使用此斷路器）隔離開關是高壓開關設備的一種，在結構上隔離開關沒有專門的滅弧裝置，因此不能用來拉合