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【電氣技術】發電廠、變電站部分電氣基礎介紹

孤立電網技術2019-12-10 07:38:57

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電能具有生產與消費同時進行的特點,需要發電廠和變電站時刻根據負荷變化及時地進行必要的調整及操作。為滿足上述要求,在發電廠、變電站中裝設了大量的電氣設備。

主要電氣設備可分為以下幾種:

1、 一次設備。


直接生產和輸配電能的設備稱為一次設備。電能由發電機發出,經過一系列的一次設備直接送到用電器,從而完成電能的生產、輸送與使用的全過程。一次設備主要包括發電機、變壓器、斷路器、隔離開關、限流電抗器、母線、電纜和互感器等。

2、 二次設備。


對一次設備的工作進行監察、測量、控制和保護的輔助設備,稱為二次設備。二次設備主要包括儀表、信號、繼電器和自動控制設備等。

3、 電氣主接線。


在發電廠和變電站中,為了適應各種運行方式的需要,將各種電氣設備根據要求,按照一定次序連接成為固定連接的電路。一次設備所連成的電路,稱為一次電路或電氣主接線。

4、閘刀開關


? ?? ???閘刀開關是一種最簡單的低壓開關,它只有手動式操作。閘刀開關主要用于不經常操作的電路中。使用時它常與熔斷器一起串聯接入電路,在電路中發生過負荷或短路時由熔斷器切斷電源。
? ? ? ? 閘刀開關的類型很多,按結構特征可分為單極、雙極和三極三種;按操作柄位置特征可分為中間手柄、旁邊手柄和杠桿操作三種;按滅弧結構特征可分為帶滅弧罩和不帶滅弧罩兩種。
? ? ? ? 額定電流較大的閘刀開關,在電路中常與空氣自動開關等元件配合使用,運行中通過空氣自動開關等設備控制電路的拉、合閘操作,而閘刀開關只起隔離電壓或切斷小電流的作用。

5、絕緣子


? ?? ???絕緣子俗稱為絕緣瓷瓶,它廣泛地應用在發電廠和變電站的配電裝置、變壓器、各種電器及輸電線之中。絕緣子用來支持和固定裸載流體,并使裸導體與地絕緣,或者用于使電氣裝置和電器中處在不同電位的載流導體之間相互絕緣。因此,要求絕緣子應具有足夠的絕緣強度、機械強度、耐熱性和防潮性等。一般高壓絕緣子應能可靠地在超過其額定電壓15%的電壓下安全運行。
? ? ? ? 高壓絕緣子通常是用電工瓷制成的絕緣體,電工瓷具有結構緊密均勻、不易吸收水、絕緣性能穩定和機械強度高等優點。超高壓絕緣子采用高密度瓷或新型硅橡膠材料制成,它們具有質量輕、防污性強、機電強度高、分散性小、減振性和抗疲勞性好、便于安裝等優點。
? ? ? ? 絕緣子按安裝地點可分為戶內式和戶外式兩種。戶外式絕緣子由于工作環境條件要求,應有較大的傘裙,用以增長沿面放電距離,并且能夠阻斷水流,保證絕緣子在雨、霧、雪等惡劣氣候下可靠地工作。在有嚴重的灰塵或有害絕緣氣體存在的環境中,應選用具有特殊結構的防污型絕緣子。戶內式絕緣子表面無傘裙結構,故只適用于屋內電氣裝置中。為了將絕緣子固定在支架上和將載流導體固定在絕緣子上,絕緣子的瓷制絕緣體兩端還要牢固地安裝金屬配件。金屬配件與瓷制絕緣體之間多用水泥膠合劑膠合在一起。瓷制絕緣體表面涂有白色或深棕色的硬質瓷釉,用以提高其絕緣性能和防水性能。運行中絕緣子的表面瓷釉遭受損壞之后,應盡快處理或更換絕緣子。絕緣子的金屬附件與瓷制絕緣體膠合處膠合劑的外露表面應涂有防潮劑,以免水分浸入到膠合劑中。金屬附件表面需進行鍍鋅處理,以防金屬銹蝕。

6、母線


? ?? ???在發電廠和變電站中,將發電機、變壓器與各種電器連接起來的導體稱為母線。母線的作用是匯集、分配和傳送電能。
? ?? ???母線按其結構可分為敝露母線和封閉母線;按其截面可分為矩形母線、管形母線和槽形母線。

7、隔離開關


? ? ? ? 隔離開關沒有特殊的滅弧裝置,不能用于切斷負荷電流,否則會在其觸頭間形成電弧,危及人身和設備的安全,造成事故。
隔離開關的主要作用如下:
? ? (1)隔離電壓。隔離開關一般只能用于拉開或合入只有電壓沒有電流的電路。在停電檢修時,用隔離開關將需要檢修的部分與其他帶有電壓的部分可靠地斷開隔離(絕緣),以保證工作人員安全地檢修電氣設備,而不影響裝置的其余部分正常工作。
? ? (2)切換電路。當兩組隔離開關并聯接入電路時,在一定條件下允許用隔離開關轉移負荷電流。
? ? (3)拉、合小電流。允許用隔離開關拉、合不會在其觸頭間產生強大電弧的小電流電路,例如電壓互感器與避雷器回路、消弧線圈回路等。
? ? ? ?隔離開關的觸頭全部敞露在空氣中,斷開點明顯可見。隔離開關斷開后,隔離開關動觸頭與靜觸頭之間的擊穿電壓必須大于隔離開關相與接地部分之間的擊穿電壓,以避免電路中發生過電壓時斷開點之間先擊穿,從而保證檢修人員的安全。

8、高壓斷路器


? ?? ???高壓斷路器是發電廠和變電站中最重要的電氣設備之一,它具有完善的滅弧裝置,是在正常和故障情況下接通或斷開高壓電路的專用電器。

發電廠和變電站的電氣主接線


? ? ? ? 發電廠和變電站的電氣主接線是指發電廠或變電站中的一次設備按照設計要求連接的電路,也稱為主電路。電氣主接線的形式將影響配電裝置布置、供電可靠性、運行靈活性和二次接線、繼電保護等問題。電氣主接線對發電廠和變電站及電力系統的安全、可靠和經濟運行起著重要作用。

發電廠和變電站的電氣主接線必須滿足以下基本要求:


? ? (1)根據發電廠、變電站在電力系統中的地位、作用和用戶性質,保證必要的供電可靠性;
? ? (2)主接線應力求接線簡單、運行靈活與操作方便;
? ? (3)保證運行、維護和檢修的安全和方便;
? ? (4)在保證以上幾項要求的條件下考慮經濟性,即少占土地,盡量減少初投資,節省運行費用;
? ? (5)滿足擴建的要求。

? ? ? ? 電氣主接線圖一般繪制成單線圖,只有在局部需要表明三相電路不對稱連接時,才將局部繪制成三線圖。在發電廠或變電站的控制室內,為了表明該廠(站)主接線實際運行狀況,通常設有電氣主接線的模擬圖。運行時,模擬圖中的各種電氣設備所顯示的工作狀態必須與實際運行狀態相符。

? ?? ???典型的電氣主接線大致可分為有母線和無母線兩類。有母線類主接線包括單母線、雙母線及帶旁路母線的接線等;無母線類主接線包括橋形、多角形和單元接線。

倒閘操作


(一)倒閘操作的概念


? ?? ???電氣設備的倒閘操作是指當電氣設備由一種狀態轉換到另一種狀態或改變系統的運行方式時,需要進行的一系列的操作。
電力系統中倒閘操作的主要內容有:
? ? (1)電力線路的停、送電操作;
? ? (2)電力變壓器的停、送操作;
? ? (3)發電機的啟動、并列和解列操作;
? ? (4)網絡的合環與解環;
? ? (5)倒換母線操作;
? ? (6)中性點接地方式的改變和消弧線圈的調整;
? ? (7)繼電保護和自動裝置使用狀態的改變;
? ? (8)接地線的安裝與拆除等。
? ?? ???倒閘操作直接改變電氣設備的運行方式和運行狀態,因而是一項既重要又復雜的工作,如果發生錯誤操作,可能會導致設備損壞,危及人身安全并造成大面積停電,給國民經濟和人民財產帶來巨大損失。因此,操作人員必須嚴格遵守《電力安全工作規程發電廠和變電站電氣部分》(GB26860—2011)和操作規程等規章制度,充分發揮應有的技術水平并具有高度的責任心,采取必要的組織、技術措施,確保電力系統安全運行。

(二)倒閘操作的組織和技術措施


? ? (1)組織措施是指運行人員必須樹立高度的責任感和牢固的安全思想,認真執行操作票制度、工作票制度、工作許可制度、工作監護制度及工作間斷、轉移和終結制度等,在執行倒閘操作任務時,注意力必須集中,嚴格遵守操作規定,以免發生錯誤操作。
? ? (2)技術措施是指采用防誤操作裝置,達到五防的要求,即防止誤拉合斷路器,防止帶負荷拉合隔離開關,防止帶地線合閘,防止帶電掛接地線,防止誤入帶電間隔。
常用的防誤操作裝置主要有:
? ? 1)機械閉鎖裝置。這是靠機械結構制約而達到預定目的的一種閉鎖裝置,即當一元件操作后另一元件就不能操作。
? ? 2)電磁閉鎖裝置。這是利用斷路器、隔離開關、設備網門等設備的輔助觸點,接通或斷開隔離開關、網門電磁鎖的電源,達到閉鎖目的的裝置。
? ? 3)電氣閉鎖裝置。這是利用斷路器、隔離開關的輔助觸點接通或斷開電氣操作電源,達到閉鎖目的的裝置。
? ? 4)紅綠牌閉鎖裝置。這是利用控制開關的分合位置與紅綠牌配合,進行定位閉鎖,達到防止誤拉、合斷路器的目的。
? ? 5)微機防誤操作裝置。這是以電腦模擬盤為核心的設備。操作時,運行人員根據電腦鑰匙上顯示的設備編號,將電腦鑰匙插入相應的編號鎖內,通過其探頭檢測操作的對象是否正確,若正確則閃爍顯示被操作的設備編號,同時開放其閉鎖回路或機構,就可進行倒閘操作。操作結束后,電腦鑰匙自動顯示下一項操作內容。若走錯位置則不能開鎖,電腦鑰匙發出持續的報警聲,提醒操作人員,達到強制閉鎖的目的。

(三)倒閘操作的基本原則


? ? (1)應使用斷路器拉、合閘。在裝設斷路器的電路中,拉、合閘均應使用斷路器,絕對禁止使用隔離開關切斷負荷電流。
? ? (2)斷路器兩側隔離開關的拉、合順序。當送電線路停電時,應先拉開斷路器,然后拉開線路側隔離開關,最后拉開母線側隔離開關。送電時操作順序與此相反。
? ? (3)變壓器停電時,先拉開負荷側斷路器,后拉開電源側斷路器。送電時操作順序與此相反。
? ? (4)母線送電前,應將該母線的TV投入;母線停電前,應先將該母線上的所有負荷都轉移完后,再將該母線的TV停止運行。倒母線操作時,母聯斷路器應合上,確認母聯斷路器已合好后,再取下其控制熔斷器,然后進行母線隔離開關的切換操作。母聯斷路器斷開前,應檢查負荷已全部轉移,母聯斷路器電流表指示為零,再拉開母聯斷路器。
? ? (5)環網的并、解列操作。合環操作時,先要進行定相,合環后各元件不能過負荷,各節點電壓不超過規定值,繼電保護裝置應適應環網的運行方式;解環操作時,解環后各元件不應過負荷,各節點電壓不超過規定值,繼電保護裝置應適應解環的運行方式。
? ? (6)僅有熔斷器和隔離開關電路的操作。送電操作時,先給上熔斷器,后合入隔離開關。停電操作順序與此相反。

短路電流的原因、后果

? ? ? ? 造成短路的主要原因是電氣設備載流部分的絕緣被損壞。引起絕緣損壞的原因有:各種形式的過電壓,如直接遭受雷擊等;絕緣材料的自然老化和污損、運行人員維護不周及直接的機械損傷等。

? ?? ???電力系統其他一些故障也可能直接導致短路,如輸電線路斷線和倒桿事故、運行人員不遵守操作技術規程和安全規程而造成錯誤操作、鳥和小動物等跨接裸導體等,都可能造成短路。電力系統發生短路時所產生的基本現象是短路回路的電流急劇增大,此電流稱為短路電流。短路電流可能達到正常工作電流的幾倍到幾十倍,甚至更大,絕對值可達到幾萬甚至幾十萬安。短路電流基本上是感性電流,其將產生去磁性的電樞反應,使發電機的端電壓下降,同時短路電流通過線路等設備時還增大了電壓損失,因而在電流增大的同時系統電壓將大幅度下降。
短路時的上述基本現象將引起下列嚴重后果:
? ? (1)短路時往往會有電弧產生,它可能燒壞故障元件本身。
? ? (2)巨大的短路電流通過導體時,一方面會造成導體過熱甚至熔化,以及使絕緣體損壞;另一方面,還將產生很大的電動力作用于導體,使導體和設備變形或損壞。
? ? (3)短路時系統電壓將大幅度下降,特別是靠近短路點處電壓降低很多,可能影響部分或全部用戶的供電。
? ? (4)電力系統中短路時,系統功率分布的突然變化和電壓的嚴重下降,可能破壞各種電廠并聯工作的穩定性,使整個系統被解列為幾個異步運行的部分。這時某些發電機可能過負荷,因此必須切除部分用戶。短路時電壓下降得越大,持續時間越長,破壞整個系統穩定運行的可能性越大。

母線的選擇

(1)形式的選擇。


? ?? ???常用的母線材料有銅和鋁。銅的電阻率低,耐腐蝕、機械強度大,是性能良好的導電材料,但價格貴,所以銅母線多用在工作電流大、位置狹窄的發電機、變壓器出線處或對鋁有嚴重腐蝕的場所。鋁的價格低,使用普遍。一般屋外配電裝置使用鋼芯鋁絞線或硬鋁管形母線;屋內配電裝置均使用硬母線,其截面有矩形、槽形和管形。
? ?? ???矩形母線散熱較好,有一定機械強度,方便安裝,廣泛使用于4000A以下的配電裝置中。為減小集膚效應,單條矩形母線的截面不超過1250mm2。槽形母線機械強度較好,載流量較大,集膚效應較小,一般用于4000~8000A的配電裝置中。管形母線集膚效應系數小、機械強度較高,管內可通水或通風冷卻,而且圓管表面曲率較小、均勻,故電暈放電電壓高,因而常用于8000A以上的大電流和110kV及以上的高電壓配電裝置中。

(2)母線截面的選擇。


? ?? ???對于匯流主母線和較短母線,只按母線長期發熱允許電流來選擇,其余母線的截面一般按經濟電流密度選擇。
1)按導體長期發熱允許電流選擇。
? ?? ???導體所在回路中最大持續工作電流Imax應不大于導體長期發熱的允許電流Ial,即Imax≤Ial式中,Ial———在實際環境溫度下導體長期允許電流,Ial=KθIn;In———在25℃時的允許電流,即額定電流;Iθ———溫度修正系數,其值可查《電力工程設計手冊》。
2)按經濟電流密度選擇。
? ?? ???對于年平均負荷較大、母線較長、傳輸容量較大的回路(如發電機、變壓器出線等),均應按經濟電流密度選擇母線截面。按經濟電流密度選擇的母線可使其年計算費用降低。經濟電流密度與導體的材料和最大負荷年利用小時數有關。



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