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华博士科普厅(四):发电厂、变电站电气部分

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发布时间:2022-02-15   
变电站的作用和构成是什么?

答:变电站是连接发电厂、电网和电力用户的中间环节。为了把电力输送到远离发电厂的城镇、工矿等负荷中心,通常在发电厂或发电厂附近,建立升压变电站,由变压器将发电机发出电能的电压升高,然后通过输电线路与电力系统连接,再经降压变电站的降压变压器把电压降到所需各级电压,供给用户使用。变电站主要有汇集和分配电力、控制操作、升降电压等功能,通常由变压器、高低压配电装置以及相应的建筑物等构成。

变电站的分类有哪些?

答:按作用分为升压变电站、降压变电站、枢纽变电站;按管理形式分为有人值班变电站、无人值班变电站;按结构类型分为屋外变电站、屋内变电站;按地理条件分为地上变电站和地下变电站。

变电站的规模有多大?

答:变电站的规模一般以电压等级、变压器总容量和各级电压出线回路数来表示。电压等级通常以变压器的高压侧额定电压表示,如35、10、220、330、500、750、100千伏变电站等。变压器总容量,通常以全站主变压器的容量总和来表示。各级电压出线回路数,根据变电站的容量和工业区用户来确定,如某一变电站有35千伏输电线路5条、10千伏输电线路4条以及10千伏用户配电线路3条,该站就共有出线12回。

发电厂和变电站的电气一次设备如何构成?

答:发电厂和变电站的电气一次设备由发电机,变压器,断路器,隔离开关,熔断器,互感器,消弧线圈,电抗器,电力电容器,调相机,绝缘子,载流导体,避雷装置和接地装置等部分构成。

变压器是什么?

答:变压器是电力系统的主要元件之一。它是一种静止的电气设备,有维护简单、运行可靠的特点。目前用于电力系统的变压器有常规型、自耦型两种。常规型变压器一般用于输电(升压)、受电(降压);自耦变压器用于耦合不同电压等级的电力系统。随着电力系统容量的不断扩大,单台变压器的容量也越来越大,现在投入使用较大的单台变压器有500千伏、840MVA三相双绕组和330千伏、360MVA自耦变压器等。

变压器的作用:变压器主要作用是变换电压,它将一种等级的电压变换成同频率的另一种等级的电压,这样有利于电力的传输和分配。电压经变压器升高后,高电压送电可以减少线路损耗,能达到远距离经济送电的目的。降压变压器把高电压再变为用户所需的各级电压,满足用户需要。

断路器是什么?

答:断路器是发电厂和变电站的主要开关设备。无论被控制设备处在何种工作状态(如负载、空载、故障),断路器都能够在规定的时间内可靠动作(接通或断开)。

断路器的作用:正常情况下,根据电力系统运行需要,通过断路器将设备投入(接通)或退出(断开)运行。当电气设备或线路发生故障时,由继电保护动作控制断路器,使故障设备或线路从电力系统中迅速切除,保证电力系统内无故障设备的运行。

隔离开关是什么?

答:隔离开关俗称刀闸。因没有灭弧元件,不能用来切断负荷电流,更不能切断故障电流。与断路器配合使用时,只有在断开断路器的情况下,才能进行操作。

隔离开关的作用:隔离开关主要作用是隔离电源,将需要检修的设备与电源用一个明显断开点隔开,以保证电气设备能安全地进行检修或故障处理;也可用来改变运行方式,如在双母线接线的电路中,可将设备或线路从一组母线切换至另一组母线上(俗称倒母线)。

互感器是什么?

答:互感器包括电流互感器和电压互感器。

互感器的作用:互感器是把高电压和大电流按比例变换成适合仪表或保护装置使用的低电压(如100伏)和小电流(如5安或1安)。

(1)互感器与测量仪表配合,对设备和线路的电压、电流、功率等进行测量。

(2)互感器与继电器或保护装置配合,对电气设备和电力系统进行保护。

(3)互感器能使测量仪表、继电保护装置与电气设备的高电压隔离,保证运行值班人员的人身安全和二次设备的安全。

(4)将电路的电压、电流变换成统一的标准值,以利仪表、继电器等二次设备标准化。

消弧线圈是什么?

答:消弧线圈主要用于中性点不直接接地的电力系统中,当发生单相金属性接地故障时,补偿接地电容电流,使其值在允许的范围内。

消弧线圈是一个带有铁芯的电感线圈,铁芯具有间隙,以便得到较大的电感电流。线圈的接地侧有若干个抽头,以便在一定的范围内分级调节电感的大小。消弧线圈一般接于变压器或发电机的中性点。消弧线圈的补偿方式有过补偿、全补偿、欠补偿三种。

电抗器是什么?

答:电力系统中所采取的电抗器常见的有串联电抗器和并联电抗器。串联电抗器主要用来限制短路电流,也有在滤波器中与电容器串联或并联用来限制电网中的高次谐波。

(一)功能

220、110、35、10千伏电网中的电抗器是用来吸取电缆线路的充电容性无功的。可以通过调整并联电抗器的数量来调整运行电压。超高压并联电抗器有改善电力系统无功功率有关运行状况的多种功能,主要包括:

(1)轻空载或轻负荷线路上的电容效应,以降低工频暂态过电压。

(2)改善长输电线路上的电压分布。

(3)使轻负荷时线路中的无功功率尽可能就地平衡,防止无功功率不合理流动,同时也减轻了线路上的功率损失。

(4)在大机组与系统并列时,降低高压母线上工频稳态电压,便于发电机同期并列。

(5)防止发电机带长线路可能出现的自励磁谐振现象。

(6)当采用电抗器中性点经小电抗接地装置时,还可用小电抗器补偿线路相间及相地电容,以加速潜供电流自动熄灭,便于采用。

电力电容器是什么?

答:在交流网络中所使用的感性负载,其阻抗含有较大的电抗分量。当它们接到交流电源上时,除了从电源吸取一部分有功功率外,还和电源之间进行着电场能量和磁场能量的交换。这部分交换的功率称为无功功率。负载的无功功率越大,其功率因数越低。为了提高功率因数,减少线路电能损耗,改善电能质量,可采用并联电容的办法来补偿无功功率。电力电容器的分类和用途如下:

1.移相电容器

用于补偿电力系统感性负载的无功功率,以提高系统的功率因数,改善电压质降低线路损耗;还可以直接与感应电动机定子绕组并联,构成自激运行的异步发电装置。

2.串联电容器

用来补偿线路的感抗,提高系统的动、静态稳定性,改善线路的电压质量,从而加长输电距离和增大输送能力。

3.耦合电容器

通常用来使高频载波装置在低电压下与高压线路耦合,并应用于控制、测量和保护装置中。

4.滤波电容器

多用在整流器的滤波装置中。

5.均压电容器

一般并联接于断路器的断口上,使各断口间的电压在开断时分布均匀。

6.贮能电容器

正常运行时补偿电容器充电贮能,故障时,控制母线电压消失或下降,补偿电容向继电保护装置和开关跳闸回路单独放电,使其可靠动作。

调相机是什么?

答:调相机实际上是一个不带机械负载运行的同步电动机。它装于负荷中心的变电站,用以补偿无功功率、改善功率因数。

绝缘子、母线是什么?

答:绝缘子又名瓷瓶,广泛应用于发电厂和变电站的户内、外配电装置、变压器开关电器及输配电线路中,用来支撑和固定带电导体,使之与地绝缘,或作为带电导体之间的绝缘。因此,要求绝缘子具有足够的机械强度和绝缘性能,并能在恶劣环境(高温、潮湿、多尘埃、污垢等)下安全运行。

在发电厂和变电站的各级电压配电装置中,将发电机、变压器与各种电器连接的导线称为母线。母线是各级电压配电装置的中间环节,它的作用是汇集、分配和传送电能。

电缆是什么?

答:使用的电缆一般有电力电缆和控制电缆。电力电缆大量应用于一次接线中,控制电缆则大量应用于二次接线中。

(一)电力电缆的用途及优缺点

电力电缆是传输和分配电能的一种特殊电线,它被大量应用于发电厂和变电站中。它具有防潮、防腐和防损伤等特点。电缆可以直接埋在地下及敷设在隧道或沟里,也可以敷设在水中或海底。在城市或厂区,使用电缆可使市容和厂区整齐美观并增加出线走廊。电缆的缺点是价贵,敷设、维护和检修较为复杂。

(二)电力电缆的结构

电力电缆的基本结构由导电线芯、绝缘层和保护层三部分组成。为了改善电场的分布情况,减小切向应力,有的电缆加有屏蔽层。多芯电缆绝缘线芯间,还需增加填芯和填料,以便将电缆绞制成圆形。

发电厂和变电站的电气二次回路如何构成?

答: 供、用电系统中,凡是对一次设备进行操作、控制、保护、测量的设备以及各种信号装置,统称为二次设备,有关的线路叫做二次回路。其任务是:通过对一次回路的监察、测量来反映一次回路的工作状态,并控制一次系统;当一次回路发生故障时,能迅速切除故障部分,并发出信号,以保证一次设备安全、可靠、经济、合理地运行。

常用的二次设备包括各种继电器、熔断器、切换开关、操作连接片、接线端子、蜂鸣器及警铃等。二次回路按其性质则分为电流回路、电压回路、操作回路及信号回路等。

二次回路的图纸可分为原理图、展开图及安装图三种。

二次回路原理图能清楚地表示出二次回路中各设备间的电气联系和动作原理。展开图是根据原理图将各元件按电气连接的关系分解成各组成部分,分别画在交流电流、交流电压等各种回路中。展开图中,各继电器的触点以及断路器、隔离开关的辅助触点的位置,都是以继电器不带电或断路器、隔离开关等设备断开时的位置为准。在展开图的右侧还常附有文字说明,以便更清楚地了解各回路的性质和作用。安装图则是根据原理图和展开图而绘制的全部元件位置和实际接线,据此进行次回路的安装,表示方法是采用相对编号法。

在实际运行中,最常用的是二次展开图,在二次回路查线、继电保护校验以及故障处理时都要用到。

断路器的控制回路是什么?

答:断路器的控制回路主要包括跳闸和合闸的电气操作回路、监视跳闸和合闸回路完整性以及表示断路器位置状态(接通或断开)的信号回路、防止其多次合闸的跳跃闭锁回路等。控制回路由控制开关、断路器的操动机构和控制电缆三部分组成。

电力系统继电保护是什么?

答:在供电系统的运行过程中,往往由于电气设备绝缘损坏、操作维护不当以及外力破坏等原因,造成短路事故或不正常的运行状态。发生短路事故时,故障点产生的电弧可能将电气设备烧毁;比额定电流大数倍至数十倍的短路电流的热效应和电动力效应会加速电气设备绝缘的老化或损坏设备;供电系统的瞬时电压水平会降低而影响到用户的生产;严重的短路事故除会造成全厂(站)停电外,还可能使电力系统的稳定受到破坏,使系统解列并造成地区大面积停电。因此,供电系统发生事故时,必须及时地采取有效措施迅速排除,以避免产生严重的后果。

当电力系统出现不正常的运行状态(如中性点不接地系统的一相接地及电气备过负荷等)时,继电保护装置能及时地发出信号或警报,通知运行值班人员进行处理;而当供电系统中发生事故时,它能自动地将故障切除,限制事故的范围。

在供电系统中,还采用了备用电源自动投入等自动装置,它与继电保护装置密切配合,从而提高了对用户供电的可靠性。

电力系统自动装置是什么?

答:(一)备用电源自动授入装置

备用电源自动投入装置(以下简称自投装置)的作用是,当正常供电电源因供电线路故障或电源本身发生事故面停电时,它可将负荷自动切换至备用电源,使供电不至中断。

对10千伏及以上电压供电的重要负荷,可采用两个电源进线断路器的互投或两段母线联络断路器的自投装置,也可以采用两台变压器低压侧总断路器的互投或母线联络断路器的自动投入。

(二)自动重合闸装置

自动重合间装置也是一种反事故装置。它主要装设在有架空线路出线的断路器上。

架空线路是供、用电系统中的一个薄弱环节,故障机会较多,但架空线上的事故大部分是瞬时性的,并非永久性的故障。自动重合闸装置就是针对这一特点而设计的,即:当架空线路发生故障,由保护装置动作将断路器跳闸后,同时启动自动重合闸装置,经一定时限自动重合闸装置使断路器重新合闸恢复供电。若线路上故障属瞬时性的,则重合成功供电不会中断。若线路上的故障属永久性的,则再由保护装置将断路器跳闸,自动重合闸装置不再合闸。运行经验说明,架空线路运行中自动重合闸装置动作成功的比例约占70%左右,可见,自动重合闸装置提高了供电的可靠性。一般架空线路均采用一次重合闸。

(清能院雷浩东博士修改审核

责编:杨心蓓

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