发电厂电气部分基础知识

第一章能源与发电1、掌握电力系统与电力网的概念;电力系统是由发电厂、变电所、输配电线路和用电设备有机连接起来的整体;电力系统=发电厂+电力网+电力用户;电力网是指在电力系统中,由升压和降压变电所通过输、配电线路连接起来的部分;2、掌握额定电压的概念及电力网的电压等级;额定电压：电气设备的额定电压是能使发电机、变压器和用电设备在正常运行时获得最佳技术效果的电压;我国电力网额定电压等级如下：、、3、6、10、35、110、220、330、500、750、1000 kV按电压等级高低分类：低压电网：3kV以下；高压电网：3~330kV；超高压电网：330~1000kV；特高压电网：1000kV及以上；4、掌握发电厂的类型;按一次能源取得的方式不同分类：火力发电厂、水力发电厂、核电厂、风力电厂、太阳能电厂、地热电厂、潮汐电厂等;按燃料分类：燃煤电厂、燃油电厂、燃气电厂、余热电厂;按蒸汽压力和温度分类：中低压电厂、高压电厂、超高压电厂、亚临界压力电厂、超临界压力电厂、超超临界压力电厂;按原动机分类：凝汽式汽轮机电厂、燃汽轮机电厂、内燃机电厂、蒸汽－燃气轮机电厂;按输出能源分类：凝汽式发电厂、热电厂;5、掌握火力发电厂的电能生产过程;1燃料的化学能在锅炉燃烧中转变为热能,加热锅炉中的水使之变为蒸汽,称为燃烧系统；2锅炉产生的蒸汽进入汽轮机,冲动汽轮机的转子旋转,将热能转变为机械能,称为汽水系统；3由汽轮机转子旋转的机械能带动发电机旋转,把机械能变为电能,称为电气系统;第二章发电、变电和输电的电气部分1、什么是一次设备掌握各种类型一次设备的作用、图形符号和文字符号;一次设备的概念：生产、变换、输送、分配和使用电能的设备称为一次设备;一次设备的类型：1）生产和转换电能的设备;发电机：机械能转化为电能；电动机：电能转化为机械能；变压器：将电压升高或降低；2接通和断开电路的开关电器;开关电器作用：正常运行时合、分电路；事故短路时能在继电保护装置控制下切断故障回路；检修时使被检修设备与电源可靠隔离;高压断路器作用：①正常状况下,控制各电力线路和设备的开断与闭合;②电力系统发生故障时,能自动切除短路电流,保证电力系统正常运行;具有灭弧装置;可做操作电器文字符号：QF隔离开关作用：①设备检修时,隔离开关用来隔离有电和无电部分,形成明显的开端点,以保证工作人员和设备的安全;②一般与断路器配合使用,进行倒闸操作,以改变电力系统的运行方式;无灭弧装置,不能开断电流,故不可做操作电器高、低压熔断器作用：流过短路电流或较长时间过电流时熔断,来保护电器设备;注意事项：6kV熔断器只能用于6kV,不能用于3kV; 10kV熔断器只能用于10kV,不能用于6kV;低压断路器自动空气断路器、自动空气开关作用：①对低压配电电路实行通断操作;②当电路内出现故障时,能在自身开关所带保护元件作用下自动断开主回路;接地开关作用：检修设备时起隔离电源的作用;3、限制故障电流和防御过电压的保护电器;电抗器作用：限制电力系统中短路电流;文字符号与图形符号：避雷器作用：防御电力系统过电压;图形符号为：4、载流导体;载流导体作用：连接各种电气设备使发电、输电、用电成为一个可灵活调度的系统;分类：电缆自身包括有绝缘的导体、裸导体无绝缘的导体;5、接地装置;作用：是电力系统正常运行的需要,也是安全用电的有效措施;它是埋入地中的金属导体或与电气设备相连的金属线;分类：工作接地、保护接地、防雷保护接地;2、什么是二次设备掌握其类型有哪些;二次设备：对一次设备的工作进行监察、测量、控制和保护的设备称二次设备;分类：1测量表计2继电保护及自动装置3直流电源4互感器3、掌握电气主接线、二次接线的概念;电气主接线概念：由一次设备按照预期的生产流程所连成的回路,称一次回路,又叫一次接线、电气主接线;主接线图：一次电路中,各设备元件按规定的图形符号表示的电路图称一次电路图,又叫主接线图;二次接线概念：二次设备连成的电路,称二次电路,又称二次接线;二次接线图概念：二次接线中,各元件按规定的图形符号表示的电路图;第三章 常用计算的基本理论和方法1、掌握发热对电气设备的影响;⑴使绝缘材料的绝缘性能降低;⑵使金属材料的机械强度下降;⑶使导体接触部分的接触电阻增加;2、掌握长期发热计算的目的;长期发热计算的目的：使母线发热温度不超过最高允许温度,通过分析导体长期通过工作电流时的发热过程计算导体的载流量.3、掌握短时发热计算的目的,了解短时发热的过程及短路电流热效应QK 的计算; 短时发热计算的目的：通过分析导体通过短路电流 时的发热过程,确定导体达到的最高温度 , 使这个温度不超过短时发热的最高允许温度;4、掌握电动力的概念;电动力的概念:载流导体位于磁场中,要受到磁场力的作用,这种力称为电动力;电动力计算目的: 当短路时,特别是流过冲击电流的瞬间,产生较大的电动力,可能导致导h体变形或破坏电气设备;所以必须要求电气设备有足够的电动力承受能力;即动稳定性;第四章电气主接线设计原则1、掌握电气主接线的概念及对电气主接线的基本要求;电气主接线概念：由一次设备按照预期的生产流程所连成的接受和分配电能的回路,称电气主接线,又叫一次接线;对电气主接线的基本要求：可靠性、灵活性、经济性;2、掌握电气主接线中各种类型的电气主接线及其特点,了解其适用范围;有汇流母线的接线方式：单母线接线、双母线接线、3/2断路器接线、4/3断路器接线、变压器母线组接线优点：接线布置清晰、运行方便、有利于安装和扩建;缺点：母线一旦发生故障,将会造成其上连接的所有回路停电、增加了一些设备,占地面积较大;无汇流母线的接线方式：单元接线、桥形接线、角形接线适用：进出线较少,不再扩建的发电厂、变电站;优点：使用电气设备较少,配电装置占地面积较少;4、掌握变电站主变压器的容量和台数的确定原则;原则：尽量减少变压器台数,提高单台容量;原因：变压器单台容量可以做的很大,而且单位容量的造价随单台容量的增加而下降;台数的减少,与之相配套的配电设备相应减少;使配电装置结构简化,布置清晰,减少占地面积;5、限制短路电流的目的是什么掌握限制短路电流的方法;限制短路电流的目的为了合理的选择轻型电器;限制短路电流的方法：1装设限流电抗器2采用低压分裂绕组变压器3采用不同的主接线形式和运行方式6、掌握发电厂或变电所电气主接线设计的步骤及方法;会运用电气主接线设计程序重要: 1对原始资料分析2拟订主接线方案3短路电流计算4主要电器选择5绘制电气主接线图6工程概算的构成;第五章厂用电接线及设计1、掌握厂用电及厂用电率的概念;厂用电的概念：发电厂中所有厂用负荷总的耗电量,称厂用电;厂用电率: 厂用电耗电量占同一时期发电厂全部发电量的百分数,称为厂用电率;2、掌握厂用负荷的分类及各自的特点;1I类负荷：指短时手动切换恢复供电所需的时间停电,将影响人身或设备安全,使机组运行停顿或发电量大幅度下降的负荷;接有I类负荷的高、低压厂用母线,应设置备用电源;当一个电源断电后;另个电源就立即自动投入;2Ⅱ类负荷：指允许短时停电如几秒至几分钟,但较长时间停电有可能损坏设备或影响机组正常运行的负荷;Ⅱ类负荷一般由两段母线供电,采用手动切换;3Ⅲ类负荷：指长时间停电,不会直接影响生产者;Ⅲ类负荷一般由一个电源供电,但大型发电厂中也采用两回供电;40Ⅰ类负荷不停电负荷：随着发电机组容量的增大及自动化水平的不断提高,有些负荷对电源可靠性的要求越来越高,如机组的计算机控制系统就要求电源的停电时间不超过5ms,否则就会造成数据遗失或生产设备失控,酿成严重后果;这类负荷称为0Ⅰ类负荷;此类负荷由一般的电源自动切换系统已无法满足要求,所以专门采用不停电电源UPS供电50Ⅱ类负荷直流保安负荷：发电厂的继电保护和自动装置、信号设备、控制设备以及汽轮机和给水泵的直流润滑油泵、发电机的直流氢密封油泵等,是由直流系统供电的直流负荷,称为直流保安负荷,或0Ⅱ类负荷;要求由独立的、稳定的、可靠的、蓄电池组或整流装置供电;60Ⅲ类负荷交流保安负荷：200MW及以上机组的大容量电厂中,自动化程度较高,要求在停机过程中或停机后的一段时间内仍保证供电,否则可能引起主要设备损坏、自动控制失灵或危及人身安全等严重事故的厂用负荷,称交流保安负荷或0Ⅲ类负荷;3、掌握厂用电压等级有哪些;厂用电或所用电常用的电压等级：低压厂用电：380V,高压厂用电：3、6、10kV4、厂用电源的类型有哪些了解其引接方法;工作电源、备用电源和启动电源、事故保安电源5、掌握厂用电系统的接线形式,掌握按炉分段的概念及其优点;接线形式：单母线分段接线,且按锅炉分段；将厂用母线按锅炉台数分成若干独立段,凡属同一台锅炉的厂用负荷均接在同一段母线上,与锅炉同组的汽轮机的厂用负荷也接在该段上,而该段母线由其对应的发电机组供电;对于大型锅炉,每台锅炉可设两段母线;优点：1若某一段母线发生故障,只影响其对应的一台锅炉运行,使事故影响范围局限在一机一炉;2厂用电系统发生短路时,短路电流较小,有利于电气设备选择;3同一机炉的厂用电负荷接在同一段母线上,便于运行管理和安排检修;7、厂用负荷的计算方法有哪两种掌握换算系数法计算厂用负荷;厂用负荷的计算方法：1换算系数法S=∑﹙KP﹚2轴功率法S=Km∑Pmax/ηcosφ+∑SL8、怎样选择厂用变压器掌握其步骤;厂用变压器的选择1额定电压的选择：变压器原边电压必须与引接电源电压一致,副边电压与厂用网络电压一致;2工作变压器的台数和型式：与高压厂用母线的段数有关,而母线的段数又与高压厂用母线的电压等级有关;3容量的确定：厂用变压器的容量必须满足厂用负荷从电源获得足够的功率;9、什么叫电机的自启动,为什么要做电动机的自启动校验厂用电系统中运行的电动机,当突然断开电源或厂用电压降低时,电动机转速就会下降,甚至会停止运行,这一转速下降的过程称为惰行;若电动机失去电压以后,不与电源断开,在很短时间一般在0. 5~内,厂用电压又恢复或通过自动切换装置将备用电源投入,此时,电动机惰行尚未结束,又自动启动恢复到稳定状态运行,这一过程称为电动机的自启动;第六章导体和电气设备的原理与选择1、掌握电气设备选择的一般条件;电气设备选择的一般条件： 1按正常工作条件选择 2按短路状态校验2、掌握高压电器中常用的灭弧方法;1采用良好的灭弧介质2采用特殊材料做灭弧触头3利用气体或油吹弧4采用多断口熄弧5提高触头开断速度3、掌握高压断路器的类型及选择;多油断路器：耗油量大,先已淘汰；少油断路器：油量少,占地小,价廉,已有长期运行经验,在110~220kV电压等级中应用较多,500kV电压等级中禁止应用;压缩空气断路器：大容量下开断能力强,开断时间短；但结构复杂,尚需配置压缩空气装置,价格较贵,合闸时排气噪音大,主要用于220kV及以上电压的屋外配电装置;SF6断路器：具有优良的开断性能,运行可靠性高,维护工作量小,适用于各种电压等级,但是在35kV及以下屋内配电装置中使用较少;真空断路器：灭弧时间快,低噪声,高寿命,可频繁操作;在35kV及以下配电装置中广泛应用;4、电流互感器的原理与特点二次侧不能开路电流互感器的准确级及额定容量选择电流互感器与测量仪表的三种接线方式特点：1一次绕组匝数很少,串接于主回路中;2二次绕组匝数多,与负载的电流线圈串联,阻抗很小,接近于短路状态工作;运行中的电流互感器二次回路是绝对不允许开路的电流互感器二次回路内不允许安装熔断器原因：二次绕组内将感应出很高的感应电动势2由于铁芯内磁通Φ的剧增,引起铁芯损耗增大,造成严重发热也会使电流互感器烧毁；3由于铁芯饱和产生剩磁使电流互感器的误差增大;为了保证测量仪表的准确度,电流互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级;准确级选择原则：用于实验室精密测量应选用级的电流互感器；用于电度表应选用级的电流互感器,电流表选用1级互感器;用于继电保护的电流互感器国家规定采用P级,准确度要求不如测量级高;当所供仪表要求不同准确级时,应按相应最高级别来确定电流互感器的准确级;额定容量选择原则：为了保证电流互感器在一定的准确级下工作,电流互感器二次侧所接负荷S2应不大于该准确级所规定的额定容量S2N ≥ S2 = I22NZ2L电流互感器与测量仪表的连接方式：A、单相接线：用于对称三相负荷时,测量一相电流;B、星型接线：常用于110kV及以上线路和发电机、变压器等重要回路;C、不完全星型接线：常用于35kV及以下电压等级的不重要出线;5、电压互感器的原理与特点二次侧不能短路电压互感器的准确级及额定容量选择及电压互感器常用的几种接线方式;特点： 1容量很小,类似一台小容量变压器,但结构上要求有较高的安全系数；2电压互感器一次侧的电压为电网电压,不受互感器二次侧负荷的影响,一次侧电压高,需有足够的绝缘强度;3互感器二次侧负荷主要是测量仪表和继电器的电压线圈,其阻抗很大,通过的电流很小,所以电压互感器的正常工作状态接近于空载状态;电压互感器在使用中的注意事项：二次侧绝对不能短路原因：电压互感器一、二次侧都工作在并联状态,正常工作时二次电流很小,近似于开路,所以二次线圈导体截面较小;当二次侧发生短路,流过短路电流时将会烧毁电压互感器;电压互感器的接线方式：1一台单相电压互感器用来测量某一相对地电压或相间电压;2中性点不接地或经消弧线圈接地的电网中,两个单相电压互感器接成v,v形;3110kV及以上中性点直接接地的电网中：采用三只单相电压互感器的星形接线,而且一次绕组中性点接地;4 三相三柱式的y,yn接法;5三相五柱式电压互感器三绕组接法8、掌握裸导体、电缆的选择,了解绝缘子与套管的选择,其中要掌握经济电流密度与经济截面的概念;导体选择和校验的项目如下：①导体选型：包括材料、截面形状和布置方式；②导体截面尺寸；③电晕；④热稳定；⑤动稳定；⑥共振频率;电缆选择和校验的项目如下：①电缆选型：包括材料、型号；②额定电压选择；③电缆截面尺寸；④允许电压降校验；⑤热稳定和动稳定校验;经济电流密度J Tmax,将有一个年计算费用最低的电流密度,称为经济电流密度;导体的经济截面S：SJ=Imax/Jmm2第七章配电装置1、掌握配电装置的概念;配电装置是根据电气主接线的连接方式,由开关电器、保护和测量电器、母线和必要的辅助设备组建而成的总体装置;2、掌握最小安全净距的概念;最小安全净踞概念：最小安全净踞是指在这一距离下,无论在正常最高工作电压或出现内、外部过电压时,都不致使空气间歇被击穿;3、掌握配电装置的类型和特点;按照安装地点的不同分：屋内配电装置、屋外配电装置;2按照组装方式的不同分：装配式配电装置、成套式配电装置;屋内配电装置的特点：①占地面积小;②不受气候影响;③维护工作量小;④房屋建筑投资大;屋外配电装置的特点：①占地面积大;②受外界气候影响较大;③土建工作量和费用较少,建设周期短;④相邻设备之间距离较大,便于带电作业;⑤扩建比较方便;成套配电装置的特点：①占地面积小;②缩短了建设周期,便于扩建和搬迁;③运行可靠性高,维护方便;④耗用钢材较多,造价较高;5、掌握屋外配电装置的分类及特点;根据电器和母线的布置高度,分以下三种类型：中型配电装置、半高型配电装置、高型配电装置;普通中型配电装置特点优点：布置清晰,不易误操作,运行可靠,施工和维护方便,构架高度低,抗震性能好,造价省 ,并有多年的运行经验;缺点：占地面积大;中型配电装置具有接线简单,清晰,占地面积小的特点;高型配电装置特点：可节省占地面积50％左右,但耗用钢材较多,造价高,操作和维护条件较差;半高型配电装置节约占地面积不如高型显着,但运行、施工条件稍有改善,所用钢材比高型少;6、掌握成套配电装置的定义及类型,各种类型成套配电装置的特点及适用范围;成套配电装置定义：按照电气主接线的标准配置或用户的具体要求,将同一功能回路的开关电器、测量仪表、保护电器和辅助设备都组装在全封闭或半封闭的金属壳柜体内,形成标准模块,由制造厂按主接线成套供应,各模块在现场装配而成的配电装置称为成套配电装置;成套配电装置的类型：低压配电屏：380V、高压开关柜：3~35kV、气体全封闭组合电器110kV 及以上;成套配电装置的特点及适用范围低压配电屏特点：低压配电屏结构简单、价廉,并可双面维护,检修方便;在发电厂或变电站中,作为厂站用低压配电装置;一般几回低压线路可共用一块低压配电屏;气体全封闭组合电器GIS主要优点：占地面积小、占用空间少、运行可靠性高,维护工作量小;检修周期长,不受外界环境条件的影响,无静电感应和电晕干扰,噪声水平低,抗震性能好,适应性强;适用：110～500kV各个电压等级,特别是在500kV及以上超高压电网中将获得广泛的应用;第八章发电厂和变电站的控制与信号1、发电厂两种控制方式就宏观方式而言：主控制室方式、机炉电集中控制;就微观方式而言：模拟信号测控方式、数字信号测控方式;2、掌握常用二次设备的图形符号和文字符号;3、掌握二次接线图的三种形式;重点掌握原理接线图与展开接线图;二次接线图的三种形式：归总式原理接线图、展开接线图、安装接线图;归总式原理接线图概念：规总式原理接线图简称原理图中,有关的一次设备及回路同二次回路一起画出、所有的电气元件都以整体形式表示出,且画有它们之间的连接回路;归总式原理接线图优点：能够使看图者对二次回路的原理有一个整体概念;归总式原理接线图缺点：1只能表示继电保护装置的主要元件,而对细节之处无法表示； 2不能表明继电器之间接线的实际位置,不便于维护和调试；3没有表示出各元件内部的接线情况,如端子编号、回路编号等；4标出直流“＋”、“－”极符号多而散,不易看图；5对于较复杂的继电保护装置,很难表示,即使画出了图,也很难让人看清楚;展开接线图：简称展开图,在该图中,各元件被分解成若干部分;元件的线圈和触点分散在交流回路和直流回路中;展开图具有如下优点：1容易跟踪回路的动作顺序；2在同一个图中可清楚地表示某一次设备的多套保护和自动装置的二次接线回路,这是原理图所难以做得到的； 3易于阅读,容易发现施工中的接线错误;4、掌握断路器控制电路的控制方式及对断路器控制回路的一般要求;重点掌握灯光监视的控制回路的工作原理;了解其他类型的断路器控制回路原理;断路器控制回路的接线方式分类按监视方式分：灯光监视的控制回路、音响监视的控制回路;一般只用于在电气主接线的进出线很多的场合对控制回路的一般要求：1断路器的合闸和跳闸回路是按短时通电来设计的,操作完成后,应迅速自动断开合闸或跳闸回路以免烧坏线圈;2断路器既能远方由控制开关控制,又能在自动装置和继电保护作用下自动合闸或跳闸;3控制回路应有反映断路器位置状态的信号;4具有“防跳”装置;5具有对控制回路或电源是否完好进行监视的回路;强电控制：220V、110V；弱电控制：＋48V、24V、12V;6对采用气压、液压和弹簧操作的断路器,应有对压力是否正常、弹簧是否拉紧到位的监视回路和动作闭锁回路;第十章电力变压器的运行变压器额定容量的概念：是指在规定的环境温度下,长时间地按这种容量连续运行,就能获得经济合理的效率和正常预期寿命约20~30年;换句话说,变压器的额定容量是指长时间所能连续输出的最大功率;变压器负荷能力的概念：变压器的负荷能力是指在短时间内所能输出的功率,在一定条件下,它可能超过额定容量;变压器的正常过负荷的概念：变压器绕组热点温度和其它部分的温度,在运行时受到负荷波动和外境空气温度变化的影响有很大变化,最高温度和最低温度的差别也较大;在此情况下、可以在一部分时间内使变压器超过额定负荷运行,即过负荷运行；而在另一部分时间内,小于额定负荷运行;变压器的正常过负荷能力,就是以不牺牲变压器正常预期寿命为原则而制定的;变压器的事故过负荷的概念：当系统发生事故时,保证不间断供电是首要任务,变压器绝缘老化加速是次要的,所以事故过负荷,与变压器的正常过负荷不同,它是以牺牲变压器寿命为代价,绝缘老化率容许比正常过负荷高的多;1、了解组成电力系统的优越性: 1各系统用电负荷的错峰效益；2提高供电可靠性、减少系统备用容量；3有利于安装单机容量较大的机组；4进行电力系统的经济调度；5调峰能力互相支援;2、了解各种类型发电厂的特点：3、了解抽水畜能电厂的作用;抽水畜能电厂的作用：调峰填谷备用调频调相4、了解300MW机组、600MW、1000MW机组的电气部分;全连分相封闭母线的优点：1供电可靠;2运行安全;3出于外壳的屏蔽作用,母线电动力大大减少;4运行维炉工作量小;5了解导体的温升过程：对于均匀导体,其持续发热的热平衡方程式是：了解其计算方法导体在电磁场中受到的电动力F按左手定则确定：6、了解对电气设备及主接线进行可靠性分析计算的目的,了解可靠性的含义及可靠性的主要指标;目的：1通过设备的可靠性数据来分析计算电气主接线的可靠性;2对不同主接线方案进行可靠性指标综合比较,提供计算结果,作为选择最优方案的依据;3对已经运行的主接线,寻。