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电工电子学论文


《电工电子学》 课外拓展阅读报告

《电工电子技术在电厂热能动力工程领域中的应用》

姓 学

名: 号:

指导教师: 专业班级: 2012 年 12 月

电工电子技术在电厂热能动力工程领域中的应用
摘要: 电工电子学在现代社会中有着广泛的应用, 其中火力发电厂也离不开电工电子学火力 发电厂是技术高度密集型企业,在这里,大量的高新技术得以应用[1-2]。火力发电厂中电工 电子学主要应用于发电厂的主接线、变压器、短路电流的计算以及各类电器设备。深入研究 电工电子学,使其在电场中的利用更加合理,有利于火力发电厂的发电生产和设备管理,同 时火力发电厂的电气自动化,可以实现火力发电厂中机、炉、电一体化的单元制运行监控模 式,加强了获利发电厂中电网的统一运行和管理,提高了系统工作效率、控制水平和自动化 水平,降低了火电厂的成本造价。[3]

1 火力发电厂电气主接线
发电厂的主接线是保证电网的安全可靠、经济运行的关键,是电气设备布置、选择、自 动化水平和二次回路设计的原则和基础; 电气主接线是发电厂和变电所的主体部分, 它反映 各设备的作用、 连接方式和回路间的相互关系。 电气主接线直接关系到全厂电气设备的选择、 配电装置的布置,继电器保护、自动装置和控制方式的确定,对电力系统的安全、经济运行 [4] 起着决定性的作用。 1.1 主接线原理分析 发电厂和变电所的电气主接线是由电气一次设备按电力生产的顺序和功能要求连接而 成的接受和分配电能的电路,是保证电网安全可靠﹑经济运行的关键,是电气设备布置﹑选 择﹑自动化水平和二次回路设计的原则和基础。 1.2 电气主接线的设计原则 应根据发电厂在电力系统的地位和作用, 首先应满足电力系统的可靠运行和经济调度的 要求,根据规划容量、本期建设规模、输送电压等级、进出线回路数、供电负荷的重要性、 保证供需平衡、 电力系统线路容量、 电气设备性能和周围环境及自动化规划与要求等条件确 定。应满足可靠性、灵活性和经济性的要求。由于我国工农业的高速发展,电力负荷增加很 快,因此在选择主接线时还要考虑到具有扩建的可能性。[4] [5-6] 1.3 电气主接线的主要要求 1)可靠性: 在研究主接线可靠性时应重视国内外长期运行的实践经验和其可靠性的定性分析; 主接 线的可靠性要包括一次部分和相应组成的二次部分在运行中可靠性的综合, 在很大程度上也 取决于设备的可靠程度。可靠性的具体要求在于断路器检修时,不宜影响对系统的供电;断 路器或母线故障以及母线检修时, 尽量减少停运的回路数和停运时间, 并要保证对一级负荷 及全部或大部分二级负荷的供电。 2)灵活性: 主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。在调度时,应可以灵活地投入和切除发 电机、变压器和线路,调配电源和负荷,满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊 运行方式的系统调度要求;在检修时,可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备,进 行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电; 扩建时, 可以容易地从初期接线过渡 到最终接线。 3)经济性: 要节省投资,主接线应力求简单,以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷 器等一次设备;要节省继电保护和二次回路不过于复杂,以节省二次设备和控制电缆;要能 限制短路电流, 以便于选择价廉的电气设备或轻型电器; 主接线设计要为配电装置布置创造 条件,尽量使占地面积减少;经济合理地选择主变压器的种类、容量、数量、要避免因两次 变压而增加电能损失。

1.4 主接线的基本接线形式 1.4.1、单母线接线 适用范围:一般只适用于一台发电机或一台主变压器 的以下三种情况: 1)6-10KV 配电装置的出线回路数不超过 5 回 2)35-63KV 配电装置的出线回路数不超过 3 回 3)110-220KV 配电装置的出线回路数不超过两回 优点:a、接线简单、清晰、设备少、投资小、操作 方便;b、便于扩建和使用成套配电装置; 缺点:a、不够灵活可靠,任一元件(母线及母线侧 隔离开关)检修时,所有回路必须全部停电;b、任一出 线断路器检修时,该回路要停电;c、母线、母线侧隔离 开关故障或断路器靠母线侧绝缘套管损坏时,所有回路必 须全部停电;因而可靠性低。 1.4.2、单母线分段运行 适用范围: 1)6-10KV 配电装置的出线回路数为 6 回及以上时 2) 35-63KV 配电装置的出线回路数 4-8 回 3) 110-220KV 配电装置的出线回路数 3-4 回 优点:a、母线发生故障时,分段断路器自动将故障 段切除,仅故障母线段停电,保证正常段母线段不间断 供电,缩小停电范围;b、对重要用户由两侧共同供电, 提高供电可靠性; 缺点:a、当一段母线故障或检修时,与该段所连的 所有电源和出线均需断开单回供电用户要停电;b、任一 出线断路器检修,该回路要停电。c、扩建时需向两个方 面均衡扩建。 1.4.3、单母线分段带旁路运行 1) 增设旁路母线的目的:出线断路器检修时用旁 路断路器代替其供电,使得该出线不停电。 2)适用范围:6~10kV 接线一般不设旁路母线; 35~66kV,可设不专设旁路断路器的旁路母线;110kV 出 线 6 回以上,220 kV 出线 4 回以上,宜用专设旁路断路 器的旁路母线;出线断路器使用可靠性较高的 SF6 断路 器时,可不设旁路母线。 1.4.4、双母线接线 适用范围:广泛应用于大、中型发电厂和变电所中。 一般适用于引出线和电源较多、输送和穿越功率较大、 要求可靠性和灵活性较高的以下场合: 1)短路容量大,出线带电抗器的 6~10kV 配电装置。 2)35~66kV 出线数目超过 8 回且连接电源较多、负 荷较大的装置。 3)110~220kV 出线 5 回以上或者在系统中居重要位

[7]

置,出线为 4 回及以上的装置。 优点:a、两条母线互为备用,一条母线检修时,另一条母线可以继续工作,不会中断 对用户的供电;b、任一母线侧隔离开关检修时,只影响本支路供电;c、工作母线故障时, 所有回路能迅速切换至备用母线而恢复供电;d、可将个别回路单独接在备用母线上进行特 殊工作或试验;因而可靠性高,运行方式灵活,便于扩建 缺点:a、工作母线故障会造成所有回路短时停电;b、出线断路器检修时,该回路要停 电;c、开关设备多,投资及占地面积大;d、倒闸操作出现短时停电,倒闸操作过程复杂, 易误操作;e、一条母线检修,另一条单母线运行,可靠性降低。

2 火力发电厂主变压器
发电厂 200MW 及以上机组为发电机变压器组接线时的主变压器应满足 DL5000—2000 《火力发电厂设计技术规程》的规定: “变压器容量可按发电机的最大连续容量扣除一台厂 用变压器的计算负荷和变压器绕组的平均温度或冷却水温度不超过 650C 的条件进行选择” 。 [4] 变压器接线方式变压器中性点接地方式与电网的安全运行有密切关系。 与容量为 300MW 级机组单元连接的主变压器,采用三相变压器;与容量为 600MW 级 机组单元连接的主变压器应综合运输和制造条件,经技术经济比较可采用三相或单相变压 器。与容量为 1000MW 级机组单元连接的主变压器采用单相变压器。 当采用单相变压器组时,备用相配置原则为:当安装机组≤2 台时,不考虑设置备用相 当装设 3 台及以上机组时, 考虑装设 1 台备用相, 但在电厂附近有集团公司所属电厂已设置 参数相同的备用相时,不再配置备用相。发电机与主变压器为单元连接时,该变压器的容量 按发电机的最大连续容量扣除一台厂用工作变压器的计算负荷进行选择。[8] 主变压器、联络变压器、起动/备用变压器(高压备用变压器) 、高低压厂用变压器选用 高效、低损耗型变压器。在综合考虑设备选择经济性的情况下,选用节能型变压器,降低变 压器本身的铜耗、铁耗。[9]

3 短路电流的计算
短路就是指不同电位的导电部分包括导电部分对地之间的低阻性短接。 短路电流计算是 发电厂和变电所电气设计的主要计算项目, 它涉及接线方式及设备选择。 工程要求系统调度 或系统设计部门提供接入本电厂和变电所的各级电压的的综合阻抗值,由电气专业负责计 算。 进行短路计算的目的是为了限制短路的危害和缩小故障的影响范围。 三相短路是危害最 [4] 严重的短路形式,因此,三相短路电流是选择和校验电器和导体的基本依据。 3.1 短路计算的目的短路计算的目的 3.1.1、选择足够机械稳定度和热稳定度的电气设备 (1)计算短路冲击电流以效验电气设备的动稳定; (2)计算若干时刻的短路电流周期分量以效验电气设备的热稳定; (3)计算指定时刻的短路电流有效值以效验断路器的断流能力。 3.1.2、合理地配置各种继电保护和自动装置并正确整定其参数 3.2 产生短路的主要原因 ⑴老化,损耗产生热量导致绝缘老化;⑵设备缺陷,未发现或未及时消除;⑶过电压, 雷击过电压和操作过电压;⑷机械损伤,施工损伤电缆、输电线等;⑸污闪,因污染导致绝 缘子污闪。 3.3 减少短路危害的措施 3.3.1、防止短路的发生 ⑴提高电气设备的绝缘水平;⑵采用避雷器等设备限制过电压对电气设备的侵袭;⑶加 大绝缘距离;⑷采用电缆供电或封闭母线供电;⑸加强对绝缘部件的运行维护;⑹提高运行

人员的技术水平,减少误操作。 3.3.2、限制短路电流 ⑴在短路电流大的母线装设限流电抗器;⑵厂用电采用分裂电抗器或分裂绕组变压器; ⑶大容量机组采用单元接线; ⑷将发电厂并列运行的母线解列; ⑸电力网采用开环运行方式; ⑹电网间采用直流联络线等。 3.3.3、采用自动重合闸 采用自动重合闸技术,对瞬时性故障能够迅速恢复供电 3.3.4、采用继电保护装置 采用继电保护装置,对永久性故障能够迅速将故障部分与系统其它部分隔离,保证正常 部分的正常运行

4 电气自动化技术
4.1 基本作用 电气自动化技术在火力发电中的基本作用是通过以监视控制设备为主, 数据交换信号反 馈为辅助的自动化系统, 监控设备时以主接线图, 曲线等形式测量设备的运行状态和数据信 息,并能及时的上报设备的警告信号、动作事件异常等情况,避免操作失误和危险情况的发 生 自动化系统还需提供出潮流 13 报表、电量日报表、设备启停次数报表、和检修报表等电 气自动化系统的高级功能还提供很多特殊的数据反馈, 例如利用测控装置本身的计量功能或 脉冲信号进行电量统计,定值的远方修改在线自动效核,电气主站系统的在线设备管理,故 [10] 障诊断及电动机状态检修等。 4.2 必要性 一般来说,传统的火力发电厂中的集散控制系统(DCS)主要是侧重于对机、炉系统的 简单控制, 而电气系统的保护与安全装置都可以基本实现独立运行, 诸如厂用电源切换装置 (ATS)和自动励磁调节装置(AVR)等都与集散控制系统(DCS)之间的信息互访和交换量 有限, 对整个电气自动化系统的反映信息量相对较少, 也导致电气系统的操作人员所关注的 测量、参数等信息都无法在集散控制系统(DCS)中得到有效反映,这也就对电气系统的操 作人员运行系统造成了一定程度地不便,无法实现轻松、快捷、简便的系统操作,非常不利 于其对火力发电厂的事故进行及时地分析与解决, 因此, 为了提高火力发电厂中电气系统的 自动化水平, 就必须改变传统电气系统控制中对变送器和控制电缆大量安装的情况, 转变过 去硬接线一对一采集电气信号的形式为现场总线技术和智能设备的结合形式, 建立火力发电 厂的电气系统通信网络, 充分利用其联网信息多样化和全面化的优势, 进行电气系统深层次 的相关数据挖掘, 实现火力发电厂中电气系统的自动化, 提高整个火力发电厂电气自动化系 [10] 统的运行和管理水平,这对于火力发电厂的长远发展发挥着至关重要的作用。

参考文献:
[1]、卓乐友.电力工程电气设计手册[M] , 北京:水利电力出版社, 1991。 [2]、朱能飞.电气监控在 DCS 中的应用[ J] ,电力自动化设备,1999. 19( 6) : 75- 76。 [3]、 《发电厂电气系统的现状及发展研究》张卜元 [4]、 《浅谈火力发电厂电气部分初步设计》任晓颖,杜怡薇 [5]、 《火力发电厂电气主接线设计分析与改进》宋秋华 [6]、 《发电厂电气部分第三版》姚春球 [7]、 《发电厂电气部分》姚春球 [8]、 《火力发电厂电气一次系统设计总结》史荣国,巩奇峰 [9]、 《浅谈火电厂电气节能措施》陈松 [10]、 《电力系统电气自动化在火力发电中的应用与研究》马彦平,周健


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