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现代发电厂概论,内容提要,第一章 电力生产概述第六章 同步发电机第七章 电力变压器第八章 发电厂变配电装置第十一章 发电厂经济与管理简介,第一章 电力生产概述,第一节 电能和电力工业第二节 电能生产过程第三节 新能源发电简介第四节 火电厂基本生产过程,第一章 电力生产概述,电能已被广泛应用于各个领域，尽管自然界中有各种形式的能源，但电能已成为最方便、最实用的一种能源。可以想象，如果没有了电能，现代文明社会将不复存在。本章主要介绍电能及生产过程，并对新能源发电的状况进行简单介绍。,火力发电厂,第一节 电能和电力工业,自然界中能源可分为两类：一次能源和二次能源。所谓一次能源，是指自然界中现成存在的可直接利用的能源，如煤、石油、天然气、风、水、太阳、地热、原子核等能源；所谓二次能源，是指由一次能源加工转换成的能源，如电能、燃油(汽油、柴油等)、氢能、火药等。本课程仅对电能进行讨论。一、电能的特点 电能与其他形式的能源相比，其特点是：(1)便于大量生产和输送。(2)便于转换和控制。高低压转换；交直流转换；电能其他能(3)效率高。大型汽轮发电机的效率可达98%以上(4)无气体和噪声污染。,第一节 电能和电力工业,不同电压等级输电线路输送容量和距离一览表,第一节 电能和电力工业,二、电力工业及其发展 我国的动力资源非常丰富，水力资源居世界第一位，而煤、石油、天然气、地热等资源也十分丰富。我国电力工业发展迅速:至1998年底装机容量已达2.7亿kW；到2006年底装机容量则突破了6亿kW；到2010年底装机容量则突破了9.5亿kW。截至2013年3月底，全国全口径装机容量达到10.2993亿kW，同比增长9.0%。其中：水电、火电、核电、风电 装机容量分别达到 1.9724、7.6872、0.1257、0.4871亿kW，累计增速分别为 6.7%、7.6%、16.2%、42.8%。,2007年6月-2011年12月全国装机容量及增速,第二节 电能生产过程,一、电力系统的构成 电力系统是由发电厂、电力网和电力负荷三部分组成的。发电厂是电力系统的中心环节，它是将其他形式的能源转换为电能的一种工厂。二、常规发电厂简介 发电厂是将各种一次能源转变成电能的工厂。（1）火力发电厂（2）水力发电厂（3）原子能发电,目前在我国火电约占总发电量的74%，水电约占总发电量的20%。,电能生产过程实质上是电能的生产、输配和耗用的过程，又常分为发电、输电、变电、配电和用电五个环节。这五个环节连续同时进行，即构成了完整的电力生产过程。,第三节 新能源发电简介,一、地热能发电 地热是指地球内部蕴藏的热能。地球是一个巨大的热库，据估计，世界石油总能量为煤的3%，目前人们能利用的核能(核燃料)，仅为煤的15%，而地热能(即地下热水、地热蒸汽和地下热岩石的热能)总量约为煤的1.7亿倍，在地下3km内，可供开采的地热能就相当于几万亿吨煤。,第三节 新能源发电简介,二、太阳能发电 太阳能是比水资源更可靠的取用不尽的能源，特别是在少雨地区，太阳能的开发利用具有重要意义。1.集中型太阳能发电站 2.分散型太阳能发电站,太阳能发电,亚洲最大的薄膜太阳能光伏电站济宁华瀚光伏电站已并网试运行。电站总投资9亿元，年发电量3833万千瓦时，年可节约标煤13000吨，减排二氧化碳约3万吨 存在的问题：转换效率低，成本高；占地面积达；天气影响大。,第三节 新能源发电简介,三、风力发电 风力发电是以自然界的风为动力，驱动发电机发电。风力发电要求风速大而稳定，我国内蒙、西北和沿海地区的风能资源丰富，已有不少中、小型风力发电站在运行。目前的单机容量已达到50MW。恒速恒频 采用异步发电机，转速基本保持不变，系统简单，但风能利用率低。变速恒频 双馈异步发电机，转速改变时，通过改变转子电流的频率，使发电机的输出频率不变。永磁同步发电机，通过整流、逆变，使发电机的输出频率不变。存在的问题 发电的间断性，使电网的接入容量受到限制；发电成本高。,第三节 新能源发电简介,四、潮汐发电 潮汐发电是利用海水潮汐涨落时，海水水位的升降落差推动水轮发电机组发电。由于太阳和月亮对地球表面不同位置的引力不相平衡，使海水形成有规律升降的潮汐现象，海水有规律的运动形成大量的动能和势能，称为潮汐能。,第三节 新能源发电简介,五、燃气轮机发电 燃气轮机的工作原理与汽轮机相似，不同的是工质不是蒸汽，而是高温高压燃气。空气经压缩机压入燃烧室，燃料(油或液化天然气)经燃料泵打入燃烧室，在燃烧室燃烧产生高温高压的气体，进入燃气轮机中膨胀做功，推动燃气轮机旋转，带动发电机发电。,发电效率：燃气轮机，（1633）%；汽轮机，（3040）%；联合，（4060）%,济钢已建成多台燃气蒸汽联合循环发电机组,第四节 火电厂基本生产过程,我国火力发电厂所使用的燃料主要是煤，且主力电厂是凝汽式发电厂。下面就以煤粉炉、凝汽式火电厂为例，介绍火力发电厂的基本生产过程。火力发电厂的生产过程概括地说是把燃料(煤)中含有的化学能转变为电能的过程。整个生产过程可分为三个阶段：燃料的化学能在锅炉中转变为热能，加热锅炉中的水使之变为蒸汽，称为燃烧系统；锅炉产生的蒸汽进入汽轮机，推动汽轮机旋转，将热能转变为机械能，称为汽水系统；由汽轮机旋转的机械能带动发电机发电，把机械能变为电能，称为电气系统。,第四节 火电厂基本生产过程,一、燃烧系统 燃烧系统由输煤、磨煤、燃烧、风烟、灰渣等环节组成。(1)运煤。(2)磨煤。(3)锅炉与燃烧。(4)风烟系统。(5)灰渣系统。,第四节 火电厂基本生产过程,二、汽水系统火电厂的汽水系统由锅炉、汽轮机、凝汽器、除氧器、加热器等设备及管道构成，包括给水系统、冷却水(循环水)系统和补水系统。(1)给水系统。(2)补水系统。(3)冷却水(循环水)系统。,第四节 火电厂基本生产过程,三、电气系统 发电厂的电气系统，包括发电机、励磁装置、厂用电系统和升压变电所等。,第六章 同步发电机,第一节 同步发电机概述第二节 同步发电机的构造第三节 同步发电机的冷却第四节 同步发电机的励磁系统第五节 同步发电机的运行与控制,第六章 同步发电机,发电机是电厂的主要设备之一，它同锅炉和汽轮机合称为火力发电厂的三大主机。目前，在电力系统中，交流电能几乎都是由同步发电机发出的。本章以现代大型发电厂的主力机组600MW汽轮发电机为主介绍同步发电机的基本构造、工作原理和运行操作。,600MW汽轮发电机发电机,转子,定子,整机,第一节 同步发电机概述,在电力系统中，几乎所有的发电机：汽轮发电机、水轮发电机、核发电机、燃汽轮发电机及太阳能发电机等都属同步发电机。尽管其容量大小、原动机类型、构造形式、冷却 方式等各有差异，但其工作原理是相同的。,一、同步发电机的工作原理同步发电机是利用电磁感应原理将机械能转换成电能的设备。转子加励磁电流，建立磁场；原动机驱动转子旋转，产生旋转磁场；旋转磁场切割电枢绕组，产生三相对称电动势；接上负载输出电能。机械能 电能,第一节 同步发电机概述,二、同步发电机的分类 同步发电机因用途不同，结构也相差甚大，一般可按其原动机的类别、本体结构特点、安装方式等进行分类。按原动机分：汽轮发电机；水轮发电机；燃气轮发电机按冷却介质分：空冷；氢冷；水冷。水-氢-氢按主轴安装方式分：卧式安装；立式安装按本体结构分：隐极式；凸极式5.按哪边旋转分：旋转电枢式，三相对称绕组在转子；旋转磁极式，直流励磁绕组再转子上。,电枢：三相绕组一边磁极：直流励磁绕组一边,第一节 同步发电机概述,三、同步发电机的主要技术数据 为使发电机按设计技术条件运行，一般在发电机出厂时都在铭牌上标注出额定参数，并在说明书中加以说明。(1)额定容量(或额定功率)。额定容量是指发电机在设计技术条件下运行输出的视在功率，用kVA或MVA表示；额定功率是指发电机输出的有功功率，用kW或MW表示。(2)额定定子电压。指发电机在设计技术条件下运行时，定子绕组出线端的线电压，用kV表示。我国生产的300MW和600MW发电机组额定定子电压均定为20kV。(3)额定定子电流。指发电机额定运行时定子绕组的线电流，单位为A。(4)额定功率因数。指发电机在额定运行时，定子电压和定子电流之间允许的相角差的余弦值。300MW机组的额定功率因数为0.85，600MW机组的额定功率固数为0.9。,第一节 同步发电机概述,(5)额定转速。指正常运行时发电机的转速，单位为rmin，在中国汽轮发电机转速均为3000rmin。(6)额定频率。我国电网的额定频率为50Hz。(7)额定励磁电流。指发电机在额定运行时，转子绕组通过的励磁电流，用A表示。(8)额定励磁电压。指发电机励磁电流达到额定值，额定运行在稳定温度时的励磁电压。(9)绝缘等级。A-105；E-120；B-130；F-155；H-180(10)效率。指发电机输出功率与输入功率之百分比，一般额定效率在93-98之间，300MW和600MW大型机组在98以上。,上海汽轮发电机厂设计的QFSN6002型600MW水氢氢汽轮发电机的主要技术参数为：额定功率 600MW 额定电压 20kV 额定电流 19245A额定转速 3000rmin额定励磁电流电压 4900A500V短路比 0.54 短路比大，电机性能好，但造价高。额定功率因数 0.9额定氢压 0.4MPa额定效率98.85%冷却方式水氢氢。,第一节 同步发电机概述,型号含义：QFSN6002 QF-汽轮发电机；S-定子绕组水内冷；N-转子绕组氢内冷；600-额定容量600MW；2-两极,第一节 同步发电机概述,四、发电机的发展趋势,近年来，我国电力系统中发电机单机容量不断增大，目前300MW、600MW的汽轮发电机组已成为系统的主力机组，900MW的机组也开始进入一些大的电力系统。理论分析和运行实践表明，大容量机组有如下优越性：(1)可降低发电机的造价和材料的消耗量。如一台600MW机组的单位材料消耗是一台100MW机组的60左右。(2)可降低电厂的基建安装费。若以200MW机组单位安装费为100，则500MW机组的单位安装费只需85左右。(3)可降低运行费用。煤耗低；由于大容量机组实行微机监控，自动控制功能大大提高，运行人员和装置减少，从而降低了运行和维护费用。,发电机容量的增加受到材料机械强度的限制，转子直径不能超过1.1m。,第二节 同步发电机的构造,发电机最基本的组成部件是定子和转子。火力发电厂采用的汽轮发电机皆为隐极机，只有一对电极，其转速为3000r/min，采用卧式轴结构；水轮发电厂中水轮发电机皆为凸极机，极对数大于等于2（一般大于6对，转速小于500r/min）。通常小容量水轮发电机多采用卧式，中容量水轮发电机采用立式或卧式，而大容量水轮发电机则采用立式结构。,第二节 同步发电机的构造,一、定子发电机的定子由定子铁芯、定子绕组、机座、端盖与轴承等部件组成。1.定子铁芯定于铁芯是构成发电机磁路和固定定子绕组的重要部件。为了减少铁芯的磁滞和涡流损耗，发电机定子铁芯常采用导磁率高、损耗小、厚度为0.350.5mm的优质冷轧硅钢片叠装而成。2.定子绕组大型同步发电机有三种绕组，即定子绕组（三相对称绕组）、转子绕组(励磁绕组)和阻尼绕组。3.机座与端盖发电机的定子铁芯及绕组都固定在机座上，机座还要承受转子的重量及运行时的电磁力矩和短路时10倍以上的短路力矩的作用，同时还要考虑加工、运输和吊装等需要，因此机座应具有足够的强度和刚度。,汽轮发电机定子硅钢片拼装,第二节 同步发电机的构造,二、转子发电机的转子是汽轮发电机最重要的部件之一，它的作用是产生一个旋转磁场，通过电磁感应原理将由汽轮机传过来的机械能转变为定子绕组中的电能。1.转子本体近年来随着大型锻压设备的发展，发电机转子都采用由高强度的、导磁性能良好的镍铬钼钒合金钢，在真空中浇注成形，再经冷热加工而成。,汽轮发电机转子外形图,2.转子绕组转子绕组是由扁铜线绕成的同心式线圈，以大齿(极身)为中心，直线部分嵌入小齿槽内。3.风扇 QFSN3002型汽轮发电机转轴上装有三个风扇。,第二节 同步发电机的构造,第三节 发电机的冷却,发电机在运行过程中存在着各种损耗，主要是铁耗(铁芯中磁场变化所产生的磁滞和涡流损耗)、铜耗(铜导线中流过电流在导线电阻上所产生的热损耗)和机械损耗(转子和风扇旋转时轴承部分的摩擦所产生的损耗)。国产300MW汽轮发电机效率达到98.8%，其余1.2%的损耗竟有3600kW之巨，这样大的损耗功率在发电机内部变为热量，由于大容量汽轮发电机定转子细长，热量不易散出，所以发电机的散热冷却就成为限制大容量发电机容量提高的主要因素。不断改进发电机的冷却技术，提高冷却效果，是大容量发电机制造中一个十分重要的问题。汽轮发电机的冷却方式按冷却介质的不同通常分为空气冷却(风扇通风)、氢气冷却和水冷却等三种类型。目前，除25MW及以下的小机组采用空气冷却外，50MW及以上的汽轮发电机广泛采用氢冷和水冷技术。济南发电设备厂可生产300MW空冷汽轮发电机。,第三节 发电机的冷却,一、冷却方式简介1空气冷却 空气冷却是以空气为冷却介质，用风扇将冷空气送入机内，经发电机内部的风道，对发热部件进行冷却，吸热后的热空气排出机外，经空气冷却器冷却后，再送入机内。为提高冷却效果，汽轮发电机常采用轴向分段等多流式通风系统。2氢气冷却(外冷)对大、中容量的汽轮发电机，采用氢气作介质对发电机的部件进行冷却，又称氢外冷。氢外冷发电机的冷却系统的构成与空气冷却系统基本相同，只是将氢气冷却器装在发电机机壳内，以减少氢气的用量。氢气的导热系数比空气大6.7倍，密度比空气小14.5倍，风阻和摩擦损耗仅为空气冷却的17左右；将同一台汽轮发电机由空气冷却改为氢气冷却(外冷)后，转子温升下降一半左右，容量可提高20一25。采用氢气冷却，可避免绝缘材料与氧气接触，从而可增加绝缘材料的稳定性。在采用氢气冷却时，需采取措施防止氢气泄漏及空气进入发电机内，否则，造成空气和氢气混合易引起爆炸。,第三节 发电机的冷却,3氢内冷 冷却介质氢直接接触绕组导体的冷却方式称为氢内冷方式。这种冷却方式可使绝缘导体的热量直接由冷却介质带走，可大大提高冷却效果。4水内冷 汽轮发电机的水内冷方式，就是以凝结水(蒸馏水)作为冷却介质直接冷却绕组导体。由于水的冷却能力是空气的50倍，这就大大改善了冷却效果，明显降低了绕组温升，从而可大幅度提高发电机出力。水内冷机组的定子线棒内有空心铜管或不锈钢管的通水管，在定子机壁上装有两个空心钢管制成的圆环，称为集水环，作为发电机定子绕组冷却水的总进出水管。集水环与线棒用绝缘软管连接，构成机内冷却水通路，再由集水环与机外冷却水系统的进出水管相连，即是定子水内冷方式。发电机转子水内冷方式，是冷却水由发电机大轴的专用进水孔进入到分水箱后，经绝缘软管进入励磁绕组线束中央的空心铜管，然后再经过相连的水箱排出机外。定子、转子均采用水内冷的发电机，称为“双水内冷”发电机。,第三节 发电机的冷却,双水内冷的发电机的定转子绕组,第三节 发电机的冷却,二、汽轮发电机的典型冷却系统国产300MW、600MW汽轮发电机的典型冷却方式是水氢氢方式，即定子绕组是水内冷式、转子绕组是氢内冷式、定子铁芯是氢外冷方式。而现今，空冷发电机容量已达400MW以上，蒸发冷却技术也已应用到发电机中。1.水内冷式定子绕组的冷却2.定子铁芯氢气循环冷却系统（氢外冷）3.氢内冷式转子绕组的冷却三、汽轮发电机的测温系统 大型发电机的重要部件，如定子绕组、定子铁芯、转子绕组、氢气冷却器、冷风区、热风区以及密封油、轴承油等的运行温度需随时进行监视。,第四节 汽轮发电机的励磁系统,发电机要发出电来，除了需要原动机带动其旋转外，还需给转子绕组输入直流电流(称为励磁电流)，建立旋转磁场。供给励磁电流的电路，称为励磁系统，包括励磁机、励磁调节器及控制装置等。励磁系统由两个基本部分组成，即励磁功率单元和励磁调节器。励磁控制系统指励磁系统及其控制对象发电机共同组成的闭环反馈控制系统。励磁控制系统原理框图如图所示。,第四节 汽轮发电机的励磁系统,一、励磁系统的主要功能 励磁系统的作用不仅是在发电机中建立旋转磁场，而且还对发电机及电网的安全、经济运行起着重要作用。（正常运行时：提供励磁电流；故障时：强励；快速灭磁）二、发电机励磁系统简介1.直流励磁机励磁系统,并励直流发电机（与同步电机同轴）,2.交流励磁机静止整流器励磁系统,第四节 汽轮发电机的励磁系统,3.交流励磁机旋转硅整流器励磁系统,第四节 汽轮发电机的励磁系统,4.自并励励磁（静止励磁）系统,第四节 汽轮发电机的励磁系统,第五节 发电机的运行与控制,本节主要讨论汽轮发电机在起动、并列、停机、调整负荷及调相运行等不同运行条件下的状态及操作过程。一、发电机的启动发电机由停机状态(检修后或新安装)投入运行，需按规程进行一系列试验及启动前的准备工作，待发电机逐渐升速至额定转速3000r/min。,第五节 发电机的运行与控制,二、发电机的并列 现代电力网是由多座发电厂、多台发电机并列运行的大电网方式，省级电网、跨省的区域网，甚至跨国电力网已取得十分成熟的运行经验。发电机常用的同步并列方法有两种：准同步并列法和自同步并列法。此外还有异步起动和非同步合闸法(事故情况下用)。(一)准同步并列法 准同步(又称精确同步)并列，是常用的基本同步方法。准同步并列是指待并发电机与运行系统间满足同步条件时进行并列操作，即当发电机的频率、相序、电压大小和相位与系统的频率、相序、电压大小和相位均相同(或接近)时，将发电机的断路器合闸，完成与系统的并列。准同步并列分为手动准同步并列和自动准同步并列两种具体方法。,第五节 发电机的运行与控制,1.手动准同步并列 手动准同步即用手操作相关开关，调节发电机电压、频率使其满足同步条件闸并列的方法。(1)频率。汽轮机起动后，通过操作其调速开关，使其转速逐渐升高至额定值3000rmin，则同轴旋转的汽轮发电机的转速即达到与电网频率接近同步的要求。(2)电压。当汽轮发电机升速至额定转速后，经检查各处工作情况正常，即可给转子加上励磁电流，缓慢转动磁场变阻器手轮，减小电阻以增加励磁电流，使发电机定子绕组电压逐渐升高达到与系统电压相等。(3)相位角。在满足频率和电压相等的条件后，投入同步表，待同步表指针缓慢顺时针转动至接近同步点时，操作断路器控制开关合闸，使发电机与系统并列。并列成功后，无异常现象出现，即可使发电机带上负荷，并退出同步仪表，并列操作完毕。,第五节 发电机的运行与控制,2自动准同步 自动准同步并列装置是一种自动控制装置，它能根据系统的频率，检查待并发电机的转速，并发出调节脉冲去调节待并发电机的转速，使其略高出系统一预定数值。然后检查同步的回路开始工作，当待并发电机以微小的转差向同步点接近，且待并发电机与系统的电压差在5V以内时，就提前一个预定时间发出合闸脉冲，合上主断路器，使发电机与系统并列。(二)自同步并列 自同步并列法，就是当待并发电机的转速接近额定转速(相差2范围之内)时，在未加励磁的情况下，先合上发电机的断路器进行并列，然后再合上励磁开关，加入励磁电流，利用发电机的“自整步”作用，将发电机自动拉入同步。,第五节 发电机的运行与控制,三、发电机的负荷调整 1.有功负荷的调整 发电机在运行中对有功负荷的调整，是通过汽轮机的调速电动机进行的，当需增加有功负荷时，就加大进汽量；当需减小有功负荷时，就减小进汽量，以保持发电与负荷的平衡，维持发电机的转速恒定。2.无功负荷的调整 发电机在运行中对无功负荷的调整，是通过改变发电机励磁电流来实现的。通常利用自动电压调节器(简称调节器)自动调节，也可手动调节。(1)自动调节方式。这是主要运行方式，即根据发电机端电压的变化，采用负反馈原理对发电机励磁电流进行自动调节，以维持发电机端电压的恒定。(2)手动控制方式。当自动电压调节器因有故障失去作用时，改用由运行人员手动操作调节方式。一般自动调节为主要方式，手动调节为备用方式。,第五节 发电机的运行与控制,四、同步发电机的调相运行同步发电机空载运行时，若把原动机去掉，则变为空载电动机，从电网吸收很小的有功功率(即发电机变为电动机)以维持同步旋转。调节励磁电流，使功率因数等于1，成为正常励磁；此时加大励磁(过励运行)，则向电网送感性无功功率，功率因数滞后；减小励磁电流（欠励运行），则吸收电网中的感性无功，功率因数超前。同步电机这种运行状态称为同步调相机(或称同步补偿机)。当输电线路很长时，线路本身具有电容，当终端负荷变化时要维持端电压不波动是很困难的。所以接上同步补偿机，通过调节其励磁电流，可以控制功率因数，保持电网电压恒定。五、发电机的解列与停机发电机要解列时，应先将所带厂用电转至备用电源，然后再将发电机所带的负荷转移到其他并列机组上去，断开发电机断路器，将发电机解列。,第五节 发电机的运行与控制,四、同步发电机的调相运行同步发电机空载运行时，若把原动机去掉，则变为空载电动机，从电网吸收很小的有功功率(即发电机变为电动机)以维持同步旋转。调节励磁电流，使功率因数等于1，成为正常励磁；此时加大励磁(过励运行)，则向电网送感性无功功率，功率因数滞后；减小励磁电流（欠励运行），则吸收电网中的感性无功，功率因数超前。同步电机这种运行状态称为同步调相机(或称同步补偿机)。当输电线路很长时，线路本身具有电容，当终端负荷变化时要维持端电压不波动是很困难的。所以接上同步补偿机，通过调节其励磁电流，可以控制功率因数，保持电网电压恒定。,正常运行,空载电动机,调相运行,第七章 电力变压器,第一节 变压器概述第二节 变压器的结构第三节 变压器的运行和管理第四节 其他形式变压器简介,第七章 电力变压器,电力变压器是电力系统中输配电能的主要设备。电力变压器利用电磁感应原理，可以把一种电压等级的交流电能方便地变换成同频率的另一种电压等级的交流电能。经输配电线路将发电厂和变电所的变压器连接在一起,便构成了工农业生产的主能源网络电力网。本章主要介绍电力变压器的工作原理、结构及运行管理等方面的基本知识。,干式变压器,油浸式变压器,第一节 变压器概述,电力系统中的变压器：升压变压器；降压变压器；配电变压器,第一节 变压器概述,一、变压器的基本原理变压器是根据电磁感应原理工作的，单相变压器由两个互相绝缘且匝数不等的绕组，套在由良好导磁材料制成的同一个铁心上，其中一个绕组接交流电源，称为一次绕组；另一个绕组接负荷，称为二次绕组。,空载运行 二次绕组开路，一次绕组接交流电压，产生空载电流（一般小于5%的额定电流），产生主磁通，在一次和二次绕组中感应电动势。,变压器原理图,2.负载运行 一次绕组接交流电压，二次绕组接负载，产生负载载电流，为了使主磁通不变，一次电流必须相应变化。电源电压不变，负载变化时，输出电压如何变化？,第一节 变压器概述,标幺值=实际值/基值,第一节 变压器概述,二、变压器的分类 为适应不同的用户要求，变压器分为多种类型。1.按用途分(1)电力变压器。在输配电系统中应用，又进一步分为升压变压器、降压变压器、联络变压器(连接几个不同电压等级的电网)等。(2)仪用变压器。指电流互感器和电压互感器等，用于仪表测量、继电保护和操作电源。(3)特殊用途变压器。有整流变压器、电炉变压器、焊接变压器、实验变压器等。2按绕组数分(1)自耦变压器。高、低压侧共用一个绕组，两侧接线匝数不同。(2)双绕组变压器。指每相有高、低压两个绕组。(3)三绕组变压器。每相有高、中、低压三个绕组。(4)分裂绕组变压器。特殊的三绕组变压器，每相有二个电压相同的输出绕组，独立向外共电。用作大容量厂用电变压器。,第一节 变压器概述,3.按相数分为(1)单相变压器。(2)三相变压器。三相心式变压器；三相变压器组。4按冷却方式分为(1)油浸式变压器。绕组与铁芯完全浸在变压器油里。又可分为：油浸自冷式变压器油自然循环进行冷却；油浸风冷式变压器在散热器上装没风扇吹风冷却；强迫油循环水冷却变压器用油泵强迫变压器油通过变压器外专设的水冷却器冷却后再迭回变压器内。(2)干式变压器。铁芯和绕组都由空气直接冷却。,第一节 变压器概述,三、变压器的额定参数与铭牌 为使变压器能按照设计技术条件安全、经济、合理地运行，制造厂将变压器的设计额定参数标注在铭牌上(又称铭牌值)。按照额定参数运行，可以保证变压器长期可靠的工作，并能达到设计的性能。1.变压器的额定参数(1)额定容量SN。对三相变压器而言，是三相容量之和，单位为kVA或MVA。(2)额定电压UN。一次侧额定电压，指加到一次绕组上的规定电压值；二次侧额定电压指一次侧加额定电压时，二次侧的空载电压。额定电压的单位为V或kV。三相变压器的额定电压都是指线电压。(3)额定电流IN。在额定使用条件下，一次侧输入的电流叫一次侧额定电流；二次侧输出的电流叫二次侧额定电流。额定电流都是指线电流，单位为A或kA。,第一节 变压器概述,(4)空载电流I0。变压器加额定电压空载运行时的电流，常以额定电流的百分比来表示。(5)空载损耗P0。在变压器一个绕组上加入额定电压，而其余绕组均为开路时，变压器的有功损耗，单位为kW。(6)短路损耗Pk。当变压器的一个绕组通以额定电流，而另一绕组短接时的有功损耗，单位为kW。(7)短路电压(阻抗电压)百分比Uk。当一个绕组短接，在另一绕组加电压，达到额定电流时所加入的电压称为短路电压。,对于三相双绕组变压器,2变压器的型号及符号说明变压器的型号由文字和数字两部分组成，一般格式如下：1-绕组耦合方式；2-相数；3-冷却方式；4-绕组数；5-绕组导线材质；6-调压方式。其符号代表的含义为：O-自耦；D-单相；S-三相；G-空气自冷式；F-油浸风冷式；W-水冷式；P-强迫油循环；Z-有载调压；L-铝；F-分裂变压器；FP-强迫油循环风冷；WP-强迫油循环水冷。举例：SFP7360000220：表示三相油浸风冷强迫油循环式电力变压器，额定容量为360000kVA，额定电压为220kV。,1,2,3,4,5,6,第一节 变压器概述,/,1产品型号；2性能水平；3特殊用途；4额定容量；5电压等级；特殊环境。,3300MW发电机组配用变压器情况(1)主变压器(升压变压器)。型号为SFP7360000220，中性点直接接地，无载调压。其主要参数为额定容量360000kVA；额定电压24220kV；额定电流858.9l0392.3A；连接组标号YN，d11(即旧符号Y011)；冷却方式强迫油循环风冷；器身重169t；油重48.7t；总重量262.7；空载损耗177kW；短路损耗809kW；短路电压11。(2)起动变压器。高压侧接系统，低压侧作300MW汽轮发电机组起动电源。当发电机组起动并入系统带上3040的负荷后，应切换成高压厂用变压器供电。此时起动变压器处于联动备用状态，故又称起动备用变压器。300MW汽轮发电机组配用起动变压器的型号为SFFZ74000220，即三相自然油循环风冷却有载调压分裂电力变压器。(3)高压厂用变压器。型号为SFF7400020，即三相自然油循环风冷式无励磁调压分裂电力变压器。,第一节 变压器概述,（1）星形联结（Y、y联结）,高压绕组采用Y接,低压绕组采用y接,4.变压器的连接组别,第一节 变压器概述,（2）三角形联结（D联结）,第一节 变压器概述,联结组为：Y，y0,高、低压电压相量图,(3)三相变压器的连接组别,第一节 变压器概述,同名端,同一铁心柱上的两个线圈：电压同相位；电压反相位。,时钟表示法,同名端,Y，d11,第一节 变压器概述,五种标准联结组：,最常用,第一节 变压器概述,第二节 变压器的结构,电力变压器一般由铁心、绕组、油箱(壳体)及附件、冷却系统、测量及保护系统等组成。变压器最主要的部件是铁心和绕组，此二者装配在一起又称器身，器身置于装满变压器油的油箱中；油箱外装有散热器，油箱上部还装有储油柜、安全气道、套管等。图所示为变压器的结构示意图。,变压器结构示意图,一、铁芯 铁心构成变压器的磁路，也是绕组的机械骨架。一般采用磁导率高、磁滞和涡流损耗小的硅钢片叠装而成，其表面涂有高机械强度、高耐热性和高绝缘性能的绝缘漆，使片与片间绝缘。,三相五柱变压器铁芯,三相三柱变压器铁芯,第二节 变压器的结构,二、绕组绕组是变压器中发生电磁感应的电路部分，它由带绝缘包层的高导电性能的电解铜导线(或铝导线)绕制而成，输入电能侧的绕组称一次绕组；输出电能侧的绕组称二次绕组。1.圆筒式绕组圆筒式绕组是将一次和二次绕组都做成圆筒形状，同心地套在铁心柱上。2.螺旋式绕组此种绕组每匝由多根导线并联绕成一个螺旋，中间隔以沟道，由于多导线并联，所以可用于35kV以下大电流绕组的情况。3.连续式绕组连续式绕组是由数根并联扁导线沿径向连续绕制的许多个线段自然连接组成的。4.纠结式绕组纠结式绕组与连续式绕组的区别是两线饼内导线是交替排列的，其等效电容要比连续式大数十倍，可防止绕组绝缘在过电压时被击穿。,第二节 变压器的结构,三、油箱及附件油箱是油浸式变压器的外壳，用钢板焊成，为增强冷却效果，油箱壁外焊有散热管或装有散热器。1.绝缘套管 2.分接开关 无载调压 有载调压 3.储油柜4.呼吸器5.气体继电器6.压力释放装置7.净油器,四、变压器的冷却油冷：变压器油（矿物油）变压器在运行时，绕组和铁心中的损耗所转化的热量必须设法去除，否则会降低工作效率，甚至发展为事故。变压器冷却的方式有多种。对中、小型变压器一般采用油浸自然冷却方式；对大型变压器采用油浸风冷、强迫油循环风冷、油浸水冷、强迫油循环水冷等方式。空冷：干式变压器,第二节 变压器的结构,第三节 变压器的运行和管理,变压器的运行方式有两种，即空载运行和负载运行。运行中的变压器要产生铜损和铁损，这些损耗使变压器绕组和铁心的温度升高，长时间高温下运行，会加速绝缘老化，缩短使用寿命。因此，对变压器必须有经常性的监测和保护措施。1.变压器的空载运行 变压器的一次绕组接入电源、二次绕组开路时的运行方式，叫做变压器的空载运行，或称无载运行。2.变压器的负载运行 变压器负载运行是指一次绕组接有电源，二次绕组接入一定负载的情况。,DC全封闭型干式电力变压器,3.变压器的经济运行 变压器在传输电能的过程中要消耗一部分电能，即铁耗和铜耗。,变压器空载或轻载运行时，效率很低，应尽量避免。,最高效率,第三节 变压器的运行和管理,第四节 其他形式变压器简介,根据用途的不同，电力系统中还有其他几种型式的电力变压器在使用，应用较多的是自耦变压器、三绕组(联络)变压器及分裂绕组变压器。一、自耦变压器自耦变压器又叫单绕组变压器，因为传输相同容量时，自耦变压器与普通双绕组变压器相比，不但体积小而且效率高，变压器的两侧电压相差越小，此优点就更为明显。自耦变压器的缺点是两侧之间存在电的联系。,第四节 其他形式变压器简介,二、三绕组变压器三绕组变压器有高、中和低压三个绕组，一般用于有三个电压等级的电力系统，作为电网的联络变压器。,三绕组变压器的使用提高了系统供电的灵活性和可取性，而且比采用两台双绕组变压器更方便、节省材料和降低损耗。三绕组变压器同相的三个绕组套装在同一个铁芯往上，由于绝缘的要求，高压绕组常安装在最外层。考虑到短路阻抗的合理性，升压变压器的低压绕组常套在中间；降压变压器的绕组由内向外的排列顺序是低、中、高。根据各电压等级负荷的不同，三绕组变压器各例绕组的容量也不相同，一般有100100100、10050100、10010050等。,低、中、高中、低、高,三、分裂绕组变压器分裂绕组变压器是将双绕组变压器的低压绕组分裂成额定容量相等的两个完全对称的绕组，这两个绕组与高压绕组间的短路电抗相等，两分裂绕组独立供电，但只有磁的耦合，而没有电的联系。,分裂绕组变压器两个分裂绕组之间的阻抗称为分裂阻抗；高压绕组与低压分裂绕组之间的短路阻抗与分裂绕组间的短路阻抗都有较大的数值，以减少短路电流，降低短路容量。目前，分裂绕组变压器常用于两机一变接线的升压变压器和高压厂用变压器。,第四节 其他形式变压器简介,第八章 发电厂变配电装置,第一节 电气主接线第二节 高压开关设备,第八章 发电厂变配电装置,在前面两章中，已经分别对发电厂的主要电气设备发电机和变压器进行了介绍。为了使电力生产正常进行，电厂自身用电系统是最重要的保障；而要将电厂生产的电能送入高压电网，还必须有各种开关设备、汇集和分配电能的主接线及配电装置和设施。所以本章将从电气主接线入手，对发电厂除发电机和变压器外的其他一次设备进行介绍。,第一节 电气主接线,电气主接线是发电厂、变电所及电网中汇集和分配电能的主电路，它把发电厂的主要电气设备，如发电机、变压器、隔离开关、电抗器等通过母线、电缆等相连接，并配置避雷器、互感器等保护测量装置，构成发电厂完整的电力生产系统。发电厂和变电所的电气主接线图是将电气一次设备用统一规定的图形和文字符号，按一定的顺序连接起来，用以表示发电厂发电、汇集和分配电能的电路图。,对电气主接线的要求 同时要满足供电可靠（保证对用户不间断供电）、运行灵活（便于调度、倒闸操作和扩建的余地）和经济合理（投资省、占地面积小、电能损耗小）等基本要求。为使电气运行人员熟悉发电厂和变电所的主接线，便于分析、处理事故和运行操作，在控制室里设有简化的主接线模型（单线表示的主接线图），并将需经常操作的断路器、隔离开关、接地刀闸等模型元件与实际位置信号对应相连，成为动态模拟盘，以便进行有效地监视。选择电气主接线应考虑的因素 电气主接线的方式根据发电厂和变电所的规模及其在电力系统中的地位、电压等级、进出线回路数、电气设备的特点以及负荷的性质等条件决定。,第一节 电气主接线,第一节 电气主接线,一、电气主接线的基本形式常用的主接线形式可分为有母线和无母线两大类。1.单母线接线2.单母线分段接线3.单母线分段带旁路母线的接线4.双母线接线5.双母线分段接线6.双母线带旁路母线的接线7.断路器接线8.桥形接线9.多角形接线10.单元接线,断路器：可以断开负荷和故障电流，造价高。隔离开关：只能空载操作，造价低；母线：聚集和分配电能的电路。,1.单母线接线,单母线接线是最简单的接线方式，其特点是所有电源和出线都接在同一母线上，进出线回路均装设断路器。优点：接线简单、操作方便、设备少、便于扩建、造价低。缺点：母线和母线隔离开关故障或检修时，均需使母线停电。单母线接线方式一般用于出线回路较少的小容量发电厂和变电所中。,断路器,隔离开关,母线,第一节 电气主接线,2.单母线分段接线,单母线分段接线是用一台断路器和两组隔离开关将单母线分成两段，这样当一段母线故陈或检修时，另一段母线仍可继续运行。单母线分段接线也具有接线简单清晰、操作方便、投资省等优点，并提高了供电的可靠性。其缺点是当一段母线或母线隔离开天发生故障或检修时，该母线上的全部出线都需长时间停电。该接线线方式一般用于电压不高、线路较少的变电所所和中小型发电厂。,第一节 电气主接线,3.单母线分段带旁路母线的接线,第一节 电气主接线,图8-3所示为单母线分段带旁路母线接线。当出线或进线的断路器检修时，可通过旁路隔离开关将出线接至旁路母线，再经旁路断路器接至主母线，使该出线可继续正常运行。这种接线方式常用于35-110kV的变电所中。,旁路母线,旁路断路器,4.双母线接线,第一节 电气主接线,双母线接线的基本形式如图8-4所示。由图可见，每一条出线和电源进线，都通过一台断路器和两组隔离开关接到两组母线上。两组母线之间设置一台母线联络断路器(简称母联断路器)。双母线接线有两种运行方式：将两组母线分为工作母线和备用母线(母联断路器断开)；两组母线都做为工作母线(母联断路器合闸)。,母联断路器,变电所中110一220kV出线在4回线以上时，多采用双母线接线。,5.双母线分段接线,第一节 电气主接线,6.双母线带旁路母线的接线,第一节 电气主接线,断路器接线（一个半断路器接线）,第一节 电气主接线,运行两组母线同一串的3台断路器都投入工作，成为完整串运行，形成多路环形供电，具有很高的可靠性。两组母线同时运行，任一母线故障或检修，都不会造成停电；任一断