第五章 电力发电厂的系统分析

  

  3、高低压配电装置：它是按主接线的要求，由开关设备，保护测量电器，母线和必要的辅助建筑构成的总体，其作用是在正常时用来接收和分配电能，在系统故障时切断故障部分，回到正常状态运行。

  发电厂与变电站的主要工作是生产和分配电能，这就需要有直接生产和输配电能的设备，包括发电机、变压器、调相机、断路器、隔离开关、自动开关、接触器、闸刀开关、熔断器、母线和电力电缆等。通常将承受动力电压和动力电流的设备，统称为一次设备。另外，一次设备还包括避雷器、电压互感器、电流互感器等。

  为了保证一次设备正常可靠的运行，就必须装设对一次设备做控制、测量、检查以及在出现故障时能迅速切断故障的基点保护设施、自动控制和信号装置等设备，如继电器，测量仪表，控制、自动及信号装置，控制电缆等，这些电气设备成为二次设备。

  电力系统是一个有机的整体，系统中任一个主要设备正常运行情况的改变，均将影响整个电力系统，因此设置调度机构和调度员来统一指挥电力系统的运行。值班调度员是系统运行中技术上的领导人，他可以直接对管辖系统内发电厂、变电所的运行领导人发布命令。

  在发电厂主，燃料、锅炉、汽机、化学和电气分场由值班人员，各班都设有班长，在同一值内负责领导各运行班的是值长。

  电气运行值班人员有：班长、副班长（技术员）、值班电工、厂用纸板垫高，值班员及副值班与副值班员。

  电力生产的特点是连续生产，发电、供电、用电同时完成。所以电力系统的安全生产是十分重要的，发生重大事故，不仅使本企业的设备和人身受到伤害，而且直接影响到用户，甚至造成国民经济的严重损失。

  值班员在工作时间，应严肃认真执行有关的规章制度，确保电气设备安全经济运行，其任务如下。

  1）值班员在接班前30分，到主控室听取交班班长对其设备运作情况的介绍，其后按交班规定的检查项目到现场检查设备及系统的运作情况，在接班会上向班长汇报，接受班长布置任务。

  2）在值班时间内抄录发电机、变压器和输电线路等主控室内全部表记的指示数值。

  3）监盘调整。监盘人员必须精力集中，不闲谈，不擅自离开岗位，不做与监盘无关的事情，按要求及时调整有功电力和无功电力。

  7）巡回检查设备。按照本厂规定的巡回检查设备的周期和路线，对运行中的设备进行巡回检查，并正确掌握设备的运作情况，及时发现设备缺陷，消除故障隐患，对有缺陷及检修后新投入的设备，特殊天气及事故处理后都应赠加队设备巡回检查次数。

  为了保证备用设备始终处于良好状态，工作设备一旦故障，备用设备能立即投入运行，保证发电生产安全稳定。另外，当系统有异常情况时应能及时、正确的报警，并将事故处理于萌芽状态。因此，要定期对备用设备和信号进行预防性试验。

  为了保证电气设备在运行中可靠稳定的工作，在电气设备检修后和移交运行前，运行人员应根据检修记录到现场进行验收。

  3）熟悉发电厂的接线系统及其运行方式，包括主系统、厂用电系统、直流系统及照明系统。

  4）熟悉发电厂主要电气设备的规范、用途、特性及发电机与变压器的冷气方式。

  单母线接线具有简单清晰，设备少，投资小，运行操作方便且有利于扩建等优点，但可靠性与灵活性较差，当母线或母线隔离开关发生故障或检修时，必须断开全部电源，造成全厂停电，此外，在出线断路器检修时，也将停止该回路工作。为了弥补以上不足，可采取以下措施：母线分段；加设旁路母线、双母线）一般的双母线带旁路接线

  一般的双母线带旁路接线按其旁路母线的接线形式分为：具有专用带旁路断路器的双母线及以母连断路器兼作旁路断路器的接线。前者是在一般的双母线的基础上增设旁路母线和专用的旁路断路器，每回出现都经过各自的旁路隔离开关接到旁路母线上（电源回路也可接入旁路）。这种接线运行操作方便，不影响双母线的运行方式，但多用一组旁路母线，一台旁路断路器和多台旁路隔离开关，增加了投资和占地面积，且旁路断路器的继电保护整定较复杂。后者是为了节省专用旁路断路器，节省投资和占地面积，而对可靠性和灵活性要求不太高的配电装置或工程建设初期所采用的一种接线形式，常以母连断路器兼作旁路断路器。

  分段的双母线接线是用断路器将其中的一组母线分段（双母三分段接线），或将两组母线都分段（双母四分段接线）。一般采用前者，它有两种运行方式：1）上面一组母线作为备用母线，下面两段分别经一台母连断路器与备用母线相连。正常运行时，电源 线路分别接于两个段上，分段断路器和上，两台母连断路器均断开，相当于分段单母线运行。这种工作方式又称工作母线分段的双母线接线，具有分段单母线和一般双母线的特点，而且具有更高的可靠性和灵活性，例如，可以把该段全部回路倒换到备用母线上，仍可通过目连断路器维持两部分运行，这时，如果在发生母线故障也只影响一半左右的电源和负荷。2）上面一组母线也可作为一个工作段，电源和负荷均分在三个分段上运行，母连断路器和分段断路器均合上，这种方式在一段母线、桥形接线

  在发电厂升高电压级接线中，当只有两台变压器和两条线路时可采用桥形接线，这种接线接节省断路器，减少投资，可分为内桥形接线和外桥形接线，内桥形接线的连接桥设置在变压器侧，外桥形接线的连接桥设置在线路侧，连接桥上的断路器，正常运行时是接通的，当输电线路较长，故障几率较多，而变压器又不需要经常切除时，采用内桥形接线较合适，而外桥形接线，则在出线较短且变压器需要停运或切除运行时更为适宜。

  在火电厂的升高电压配电装置中多采用此接线形式，这种接线具有较高的可靠性和灵活性，但不易扩建和发展，当角数大于六角时，保护比较复杂，给运行带来麻烦。

  发电机和变压器直接相连成一个单元，再经断路器接至高压系统，发电机出口除厂用分支外不再装设母线，这种接线形式称为发电机——变压器单元接线。这种接线）接线简单，开关设备少，操作方便;2)故障可能性小，可靠性高3）由于没有发电机电压母线，无多台发电机并列，发电机出口短路电流有所减小。4）配电装置结构简单，占地少，投资省。

  在两组母线间装有三个断路器，引接两个支路，故又称为二分之三接线，正常运行时，两组母线同时运行，任一母线故障都不会停电，任一断路器检修时也不会停电，具有较高的供电可靠性和灵活性，但采用断路器较多，投资较大。

  电气主接线是由高压电器通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。用规定的设备文字和图形符号并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图，称为主接线电路图。

  主接线代表了发电厂或变电所电气部分主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分。它直接影响运行的可靠性、灵活性并对电器选择、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式的拟定都有决定性关系。因此，主接线的正确合理设计，必须综合处理各个方面的因素，经过技术、经济论证比较后方可确定。常见的典型接线有：单母线，双母线，桥形，角形，单元接线以及一个半断路器接线等。

  发电厂的电气主接线，是发电厂电气部分的主体，是表示一次设备相互连接关系的电路。它对电气设备的选择，配电装置的布置，电能的质量和安全运行等都起决定性的作用，所以，电气专业人员一定熟悉掌握电气主接线。

  袋式除尘是采用过滤技术将空气中的固体颗粒物进行分离的过程。袋式除尘器是采用过滤技术进行气固分离的设备。

  空气过滤技术目前主要有纤维过滤、膜过滤和颗粒过滤。尽管这三中方式都能达到将气溶胶中固体颗粒分离出来的目的，但它们的分离机理是不一样的。袋式除尘为纤维过滤，或膜过滤与颗粒过滤的组合。

  空气过滤技术用在两个方面：一是纯化含有颗粒物的空气；二是把空气中的粒子作为样品收集下来。第一种情况下要用的是空气，第二种情况下要用的是粒子。纯化常用于处理大量空气，用于工业过程的防护、环境保护，也可处理小量空气，如用于防毒面具佩带者的个人防护。收集处理的空气量一般较纯化处理的空气量要小，多用于工业生产，特别是化工、医药生产。

  滤袋是袋式除尘器滤尘的执行部件。对于通用的柔性滤袋是由滤料缝制的袋身和起辅助作用（支撑、引射气流、悬吊、防吸瘪等）的配件组成。按形状可分为：圆形、扁形、异形等。滤袋由袋口、袋身和袋底组成。为完成与其相配的袋式除尘器过滤与清灰的要求，且安装便捷，密封可靠，易于清灰又尽可能的避免磨损，其加工制作应选用合适的滤料，设计合理的结构，采用精湛的缝制技术，加工后的滤袋与相关部件应配合合理。

  作为执行过滤功能的滤袋，必须与相关配件结合才能发挥其应用的作用。其配件可分为：

  1、袋缝合在一起的配件。这类配件在滤袋工艺流程中就需将之缝合在滤袋上，如外滤式滤袋口弹性圈、内滤式滤袋的防瘪环等。

  2、用于撑挂滤袋的配件。这类配件不与滤袋缝合在一起，只有当滤袋安装在袋式除尘器上时才需要它的配合，如外滤式滤袋的框架、内滤式滤袋的掉挂装置、袋帽等。

  在火力发电厂的生产的基本工艺中，水既是热力系统的工作介质，也是某些热力设备的冷却介质。当火力发电厂运行时，几乎所有的热力设备中都有水或汽在流动，所以水质的优劣，即水中是否有某些有害杂质的问题，是影响发电厂安全经济运行的主要的因素。水处理工作者的主要任务，便是改善水质或采取其他措施，以消除由于水质而引起的危害。

  火力发电厂水处理工作者的任务，不单单是为了治取水质合格的给水而从事水质净化工作，而且还应该在下列各方面采取比较有效的措施：

  化学水处理工作比较细致、繁琐，每一项每一步都要认真操作，不能有一丝马虎、侥幸心理。水处理包括补给水处理和汽水监督工作，补给水处理也叫炉外水处理，是净化原水，制备热力系统所需合格质量的补给水，是锅炉合格水质的第一项保障。接着是汽水监督工作，它具有同等主体地位，是改善锅炉运行工况、防止汽水循环不良的安全保障。详细的细节内容包括：

  锅炉最怕的是结垢，因为结垢后，往往因传热不良导致管壁温度大幅度上升，当管壁温度超过了金属所能承受的最高温度时，就会引起鼓包，甚至造成爆管事故；而炉水若水渣太多，不仅会影响锅炉的蒸汽品质，还有可能堵塞炉管，对锅炉安全运作造成威胁。所以，一方面要加药（ph－磷酸盐）处理，除去水中的钙、镁离子，防止结垢和避免酸性、碱性腐蚀；另一方面，做好锅炉排污工作，只有及时排污，才能避免“汽水共腾”现象，避免汽轮机的损坏。而排污量大小，应根据对炉水指标的要求由化学人员来决定，过小则不安全，过大则不经济，既要顾全大局又要保证水质要求，严格按照运行规程来操作。因此排污工作很重要，是关系到安全经济运行的大事。

  它是汽轮机启动中的监督工作，是为避免给水系统金属的腐蚀，加氨和联胺，既防止游离二氧化碳造成的酸性腐蚀，又防止残留氧造成的氧腐蚀，同时减缓铜铁垢的生成速度。

  在实践中，不能照本宣科，要学会灵活运用。如在监控高给的联胺时，不仅仅靠加药泵冲程的大小或频率的高低来控制，还有特殊情况的发生，比如汽机人员倒换给水泵或者加药一次门冻堵、泄露，都会影响测定结果，就要查清具体原因，区别对待处理，而这些都是书本不能学到的，除非在实际在做的工作中遇到，才会积累经验。

  4、热力系统的化学洗涤及机炉停运期间的保养监督，与化学处理有直接的关系。

  1、进入离子交换器的水，应注意水中浊度、有机物和残余氯的含量。一般按下列数值控制。

  蒸发器和蒸汽发生器内水的质量，应根据水汽品质试验确定。磷酸根含量，一般为5～20mg/L，对于采用锅炉排污水作为补充水的蒸发器， 磷酸根含量不受此限制。

  锅炉蒸汽采用混合减温时，其减温水质量，应保证减温后蒸汽中的钠、二氧化硅和金属氧化物的含量应符合蒸汽质量标准。

  美国东部时间8 月14 日16 时11 分（北京时间8 月15 日4 时11分）开始，美国和加拿大东北部联合电网发生大面积停电事故。大湖周边地区停电最为严重，包括：密歇根、俄亥俄、纽约城、安大略、魁北克、新泽西北部、马萨诸塞和康涅狄格。8 月15日北美电力可靠性委员会（NAERC）发布的初步事故报告列出了事故前和事故中北美电力系统发生的一系列跳闸事件，但未明确这些事件一定是大停电的起因：

  大停电发生时的瞬时停电的用户总共有28 000 MW，同时有5 000～10 000 MW 的用户陆续停电，据统计总共损失负荷61 800 MW，其中：PJM互联电网：4 200 MW;中西部ISO：3 000 MW；魁北克水电：100 MW；安大略IMO:20 000 MW；ISO新英格兰：2 500 MW；纽约ISO：22 000 MW。美国能源部长斯潘塞·亚伯拉罕17 日下令组成调查组，对美国北部停电事故进行彻底调查。亚伯拉罕说，俄亥俄州的3 条输电线路出现了故障，系统没能自动将这3 条线 日停电的原因之一。发生本次电网事故的北美东北电力系统包括东北区电力协调委员会（NPCC）所属3 个联系紧密的联合电力系统：新英格兰联合电力系统（NE POOL）、纽约联合电力系统(NYPP)和宾州—新泽西—马里兰联合电力系统（PJM）。在北面与加拿大的魁北克水电系统相连，覆盖安大略、魁北克、纽布伦斯威克等省。能源部去年对全美输电网进行研究，发现美国东区186 条输电线条曾经达到负荷能量极限，有21 条线% 的时间处于超负荷状态。这项研究证实，美国的输电网在许多地方容易堵塞。宾夕法尼亚州西部一条线路，以及连接宾夕法尼亚州与纽约州西部的一条线% 以上时间处于超负荷状态。这次大停电暴露了美国电力系统薄弱等严重问题，布什政府和国会议员都认为，必须立法，确保电力系统得到一定的改善。NAERC也指出多年来北美执行的系统保护标准是自愿式标准，而不是强制性可靠性规则。建议两院应立法确定更强硬的可靠性准则。此外，美国电力专家还认为应发展分散发电系统，以缓解输电系统的峰荷压力。

  2005年5月25日，莫斯科南部、西南和东南市区发生大面积停电事故。大停电使得莫斯科电网321座变电站全停，损失负荷3539.5MW。莫斯科市约有一半地区的工业生产、商业活动和交通运输陷入瘫痪。一天之后才完全回到正常状态供电。

  当时，莫斯科电力公司拥有23座电厂，总装机14800MW，2004年最大用电负荷10350MW，年发电量700亿kWh。

  5月23日19时57分，恰吉诺站#2自耦变压器的电流互感器（1960年生产，1962年投运）发生断裂喷油并着火。5月24日20时57分，110kV 2段母线年生产投运）出现断裂喷油着火，并进一步引发相邻空气断路器、压缩空气管道、悬式绝缘子等设备故障，使运行在恰吉诺变电站母线号机组跳开。发电功率下降了640MW。导致部分地区和用户停电。

  5月24日23时49分，恰吉诺变电站三条500kV线分恰吉诺变电站全站停电。负荷大量转移，导致110kV、220kV系统潮流加重。

  从5月25日8时15分开始，多条110kV、220kV线路因过负荷、对树闪络等原因陆续跳闸。

  莫斯科市南部110kV电网的电压降至85～90kV，同时莫斯科电网的9座电厂及图拉电网的4座电厂全部或者部分停机，导致系统电压崩溃，321座变电站全停。

  事故调查报告表明，设备老化是引发莫斯科停电事故的直接原因。恰吉诺变电站的110kV～500kV电流互感器中，运行时间超过40年的就达到122台。据莫斯科电力公司2001年6月的统计，其设备平均老化率已达到45％-47％。另外，过负荷的架空线路弧垂增大，对树木和其它障碍物放电闪络，引起线路保护动作。在此情况下运行人员未采取拉路限电措施，使运行线路的负荷增大、电压下降，导致事故联锁发展，引发电网大面积停电。系统备用容量不够，也是莫斯科大面积停电的重要原因之一。

  据估计，此次莫斯科大停电造成损失至少10亿美元。停电引发的交通瘫痪是俄罗斯近年来最严重的一次。停电造成43条地铁线路中断运行，莫斯科街上236个交通信号灯熄灭，引发一系列交通事故，交通拥堵严重，数以千计的人涌入严重超载的巴士。停电使1500人困在电梯内。至少20家医院因停电被迫启动备用电源。莫斯科证券交易所的交易被迫中断。图拉地区一家化工厂因停电发生爆炸。停电地区空调停运，居民抢购饮用水，出租车提价，社会秩序一片混乱。

  奥克兰，人口130万，用电负荷750MW。中心商业区负荷170MW，由4条110KV地下电缆供电，并有一条22KV线路备用。四条电缆中有两条铺设于上世纪60年代初，采用气体绝缘，可靠性非常差。另两条铺设于上世纪70年代，采用油绝缘，事故前也已运行20多年。

  1998年1月22日至2月20日，4条110kv母线因故障跳闸，全部停电。之后，仅靠一条22KV联络线从主网送电。线MW，负荷损失严重。 停电损失负荷累计150MW。最长停电时间达1000小时。据统计，8000多家大大小小的银行、餐馆、商店受到不同程度的影响，大学听课，出现多起交通事故。造成事故的原因：1、供电部门运行维护工作不力。2、运行部门对事故处理预案做得不够充分。

  此次事故给我们的启示有：1、对超期运行的陈旧设备，特别是已呈现出安全风险隐患的设备要及时来更新改造，保持设备良好健康水平；2、对可能引发电网、重要城市及地区停电的运行方式不仅要避免，而且要制定可操作的事故处理预案。

  1996年1月19日，由于首钢民建司机违章作业误碰石景山电厂至八里庄变电站的220kV十发双回线，使北京西部大范围停电，社会影响较大。八里庄变电站是北京西部一个枢纽变电站，通过220KV同塔双回线与石景山热电厂相连接，110KV侧由北京第二热电厂高井热电厂接入，并与东部老君堂变电站110KV系统相联络。 此次事故的直接原因是首钢民建司机违章作业误碰石景山电厂至八里庄变电站的220kV十发双回线造成跳闸，只是八里庄供电负荷转移至110KV高-君线，造成高君线严重过负荷B相短线跳闸，造成高井、二热等厂、站与主系统解列，小系统低电压、低频率无法维持运行。造成变电站全部或部分停电，全部停电负荷近400MW，停电使部分重要政治活动受一定的影响，许多商场、医院被迫关闭。

  2005年9月26日，受“达维”台风影响，海南省电力设施遭受严重破坏，主网崩溃，造成全省大面积停电。

  海南电网统调总装机容量1651.6MW，其中水电占19.38%；火电占80.62%。此外，非统调总装机容量574 MW。

  海南电网最高电压等级为220kV，已形成环网，西部和北部为双回路，东部和南部为单回路。110kV电网已覆盖全省各市县。全网共有10座220kV变电站和20条220kV线kV变电站。

  海南电网用电负荷大多分布在在北部海口地区，约占全省用电负荷的35%～40%。2004年海南电网统调最大发电负荷为1113.3MW，2005年为1239MW。

  2005年9月25日清晨，第18号台风“达维”开始影响海南省。25日夜间海南岛普遍出现了风力半径超过100公里的10级以上大风，其中东部地区普遍出现了12级以上的大风，维持的时间长达20小时之后。全省大部分地区出现了暴雨到大暴雨，五指山以南出现了特大暴雨。

  26日凌晨4时左右，台风中心在海南省万宁县登陆，从中部向西横穿海南岛，对海南省的影响时间长达48小时。

  9月25日20时，海南电网全接线方式运行，全省统调发电出力675MW。海口市供电负荷269MW，三亚市供电负荷114MW。海口、洋浦、南山电厂和大广坝、牛路岭水电站机组并网运行，清澜电厂机组停机备用。金海浆纸自备电厂机组自带厂内负荷孤网运行。9月25日20时至26日1时20分，海南电网受台风影响，持续发生线路跳闸和负荷损失。

  220千伏线kV线千伏变电站因线路永久性故障全站失压；1个水电厂因3条出线永久性故障与系统解列。