《电力系统基础知识》PPT课件.ppt

电力系统基础 2 n1.电力系统 n2.发电厂 n3.变电站 n4.一次设备和二次设备 主要内容 3 1.电力系统 水库 G M M 电力网 电力系统 动力系统 发电厂 水轮机 发电机 变电所 升压变压器 输电线路 变电所 降压变压器 用户 用电设备 4 1.电力系统 电力网：电力系统中各种电压的变电所及输配电线路组成的统一体 。 电力系统：由发电厂中的电气部分、各类变电所及输电、配电线路及各种类 型的用电设备组成的统一体，称为电力系统。具体组成如下： n发电厂：生产电能。 n电力网：变换电压、传送电能。由变电所和电力线路组成。 n配电系统：将系统的电能传输给电力用户。 n电力用户：高压用户额定电压在1kV以上，低压用户额定电压在1kV以下 。 n用电设备：消耗电能。 动力系统：在电力系统的基础上，把发电厂的动力部分（例如火力发电厂的锅 炉、汽轮机和水力发电厂的水库、水轮机以及核动力发电厂的反应堆等）包 含在内的系统。 通常，将发电厂电能送到负荷中心的线路叫输电线路。负荷中心至各用户的线路叫 配电线路。负荷中心一般设变电站 。 5 1.电力系统 超高压远距 离输电网 地方电力网 区域电力网 110 kV 35kV 35kV 500kV220kV110kV10 kV 水力发电厂火力发电厂 变电所A：枢纽变电所C：地方 变电所D：终端 变电所B： 中间 6 1.电力系统 电力网： 按电压等级分类： 低压网：电压等级在1kV以下； 中压网：110kV； 高压网：高于10kV、低于330kV； 超高压网：低于750kV； 特高压网：1000kV及以上。 7 1.电力系统 n 电力网：按电压等级的高低、供电范围的大 小的分类 n地方电力网：电压等级在35kV及以下，供电半径 在2050km以内 n区域电力网：电压等级在35kV以上（一般为 110kV220kV），供电半径超过50km，联系较多 发电厂的网络 n超高压远距离输电网：电压等级为330kV500kV 的网络，其主要任务是把远处发电厂生产的电能 输送到负荷中心，同时还联系若干区域电力网形 成跨省、跨地区的大型电力系统 8 2.发电厂 用途：将水能、化石燃料（煤、石油、天然气）的热能、核能、 风能、太阳能等一次能源转换成电能 分类：火力发电厂、水力发电厂、核能发电厂、风力发电厂、太 阳能发电厂 2.1火力发电厂 n主要设备：锅炉、汽轮机、发电机 n原理：燃料的化学能蒸汽的热能汽轮机的机械能电能 9 10 2.2核电厂 主要设备：核反应堆、汽轮机、发电机。 原理：核燃料核能蒸汽的热能汽轮机的机械能电能 11 2.3水力发电厂 主要设备：压力水管、水轮机、发电机 分类：常规水电厂、抽水畜能水电厂和潮汐水电厂 原理：水的动能水轮机的机械能电能 12 2.4风力发电厂和太阳能发电厂 风力发电厂：风力发电的基本原理为空气动能风轮机的机械能 电能 太阳能发电厂：太阳能发电的方式有两种，一种是通过热过程的太 阳能热发电，基本原理为太阳辐射能蒸汽的热能汽轮机的机械 能电能；另一种是不通过热过程的光伏发电，利用光伏效应原理 直接将光能转换成电能 13 3.变电站 3.1 变电站的主要设备包括： 变换电压的设备：变压器。 开关设备：断路器，隔离开关，熔断器等。 限流限压装置： 避雷器、避雷针、电抗器。 无功补偿设备：电力电容器，同步调相机，静止补偿器。 载流导体：母线，引线，电缆，架空线。 接地装置：变压器中性点接地、设备外壳接地、防雷接地等。 计量和保护设备：电流互感器、电压互感器、继电保护装置、仪表 14 3.2电气主接线的基本接线形式 有汇流母线：单母线、单母线分段，双母线，双母线分段； 增设旁路母线或旁路隔离开关，一倍半断路器接线，变压器 母线组接线等。 无汇流母线：单元接线、桥形接线、角形接线等。 几个基本概念： 汇流母线：起汇集和分配电能的作用，也称汇流排。 进、出线：进线指电源，出线指线路。 断路器、隔离开关（母线、线路）、接地刀闸。 断路器与隔离开关的操作顺序： 送电操作顺序：先合上断路器两侧的隔离开关，再投入断路器。 停电检修操作顺序：先断开断路器，再断开断路器两侧的隔离开 关。待线路对方仃电后，再合上接地刀闸。 15 3.2.1 单母线接线 QF QS QS WL4 QF QS QS WL3 QF QS QS WL2 QF QS G QF1 QS1 G QF2 QS3 QS2 WL1 QS4 W 原理图如下： 特点 简单、清晰、设备少 。 当母线故障或检修或 母线隔离开关检修时 ，整个系数全部停电 。 断路器检修期间也必 须停止该回路的供电 。 适用范围 单电源的发电厂和变 电所，且出线回路数 少，用户对供电可靠 性要求不高的场合。 16 3.2.2单母线分段接线 原理图如下： QF1 分段断路器 G WL1WL2WL3WL4 G 特点 减少母线故障或检修时的 停电范围。 断路器检修期间必须停止 该回路的供电。 母线分段的数目，通常以 23分段为宜，分段太多 增加了分段断路器。 适用范围 610kV配电装置出线6回 及以上； 35kV出线数为48回； 110220kV出线数为34 回。 17 3.2.3单母线分段加装旁路母线接线 旁路母线的作用 不停电检修进出线断路器。 操作方式（检修QF4，且WL4不停电） 如A、B段经QF1和QS1、QS2并列运行， 则闭合QS5断开QF1断开QS1闭合 QS3闭合QF1使W3带电（不要首先闭合 QS8）。此时若W3隐含故障，则由继电 保护装置动作断开QF1。 若W3充电正常，操作可以继续进行： 合上QS8断开QF4。这时WL4由母线 BQS2QF1QS3 W3QS8 WL4供 电。并由QF1替代断路器QF4。 QF4检修前，应把QS6、QS7断开。 适用范围 中小型发电厂和35110kV的变电所。 G G WL1WL4WL3WL2 QS7 QS6 QF4 W A B QS8 W3 QS5 QF1 QS1 QS3 QS2 QS4 （分段断路器QF1兼旁母断路器） 原理图如下 18 3.2.4双母线接线 运行方式 母联QF断开，一组母线工作 ，另一组母线备用，全部进 出线接于运行母线上。 母联QF断开，进出线分别接 于两组母线，两组母线分裂 运行。 母联QF闭合，电源和馈线平 均分配在两组母线上。 优点 检修一组母线，可使回路供 电不中断；一组母线故障， 部分进出线会暂时停电。 供电可靠，调度灵活，又便 于扩建。 QF QS2QS1 W1 W2 电源1电源2 原理图如下 4.一次设备、二次设备 n一次元件：电力系统中直接参与生产、转换、输送和分配电能的 电气设备，如电缆、架空线路、断路器、负荷开关、隔离开关、 电流互感器、电压互感器、电力电容器、电抗器、绝缘子、避雷 器、接地开关。 n二次元件：对电力系统内一次设备的工作进行控制、保护、监察 和测量的设备，如测量仪表、继电保护装置、操作开关、按钮、 自动控制设备、计算机、信号设备、控制电缆以及提供这些设备 能源的一些供电装置(如蓄电池、硅整流器等)。 19 4.1变压器 n原理：利用电磁感应原理变换交流电压和电流器件，当初级线圈 中通有交流电流时，铁芯中便产生交流磁通，使次级线圈中感应 出电压。 n分类：按绝缘介质主要分为干式、油浸式、充气式（六氟化硫） n结构组成：铁芯和绕组是变压器的最基本组成部分，此外还有一 些辅助部件 ，如分接开关、绝缘套装、储油柜、散热器等。 n空载损耗：也叫铁损。是变压器在空载时的功率损失，是由空载 励磁电流产生的，单位以瓦特或千瓦计。 n短路损耗：也叫铜损，是一侧绕组短路另一侧通入额定电流时的 损耗，单位以瓦特或千瓦计。 n短路电压：也叫阻抗电压，是指将一侧绕组短路，另一侧绕组电 流达到额定电流时所加电压与额定电压的百分比。表示变压器本 身的阻抗大小。 n空载电流：变压器空载运行时的励磁电流占额定电流的百分比数 20 21 三相干式变压器三相油浸式变压器 22 4.2互感器 n用途：电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一 次回路信息的传感器。互感器包括电流互感器和电压互感器， 将一次侧的高电压、大电流变成二次侧标准的低电压（100V 或57.74V）和小电流（5A或1A） n互感器分为电压互感器和电流互感器 电压互感器 电流互感器 4.2.1电压互感器（PT） n额定一次电压：与安装电网的额定电压相等 n额定二次电压：一次绕组为线电压时为100V；一次绕组为相电压 时为57.74V n额定电压比：额定一次电压U1n和额定二次电压U2n的比值，如 10kV/100V n准确级： 0.2一般用于计量 ，0.5一般用于测量， 1级 3级 一般用 于监测， 3P 6P 用于保护 ，0.22级 用于电源 n注意事项：电压互感器二次侧不能短路，需接熔断器或低压断路 器进行保护，需一点接地 23 4.2.2电流互感器（CT） n额定电压：一次绕组对二次绕组及地的绝缘电压，和电流互感器 的容量没有直接关系 n额定电流比Kn：额定一次电流I1n和额定二次电流I2n的比值，比 如变比100/5就是指额定一次电流为100A，二次电流为5A，变比 为20/1，但不能写成20/1 n额定二次电流：一般为1A或5A n准确级：保护用电流互感器准确级一般为5P10或10P20等，5P10 表示该CT一次流过的电流为额定一次电流的10倍以下时，此CT的 误差5% n注意事项：电流互感器二次侧不能开路，不能接熔断器，需要接 地，且只能有一点接地 24 25 4.3断路器 n用途：能接通或断开正常负荷电流，故障情况下能在继电保护装置的作 用下断开短路电流，灭弧能力强。 n分类：按灭弧、绝缘介质分为真空断路器、六氟化硫断路器、油断路器 。 油断路器真空断路器 26 4.4隔离开关 n用途：隔离电源；切换电路；接通和断开较小的电容和电感电流 。无灭弧能力，只能在没有负荷电流的情况下分、合电路。一般 在高压线路断路器两侧都安装（如果出线侧无电源，可只在进线 侧安装），目的将断路器与电源隔离，形成明显断开点。 n带熔断器的隔离开关，也叫刀熔开关，带有灭弧装置，主要用在 380V配电线路中，在正常情况下，可手动接通和断开正常负载电 流和过载电流，在短路情况下，由熔断器分断短路电流。 27 4.5负荷开关 n用途：介于断路器和隔离开关之间的一种开关，具有简单的灭弧 装置，能切断额定负荷电流和一定的过载电流，但不能切断短路 电流。一般情况下，负荷开关与高压熔断器串联使用，由熔断器 起短路保护作用，在环网柜中很常见 真空负荷开关 28 4.6熔断器 n用途：当保护电路过负荷时能延时断开，可以充分利用被保护设 备的过负荷能力，减少电路开断的概率；当电路发生短路时又能 尽快断开电路，减少被保护设备受到短路电流的损害。 固定式熔断器跌落式熔断器 29 4.7绝缘子 n绝缘子：用于支撑和固定带电导体，并使导体与地或导体之间绝 缘，具有一定的电气强度和机械强度。由绝缘体和金属配件构成 ，绝缘体一般采用电瓷、玻璃、有机复合材料等材料制成，金属 配件主要起连接作用 n主要类型有支柱绝缘子、套管绝缘子，悬式绝缘子、针式绝缘子 、蝴蝶式、瓷横担等。 复合绝缘子 30 4.8避雷器 n用途：与电气设备并联在一起的一种过压保护设备，当电力系统 出现雷电过电压或者操作过电压时，避雷器立即动作并放电，将 雷电流泄如大地，限制被保护设备上的过电压的幅值，现在广泛 运用的是氧化锌避雷器 n原理：氧化锌避雷器在正常运行电压下呈绝缘状态，当作用在氧 化锌避雷器上的电压超过设计电压值时，电阻急剧减小，电流急 剧增大，从而使过电压降低 31 4.9电力电容器 n用途：主要用于电力系统的载波通信及测量、控制、 保护及提高电力系统的功率因数。 4.10电抗器 n用途：电抗器时一种电感元件，在电力系统中起限流、稳流、无 功补偿、移相等作用 32 4.11电缆 n结构：主要分为3部分：线芯、绝缘层、防护层 n分类：主要有油浸纸绝缘电缆、塑料绝缘电缆、橡皮绝缘电缆、 充油电缆等 n交联聚乙烯电缆目前广泛运用在35kV及以下电力输配电线路中 33 4.12架空线路 n架空线路主要由基础、导线、杆塔、横担、绝缘子、金具、拉线 等组成。 电杆基础防止电杆因承受垂直荷重、水平荷重及事故荷 重等所产生的上拔、下压甚至倾倒等。 导线传导电流。 杆塔安装横担、绝缘子和架设导线和地线，使导线与导 线之间、导线和杆塔之间、导线和大地之间保持规定的距离。 横担使导线保持一定的电气距离，且承受档距内线段的 荷重。横担和金具的组合使线路处于平稳状态。 绝缘子使导线间、导线与地或杆塔间的绝缘，以及固定 导线，承受导线的垂直和水平荷载等作用。