XXXX年电力系统经典培训教材.ppt

,珠海拓普智能电气股份有限公司,电力系统基础知识介绍,让工业生产更安全,1、电力基本概念2、常见一次设备3、常接线图4、变电站统介绍5、厂用电介绍,主要介绍内容,1、电力系统基础知识-基本概念,电力系基础知识-基本概念,电荷：是构成物质的基本离子。如金属中的电子。电场：对电荷产生作用力的空间称为电场V=Em/s电压：物体中流过的电流电压力。导体两端加上电压就会产生电场。电流：电荷的定向移动形成电流焦耳热：电流流过电阻，电子将与电阻中的原子发生碰撞，电子的动能大部分由于碰撞而变成热。电能以热能形式消耗电能。电磁力：磁极磁场与电流形成的磁场间相互作用,负极,正极,1.1基本概念,1.2法拉第电磁感应定律：,电力系基础知识-基本概念,-磁链,-由于磁通随时间变化感应的电势-由于运动切割磁场而感应的电势,磁现象,电现象,电磁感应电动势的大小，与交链的磁通变换率成正比。,原理分析：当线圈中通入电流Ij时，产生磁通j（Fdc）Mdz使衔铁有转动的趋势。,是一种电控制器件，是当输入量的变化达到规定要求时，输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器制作的控制开光,吸引衔铁式制动力矩：Mz,Mth,M,Wj,Mdz,电力系基础知识-基本概念,1.3电磁式继电器：,将机械能转变成电能的电机。通常由汽轮机、水轮机或内燃机驱动。直流发电机，交流发电机，转换电能的机械,t,电力系基础知识-基本概念,1.4电能发动机：,1交流发电机定子中三相对称绕组（空间上互差120度）三相交流电可以在定子中产生旋转磁场，具有固定的旋转方向2相同尺寸的三相发电机比单向发电机发出的功率更大，三相负载发电机的转矩恒定，有利于发电3三相电传输比单向系统更节省传输线（传输一路功率需要两条线路）三相变压器比单向更经济4用电方面：三相电容易产生旋转磁场使三相电动机平稳转动，电磁转矩稳定。,电力系基础知识-基本概念,1.5三相制电力系统的诞生,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：发电厂：生产电能。电力网：变换电压、传送电能。由变电所和电力线路组成。配电系统：将系统的电能传输给电力用户。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。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。,电力系基础知识-基本概念,1.6电力系统的系统概念,输电网：一般是电力系统中最高电压等级的电网，是电力系统的主要网络。同时，输电线路还有联络相邻电力系统和联系相邻枢纽变电所的作用。配电网：是将电能从枢纽变电所分配到配电变电所后，再向用户供电的电力网络。,1.6电力网：输电网和配电网,按电压等级分：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：交流1000kV及直流800kv供电范围的大小的分类地方电力网：电压等级在35kV及以下，供电半径在2050km以内区域电力网：等级在35kV以上，供电半径超过50km，联系较多发电厂的网络超高压远距离输电网：电压等级为330kV750kV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特高压输电：骨干网络，用于骨干网（三纵三横）,电网传输功率P=U*I,电压等级越高,高压传输线中的电流越小;传输线消耗功率P=I*I*R,传输线中的电流越小,线损越低;,P=U1U2/XsinQ=(U1-U2)U2/X,高压输电中有功功率的流向主要有两端电压的相位决定，有超前端流向滞后端。无功功率的流向有两端电压的幅值决定。,1.7电力网分类：,1.8额定电压:由国家规定的一种标准电压，是电气设备设计时所依据的电压值。,电力系基础知识-基本概念,有功功率：一个周期内电路消耗电能的平均速度，又叫平均功率P无功功率：不消耗电能，只和电源进行能量交换。主要用于建立交变磁场。用无功功率Q.与电源进行能量交换是工作所需。感性无功：电感元件能量交换，表示能量交换的规模Q=UI=XLI2容性无功：电容元件能量交换，表示Q=-UI=-XCI2视在功率：电路中所占用电源的容量。电压有效值和电流有效值的乘积VA功率因数：交流电路中有功功率与视在功率的比值：工频：电网的标准频率50HZ有效值：从从电流的热效应来规定监测测量：工作在电路正常状态，通过测量电气量来监视电路的运行情况。通常允许过载1.2倍。我公司产品：电压电流为0.2级，功率为0.5级，电能为1.0级计量等级：测量等级较高，用于计费使用，常有0.2级，0.2S级保护等级：工作在电路异常状态，有较较宽的输入范围：20倍范围内5%误差（5P20）,电力系基础知识-基本概念,1.9电气量概念,1.10电力系统工作分工,电力系基础知识-基本概念,1.11电网,电力系基础知识-基本概念,1.13对电力系统运行的基本要求（1）保证供电可靠性（2）保证电能质量（3）提高电力系统运行的经济性（4）环境保护问题,电力系基础知识-基本概念,1、过渡过程十分短暂：控制操作自动化程度高。必须借助自动装置对电力系统进行控制：继电保护装置、远动装置、减载装置、同期装置、励磁装置、2、不能大量存储：电能的生产、变换、输送、分配和使用是同时进行的。,P发P用P频率f频率表征电力系统有功功率的平衡Q发Q用Q电压V电压则表征该处无功功率的平衡,1.12电力系统运行,1.14衡量电能质量的指标：,电力系基础知识-基本概念,根据电力系统在不同运行条件下的系统与设备的工作状况，分为三种1正常工作状态2不正常工作状态3故障状态,PGIPLjPS=0,QGIQLjQS=0,PGI，QGI发电机发出的或其他电源发出的有功功率和无功功率PLJ，QLJ负荷使用的有功功率和无功功率PSQS电力系统中有功功率和无功功率的损耗,1.15电力系统运行状态：,1不等式成立2满足额定参数,1.15.1正常工作状态,电力系基础知识-基本概念,所有的等式约束条件均满足，部分的不等式约束条件不满足但又不是故障的工作状态称为不正常运行状态。常见的不正常状态及其危害：过负荷：因负荷超过电气设备的额定值造成的电流增大；危害：造成载流导体的熔断或加速绝缘材料的老化和损坏从而导致故障；频率降低：系统中出现有功功率缺额而引起；危害：1）影响产品质量；2）降到4748HZ以下会引起频率崩溃；3）使电压下降可能引发电压崩溃。过电压：发电机突然甩负荷而产生；危害：造成绝缘击穿导致短路。系统振荡：因系统受到扰动而失去功率平衡。危害：系统振荡时，电流和电压周期性摆动，严重影响系统的正常运行,1.15.2不正常工作状态,电力系基础知识-基本概念,1.15.2.1常见的不正常工作现象,电力系基础知识-基本概念,1、过载2、堵转保护3、过压保护4、绕组接地,三相短路,两相短路,单相接地短路,一相断开,二相断开,短路的危害1数值很大的短路电流通过短路点将燃起电弧，使故障设备损坏；2短路电流通过故障设备和非故障设备时，致使其绝缘遭到损坏或缩短使寿命；3电力系统中大部分地区的电压下降，电能用户的正常工作遭到破坏或产生废品；4破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振荡，甚至造成整个电力系统瓦解。,1.15.3故障状态,电力系基础知识-基本概念,短路-是指一切不正常的相与相之间或相与地发生通路的情况。,1.15.3.1电力系统中的短路（线路）,电力系基础知识-基本概念,1.15.3.2变压器短路事故,电力系基础知识-基本概念,1.15.3.3负荷开关电弧,电力系基础知识-基本概念,（1）元件损坏，例如绝缘材料的自然老化，设计、安装及维护不良所带来的设备缺陷发展成短路等；（2）气象条件恶化，例如雷击造成的闪络放电或避雷器动作，山火引起线路对地短路故障，架空线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌等；（3）违规操作，例如运行人员带负荷拉刀闸，线路或设备检修后未拆除接地线就加上电压等；（4）其它，例如挖沟损伤电缆，鸟兽跨接在裸露的载流部分等。,电力系基础知识-基本概念,1.16.故障状态发生的原因：,2电力系统基础知识-一次设备,2.1一次设备及二次概念,一次设备：直接与生产电能和输配电有关的设备称为一次设备。包括各种高压断路器、隔离开关、母线、电力电缆、电压互感器、电流互感器、电抗器、避雷器、消弧线圈、并联电容器及高压熔断器等,电力系基础知识-一次设备,2.2发电机：,电力系基础知识-一次设备,将机械能通过电磁感应转变成电能。通常由汽轮机、水轮机。,2.3变压器工作原理:,干式变压器,1向电力系统或用户输送功率;2两种电压等级之间交换功率;3降压和升压,电力系基础知识-一次设备,E1=4.44fN1BmS,利用电磁感应原理改变电压,2.4电动机工作原理:,利用电磁感应原理，产生电磁力进行能量转换：1定子上加交变电压，差生旋转磁场2通过转子旋转将电能转换为机械能。如水泵,磨煤机,引风机,输煤机等,电力系基础知识-一次设备,对系统的无功功率的补偿,用以提高功率因数和进行电压调节,为减少谐波的影响,通常在电容器组的一次回路中串入串联电抗器,电力系基础知识-一次设备,2.5电容器：,2.6电缆和母排,电缆：传输电能的载体母排：配电供电装置主供电线路（铜排、铝排叫母排）,各分支线（支排）由母排上引下。一般用在开关柜中总制开关与各分路电路中的开关的连接铜排或铝排主要作用是做导线用.,电力系基础知识-一次设备,2.7断路器：,1完成电路的接通或切断达到电路的转换、控制和保护的目的.2既能在正常情况下,也能在事故情况下工作.,电力系基础知识-一次设备,用变压器原理（即电磁感应原理）来变换电压和电流，测量电流和电压的大小和变化,从而及时报告电力系统的运行情况.,电力系基础知识-一次设备,2.8互感器：,1电力系统中的一次信号很大，如10KV的电压，5KA的电流等等，这种大信号是无法输入保护装置及测量回路的，需要把这些大信号按比例变换到小信号，用以分别是向测量仪表,自动装置等供给信号。流规定一般为5A或1A。2一次系统和二次系统是通过互感器联络的，这样它就起到了隔离作用。二次设备的绝缘水平按低电压统一的标准进行设计，以降低成本和价格，而且使用方便。,电力系基础知识-一次设备,2.8.1电流互感器：,1一次绕组串接在高压回路2二次侧的额定电压为100V3二次回路不允许开路。4CT二次回路必须有一点直接接地，防止一、二次绕组绝缘击穿后产生对地高电压，但仅一点接地。,2.8.2电压互感器：,电压互感器的特点和要求：1）一次绕组与高压电路并联。2）二次绕组不允许短路（短路电流烧毁PT），装有熔断器。3）二次绕组有一点直接接地。,2.9开关柜,根据电气主接线的要求，将一次设备和二次设备按照一定的顺序安装在开启式或封闭式的金属壳体内，作接受和分配电能之用的装置。,电力系基础知识-一次设备,常用低压开关柜GGD、GCK、GCS、MNS开关柜GGD是固定柜，GCK、GCS、MNS是抽屉柜。GCK柜和GCS、MNS柜抽屉推进机构不同；,2.10低压柜,电力系基础知识-一次设备,电力系基础知识,3.电力系统基础知识-一次接线图,3.1电气主接线图：,电力系基础知识-一次接线,发电厂和变电所中的一次设备，按照一定规律连接而成的电路，也称电气一次接线或一次系统。,3.2电气主接线种类：,1、单母线接线2、单母分段。3、单母线分段加装旁路母线接线4双母线接线,3.2.1单母线接线,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。,电力系基础知识-一次接线,3.2.2单母线分段接线,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。,电力系基础知识-一次接线,44,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BQS2QF1QS3W3QS8WL4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。,（分段断路器QF1兼旁母断路器）,3.2.3单母线分段加装旁路母线接线,电力系基础知识-一次接线,45,3.2.4双母线接线,接线图具有两组母线W1，W2。每一回路经一台断路器和两组隔离开关分别与两组母线连接，母线之间通过母线联络断路器QF（简称母联）连接。,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。,电力系基础知识-一次接线,二次设备及二次系统二次设备包括监察测量仪表、控制及信号器具、继电保护装置、自动装置、远动装置等。这些设备通常是由电流互感器、电压互感器、蓄电池组或厂（所）用低压电源供电。表明二次设备互相连接关系的电路称为二次接线或二次系统。二次接线图：原理接线图、展开接线图和安装接线图。,3.3二次系统接线图,47,原理接线图：是用来表示继电保护、测量仪表和自动装置等工作原理的一种二次接线图。特点：二次回路中的元件及设备以整体形式表示，同时将相互联系的电气部件和连线画在同一张图上，给人以明确的整体概念。说明：QS-隔离开关、QF-断路器、KA-电流继电器、KT-时间继电器、KS-信号继电器。,3.3.1、原理接线图,电力系基础知识-二次接线,48,展开接线图（简称展开图）：用来说明二次回路的动作原理，在现场使用极为普遍。,特点：将每套装置的有关设备部件解体，按供电电源的不同分别画出电气回路接线图，如交流电流回路、交流电压回路和直流回路分开表示。于是，同一个仪表或继电器的电流线圈、电压线圈和接点分别画在不同的回路里，其中将同一个元件及设备的线圈和结点采用相同的文字标号表示。,3.3.2展开接线图,电力系基础知识-二次接线,49,安装接线图是制造厂加工制造屏（屏盘）和现场施工安装所必不可少的图，也是运行试验、检修和事故处理等的主要参考图。,安装接线图包括屏面布置图、屏背面接线图和端子排图三个组成部分，它们相互对应，相互补充。屏面布置图：说明屏上各个元件及设备的排列位置和其相互间距离尺寸的图，要求按照一定的比例尺绘制。屏背面接线图：在屏上配线所必需的图，其中应标明屏上各设备在屏背面的引出端子之间的连接情况，以及屏上设备与端子排的连接情况。端子排图：表示屏上需要装设的端子数目、类型及排列次序以及它与屏外设备连接情况的图。,3.3.3安装接线图,电力系基础知识-二次接线,50,屏背面接线图和端子排图必须说明导线从何处来，到何处去，以防接错导线。我国广泛采用“相对编号法”，例如甲、乙两个端子需用导线连接起来，则在甲端子旁边标上乙端子的编号，而在乙端子旁边标上甲端子的编号；如果一个端子需引出两根导线，那么，在它旁边就标出所要连接的两个端子编号。,电力系基础知识-二次接线,4.电力系统基础知识-变电站,类别升压变电站（电厂附近）降压变电站（负荷中心附近）枢纽变电站（汇集多个电源）330KV中间变电所220KV-330KV地区变电所220kv终端变电所：降压后直接工用户35KV，10kv管理形式有人值守无人值守结构形式屋外（高压）屋内（居民密集区、污秽严重区）地理条件地面地下（洞内）,4.1变电站,作用：汇集和分配电力、控制操作、升降电压，是电压和无功的调节控制中心，是电力系统中重要的信息中转站。,电力系基础知识-变电站,4.3输变电设备包括,变换电压的设备：如变压器。接通和开断电路的开关电器：如断路器，隔离开关，熔断器等。防御过电压，限制故障电流的电器：如避雷器、避雷针、避雷线、电抗器。无功补偿设备：如电力电容器，同步调相机，静止补偿器。载流导体：如母线，引线，电缆，架空线。接地装置；如变压器中性点接地、设备外壳接地、防雷接地等。直流电源：为断路器或其他直流负载提供电源，事故电源等,电力系基础知识-变电站,5电力系统基础知识-厂用电,1、发电机2、锅炉3、升压变压器4、电子间：5、模拟屏6、冷却塔,5.1发电厂主要设备,电力系基础知识-厂用电,5.2发电厂生产流程,电力系基础知识-厂用电,发电厂要求此采用计算机控制自动化生产工程，为了实现这一要求，需要许多机械和自动化监控为主要设备（锅炉，汽轮机，发电机等）和辅助设备服务，其中绝大部分机械采用电动机拖动，为这些电动机，自动化监控设备和计算机设备供电的系统成为厂用电系统。,5.3厂用电系统：,常见的名词：DCS:分散式控制系统,侧重于热工系统的监控ECS:发电厂厂用电气自动