变配电技术交流(电力系统基本知识).ppt

1、,变 配 电 技 术 交 流 电力系统基本知识,能源中心：刘相鹏 二零零九年三月十六日,电力系统的组成 电力系统的额定电压和额定频率 电力系统变电站的分类 电力系统中性点运行方式 电能质量的主要指标 电气主接线方式 继电保护基础知识 综合自动化系统的基本功能 综合自动化系统的合理配置 电业安全工作规程总则 保证安全的技术措施,目 录,1、电力系统的组成,一个完整的电力系统由分布各地的各种类型的发电厂、升压和降压变电所、输电线路及电力用户组成，它们分别完成电能的生产、电压变换、电能的输配及使用 。,2、电力系统的额定电压和额定频率,电网电压是有等级的，电网的额定电压等级是根据国民经济发展的需要、

2、技术经济的合理性以及电气设备的制造水平等因素，经全面分析论证，由国家统一制定和颁布的。,我国交流电力网和电气设备的额定电压,1用电设备 用电设备的额定电压和电网的额定电压应该保持一致。实际上，由于电网中有电压损失（压降），致使各点实际电压偏离额定值。为了保证用电设备的良好运行，国家对各级电网电压的偏差均有严格规定。显然，用电设备应具有比电网电压允许偏差更宽的正常工作电压范围。 2发电机 发电机的额定电压一般比同级电网额定电压高出5%，用于补偿电网上的电压损失。 3变压器 变压器的额定电压分为一次绕组和二次绕组。对于一次绕组，当变压器接于电网末端时，性质上等同于电网上的一个负荷(如工厂降压变压器

3、)，故其额定电压与电网电压一致，当变压器接于发电机引出端时(如发电厂升压变压器)，则其额定电压应与发电机额定电压相同。对于二次绕组，额定电压是指空载电压，考虑到变压器承载时自身电压损失(按5%计)，变压器二次绕组额定电压应比电网额定电压高5%，当二次侧输电距离较长时，还应考虑到线路电压损失(按5%计)，此时， 二次绕组额定电压应比电网额定电压高10%。 4、额定频率 我国规定的电力系统标称频率（俗称工频）为50Hz，国际上标称频率有50Hz和60Hz两种。,2、电力系统的额定电压和额定频率,2、电力网的变电站 电力网的变电站分为三种： 枢纽变电站：主要作用是联络本电力系统的各大电厂与大区域或大

4、容量的重要用户，是实现联合发、输、配电的枢纽，其电压最高，容量最大，是电力系统的最上层变电站。 区域变电站：主要作用是对一个大区域供电，其高压进线来自枢纽变电站或附近的大型发电厂，其中、低压对多个小的区域负荷供电，是电力系统的中层变电站。 配电变电站：主要作用是对一个小区域或较大容量的工厂供电，是电力系统最下层的变电站。,3、电力系统变电站的分类,电力系统的变电站可分为两类： 1、发电厂的变电站，称为发电厂的升压变电站（开关站）。其作用是将发电厂发出的有功功率和无功功率送入电力网，其低压为发电机额定电压，高、中压为电网额定电压的110%。,4、电力系统中性点运行方式,在电力系统中，当变压器或发

5、电机的三相绕组为星形连接时，其中性点可有两种运行方式：中性点直接接地和中性点不直接接地。中性点直接接地系统称为大电流接地系统，中性点不直接接地（中性点不接地和中性点经消弧线圈（或电阻）接地）的系统称为小电流接地系统。中性点的运行方式主要取决于单相接地时电气设备绝缘要求及供电可靠性。,a)中性点直接接地 b)中性点不接地 c)中性点经消弧线圈接地 d)中性点经电阻接地,4、电力系统中性点运行方式,1）中性点直接接地方式： 当发生一相对地绝缘破坏时，即构成单相短路，供电中断，可靠性降低。但是，该方式下非故障相对地电压不变，电气设备绝缘水平可按相电压考虑。此外，在380/220V低压供电系统中，线对

6、地电压为相电压，可接入单相负荷。 2)中性点不接地方式： 当发生单相接地故障时，线电压不变，而非故障相对地电压升高到原来相电压的3倍，供电不中断，可靠性高。但对设备的绝缘要求较高。 3）中性点经消弧线圈接地: 当中性点非直接接地系统发生单相接地故障时，接地点将通过接地线路对应系统的全部电容电流，当接地电容电流超过一定数值时，就应该在中性点装设消弧线圈，利用感性电流补偿接地故障时流过故障点的容性电流，使接地故障电流减少保证继续供电。,5、电能质量的主要指标,决定用户供电质量的指标为电压、频率、波形和可靠性。,1电压指标 理想的供电电压应该是幅值恒为额定值的三相对称正弦电压。由于供电系统存在阻抗、

7、用电负荷的变化和用电负荷的性质等因素，实际供电电压无论是在幅值上、波形上还是三相对称性上都与理想电压之间存在着偏差。系统中无功不足将引起电压的降低。 （1）电压偏差：电压偏差是指电网实际电压与额定电压之差，实际电压偏高或偏低对用电设备的良好运行都有影响。 （2）电压波动和闪变：电网电压的均方根值随时间的变化称为电压波动，由电压波动引起的灯光闪烁对人眼脑的刺激效应称为电压闪变。当电弧炉等大容量冲击性负荷运行时，剧烈变化的负荷电流将引起线路压降的变化，从而导致电网发生电压波动。 （3）高次谐波：当电网电压波形发生非正弦畸变时，电压中出现高次谐波。高次谐波的产生，除电力系统自身背景谐波外，在用户方面

8、主要由大功率变流设备、电弧炉等非线性用电设备所引起。高次谐波的存在将导致供电系统能耗增大、电气设备绝缘老化加快，并且干扰自动化装置和通信设施的正常工作。 （4）三相不对称：三相电压不对称指三个相电压的幅值和相位关系上存在偏差。三相不对称主要由系统运行参数不对称、三相用电负荷不对称等因素引起。供电系统的不对称运行，对用电设备及供配电系统都有危害，低压系统的不对称运行还会导致中性点偏移，从而危及人身和设备安全。,5、供电质量的主要指标,2频率指标 我国规定的电力系统标称频率（俗称工频）为50Hz，国际上标称频率有50Hz和60Hz两种。由电力系统供电的交流用电设备的工作频率应与电力系统频率相一致。

9、为了达到某种特殊目的，有的用电设备需在其它频率下工作，则可配以专用变频电源供电，如高频加热、电动机变频调速等。 当电能供需不平衡时，系统频率会偏离其标称值。频率偏差不仅影响用电设备的工作状态、产品的产量和质量，更重要的影响到电力系统的稳定运行。系统中有功不足将引起频率的降低。 用户供电系统的电压频率是由电力系统保证的。我国国标规定，电力系统正常频率偏差允许值为0.2Hz，当系统容量较小时，偏差值可以放到0.5Hz。,5、供电质量的主要指标,3可靠性 可靠性即根据用电负荷的性质和突然中断其供电，在政治或经济上造成损失和影响的程度，对用电设备提出的不允许中断供电的要求。按照供电可靠性要求，用电负荷

10、分为下列三级： （1）一级负荷：突然停电将造成人身伤亡，或在经济上造成重大损失，或在政治上造成重大不良影响者。如重要交通和通信枢纽用电负荷、重点企业中的重大设备和连续生产线、政治和外事活动中心等。 （2）二级负荷：突然停电将在经济上造成较大损失，或在政治上造成不良影响者。如突然停电将造成主要设备损坏或大量产品报废或大量减产的工厂用电负荷，交通和通信枢纽用电负荷，大量人员集中的公共场所等。 （3）三级负荷：不属于一级和二级负荷者。 35KV及以上的系统，每年停电不应超过一次；10KV系统每年停电不应超过三次；对重要用户停电应提前七日通知。,6、电气主接线方式,变电所电气主接线的基本环节是电源（变

11、压器）、母线和出线。各个变电所的出线回路数和电源数不同，在进出线较多时，为便于电能的汇集和分配，采用母线作为中间环节，常用的母线制主要有三种：单母线制、单母线分段制和双母线制，工厂供电系统一般不采用双母线制。 1）单母线 单母线制一般用于只有一回进线的情况，610KV配电装置的出线回路数不超过5回。 2）单母线分段制 在两回电源进线的情况下，宜采用单母线分段制，在母线之间装设一个分段断路器和两个隔离开关，610KV配电装置出线回路数为6回及以上。,用规定的设备文字和图形符号按工作顺序排列，详细的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，称为主接线图。 主接线图（亦称原理接线图

12、）表示电能由电源分配给用户的主要电路。,7、继电保护基础知识,1、电力系统故障引起的后果及继电保护的作用,电力系统的运行要求安全可靠、电能质量高、经济性好。但是，电力系统的组成元件数量多，结构各异，运行情况复杂，覆盖的地域辽阔。因此，受自然条件、设备及人为因素的影响，可能出现各种故障和不正常运行状态。故障中最常见、危害最大的是各种形式的短路。发生短路时可能造成的危害是：,故障点的很大的短路电流燃起的电弧，使故障设备损坏。 从电源到短路点间流过的短路电流，它们引起的发热和电动力将 造成在该路径中有关的非故障元件的损坏。 靠近故障点的部分地区电压大幅度下降，使用户的正常工作遭到破坏或影响产品质量。

13、 破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振荡，甚至使该系统瓦解和崩溃。,7、继电保护基础知识,继电保护的作用是： 在过载时，继电保护装置应发出警报信号。 在短路故障时，继电保护装置应立即动作，要求准确、迅速地自动将有关的断路器跳闸，将故障部分从系统中断开，确保其他回路的正常运行。 为了保证电源不中断，继电保护装置应将备用电源投入或经自动装置进行重合闸。,2、继电保护装置的组成,一般情况下继电保护装置由测量部分、逻辑部分和执行部分组成。 测量部分：测量被保护元件工作状态的一个或几个物理量，并和已给定的整定值进行比较，从而判断保护是否动作。 逻辑部分：根据测量部分各输出量的大小、性质、出现的顺序或

14、它们的组合，使保护装置按一定的逻辑程序工作，最后传到执行部分。 执行部分：根据逻辑部分送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。如发出信号，跳闸或不动作。,7、继电保护基础知识,选择性：基本含义是保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量减小，以保证系统中非故障部分继续安全运行。 速动性：速动性是指继电保护装置应以尽可能快的速度断开故障元件。这样就能减轻故障设备的损坏程度，减小用户在低电压情况下工作的时间，提高电力系统运行的稳定性。 灵敏性：保护装置对其保护范围内的故障或不正常运行状态的反应能力称为灵敏性（灵敏度）。灵敏性常用灵敏系数来衡量。它是在保护装置的测量元件确定了动作值

15、后，按最不利的运行方式、故障类型、保护范围内的指定点校验，并满足有关规定的标准。 可靠性：可靠性是指在保护装置规定的保护范围内发生它应该反应的故障时，保护装置应可靠地动作（即不拒动）。而在不属于该保护动作的其他任何情况下，则不应该动作（即不误动）。,3、继电保护的基本要求,4、电力系统中常用的保护,7、继电保护基础知识,工业企业供电线路基本上是开式单端供电网络，厂区内距离较短，所以保护并不复杂，常用的保护有：定时限或反时限的过电流保护；低电压保护；电流速断保护；过负荷保护；中性点不接地系统的单相接地保护等。,5、变压器的保护,电力变压器是供电系统中的重要设备，它的故障对供电的可靠性和用户的生产

16、、生活将产生严重的影响。因此，必须根据变压器的容量和重要程度装设适当的保护装置。,变压器的故障一般分为内部故障和外部故障两种。 变压器的内部故障主要有绕组的相间短路、绕组匝间短路和单相接地短路，内部故障是很危险的，因为短路电流产生的电弧不仅会破坏绕组绝缘，烧坏铁心，还可能使绝缘材料和变压器油受热而产生大量气体，引起变压器油箱爆炸。 变压器常见的外部故障是引出线上绝缘套管的故障从而可能导致引出线的相间短路或接地短路。,7、继电保护基础知识,对于变压器的故障种类及不正常运行状态，变压器一般应装备下列保护。,瓦斯保护：它能反应（油浸式）变压器油箱内部故障油面降低， 瞬时动作于信号或跳闸。 差动保护或

17、电流速断保护：它能反应变压器内部故障和引出线的相间短路、接地短路，瞬时动作于跳闸。 过电流保护 ：它能反应变压器外部短路而引起的过电流，带时限动作于跳闸，可作为上述保护的后备保护。 过负荷保护：它能反应过载而引起的过电流，一般作用于信号。 温度信号：它能反应变压器温度升高和油冷却系统的故障。,变电站在电力系统中是不可缺少的重要环节，因为变电站是电力系统中通过变压器进行电压的升降和进行电能交换的地点；变电站也是电能不同电压等级的母线进行重新分配的地点；变电站还是不同电压等级线路的始端或终端，因此变电站是电力系统中重要的“调节与控制中心”；特别是电力与无功的调节中心； 变电站又是电力系统中重要的“

18、信息源”与“信息中继站”。 因此变电站对电力系统的安全、稳定运行，保证对用户供电可靠性与电能质量起着不可替代的作用。 变电站的设备主要可以分为： 一次设备：变压器（含主变压器、所用变压器、消弧线圈等）；开关（高压断路器、隔离开关、空气开关等）；电抗器；母线、电力电缆、电力线路、瓷瓶等。 二次设备：阻波器、耦合电容器以及“控制”、“测量”、“保护”、“自动装置”、“远动”、“通讯”等设备。 变电站需完成的功能大概有63种，归纳起来可分为以下几种功能组 控制、监视功能，自动控制功能，测量表记录功能，继电保护功能，与继电保护有关的功能，接口功能，系统功能。 结合我国的情况，变电站综合自动化系统的基本功能可用监控子系统、微机保护子系统与远动通信子系统来说明。,8、综合自动化系统的基本功能,变电站综合自动化系统的发展过程与集成电路技术、计算机技术、通信技术和网络技术密切相关。随着高科技的不断发展，综合自动化系统的体系结构也不断发生变化，其性能和功能不断提高。从国内外变电站综合自动化系统的发展过程来看，其结构形式有集中式、分布集中式、分散与集中相结合和全分散式等四种类型 变电站综合自动化 1）功能综合化 变电站综合自动化系统是一个技术密集、多专业技术相互交叉、相互配合的系统。它是在计算机硬件和软件技术、数据通信技术的基础上发展起来的。它综合了变电站内除一次设备