第四章 电力系统自动化

1、第四章 电力系统自动化4.1电力系统构成电力系统动力系统原电机发电机输电网络配电系统电力系统负荷图4-1电力系统和电力网络示意图 电力系统主要参数（1）总装机容量；（2）年发电量；（3）最大负荷；（4）年用电量；（5）额定频率；（6）最高电压等级。 我国五大电网现今我国有五个区域电网（每个覆盖一些省区）和十二个省网。这五个区域网分别是：东北电网；华北电网；华东电网；华中电网；西北电网。4.2电力系统的电压等级制定标准电压的依据：三相功率正比于线电压及线电流（S=UI）。当输送功率一定时，输电电压愈高，则输送电流愈小，因而所用导线截面积愈小；但电压愈高对绝缘的要求愈高，杆塔、变压器、断路器的绝缘

2、投资也愈大。因而对应于一定的输送功率与输送距离应有一个最佳的输电电压。但从设备制造的经济性以及运用时便于代换，必须规格化、系列化，且等级不宜过多我国国家标准规定：6、10、35、（60）、110、（154）、220、330和500 kV线路额定电压：各用电设备的额定电压取与线路的额定电压相等。从而使所有用电设备在额定电压的附近处运行线路额定电压。用电设备容许的电压偏移一般为5%，沿线电压降落一般为10%，因而要求线路始端电压为额定值的1.05倍，并使末端电压不低于额定值的0.95倍。发电机额定电压：发电机通常接于线路始端，因此发电机的额定电压为线路额定电压的1.05倍UGNUN（15）变压器额

3、定电压：变压器具有发电机和负荷的双重地位，它的一次侧是接受电能的，相当于用电设备；二次侧是送出电能的，相当于发电机变压器一次侧额定电压取等同于用电设备额定电压，对于直接和发电机相联的变压器，其一次侧额定电压等于发电机的额定电压即：U1NUGNUN（15）二次侧额定电压取比线路额定电压高5%，因变压器二次侧额定电压规定为空载时的电压，而额定负荷下变压器内部电压降落约为5%。为使正常时变压器二次侧电压较线路额定电压高5%，变压器二次侧额定电压取比线路额定电压高10%。4.3电力系统接线图定义：电力系统整体性质的图形表示方法。分类：地理接线图；单线电气接线图放射式 双回路放射式干线式 干线式链式 链

4、式及两端供电网 图4-2电力系统接线图4.4发电厂及变电所发电厂的类型（1）火力发电厂（2）水力发电厂：迳流式、堤坝式、河床式、抽水蓄能（3）核能发电厂（4）其他可再生能源发电方式（5）风力地热潮汐太阳能变电所类型（1）按功能划分：升压变电所；降压变电所（2）按照在系统中的地位：（3）枢纽变电所中间变电所地区变电所终端变电所（4）电力系统中的能量形式：（5）发电厂将自然界的可用的“生”能转换为电能，并输送和分配这种电形式的能量至各类用户，然后转换为各种有用的能量形式。在电力系统中存在电能的附加形式，即电场能、磁场能及耗散能。发电机组中的原动机属动力系统的范畴，它们服从刚体围绕定轴旋转的规律，因

5、而存在着机械能，即转子动能与位能。4.5工厂电器基本知识4.5.1 电器分类1. 按电压的适用范围分为低压电器和高压电器。电器分为高压电器和低压电器。低压电器一般是指在交流50Hz、额定电压1200V、直流额定电压1500V及以下的电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器产品。2. 低压电器按所控制的对象分类根据其控制的对象分为低压配电电器和低压控制电器。配电电器主要用于供、配电系统中，进行电能输送和分配。这类电器有刀开关、自动开关、隔离开关、转换开关以及熔断器等。对这类电器的主要技术要求是分断能力强，限流效果好，动稳定及热稳定性能好。控制电器主要用于各种控制电路和控制系统。这类电器有接触器、

6、继电器、转换开关、电磁阀等。对这类电器的主要技术要求是有一定的通断能力，操作频率要高，电器和机械寿命要长。3. 按所起作用分类依据电器所起的作用可分为控制电器和保护电器。保护电器主要用于对电路和电气设备进行安全保护。这类低压电器有熔断器、热继电器、安全继电器、电压继电器、电流继电器和避雷器等。对这类电器的主要技术要求是有一定的通断能力，反应要灵敏，可靠性要高。4. 按动作性质分类依据电器的动作性质可分为自动控制电器依据电器的动作性质可分为自动控制电器和非自动控制电器。4.5.2 按钮和接触器结构及工作原理下面分别以控制按钮和接触器为例介绍手动电器和自动电器的结构和工作原理。1. 按钮按钮是手动

7、控制电器的一种，用来发出信号和接通或断开控制电路。下图是按钮的结构示意图和图文符号，图4-3（a）中1、2是动断（常闭）触点，3，4是动合（常开）触点，5是复位弹簧，6是按钮帽。图4-3（b）为图文符号。（a）结构示意 （b）图文符号图4-3按钮的结构示意图和图文符号2. 接触器结构及工作原理交流接触器的结构下图为交流接触器结构示意图，交流接触器由以下4部分组成。（1）电磁机构。电磁机构由线圈、动铁心(衔铁)和静铁心组成，其作用是将电磁能转换成机械能，产生电磁吸力，带动触头动作。（2） 触头系统。包括主触头和辅助触头。主触头用于接通或断开主电路，通常为3对常开触头。辅助触头用于控制电路，起控制

8、其他元件接通或分断及电气联锁作用，故又称联锁触头，一般有多对常开、常闭触头。图4-4交流接触器结构1动触头2静触头3衔铁4弹簧5线圈6铁心7垫毡8触头弹簧9灭弧罩10触头压力弹簧（3）灭弧装置。容量在10A以上的接触器都有灭弧装置，对于小容量的接触器，常采用双断口触头灭弧、电动力灭弧、相间弧板隔弧及陶土灭弧罩灭弧。对于大容量的接触器，采用窄缝灭弧及栅片灭弧。（4）其他辅助部件。包括反作用弹簧、缓冲弹簧、触头压力弹簧、传动机构、支架及外壳等。电磁式接触器的工作原理当线圈得电后，在铁心中产生磁通及电磁吸力，衔铁在电磁吸力的作用下吸向铁心，同时带动动触头移动，使常闭触头打开，常开触头闭合。当线圈失电

9、或线圈两端电压显著降低时，电磁吸力小于弹簧反力，使得衔铁释放，触头机构复位，断开电路或解除互锁。直流接触器的结构和工作原理与交流接触器基本相同，接触器的图形符号如图所示，文字符号为KM。(a)线圈 (b)常开触头 (c)常闭触头图4-5接触器的图形符号4.6发电厂、变电所主变压器1. 变压器分类（1）主变压器：在发电厂中向电力系统输送功率的变压器；在变电所中向用户输送功率的变压器。（2）联络变压器：用于两种电压等级之间交换功率的变压器。（3）自由变压器：向厂用电系统供电的厂用变压器。2. 为什么要进行主变压器的选择？主变容量选择太大或台数太多，会造成投资浪费，增加系统运行费用；容量太小或台数太

10、少，有无法满足负荷的供电需求，同时也会是发电机的发电能力得不到充分利用。3. 怎样选择主变压器？主变压器的选择包括主变压器容量、台数的确定和形式的选择。4. 为什么要进行主变压器的选择？主变容量选择太大或台数太多，会造成投资浪费，增加系统运行费用；容量太小或台数太少，有无法满足负荷的供电需求，同时也会是发电机的发电能力得不到充分利用。5. 怎样选择主变压器？主变压器的选择包括主变压器容量、台数的确定和形式的选择发电厂、变电所主变压器选择。6. 主变容量确定具有发电机电压母线接线的主变容量确定。（1）母线上所连发电机满出力运行时,扣除发电机供电的日最小负荷并厂用负荷后的全厂剩余功率能通过主变送入

11、系统。（2）当发电机母线上最大一台机组故障或检修时，母线上所连的主变应能从电力系统倒送功率来满足发电机电压母线最大可能负荷。（3）当发电机电压母线上接两台或以上的主变时，当一台出故障或检修，剩余运行的主变能承担剩余功率的70%。（4）对水电比重较大的系统，火电厂主变具有从系统倒送功率的能力，以满足发电机电压母线上最大负荷的要求。思考题1. 电力系统和动力系统的区别?2. 我国电力系统电压等级有那些?3. 发电机的额定电压为线路额定电压的多少倍,为什么?4. 发电厂有哪些类型?5. 变电所有哪些类型?6. 电力系统有那些能量形式?7. 工厂电器如何分类?8. 简述按钮的结构.9. 简述接触器的结构和工作原理1