电力系统基础知识

1、.：.；1、电力系统根底知识电力系统的构成电力系统的额定电压电力系统的中性点运转方式供电质量的主要目的电气主接线方式电力系统的构成一个完好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消费、电压变换、电能的输配及运用。图11 电力系统的组成表示图电力系统的额定电压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开展的需求、技术经济的合理性以及电气设备的制造程度等要素，经全面分析论证，由国家一致制定和公布的。表11 我国交流电力网和电气设备的额定电压电力网和用电设备额定电压 发电机额定电压 电力变压器额定电压 一次绕组二次绕组 低压V22

2、0/127380/220660/380230400690220/127380/220660/380230/133400/230690/400 高压kV361035631102203305007503.156.310.513.8,15.75,18,203及3.156及6.310及10.513.8,15.75,18,2035631102203305007503.15及3.36.3及6.610.5及1138.569121242363550 1用电设备用电设备的额定电压和电网的额定电压一致。实践上，由于电网中有电压损失，致使各点实践电压偏离额定值。为了保证用电设备的良好运转，国家对各级电网电压的偏向均

3、有严厉规定。显然，用电设备应具有比电网电压允许偏向更宽的正常任务电压范围。2发电机发电机的额定电压普通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)，故其额定电压与电网一致，当变压器接于发电机引出端时(如发电厂升压变压器)，那么其额定电压应与发电机额定电压一样。对于二次绕组，额定电压是指空载电压，思索到变压器承载时本身电压损失(按5%计)，变压器二次绕组额定电压应比电网额定电压高5%，当二次侧输电间隔 较长时，还应思索到线路电压损失(按5%计)，此时， 二次

4、绕组额定电压应比电网额定电压高10%。电力系统的中性点运转方式在电力系统中，当变压器或发电机的三相绕组为星形结合时，其中性点可有两种运转方式：中性点接地和中性点部接地。中性点直接接地系统称为大电流接地系统，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。中性点的运转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。图12列出了常用的中性点运转方式。图中，电容C为输电线路对地分布电容。图12 电力系统中性点运转方式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。

5、但是，该方式下非缺点相对地电压不变，电气设备绝缘程度可按相电压思索。此外，在380/220V低压供电系统中，线对地电压为相电压，可接入单相负荷。中性点不接地方式：当发生单相接地缺点时，线电压不变，而非缺点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。供电质量的主要目的决议用户供电质量的目的为电压、频率和可靠性。1电压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、用电负荷的变化和用电负荷的性质等要素，实践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向。1电压偏向：电压偏向是指电网实践电压与额定电压之差，实践电压偏高或偏低对用电设备

6、的良好运转都有影响。2电压动摇和闪变：电网电压的均方根值随时间的变化称为电压动摇，由电压动摇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转时，猛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动摇。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，除电力系统本身背景谐波外，在用户方面主要由大功率变流设备、电弧炉等非线性用电设备所引起。高次谐波的存在降导致供电系统能耗增大、电气设备绝缘老化加快，并且干扰自动化安装和通讯设备的正常任务。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向。三相不对称主要由系统运转参

7、数不对称、三相用电负荷不对称等要素引起。供电系统的不对称运转，对用电设备及供配电系统都有危害，低压系统的不对称运转还会导致中性点偏移，从而危及人身和设备平安。2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。由电力系统供电的交流用电设备的任务频率应与电力系统频率相一致。为了到达某种特殊目的，有的用电设备需在其它频率下任务，那么可配以公用变频电源供电，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。频率偏向不仅影响用电设备的任务形状、产品的产量和质量，更重要的影响到电力系统的稳定运转。用户供电系统的电压频率是由电力系统保证的。我

8、国国标规定，电力系统正常频率偏向允许值为0.2Hz，当系统容量较小时，偏向值可以放到0.5Hz。3可靠性可靠性即根据用电负荷的性质和忽然中断其供电在政治或经济上呵斥损失和影响的程度，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，用电负荷分为以下三级：1一级负荷：忽然停电将呵斥人身伤亡，或在经济上呵斥艰苦损失，或在政治上呵斥艰苦不良影响者。如重要交通和通讯枢纽用电负荷、重点企业中的艰苦设备和延续消费线、政治和外事活动中心等。2二级负荷：忽然停电将在经济上呵斥较大损失，或在政治上呵斥不良影响者。如忽然停电将呵斥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，交通和通讯枢纽用电负荷，

9、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。电气主接线方式主接线图亦称原理接线图表示电能由电源分配给用户的主要电路，图中表示出一切的电气设备及其联接关系。1、母线制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，工厂供电系统普通不采用双母线制。1单母线单母线制如以下图所示，普通用于只需一回进线的情况。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，母线分段开关2、继电维护根底知识继电维护的作用及要求供电系统中常用的维护继电维护的开展趋势微机维护的优点继电维护的作用及要求一继电维护广泛运用在电力系统、飞机、机车、舰船、汽车等等各个领域。我们讨论的主要是电力系

10、统的继电维护。电力系统的运转要求平安可靠、电能质量高、经济性好。但是，电力系统的组成元件数量多，构造各异，运转情况复杂，覆盖的地域辽阔。因此，受自然条件、设备及人为要素的影响，能够出现各种缺点和不正常运转形状。缺点中最常见、危害最大的是各种方式的短路。发生短路时能够呵斥的危害是：缺点点的很大的短路电流燃起的电弧，使缺点设备损坏。从电流到短路点间流过的短路电流，它们引起的发热和电动力将呵斥在该途径中有关的非缺点元件的损坏。接近缺点点的部分地域电压大幅度下降，运用户的正常任务遭到破坏或影响产质量量。破坏电力系统并列运转的稳定性，引起系统振荡，甚至使该系统瓦解和解体。继电维护的作用是：1在过载时，继

11、电维护安装应发出警报信号。2在短路缺点时，继电维护安装应立刻动作，要求准确、迅速地自动将有关的断路器跳闸，将缺点部分从系统中断开，确保其他回路的正常运转。3为了保证电源不中断，继电维护安装应将备用电源投入或经自动安装进展重合闸。 二继电维护的根本要求.选择性根本含义是维护安装动作时，仅将缺点元件从电力系统中切除，使停电范围尽量减小，以保证系统中非缺点部分继续平安运转。.速动性速动性是指继电维护安装应以尽能够快的速度断开缺点元件。这样就能减轻缺点设备的损坏程度，减小用户在低电压情况下任务的时间，提高电力系统运转的稳定性。.灵敏性维护安装对其维护范围内的缺点或不正常运转形状的反响才干称为灵敏性灵敏

12、度。灵敏性常用灵敏系数来衡量。它是在维护安装的丈量元件确定了动作值后，按最不利的运转方式、缺点类型、维护范围内的指定点校验，并满足有关规定的规范。.可靠性可靠性是指在维护安装规定的维护范围内发生它应该反响的缺点时，维护安装应可靠地动作即不拒动。而在不属于该维护动作的其他任何情况下，那么不应该动作即不误动。供电系统中常用的维护1电网的电流电压维护：包括：单侧电源网络的相间短路的电流电压维护、电网相间短路的方向性电流维护、大接地电流系统的零序电流维护、中性点不接地单相接地的维护；电网的间隔 维护输电线路的纵联维护包括：纵联差动维护、高频维护、高频闭锁方向维护、高频闭锁负序方向维护、高频闭锁间隔 维

13、护和零序维护、高频相差动维护、光纤差动维护；输电线路的自动重合闸 包括：三相自动重合闸、综合自动重合闸电力变压器的维护 包括：主变压器内部缺点的差动维护、主变压器零序维护、主变压器瓦斯维护、高压厂用变压器维护；发电机维护包括：相间短路的纵联差动维护、发电机定子绕组匝间短路维护、发电机定子绕组的单相接地维护、发电机低励失磁维护、励磁回路一点接地维护、励磁回路两点接地维护、转子表层过热负序电流维护、发电机的逆功率维护、发电机失步异常运转维护、定子绕组对称过负荷维护、发电机变压器组公用继电维护；母线的继电维护包括：母线差动维护、电流相位比较式母线维护；异步电动机和电容器的维护2供电系统的单端电网的维

14、护：供电线路常见的缺点对架空线来说，有断线、碰线、绝缘子被击穿、相间飞弧、短路以及杆塔倒塌等；对电缆来说，应其直接埋地或敷设在混凝土管、隧道等，受外界要素影响较少，除本身绝缘老化的缘由外，只需某些特殊情况下，如的基下沉、土壤含有杂质、建筑施工破坏、热力网影响等，才会使相间或相地之间绝缘击穿或断裂，但是电缆接头衔接不良或由于污垢而产生的缺点，占其全部缺点的70%以上。工业企业供电线路根本上是开式单端供电网络，厂区内间隔 较短，所以线路维护并不复杂，常用的维护安装有：定时限或反时限的过电流维护；低电压维护；电流速断维护；中性点不接地系统的单相接地维护等。一、过电流维护当流过被维护元件中的电流超越预

15、先整定的某个数值时就使断路器跳闸或给出报警信号的安装称为过电流维护安装，它有定时限和反时限两种。定时限过电流维护安装定时限过电流是电流继电器本身的动作时限是固定的，与经过它的电流大小无关。这种维护安装的接线图如图5-12所示。反时限过电流维护安装图5-14是一个交流操作的反时限过电流维护安装图，1KA、2KA为GL型感应式带有瞬时动作元件的反时限过电流继电器，继电器本身动作带有时限，并有动作指示掉牌信号，所以回路不需接时间继电器和信号继电器。二、电流速断维护定时限过电流维护安装的时限一经整定便不能变动，如图5-13所示，当k3处发生三相短路缺点时，断路器QF3的继电维护动作时间必需经过t0+2

16、t才干动作，达不到速断的目的。为了减小本段线路缺点下的事故影响范围，当过电流维护的动作时限大于0.7s时，便需设置电流速断维护，以保证本段线路的短路缺点能迅速地被切除。具有电流速断和定时限过电流维护的线路如图5-16所示。三、低电压维护 低电压维护主要用于以下几个方面。1.低电压闭锁的过电流维护定时限过电流维护的动作电流是按躲过最大的负荷电流来整定的，在某些情况下能够满足不了灵敏度的要求。为此可采用低电压继电器的过电流维护安装来提高其灵敏度。其闭锁接线如图5-20所示。2.用于电动机的低电压维护电动机采用低电压维护的目的是当电网电压降低到某一数值时，低电压维护安装动作，将不重要的或不允许自起动

17、的电动机从电网切除，以保证重要电动机在电网电压恢复时，顺利自起动。四、中性点不接地系统的单相接地维护中性点不接地系统发生单相接地缺点时，线电压值不变，缺点相对地电压为零，非缺点相对地电压升高了3倍，流经缺点点的电容电流Ic是正常时每相对地电容电流Ic0的3倍。因此在供电系统中采用中性点不接地系统的目的是，当系统发生几率最多的单相接地缺点时，普通并不要求立刻将电源切断，这是由于这种缺点并不影响接于线电压上电气设备的正常任务，仍可继续运转。但假设流过缺点点的接地电流数值较大时，就会在接地点间产生间歇性电弧以致引起过电压、损坏绝缘，开展成为相间或两相对地短路，扩展缺点。因此，对中性点不接地系统该当装

18、设绝缘监测安装，必要时还可装设零序电流维护。五、变压器的维护电力变压器是供电系统中的重要设备，它的缺点对供电的可靠性和用户的消费、生活将产生严重的影响。因此，必需根据变压器的容量和重要程度装设适当的维护安装。变压器的缺点普通分为内部缺点和外部缺点两种。变压器的内部缺点主要有绕组的相间短路、绕组匝间短路和单相接地短路，内部缺点是很危险的，由于短路电流产生的电弧不仅会破坏绕组绝缘，烧坏铁心，还能够使绝缘资料和变压器油受热而产生大量气体，引起变压器油箱爆炸。变压器常见的外部缺点是引出线上绝缘套管的缺点从而能够导致引出线的相间短路或接地短路。变压器的不正常任务形状有：由于外部短路和过负荷而引起的过电流

19、，油面的过度降低和温度升高等。对于变压器的缺点种类及不正常运转形状，变压器普通应配备以下维护。瓦斯维护它能反响油浸式变压器油箱内部缺点油面降低，瞬时动作于信号或跳闸。差动维护或电流速断维护它能反响变压器内部缺点和引出线的相间短路、接地短路，瞬时动作于跳闸。过电流维护它能反响变压器外部短路而引起的过电流，带时限动作于跳闸，可作为上述维护的后备维护。过负荷维护它能反响过载而引起的过电流，普通作用于信号。温度信号它能反响变压器温度升高和油冷却系统的缺点。继电维护的开展趋势电力系统20世纪60年代以前主要采用电磁型维护，70年代是电磁型、晶体管维护并用时期， 20世纪60年代末期，国外提出用计算机构成

20、继电维护的倡议，当时的计算机硬件非常昂贵。还不具备商业性消费这类维护安装的条件，早期的研讨任务是以小型机为根底的。出于经济上的思索，采用一台小型计算机来实现多个电气设备或整个变电站的维护功能，但这种方案的可靠性显然遭到限制。70年代中期，随着大规模集成电路技术的开展，微型计算机进入适用阶段，性价比和可靠性大为提高，为微机维护的运用化打下了硬件根底。伴随着计算机硬件程度的不断提高，各种微机维护软件的算法不断被提出，为继电维护的推行和运用提供实际根底。经过30多年的开展和变化，目前微机维护曾经在电力系统的各个变电站、发电厂和供电线路上广泛运用。微机维护的优点微机继电维护安装是经过数字量输出实现对断

21、路器等的控制。易于处理常规维护难于处理的问题，对于一样的硬件，可以经过算法的不同，实现不同的维护。这样，也就可以经过改善算法来不断完善维护性能，而不需改动硬件。经过软件算法的改善，可以较好地处理原有模拟继电维护安装难于处理的问题。在各种维护方法中，思索到了电力系统的各种情况，具有很强的综合分析和判别才干。由于计算机的通用性，因此，在继电维护硬件的根底上，可以很方便地经过添加软件的方法获得维护之外的功能。目前的微机维护安装均设有通讯接口，这样可方便地将各地维护安装纳入变电站综合自动化系统，实现远方修正定值、投切维护安装。3、变电所综合自动化系统综合自动化的优点综合自动化系统的根本功能综合自动化系

22、统的构造和配置综合自动化系统的根本功能变电站在电力系统中是不可短少的重要环节，由于变电站是电力系统中经过变压器进展电压的升降和进展电能交换的地点；变电站也是电能不同电压等级的母线进展重新分配的地点；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“调理与控制中心；特别是电力与无功的调理中心；变电站又是电力系统中重要的“信息源与“信息中继站。因此变电站对电力系统的平安、稳定运转，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、隔分开关、空气开关等；电抗器；母线、电力电缆、电力线路、瓷瓶、支架等。二次设备：电压互感器、电流互感器、阻波器、耦合电容器以及“控制、“丈量、“维护、“自动安装、“远动、“通讯等设备。 变电站需完成的功能大约有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，丈量表记录功能，继电维护功能，与继电维护有关的功能，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根本功能可用监控子系统、微机维护子系统与远动通讯子系统来阐明。综合自动化系统的构造合配置变电站综合自动化系统的开展过程与集成电路技术、计算机技术、通讯技术和网络技术亲密相关。随着高科技的不断开展，综合自动化系统的