电力系统基础知识介绍

电力系统基础知识

介绍一次系统二次系统第一部分：一次系统概述第二部分：一次设备第三部分：一次主接线图一次系统第一部分

一次系统概述一次系统概述电力系统——由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电能生产、传输与消费系统。发电用电输电变电配电RTURTURTU数据采集和传输应用服务器电网调度中心相关概念水库水轮机汽轮机汽轮机汽轮机汽轮机水轮机锅炉锅炉核反应堆核反应堆水电站火电站核电站发电机变压器发电机变压器电动机电灯动力系统电力系统电网动力部分发电环节输电环节配电环节供电环节变电环节一次系统概述水电站一次系统概述火电站一次系统概述核电站一次系统概述风电站输电网网络络输电网网络络一次系统概述变电站变电站站一次系统概述一次设备：直接接生产、转换、、分配电能的设设备。1生产和转换电能能的设备：同步步发电机，变压压器，电动机2开关电器：断路路器，隔离开关关，熔断器3限流电器：串联联电抗器4载流导体：母线线，架空线和电电缆5补偿设备：调相相机，电力电容容器，消弧线圈圈，并联电抗器器6互感器7防御过电压设备备：避雷线，避避雷器，避雷针针8绝缘子9接地装置一次设备组成的的系统成为电力力一次系统。一次系统概述——为输电线上的功功率损耗正比于于电流的平方。。传输同样的功功率，提高传输输电压就可以降降低线路电流，，从而降低了线线路损耗。为什么要采用高高压输电呢？为什么常见的输输电采用交流电电？——由于不便于将直直流电低电压升升至高电压进行行远距离传输，，直流输电曾让让位于交流输电电。变电站在电力系系统中位置示意意图电压等级的划分分变电站类别作用升压变电站（电电厂附近）降压变电站（负负荷中心附近））枢纽变电站（汇汇集多个电源））管理形式有人值守无人值守结构形式屋外（高压）屋内（居民密集集区、污秽严重重区）地理条件地面地下作用：汇集和分分配电力、控制制操作、升降电电压规模电压等级35KV110KV220KV330KV500KV变压器总容量出线回路数第二部分一次设备常见一次设备断路器（CircuitBreakers）用途：接通或切断负载载结构：SF6，真空，空气，，油，磁场原理：——高压隔离开关和和低压快分开关关中，采用冷却却灭弧及速拉灭灭弧。——有填料封闭式熔熔断器，利用狭狭缝灭弧及冷却却灭弧；无填料料封闭式熔断器器，利用速拉电电弧，冷却及增增大压力等方法法灭弧。——低压断路器、接接触器和带灭弧弧罩的刀开关，，应用串联短弧弧及冷却灭弧等等方法灭弧。——SF6断路器、压缩空空气断路器、油油断路器及负荷荷开关等广泛利利用气体吹弧方方法。——真空断路器应用用真空的高绝缘缘强度和扩散性性能灭弧。常见一次设备常见一次设备隔离开关（Switchgear）用途：——检修设备隔离高高压电源：用隔隔离开关断口的的可靠绝缘能力力，将需要检修修的设备与带电电部分相互隔离离。——倒换母线：在断断口两端接近等等电位的条件下下，带负荷进行行分闸、合闸；；变换双母线或或其他不长的并并联线路的接线线方式。——合空载载电路路：利利用隔隔离开开关断断口在在分开开时将将电弧弧拉长长和空空气的的自然然熄弧弧能力力，分分、合合一定定长度度的母母线、、空载载电缆缆或架架空线线路的的电容容电流流（不不超过过5A），一一定容容量的的变压压器的的空载载励磁磁电流流（不不超过过2A），以以及分分、合合电压压互感感器，，避雷雷器和和消弧弧线圈圈等回回路。。常见一一次设设备常见一一次设设备电压互互感器器（PotentialTransformer）用途：：——将一次次侧的的高电电压按按比例例变为为适合合仪表表或继继电器器使用用的额额定电电压为为100V的变换换设备备。用用于隔隔离、、保护护、测测量等等。常见一一次设设备常见一一次设设备电流互互感器器（CurrentTransformer）用途：：——电力系系统广广泛采采用的的是电电磁式式电流流互感感器(以下简简称电电流互互感器器)，它的的工作作原理理和变变压器器相似似。特点：：(1)一次线线圈串串联在在电路路中，，并且且匝数数很少少，因因此，，一次次线圈圈中的的电流流完全全取决决于被被测电电路的的负荷荷电流流．而而与二二次电电流无无关；；(2)电流互互感器器二次次线圈圈所接接仪表表和继继电器器的电电流线线圈阻阻抗都都很小小，所所以正正常情情况下下，电电流互互感器器在近近于短短路状状态下下运行行。常见一一次设设备常见一一次设设备避雷器器（SurgeArrester）用途：：——一种能能释放放雷电电或兼兼能释释放电电力系系统操操作过过电压压能量量，保保护电电工设设备免免受瞬瞬时过过电压压危害害，又又能截截断续续流，，不致致引起起系统统接地地短路路的电电器装装置（（见图图）。。避雷雷器通通常接接于带带电导导线和和地之之间，，与被被保护护设备备并联联。当当过电电压值值达到到规定定的动动作电电压时时,避雷器器立即即动作作,流过电电荷，，限制制过电电压幅幅值，，保护护设备备绝缘缘；当当电压压值正正常后后，避避雷器器又迅迅速恢恢复原原状，，以保保证系系统正正常供供电。。常见一次设备常见一次设备变压器（Transformer）用途：——电力变压器是一种种静止的电气设备备，是用来将某一一数值的交流电压压（电流）变成频频率相同的另一种种或几种数值不同同的电压（电流））的设备。当一次次绕组通以交流电电时，就产生交变变的磁通，交变的的磁通通过铁芯导导磁作用，就在二二次绕组中感应出出交流电动势。二二次感应电动势的的高低与一二次绕绕组匝数的多少有有关，即电压大小小与匝数成正比。。主要作用是传输输电能，因此，额额定容量是它的主主要参数。额定容容量是一个表现功功率的惯用值，它它是表征传输电能能的大小，以kVA或MVA表示，当对变压器器施加额定电压时时，根据它来确定定在规定条件下不不超过温升限值的的额定电流。常见一次设备组成部件外壳铁芯线圈变压器油枕充油套管瓦斯继电器防爆管散热器呼吸器外壳接地分接开关常见一次设备组合电器（CompositeApparatus）——两种或两种以上的的电器，按接线要要求组成一个整体体而各电器仍保持持原性能的装置。。结构紧凑，外形形及安装尺寸小，，使用方便，且各各电器的性能可更更好地协调配合。。按电压高低可分分为低压组合电器器及高压组合电器器。比较常见的是是GIS（气体绝缘组合电电器）。常见一次设备常见一次设备第三部分一次主接线一次系统主接线示意图一次系统主接线示意图二次系统第一部分：概述第二部分：二次系统组成及功能能第三部分：二次系统的的发展第一部分概述什么是二次系统？？一次系统：对用户供电的电路路，是发电、变电电和输电的主体，，包括发电机、变变压器、断路器、、隔离开关、电抗抗器、电力电缆以以及母线、输电线线路等设备，这些些设备相互连接构构成一次系统。什么是二次系统？？二次系统：对一次系统实施测测量、控制、调节节、保护的电路，，是发电、变电和和输电的测量和控控制设备，包括测测量仪表、测控装装置、保护装置、、自动装置、远动动装置……防误设备，这些设设备相互连接构成成二次系统。二次系统的作用测量：采集、显示、记录录电压、电流、功功率电度等参数信号：采集、显示、记录录设备状态、告警警和事故信息控制：对断路器、电动刀刀闸等设备分合操操作调节：发电机功率调节、、变压器调压、无无功补偿等保护：在系统或设备异常常或故障时自动切切除相关部分自动装置：自动重合闸、自动动准同期、备用电电源自投等第二部分二次系统组成总体组成用输、变CT/PTCT/PT发CT/PT配CT/PTCT/PT运行监视设备状态监视视频及环境监视人工控制远动通信电压无功控制运行缺陷管理……运行监视设备状态监视脱硫监视厂内AGC远动通信……用电监视负荷管理终端…..运行监视设备状态监视故障定位运行缺陷管理远动通信……安稳运行监视状态估计负荷预测人工控制直流功率自动控制运行风险管控运行计划管理……保护运行监视在线稳定计算自动电压控制保护定值i计算电能质量监视设备状态监视低频振荡监视雷电监视潮流计算自动发电控制运行缺陷管理发电监视调度主站（网、省省、地、县）通信（调度数据网网）发电厂自动化系统统变电站自动化系统统配电自动化系统用户终端功能架构二次系统界面示意意图二次系统界面示意意图二次系统界面示意意图二次系统界面示意意图二次系统界面示意意图变电站自动化系统统界面示意图变电站自动化系统统界面示意图第三部分

二次系系统的发展55二次系统发展继电保护从电磁型型，经整流型、晶晶体管型、集成电电路型，至上世纪纪90年代中后期期普遍使用微机型型。多个继电器共同构构成，接线复杂，，采样值离散性大大，时间继电器精精度百毫秒级。计算机（Computer）技术促进了二次系统的发展由单一装置实现所所需功能，屏内配配线清晰，采样值值精确度大幅提高高，时间继电器精精度提高到毫秒级。通信计算机（Computer）技术促进了电力系统监测的自动化、智能化水平早期厂站通过仪表表盘、模拟屏显示示厂站运行工况，，调度员和厂站运运行人员通过电话话沟通运行情况。。现在通过计算机机系统中展示厂站站运行工况，将有有功、无功、电压压、开关、刀闸等等运行信息实时发发送给调度中心，，调度对厂站实施施远方控制能力更更强，范围更广，，电厂/变电站控制更加精精细化。仪表盘+模拟屏计算机中控台二次系统发展通信通信（Communication）技术的发展，使得电力系统大范围快速调整与控制成为可能二次系统发展通信技术经电力线线载波、微波，至至上世纪90年代中后期，光纤纤通信技术趋于成成熟并得到广泛应应用。通信带宽由由载波设备64kbps发展至光纤通信10Gbps以上，传输带宽提升15万倍。先进通信技术为复杂的安全稳定控制系统、PMU等高速采集业务，，提供更快、更宽、更可可靠的通信服务。主网安稳系统配置置示例WAMS曲线示例2010年12月2日07:22:29南方电网主网发生生低频振荡，触发设备为罗百二线。上图分别为为07:22:00-07:25:59期间PMU曲线发电机组均安装了了一次调频装置，，响应速度小于3S；调度机构配置了AGC功能（二次调频））；二者协调配合合。调度主站和厂站实实施AVC协调控制，保障电电压安全，降低网网损。电网频率龙滩电厂出力二次系统发展通信现代控制（Control）技术在电力系统深化应用，使大规模甚至超大规模电网安全稳定运行成为可能二次调频一次调频多级AVC协调框图示例通信电网的发展对电力系统实时计算分析提出新要求大电网综合防御系统：通过安全稳定综合合防御技术对电网网实时运行状况进进行在线安全评估估，实现了大电网安全稳定的实时监监视和预警；实现现了电网运行策划划、实施控制、事事后风险3个时间尺度的应用。电网发展对二次系系统提出的新要求求在线安全综合评估估及预警预想事故断面极限限分析电网发展对二次系统提提出的新要求电网的发展对一次设备和运行环境的实时监测提出新要求设备状态监测系统统：通过安装在变电设备上上的传感器，将采采集到的变压器、、断路器油气成分分、含量、局部放放电等信号变换为为电信号，并送到到主站进行分析环境监视系统：雷电监测系统通过采集三个雷电探测测站测量到的电磁磁波的强度和方向向信息以及到达探探测站的时间信息息，计算出雷电放放电点、雷电流幅幅值以及雷电流极极性。覆冰检测系统通过采集拉力、温度、湿度、风风速、导线倾角传传感器和摄制图像像等手段，采集导线张力、倾角数数据、气象数据，，推算覆冰厚度和和发展趋势电网的发展要求对企业的经营状况进行实时监测计量自动化系统：：传统机械表仅实现现本地电能计量和和读数的功能，新新型电子式智能电电表可以实现分时时段计量、数据远远传、本地结算、、自动分合闸等功功能，并能在此基基础上建设计量自自动化系统，可以以分析全社会各类类企业经营状况提提供了可能。1.3电网发展对二次系统提提出的新要求机械表电子表网损分析系统：实现电网网损在线线计算与监控，在在连续保存全息数数据断面基础上，，进行各种降损方方式模拟计算，有有效提高网损统计计工作效率，对电电网经济运行管理理提供辅助决策。。通信社会进步对电网的节能、减排、电能质量等实时监测提出了新要求节能环保监测系统统：通过传感器实时监测烟烟气中SO2含量，监测锅炉燃烧热值，测算发电和标煤消耗比例。电网发展对二次系统提提出的新要求电能质量监测系统统：通过将实时测量的的电压波形信号回回传到主站，进行行分析，得到谐波波、三相电压不平平衡度、电压波动动和闪变、电压偏偏差、频率偏差等等指标。二次系统现现状—主站端通信主站二次系统网公司示例例（2012年统计，37套系统）系统运行部部27套系统一次设备在在线监测系系统雷电定位监监测系统电能质量监监测系统线路覆冰监监测系统电能计量自自动化系统统配变监测系系统低压集抄系系统负荷管理系系统应急指挥系系统变电站视频频监视系统统能量管理系系统保信主站系系统WAMS主站系统安稳主站系系统….远动机视频及环境