发电厂电力系统与电气主接线

发电厂电力系统与电气主接线第1页/共77页21.概述2.发电厂3.变电站的一次接线4.电力系统一次设备简介5.变电站的二次接线6.变电站综合自动化简介7.配电管理系统DMS-组网结构主要内容第2页/共77页31、概述----1.1什么是电力系统？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第3页/共77页41.1什么是电力系统？水库G~M~M~电力网电力系统动力系统发电厂水轮机发电机变电所升压变压器输电线路变电所降压变压器用户用电设备第4页/共77页51.1什么是电力系统？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

。第5页/共77页61.1什么是电力系统？超高压远距离输电网地方电力网区域电力网110kV~35kV~35kV500kV220kV110kV10kV水力发电厂火力发电厂变电所A：枢纽变电所C：地方变电所D：终端变电所B：中间第6页/共77页71.1什么是电力系统？电力网：按电压等级分类：低压网：电压等级在1kV以下；中压网：1～10kV；高压网：高于10kV、低于330kV；超高压网：低于750kV；特高压网：1000kV及以上。

第7页/共77页81.1什么是电力系统？

电力网：按电压等级的高低、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20~50km以内区域电力网：电压等级在35kV以上（一般为110kV~220kV），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330kV~500kV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第8页/共77页91.1什么是电力系统？

变电所：按其在电力系统中的地位分类枢纽变电所：中间变电所：地区变电所：终端电站所：第9页/共77页101.2电力系统的特点▲三是集中性，电力生产是高度集中、统一的，无论多少个发电厂、供电公司，电网必须统一调度、统一管理标准，统一管理办法;安全生产，组织纪律，职业品德等都有严格的要求。▲

一是经济总量大。目前，我国电力行业的资产规模已超过2万多亿，占整个国有资产总量的四分之一，电力生产直接影响着国民经济的健康发展。▲

二是同时性，电能不能大量存储，各环节组成的统一整体不可分割，过渡过程非常迅速，瞬间生产的电力必须等于瞬间取用的电力，所以电力生产的的发电、输电、配电到用户的每一环节都非常重要。第10页/共77页111.2电力系统的特点▲

五是先行性，国民经济发展电力必须先行。▲

四是适用性，电力行业的服务对象是全方位的，涉及到全社会所有人群，电能质量、电价水平与广大电力用户的利益密切相关。▲

六是电能生产与国民经济各部门和人民生活有着极为密切的关系：社会政治经济影响巨大。负荷分类：一类负荷、二类负荷、三类负荷。第11页/共77页121.2电力系统的特点1、一级负荷：突然停电将造成人身伤亡或引起对周围环境的严重污染，造成经济上的巨大损失，如重要的大型设备损坏，重要产品或重要原料生产的产品大量报废，连续生产过程被打乱，需要很长时间才能恢复生产；以及突然停电会造成社会秩序严重混乱或在政治上造成重大不良影响，如重要交通和通信枢纽、国际社交场所等的用电负荷。第12页/共77页131.2电力系统的特点

2、二级负荷：突然停电将在经济上造成较大损失，如生产的主要设备损坏，产品大量报废或减产，连续生产过程需较长时间才能恢复；以及突然停电会造成社会秩序混乱或在政治上造成较大影响，如交通和通信枢纽、城市主要水源，广播电视、商贸中心等的用电负荷。

3、三级负荷：不属于一级和二级负荷者。第13页/共77页141.3电能的质量指标电压质量标准：第14页/共77页151.3电能的质量指标频率：额定频率： 50Hz（国外：50或60Hz）频率偏差： ±0.2Hz（≥3000MW系统） ±0.5Hz（＜3000MW系统） 国外： ±(0.1~0.2)Hz或±0.5Hz波形：质量标准： 正弦波电压和电流谐波的危害与抑制：对于电网、电力设备、通讯都会产生负面影响；第15页/共77页161.4电力系统的额定电压及电压等级额定电压是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。在这一电压下工作时，电气设备的技术经济性能指标能够达到最佳状态，保证长期可靠运行。第16页/共77页171.4电力系统的额定电压及电压等级U1IU2SZS=√3U2I我国规定的额定电压按电压高低及使用范围可分为三类：第一类指100V及其以下的额定电压。主要用于安全动力、照明、蓄电池及特殊设备。第二类指100～1000V之间的额定电压，其应用最广、数量最多。第三类指1000V及其以上电压等级。电力系统的发、供、输、配、用电都采用该电压等级。第17页/共77页181.5供电可靠率

供电可靠率是指供电企业某一统计期内对用户停电的时间和次数，直接反映供电企业的持续供电能力。

供电可靠率反映了电力工业对国民经济电能需求的满足程度，已经成为衡量一个国家经济发达程度的标准之一；供电可靠性可以用如下一系列年指标加以衡量：供电可靠率、用户平均停电时间、用户平均停电次数、用户平均故障停电次数等。

国家规定的城市供电可靠率是99．96/100。即用户年平均停电时间不超过3.5小时；

第18页/共77页191.5供电可靠率我国供电可靠率目前一般城市地区达到了3个9（即99.9%）以上，用户年平均停电时间不超过9小时；重要城市中心地区达到了4个9（即99.99%）以上，用户年平均停电时间不超过53分钟。

计算公式

供电可靠率（%）=8760（年供电小时）-年停电小时/8760最后乘以100%第19页/共77页201.6我国电力工业发展概况跨省电力系统5个，独立省电力系统若干个第20页/共77页211.6我国电力工业发展概况1879年，美国的著名发明家爱迪生发明了电灯，很快把神秘的电和人类的生活联系了起来。

19世纪90年代，三相交流输电系统研制成功，并很快取代了直流输电，成为电力系统大发展的里程碑，吹响了工业革命的号角。第21页/共77页221.6我国电力工业发展概况清光绪五年四月初八（1879年5月28日），上海公共租界工部局电气工程师毕晓浦，在虹口乍浦路的一座仓库里，用7.46千瓦的蒸汽机带动自激式直流发电机，将发出的电能点燃碳极弧光灯。这是中华大地上点亮的第一盏电灯。

1882年，英国人在上海南京路创办了上海第一家发电厂，容量12千瓦，这就是中国的第一座发电厂。这座电厂的出现，比全球率先使用弧光灯的巴黎北火车站电厂晚7年，比伦敦霍尔蓬高架路电厂晚6个月，却比纽约珠街电厂早2个月，比俄国彼得堡电厂早1年，就用电来说，中国也属于最早使用电的国家之一。

第22页/共77页231.5我国电力工业发展概况

中国人自办电气事业，约始于1888年。当年7月23日，两广总督张之洞从国外购入1台发电机和100盏电灯，安装在衙门旁发电，供衙门照明。

1890年，上海一些官僚、富商家庭开始使用白炽灯照明。

20世纪初，中国的电力发展出现了第一波热潮。1903年江苏镇江大照电灯公司成立。1905年北平京师华商电灯有限公司成立。天津、上海南市、济南、汉口、重庆等地的华人也先后开办电力事业。

1904年，处于日本殖民统治下的台湾建成中国最早的水电站龟山水电站，装机容量600千瓦。云南石龙坝水电站也在1912年建成发电，随之出现了我国第一条22千伏输电线路。由于历经战乱，旧中国的电力始终缓慢发展。第23页/共77页241.6我国电力工业发展概况改革开放后，我国电力工业连续跃上两个台阶：1987年，电力装机容量达１亿千瓦，1995年突破２亿千瓦，2000年突破3亿千瓦，2003年接近4亿千瓦，2005年突破5亿千瓦（其中水电装机容量达到1亿千瓦），2006年突破6亿千瓦，2007年突破7亿千瓦，2008年接近8亿千瓦。

1988年，全社会用电量5358亿千瓦时，1996年突破1万亿千瓦时，2004年突破2万亿千瓦时，2008年达到34268亿千瓦时。

装机容量的高速增长期是2004——2008，全社会用电量的高速增长期是2003——2007，装机容量最多的是2006年，超过1亿，超过总装机容量的百分之二十。全社会用电量增长最快的是2007年，比2006年增加了4198亿千瓦时，增加了百分之十五。第24页/共77页251.6我国电力工业发展概况中国人自办电气事业，约始于1888年。当年7月23日，两广总督张之洞从国外购入1台发电机和100盏电灯，安装在衙门旁发电，供衙门照明。

1890年，上海一些官僚、富商家庭开始使用白炽灯照明。

20世纪初，中国的电力发展出现了第一波热潮。1903年江苏镇江大照电灯公司成立。1905年北平京师华商电灯有限公司成立。天津、上海南市、济南、汉口、重庆等地的华人也先后开办电力事业。

1904年，处于日本殖民统治下的台湾建成中国最早的水电站龟山水电站，装机容量600千瓦。云南石龙坝水电站也在1912年建成发电，随之出现了我国第一条22千伏输电线路。由于历经战乱，旧中国的电力始终缓慢发展。第25页/共77页261.6我国电力工业发展概况

新中国成立50多年来，电力工业迅速发展。从1996年起，我国电力装机容量、发电量和用电量一直保持世界第二位，仅次于美国。

据统计，1949年，全国电力装机容量只有185万千瓦，年发电量43亿千瓦时，分别位居世界第２１位和２５位。

新中国成立后，我国电力工业迅速发展。到1978年，全国电力装机容量已达5712万千瓦，比1949年增长近３０倍；年发电2566亿千瓦时，增长近59倍。改革开放后，我国电力工业连续跃上两个台阶：1987年，电力装机容量达１亿千瓦，1995年突破２亿千瓦，2000年突破3亿千瓦，2003年接近4亿千瓦，2005年突破5亿千瓦（其中水电装机容量达到1亿千瓦），2006年突破6亿千瓦，2007年突破7亿千瓦，2008年接近8亿千瓦。第26页/共77页271.6我国电力工业发展概况1988年，全社会用电量5358亿千瓦时，1996年突破1万亿千瓦时，2004年突破2万亿千瓦时，2008年达到34268亿千瓦时。

装机容量的高速增长期是2004——2008，全社会用电量的高速增长期是2003——2007，装机容量最多的是2006年，超过1亿，超过总装机容量的百分之二十。全社会用电量增长最快的是2007年，比2006年增加了4198亿千瓦时，增加了百分之十五。第27页/共77页281.6我国电力工业发展概况

从1954年前苏联建成世界上第一座试验核电站、1957年美国建成世界上第一座商用核电站开始，核电产业已经过了几十年的发展，装机容量和发电量稳步提高。截止到2004年底，全世界有31个国家已经建成或正在建造核电机组，其中正在运行的核电机组440台，在建机组26台。2004年世界核发电量26186亿千瓦时，占世界总发电量的16%。各国由于情况不同，核发电量占各自总发电量的比重相差较大：其中法国最大为78.1%，韩国38%，美国19.9%，日本29.3%，英国19.4%，日本29.3%，印度2.8%。

第28页/共77页291.5我国电力工业发展概况一是核心技术方面方面的问题（容易受外国控制），二是核泄漏的方面的问题，中国对核发电一直是走保守的限制性发展道路，按照规划，即使到2020年，中国的核发电最多也只占总量的410/0。

第29页/共77页301.6我国电力工业发展概况1985年中国开始兴建第一座核电站——浙江秦山核电站，容量30万千瓦，压水堆型，自行设计、制造、施工，部分设备进口。1991年12月15日并网发电，1994年4月1日商业运行，1995年7月1日通过国家验收。目前正扩建二期工程二台国产60万千瓦核电机组，和三期工程二台自加拿大引进的重水堆型70万千瓦核电机组。第30页/共77页311.6我国电力工业发展概况广东深圳大亚湾核电站，是中国兴建的第二座大型核电站，引进英、法两国设备，安装二台90万千瓦压水堆型核电机组。1988年8月8日浇注第一罐混凝土，1993年8月31日一号机组平网发电，1994年2月1日商业运行；二号机组于1994年5月6日商业运行。目前在建的项目有：大亚湾第二核电站—岭澳核电站，安装四台压水堆型100万千瓦核电机组；江苏连云港核电站，由俄罗斯引进二台100万千瓦核电机组；广东省规划建设第三座核电站，即阳江核电站，安装6台100万千瓦核电机组。

目前中国核电装机容量仅占全国发电装机容量的0.76%，发电量仅占总发电量的1.2%。第31页/共77页321.6我国电力工业发展概况中国风力资源约为2.53亿千瓦，可开发量达1.6亿千瓦。1998年末，全国近20个风电场，装机总容量为22.36万千瓦。目前全国最大，也是亚洲最大的风电场是新疆达坂城风力发电场，装有300、500、600千瓦风电机组共111台，总容量5.75万千瓦。内蒙古辉腾锡勒风电场，装有42台600千瓦及10台550千瓦风电机组，总容量3.07万千瓦。浙江临海括苍山风电场，装有33台600千瓦风电机组，总容量1.98万千瓦。目前中国风电装机容量仅占可开发量的千分之一点四，有广阔的发展前景。第32页/共77页331.6我国电力工业发展概况

中国地热资源也很丰富，且分布面甚广。第一座地热电站建于广东丰顺县邓屋村于1970年建成，机组容量100千瓦。1971年至1975年在湖南省宁乡县灰场镇建成300千瓦地热电站。目前中国最大的地热电站是西藏羊八井地热电站，装机总容量达2.518万千瓦，1975年开始兴建，1977年一号机1000千瓦机组发电，以后续建7台3000千瓦和1台3180千瓦地热机组，至1992年全部建成。西藏那曲地热电厂系联合国开发署援建项目，安装3台1000千瓦地热机组，于1992年全部建成。第33页/共77页341.6我国电力工业发展概况潮汐能发电的相关报道

中国拥有500千瓦以上的潮汐能电源点有191处，可开发的潮汐电站装机总容量可达2158万千瓦，年发电量可达619亿千瓦时，主要分布在杭州湾、长江北口、浙江乐清湾三大地区。中国第一座潮汐电站是1959年9月建成的浙江临海潮汐电站，安装2台60千瓦机组。中国最大的潮汐电站是浙江温岭县江厦潮汐试验电站，总容量3900千瓦，一号机500千瓦于1980年5月4日发电。目前中国已建成7座潮汐电站，最大的装机5000千瓦和3座波力实验电站40千瓦。正在兴建2座波力试验电站，装机容量200千瓦和潮汐电站一座70千瓦。第34页/共77页351.6我国电力工业发展概况中国第一座大功率的太阳能发电站建于内蒙古巴林右旗古力古台村，功率560瓦，于1982年10月11日投运。在西藏已建成二座10千瓦、一座20千瓦和一座25千瓦的光伏电池电站。中国最大的太阳能光能发电站，建于海拔4300米的西藏革吉县，总功率10088瓦。正计划在拉萨兴建一座3.5万千瓦的太阳能发电站。第35页/共77页362发电厂2.1火力发电厂：将煤、油、天然气或其它燃料的化学能转换成电能的工厂。主要由燃烧、汽水、电气系统三部分组成；可分为凝气式火电厂和热电厂两类

通常运行寿命25年。第36页/共77页372发电厂2.2核电厂：均采用原子核裂变时释放出来的能量发电。第37页/共77页382发电厂2.3水电厂：利用水能发电，可分为堤坝式、径流式（如葛洲坝）、抽水畜能三类；水轮机组工作灵活，能迅速适应负荷急剧变化，一般从机组启动、并网到带负荷只需几分钟即可完成；通常运行寿命50年。

第38页/共77页392发电厂2.4风力发电厂第39页/共77页403变电站的一次接线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。电气主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。

3.1电力系统的电气设备第40页/共77页413变电站的一次接线输电线路开关电器高压断路器的基本参数 额定开断电流INbr、全开断时间tab、合闸时间ton

额定动稳定电流（峰值）ies、热稳定电流It、自动重合闸性能电流互感器运行特点：二次绕组不能开路二次接线：单相接线；星形接线；不完全星形接线ABCAK2K1L1L2ABCAAAABCAwhIaIcIb第41页/共77页423变电站的一次接线电压互感器运行特点：二次绕组不能短路接线方式：第42页/共77页433变电站的一次接线3.2电力系统接线和输变电网络接线电力系统接线地理接线图：表明各发电厂、变电所的相对地理位置和它们之间的联接关系电气接线图：表明电力系统中各主要元部件之间和厂所之间的电气联接关系输变电网络接线无备用：单回路放射式、干线式和链式网络等，每一负荷只能靠一条线路获得电能，又称开式网络。有备用：双回路式、单环式、双环式和两端供电式等，每一个负荷点至少可以通过两条线路从不同方向取得电能，又称闭式网络。第43页/共77页443变电站的一次接线第44页/共77页453变电站的一次接线3.3电气主接线的基本接线形式有汇流母线：单母线、单母线分段，双母线，双母线分段；增设旁路母线或旁路隔离开关，一倍半断路器接线，变压器母线组接线等。无汇流母线：单元接线、桥形接线、角形接线等。几个基本概念：汇流母线：起汇集和分配电能的作用，也称汇流排。进、出线：进线指电源，出线指线路。断路器、隔离开关（母线、线路）、接地刀闸：QSQF断路器与隔离开关的操作顺序：送电操作顺序：先合上断路器两侧的隔离开关，再投入断路器。停电检修操作顺序：先断开断路器，再断开断路器两侧的隔离开关。待线路对方仃电后，再合上接地刀闸。第45页/共77页463变电站的一次接线QFQSQSWL4QFQSQSWL3QFQSQSWL2QFQS～GQF1QS1～GQF2QS3QS2WL1QS4W3.3.1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。第46页/共77页473变电站的一次接线3.3.2单母线分段接线QF1分段断路器～GWL1WL2WL3WL4～G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2～3分段为宜，分段太多增加了分段断路器。适用范围6~10kV配电装置出线6回及以上；35kV出线数为4~8回；110~220kV出线数为3~4回。第47页/共77页483变电站的一次接线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35~110kV的变电所。～G～GWL1WL4WL3WL2QS7QS6QF4WABQS8W3QS5QF1QS1QS3QS2QS4 （分段断路器QF1兼旁母断路器）3.3.3单母线分段加装旁路母线接线第48页/共77页493变电站的一次接线3.3.4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。QFQS2QS1W1W2电源1电源2第49页/共77页503变电站的一次接线3.3.5双母线带旁路母线接线QS4W3QF1W1W2QF4QF2电源1电源2第50页/共77页513.变电站的一次接线3.3.6一个半断路器接线接线图 在母线W1，W2之间，每串接有三台断路器，两条回路，每二台断路器之间引出一回线，故称为一台半断路器接线，又称二分之三接线。特点具有较高的供电可靠性及运行灵活性。母线故障，只跳开与此母线相连的断路器，任何回路不停电。隔离开关不作操作电器，减少了误操作的几率。使用设备较多，投资较大，二次控制接线和继电保护配置也比较复杂。适用范围大型电厂和变电所的超高压配电装置。W1W2QFQSQSQSQSQFQFQSQSQS1QS1第51页/共77页523.变电站的一次接线在电力系统中，中性点直接接地或中性点经小阻抗（小电阻）接地的系统称为大电流接地系统，中性点不接地或中性点经消弧线圈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。3.4电力系统的中性点运行方式第52页/共77页533.4电力系统的中性点运行方式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。我们国家的220V/380V和110KV以上级系统，都采用中性点直接接地，以大电流接地方式运行。第53页/共77页543.4电力系统的中性点运行方式中性点不接地或经消弧线圈接地方式：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。我们国家的10KV和35KV系统，都采用中性点不接地或经消弧线圈接地，以小电流接地方式运行。第54页/共77页554.电力系统一次设备简介4.1发电机第55页/共77页564.电力系统一次设备简介4.2变压器第56页/共77页574.电力系统一次设备简介4.3高压断路器第57页/共77页584.电力系统一次设备简介4.4隔离开关第58页/共77页594.电力系统一次设备简介4.5负荷开关第59页/共77页604.电力系统一次设备简介4.6母线第60页/共77页614.电力系统一次设备简介4.7绝缘子及电缆第61页/共77页624.电力系统一次设备简介4.7电抗器第62页/共77页634.电力系统一次设备简介4.8电力电容器第63页/共77页644.电力系统一次设备简介互感器及避雷器第64页/共77页655.变电站的二次接线5.1概述一次设备及一次系统一次设备有：发电机、变压器、断路器、隔离开关、电抗器、电力电缆以及母线、输电线路等。由这些设备按一定规律相互连接构成的电路称为一次接线或一次系统，它是发电、输变电和配电的主体。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。第65页/共77页665.变电站的二次接线5.2原理接线图原理接线图：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。