电力系统基础知识PPT.ppt

电力系统工程基础 2 1.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 3 1、概述 -1.1什么是电力系统？ 发电 用电 输电 变电 配电 RTU RTU RTU 数据采集和传输 应用服务器 电 网 调 度 4 1.1什么是电力系统？ 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 5 1.1什么是电力系统？ 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 。 6 1.1什么是电力系统？ 超高压远距 离输电网 地方电力网 区域电力网 110 kV 35kV 35kV 500kV 220kV 110kV 10 kV 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 7 1.1什么是电力系统？ 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 。 8 1.1什么是电力系统？ 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 2050km以内 区域电力网 ：电压等级在 35kV以上（一般为 110kV220kV）， 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 330kV500kV 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 9 1.1什么是电力系统？ 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： 10 1.2 电力系统的特点 电能 不能 大量存储 ： 电能的生产 、 变换 、 输送 、 分配和使用是同时进行的 。 P发 P用 P 频率 f 频率表征电力系统有功功率的平衡 Q发 Q用 Q 电压 V 电压则表征该处无功功率的平衡 过渡过程十分短暂 ：控制操作自动化程度高。必须 借助自动装置对电力系统进行控制：继电保护装置、 远动装置、减载装置、同期装置、励磁装置、 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 11 1.2电力系统的特点 对电力系统运行的基本要求 如下： （ 1）保证供电可靠性 （ 2）保证电能质量 （ 3）提高电力系统运行的经济性 （ 4）环境保护问题 12 1.3电能的质量指标 名 称 允许限值 说 明 供电电 压允许 偏差 35kV 及以上为正负偏差绝对值 之和不超过 10% ； 10 kV 及以下三相供电为 7% ； 220V 单相供电为 +7 % ， -10 % 衡量点为供用电产权分界处或电能计量点 电压允 许波动 和闪变 1 电压波动： 10kV 及以下 2 .5 %; 3 5 k V1 1 0 k V 为 2% ； 220kV 及以上 1 .6 % 2 闪变 V 10 ： 对照明要求较高 , 0 .4 %( 推荐值 ); 一般照明负荷 ,0 .6 % ( 推荐值 ) 衡量点为电网公共连接点 (PCC ) ，取实 测 95% 概率值； 给出闪变电压限值和频度的关系曲线， 可以根据电压波动曲线查得允许值，并 给出算例； 对测量方法和测量仪器作出基本规定 三相供 电电压 允许不 平衡度 正常允许 2% ，短时不超过 4% ； 每个用户一般不得超过 1 .3 % 各级电压要求一样； 衡量点为 PC C ，取实测 95% 概率值或 日累计超标不超过 7 2 m in ，且每 3 0 m i n 中超标不超过 5 m in ； 对测量方法和测量仪器作出规定； 提供不平衡度算法 电压质量标准： 13 1.3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： (0.10.2)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； 14 1.4电力系统的额定电压及电压等级 电力变压器额定电压 / k V电力系统 额定电压 / k V 发电机 额定电压 / k V 一次绕组 二次绕组 电气设备 最高电压 / k V 3 3.1 5 3 及 3. 15 3.1 5 及 3. 3 3.6 6 6.3 0 6 及 6. 30 6.3 及 6.6 7.2 10 10 . 50 10 及 1 0.5 10 . 5 及 1 1. 0 12 - 13 . 80 13 . 80 - - 15 . 75 15 . 75 - - 18 . 0 18 . 0 - 20 20 . 0 20 . 0 - 24 - 22 . 0 22 . 0 - - 24 . 0 24 . 0 - 35 35 38 . 5 40 . 5 60 60 66 72 . 5 1 10 1 10 12 1 12 6 22 0 22 0 24 2 25 2 33 0 33 0 36 3 36 3 50 0 50 0 55 0 55 0 75 0 - - 80 0 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。 15 1.4电力系统的额定电压及电压等级 U1 I U2 S Z S = 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。 16 1.5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 17 1.5我国 电力工业发展概况 18 1.5我国 电力工业发展概况 电力工业发展史上的第一： 火电： 1882年上海杨树浦；水电： 1912年云南石龙坝 240kW； 核电： 1991年浙江秦山 300MW； 输电线路： 1974年甘肃刘家峡水电站陕西关中地区 330kV交流 ， 1981年河南姚孟火电厂到武汉 500kV交流 ， 1988年葛州坝水电站到上海南桥变电站 500kV直流 。 电力系统之最： 类别 中国 世界 火电单机 （ MW ） 600 （ 90 0 ） 1300 水电单机 （ MW ） 700 80 0 700 80 0 交流输电线路 （ kV ） 500 1000 直流输电线路 （ kV ） 500 750 19 1.5我国 电力工业发展概况 年 份 装机容量 （万 kW ） 年发电量 （亿 k Wh ） 1949 184 . 86 43 . 1 1987 10 000 4960 1995 21 000 10 000 2000 30 000 13 000 2001 35 300 （ 20 0 3.2.1 8 ） 14 780 年人均电量： 我国： 1000kW.h 中等发达国家： 7000kW.h 北欧 、 美国： 18000kW.h 2002年底全国发电装机容量达到 3.56亿千瓦， 发电量达到 16542亿千瓦时，均居世界第二位 20 2 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。 21 2 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。 22 2 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。 23 2 发电厂 2.4 风力发电厂 24 3 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 25 3 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 A B C A K2 K1 L1 L2 A B C A A A A B C A wh Ia Ic Ib 26 3 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： 20kV 3kV (c) 35kV 220kV 3kV 110kV (b) (a) (d) 220kV 3kV 27 3 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 。 28 3 变电站的一次接线 29 3 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 ： QS QF 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 。 30 3 变电站的一次接线 QF QS QS WL4 QF QS QS WL3 QF QS QS WL2 QF QS G QF1 QS1 G QF2 QS3 QS2 WL1 QS4 W 3.3.1 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 。 31 3 变电站的一次接线 3.3.2 单母线分段接线 QF1 分段断路器 G WL1 WL2 WL3 WL4 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 610kV配电装置出线 6回 及以上； 35kV出线数为 48回； 110220kV出线数为 34 回 。 32 3 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 BQS2QF1QS3 W3QS8 WL4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 35110kV的变电所。 G G WL1 WL4 WL3 WL2 QS7 QS6 QF4 W A B QS8 W3 QS5 QF1 QS1 QS3 QS2 QS4 （ 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 33 3 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 。 QF QS2 QS1 W1 W2 电源 1 电源 2 34 3 变电站的一次接线 3.3.5 双母线带旁路母线接线 QS4 W3 QF1 W1 W2 QF4 QF2 电源 1 电源 2 35 3. 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 。 W1 W2 QF QS QS QS QS QF QF QS QS QS1 QS1 36 4.电力系统一次设备简介 4.1发电机 37 4.电力系统一次设备简介 4.2 变压器 38 4.电力系统一次设备简介 4.3 高压断路器 39 4.电力系统一次设备简介 4.4 隔离开关 40 4.电力系统一次设备简介 4.5负荷开关 41 4.电力系统一次设备简介 4.6母线 42 4.电力系统一次设备简介 4.7绝缘子及电缆 43 4.电力系统一次设备简介 4.7 电抗器 44 4.电力系统一次设备简介 4.8 电力电容器 45 4.电力系统一次设备简介 互感器及避雷器 46 5. 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 。 47 5. 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 。 48 5. 变电站的二次接线 5.3 展开接线图 展开接线图 （ 简称展开图 ） ：用来说明二次回路的动作原理 ， 在现场使用极为普遍 。 特点 ：将每套装置的有关 设备部件解体 ， 按供电电 源的不同分别画出电气回 路接线图 ， 如交流电流回 路 、 交流电压回路和直流 回路分开表示 。 于是 ， 同 一个仪表或继电器的电流 线圈 、 电压线圈和接点分 别画在不同的回路里 ， 为 了避免混淆 ， 将同一个元 件及设备的线圈和结点采 用相同的文字标号表示 。 49 5. 变电站的二次接线 5.4 安装接线图 安装接线图 是制造厂加工制造屏 （ 屏盘 ） 和现场施工安装所必不可 少的图 ， 也是运行试验 、 检修和事故处理等的主要参考图 。 安装接线图包括 屏面布置图 、 屏背面 接线图和端子排图 三个组成部分 ， 它 们相互对应 ， 相互补充 。 屏面布置图 ：说明屏上各个元件及设 备的排列位置和其相互间距离尺寸的 图 ， 要求按照一定的比例尺绘制 。 屏背面接线图 ：在屏上配线所必需的 图 ， 其中应标明屏上各设备在屏背面 的引出端子之间的连接情况 ， 以及屏 上设备与端子排的连接情况 。 端子排图 ：表示屏上需要装设的端子 数目 、 类型及排列次序以及它与屏外 设备连接情况的图 。 50 5. 变电站的二次接线 屏背面接线图和端子排图必须说明导线从何处来 ， 到何处去 ， 以防接错导线 。 我国广泛采用 “ 相对编号法 ” ， 例如甲 、 乙两个端子需用导线连接起来 ， 则在 甲端子旁边标上乙端子的编号 ， 而在乙端子旁边标上甲端子的编号；如果一个 端子需引出两根导线 ， 那么 ， 在它旁边就标出所要连接的两个端子编号 。 51 5. 变电站的二次接线 二次回路分类： 1 按二次回路功能划分 ： 控制回路 :由各种控制器具、控制对象和控制网络构成。其主要作用是对发电厂及 变电所的开关设备进行跳、合闸操作，以满足改变主系统运行方式及处理故障的要 求。 信号回路 :由信号发送机构、接收显示元件及其网络构成。其作用是准确、及时地 显示出相应一次设备地工作状态，为运行人员提供操作、调节和处理故障的可靠依 据。 测量监察回路 :由各种电气测量仪表、监测装置、切换开关及其网络构成。其作用 是指示或记录主要电气设备和输电线路的运行参数，监察绝缘状况，作为生产调度 和值班人员掌握主系统的运行情况、进行经济核算和故障处理的主要依据。 继电保护与自动装置 :由互感器、变换器、各种继电器及自动装置、选择开关及其 网络构成。其作用是保护主系统的正常运行，一次系统一旦出现故障或异常便自动 进行处理，并发出相应信号。 调节回路 :由测量机构、传输设备执行元件及其网络构成。其作用是调节某些主设 备的工作参数，以保证主设备及电力系统的安全、经济、稳定运行。 同期回路 :由电压互感器、同期开关、同期装置构成。 操作电源：由直流电源设备和供电网络构成。其作用是供给上述各二次系统的工作 电源，计算器及其他重要设备的事故电源。 52 5. 变电站的二次接线 2 按发展阶段划分 ： 就地分散控制。对每个被控制对象设置独立的控制回路，在设备安装处一对一的 控制。这种控制方式简便易行，但不便于各机组、设备间的协调配合，适用于小 型发电厂及变电所。 集中控制。在发电厂或变电所设置一个中央控制室（又称主控室），对全厂（所） 主要电气设备（如同步发电机、主变压器、高压厂用变压器、 35kV及其以上电压 的输电线路等）实行远方集中控制。