电力系统简单介绍

电力系统简单介绍u电力系统由各类发电厂、输变电线路、供配电所和用电单位组成;功能是完成电能的生产、输送、分配和使用u火力发电厂的热能动力装置（锅炉、气轮机）和水力发电厂的水能动力装置（水 坝、水轮机）及核电厂的反应堆等就组成动力系统；u电力系统中的各种电压的变电所和输电线路组成电力网；电力网的主要任务是 输送和分配电能；并根据需要改变电压；u动力系统、电力系统和电力网的关系示意图如上图所示u电力生产的特点：由于电能不能大量储存；发电、供电和用电是在同一时间内完成；决定了发 电、和用电必须时刻保持平衡；即发供电量大小随用电负荷的变化而变化；在同 一电网里的发电厂、输变电公司和供电公司都要接受电网的统一调度；电能适 用性比较广泛；使用很方便；同时电能是一种对人类环境无污染的清洁能源； u电力参数及电能质量：u频率：电网中发电机发出的正弦交流电压每分钟交变的次数称为频率；我国技 术标准规定电网频率为50HZ;即发电机每分钟转3000转；u电压：按照国家标准规定；我国二相交流电网的额定电压等级分为咼压和超咼 压电网（110KV、220KV、330KV 及 500KV、750KV）、中压电网（35KV、10KV、6KV 和3KV）和低压电网（380/220V）u波形：电网的电压为三相正弦交流电；三相电压波形用图形表示如下：三相电压瞬时值用数学公式表示为：Uu2Usine tUV = 2Usin(3 t-2/3n )UW = 2Usin(3 t + 2/3n )其中 U 为相电压参考值u 电能质量：电能质量是指供给用电单位受电端电能品质的优劣程度；电能质量包括电 压、频率和波形质量；由于用电设备都是在一定的额定电压和额定频率的条件下 工作；如果供电的电压和频率变化范围超出允许范围;会直接影响设备的工作效 率；导致产品出现质量问题；甚至会造成设备故障和人员伤亡事故；还会危及电 力系统的安全运行；所以国家对电网电压、频率和波形等参数的变化范围作出了 规定：a) 电压：电网电压允许变化范围为额定电压的5%b) 频率：频率允许偏差为(0.2 0.5) HZc) 波形：要求为正弦波且畸变率很小三相电压和电流之间的简单关系u星型接法相电流：In、Iv、Iw;线电流11 =相电流lx；中性线电流10= Iu + Iv+Iwu三角型接法IuUuIuwUuv30IwUvIwIuvI VWUwUuw IvIwu120三角形连接线电流：Iu、Iv、Iw；相电流：Iuv Ivw、Iwu；线电流II = V3相电流lx；o120120Ivw电流矢量图Iv电压矢量图相电压：Uu、Uv、Uw；线电压U1 =相电压Ux；/ 120、Uw=Uwu Uv= Uvwu功率视在功率 S=3UXIX = V3 U1I1u电力系统的接地u工作接地:配电变压器或低压发电机的中性点通过接地装置与大地相连称为工 作接地；工作接地分为直接接地和非直接接地两类；1) 直接接地：指电力系统中至少有一个中性点直接或经小阻抗与接地装置 相连接；110KV、220KV和380/220V系统采用直接接地；如图a2) 非直接接地：指电力系统中性点不接地或经消弧线圈、高电阻与接地装 置相连接；10KV和35KV系统采用消弧线圈或小电阻接地；如图bu保护接地：考虑到人和设备的安全；将设备的金属外壳直接接地为保护 接地；u低压系统的接地型式1) TN接地系统：电力系统有一中性点直接接地；电气装置的外露可接近 导体通过保护线与该接地点相连；如下图高阻抗或消弧线圈接地体电源电气装置电源.电气装置L1L2L3NPEa)TN-S系统b)TN-S系统c)TN-C-S 系统2) TT接地系统：电力系统有一中性点直接接地；电气装置的外露可接近 导体通过保护线接至与电力系统接地点无关的接地极；如下图a3) IT接地系统：电力系统不直接接地；电气装置的外露可接近导体通过 保护线与接地极连接；如下图b电源L1L2L3N电源L1L2L3阻抗电气装置PE电气装置PEb)IT系统高低压电器元件和成套设备介绍u电气系统分为一次系统和二次系统；一次系统为电流电压主回路系统；如下图; 二次系统是对主回路系统进行测量、控制和保护作用；从上图可以看出一次系统主要由变压器、高低压断路器、隔离开关、负荷开 关、熔断器、接触器等各种一次元件构成;下面对各种一次元件作简单的介绍： u变压器：是利用电磁感应原理将一种电压等级的交流电能转变成另一种电压等 级的交流电能；a）工作原理： 根据电磁感应定律可以导出：一次侧绕组感应电动势为El = 4.44fNl少，二次侧绕组感应电动势为E2 = 4.44fN2 少。其中f为频率；N1;N2分为一二次绕组匝数少为主磁通；由此可得E1/E2二N1/N2;由于变压器漏电抗和电阻比较小；可以忽略不计； 因此可近似认为一次电压有效值U1=E1; 二次电压有效值U2=E2;故可得U1/U2二N1/N2;如果忽略变压器内损耗；则可认为变压器二次侧输出 功率等于一次侧输出功率；即U1I1=U2I2;由此可得I1/I2=N2/N1由此可见变压器一二次绕组因匝数的不同将导致一二次绕组的电压高低不 同；从而改变电压；起到升压和降压的作用；同时；变压器一二次电流之比与- 二次绕组匝数成反比；b）种类型号：按冷却介质分为油浸式和干式两种；油浸式型号主要有 S9;S11;SH11 （非晶）等；干式型号主要有SC9;SCB（10）;SGB10等c）主要技术参数1）相数：分单相和三相；2）额定频率：国内规定为50HZ； 3）额定电压： 指变压器线电压；它应与所连接的输变电路电压相符合；4）额定容量：规定的额 定条件下变压器二次侧的输出能力（KVA）; 5）额定电流：规定的额定状态下通 过绕组线端的电流；它的大小等于变压器的额定容量除以变压器的额定电压及相 应的相系数（单相为1；三相为73）； 6）绕组联结组标号：三相绕组可连接成 星型和三角型等；高压用D、Y（N）表示；低压用d、y（yn）表示；7）调压范围： 一般为高压侧额定电压U5%；调压方式分为无励磁调压和有载调压；8）空载 电流：当变压器二次绕组开路；一次绕组施加额定电压时；一次绕组中所流过的 电流；9）阻抗电压和短路损耗：变压器二次侧短路；一次侧施加电压使其电流 达到额定值时所施加的电压为阻抗电压;变压器从电源吸取的功率为短路损耗；u断路器:用于正常运行时接通和断开电路；在过载和短路等故障情况下能 迅速切断故障电路；特殊情况（如自动重合闸到故障线路）下能可靠接通短路电 流：主要由触头系统、灭弧室、绝缘底板、操作结构、脱扣机构等a）高压断路器类型：按安装地点分为户内式（ZN4-10）和户外式（ZW8-12）； 按安装方式分为固定式（ZN28A-12）和手车式（VS1-12）；按灭弧介质分为油断路 器、真空断路器和六氟化硫（SF6 ）断路器；（断路器分断电路时；断开的触头之间会产生电弧；即触头之间的正离子在触头 电场力的 作用下向负极运动、负离子和电子向正极运动形成的电流；触头断开 后；如果之间有电弧存在；则电路实际没切断；直到触头间电弧熄灭后电路才断 开；所以要求断路能尽快灭弧）b）低压断路器类型：按极数分单极、两极、三极和四极；按安装方式分固定 式、抽屉式、抽出式、插入式和卡轨式安装等；按类型和使用场合分框架式（ME、 CW1、HSW1）和万能式（DW15、DW17）、塑壳式、小型断路器（DZ47、C65N）；按用 途分配电型和电动机保护型；u主要参数：1）额定电流In：在规定的使用条件下；允许连续长期通过的最大工作电 流（有效值）；小型断路器一般有3A-100A;塑壳断路器从63A-800A;框架断路器 从 400A-6300A2）额定电压Ue：正常工作时所能承受的电压；是表征断路器绝缘强度的 参数；额定电压有380V、3KV、6KV、10KV、35KV等3）额定开断电流Ics：指额定电压下断路器能可靠分断的最大短路电流； 它是表征断路器灭弧能力的参数；断路器的开断电流有6KA、10KA、20KA、25KA、 31.5KA、 35KA、 40KA、 50KA、 65KA、 80KA 等4）短时耐受电流Icw：在规定的使用条件下；在规定的短时间内（通常 是1S）所能承受的最大电流;一般IcwWIcs隔离开关：一般只用来闭合和断开有电压无负荷的线路；将需要停电或检修的设 备与电源隔离；形成明显的断开点；以保证工作人员和设备的安全；因其没有灭 弧装置或比较简单的灭弧罩；不能用于开断大的负荷电流和短路电流；需要和断 路器或熔断器配合使用；主要由动触头、静触头、安装底板、操作机构等组 成a）高压隔离开关的类型:按安装地点分为户内（GN）和户外（GW）；按刀闸 运动方式分水平旋转、垂直旋转和插入式；按操作特点分单极操作和三极操作； 按有无接地刀闸分带接地刀（GN30-10D/630）和不带接地刀（GN30-10/630）；b）低压隔离开关类型：按极数分1、2、3、4极；按操作方式分旋转式操作 和杠杆式操作；按触头型式分单投（HD）和双头（HS）;还有带熔断器组合的隔离 开关如HR3、HR5、HR6、QSA等和不带熔断器的隔离开关如HD13、HD11和QA等 u主要参数：1）额定工作电压：380V;10KV等；2）额定工作电流：100、200、 400、630、1000、1250、1500、2000、2500等；3）额定发热电流：大小等于额 定工作电流；4）短时耐受电流： 有6KA、10KA、20KA、25KA、31.5KA、35KA、 40KA、50KA等；5）动稳定电流:从20KA至100KAu负荷开关：在额定电压下接通和分断正常负荷电流的电器；它虽然有灭弧 装置；但灭弧能力较差；只能切断正常的负荷电流；不能切断短路电流；一般需 要与熔断器配合；有熔断器起短路保护作用；主要由安装框架、动触头、静触头、 灭弧装置和操作机构等组成；a）高压负荷开关类型：按安装地点分户内式（FN）和户外式（FW）;按IE弧方式 分为压气式（FN11）、真空式和六氟化硫（SF6）负荷开关；b）低压负荷开关类型：分封闭式（HH3）和开启式（HK2）等u主要参数：1）额定工作电压；220V、380V、10KV等；2）额定工作电流：高压 有 125A （带熔座）、400A 和 630A；低压有 10A、32、63、100、200、400 等不 同规格；3）额定短路开断电流：高压带熔断器为31.5KA；低压HH3为50KA;HK2 为2000A等u熔断器：用作对线路进行过载和短路保护；一般由熔断器支持件和容断体 组成；a）高压熔断器的类型：按安装地点分户内式（RN）和户外式（RW）;按动作 特征分为固定式（RN2）和自动跌落式（RW4）;按工作特性分有限流作用（冲击短 路电流到达之前切断电路如XRNT;XRNP）和无限流作用b）低压熔断器的类型：有螺旋式（RL1）、有填料封闭管式（RT14、RT18、 RT0）和无填料封闭管式；u主要参数：1）额定工作电压；220V、380V、10KV等；2）额定工作电流：20A、 32A、63A、100A、200A、300A 等；熔体额定电流 0.5A、2A、4A、6A、10A、16、 25、32、63、100、200、400等不同规格；3）额定分断能力：低压熔断器有25KA、 50KA等；高压熔断器有最大断流容量有200WVA;u避雷器：由于雷击或电力系统中的操作、事故等原因使电器设备或电力线 路承受的电压远远超过正常运行电压；从而危及设备和线路的绝缘安全因此在系 统中安装避雷器进行过电压保护以防止过电压对线路和设备造成危害；u高压避雷器的类型：1）普通阀型避雷器:FS为配电型避雷器主要用于10KV 及以下变压器；隔离开关；电缆头和电容器等设备的保护；FZ为电站型避雷器； 用于发电厂和变电站型避雷器；磁吹阀型避雷器（FCD和FCZ）和金属氧化物避雷 器（HY5WST2.7/50 和 HY5WZ-17/45）u低压避雷器的类型：低压阀型避雷器（FS）和低压氧化锌避雷器（FYS）; u 额定参数；1）额定电压：0.22KV;0.28KV； 0.5KV;3KV;6KV;12.7KV;17KV 等；2） 标称放电电流：5KA等；3）雷电冲击电流时的最大残压峰值:45KV和50KV;u电容器：电容器在电力系统中主要用做无功补偿；以提高电网的功率因数； 以节约电能；也用于提高线路电压水平等；电网中有很多如电动机等电感性设备 运行时需要从电网中吸收一定的功率这样会导致电网功率因数降低；还会造成电 压下降；电厂是通过调节发电机励磁电流来调节无功稳定电网电压；其他场合主 要通过高低压电容器进行补偿来提高功率因数；一般高压侧电容补偿按主变压器 容量的20%-30%配置；配电变压器低压侧电容补偿按变压器容量的10%-30%补偿； 一般功率因数补偿到0.9-0.95之间比较合适；低压电容补偿分为共补；分补和 混合补偿；电容投切元件有容性接触器；复合开关和可控硅三种； u电容器的分类：按电压分高压电容器和低压电容器；按安装地点分户外（W） 和户内；按相数分单相电容和三相电容；也可按液体介质和固体介质分类；现在 低压电容一般为金属化膜；如BCMJ； BZMJ； BSMJ等；高压电容器有BGF； BGF 等；u 主要技术参数：1）额定电压：0.23； 0.4； 0.45； 0.525； 3.15； 6.3 和 10.5KV；2）额定容量：3； 5； 7.5； 10； 20； 25； 30； 40KVAR等；3）额定电流：与额定 容量有关；u接触器：用于远距离接通和分断电路；适用于频繁启动和控制电动机；主 要由触头、灭弧系统、支架、外壳和辅助触头等组成； u接触器的类型：按极数分单极；双极和三极；按灭弧介质分空气和真空；按工 作电路分直流接触器和交流接触器；还分为普通接触器（CJ20； CJ40； CJX1； CJX2； 3TB和LD1等）和容性接触器（CJ19） u主要参数：1）额定电压：220V； 380V； 1140V； 2）额定电流：9A； 12A-250A；3）可控制电动机功率u热继电器：主要用于交流电动机的过载和断相保护；一般与接触器配合使用； 当电路过载时;继电器的双金属片发热变形；因膨胀系数不同从而使主回路断开； 主要型号有JR36； JR16； JS1等； u主要参数：额定电流和额定电流范围等； 电压互感器（PT）:利用变压器原理将高电压转换为标准的低电压供测量和控制 用；二次电压一般为100V或100/V3V；要求二次侧不能短路； 电压互感器的分类：分计量用（02级）；测量用（05级）和保护用（3P 和6P） 主要参数：变比；准确级和线圈容量 电流互感器（CT）:利用变压器原理将大电流转换为标准的小电流供测量和控制 用；二次电流一般为5A或1A；要求二次侧不能开路；电流互感器的分类：分计量用（02S级）；测量用（05级；10级；30 级）和保护用（5PX和10PX） 主要参数：变比；准确级和线圈容量；u二次元件：信号灯；按钮；控制开关；电流表；电压表；各种继电器；温湿 度控制器以及各种显示和保护装置；u材料和辅料：连接一次元件所用的汇流排（铜排TMY和铝排LMY）；电缆和导 线（BVR； BV）；绝缘子；母线框；线鼻子；扎带；卡轨u高压开关柜u高压开关柜特点：开关柜具有“五防”功能；即防误分合断路器；防带负荷拉 合隔离开关；防带电合接地刀；防带接地线合断路器以及防误入带电间隔；“五 防”功能是通过断路器；隔离开关；接地开关和柜门之间通过机械互锁和电气互 锁方式来实现；u高压开关柜分类：按结构特点分为金属封闭固定式和金属封闭铠装式等；按断 路器安装方式分为固定式和手车式;常见的几种高压开关柜有;GG1A-10； JYN-10； XGN2-10； KYN28A-10 等1）XGN2-10：柜中断路器采用ZN28A-10或ZN63A-10 体化断路器固定式安 装；隔离开关采用GN30-10；隔离开关通过操作闭锁板与断路器和柜门之间通过 机械实现互锁；前后门通过程序锁实现互锁；同时必要时通过电磁锁实现“五 防”；2）KYN28A-10：称为中置式金属铠装开关柜；广泛应用于变电站；开闭所及 用户高压配电室中；属于比较先进应用也比较广泛的开关设备；柜中断路器采用 VS1-10手车移动式安装；“五防”功能是通过手车断路器；接地刀和柜门之间 的机械互锁及闭锁电磁铁和电磁锁的电气互锁来实现的；柜体尺寸为800（1000） X1500 （1660） X2300；u高压环网柜：在工矿企业、住宅小区、港口等交流10KV配电系统中，因负载 容量不大，其高压回路通常采用负荷开关控制，并配有熔断器保护；而且为提高 供电可靠性；使用户可以从两个方向获得电源；通常将供电网连成环形；该系统 所使用的高压柜习惯称为环网柜；u环网柜的类型；主要有HXGN17-10和XGN15-10；前者柜中采用压气式或真空式 负荷开关；后者柜中采用SF6负荷开关；都是通过负荷开关的操作机构和柜门之 间及电磁锁实现“五防”功能；u低压开关柜u低压开关柜分类：主要有固定式和抽屉式两种；固定式有GGD和PGL；进线柜 一般采用固定式框架断路器；出线柜采用塑壳断路器固定安装；抽屉式主要有 GCS； GCK和MNS；进线柜采用抽屉式框架断路器；出线柜采用塑壳断路器安装在 抽屉单元中或插入式开关安装在固定间隔中；低压柜标准尺寸为宽600（800； 1000） X 深 600 （800； 1000） X 高 2200u预装式箱式变电站将高压单元、变压器和低压开关控制设备及测量设备组装在一个整体箱式 结构中称为箱式变电站；由于其占地少，投资少施工周期短，故应用比较广泛， 分为欧变和美式变；外壳有景观式和金属彩钢板； u低压设备还有动力箱；电缆分线箱和三箱（照明配电箱；插座箱和计量箱）用 于各单位企业、学校、住宅场所，作为照明、配电、线路转换及电能计量用。