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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 4 1 1什么是电力系统 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 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 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 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 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 14 1 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 15 1 4电力系统的额定电压及电压等级 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 19 1 5我国电力工业发展概况 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 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 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 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 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 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 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B QS2 QF1 QS3 W3 QS8 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35 110kV的变电所 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 34 3变电站的一次接线 3 3 5双母线带旁路母线接线 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 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 采用集中控制时 相应的继电保护 自动装置也安装在中央控制室内 可节省电缆 便于调试维护 提高运行安全性 单元控制 200MW及其以上发电机采用的控制方式 炉 机 电按单元控制运行 设置数个单元控制室和一个网络控制室 每个单元控制室包括发电机或发电机 双绕组变压器 高压厂用变压器及备用变压器 以及其他需要集中控制的设备 在网络控制室控制三绕组及自耦变压器 高压母线设备和110kV及其以上高压输电线路 运行实践标明 采用单元控制有利于运行人员协调配合 尤其是便于炉 机 电的统一指挥调度和事故处理 并可大大改善炉 机值班人员的工作条件 是目前我国大型发电厂主要采用的控制方式 综合控制 以计算机为核心 同时完成发电厂及变电所的控制 监控 保护 测量 调节 分析计算 计划决策等功能 实现最优化运行 综合控制是电力自动化水平高度发展的重要标制 53 6 变电站综合自动化简介 变电站综合自动化系统的基本功能 1 监控子系统 包括模拟量 开关量和电能量数据采集 事件顺序记录SOE 故障记录 故障录波和测距 操作控制功能 安全监视功能 人机联系功能 打印功能 数据处理与记录功能 谐波分析与监视 2 微机保护子系统 包括变压器 输电线 电容器组 母线等的保护和不完全接地系统的单相接地选线 3 电压 无功综合控制子系统 包括补偿电容器 电抗和有载调压变压器等的微机电压无功综合控制装置 4 电力系统的低频减负荷控制 5 备用电源自投控制 6 变电站综合自动化系统的通信 包括内部现场级间的通信和自动化系统与上级调度的通信两部分 前者有并行通信 串行通信 局域网络和现场总线等多种方式 后者以部颁通信规约 如POLLING CDT等规约 与上级调度通信完成遥测 遥信 遥调 遥控等四遥功能 54 6 变电站综合自动化简介 55 6 变电站综合自动化简介 56 7 配电管理系统DMS 组网结构 配电自动化是集计算机技术 自动控制技术 数据通信技术 数据库技术以及相关电力系统技术于一身的信息管理系统 谢谢