第四章 電力系統(tǒng)自動化

1、第四章 電力系統(tǒng)自動化4.1電力系統(tǒng)構(gòu)成電力系統(tǒng)動力系統(tǒng)原電機發(fā)電機輸電網(wǎng)絡(luò)配電系統(tǒng)電力系統(tǒng)負(fù)荷圖4-1電力系統(tǒng)和電力網(wǎng)絡(luò)示意圖 電力系統(tǒng)主要參數(shù)（1）總裝機容量；（2）年發(fā)電量；（3）最大負(fù)荷；（4）年用電量；（5）額定頻率；（6）最高電壓等級。 我國五大電網(wǎng)現(xiàn)今我國有五個區(qū)域電網(wǎng)（每個覆蓋一些省區(qū)）和十二個省網(wǎng)。這五個區(qū)域網(wǎng)分別是：東北電網(wǎng)；華北電網(wǎng)；華東電網(wǎng)；華中電網(wǎng)；西北電網(wǎng)。4.2電力系統(tǒng)的電壓等級制定標(biāo)準(zhǔn)電壓的依據(jù)：三相功率正比于線電壓及線電流（S=UI）。當(dāng)輸送功率一定時，輸電電壓愈高，則輸送電流愈小，因而所用導(dǎo)線截面積愈??；但電壓愈高對絕緣的要求愈高，桿塔、變壓器、斷路器的絕緣

2、投資也愈大。因而對應(yīng)于一定的輸送功率與輸送距離應(yīng)有一個最佳的輸電電壓。但從設(shè)備制造的經(jīng)濟性以及運用時便于代換，必須規(guī)格化、系列化，且等級不宜過多我國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：6、10、35、（60）、110、（154）、220、330和500 kV線路額定電壓：各用電設(shè)備的額定電壓取與線路的額定電壓相等。從而使所有用電設(shè)備在額定電壓的附近處運行線路額定電壓。用電設(shè)備容許的電壓偏移一般為5%，沿線電壓降落一般為10%，因而要求線路始端電壓為額定值的1.05倍，并使末端電壓不低于額定值的0.95倍。發(fā)電機額定電壓：發(fā)電機通常接于線路始端，因此發(fā)電機的額定電壓為線路額定電壓的1.05倍UGNUN（15）變壓器額

3、定電壓：變壓器具有發(fā)電機和負(fù)荷的雙重地位，它的一次側(cè)是接受電能的，相當(dāng)于用電設(shè)備；二次側(cè)是送出電能的，相當(dāng)于發(fā)電機變壓器一次側(cè)額定電壓取等同于用電設(shè)備額定電壓，對于直接和發(fā)電機相聯(lián)的變壓器，其一次側(cè)額定電壓等于發(fā)電機的額定電壓即：U1NUGNUN（15）二次側(cè)額定電壓取比線路額定電壓高5%，因變壓器二次側(cè)額定電壓規(guī)定為空載時的電壓，而額定負(fù)荷下變壓器內(nèi)部電壓降落約為5%。為使正常時變壓器二次側(cè)電壓較線路額定電壓高5%，變壓器二次側(cè)額定電壓取比線路額定電壓高10%。4.3電力系統(tǒng)接線圖定義：電力系統(tǒng)整體性質(zhì)的圖形表示方法。分類：地理接線圖；單線電氣接線圖放射式 雙回路放射式干線式 干線式鏈?zhǔn)?鏈

4、式及兩端供電網(wǎng) 圖4-2電力系統(tǒng)接線圖4.4發(fā)電廠及變電所發(fā)電廠的類型（1）火力發(fā)電廠（2）水力發(fā)電廠：逕流式、堤壩式、河床式、抽水蓄能（3）核能發(fā)電廠（4）其他可再生能源發(fā)電方式（5）風(fēng)力地?zé)岢毕柲茏冸娝愋停?）按功能劃分：升壓變電所；降壓變電所（2）按照在系統(tǒng)中的地位：（3）樞紐變電所中間變電所地區(qū)變電所終端變電所（4）電力系統(tǒng)中的能量形式：（5）發(fā)電廠將自然界的可用的“生”能轉(zhuǎn)換為電能，并輸送和分配這種電形式的能量至各類用戶，然后轉(zhuǎn)換為各種有用的能量形式。在電力系統(tǒng)中存在電能的附加形式，即電場能、磁場能及耗散能。發(fā)電機組中的原動機屬動力系統(tǒng)的范疇，它們服從剛體圍繞定軸旋轉(zhuǎn)的規(guī)律，因

5、而存在著機械能，即轉(zhuǎn)子動能與位能。4.5工廠電器基本知識4.5.1 電器分類1. 按電壓的適用范圍分為低壓電器和高壓電器。電器分為高壓電器和低壓電器。低壓電器一般是指在交流50Hz、額定電壓1200V、直流額定電壓1500V及以下的電路中起通斷、保護、控制或調(diào)節(jié)作用的電器產(chǎn)品。2. 低壓電器按所控制的對象分類根據(jù)其控制的對象分為低壓配電電器和低壓控制電器。配電電器主要用于供、配電系統(tǒng)中，進行電能輸送和分配。這類電器有刀開關(guān)、自動開關(guān)、隔離開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)以及熔斷器等。對這類電器的主要技術(shù)要求是分?jǐn)嗄芰?，限流效果好，動穩(wěn)定及熱穩(wěn)定性能好?？刂齐娖髦饕糜诟鞣N控制電路和控制系統(tǒng)。這類電器有接觸器、

6、繼電器、轉(zhuǎn)換開關(guān)、電磁閥等。對這類電器的主要技術(shù)要求是有一定的通斷能力，操作頻率要高，電器和機械壽命要長。3. 按所起作用分類依據(jù)電器所起的作用可分為控制電器和保護電器。保護電器主要用于對電路和電氣設(shè)備進行安全保護。這類低壓電器有熔斷器、熱繼電器、安全繼電器、電壓繼電器、電流繼電器和避雷器等。對這類電器的主要技術(shù)要求是有一定的通斷能力，反應(yīng)要靈敏，可靠性要高。4. 按動作性質(zhì)分類依據(jù)電器的動作性質(zhì)可分為自動控制電器依據(jù)電器的動作性質(zhì)可分為自動控制電器和非自動控制電器。4.5.2 按鈕和接觸器結(jié)構(gòu)及工作原理下面分別以控制按鈕和接觸器為例介紹手動電器和自動電器的結(jié)構(gòu)和工作原理。1. 按鈕按鈕是手動

7、控制電器的一種，用來發(fā)出信號和接通或斷開控制電路。下圖是按鈕的結(jié)構(gòu)示意圖和圖文符號，圖4-3（a）中1、2是動斷（常閉）觸點，3，4是動合（常開）觸點，5是復(fù)位彈簧，6是按鈕帽。圖4-3（b）為圖文符號。（a）結(jié)構(gòu)示意 （b）圖文符號圖4-3按鈕的結(jié)構(gòu)示意圖和圖文符號2. 接觸器結(jié)構(gòu)及工作原理交流接觸器的結(jié)構(gòu)下圖為交流接觸器結(jié)構(gòu)示意圖，交流接觸器由以下4部分組成。（1）電磁機構(gòu)。電磁機構(gòu)由線圈、動鐵心(銜鐵)和靜鐵心組成，其作用是將電磁能轉(zhuǎn)換成機械能，產(chǎn)生電磁吸力，帶動觸頭動作。（2） 觸頭系統(tǒng)。包括主觸頭和輔助觸頭。主觸頭用于接通或斷開主電路，通常為3對常開觸頭。輔助觸頭用于控制電路，起控制

8、其他元件接通或分?jǐn)嗉半姎饴?lián)鎖作用，故又稱聯(lián)鎖觸頭，一般有多對常開、常閉觸頭。圖4-4交流接觸器結(jié)構(gòu)1動觸頭2靜觸頭3銜鐵4彈簧5線圈6鐵心7墊氈8觸頭彈簧9滅弧罩10觸頭壓力彈簧（3）滅弧裝置。容量在10A以上的接觸器都有滅弧裝置，對于小容量的接觸器，常采用雙斷口觸頭滅弧、電動力滅弧、相間弧板隔弧及陶土滅弧罩滅弧。對于大容量的接觸器，采用窄縫滅弧及柵片滅弧。（4）其他輔助部件。包括反作用彈簧、緩沖彈簧、觸頭壓力彈簧、傳動機構(gòu)、支架及外殼等。電磁式接觸器的工作原理當(dāng)線圈得電后，在鐵心中產(chǎn)生磁通及電磁吸力，銜鐵在電磁吸力的作用下吸向鐵心，同時帶動動觸頭移動，使常閉觸頭打開，常開觸頭閉合。當(dāng)線圈失電

9、或線圈兩端電壓顯著降低時，電磁吸力小于彈簧反力，使得銜鐵釋放，觸頭機構(gòu)復(fù)位，斷開電路或解除互鎖。直流接觸器的結(jié)構(gòu)和工作原理與交流接觸器基本相同，接觸器的圖形符號如圖所示，文字符號為KM。(a)線圈 (b)常開觸頭 (c)常閉觸頭圖4-5接觸器的圖形符號4.6發(fā)電廠、變電所主變壓器1. 變壓器分類（1）主變壓器：在發(fā)電廠中向電力系統(tǒng)輸送功率的變壓器；在變電所中向用戶輸送功率的變壓器。（2）聯(lián)絡(luò)變壓器：用于兩種電壓等級之間交換功率的變壓器。（3）自由變壓器：向廠用電系統(tǒng)供電的廠用變壓器。2. 為什么要進行主變壓器的選擇？主變?nèi)萘窟x擇太大或臺數(shù)太多，會造成投資浪費，增加系統(tǒng)運行費用；容量太小或臺數(shù)太

10、少，有無法滿足負(fù)荷的供電需求，同時也會是發(fā)電機的發(fā)電能力得不到充分利用。3. 怎樣選擇主變壓器？主變壓器的選擇包括主變壓器容量、臺數(shù)的確定和形式的選擇。4. 為什么要進行主變壓器的選擇？主變?nèi)萘窟x擇太大或臺數(shù)太多，會造成投資浪費，增加系統(tǒng)運行費用；容量太小或臺數(shù)太少，有無法滿足負(fù)荷的供電需求，同時也會是發(fā)電機的發(fā)電能力得不到充分利用。5. 怎樣選擇主變壓器？主變壓器的選擇包括主變壓器容量、臺數(shù)的確定和形式的選擇發(fā)電廠、變電所主變壓器選擇。6. 主變?nèi)萘看_定具有發(fā)電機電壓母線接線的主變?nèi)萘看_定。（1）母線上所連發(fā)電機滿出力運行時,扣除發(fā)電機供電的日最小負(fù)荷并廠用負(fù)荷后的全廠剩余功率能通過主變送入

11、系統(tǒng)。（2）當(dāng)發(fā)電機母線上最大一臺機組故障或檢修時，母線上所連的主變應(yīng)能從電力系統(tǒng)倒送功率來滿足發(fā)電機電壓母線最大可能負(fù)荷。（3）當(dāng)發(fā)電機電壓母線上接兩臺或以上的主變時，當(dāng)一臺出故障或檢修，剩余運行的主變能承擔(dān)剩余功率的70%。（4）對水電比重較大的系統(tǒng)，火電廠主變具有從系統(tǒng)倒送功率的能力，以滿足發(fā)電機電壓母線上最大負(fù)荷的要求。思考題1. 電力系統(tǒng)和動力系統(tǒng)的區(qū)別?2. 我國電力系統(tǒng)電壓等級有那些?3. 發(fā)電機的額定電壓為線路額定電壓的多少倍,為什么?4. 發(fā)電廠有哪些類型?5. 變電所有哪些類型?6. 電力系統(tǒng)有那些能量形式?7. 工廠電器如何分類?8. 簡述按鈕的結(jié)構(gòu).9. 簡述接觸器的結(jié)構(gòu)和工作原理1