電力系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)介紹課件

電力系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)介紹方芳二00九年三月一、電力系統(tǒng)知識(shí)介紹（一）電力系統(tǒng)基本概念

1、電力系統(tǒng)組成：電能是一種十分重要的二次能源，它能方便、經(jīng)濟(jì)地從蘊(yùn)藏于自然界中的一次能源（如：煤炭、石油、天然氣、水力、核燃料、風(fēng)能等）轉(zhuǎn)換而來(lái)，并且可以轉(zhuǎn)換為其它能量供人們使用。電能是由發(fā)電廠生產(chǎn)的，大容量發(fā)電廠往往建在燃料，水力資源豐富的地方，而用戶往往遠(yuǎn)離發(fā)電廠需要建設(shè)較長(zhǎng)的輸電線路進(jìn)行輸電，建設(shè)升壓和降壓變電所進(jìn)行變電，通過(guò)配電線路向各類(lèi)用戶配電，由發(fā)電廠、變電所、輸電線路和電力用戶連接成的統(tǒng)一整體，稱為電力系統(tǒng)。生產(chǎn)、輸送分配和消費(fèi)電能的各種電氣設(shè)備連接在一起而組成的整體，稱為電力系統(tǒng)。

電力系統(tǒng)中輸送和分配電能的部分叫電力網(wǎng)，它包括升、降壓變壓器和各種電壓的輸電線路

電力網(wǎng)按電壓等級(jí)的高低和其供電范圍的大小可分為地方電力網(wǎng)，區(qū)域電力網(wǎng)及超高壓遠(yuǎn)距離運(yùn)輸網(wǎng)三種類(lèi)型。（1）電壓等級(jí)在35kV及以下，供電半徑在20-50km以內(nèi)的電力網(wǎng)，稱為地方電力網(wǎng)。一般企業(yè)、工礦和農(nóng)村鄉(xiāng)鎮(zhèn)配電網(wǎng)屬于此類(lèi)型（2）電壓等級(jí)在35kV及以上，供電半徑超過(guò)50km的電力網(wǎng)，稱為區(qū)域電力網(wǎng)

目前我國(guó)電壓為110-220kV的電力網(wǎng)就屬于這種類(lèi)型。（3）電壓等級(jí)為330-500kV的電力網(wǎng)，一般由遠(yuǎn)距離輸電線路連接而成，通常稱為超高壓遠(yuǎn)距離輸電網(wǎng)。

變電所是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)，由電力變壓器和配電裝置組成，起著變換電壓，交換和分配電能的作用。變電所根據(jù)在電力系統(tǒng)中的地位不同，可分為區(qū)域變電所，地區(qū)變電所和終端變電所。

區(qū)域變電所在電力系統(tǒng)中的地位比較重要，處于聯(lián)系電力系統(tǒng)各部分的中樞位置，又叫樞組變電所。其特點(diǎn)是電壓等級(jí)高，變壓器容量大，進(jìn)出線回路數(shù)多，區(qū)域變電所由大電網(wǎng)供電，其高壓側(cè)電壓為330-500kV，全所一旦停電后，將引起整個(gè)系統(tǒng)解列，甚至是部分系統(tǒng)癱瘓。

區(qū)域變電所多由發(fā)電廠或區(qū)域變電所供電，其高壓側(cè)電壓為110-220kV，全所一旦停電后，將使該地區(qū)中斷供電。

終端變電所是電網(wǎng)的末端變電所系統(tǒng)工礦企業(yè)，居民區(qū)，商業(yè)網(wǎng)關(guān)，箱式變電所其高壓側(cè)為10-110kV，全所一旦停電后，中斷用戶供電。只用來(lái)接受和分配電能而不承擔(dān)變換電壓的場(chǎng)所，稱為配電所，多建于工業(yè)企業(yè)內(nèi)部。2、電力系統(tǒng)的特點(diǎn)：（1）電能不能大量?jī)?chǔ)存；（2）過(guò)渡過(guò)程十分短暫；（3）與國(guó)民經(jīng)濟(jì)，各部門(mén)和人民生活關(guān)系密切。3、對(duì)電力系統(tǒng)的基本要求：（1）保證安全可靠的供電在供電過(guò)程中，供電的突然中斷大多由事故引起，必須從各方面采取措施以防止和減少事故的發(fā)生，如嚴(yán)密監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和認(rèn)真維修設(shè)備以減少其事故，不斷提高運(yùn)行人員技術(shù)水平以防止人為事故。

為提高運(yùn)行的安全可靠性，必須配備足夠的有功功率電源和無(wú)功功率電源。完善電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，提高電力系統(tǒng)抗干擾的能力，增強(qiáng)電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性

利用電自計(jì)算機(jī)對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行安全監(jiān)視和控制等。

電力系統(tǒng)的負(fù)荷

電力系統(tǒng)中所有用電設(shè)備消耗的功率稱為電力系統(tǒng)的負(fù)荷。

可將負(fù)荷分為三級(jí)：第一級(jí)負(fù)荷中斷供電的后果極為嚴(yán)重，采用雙電源供電；第二級(jí)負(fù)荷大量減產(chǎn)，生活受影響；第三級(jí)負(fù)荷短時(shí)供電中斷不會(huì)形成重大影響。（2）要有合乎要求的電能質(zhì)量

電能質(zhì)量是指通過(guò)公用電網(wǎng)供給用戶端的交流電能的品質(zhì)，理想狀態(tài)的公用電網(wǎng)應(yīng)以恒定的頻率、正玄波形和標(biāo)準(zhǔn)電壓對(duì)用戶供電。

我國(guó)采用的額定頻率是50HZ允許偏差0.2~±0.5HZ；用戶供電電壓允許偏移為額定值的±5%；

電壓波動(dòng)和閃變不超過(guò)2%~2.5%（3）為用戶提供充足的電能（4）要有良好的經(jīng)濟(jì)性盡量降低發(fā)電廠煤耗率（水耗率）廠用電率和電力網(wǎng)的損耗率實(shí)行經(jīng)濟(jì)調(diào)度。二、發(fā)電廠的生產(chǎn)過(guò)程發(fā)電廠是生產(chǎn)電能的工廠，它將蘊(yùn)藏于自然界中的一次能源轉(zhuǎn)換為電能，根據(jù)其所利用的電能不同，分為：火力發(fā)電廠水力發(fā)電廠核能發(fā)電廠風(fēng)力發(fā)電廠地?zé)岚l(fā)電廠太陽(yáng)能發(fā)電廠潮汐發(fā)電廠、火力發(fā)電廠利用煤炭、石油、天然氣等可燃物為原料來(lái)發(fā)電的工廠，其能量轉(zhuǎn)換過(guò)程為：燃料的化學(xué)能→熱能→機(jī)械能→電能按原動(dòng)機(jī)類(lèi)型分為：

汽輪機(jī)發(fā)電廠、蒸汽機(jī)發(fā)電廠、內(nèi)燃機(jī)發(fā)電廠

汽輪機(jī)發(fā)電廠（大容量大電廠多采用汽輪式）

1、單一生產(chǎn)電能的凝汽式一般建在燃料產(chǎn)地也稱為坑口或礦口電廠。2、兼供熱的熱電廠建在大城市及工業(yè)區(qū)附近。（二）水力發(fā)電廠利用江河水流的位能來(lái)發(fā)電的工廠--水電廠其能量轉(zhuǎn)換過(guò)程是：水的位能—機(jī)械能—電能。水—通過(guò)壓力水管引入水輪機(jī)—推動(dòng)水輪機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。（三）核電廠利用核能發(fā)電—核電廠其轉(zhuǎn)換過(guò)程是：核燃料的裂變能—熱能—機(jī)械能—電能核電廠由兩個(gè)主要部分組成：核系統(tǒng)部分（包括反應(yīng)堆及其附屬設(shè)備）常規(guī)部分（包括汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)及其附屬設(shè)備）

美國(guó)1951年在加州建成世界上第一個(gè)實(shí)驗(yàn)性的100kw核電廠，我們20世紀(jì)90年代興建了秦山和大亞灣核電廠。（四）其他新能源發(fā)電太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電、潮汐發(fā)電等。1、太陽(yáng)能發(fā)電利用太陽(yáng)光能或太陽(yáng)熱能來(lái)生產(chǎn)電能2、風(fēng)力發(fā)電利用風(fēng)的動(dòng)能來(lái)生產(chǎn)電能其發(fā)電過(guò)程是：風(fēng)力—使旋轉(zhuǎn)葉片轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)換—風(fēng)力的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能—再通過(guò)升速裝置驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)出電能。風(fēng)力發(fā)電是世界能源發(fā)展的一個(gè)主要方向，在大型風(fēng)場(chǎng)大量利用大型風(fēng)機(jī)發(fā)電將可以替代現(xiàn)有的大力發(fā)電系統(tǒng)，對(duì)居民分散的用戶，小型高級(jí)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)更加具有普及的意義。3、地?zé)岚l(fā)電地?zé)岚l(fā)電就是利用地表深處的地?zé)崮軄?lái)生產(chǎn)電能，與大電廠相似，只是向地?zé)嶂腥〈仩t設(shè)備，將地?zé)嵴羝麖牡責(zé)嶂幸觥腿肫啓C(jī)—帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。4、潮汐發(fā)電

潮汐發(fā)電是利用海水漲潮，落潮中的動(dòng)能、勢(shì)能來(lái)生產(chǎn)電能，需建設(shè)攔潮大壩。一般為雙向潮汐發(fā)電廠，漲潮及退潮時(shí)均可發(fā)電。

太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮堋⒊毕艿刃履茉炊紝儆谇鍧?，廉價(jià)和可再生能源，是未來(lái)的主要能源，因此，加強(qiáng)新能源發(fā)電的開(kāi)發(fā)力度，加快新能源發(fā)電的步伐，是世界各國(guó)共同的發(fā)展趨勢(shì)。三、變電所的一次設(shè)備電力系統(tǒng)按其作用的不同可分為一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)，其中擔(dān)負(fù)電能輸送和分配任務(wù)的系統(tǒng)稱為一次系統(tǒng)（或一次回路），一次系統(tǒng)中的所有電氣設(shè)備，稱為一次設(shè)備。對(duì)一次系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視，控制，測(cè)量和保護(hù)的系統(tǒng)，稱為二次系統(tǒng)（或二次回路），二次系統(tǒng)中的所有電氣設(shè)備，稱為二次設(shè)備。一次設(shè)備按其功能可分為以下幾類(lèi)：（1）變換電壓或電流的設(shè)備如：電力變壓器、電流互感器、電壓互感器；（2）接通或開(kāi)斷電路的開(kāi)關(guān)設(shè)備如：斷路器，隔離開(kāi)關(guān)，負(fù)荷開(kāi)關(guān)；（3）防御過(guò)電壓和限制故障電流的保護(hù)設(shè)備如：熔斷器，避雷器，電抗器等；（4）無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備如：電力電感器，靜止補(bǔ)償器；（5）成套配電裝置如:變壓開(kāi)關(guān)柜，低壓配電屏等。四、一次系統(tǒng)（一）電氣主接線1、電氣主接線又叫一次接線，是由各開(kāi)關(guān)電器、變壓器、互感器、線路、電抗器、母線等按一定順序連接而成的接受和分配電能的總電路。2、電氣主接線的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下基本要求：（1）安全保證在進(jìn)行任何切換操作時(shí)人身和設(shè)備的安全；（2）可靠應(yīng)滿足各級(jí)電力負(fù)荷對(duì)供電可靠性的要求；（3）靈活應(yīng)能適應(yīng)各種運(yùn)行方式下的操作，檢修和維護(hù)；（4）經(jīng)濟(jì)在滿足以上前提下，主接線要求簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)。3、主接線的基本形式：（主要討論中小型變電所）（1）線路-變壓器單元接線特點(diǎn)：接線簡(jiǎn)單，使用設(shè)備少，高壓側(cè)無(wú)母線，低壓側(cè)母線，不分段，其中任一元件發(fā)生故障或檢修，變電所都要停電。（2）單母線接線特點(diǎn)：接線簡(jiǎn)單，使用設(shè)備少，操作方便，投資少，便于擴(kuò)建，但可靠性和靈活性較差，不能滿足重要用戶。（3）單母分段接線特點(diǎn)：在單母的基礎(chǔ)上提高了供電的可靠性，但同一條母線故障檢修時(shí)，該母線所有回路必須停電。4、單母線帶旁路母線接線特點(diǎn)：某一出現(xiàn)需停電檢修時(shí)，可由旁母代路運(yùn)行，接線復(fù)雜，投資大，容易誤操作。（5）雙母線接線（加旁母）優(yōu)點(diǎn)：1、輪換檢修母線不斷供電；2、檢修任一回路的母線隔離開(kāi)關(guān)時(shí)僅使該回路停電（進(jìn)線檢修）；3、工作母線發(fā)生故障時(shí)，經(jīng)倒閘操作這一段停電后，可迅速恢復(fù)供電；4、檢修任一回路斷路器時(shí)，可用母聯(lián)代替。缺點(diǎn)：1、容易誤操作；2、工作母線故障會(huì)短時(shí)斷電；3、使用的隔離開(kāi)關(guān)多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占地面積大，投資較高。（6）橋形接線內(nèi)橋——跨接橋在變壓器側(cè)，橋斷路器在線路斷路器之內(nèi)，與變壓器之間為隔離開(kāi)關(guān)；外橋——跨接橋靠近線路側(cè)，橋斷路器在線路斷路器之外，線路回路僅裝隔離開(kāi)關(guān)，不斷斷路器。內(nèi)橋?qū)M(jìn)線的操作非常方便，但對(duì)變壓器的操作不便；適用于電源進(jìn)線較長(zhǎng)，而變壓器不需要經(jīng)常切換的場(chǎng)所。外橋?qū)ψ儔浩骰芈返牟僮鞣浅７奖?，但?duì)進(jìn)線操作不便。適用于電源進(jìn)線較短而變壓器需經(jīng)常切換的場(chǎng)所。橋線接線投資小，接線簡(jiǎn)單，供電的可靠性和靈活性較高。適用于向一、二類(lèi)負(fù)荷供電。（二）高低壓開(kāi)關(guān)電器1、高壓斷路器的用途高壓斷路器的功能是通斷正常負(fù)荷電流，并通斷一定的短路電流，并能在保護(hù)裝置的作用下，自動(dòng)跳閘，切除短路故障。2、對(duì)高壓斷路器的基本要求（1）絕緣應(yīng)安全可靠，承受工作電壓長(zhǎng)期作用及過(guò)電流短時(shí)作用；（2）有足夠的動(dòng)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，能承受短時(shí)電流的力效應(yīng)和熱效應(yīng)而不致?lián)p壞；（3）有足夠的開(kāi)斷能力，能可靠的斷開(kāi)短時(shí)電流；（4）動(dòng)作速度快，熄弧時(shí)間短，盡量減輕短路電流造成的損害，并提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。3、高壓斷路器的類(lèi)型按滅弧介質(zhì)的不同，分為：油斷路器、SF6斷路器、真空斷路器。（1）油斷路器又分為多油和少油斷路器（2）SF6斷路器SF6即作為滅弧介質(zhì)也作為絕緣介質(zhì)（3）真空斷路器真空斷路器即作為滅弧介質(zhì)也作為絕緣介質(zhì)。SF6斷路器真空斷路器4、斷路器的操作機(jī)構(gòu)斷路器必須配以操動(dòng)機(jī)構(gòu)才能使用。操動(dòng)機(jī)構(gòu)分為：電磁式操動(dòng)機(jī)構(gòu)、手動(dòng)式操動(dòng)機(jī)構(gòu)、彈簧儲(chǔ)能式操動(dòng)機(jī)構(gòu)（應(yīng)用最廣泛）彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)4-1、電磁式操動(dòng)機(jī)構(gòu)：

直流電磁式操動(dòng)機(jī)構(gòu)是用電磁鐵將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能來(lái)實(shí)現(xiàn)斷路器的分、合閘的動(dòng)力機(jī)構(gòu)，主要由合閘電磁鐵、跳閘電磁鐵和維持電磁鐵組成，能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和遠(yuǎn)距離跳、合閘，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。但由于電磁鐵需要直流操作電源，且合閘功率大，主要用于110kV以下電壓等級(jí)，尤其35kV以下，常用的是CD10型電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)。

4-2、彈簧儲(chǔ)能式操動(dòng)機(jī)構(gòu)（應(yīng)用最廣泛）彈簧儲(chǔ)能是在操動(dòng)機(jī)構(gòu)合閘前利用交直流兩用電動(dòng)機(jī)或手動(dòng)拉伸合閘彈簧儲(chǔ)能，然后利用彈簧所儲(chǔ)能量使斷路器合閘，它也能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和遠(yuǎn)距離跳、合閘。它的成套性強(qiáng)，不需要配備附加設(shè)備，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工工藝及材料性能要求較高，因此價(jià)格較貴，但它可交流操作，還可方便的實(shí)現(xiàn)一次自動(dòng)重合閘，因此應(yīng)用越來(lái)越廣泛。5、高壓隔離開(kāi)關(guān)隔離開(kāi)關(guān)又稱為刀閘，與斷路器配合使用，它沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的滅弧裝置，斷流能力差，所以不能帶負(fù)荷操作。其用途如下：（1）隔離電壓—明顯短開(kāi)點(diǎn)，建立可靠的絕緣間隙，保證人員設(shè)備安全；（2）倒閘操作；（3）分、合小電流，如：PT、空載母線避雷器的接通和斷開(kāi)。分為手動(dòng)、電動(dòng)、電氣操作機(jī)構(gòu)。（三）電力變壓器其功能是將電力自動(dòng)化系統(tǒng)中的電壓升高或降低，以利于電能的合理輸送，分配和使用。按用途分為：升壓變壓器、降壓變壓器；按相數(shù)分為：?jiǎn)雾?xiàng)變壓器、三相變壓器；按繞組分為：雙繞組變壓器、三繞組變壓器、自耦變壓器；按調(diào)壓方式分為：有載調(diào)壓變壓器、無(wú)載調(diào)壓變壓器；按繞組絕緣和冷卻方式分為：油浸式、干式（雙氧樹(shù)脂澆注絕緣）、充氣式（SF6氣體）；U1/U2≈E1/E2=W1/W2=K按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，雙繞組電力變壓器采用以下三種聯(lián)結(jié)組別：（1）YNd11用于高壓側(cè)為110kV及以上大電流接地系統(tǒng)中的變壓器；（2）Yd11用于高壓側(cè)為35-110kV，低側(cè)為6-10kV，三次諧波在△中形成環(huán)流，不傳輸給用戶；（3）Yyn0用于高壓側(cè)為6-10kV，低壓側(cè)380/220V；配電變壓器，其低壓側(cè)沖出中性線，構(gòu)成三相四線制供電。（四）互感器互感器是一次回路與二次回路的聯(lián)絡(luò)元件，在電力系統(tǒng)中專(zhuān)為測(cè)量和保護(hù)服務(wù)。其作用是：（1）使測(cè)量?jī)x表、繼電器保護(hù)裝置等二次設(shè)備與主電路隔離；（2）使測(cè)量?jī)x表、繼電器保護(hù)裝置標(biāo)準(zhǔn)化，TV為UN=100V，TA為IN=5A；（3）使測(cè)量?jī)x表、繼電器保護(hù)裝置的使用范圍大。電流互感器1、電流互感器（TA）（1）工作原理：電流互感器是用來(lái)把大電流變?yōu)樾‰娏鞯淖兞髌鳌?/p>

其一次繞組串聯(lián)在供電回路的一次電路中，匝數(shù)很少（有的直接穿過(guò)鐵心，只有一匝），導(dǎo)線很粗，二次繞組匝數(shù)很多，導(dǎo)線較細(xì)，與測(cè)量?jī)x表，繼保裝置的電流回路串聯(lián)成閉合回路。一次電流I1≈（N2/N1）*I2≈KiI2

Ki為電流互感器的變流比，一般為Ki=IN1/IN2請(qǐng)看圖片BH6，+35mm。80mm，BP#〗

電流互感器接線方式：

(a)三相星形接線；(b)兩相星形接線；(c)兩相電流差接線；(d)三角形接線。

（2）極性電流互感器均采用“減極性”原則確定同名端，一次電流從極性端流入時(shí)，則二次電流應(yīng)從同極性端流出。（3）注意事項(xiàng)電流互感器在工作時(shí)二次側(cè)絕對(duì)不允許開(kāi)路，電流互感器正常工作時(shí)接近于短路，若二次側(cè)開(kāi)路互感器稱為空載運(yùn)行，此時(shí)一次側(cè)電流成了勵(lì)磁電流使鐵心中的磁通急劇增加，使二次側(cè)感應(yīng)出很高的電壓，危及人身及設(shè)備，同時(shí)鐵耗大大增加，鐵心過(guò)熱，影響TA性能，甚至燒毀互感器。電流互感器的二次側(cè)必須有一端接地，這主要是防止一、二次繞組絕緣損壞后，一次側(cè)的高壓竄入二次側(cè)，危及人身和設(shè)備的安全。2、電壓互感器（TV）（1）工作原理:TV是將大電壓變?yōu)樾‰妷旱淖儔浩?，其一次匝?shù)很多，并聯(lián)在供電系統(tǒng)的一次電路中，而二次側(cè)繞組匝數(shù)少，與電壓表，繼電保護(hù)裝置并聯(lián)，二次繞