第一部分電力系統(tǒng)概述

電力系統(tǒng)概述1、電力系統(tǒng)及其組成

定義：由發(fā)電、變電、輸電、配電和用電等環(huán)節(jié)組成的電能生產(chǎn)與消費系統(tǒng)。

組成部分：電力系統(tǒng)是由發(fā)電廠、變電所、輸電線和用戶組成。

1.1發(fā)電廠分類：A．按大小和重要性分為3類a.大型主力電廠水電站：在大江、大河上，接入330-500-750KV超高壓系統(tǒng)或直流輸電系統(tǒng);火電站：在煤礦附近、負荷中心、沿海、沿江,接入330-500-750KV超高壓系統(tǒng)或直流輸電系統(tǒng)。b.中小型地區(qū)電廠水電站：在江、河上,接入110-220KV系統(tǒng)，少數(shù)接入330KV系統(tǒng);

火電廠：在城鎮(zhèn)附近,接入110-220KV系統(tǒng)，少數(shù)接入330KV系統(tǒng)。c.企業(yè)自備電廠，以對本企業(yè)供電、供熱為主，主要為熱電廠，接入110KV-220KV系統(tǒng)或35KV系統(tǒng)。B．按能源分

a.水電廠：用水推動發(fā)電機發(fā)電，使水的機械能（既水的動能、位能）轉變?yōu)殡娔?b.火電廠：既用煤、油、天然氣燃燒使鍋爐里的水汽化推動氣輪機，帶動發(fā)電機發(fā)電，使化學能轉變?yōu)闊崮?，再轉變?yōu)闄C械能，再轉變?yōu)殡娔?c.核電廠：用核能、實為用核反應堆代替鍋爐的火電廠;d.熱電廠：既供電又供熱的火電廠;e.風力發(fā)電廠：用風車帶動發(fā)電機發(fā)電，使風的機械能轉變?yōu)殡娔?；

f.其它電廠：地熱、潮汐、太陽能電廠。

g.蓄能電廠：是一種特殊的水電廠，有兩個水庫，白天發(fā)電，夜間抽水。1.2

變電站

對電能進行變換（升、降）和分配的場所A、按重要性分為：

a.系統(tǒng)樞紐變電站：匯集多個大電廠，進行系統(tǒng)功率變換，以中壓輸出，輸入為330-500-750KV；

b.地區(qū)重要變電站，為地區(qū)供電的變電所，輸入220-330KV，也有110KV的；

c.一般變電站：為終端和分支變電站，輸入110KV-35KV，也有220KV的.。B、按用途分

a.升壓變電站，建在電廠內或附近；

b.降壓變電站，建在負荷中心附近；

c.特殊的變電站：如鐵路變電站，換流站（直流輸電），開關站等.。1.3輸電線

按結構分

a.架空線路b.電纜線路2、發(fā)電廠與變電站的種類2.1水力發(fā)電廠發(fā)電機或蓄能機（含勵磁機或勵磁變壓器）;

主變壓器;

廠用變壓器;

斷路器和滅磁開關;

隔離開關（手車）;

電流互感器與電壓互感器;

電動機及各種泵：水泵、油泵;

消弧線圈。水輪發(fā)電機圖示2.2火力發(fā)電廠或熱電廠發(fā)電機(含勵磁機或勵磁變)；汽輪機及其輔機（水泵、油泵、盤車）電動機；鍋爐及其輔機（風機、水泵、煤機）電動機；主變壓器；廠用變壓器；斷路器和滅磁開關；隔離開關（手車）；電流互感器與電壓互感器；消弧線圈。汽輪機圖示2.3核電廠

核設備：原子反應堆及及附屬設備；發(fā)電機(含勵磁機或勵磁變)；汽輪機及其輔機（水泵、油泵、盤車）電動機；廠用電設備，要四套，含柴油發(fā)電機；主變壓器；斷路器和滅磁開關；隔離開關（手車）；電流互感器與電壓互感器；消弧線圈。2.4風電廠

風力發(fā)電機（塔架、葉片、發(fā)電機等三大部分所構成）；主變壓器；斷路器和滅磁開關；隔離開關（手車）；電流互感器與電壓互感器；

2.4變電站主變壓器；斷路器與刀閘（手車）；電流、電壓互感器；廠用變壓器；電容器組與并聯(lián)電抗器；調相機。3、電力系統(tǒng)中的電氣設備

3.1一次設備

定義：一次設備（也稱主設備）是構成電力系統(tǒng)的主體，它是直接生產(chǎn)、輸送和分配電能的設備，包括發(fā)電機、電力變壓器、斷路器、隔離開關、電力母線、電力電纜和輸電線路、電流互感器、電壓互感器等等。3.3.1發(fā)電機A.分類a.按能源分：水輪發(fā)電機(水電廠用)、汽輪發(fā)電機（火電廠、熱電廠和核電廠用）、柴油發(fā)電機和風力發(fā)電機；b.按定子繞組結構分：單分支（每相），兩分支（每相），多分支（每相）；c.按轉子結構分：凸極式（圖2）和隱極式（圖1）。隱極發(fā)電機凸極發(fā)電機圖1圖2B.特點a.水輪發(fā)電機:體積大、轉速慢、轉子為凸極式；b.汽輪發(fā)電機:同容量體積小、轉速快、因為轉子轉速快為了保證強度采用隱極式；3.3.2變壓器定義：借助于電磁感應，以相同的頻率，在兩個或更多的繞組織之間變換交流電壓和電流的一種靜止的電器。分類：A.按繞組數(shù)分：

a.二繞組變壓器：每相有兩個繞組的變壓器；

b.三繞組變壓器：每相有三個繞組的變壓器；

c.多繞組變壓器：每相有三個以上繞組的變壓器；

d.自耦變壓器：每相至少有兩個線圈具有公共部分的變壓器；

e.特殊變壓器：冶煉、整流、機車等。B.按結構分：

a.油浸式變壓器：繞組和鐵心全部浸在變壓器外殼（油箱）里的變壓器油內，以變壓器油做為絕緣和冷卻介質；用于特大、大、中型變壓器。

b.干式變壓器：外殼里僅有空氣或絕緣氣體（如ＳＦ６）做為絕緣和冷卻介質的變壓器；用于中、小型變壓器。

c.封閉式變壓器：繞組和鐵心全部澆鑄在環(huán)氧樹脂里的變壓器；用于中、小型變壓器。

d.埋入式變壓器：埋入地下，用于中、小型變壓器。C.按絕緣水平分：

a.全絕緣的變壓器：繞組、引線和中性點對外殼均按該電壓等級全電壓絕緣的變壓器；

b.分級絕緣的變壓器：繞組及各相引線對外殼按該電壓等級全電壓絕緣，中性點及其引線按該電壓等級一半電壓絕緣的變壓器。D.按相數(shù)分：

a.單相變壓器：每相繞組和鐵心裝在一個外殼內的變壓器；用于特大型變壓器或特高壓變壓器。

b.三相變壓器：三相繞組和鐵心共同裝在一個外殼內的變壓器，用于大、中、小型變壓器。E．按冷卻方式分：

a.自然空氣冷卻，用于小型變壓器。

b.自然油冷卻，用于中、小型變壓器。

c.通風油冷卻，用于大、中型變壓器。

d.強迫油循環(huán)風冷卻，用于大、中型變壓器。

e.強迫油循環(huán)水冷卻，用于大型變壓器。

f.SF6冷卻，用于中、小型變壓器。3.3.3輸、配電電路A、按電壓等級分

a.超高壓1000KV、750KV、500KV和330KV輸電線；

b.高壓220KV和110KV輸電線；

c.中壓6KV、10KV、20KV、35KV和66KV輸電線；

d.低壓400V（380V）、230V（22OV）、600V輸電線；

e.高壓直流輸電的輸電線。B、按結構分

a.架空線路，

b.電纜線路。3.3.4斷路器

A.斷路器的作用

a.接通和斷開電路

b.切斷故障電流（外部出現(xiàn)短路時），因而有遮斷容量的要求，如太大的電流切不斷等。

B．斷路器分類

a.油斷路器：一種老式斷路器，箱體內充滿油，利用變壓器油作為絕緣和滅弧介質；

b.少油斷路器：利用變壓器油作為絕緣和滅弧介質，但僅在滅弧室內充滿油；

c.空氣斷路器：利用壓縮空氣作為絕緣和滅弧介質；

d.真空斷路器：利用真空室滅弧的斷路器；

e.SF6斷路器：利用SF6氣體作為絕緣和滅弧介質的斷路器；

f.SF6組合電器：將斷路器、刀閘、互感器、避雷器、母線等全部密封在充滿SF6氣體的室內利用SF6氣體作為絕緣和滅弧介質的組合電器。C．滅磁開關：一種特殊的低壓空氣斷路器,有很好的滅弧能力，用于發(fā)電機的勵磁回路，接通和斷開發(fā)電機的轉子電流并用滅弧柵熄滅電弧。3.3.5隔離刀閘定義：隔離刀閘是高壓開關電器中使用最多的一種電器，它本身的工作原理及結構比較簡單，但是由于使用量大，工作可靠性要求高，對變電所、電廠的設計、建立和安全運行的影響均較大。刀閘的主要特點是無滅弧能力，只能在沒有負荷電流的情況下分、合電路。

作用：

1)分閘后，建立可靠的絕緣間隙，將需要檢修的設備或線路與電源用一個明顯斷開點隔開，以保證檢修人員和設備的安全。

2)根據(jù)運行需要，換接線路。

3)可用來分、合線路中的小電流，如套管、母線、連接頭、短電纜的充電電流，開關均壓電容的電容電流，雙母線換接時的環(huán)流以及電壓互感器的勵磁電流等。

4)根據(jù)不同結構類型的具體情況，可用來分、合一定容量變壓器的空載勵磁電流。手車3.3.6電流互感器

A.作用：變換電流并對一、二次繞組進行絕緣隔離，用于將高壓回路的電流變換為成正比的低壓電流供接入測量或保護回路。電流互感器對二次回路來說是電流源（即二次電流由一次電流決定，而不決定于負荷），一定要防止開路，否則要產(chǎn)生過電壓而損壞。B.定義：電流互感器：一種互感器，在正常使用狀態(tài)下，其二次電流與一次電流實質上成正比，而其相位差在連接方法正確時接近于零的互感器。C.電流互感器的分類按用途分：測量用電流互感器保護用電流互感器保護、測量共用電流互感器電能計量用電流互感器保護用電流互感器為給保護用繼電器或裝置提供電流，標準準確級為：5P、10P兩種，主要技術指標為準確極限系數(shù)（俗稱飽和倍數(shù)）。測量用（含電能計量用）電流互感器為給指示儀表、積分儀表和其它類似電器提供電流。電能計量用電流互感器比測量用電流互感器的精度級別要高。3.2.7電壓互感器作用：變換電壓、隔離，用于將高壓電壓變換為成正比的低壓電壓供接入測量或保護回路。電壓互感器對二次回路來說是電壓源（即電壓由一次電壓決定），一定要防止短路，否則要燒壞。定義：電壓互感器：在正常使用情況下，其二次電壓與一次電壓實質上成正比，而其相位差在連接方法正確時接近零的互感器。分類

A.按接地方式分：

a.不接地電壓互感器（全絕緣的）：一次繞組的各部分（包括出線端在內）都是對地絕緣的，而且絕緣水平與額定絕緣水平一致的電壓互感器。

b.接地電壓互感器（分級絕緣的）：一次繞組的一端準備直接接地的單相電壓互感器或一次繞組的星型聯(lián)結點準備直接接地的三相電壓互感器。B．按相數(shù)分：a.單相電壓互感器,可由三臺組成三相電壓互感器；b.三相電壓互感器;c.三相五柱式電壓互感器，有五個鐵心柱，可以檢測零序電壓。C．按繞組數(shù)分：a.雙繞組,有一個一次繞組和一個二次繞組；b.三繞組，有一個一次繞組和兩個二次繞組（一個星形繞組和一個開口三角繞組）；c.四繞組，有一個一次繞組和三個二次繞組（兩個星形繞組和一個開口三角繞組）。3.2二次設備

定義：二次設備是對一次設備進行控制、調節(jié)、保護和監(jiān)測的設備、主要包括：繼電保護設備、儀表、自動控制設備、電源等等。3.2.1儀表

分類：按功能：電能表，（正向，反向，有功，無功）（三相三線，三相四線）電壓表，（相電壓，線電壓）電流表，（相電流，線電流）功率表等按顯示方式：數(shù)字顯示表，指針表。3.2.2自動控制設備-PLC定義：PLC主要是數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)的可編程邏輯控制器。由中央處理單元(CPU)、存儲器、I/O模塊（模擬量和數(shù)字量）、電源組成。作用：PLC是工業(yè)上專門用來控制各種工藝操作的可編程邏輯控制設備，功能非常強大，可以執(zhí)行邏輯運算，定時，順序控制，計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。它其實就是一臺工控電腦，不過需要專業(yè)的編程人員對其編程才能實現(xiàn)相應的過程控制。3.2.5電源A、UPS電源定義：UPS的中文意思為“不間斷電源”。作用：一是應急使用，防止突然斷電而影響正常工作，給計算機造成損害；二是消除市電上的電涌、瞬間高電壓、瞬間低電壓、電線噪聲和頻率偏移等“電源污染”，改善電源質量。B、直流電源（蓄電池）定義：直流電源（DCpower）有正、負兩個電極，正極的電位高，負極的電位低，當兩個電極與電路連通后，能夠使電路兩端之間維持恒定的電位差，從而在外電路中形成由正極到負極的電流。4、電力系統(tǒng)電氣主接線形式4.1接線形式分類

單母線、單母線分段、雙母線、雙母線分段有旁路母線等等。A、單母線用于1臺發(fā)電機或1臺主變的下述情況,示意圖見圖A：此接線用于：

a.6-10KV出線不超過5回;b.35-63KV出線不超過3回;c.110-220KV出線不超過2回。B、單母線分段：用于2臺發(fā)電機或2臺主變的下述情況,示意圖見圖B：此接線用于：

a.6-10KV出線6回以上;b.35-63KV出線4-8回;c.110-22KV出線3-4回。C、雙母線接線有母聯(lián)斷路器：母線上出線回路或電源較多，母線故障后要求迅速恢復供電，母線檢修時，不允許停電的以下情況采用本接線方式，示意圖見圖：此接線用于：a.6-10KV出線短路電流較大需要電抗器時;b.35-63KV出線8回以上;c.110-22KV出線4回以上。

D、雙母線分段接線，增設旁路母線的情況此方案用于220KV進出線較多時的下述情況：

a.進出線回路數(shù)為10-14回時,在一組母線上用斷路器分段;b.進出線回路數(shù)為15回以上時，兩組母線均用斷路器分段;以上均裝設2臺母聯(lián)兼旁路斷路器,E、變壓器線路單元接線用于只有1臺發(fā)電機--變壓器組和一條線路時,發(fā)電廠內不設高壓配電裝置，直接送入樞紐變電所,見圖A。F、橋形接線用于小容量發(fā)電廠、變電站,見圖B（內橋接線）、C（外橋接線）。4.2不同級別變電所，發(fā)電站接線形式：A、一般變電所

一般變電所多為終端變電所,降壓供電給附近用戶或企業(yè)。B、地區(qū)重要變電所

地區(qū)重要變電所位于地區(qū)網(wǎng)絡的樞紐點上,高壓側以交換或接受功率為主,供電給地區(qū)的中壓側負荷與附近的低壓側負荷。全所停電后,將引起地區(qū)電網(wǎng)瓦解,影響全地區(qū)供電。

C、樞紐變電所接線系統(tǒng)樞紐變電所匯集多個大電源和大容量聯(lián)絡線，在系統(tǒng)中處于樞紐地位，高壓側交換系統(tǒng)間巨大功率潮流，并向中壓側輸送大量電能。這種變電所如果全所停電，將使系統(tǒng)穩(wěn)定破壞，電網(wǎng)瓦解，造成大面積停電。

5、電力系統(tǒng)常見的電氣故障5.1系統(tǒng)故障特征(1)母線電壓降低(2)正序電壓降低(3)負序電壓/零序電壓升高，故障點處最高(4)回路電流升高5.2常見的電氣故障A、短路