電力系統(tǒng)工程基礎(chǔ)

電力系統(tǒng)工程基礎(chǔ)第1頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二1.概述2.發(fā)電廠3.變電站的一次接線4.變電站的二次接線5.變電站綜合自動化簡介6.配電自動化系統(tǒng)簡介主要內(nèi)容2第2頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二1、概述----1.1什么是電力系統(tǒng)？發(fā)電用電輸電變電配電RTURTURTU數(shù)據(jù)采集和傳輸應(yīng)用服務(wù)器電網(wǎng)調(diào)度3第3頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二1.1什么是電力系統(tǒng)？水庫G~M~M~電力網(wǎng)電力系統(tǒng)動力系統(tǒng)發(fā)電廠水輪機發(fā)電機變電所升壓變壓器輸電線路變電所降壓變壓器用戶用電設(shè)備4第4頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二1.1什么是電力系統(tǒng)？

電力網(wǎng)：由變電所和不同電壓等級輸電線路組成的網(wǎng)絡(luò)。電力系統(tǒng)：由發(fā)電機、變壓器、輸電線路以及用電設(shè)備（或發(fā)電廠、變電所、輸配電線路以及用戶），按照一定的規(guī)律連接而組成的統(tǒng)一整體。發(fā)電廠： 生成電能變電所： 變換和分配電能輸配電線路： 輸送電能用戶： 消費電能動力系統(tǒng)：在電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，把發(fā)電廠的動力部分（例如火力發(fā)電廠的鍋爐、汽輪機和水力發(fā)電廠的水庫、水輪機以及核動力發(fā)電廠的反應(yīng)堆等）包含在內(nèi)的系統(tǒng)。5第5頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二1.1什么是電力系統(tǒng)？超高壓遠(yuǎn)距離輸電網(wǎng)地方電力網(wǎng)區(qū)域電力網(wǎng)110kV~35kV~35kV500kV220kV110kV10kV水力發(fā)電廠火力發(fā)電廠變電所A：樞紐變電所C：地方變電所D：終端變電所B：中間6第6頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二1.1什么是電力系統(tǒng)？電力網(wǎng)：按電壓等級的高低、供電范圍的大小的分類地方電力網(wǎng)：電壓等級在35kV及以下，供電半徑在20~50km以內(nèi)區(qū)域電力網(wǎng)：電壓等級在35kV以上（一般為110kV~220kV），供電半徑超過50km，聯(lián)系較多發(fā)電廠的網(wǎng)絡(luò)超高壓遠(yuǎn)距離輸電網(wǎng)：電壓等級為330kV~500kV的網(wǎng)絡(luò)，其主要任務(wù)是把遠(yuǎn)處發(fā)電廠生產(chǎn)的電能輸送到負(fù)荷中心，同時還聯(lián)系若干區(qū)域電力網(wǎng)形成跨省、跨地區(qū)的大型電力系統(tǒng)變電所：按其在電力系統(tǒng)中的地位分類樞紐變電所：中間變電所：地區(qū)變電所：終端電站所：7第7頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二1.2電力系統(tǒng)的特點▲電能不能大量存儲：電能的生產(chǎn)、變換、輸送、分配和使用是同時進(jìn)行的。

P發(fā)

P用＋P頻率fQ發(fā)

Q用＋Q電壓V▲過渡過程十分短暫：控制操作自動化程度高。必須借助自動裝置對電力系統(tǒng)進(jìn)行控制：繼電保護(hù)裝置、遠(yuǎn)動裝置、減載裝置、同期裝置、勵磁裝置、▲電能生產(chǎn)與國民經(jīng)濟各部門和人民生活有著極為密切的關(guān)系：社會政治經(jīng)濟影響巨大。負(fù)荷分類：一類負(fù)荷、二類負(fù)荷、三類負(fù)荷8第8頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二1.3電能的質(zhì)量指標(biāo)電壓質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：9第9頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二1.3電能的質(zhì)量指標(biāo)頻率：額定頻率： 50Hz（國外：50或60Hz）頻率偏差： ±0.2Hz（≥3000MW系統(tǒng)） ±0.5Hz（＜3000MW系統(tǒng)） 國外： ±(0.1~0.2)Hz或±0.5Hz波形：質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)： 正弦波電壓和電流諧波的危害與抑制：10第10頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二1.4電力系統(tǒng)的電壓等級11第11頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二1.4電力系統(tǒng)的電壓等級U1IU2SZS=√3U2I12第12頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二1.5我國電力工業(yè)發(fā)展概況跨省電力系統(tǒng)5個，獨立省電力系統(tǒng)若干個13第13頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二1.5我國電力工業(yè)發(fā)展概況14第14頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二1.5我國電力工業(yè)發(fā)展概況☆電力工業(yè)發(fā)展史上的第一：火電：1882年上海楊樹浦；水電：1912年云南石龍壩240kW；核電：1991年浙江秦山300MW；輸電線路：1974年甘肅劉家峽水電站陜西關(guān)中地區(qū)330kV交流， 1981年河南姚孟火電廠到武漢500kV交流， 1988年葛州壩水電站到上海南橋變電站±500kV直流?！铍娏ο到y(tǒng)之最：15第15頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二1.5我國電力工業(yè)發(fā)展概況☆年人均電量：我國： 1000kW.h中等發(fā)達(dá)國家： 7000kW.h北歐、美國： 18000kW.h2002年底全國發(fā)電裝機容量達(dá)到3.56億千瓦，發(fā)電量達(dá)到16542億千瓦時，2004年底，全國發(fā)電裝機4．42億千瓦；2005年突破5億千瓦，年發(fā)電量預(yù)計2.4萬億千瓦時。自1996年以來裝機容量和發(fā)電量均居世界第二位。16第16頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二2發(fā)電廠2.1火力發(fā)電廠：將煤、油、天然氣或其它燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的工廠。17第17頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二2發(fā)電廠2.2核電廠：均采用原子核裂變時釋放出來的能量發(fā)電。18第18頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二2發(fā)電廠2.3水電廠：利用水能發(fā)電19第19頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二2發(fā)電廠2.4風(fēng)力發(fā)電廠20第20頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二3變電站的一次接線輸變電設(shè)備包括變換電壓的設(shè)備：如變壓器。接通和開斷電路的開關(guān)電器：如斷路器，隔離開關(guān)，熔斷器等。防御過電壓，限制故障電流的電器：如避雷器、避雷針、避雷線、電抗器。無功補償設(shè)備：如電力電容器，同步調(diào)相機，靜止補償器。載流導(dǎo)體：如母線，引線，電纜，架空線。接地裝置；如變壓器中性點接地、設(shè)備外殼接地、防雷接地等。電氣主接線發(fā)電廠和變電所中的一次設(shè)備，按照一定規(guī)律連接而成的電路，也稱電氣一次接線或一次系統(tǒng)。

3.1電力系統(tǒng)的電氣設(shè)備21第21頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二3變電站的一次接線輸電線路開關(guān)電器高壓斷路器的基本參數(shù) 額定開斷電流INbr、全開斷時間tab、合閘時間ton

額定動穩(wěn)定電流（峰值）ies、熱穩(wěn)定電流It、自動重合閘性能電流互感器運行特點：二次繞組不能開路二次接線：單相接線；星形接線；不完全星形接線ABCAK2K1L1L2ABCAAAABCAwhIaIcIb22第22頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二3變電站的一次接線電壓互感器運行特點：二次繞組不能短路接線方式：23第23頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二3變電站的一次接線3.2電力系統(tǒng)接線和輸變電網(wǎng)絡(luò)接線電力系統(tǒng)接線地理接線圖：表明各發(fā)電廠、變電所的相對地理位置和它們之間的聯(lián)接關(guān)系電氣接線圖：表明電力系統(tǒng)中各主要元部件之間和廠所之間的電氣聯(lián)接關(guān)系輸變電網(wǎng)絡(luò)接線無備用：單回路放射式、干線式和鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)等，每一負(fù)荷只能靠一條線路獲得電能，又稱開式網(wǎng)絡(luò)。有備用：雙回路式、單環(huán)式、雙環(huán)式和兩端供電式等，每一個負(fù)荷點至少可以通過兩條線路從不同方向取得電能，又稱閉式網(wǎng)絡(luò)。24第24頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二3變電站的一次接線25第25頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二3變電站的一次接線3.3電氣主接線的基本接線形式有匯流母線：單母線、單母線分段，雙母線，雙母線分段；增設(shè)旁路母線或旁路隔離開關(guān)，一倍半斷路器接線，變壓器母線組接線等。無匯流母線：單元接線、橋形接線、角形接線等。幾個基本概念：匯流母線：起匯集和分配電能的作用，也稱匯流排。進(jìn)、出線：進(jìn)線指電源，出線指線路。斷路器、隔離開關(guān)（母線、線路）、接地刀閘：QSQF斷路器與隔離開關(guān)的操作順序：送電操作順序：先合上斷路器兩側(cè)的隔離開關(guān)，再投入斷路器。停電檢修操作順序：先斷開斷路器，再斷開斷路器兩側(cè)的隔離開關(guān)。待線路對方仃電后，再合上接地刀閘。26第26頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二3變電站的一次接線QFQSQSWL4QFQSQSWL3QFQSQSWL2QFQS～GQF1QS1～GQF2QS3QS2WL1QS4W3.3.1單母線接線特點簡單、清晰、設(shè)備少。當(dāng)母線故障或檢修或母線隔離開關(guān)檢修時，整個系數(shù)全部停電。斷路器檢修期間也必須停止該回路的供電。適用范圍單電源的發(fā)電廠和變電所，且出線回路數(shù)少，用戶對供電可靠性要求不高的場合。27第27頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二3變電站的一次接線3.3.2單母線分段接線QF1分段斷路器～GWL1WL2WL3WL4～G特點減少母線故障或檢修時的停電范圍。斷路器檢修期間必須停止該回路的供電。母線分段的數(shù)目，通常以2～3分段為宜，分段太多增加了分段斷路器。適用范圍6~10kV配電裝置出線6回及以上；35kV出線數(shù)為4~8回；110~220kV出線數(shù)為3~4回。28第28頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二3變電站的一次接線旁路母線的作用不停電檢修進(jìn)出線斷路器。操作方式（檢修QF4，且WL4不停電）如A、B段經(jīng)QF1和QS1、QS2并列運行，則閉合QS5斷開QF1斷開QS1閉合QS3閉合QF1使W3帶電（不要首先閉合QS8）。此時若W3隱含故障，則由繼電保護(hù)裝置動作斷開QF1。若W3充電正常，操作可以繼續(xù)進(jìn)行：合上QS8斷開QF4。這時WL4由母線BQS2QF1QS3W3QS8WL4供電。并由QF1替代斷路器QF4。QF4檢修前，應(yīng)把QS6、QS7斷開。適用范圍中小型發(fā)電廠和35~110kV的變電所?！獹～GWL1WL4WL3WL2QS7QS6QF4WABQS8W3QS5QF1QS1QS3QS2QS4 （分段斷路器QF1兼旁母斷路器）3.3.3單母線分段加裝旁路母線接線29第29頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二3變電站的一次接線3.3.4雙母線接線接線圖 具有兩組母線W1，W2。每一回路經(jīng)一臺斷路器和兩組隔離開關(guān)分別與兩組母線連接，母線之間通過母線聯(lián)絡(luò)斷路器QF（簡稱母聯(lián)）連接。運行方式母聯(lián)QF斷開，一組母線工作，另一組母線備用，全部進(jìn)出線接于運行母線上。母聯(lián)QF斷開，進(jìn)出線分別接于兩組母線，兩組母線分裂運行。母聯(lián)QF閉合，電源和饋線平均分配在兩組母線上。優(yōu)點檢修一組母線，可使回路供電不中斷；一組母線故障，部分進(jìn)出線會暫時停電。供電可靠，調(diào)度靈活，又便于擴建。QFQS2QS1W1W2電源1電源230第30頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二3變電站的一次接線3.3.5雙母線帶旁路母線接線QS4W3QF1W1W2QF4QF2電源1電源231第31頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二3變電站的一次接線3.3.6一個半斷路器接線接線圖 在母線W1，W2之間，每串接有三臺斷路器，兩條回路，每二臺斷路器之間引出一回線，故稱為一臺半斷路器接線，又稱二分之三接線。特點具有較高的供電可靠性及運行靈活性。母線故障，只跳開與此母線相連的斷路器，任何回路不停電。隔離開關(guān)不作操作電器，減少了誤操作的幾率。使用設(shè)備較多，投資較大，二次控制接線和繼電保護(hù)配置也比較復(fù)雜。適用范圍大型電廠和變電所的超高壓配電裝置。W1W2QFQSQSQSQSQFQFQSQSQS1QS132第32頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二4變電站的二次接線4.1概述一次設(shè)備及一次系統(tǒng)一次設(shè)備有：發(fā)電機、變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、電抗器、電力電纜以及母線、輸電線路等。由這些設(shè)備按一定規(guī)律相互連接構(gòu)成的電路稱為一次接線或一次系統(tǒng)，它是發(fā)電、輸變電和配電的主體。二次設(shè)備及二次系統(tǒng)二次設(shè)備包括監(jiān)察測量儀表、控制及信號器具、繼電保護(hù)裝置、自動裝置、遠(yuǎn)動裝置等。這些設(shè)備通常是由電流互感器、電壓互感器、蓄電池組或廠（所）用低壓電源供電。表明二次設(shè)備互相連接關(guān)系的電路稱為二次接線或二次系統(tǒng)。二次接線圖：原理接線圖、展開接線圖和安裝接線圖。33第33頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二4變電站的二次接線4.2原理接線圖原理接線圖：是用來表示繼電保護(hù)、測量儀表和自動裝置等工作原理的一種二次接線圖。特點：二次回路中的元件及設(shè)備以整體形式表示，同時將相互聯(lián)系的電氣部件和連線畫在同一張圖上，給人以明確的整體概念。34第34頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二4變電站的二次接線4.3展開接線圖展開接線圖（簡稱展開圖）：用來說明二次回路的動作原理，在現(xiàn)場使用極為普遍。特點：將每套裝置的有關(guān)設(shè)備部件解體，按供電電源的不同分別畫出電氣回路接線圖，如交流電流回路、交流電壓回路和直流回路分開表示。于是，同一個儀表或繼電器的電流線圈、電壓線圈和接點分別畫在不同的回路里，為了避免混淆，將同一個元件及設(shè)備的線圈和結(jié)點采用相同的文字標(biāo)號表示。35第35頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二4變電站的二次接線4.4安裝接線圖安裝接線圖是制造廠加工制造屏（屏盤）和現(xiàn)場施工安裝所必不可少的圖，也是運行試驗、檢修和事故處理等的主要參考圖。安裝接線圖包括屏面布置圖、屏背面接線圖和端子排圖三個組成部分，它們相互對應(yīng)，相互補充。屏面布置圖：說明屏上各個元件及設(shè)備的排列位置和其相互間距離尺寸的圖，要求按照一定的比例尺繪制。屏背面接線圖：在屏上配線所必需的圖，其中應(yīng)標(biāo)明屏上各設(shè)備在屏背面的引出端子之間的連接情況，以及屏上設(shè)備與端子排的連接情況。端子排圖：表示屏上需要裝設(shè)的端子數(shù)目、類型及排列次序以及它與屏外設(shè)備連接情況的圖。36第36頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二4變電站的二次接線屏背面接線圖和端子排圖必須說明導(dǎo)線從何處來，到何處去，以防接錯導(dǎo)線。我國廣泛采用“相對編號法”，例如甲、乙兩個端子需用導(dǎo)線連接起來，則在甲端子旁邊標(biāo)上乙端子的編號，而在乙端子旁邊標(biāo)上甲端子的編號；如果一個端子需引出兩根導(dǎo)線，那么，在它旁邊就標(biāo)出所要連接的兩個端子編號。37第37頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二5變電站綜合自動化簡介變電站綜合自動化系統(tǒng)的基本功能：1．監(jiān)控子系統(tǒng)。包括模擬量、開關(guān)量和電能量數(shù)據(jù)采集；事件順序記錄SOE；故障記錄；故障錄波和測距；操作控制功能；安全監(jiān)視功能；人機聯(lián)系功能；打印功能；數(shù)據(jù)處理與記錄功能；諧波分析與監(jiān)視。2．微機保護(hù)子系統(tǒng)。包括變壓器、輸電線、電容器組、母線等的保護(hù)和不完全接地系統(tǒng)的單相接地選線。3．電壓、無功綜合控制子系統(tǒng)。包括補償電容器、電抗和有載調(diào)壓變壓器等的微機電壓無功綜合控制裝置。4．電力系統(tǒng)的低頻減負(fù)荷控制。5．備用電源自投控制；6．變電站綜合自動化系統(tǒng)的通信。包括內(nèi)部現(xiàn)場級間的通信和自動化系統(tǒng)與上級調(diào)度的通信兩部分。前者有并行通信、串行通信、局域網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場總線等多種方式，后者以部頒通信規(guī)約（如POLLING、CDT等規(guī)約）與上級調(diào)度通信完成遙測、遙信、遙調(diào)、遙控等四遙功能。

38第38頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二5變電站綜合自動化簡介39第39頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二5變電站綜合自動化簡介進(jìn)線單元出線單元電容器單元變壓器單元交直流電源單元變電站層間隔層一次設(shè)備規(guī)約1當(dāng)?shù)乇O(jiān)控其他廠家設(shè)備ASM-21數(shù)字變電站管理系統(tǒng)CANHCANLASM-21數(shù)字變電站管理系統(tǒng)ASM-41ASM-21數(shù)字變電站管理系統(tǒng)ASM-21數(shù)字變電站管理系統(tǒng)ASM-21數(shù)字變電站管理系統(tǒng)ASM-21數(shù)字變電站管理系統(tǒng)ASM-21數(shù)字變電站管理系統(tǒng)規(guī)約240第40頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二6配電自動化系統(tǒng)簡介6.1問題的提出（一）問題：（1）正常檢修、新增設(shè)備的會導(dǎo)致大多數(shù)正常用戶停電，停電范圍擴大；（2）故障情況下，停電范圍擴大，一處出問題大家遭殃，事故查找困難。（3）人工抄表的電網(wǎng)各點數(shù)據(jù)不是同一天，入出電能無法平衡，管理困難。變電所母線設(shè)備檢修、變更設(shè)備故障跳閘設(shè)備正常運行41第41頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二6配電自動化系統(tǒng)簡介6.1問題的提出（二）高壓母線配電母線電站變壓器越級跳閘故障拒動越級存在問題：由于所有的操作、故障切除都由變電所的出線開關(guān)來完成，出線開關(guān)頻繁動作，開關(guān)與保護(hù)失靈拒動引起事故擴大的可能性加大。42第42頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二6配電自動化系統(tǒng)簡介6.2解決辦法（一）變電所甲變電所已在現(xiàn)有分布式負(fù)荷線路上，將線路分段，設(shè)置線路分段開關(guān)或斷路器，將輻射線路改為線路互聯(lián)，解決設(shè)備檢修、變更停電范圍擴大的問題。通過在配電線路開關(guān)上設(shè)置保護(hù)，解決變電所開關(guān)頻繁動作和切除故障范圍擴大的問題。通過系統(tǒng)參數(shù)的遙控、遙測解決經(jīng)濟運行和安全調(diào)度的問題。分段互聯(lián)保護(hù)43第43頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二6配電自動化系統(tǒng)簡介6.2解決辦法（二）在新建設(shè)的小區(qū)，通過建立開閉所或環(huán)網(wǎng)柜，解決線路多電源供電，解決設(shè)備檢修、變更停電范圍擴大的問題。提高配電可靠性。通過系統(tǒng)參數(shù)的遙控、遙測解決經(jīng)濟運行和安全調(diào)度的問題。44第44頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二6配電自動化系統(tǒng)簡介6.3配電網(wǎng)絡(luò)與超高壓線路的區(qū)別一、超高壓線路上，沒有分支，沒有負(fù)荷設(shè)備，斷路器設(shè)置在兩端二、配電網(wǎng)絡(luò)的四個基本特性，決定了不能使用超高壓網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)測量設(shè)備：斷路器沿線路鏈狀布置，沒有母線由輻射、分支、環(huán)等構(gòu)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)由多臺變壓器或配電房構(gòu)成的分布負(fù)荷多電源系統(tǒng)相位導(dǎo)致開環(huán)點存在角度差45第45頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二6配電自動化系統(tǒng)簡介6.4保護(hù)型配電終端FTU-主要功能測控功能三相電流、三相電壓、有功、無功、功率因數(shù)、頻率等開關(guān)位置、電流方向、故障信號、工作狀態(tài)等控制開關(guān)分合閘控制蓄電池充放電保護(hù)功能三段靈敏過流保護(hù)功率方向檢測過負(fù)荷保護(hù)重合閘重構(gòu)檢測非同期檢測PT斷線檢測CT斷線檢測諧波制動其他功能24小時負(fù)荷曲線記錄開關(guān)動作次數(shù)統(tǒng)計順序事件紀(jì)錄(SOE)46第46頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二6配電自動化系統(tǒng)簡介6.5饋線自動化原理（一)PFTUPFTU甲變電站10kV母線乙變電站10kV母線PFTUPFTU饋線發(fā)生故障切除故障重合閘后加速后加速檢測故障發(fā)生恢復(fù)供電永久故障47第47頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二6配電自動化系統(tǒng)簡介6.5饋線自動化原理（二)PFTUPFTU甲變電站10kV母線乙變電站10kV母線PFTUPFTU饋線發(fā)生故障切除故障重合閘隔離故障隔離故障檢測故障發(fā)生永久故障切除故障重合閘檢測故障發(fā)生檢測故障發(fā)生檢測故障發(fā)生48第48頁，共56頁，2023年，2月20日，星期二6配電自動化系統(tǒng)簡介6.5饋線自動化原理（三)PFTUPFTUPFTUPFTUPFTUPFTU甲變電站10k