電力系統(tǒng)基礎(chǔ)知識

電力基礎(chǔ)知識

懷朔風(fēng)電場劉立強(qiáng)1當(dāng)前第1頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)2什么是電力系統(tǒng)？當(dāng)前第2頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)3

電力網(wǎng)：電力系統(tǒng)中各種電壓的變電所及輸配電線路組成的統(tǒng)一體。電力系統(tǒng)：由發(fā)電廠中的電氣部分、各類變電所及輸電、配電線路及各種類型的用電設(shè)備組成的統(tǒng)一體，稱為電力系統(tǒng)。具體組成如下：發(fā)電廠：生產(chǎn)電能。電力網(wǎng)：變換電壓、傳送電能。由變電所和電力線路組成。配電系統(tǒng)：將系統(tǒng)的電能傳輸給電力用戶。電力用戶：高壓用戶額定電壓在1kV以上，低壓用戶額定電壓在1kV以下。用電設(shè)備：消耗電能。

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(jī)和水力發(fā)電廠的水庫、水輪機(jī)以及核動力發(fā)電廠的反應(yīng)堆等）包含在內(nèi)的系統(tǒng)。通常，將發(fā)電廠電能送到負(fù)荷中心的線路叫輸電線路。負(fù)荷中心至各用戶的線路叫配電線路。負(fù)荷中心一般設(shè)變電站

。當(dāng)前第3頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)4G~M~M~電力網(wǎng)電力系統(tǒng)動力系統(tǒng)發(fā)電廠發(fā)電機(jī)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)備當(dāng)前第4頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)電氣部分聲明：內(nèi)部資料請匆轉(zhuǎn)載電氣的本意就是電，也就是：帶電的、生產(chǎn)和使用電能的，與電相關(guān)的。對于電氣部分可以泛泛地理解為：由所有帶電設(shè)備及其附屬設(shè)備所組成的全部。包括風(fēng)電場在內(nèi)的各類發(fā)電廠站、實(shí)現(xiàn)電壓等級變換和能量輸送的電網(wǎng)、消耗電能的各類設(shè)備（用戶或負(fù)荷）共同構(gòu)成了電力系統(tǒng)。電力系統(tǒng)就是用于生產(chǎn)、傳輸、變換、分配和消耗電能的系統(tǒng)。各個環(huán)節(jié)的帶電部分統(tǒng)稱為其各自的電氣部分。當(dāng)前第5頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)電氣設(shè)備當(dāng)前第6頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)電氣設(shè)備聲明：內(nèi)部資料請匆轉(zhuǎn)載電力系統(tǒng)的生產(chǎn)運(yùn)行，是通過各種電氣設(shè)備來實(shí)現(xiàn)的。電氣設(shè)備的功能各不相同，分為：一次設(shè)備和二次設(shè)備。一次設(shè)備即生產(chǎn)、變換、輸送、分配和使用電能的設(shè)備，有發(fā)電機(jī)、變壓器、開關(guān)設(shè)備、輸電線路、接地裝置等。二次設(shè)備是指對一次系統(tǒng)進(jìn)行測量、控制、監(jiān)視和保護(hù)的設(shè)備，有互感器、測量儀表、繼電保護(hù)等。當(dāng)前第7頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)一次設(shè)備聲明：內(nèi)部資料請匆轉(zhuǎn)載①生產(chǎn)和轉(zhuǎn)換電能的設(shè)備發(fā)電機(jī)－機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能；當(dāng)前第8頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)一次設(shè)備聲明：內(nèi)部資料請匆轉(zhuǎn)載①生產(chǎn)和轉(zhuǎn)換電能的設(shè)備發(fā)電機(jī)－機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能；電動機(jī)－電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；鼠籠型異步電動機(jī)當(dāng)前第9頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)一次設(shè)備聲明：內(nèi)部資料請匆轉(zhuǎn)載①生產(chǎn)和轉(zhuǎn)換電能的設(shè)備發(fā)電機(jī)－機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能；電動機(jī)－電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；變壓器－電壓升高或降低，滿足輸配電需要。當(dāng)前第10頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)PicturesofTransformers當(dāng)前第11頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)PicturesofTransformers當(dāng)前第12頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)PicturesofTransformers當(dāng)前第13頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)一次設(shè)備聲明：內(nèi)部資料請匆轉(zhuǎn)載②接通或斷開電路的開關(guān)電器

斷路器－正常時用來接通和斷開負(fù)荷電流；

故障時受繼電保護(hù)控制，將電路自動斷開。當(dāng)前第14頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)聲明：內(nèi)部資料請匆轉(zhuǎn)載少油斷路器當(dāng)前第15頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)罐式及磁柱式SF6斷路器當(dāng)前第16頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)一次設(shè)備聲明：內(nèi)部資料請匆轉(zhuǎn)載②接通或斷開電路的開關(guān)電器

斷路器－正常時用來接通和斷開負(fù)荷電流；

故障時受繼電保護(hù)控制，將電路自動斷開。

隔離開關(guān)－將一次設(shè)備與帶電部分可靠隔離，沒有滅弧裝置，只有在斷路器斷開后，才能接通和斷開隔離開關(guān)。當(dāng)前第17頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)聲明：內(nèi)部資料請匆轉(zhuǎn)載低壓真空隔離開關(guān)當(dāng)前第18頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)

當(dāng)前第19頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)

當(dāng)前第20頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)一次設(shè)備聲明：內(nèi)部資料請匆轉(zhuǎn)載②接通或斷開電路的開關(guān)電器

斷路器－正常時用來接通和斷開負(fù)荷電流；

故障時受繼電保護(hù)控制，將電路自動斷開。

隔離開關(guān)－將一次設(shè)備與帶電部分可靠隔離，沒有滅弧裝置，只有在斷路器斷開后，才能接通和斷開隔離開關(guān)。

熔斷器－

接觸器－當(dāng)前第21頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)聲明：內(nèi)部資料請匆轉(zhuǎn)載高壓跌落式熔斷器負(fù)荷開關(guān)及熔斷器當(dāng)前第22頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)一次設(shè)備聲明：內(nèi)部資料請匆轉(zhuǎn)載③

限制故障電流和防御過電壓的電器

電抗器－限制短路電流，維持母線殘壓。

避雷器－防御過電壓。④接地裝置：與地中的接地網(wǎng)相連電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的工作接地，保護(hù)人身安全的保護(hù)接地。當(dāng)前第23頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)一次設(shè)備聲明：內(nèi)部資料請匆轉(zhuǎn)載⑤載流導(dǎo)體：將電氣設(shè)備連接起來分為硬導(dǎo)體和軟導(dǎo)體。當(dāng)前第24頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)一次設(shè)備聲明：內(nèi)部資料請匆轉(zhuǎn)載⑤載流導(dǎo)體：將電氣設(shè)備連接起來

母線－匯集和分配電能。當(dāng)前第25頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)一次設(shè)備聲明：內(nèi)部資料請匆轉(zhuǎn)載當(dāng)前第26頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)一次設(shè)備聲明：內(nèi)部資料請匆轉(zhuǎn)載⑤載流導(dǎo)體：將電氣設(shè)備連接起來

母線－匯集和分配電能。

架空線－終端線、聯(lián)絡(luò)線。當(dāng)前第27頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)當(dāng)前第28頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)一次設(shè)備聲明：內(nèi)部資料請匆轉(zhuǎn)載⑤載流導(dǎo)體：將電氣設(shè)備連接起來

母線－匯集和分配電能。

架空線－終端線、聯(lián)絡(luò)線。

電纜－城市、廠站內(nèi)部或附近、穿越江河或海峽時使用。當(dāng)前第29頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)二次設(shè)備聲明：內(nèi)部資料請匆轉(zhuǎn)載①儀用互感器：將電路中高電壓或大電流轉(zhuǎn)換成低電壓、小電流，

供給儀表和保護(hù)裝置使用主要是：電壓互感器PT，電流互感器CT

。當(dāng)前第30頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)聲明：內(nèi)部資料請匆轉(zhuǎn)載電流互感器電壓互感器當(dāng)前第31頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)二次設(shè)備聲明：內(nèi)部資料請匆轉(zhuǎn)載②測量表計：測量電路中的電氣參數(shù)例如：電壓表，電流表，功率因數(shù)表。當(dāng)前第32頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)當(dāng)前第33頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)當(dāng)前第34頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)二次設(shè)備聲明：內(nèi)部資料請匆轉(zhuǎn)載③繼電保護(hù)及自動裝置：迅速反應(yīng)不正常情況并進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)節(jié)④直流電源設(shè)備：供給控制、保護(hù)和廠用直流負(fù)荷、事故照明例如：直流發(fā)電機(jī)組，蓄電池組，硅整流設(shè)備⑤操作電器、信號設(shè)備及控制電纜當(dāng)前第35頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)聲明：內(nèi)部資料請匆轉(zhuǎn)載一次設(shè)備相互連接構(gòu)成了傳輸能量的一次系統(tǒng)。二次設(shè)備相互連接構(gòu)成了監(jiān)控保護(hù)的二次系統(tǒng)。當(dāng)前第36頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)電氣接線在發(fā)電廠和變電站中，根據(jù)電氣設(shè)備的作用和具體要求，按照一定方式由導(dǎo)體連接形成的傳輸能量（一次部分）和信號（二次部分）的電路，稱為電氣接線。對這個電路的圖形描述被稱為一次接線圖（又稱電氣主接線圖）和二次回路圖。當(dāng)前第37頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)電氣主接線圖主接線圖是一種單線圖，由規(guī)定的電氣設(shè)備圖形符號和文字符號組成，按照工作順序排列，詳細(xì)表示系統(tǒng)中的全部電氣設(shè)備(或成套裝置)及其連接關(guān)系。當(dāng)前第38頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)電氣主接線的圖形符號當(dāng)前第39頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)（1）最基本的一次設(shè)備一次設(shè)備的圖形符號當(dāng)前第40頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)看一個簡化的發(fā)電廠電氣系統(tǒng)示意圖

一次設(shè)備的圖形符號當(dāng)前第41頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)（2）開關(guān)設(shè)備一次設(shè)備的圖形符號當(dāng)前第42頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)一次設(shè)備的圖形符號變電站的主接線圖

當(dāng)前第43頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)（3）防雷和接地設(shè)備一次設(shè)備的圖形符號當(dāng)前第44頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)（4）互感器一次設(shè)備的圖形符號當(dāng)前第45頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)主要電氣一次設(shè)備的圖形符號

當(dāng)前第46頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)風(fēng)電場電氣部分的構(gòu)成當(dāng)前第47頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)風(fēng)電場的電氣部分的構(gòu)成聲明：內(nèi)部資料請匆轉(zhuǎn)載由于風(fēng)電場自身的電氣特點(diǎn)，風(fēng)電場電氣部分與常規(guī)發(fā)電廠站的電氣部分也不盡相同。風(fēng)電場的電氣部分也是由一次部分和二次部分共同組成，這一點(diǎn)和常規(guī)發(fā)電廠站是一樣的。二次部分將在后面介紹，這里主要介紹電氣一次系統(tǒng)。當(dāng)前第48頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)風(fēng)電場的電氣部分的構(gòu)成123457689風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng)示意圖1風(fēng)機(jī)葉輪，2傳動裝置，3發(fā)電機(jī)，4變流器，5機(jī)組升壓變壓器，6、升壓站中的配電裝置

7升壓站中的升壓變壓器，8升壓站中的高壓配電裝置，9架空線路當(dāng)前第49頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)風(fēng)電場的電氣部分的構(gòu)成聲明：內(nèi)部資料請匆轉(zhuǎn)載根據(jù)在電能生產(chǎn)過程中的整體功能，風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng)可以分為四個主要部分： 風(fēng)電機(jī)組、 集電系統(tǒng)、 升壓站、 廠用電系統(tǒng)。當(dāng)前第50頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)風(fēng)電場的電氣部分的構(gòu)成聲明：內(nèi)部資料請匆轉(zhuǎn)載風(fēng)電機(jī)組，除了風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)以外，還包括電力電子換流器（有時也稱為變頻器）和對應(yīng)的機(jī)組升壓變壓器。目前，風(fēng)電場的主流風(fēng)力發(fā)電機(jī)本身輸出電壓為690V，經(jīng)過機(jī)組升壓變壓器將電壓升高到10kV或35kV。當(dāng)前第51頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)風(fēng)電場的電氣部分的構(gòu)成聲明：內(nèi)部資料請匆轉(zhuǎn)載集電系統(tǒng)將風(fēng)電機(jī)組生產(chǎn)的電能按組收集起來。分組采用位置就近原則，每組風(fēng)電機(jī)組的數(shù)目大體相同。同組各臺機(jī)組輸出(升壓后)一般可由電纜線路直接并聯(lián)，匯集為一條10kV或35kV架空線路輸送到升壓變電站。采用地下電纜還是架空線，還要看風(fēng)電場的具體情況。當(dāng)前第52頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)風(fēng)電場的電氣部分的構(gòu)成聲明：內(nèi)部資料請匆轉(zhuǎn)載升壓變電站的主變壓器將集電系統(tǒng)匯集的電能再次升高。達(dá)到一定規(guī)模的風(fēng)電場一般可將電壓升高到110kV或220kV接入電力系統(tǒng)。對于規(guī)模更大的風(fēng)電場，例如百萬千瓦級的特大型風(fēng)電場，還可能需要進(jìn)一步升高到500kV或更高。當(dāng)前第53頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)風(fēng)電場的電氣部分的構(gòu)成聲明：內(nèi)部資料請匆轉(zhuǎn)載風(fēng)電機(jī)組發(fā)出的電能并不是全都送入電網(wǎng)，有一部分在風(fēng)電場內(nèi)部就用掉了。風(fēng)電場的廠用電，也就是風(fēng)電場內(nèi)用電的部分，包括：維持風(fēng)電場正常運(yùn)行及安排檢修維護(hù)等生產(chǎn)用電，風(fēng)電場運(yùn)行維護(hù)人員在風(fēng)電場內(nèi)的生活用電等。當(dāng)前第54頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)電氣系統(tǒng)的一些基本概念當(dāng)前第55頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)電氣主接線圖的作用聲明：內(nèi)部資料請匆轉(zhuǎn)載以單線圖的方式詳細(xì)地表示電氣設(shè)備(或成套裝置)的全部基本組成和連接關(guān)系；可表明具體廠站的電能匯集和分配關(guān)系及相關(guān)運(yùn)行方式?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)是三相交流電力系統(tǒng)，而電氣主接線圖主要是以單相圖的形式來表征三相電路；對于某些需要表示接線特征的設(shè)備則要表示其三相特征，比如：變壓器、電壓互感器和電流互感器等。當(dāng)前第56頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)電源和負(fù)荷聲明：內(nèi)部資料請匆轉(zhuǎn)載電源是提供電能的電氣部分；負(fù)荷是接受電能的電氣部分。風(fēng)電場中，風(fēng)電機(jī)組是電源，升壓變壓器是它的負(fù)荷。通常認(rèn)為相對于需要分析的具體電氣設(shè)備，能為其提供電能的相關(guān)設(shè)備即為其電源。注意：電源和負(fù)荷是相對的概念。同一條線路，在作不同的分析時，可能是負(fù)荷的電源，也可能是電源的負(fù)荷。在分析主接線時，要將它們看作是帶電的。發(fā)電機(jī)、變壓器、線路都有可能作為電源。當(dāng)前第57頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)電源和負(fù)荷聲明：內(nèi)部資料請匆轉(zhuǎn)載向負(fù)荷可靠供電是電力系統(tǒng)的首要要求，由于不同負(fù)荷斷電后在政治、經(jīng)濟(jì)上所造成的損失或影響程度不同，可將電力負(fù)荷分為不同等級。不同的電力負(fù)荷，所要求的供電可靠性不同，因而對供電電源的要求也不同。當(dāng)前第58頁\共有64頁\編于星期三\5點(diǎn)設(shè)備的工作狀態(tài)聲明：內(nèi)部資料請匆轉(zhuǎn)載安裝使用的電氣設(shè)備，有四種工作狀態(tài)：運(yùn)行狀態(tài)：電氣設(shè)備的斷路器、隔離開關(guān)都在合閘位置；熱備用狀態(tài)：設(shè)備只斷開