電力行業(yè)學(xué)習(xí)課件：電力系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)介紹

電力系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)

介紹一次系統(tǒng)二次系統(tǒng)第一部分：一次系統(tǒng)概述第二部分：一次設(shè)備第三部分：一次主接線圖一次系統(tǒng)第一部分

一次系統(tǒng)概述一次系統(tǒng)概述電力系統(tǒng)——由發(fā)電、輸電、變電、配電和用電等環(huán)節(jié)組成的電能生產(chǎn)、傳輸與消費(fèi)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)度中心相關(guān)概念水庫水輪機(jī)汽輪機(jī)汽輪機(jī)汽輪機(jī)汽輪機(jī)水輪機(jī)鍋爐鍋爐核反應(yīng)堆核反應(yīng)堆水電站火電站核電站發(fā)電機(jī)變壓器發(fā)電機(jī)變壓器電動(dòng)機(jī)電燈動(dòng)力系統(tǒng)電力系統(tǒng)電網(wǎng)動(dòng)力部分發(fā)電環(huán)節(jié)輸電環(huán)節(jié)配電環(huán)節(jié)供電環(huán)節(jié)變電環(huán)節(jié)一次系統(tǒng)概述水電站一次系統(tǒng)概述火電站一次系統(tǒng)概述核電站一次系統(tǒng)概述風(fēng)電站輸電網(wǎng)絡(luò)輸電網(wǎng)絡(luò)一次系統(tǒng)概述變電站變電站一次系統(tǒng)概述一次設(shè)備：直接生產(chǎn)、轉(zhuǎn)換、分配電能的設(shè)備。1生產(chǎn)和轉(zhuǎn)換電能的設(shè)備：同步發(fā)電機(jī)，變壓器，電動(dòng)機(jī)2開關(guān)電器：斷路器，隔離開關(guān)，熔斷器3限流電器：串聯(lián)電抗器4載流導(dǎo)體：母線，架空線和電纜5補(bǔ)償設(shè)備：調(diào)相機(jī)，電力電容器，消弧線圈，并聯(lián)電抗器6互感器7防御過電壓設(shè)備：避雷線，避雷器，避雷針8絕緣子9接地裝置一次設(shè)備組成的系統(tǒng)成為電力一次系統(tǒng)。一次系統(tǒng)概述——為輸電線上的功率損耗正比于電流的平方。傳輸同樣的功率，提高傳輸電壓就可以降低線路電流，從而降低了線路損耗。為什么要采用高壓輸電呢？為什么常見的輸電采用交流電？——由于不便于將直流電低電壓升至高電壓進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，直流輸電曾讓位于交流輸電。變電站在電力系統(tǒng)中位置示意圖電壓等級(jí)的劃分變電站類別作用升壓變電站（電廠附近）降壓變電站（負(fù)荷中心附近）樞紐變電站（匯集多個(gè)電源）管理形式有人值守?zé)o人值守結(jié)構(gòu)形式屋外（高壓）屋內(nèi)（居民密集區(qū)、污穢嚴(yán)重區(qū)）地理?xiàng)l件地面地下作用：匯集和分配電力、控制操作、升降電壓規(guī)模電壓等級(jí)35KV110KV220KV330KV500KV變壓器總?cè)萘砍鼍€回路數(shù)第二部分

一次設(shè)備常見一次設(shè)備斷路器（CircuitBreakers）用途：接通或切斷負(fù)載結(jié)構(gòu)：SF6，真空，空氣，油，磁場(chǎng)原理：——高壓隔離開關(guān)和低壓快分開關(guān)中，采用冷卻滅弧及速拉滅弧。——有填料封閉式熔斷器，利用狹縫滅弧及冷卻滅弧；無填料封閉式熔斷器，利用速拉電弧，冷卻及增大壓力等方法滅弧?！蛪簲嗦菲?、接觸器和帶滅弧罩的刀開關(guān)，應(yīng)用串聯(lián)短弧及冷卻滅弧等方法滅弧。——SF6斷路器、壓縮空氣斷路器、油斷路器及負(fù)荷開關(guān)等廣泛利用氣體吹弧方法。——真空斷路器應(yīng)用真空的高絕緣強(qiáng)度和擴(kuò)散性能滅弧。常見一次設(shè)備常見一次設(shè)備隔離開關(guān)（Switchgear）用途：——檢修設(shè)備隔離高壓電源：用隔離開關(guān)斷口的可靠絕緣能力，將需要檢修的設(shè)備與帶電部分相互隔離。——倒換母線：在斷口兩端接近等電位的條件下，帶負(fù)荷進(jìn)行分閘、合閘；變換雙母線或其他不長的并聯(lián)線路的接線方式。——合空載電路：利用隔離開關(guān)斷口在分開時(shí)將電弧拉長和空氣的自然熄弧能力，分、合一定長度的母線、空載電纜或架空線路的電容電流（不超過5A），一定容量的變壓器的空載勵(lì)磁電流（不超過2A），以及分、合電壓互感器，避雷器和消弧線圈等回路。常見一次設(shè)備常見一次設(shè)備電壓互感器（PotentialTransformer）用途：——將一次側(cè)的高電壓按比例變?yōu)檫m合儀表或繼電器使用的額定電壓為100V的變換設(shè)備。用于隔離、保護(hù)、測(cè)量等。常見一次設(shè)備常見一次設(shè)備電流互感器（CurrentTransformer）用途：——電力系統(tǒng)廣泛采用的是電磁式電流互感器(以下簡(jiǎn)稱電流互感器)，它的工作原理和變壓器相似。特點(diǎn)：

(1)一次線圈串聯(lián)在電路中，并且匝數(shù)很少，因此，一次線圈中的電流完全取決于被測(cè)電路的負(fù)荷電流．而與二次電流無關(guān)；(2)電流互感器二次線圈所接儀表和繼電器的電流線圈阻抗都很小，所以正常情況下，電流互感器在近于短路狀態(tài)下運(yùn)行。常見一次設(shè)備常見一次設(shè)備避雷器（SurgeArrester）用途：——

一種能釋放雷電或兼能釋放電力系統(tǒng)操作過電壓能量，保護(hù)電工設(shè)備免受瞬時(shí)過電壓危害，又能截?cái)嗬m(xù)流，不致引起系統(tǒng)接地短路的電器裝置（見圖）。避雷器通常接于帶電導(dǎo)線和地之間，與被保護(hù)設(shè)備并聯(lián)。當(dāng)過電壓值達(dá)到規(guī)定的動(dòng)作電壓時(shí),避雷器立即動(dòng)作,流過電荷，限制過電壓幅值，保護(hù)設(shè)備絕緣；當(dāng)電壓值正常后，避雷器又迅速恢復(fù)原狀，以保證系統(tǒng)正常供電。常見一次設(shè)備常見一次設(shè)備變壓器（Transformer）用途：——電力變壓器是一種靜止的電氣設(shè)備，是用來將某一數(shù)值的交流電壓（電流）變成頻率相同的另一種或幾種數(shù)值不同的電壓（電流）的設(shè)備。當(dāng)一次繞組通以交流電時(shí)，就產(chǎn)生交變的磁通，交變的磁通通過鐵芯導(dǎo)磁作用，就在二次繞組中感應(yīng)出交流電動(dòng)勢(shì)。二次感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的高低與一二次繞組匝數(shù)的多少有關(guān)，即電壓大小與匝數(shù)成正比。主要作用是傳輸電能，因此，額定容量是它的主要參數(shù)。額定容量是一個(gè)表現(xiàn)功率的慣用值，它是表征傳輸電能的大小，以kVA或MVA表示，當(dāng)對(duì)變壓器施加額定電壓時(shí)，根據(jù)它來確定在規(guī)定條件下不超過溫升限值的額定電流。常見一次設(shè)備組成部件外殼鐵芯線圈變壓器油枕充油套管瓦斯繼電器防爆管散熱器呼吸器外殼接地分接開關(guān)常見一次設(shè)備組合電器（CompositeApparatus）——兩種或兩種以上的電器，按接線要求組成一個(gè)整體而各電器仍保持原性能的裝置。結(jié)構(gòu)緊湊，外形及安裝尺寸小，使用方便，且各電器的性能可更好地協(xié)調(diào)配合。按電壓高低可分為低壓組合電器及高壓組合電器。比較常見的是GIS（氣體絕緣組合電器）。常見一次設(shè)備常見一次設(shè)備第三部分

一次主接線一次系統(tǒng)主接線示意圖一次系統(tǒng)主接線示意圖二次系統(tǒng)第一部分：概述第二部分：二次系統(tǒng)組成及功能第三部分：二次系統(tǒng)的發(fā)展第一部分

概述什么是二次系統(tǒng)？一次系統(tǒng)：

對(duì)用戶供電的電路，是發(fā)電、變電和輸電的主體，包括發(fā)電機(jī)、變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、電抗器、電力電纜以及母線、輸電線路等設(shè)備，這些設(shè)備相互連接構(gòu)成一次系統(tǒng)。什么是二次系統(tǒng)？二次系統(tǒng)：

對(duì)一次系統(tǒng)實(shí)施測(cè)量、控制、調(diào)節(jié)、保護(hù)的電路，是發(fā)電、變電和輸電的測(cè)量和控制設(shè)備，包括測(cè)量?jī)x表、測(cè)控裝置、保護(hù)裝置、自動(dòng)裝置、遠(yuǎn)動(dòng)裝置……防誤設(shè)備，這些設(shè)備相互連接構(gòu)成二次系統(tǒng)。二次系統(tǒng)的作用測(cè)量：采集、顯示、記錄電壓、電流、功率電度等參數(shù)信號(hào)：采集、顯示、記錄設(shè)備狀態(tài)、告警和事故信息控制：對(duì)斷路器、電動(dòng)刀閘等設(shè)備分合操作調(diào)節(jié)：發(fā)電機(jī)功率調(diào)節(jié)、變壓器調(diào)壓、無功補(bǔ)償?shù)缺Ｗo(hù)：在系統(tǒng)或設(shè)備異?；蚬收蠒r(shí)自動(dòng)切除相關(guān)部分自動(dòng)裝置：自動(dòng)重合閘、自動(dòng)準(zhǔn)同期、備用電源自投等第二部分

二次系統(tǒng)組成總體組成用輸、變CT/PTCT/PT發(fā)CT/PT配CT/PTCT/PT運(yùn)行監(jiān)視設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視視頻及環(huán)境監(jiān)視人工控制遠(yuǎn)動(dòng)通信電壓無功控制運(yùn)行缺陷管理……運(yùn)行監(jiān)視設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視脫硫監(jiān)視廠內(nèi)AGC遠(yuǎn)動(dòng)通信……用電監(jiān)視負(fù)荷管理終端…..運(yùn)行監(jiān)視設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視故障定位運(yùn)行缺陷管理遠(yuǎn)動(dòng)通信……安穩(wěn)運(yùn)行監(jiān)視狀態(tài)估計(jì)負(fù)荷預(yù)測(cè)人工控制直流功率自動(dòng)控制運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)管控運(yùn)行計(jì)劃管理……保護(hù)運(yùn)行監(jiān)視在線穩(wěn)定計(jì)算自動(dòng)電壓控制保護(hù)定值i計(jì)算電能質(zhì)量監(jiān)視設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視低頻振蕩監(jiān)視雷電監(jiān)視潮流計(jì)算自動(dòng)發(fā)電控制運(yùn)行缺陷管理發(fā)電監(jiān)視調(diào)度主站（網(wǎng)、省、地、縣）通信（調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)）發(fā)電廠自動(dòng)化系統(tǒng)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)配電自動(dòng)化系統(tǒng)用戶終端功能架構(gòu)二次系統(tǒng)界面示意圖二次系統(tǒng)界面示意圖二次系統(tǒng)界面示意圖二次系統(tǒng)界面示意圖二次系統(tǒng)界面示意圖變電站自動(dòng)化系統(tǒng)界面示意圖變電站自動(dòng)化系統(tǒng)界面示意圖第三部分

二次系統(tǒng)的發(fā)展55二次系統(tǒng)發(fā)展繼電保護(hù)從電磁型，經(jīng)整流型、晶體管型、集成電路型，至上世紀(jì)90年代中后期普遍使用微機(jī)型。多個(gè)繼電器共同構(gòu)成，接線復(fù)雜，采樣值離散性大，時(shí)間繼電器精度百毫秒級(jí)。計(jì)算機(jī)（Computer）技術(shù)促進(jìn)了二次系統(tǒng)的發(fā)展由單一裝置實(shí)現(xiàn)所需功能，屏內(nèi)配線清晰，采樣值精確度大幅提高，時(shí)間繼電器精度提高到毫秒級(jí)。通信計(jì)算機(jī)（Computer）技術(shù)促進(jìn)了電力系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化、智能化水平早期廠站通過儀表盤、模擬屏顯示廠站運(yùn)行工況，調(diào)度員和廠站運(yùn)行人員通過電話溝通運(yùn)行情況?，F(xiàn)在通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中展示廠站運(yùn)行工況，將有功、無功、電壓、開關(guān)、刀閘等運(yùn)行信息實(shí)時(shí)發(fā)送給調(diào)度中心，調(diào)度對(duì)廠站實(shí)施遠(yuǎn)方控制能力更強(qiáng)，范圍更廣，電廠/變電站控制更加精細(xì)化。儀表盤+模擬屏計(jì)算機(jī)中控臺(tái)二次系統(tǒng)發(fā)展通信通信（Communication）技術(shù)的發(fā)展，使得電力系統(tǒng)大范圍快速調(diào)整與控制成為可能二次系統(tǒng)發(fā)展通信技術(shù)經(jīng)電力線載波、微波，至上世紀(jì)90年代中后期，光纖通信技術(shù)趨于成熟并得到廣泛應(yīng)用。通信帶寬由載波設(shè)備64kbps發(fā)展至光纖通信10Gbps以上，傳輸帶寬提升15萬倍。先進(jìn)通信技術(shù)為復(fù)雜的安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)、PMU等高速采集業(yè)務(wù)，提供更快、更寬、更可靠的通信服務(wù)。主網(wǎng)安穩(wěn)系統(tǒng)配置示例WAMS曲線示例2010年12月2日07:22:29南方電網(wǎng)主網(wǎng)發(fā)生低頻振蕩，觸發(fā)設(shè)備為羅百二線。上圖分別為07:22:00-07:25:59期間PMU曲線發(fā)電機(jī)組均安裝了一次調(diào)頻裝置，響應(yīng)速度小于3S；調(diào)度機(jī)構(gòu)配置了AGC功能（二次調(diào)頻）；二者協(xié)調(diào)配合。調(diào)度主站和廠站實(shí)施AVC協(xié)調(diào)控制，保障電壓安全，降低網(wǎng)損。電網(wǎng)頻率龍灘電廠出力二次系統(tǒng)發(fā)展通信現(xiàn)代控制（Control）技術(shù)在電力系統(tǒng)深化應(yīng)用，使大規(guī)模甚至超大規(guī)模電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行成為可能二次調(diào)頻一次調(diào)頻多級(jí)AVC協(xié)調(diào)框圖示例通信電網(wǎng)的發(fā)展對(duì)電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)計(jì)算分析提出新要求大電網(wǎng)綜合防御系統(tǒng)：通過安全穩(wěn)定綜合防御技術(shù)對(duì)電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況進(jìn)行在線安全評(píng)估，實(shí)現(xiàn)了大電網(wǎng)安全穩(wěn)定的實(shí)時(shí)監(jiān)視和預(yù)警；實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)運(yùn)行策劃、實(shí)施控制、事后風(fēng)險(xiǎn)3個(gè)時(shí)間尺度的應(yīng)用。電網(wǎng)發(fā)展對(duì)二次系統(tǒng)提出的新要求在線安全綜合評(píng)估及預(yù)警預(yù)想事故斷面極限分析電網(wǎng)發(fā)展對(duì)二次系統(tǒng)提出的新要求電網(wǎng)的發(fā)展對(duì)一次設(shè)備和運(yùn)行環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提出新要求設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：通過安裝在變電設(shè)備上的傳感器，將采集到的變壓器、斷路器油氣成分、含量、局部放電等信號(hào)變換為電信號(hào)，并送到主站進(jìn)行分析環(huán)境監(jiān)視系統(tǒng)：雷電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過采集三個(gè)雷電探測(cè)站測(cè)量到的電磁波的強(qiáng)度和方向信息以及到達(dá)探測(cè)站的時(shí)間信息，計(jì)算出雷電放電點(diǎn)、雷電流幅值以及雷電流極性。覆冰檢測(cè)系統(tǒng)通過采集拉力、溫度、濕度、風(fēng)速、導(dǎo)線傾角傳感器和攝制圖像等手段，采集導(dǎo)線張力、傾角數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)，推算覆冰厚度和發(fā)展趨勢(shì)電網(wǎng)的發(fā)展要求對(duì)企業(yè)的經(jīng)營狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)：傳統(tǒng)機(jī)械表僅實(shí)現(xiàn)本地電能計(jì)量和讀數(shù)的功能，新型電子式智能電表可以實(shí)現(xiàn)分時(shí)段計(jì)量、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳、本地結(jié)算、自動(dòng)分合閘等功能，并能在此基礎(chǔ)上建設(shè)計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)，可以分析全社會(huì)各類企業(yè)經(jīng)營狀況提供了可能。1.3電網(wǎng)發(fā)展對(duì)二次系統(tǒng)提出的新要求機(jī)械表電子表網(wǎng)損分析系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)網(wǎng)損在線計(jì)算與監(jiān)控，在連續(xù)保存全息數(shù)據(jù)斷面基礎(chǔ)上，進(jìn)行各種降損方式模擬計(jì)算，有效提高網(wǎng)損統(tǒng)計(jì)工作效率，對(duì)電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行管理提供輔助決策。通信社會(huì)進(jìn)步對(duì)電網(wǎng)的節(jié)能、減排、電能質(zhì)量等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提出了新要求節(jié)能環(huán)保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：通過傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)煙氣中SO2含量，監(jiān)測(cè)鍋爐燃燒熱值，測(cè)算發(fā)電和標(biāo)煤消耗比例。電網(wǎng)發(fā)展對(duì)二次系統(tǒng)提出的新要求電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：通過將實(shí)時(shí)測(cè)量的電壓波形信號(hào)回傳到主站，進(jìn)行分析，得到諧波、三相電壓不平衡度、電壓波動(dòng)和閃變、電壓偏差、頻率偏差等指標(biāo)。二次系統(tǒng)現(xiàn)狀—主站端通信主站二次系統(tǒng)網(wǎng)公司示例（2012年統(tǒng)計(jì)，37套系統(tǒng)）系統(tǒng)運(yùn)行部27套系統(tǒng)一次設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)雷電定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)線路覆冰監(jiān)測(cè)系統(tǒng)電能計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)配變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)低壓集抄系統(tǒng)負(fù)荷管理系統(tǒng)應(yīng)急指揮系統(tǒng)變電站視頻監(jiān)視系統(tǒng)能量管理系統(tǒng)保信主站系統(tǒng)WAMS主站系統(tǒng)安穩(wěn)主站系統(tǒng)….遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)視頻及環(huán)境監(jiān)控站端保信子站PMU集中器電能計(jì)量遙測(cè)終端電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)終端設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)終端負(fù)荷管理終端配變監(jiān)測(cè)終端雷電通信終端低壓集抄終端安穩(wěn)子站覆冰采集終端遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)視頻及環(huán)