电力课程特点

1、课程特点： 电力综合自动化是一门有关电力系统自动化应用背景知识的课程，其目的是学生通过学习本课程，除了能够对监控和调度自动化有完整、系统的了解和认识外，还能学习和了解电气量的采集，处理、变换的基本方法，以及电力通信系统的构成、信息的传输等相关内容。为面向电力系统解决电力通信系统可靠性传输所存在的问题打下基础。 课程主要内容：电力系统基础知识、电网监控与调度自动化概述、交流数据采集与处理、 远动终端、数据通信系统、变电站自动化、DMS、EMS介绍电力系统的基本知识一、能源与发电厂（一）能源1、一次能源：煤炭、石油、水利等随自然界演化生成的动力资源，是能源的直接提供者。2、二次能源：有一次能源转化

2、而成的，如电能。（电能是电力系统实现电能生产、输送、分配和使用的物质流。）（二）电力系统的组成 发电 输电 变电 配电 用电1、电力系统：是由生产、输送、分配和消费电能的各种电气设备连接在一起而组成的整体，称为电力系统。 2、电力网：电力系统中输送和分配电能的部分叫电力网，它包括升、降压变压器和各种电压等级的电力线路。 3、动力系统：动力系统：指电力系统加上发电厂的“动力部分”。 “动力部分”包括水力发电厂的水库、水轮机，热力发电厂的锅炉、汽轮机、热力网和用电设备，以及核电厂的反应堆等等。 电力网：按其在电力系统中的作用不同，分为输电网和配电网«输电网：通常，将发电厂电能送到负荷中心

3、的线路叫输电线路。电压等级在220kV以上«配电网：直接将电能送到客户的网络。 高压配电网：电压等级在110kV及以上的网络 中压配电网：电压等级在35kV、10kV、6kV、3kV的网络 低压配电网：电压等级在220V、380V的网络 电力网：按电压等级的高低、供电范围的大小可分为： «地方电力网：是指电压35kv及以下，供电半径在2050km以内的电力网。 一般企业、工矿和农村乡镇配电网属于此类型 «区域电力网：是指电压35kv以上，供电半径超过50km，联系较多发电厂的电力网。目前我国电压为110220kV的电力网就属于这种类型。 «超高压远距离输

4、电网：电压等级为33050kv的网络，一般是由远距离输电线路连接而成的。它的主要任务是把远方电厂生产的电能输送到负荷中心，同时还联系若干区域电力网形成跨省、跨地区的大型电力系统。（三）发电厂1、发电厂：是生产电能的工厂，担负着把不同类型的一次能源转换成电能的任务。它是由动力部分（水库、水轮机、锅炉、汽轮机等）和电气部分（发电机、变压器等）构成一个统一的单元制系统。2、分类：按所使用能源的不同，可分为：火力发电厂、水力发电厂、核电厂、风力发电厂、太阳能发电厂、地热发电厂、潮汐发电厂 1)火力发电厂：将煤、油、天然气或其它燃料的化学能转换成电能的工厂。 主要由燃烧、汽水、电气系统三部分组成；可分为

5、凝气式火电厂和热电厂两类 ；通常运行寿命25年。2)水电厂：利用水能发电，可分为堤坝式、径流式（如葛洲坝）、抽水畜能三类；水轮机组工作灵活，能迅速适应负荷急剧变化，一般从机组启动、并网到带负荷只需几分钟即可完成；通常运行寿命50年。 3)核电厂：利用核能发电的核动力电厂4)风力发电厂 发电过程是：风力使旋转叶片转子转换风力的动能转变为机械能再通过升速装置驱动发电机发出电能。5)地热发电 地热发电就是利用地表深处的地热能来生产电能，与大电厂相似，只是向地热中取代锅炉设备，将地热蒸汽从地热中引出送入汽轮机带动发电机发电。6)潮汐发电 潮汐发电是利用海水涨潮，落潮中的动能、势能来生产电能，需建设拦潮

6、大坝。一般为双向潮汐发电厂，涨潮及退潮时均可发电。 太阳能、风能、地热能、潮汐能等新能源都属于清洁，廉价和可再生能源，是未来的主要能源，因此，加强新能源发电的开发力度，加快新能源发电的步伐，是世界各国共同的发展趋势。（四）变电站 是联系发电厂和用户的中间环节，起着汇集电源、升降电压、交换和分配电能的作用。分类：根据其在电力系统中的地位（1）枢纽变电站： 位于电力系统的枢纽点，高压侧为330kv500kv，连接系统高压和中压的几个部分，汇集多个电源，一旦全站停电，将引起整个系统解列，甚至部分系统崩溃。（2）中间变电所： 是指交换潮流或使长距离输电线路分段为主，同时降低电压给所在区域负荷的变电所。

7、一般汇集23个电源，电压为220330kv。全所一旦停电后，将引起区域电力网解列。（3）区域变电所： 是一个地方的主要变电所。地区变电所是一向地区或城市用户供电为主，高压侧电压一般为110220kv。全所一旦停电后，将引起该地区中断供电。（4）终端变电所： 是在输电线路的终端，连接负荷电，直接向用户供电，高压侧电压为10110kv。全所一旦停电后，将使用户中断供电。二、电力系统运行的特点和要求（一）电能的优点（1）电能可以很方便地转换成其他形式的能。（2）电能便于生产、输送、分配、使用和易于控制。（3）自然界中具有丰富的电力资源。（二）电力系统的特点（1）电能不能大量储存:电能的生产、输送、分

8、配和使用可以说是在同一时刻完成的。所以产销平衡是电能生产最大的特点。（2）暂态过程十分迅速:电能是以电磁波的形式传播，传播速度为300km/ms。（3）电能与国民经济各部门密切相关（三）对电力系统运行的基本要求（1）保证供电可靠性 电力系统以运行首先要满足可靠、不间断供电的要求。但并非所有负荷都绝对不能停电，一般按负荷对供电可靠性要求分三级，运行人员可根据负荷的重要程度不同，区别对待。电力系统的负荷 电力系统中所有用电设备消耗的功率称为电力系统的负荷。 可将负荷分为三级：第一级负荷 中断供电的后果极为严重，采用双电源供电；第二级负荷 大量减产，生活受影响；第三级负荷 短时供电中断不会形成重大影

9、响。（2）保证良好的的电能质量 衡量电能质量的主要指标： 电压：一般不应超过额定电压的±5%。 频率：我国采用的额定频率为50Hz，允许偏差不超过±（0.20.5）Hz 波形：通常要求电力系统供电电压（或电流）的波形应为正弦波。电压波动和闪变不超过 2% 2.5%（3）保证系统运行的经济性（4）尽可能减小对生态环境的有害影响即：安全、优质、经济、环保三、电 力 系 统 的 电 压 等 级1、电力系统个元件的额定电压 各种用电设备及电力设备都是按一定的标准电压和标准频率设计和制造的。这个标准电压就称为额定电压。 各国根据本国情况不同，制定不同的额定电压和额定电流。因为我国电力

10、系统的工频频率为50Hz，所以只讨论额定电压。 从设备制造及运行管理考虑，额定电压等级不宜过多，等级差不宜过小。所以我国规定的各种电气设备的额定电压，按电压的高低分成三类。 第一类：100v以下的额定电压，主要用于安全照明、蓄电池及开关设备的直流操作电源。 第二类：100v以上及1000v以上额定电压。主要用于一般电力负荷及照明设备。 第三类：1000v以上的额定电压，主要用于发电机、变压器等设备。 同一电压等级中，各种电气设备的额定电压并不相同，这是由于它们在电力系统中所处的地位不同而引起的，所以各种电气设备的额定电压之间有一个相互配合的问题。2、设备额定电压设定的基本原则 额定电压：发电机

11、、变压器、用电设备等正常运行时最经济的电压在同一电压等级中，电力系统的各个环节（发电机、变压器、电力线路、用电设备）的额定电压各不相同。某一级的额定电压是以用电设备为中心而定的。用电设备的额定电压是其他元件的参考电压。用电设备端压允许在额定电压UN的5%内波动输电线路的额定电压为线路的平均电压 UN(1+5%)+UN(1-5%)/2=UN发电机的额定电压 UN(1+5%)变压器的额定电压为变压器两侧的额定电压，以变比表示为 k= U1N / U2N一次侧直接与发电机相连： U1N = UN(1+5%)<35kv 联络（相当于用电设备）： U1N = UN二次侧相当于发电机空载 U2N =

12、 UN(1+5%) 带负载 U2N = UN(1+10%)（内部压降约5%）Us%<7.5或直接连负载时U2N = UN(1+5%)3、高压输电的原因 因为三相交流输电线路传输的有功功率P=3UIcos。当P一定时U越高，线路中的电流就可以越小，所用导线的截面积可以减少，用于导线的投资也越小，同时线路中的功率损耗、电能损耗也相应减少。但电压等级越高，线路的绝缘要求越高，投资越高。电力网的接线方式： 开环电力网 闭环电力网电 力 线 的 结 构1、分类按结构可分为：架空线 电缆线 架空线导线和避雷线架设在露天的线路杆塔上，电力电缆一般直接埋设在地下。2、架空线1）组成：导线 避雷线 绝缘子

13、 金具 杆塔等 2）各组成部分作用 （1）导线：用来传到电流，担任传送电能的任务。材料有铜、铝、铝合金，特殊情况下也用钢。 （2）避雷线：用来将雷电流引入大地，以保护电力线免遭直击雷的破坏。一般用钢线，某些情况下用铝包钢线 （3）杆塔：用来支撑导线和避雷线，是导线与导线，导线与大地之间保持一定的安全距离。按使用目的不同，可分为承力杆塔、直线杆塔、转角杆塔、终端杆塔和特殊杆塔。 （4）绝缘子：用来使导线和杆塔之间保持猪狗的绝缘距离。主要有针式和悬式两种。 （5）金具：用以连接导线，使导线固定在绝缘子上，并将护线条和绝缘子固定在杆塔上。3、电缆线路 其结构主要由三个部分组成：导体 绝缘层 保护包皮

14、 一次系统、二次系统一、一次设备 电力系统按其作用的不同可分为一次系统和二次系统，其中担负电能输送和分配任务的系统称为一次系统（或一次回路），一次系统中的所有电气设备，称为一次设备。 对一次系统进行监视，控制，测量和保护的系统，称为二次系统（或二次回路），二次系统中的所有电气设备，称为二次设备。 1、一次设备按其功能可分为以下几类：（1）变换电压或电流的设备 如：电力变压器、电流互感器、电压互感器；（2）接通或开断电路的开关设备 如：断路器，隔离开关，负荷开关；（3）防御过电压和限制故障电流的保护设备 如：熔断器，避雷器，电抗器等；（4）无功补偿设备 如：电力电感器，静止补偿器；（5）成套配电

15、装置 如:变压开关柜，低压配电屏等。2、一次系统（1） 电气主接线 电气主接线又叫一次接线，是由各开关电器、变压器、互感器、线路、电抗器、母线等按一定顺序连接而成的接受和分配电能的总电路。 电气主接线的设计应满足以下基本要求：安全 保证在进行任何切换操作时人身和设备的安全；可靠 应满足各级电力负荷对供电可靠性的要求；灵活 应能适应各种运行方式下的操作，检修和维护；经济 在满足以上前提下，主接线要求简单，经济。3、主接线的基本形式（有汇流母线）1） 单母线接线2） 单母线分段接线3) 单母线带旁母接线4）单母分段带旁母6）双母线接线7） 双母线分段接线8） 双母线带旁母9） 一台半断路器接线（3

16、/2接线）10） 台断路器接线4、主接线的基本形式（无汇流母线）1） 单元接线：发电机与变压器直接连接成一个 单元，组成发电机-变压器组2）桥形接线 内桥跨接桥在变压器侧，桥断路器在线路断路器之内，与变压器之间为隔离开关； 外桥跨接桥靠近线路侧，桥断路器在线路断路器之外，线路回路仅装隔离开关，不断断路器。3）角形接线5、中性点接地方式 1、电力系统的中性点： 发电机的三相绕组通常是接成星形的、变压器高压侧绕组往往也是接成星形的。发电机和变压器接成星形绕组的节点称为中性点。 2、中性点接地方式主要有两种： 1）中性点直接接地运行方式：供电可靠性低，绝缘成本低。>110kv电网 2）中性点不

17、接地运行方式：供电可靠性高，绝缘成本高。 <35kv电网中性点经消弧线圈接地中性点经高阻接地：某些大型发电机当电力系统发生单相接地时，第一种接地系统，单相接地故障时的短路电流很大，故称为大接地电流系统。后一种接地系统其短路电流比较小，故称为小接地电流系统， 电力系统电源中性点的不同运行方式，对电力系统的运行特别是在系统发生单相接地故障时有明显的影响，而且将影响系统二次侧的继电保护及监测仪表的选择与运行。种类：中性点不接地系统、中性点经阻抗接地系统、中性点直接接地系统 1）中性点不接地的电力系统正常运行：电压、电流对称。单相接地：另两相对地电压升高为原来的根号3倍。 单相接地电流经验公式：

18、 2）中性点经消弧线圈接地 正常运行：三相电压、电流对称单相接地：另两相对地电压升高为原来的根号3倍，减小了接地电流。在单相接地电容电流大于一定值的电力系统中，电源中性点必须采取经消弧线圈接地的运行方式。3）中性点直接接地的电力系统 正常运行：三相电压、电流对称单相接地：另外两相对地电压不变，单相接地后即通过接地中性点形成单相短路。单相短路电流比线路的正常负荷电流大得多，因此在此系统发生单相短路时保护装置应动作于跳闸，切除短路故障。110KV以上的超高压采用该系统很有经济价值。 电力变压器 其功能：是将电力自动化系统中的电压升高或降低，以利于电能的合理输送，分配和使用。 按用途分为：升压变压器

19、、降压变压器； 按相数分为：单相变压器、三相变压器； 按绕组分为：双绕组变压器、三绕组变压器、自耦变压器； 按调压方式分为：有载调压变压器、无载调压变压器； 按绕组绝缘和冷却方式分为：油浸式、干式（双氧树脂浇注 绝缘）、充气式（SF6气体）；互感器 互感器是用来联系电气一次与电气二次的组件。1、分类：电压互感器（TV、YH、PT）：其二次额定电压为100V电流互感器（TA、LH、CT）：其二次额定电流为5A或1A。2、作用：（1）将一次回路的高电压和大电流变为二次回路标准的低电压和小电流，使测量仪表和保护装置标准化、小型化，并使其结构轻巧、价格便宜，并便于屏内安装。（2）使二次设备与高电压部分

20、隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身的安全。3、电流互感器（1）额定变比 ：近似等于匝数的反比。（2）特点： 1）一次绕组串联在电路中，并且匝数很少；故一次绕组中的电流完全取决于被测电路的负荷电流，而与二次电流大小无关； 2）正常情况下，电流互感器在近于短路的状态下运行。 3）运行中的电流互感器二次回路不允许开路。 4）为了防止绝缘损坏是高压窜入二次侧，危及人身和设备安全，电流互感器副绕组一端及铁芯必须接地。4、电压互感器工作原理: TV是将大电压变为小电压的变压器，其一次匝数很多， 并联在供电系统的一次电路中，而二次侧绕组匝数少，与电压表，继电保护装置并联，二次绕组接近于空载。

21、U1（N2/N1)*U2KuU2 Ku为电压互感器的变压比，Ku= UN1/UN2特点： 1）电压互感器的一次侧并联接入电网 2）电压互感器正常工作在接近变压器空载状态。 3）电压互感器的二次侧负载不允许短路，故一般在其二次侧装设熔断器或自动开关作短路保护。 4）电压互感器的额定变压比值近似等于匝数之比。 几个概念1、潮流计算 为保证电力系统的安全、优质、经济运行，常需要针对系统的不同运行状态、做多种多样的计算。 电力网计算的任务是针对具体的电力系统，根据给定的有功、无功负荷；发电机发出的有功功率以及发电机母线电压有效值，求解电力网中其他各母线的电压、各条线路中的功率以及功率损耗等，这种计算习

22、惯上又称为潮流计算。2、标么值 在电力系统计算中，除运用有单位的阻抗、导纳、电压、电流等进行运算外，还广泛运用没有单位的阻抗、导纳、电压、电流等的相对值进行运算。前者称为有名值，后者称为标么值。 标么值是相对值，必须有基准与之相对应，称之为基准值。标么值、有名值、基准值之间应有如下关系： 此可见，标么值是一个没有量纲的数，对于同一个实际有名值，基准值选择的不同，其标么值也不同。因此，当我们说一个量的标么值时，必须同时说明它的基准值。 基准值的选择 基准值的选择，除了要求基准值与有名值同单位外，一般可遵循以下原则：1）全系统只能有一套基准值，这样才能使数据统一2）一般选取额定值为基准值，这样可使

23、标么值均在1附近。3）电压、电流、阻抗（导纳）和功率的基准值必须满足电路的基本关系采用标么值的优点1）易于比较电力系统个元件的特性及参数。2）能够简化计算公式3）在一定程度上简化计算工作3、有功功率、无功功率交流电力系统需要两部分能量： 一部分电能用于做功被消耗，它们转化为热能、光能、机械能或化学能等，称为有功功率， 另一部分能量用来建立磁场，作为交换能量使用，对外部电路并未做功，它们由电能转换为磁场能，再由磁场能转换为电能，周而复始，并未消耗，这部分能量称为无功功率。 无功功率并不是无用之功，没有这部分功率，就不能建立感应磁场，电动机、变压器等设备就不能运行。除负荷需要无功外，线路电感、变压

24、器电感等也需要。在电力系统中， 无功电源有：同步发电机、同步调相机、电容器、电缆及架空线路电容，静止补偿装置等。 主要无功负荷有：变压器、输电线路、异步电动机、并联电抗器。 设： 负荷视在功率为S，有功功率为P， 无功功率为Q，电压有效值为U ，电流有效值为I， P=S·cosj Q= S·sin j S=UI其中：有功功率：常用单位为瓦（W）或千瓦 无功功 率：为乏（Var）或千乏 视在功率：为伏安（VA）或千伏安， 相位角 ：为有功功率与视在功率的夹角，称为功率因数角，cos 表示有功功率P和视在功率S的比值，称为功率因数。继电保护基础知识继电保护的作用及要求、供电系统

25、中常用的保护继电保护的发展趋势、微机保护的优点继电保护基础知识一、继电保护的作用及要求电力系统继电保护是研究自动识别故障的自动装置的技术学科继电保护装置：就是指反应电力系统中电气设备发生故障或不正常运行状态，并动作与断路器的跳闸或发出信号的一种自动装置。基本任务：自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除。反映电气元件的不正常运行状态，并根据实际运行条件做出不同的反映。继电保护的基本要求：选择性速动性灵敏性可靠性二、继电保护的基本原理当电力系统发生故障时，总是伴随着电流增大、电压下降及电流与电压之间的相角变化等物理现象。利用这些物理量的变化，构成各种不同原理的继电保护。过电流保护、低电压保

26、护、低阻抗保护、方向保护、差动保护三、继电保护的构成三个组成部分：1、测量部分2、逻辑部分3、执行部分第一章 概 述主 要 内 容1、电力系统运行及监控与调度自动化2、电网监控与调度自动化系统的结构与功能第一节 电力系统运行及监控与调度自动化一、电力系统运行状态1、电力系统运行的基本要求： 保证供电电能质量 保证系统较高的安全水平 提高系统运行经济性 尽可能减小对生态环境的有害影响2、电力系统的各种运行状态正常运行状态 警戒状态 紧急状态 系统崩溃 恢复状态系统崩溃恢复 机组启动 黑启动 恢复供电 系统并列二、电网监控与调度自动化在电力系统中的地位与作用1、电力系统自动化系统基本构成 （1）信

27、息就地处理系统： 就地、分散配置控制、保护 （2）信息集中处理系统： 信息采集、通信、远方控制 互相补充不能替代2、信息就地处理系统（1）继电保护 （2）自动装置：同步发电机并列装置 电压、无功自动调节装置频率及有功功率自动调节装置 低频自动减负荷装置 故障测距、小接地选线 备用电源自投入 自动重合闸 3、信息集中处理系统 （1）信息采集和命令执行子系统 （2）信息传输子系统 （3） 信息的收集、处理和控制子系统 （4）人机联系子系统 4、电力系统自动化系统基本构成 信息就地处理系统-局部、事后 信息集中处理系统-全局、预想、事前处理三、电力系统分层控制1、我国电网的构成 2002年我国对各电

28、网公司重新进行了划分、整合，将电网划分为6大电网，并成立两个国有独资有限责任公司，对6大电网进行管理。这两个公司为： 国家电网公司(State Grid Corporation of China,英文缩写：SGCC) 东北电网、华北电网、 华中电网、华东电网、西北电网 南方电网公司(China Southern Power Grid Co., Ltd.，缩写CSG）。 南方电网属南方电网公司 2、国家电网调度结构五级分层调度管理1）、国家级调度机构（国调）： 这是我国电网调度的最高级。在该中心中，通过计算机数据通信网与各大区的控制中心相连接，协调确定各大区网间的联络潮流和运行方式，监视、统计和

29、分析全国的电网运行情况。 (1)在线收集各大区网和有关省网的重点测点工况和全国电网运行状况，作统计分析、生产报表。 (2)进行大区互联系统的潮流、稳定、短路电流及经济运行计算，通过计算机通信，校核计算的正确性，并向下一级传送。 (3)作中、长期安全、经济运行分析，并提出对策。 2）、大区级调度（网调） 按统一调度、分级管理的原则，负责跨省大电网超高压线路的安全运行并按规定的发供电计划和监控原则进行管理，提高电能质量和经济运行水平。 (1)实现电网的数据收集和监控、经济调度和安全分析。 (2)进行负荷预测，制定开停机计划、水火电经济调度日分配计划，闭环或开环指导自动发电控制。 (3)省(市)间和

30、有关大区网的供受电量的计划编制和分析。 (4)进行潮流、稳定、短路电流及离线或在线的经济运行分析计算，通过计算机通信校核各种分析计算的正确性并上报下传。 （5）进行大区电网继保定值计算及调整试验 （6）大区电网中系统性事故处理 （7）大区电网系统性的检修计划安排 （8）统计、报表及其他业务 3）、省级调度（省调） 负责省网的安全运行监控、操作、事故处理和无功/电压调节，并按规定的发供电计划和监控原则进行管理，提高电能质量和经济运行水平。实现电网的数据收集和监控、经济调度以及有实用效益的安全分析。 (2) 进行负荷预测，负责省网的安全运行、编制省网运行方式，制定开停机计划、水火电经济调度日分配计

31、划和设备检修计划并下发，闭环或开环指导自动发电控制。 (3) 地区间和有关省网的供/受电量计划的编制和分析 (4)进行潮流、稳定、短路电流及离线或在线的经济运行分析计算，通过计算机通信校核各种分析计算的正确性并上报下传。 4）、地区调度（地调） 负责区内运行监视、遥控、遥调操作、事故处理和无功/电压调整，与省调和县调交换实时信息；负责所辖地区的用电负荷管理既符合控制 5）、县级调度 （县调） 主要控制10KV及以下城镇、农村电网的运行 （1）指挥系统的运行和倒闸操作 （2）充分发挥本系统的发供电设备能力，保证系统的安全运行和对用户连续供电 （3）合理安排运行方式，在保证电能质量的前提下，使本系

32、统在最佳方式下运行。3、我国电网调度的基本原则统一调度、分级管理、分层控制在形式上，统一调度表现在调度业务上，下级调度必须服从上级调度的指挥。分级管理：是指根据电网分层的特点，为明确各级调度的责任和权限，有效地实施统一调度，有各级电网调度机构在其调度管理范围内具体实施电网调度管理的分工。电网运行的统一调度、分级管理是一个整体，统一调度以分级管理为基础，分级管理是为有效实施统一调度。分层控制是与电力系统的调度组织结构（一般是分层的）相适应，可提高系统可靠性，改善系统响应四、电力系统调度自动化系统的发展（一）发展1、早期阶段2、远动技术的应用3、以计算机技术为基础的调度自动化技术的应用4、调度自动化系