发电厂、变电所及电力系统概述

1、第一部分、发电厂、变电所及电力系统概述第一节、 电力系统概述1电力系统、动力系统、电力网电力系统：由发电机、变压器、输电线路以及负荷组成的整体称为电力系统。2 动力系统：电力系统加上热能动力装置、水能动力装置及其它能源动力装置称为动力系统。3电力网：电力系统中各级电压电力线路及联系的变电所叫做电力网，简称电网。电网按电压等级划分： 6kv电网、 35kv电网、 110kv电网等；电网按地区称呼：东北电网、华北电网、华东电网等；我国的电力网额定电压等级 （kv ） ： 0.22 ,0.38 ,3 ,6 ,10 ,35 ,60 ,110 ,220 , 330 ,500 。习惯上称 10kv以下线路

2、为配电线路， 35kv 、60kv线路为输电线路，110kv 、220kv线路为高压线路， 330kv以上线路称为超高压线路。把60kv以下电网称为地域电网， 110kv 、220kv电网称为区域电网， 330kv以上电网称为第二节、发电厂变电所电气设备概述1主要电气设备发电厂和变电所的主要工作是生产、输送和分配电能，根据负荷变化的要求启动、调整和停止机组，对电路进行必要地切换，不断的监视主要设备的工作，周期性的检查和维护主要设备、定期检修设备以及迅速消除发生的故障。一次设备：直接生产和输配电能的设备称为一次设备。包括发电机、变压器、断路器、隔离开关、自动空气开关、接触器、闸刀开关、母线、电力

3、电缆、电抗器、避雷器、熔断器、互感器等等。二次设备： 对一次设备的工作进行监察测量和控制保护的辅助设备成为二次设备。 包括仪表、继电器、自动控制设备、 信号设备及保护、 电源等等。2电气主接线一次设备连成的电路称为电气主接线或一次电路（主电路）。二次设备连成的电路成为二次电路（副电路）。电路图是用一定的图形符号描绘成三线图或单线图，主接线图通常画成单线图。第三节电力系统的中性点接线方式中性点运行方式：是指系统中星形连接的发电机、变压器中性点对地的连接方式。分为大接地电流系统和小接地电流系统。大接地电流系统：中性点直接接地或经过低阻抗接地系统。如110kv 、380v/220v。小接地电流系统：

4、 中性点不接地或经消弧线圈及其他高阻抗而接地的系统。如 6kv 、10kv 、35kv 。在 610kv电网中接地点电容电流超过2030a ，35kv66kv电网中接地点电容电流超过10a 需加装消弧线圈。当发生单相接地时一般故障电流较小，特别是经消弧线圈补偿后， 约为 2030a ，小接地电流系统由此而来。我国普遍采用过补偿方式。 用来判断接地点并发出告警的自动装置为小电流接地选线仪。小接地电流系统接地电流的特点：非故障线路 3i0 大小为本线路的接地电容电流， 并且超前零序电压90o；故障线路 3i0 大小等于所有非故障线路的接地电容电流之和，并滞后零序电压90o与非故障线路 3i0 相差

5、 180o；接地故障处的电流大小等于全部线路（故障与非故障）接地电容电流之和。公司小接地电流选线判据 (siemens 判据)：装置通过零序电压和零序电流互感器直接采集第四节、常见的电气故障电力系统中常见的电气故障是短路、接地、低电压、过负荷和超温。当电力系统因某种原因发生短路时形成电流增大、电压降低、 电流和电压间的向量发生变化，人们依照这种正常何不正常的特点区分保护范围内外的故障，采用不同的继电保护措施。各种电气故障中最严重的是短路。常见的短路故障有三相短路、两相短路、 两相接地短路、不同地点的两相接地短路、 单相接地短路以及变压器电动机绕组的匝间短路等。其中单相接地故障频率最高，发生概率

6、约为65% 。第五节继电保护的概念、任务及电力系统对继电保护的要求当故障发生时， 应尽快切除故障， 确保无故障部分继续运行， 缩小事故范围，保证系统稳定运行。为了完成这个任务，只有借助自动装置继电保护装置。继电保护装置：当电力系统中心元件（发电机、变压器、线路）或电力系统本身发生了故障或危及安全运行的事件时需要有向运行值班人员及时发出警告信号或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备。 实现这种自动化措施用于保护电力元件的成套硬件设备，一般统称为继电保护装置。 用于保护电力系统的则成为电力系统安全自动装置。继电保护装置是保证电力元件安全运行的基本装备，任何电力

7、元件不能无保护运行。电力系统安全自动装置用以快速恢复电力系统的完整性，防止发生和终止以开始发生的足以引起电力系统长期大面积停电的重大事故，如失去电力系统稳定、 频率崩溃或电压崩溃等。任务：发生故障时迅速快速切除故障。反映设备的不正常状态， 发信号或自动调整。要求：可靠性、选择性、快速性、灵敏性可靠性：指继电保护装置经常处于完善的准备动作状态，不应由于本身的缺陷而误动或拒动，即该动时动，不动时不动。选择性：指能选择出故障发生的区段和故障类型，可靠地把出故障的设备切除，保证非故障设备继续运行，使停电范围尽量缩小。快速性：由于故障延续的时间越长，造成的损失越大，必须尽快使保护动作。现在单个继电器的动

8、作时间是几个毫秒，成套动作时间与电压等级有关。第六节、继电保护的组成和分类1、组成成套保护装置要包括一些基本功能元件才能完成继电保护的任务，这些功能元件可以是一种继电器、 一块电路板， 也可以是其他电子部件， 但都要完成一些基本功能。11 信号采集或信号转换功能它要把电力系统的运行状态及时和真实地反映给保护装置。因为电力系统的一次侧的电压很高在完成信号转换时要把电压降到保护装置能接受的电压，额定电压定为 100v，也要把一次侧的电流降下来， 额定电流为 5a或 1a。这种降下来的电压和电流称为二次电压和二次电流。完成这种功能的元件是电压互感器和电流互感器（ pt 、ct ）。12 启动测量元件

9、它的功能是对电力系统运行状态的测定直接接在pt、ct的次级，只有在故障和不正常状态时才启动， 一般是电流值突然增大或电压值突然下降。这种电流增大电压降低在事先定好一个水平或叫阀值，超过这个阀值才启动。 这里讲的事先定好术语叫整定。 按照电流电压值变化而启动的元件用的很普遍，较复杂的保护有用功率、相角、阻抗、相序变化（包括正序、负序、零序电流和电压变化）而启动的，也有用高频信号远方启动的。第二部分、发电厂变电所的二次回路第一节、绪论1、二次回路的作用及地位发电厂和变电所的电气设备分为一次设备和二次设备。一次设备是构成电力系统的主体，它是直接生产输送分配电能的电气设备。包括发电机、变压器、断路器、

10、隔离开关、电力母线、电力电缆和输电线路等。二次设备是对一次设备进行监测、控制、调节和保护的电气设备。包括测量仪表、控制及信号器具、继电保护和自动装置等。二次设备是通过 ct 、pt同一次设备取得电的联系。二次设备及其相互连接的回路称为二次回路。 二次回路是电力系统安全生产、 经济运行可靠供电的重要保障。 它是发电厂和变电站中不可缺少的重要组成部分。二次回路的重要性（略） 。2、二次回路的内容二次回路的内容包括发电厂和变电站的一次设备的控制、测量、信号、调节、继电保护和自动装置等回路，以及操作电源系统。具体的讲: 2.1 从电流互感器电压互感器二次端子开始到有关继电保护装置的二次回路（对于多油断

11、路器或变压器等套管互感器自端子箱开始）2.2 从保护装置到控制屏和中央信号屏间的直流回路。第二节、二次回路设计包括的图纸及需方资料1、需方资料11 电气主接线（变电站规模）12 技术协议13 供货范围（屏柜型号、结构、色卡）14 合同15 联系方式2、图纸21 表示位置关系：屏体排列图、开孔图、布置图第四节互感器、二次回路电压互感器 pt （potential transformer）和电流互感器 ct （current transformer）是电力系统一次回路与二次回路之间的中间设备，它们分别将一次回路的高电压和大电流变换为二次回路所需的低电压和小电流，传送给测量仪表、远动装置、继电保护和

12、自动装置， 以便检测电力系统电压和电流的变化情况，同时实现了一次回路与二次回路的电气隔离，以保证二次设备和人身安全。1、电压互感器11 电压互感器的结构与普通变压器相似，都是由铁芯线圈组成。一次侧接高压，二次侧接表计及继电器， 简称 pt （potential transformer ）pt的作用是隔离高压，用比例的办法将电压变低，通过低压表计和继电器来测量和监视高压。电压互感器一次侧是6kv、 35kv、 110kv。 但二次侧统一是（100v 或 100/31/2v）电压比近似等于匝数比，位移为电压互感器变化。例如： 6kvpt的变比是 60 电压表刻度在 105v 位置，指示就是6700

13、v，相当于把刻度盘上的电压值放大sp 第五节操作电源和直流系统供电回路1、操作电源的作用：操作电源为控制、信号、测量回路及继电保护装置、自动装置和断路器的操作提供可靠的工作电源，在发电厂和变电所主要应用直流操作电源。2、分类：交流操作电源直流操作电源：独立：蓄电池电源变换器非独立：复式整流硅整流电容储能等级分为、。直流系统绝缘监视：直流一点接地时，由于没构成回路。熔断器不会熔断，仍能继续运行，但仍应早解决，否则另一点接地可能引起继续误动。3、直流系统供电回路：直流供电系统很重要的，运行中无直流，造成保护拒动。（例）变配电所：直流一般用于四个方面第八节、测量回路电气设备和线路运行参数主要有：电流

14、、电压、频率、电能、温度、绝缘电阻等。相应的仪表有：电流表（ a）、电压表（ v）、频率表（ hz ）、同步表（ s）、有功功率表（w ）、无功功率表（var ）、有功电度表（wh ）、无功电度表（varh ）。1、准确度等级选择电气测量仪表的数量及其测量电路必须满足电压互感器和电流互感器误差的要求。即仪表的电压线圈并入电压互感器二次后，电压互感器的负载总容量不能超过相应准确度下的容量； 仪表的电流线圈串入电流互感器二次后，电流互感器的负载阻抗不能超过允许阻抗值，否则测量误差增大。11 对仪表的准确度等级要求：发电机调相机上的交流仪表不应低于1.5 级，用于其他设备和馈线上的交流仪表不能低于

15、2.5 级；直流仪表不能低于1.5 级；有功电度表准确度等级为1.0-2.0级；无功电度表准确度等级为2.0-3.0级；与仪表连接的互感器的准确度等级仅用测量电流或电压时，1.5 级或 2.5 级的仪表选用 1.0 级的互感器， 2.5 级的电流表选用 3.0 级电流互感器；与仪表连接的分流器、附加电阻的准确度等级不应低于0.5 级。第九节 继电保护的设置电力系统继电保护设置是否合理，直接影响电力系统输电线运行的可靠性。继电保护选用的不合理， 被保护线路有故障时保护该动不动，不该动时误动， 影响了送电的可靠性。 故选用合适的继电保护是十分重要的。选择是根据电力系统电网结构、电压等级、接线方式、

16、线路长度、用户性质以及继电保护的性能和特点进行的。电力系统按继电保护的作用可分为主保护、后备保护、辅助保护、异常运行保护。a)主保护：当被保护元件出故障时能以最快速度有选择地切除故障，保证无故障元件安全运行。如主变压器的差动保护；线路的电流速断保护。b)后备保护：当被保护元件主保护拒动时，能以较长的时间（相对于主保护）切除故障称后备保护。 线路保护中的过流保护可做本线路和相邻线路的后备保护。后备保护可分近后备和远后备。远后备：是当主保护或断路器拒动时， 由相邻电力设备或线路的保护来实现切除故障。近后备：是当主保护拒动时由本设备或线路的另一套保护来切除故障。当断路器拒动时由断路器失灵保护第三部分

17、电力自动化系统综述1 前言继电保护及实时监测、 控制是电力系统安全可靠、 优质高效运行的首要基础和有力保障。常规保护和监控设备由机电式继电器和仪表构成，结构及接线复杂，整定调试困难、 工作量大， 而且需要定期维护， 对于相对复杂的保护方式和要求智能化程度较高的功能较难实现。随着社会经济的高速发展， 电力工业也随之迅猛发展，用电负荷不断增加，电网结构日趋复杂，对电网的保护、状态监视、综合调控和集中管理以及控制精度、准确度、智能化程度的要求越来越高，人们对提高发、输、配电质量，提高供电可靠性提出了更高的要求，如何运用先进的技术实现电力综合自动化、 电网调度自动化和管理自动化是电力科技工作者面临的主

18、要课题，是电力系统发展的必然趋势，也是电力科技发展的技术动因。纵观我国电力工业的发展，经历了重发送电，轻供用电，重二次，轻一次的过程，电网建设较为薄弱，稳定性差，网损严重，综合调控能力不足等矛盾日益突出，国家计委和国家电力公司在全国范围内实施了大规模城乡电网改造，现已初见成效。电网一次系统的全面改造同时也带动了二次系统建设新的革命，随着电子、通讯和计算机技术日新月异地发展，自动化在电力投资中所占的比例自然急剧增加，以微处理机为基本测控手段的数字式综合自动化装置已成为当今新建电站和老站改造中二次系统建设的主流产品。仅仅十年前， 电站自动化尤其是数字式保护还只是一个概念，是一个似乎离我们现实工作很

19、遥远的新技术动态，而如今计算机技术已经在发电、输电、配电系统中得到了广泛的应用，与发输电相关的ems （能量管理系统），尤其是scada 系统已经进入实用化运行阶段，与配电相关的dms （配电管理系统）也处于蓬勃发展阶段。电站是电网参数和各种信息的主要来源和枢纽，是保护、数据采集、控制以及数据共享的对象，因此是实现自动化的重点，电站自动化包括微机保护、微机监控等智能电子装置（ied），实现电网运行工况监视、故障自动诊断、自动隔离、快速恢复供电，电压无功调控以及信息管理，是一项集控制技术、计算机应用、数据传输、 现代化设备及管理于一身的综合信息管理系统，其目的是提高供电可靠性，改进电能质量，降低

20、运行费用，减轻运行人员的劳动强度，为用户提供优质的服务。3 综合自动化3.1 继电保护继电保护（包括安全自动装置） 是保障电力设备安全和电网稳定运行的最基本、最重要、最有效的技术手段，随着我国电力系统向大机组、高电压、现代化大电网发展， 继电保护技术及应用水平也取得了长足的进步，保护装置经历了电磁型、整流型、晶体管型、集成电路型、微机型的发展历程。1) 常规保护由各种电磁式继电器构成，靠能量转换动作，保护原理基本上由硬件实现。如变压器保护， 相位校正靠外部接线实现， 抵制励磁涌流靠速饱和变流器，消除不平衡电流靠平衡线圈等等。 常规保护（包括电磁型和整流型） 的优点是可靠性高、执行速度快（常规母

21、差保护3ms出口），缺点是体积大、接线复杂、整定维护困难、无法实现远动功能及比较复杂的自动化功能。后来出现了晶体管型、 集成电路型保护装置， 应用了先进的电子技术及控制技术，称为静止元件保护装置， 其保护原理和实现方法都发生了质的飞跃，有了靠元件实现的计算能力， 而且体积大大减小， 自动化程度提高， 但因为元器件质量和生产工艺等因素的限制而没有得到广泛应用，成为一代过渡产品。2) 微机保护微机保护是以微处理机作为基本的实现手段和方法，通过快速数字处理实现故障诊断、出口、通讯以及更为复杂的保护功能，有长记忆特性和强大的数据处理能力。其优点是功能完善、使用及维护方便、智能化程度高、体积小、适应一次

22、系统灵活性大， 缺点是执行速度不及常规保护，价格偏高。 随着计算机技术的飞速发展，微机保护超强的技术性能、可靠性为整个电力系统的专家层、决策者、应用面所接收而得到了广泛的应用， 并逐渐取代常规保护而成为当今电力自动化的主流产品。3.2 监测控制电网监控 scada/ems（supervisory control and data acquisition/energy management system ）是自动化控制系统的主要功能之一，早期主要指“四遥”功能，现在 scada 的内容已经涉及到故障检测、网络拓扑、优化、提高电网运行效率、降低线损的高级的应用， 所以电网调度自动化在电力系统自动化

23、控制中起到越来越重要的作用。 目前 scada/dms作为一个新兴的领域正在蓬勃发展，与主网 scada/ems 相比的主要区别在于：1) 管理范围不同ems 所管辖变电站一般不超过200个，监控量主要集中在变电站内，最多不超过几万个， 而 dms 所管辖站点多则达到几千个，监控量不仅在变电站内， 而且分布在整个网络中，可多达几十万个。2) 通讯程度不同ems 系统必须实行 100% 的遥测、遥信、遥控， dms 系统只能做到部分遥测、遥信、遥控。3) 网络结构不同ems 面向的对象是联系紧密的网络系统，而且输电系统的网络结构比较稳定，dms 面向的配电系统只有部分实现环网，大多数是辐射网，而且网络结构处于经常变化之中。4) 描述方式不同ems 系统通常采用网络接线图描述即可，spa 4.2 间隔层通讯通讯网络是综合自动化站区别于常规站最明显的标志之一，通过通讯网络电站自动化站内设备的信息可以充分共享，并可通过通讯接口与外部信息系统接口，同时又可以节省大量电缆。构建一个快速、稳定、可靠的通讯网络是电站自动化系统的基本要求，也是电力系统运行管理功能的基本前提。1) 常规通讯方式rs232 、422、485通讯数据传输速度较慢，产生了较明显的“瓶颈”现象，严重影响了系统的实时响应， 而且传输距离短、 安全性差