电力系统概述课件

1、电力系统概述王阳 1446121822015.4一、电力系统基础知识二、继电保护基础知识三、变电站综合自动化系统及其设备四、电力系统故障分析五、对称分量法一、电力系统基础知识 1、电力系统的构成及特点 2、电力系统的额定电压 3、电力系统的中性点运行方式4、供电质量的主要指标5、电气主接线方式电能的特点 （1）电能不能储存 电能的生产、输送、分配和使用同时完成。 （2）暂态过程非常迅速 电能以电磁波的形式传播，传播速度为300kmms。 （3）和国民经济各部门间的关系密切 。对电力系统提出的要求 （1）保证供电可靠性 （2）保证电能质量 （3）提高电力系统运行的经济性 （4）环境保护问题 2、

2、电力系统的额定电压（1）电网的额定电压 线路首末两端电压的平均值等于电网额定电压。 此电压做为确定其他电力设备额定电压的依据（2）用电设备的额定电压 用电设备的额定电压和电网的额定电压一致。实际上，由于电网中有电压损失，致使各点实际电压偏离额定值。为了保证用电设备的良好运行，国家对各级电网电压的偏差均有严格规定。显然，用电设备应具有比电网电压允许偏差更宽的正常工作电压范围。实际运行中，一般允许有正负5%的变动范围。（3）发电机的额定电压发电机的额定电压一般比同级电网额定电压高出5%，用于补偿电网上的电压损失。这是考虑到电力线路允许有10%的电压损耗，线路末端允许比电网额定电压低5%，两者刚好适

3、应。 （4）变压器的额定电压变压器的额定电压分为一次和二次绕组。对于一次绕组，当变压器接于电网末端时，性质上等同于电网上的一个负荷(如工厂降压变压器)，故其额定电压与电网一致，当变压器接于发电机引出端时(如发电厂升压变压器)，则其额定电压应与发电机额定电压相同。对于二次绕组，额定电压是指空载电压，考虑到变压器承载时自身电压损失(按5%计)，变压器二次绕组额定电压应比电网额定电压高5%，当二次侧输电距离较长时，还应考虑到线路电压损失(按5%计)，此时， 二次绕组额定电压应比电网额定电压高10%。4、供电质量的主要指标 决定用户供电质量的指标为电压、频率和可靠性。 （1）电压 理想的供电电压应该是

4、幅值恒为额定值的三相对称正弦电压。由于供电系统存在阻抗、用电负荷的变化和用电负荷的性质等因素，实际供电电压无论是在幅值上、波形上还是三相对称性上都与理想电压之间存在着偏差。 电压偏差：电压偏差是指电网实际电压与额定电压之差，实际电压偏高或偏低对用电设备的良好运行都有影响。 电压波动和闪变：电网电压的均方根值随时间的变化称为电压波动，由电压波动引起的灯光闪烁对人眼脑的刺激效应称为电压闪变。当电弧炉等大容量冲击性负荷运行时，剧烈变化的负荷电流将引起线路压降的变化，从而导致电网发生电压波动。（2）频率 我国规定的电力系统标称频率（俗称工频）为50Hz，国际上标称频率有50Hz和60Hz两种。由电力系

5、统供电的交流用电设备的工作频率应与电力系统频率相一致。为了达到某种特殊目的，有的用电设备需在其它频率下工作，则可配以专用变频电源供电，如高频加热、电动机变频调速等。 当电能供需不平衡时，系统频率会偏离其标称值。频率偏差不仅影响用电设备的工作状态、产品的产量和质量，更重要的是影响到电力系统的稳定运行。 用户供电系统的电压频率是由电力系统保证的。我国国标规定，电力系统正常频率偏差允许值为0.2Hz，当系统容量较小时，偏差值可以放到0.5Hz。5、电气接线方式主接线图（亦称原理接线图）表示电能由电源分配给用户的主要电路，图中表示出所有的电气设备及其联接关系。电力系统的接线方式大致分为两大类： （1）

6、无备用电源接线 （2）有备用电源接线 无备用接线（开式电力网）方式 无备用接线包括： （1）单回放射式 （2）树干式 （3）链式网络a）放射式 b）干线式 c）链式有备用接线（闭式电力网）方式 有备用接线方式包括 （1）双回放射式 （2）树干式 （3）链式 （4）环式 （5）两端供电网络a）放射式 b）干线式 c）链式 d）环式 e）两端供电网络 有备用接线的双回放射式、树干式和链式网络用于一、二级负荷。 环式接线，供电经济、可靠，但运行调度复杂，线路发生故障切除后，由于功率重新分配，可能导致线路过载或电压质量降低。 两端供电接线方式必须有两个独立的电源。二、继电保护基础知识 1、继电保护的作

7、用及要求2、供电系统中常用的保护3、继电保护的发展趋势4、微机保护的优点发生短路时可能造成的危害：（1）故障点的很大的短路电流燃起的电弧，使故障设备损坏。（2）从电流到短路点间流过的短路电流，它们引起的发热和电动力将造成在该路径中有关的非故障元件的损坏。（3）靠近故障点的部分地区电压大幅度下降，使用户的正常工作遭到破坏或影响产品质量。（4）破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振荡，甚至使该系统瓦解和崩溃。继电保护的作用：（1）在过载时，继电保护装置应发出警报信号。（2）在短路故障时，继电保护装置应立即动作，要求准确、迅速地自动将有关的断路器跳闸，将故障部分从系统中断开，确保其他回路的正常运行

8、。（3）为了保证电源不中断，继电保护装置应将备用电源投入或经自动装置进行重合闸。 继电保护的基本要求（1）选择性 基本含义是保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量减小，以保证系统中非故障部分继续安全运行。（2）速动性 速动性是指继电保护装置应以尽可能快的速度断开故障元件。这样就能减轻故障设备的损坏程度，减小用户在低电压情况下工作的时间，提高电力系统运行的稳定性。（3）灵敏性 保护装置对其保护范围内的故障或不正常运行状态的反应能力称为灵敏性（灵敏度）。灵敏性常用灵敏系数来衡量。它是在保护装置的测量元件确定了动作值后，按最不利的运行方式、故障类型、保护范围内的指定点校验，并满

9、足有关规定的标准。（4）可靠性 可靠性是指在保护装置规定的保护范围内发生它应该反应的故障时，保护装置应可靠地动作（即不拒动）。而在不属于该保护动作的其他任何情况下，则不应该动作（即不误动）。3、继电保护的发展趋势电力系统20世纪60年代以前主要采用电磁型保护，60年代是电磁型、晶体管保护并用时期， 20世纪60年代末期，国外提出用计算机构成继电保护的倡议，当时的计算机硬件非常昂贵。还不具备商业性生产这类保护装置的条件，早期的研究工作是以小型机为基础的。出于经济上的考虑，采用一台小型计算机来实现多个电气设备或整个变电站的保护功能，但这种方案的可靠性显然受到限制。70年代中期，随着大规模集成电路技

10、术的发展，微型计算机进入实用阶段，性价比和可靠性大为提高，为微机保护的使用打下了硬件基础。伴随着计算机硬件水平的不断提高，各种微机保护软件的算法不断被提出，为继电保护的推广和应用提供理论基础。经过30多年的发展和变化，目前微机保护已经在电力系统的各个变电站、发电厂和供电线路上广泛使用。 4、微机保护的优点微机继电保护装置是通过数字量输出实现对断路器等的控制。易于解决常规保护难于解决的问题，对于相同的硬件，可以通过算法的不同，实现不同的保护。这样，也就可以通过改善算法来不断完善保护性能，而不需改动硬件。通过软件算法的改善，可以较好地解决原有模拟继电保护装置难于解决的问题。在各种保护方法中，考虑到

11、了电力系统的各种情况，具有很强的综合分析和判断能力。由于计算机的通用性，因此，在继电保护硬件的基础上，可以很方便地通过增加软件的方法获得保护之外的功能。目前的微机保护装置均设有通信接口，这样可方便地将各地保护装置纳入变电站综合自动化系统，实现远方修改定值、投切保护装置。1、变电站的作用 变电站在电力系统中是不可缺少的重要环节，因为变电站是电力系统中通过变压器进行电压的升降和进行电能交换的地点；变电站也是电能不同电压等级的母线进行重新分配的地点；变电站还是不同电压等级线路的始端或终端，因此变电站是电力系统中重要的“调节与控制中心”；特别是电力与无功的调节中心；变电站又是电力系统中重要的“信息源”

12、与“信息中继站”。因此变电站对电力系统的安全、稳定运行，保证对用户供电可靠性与电能质量起着不可替代的作用。2、变电站综合自动化系统应能实现的功能 微机保护数据采集事件记录和故障录波控制和操作闭锁 同期检测和同期合闸 电压和无功的就地控制 数据处理和记录 人机联系 系统的自诊断功能 与远方控制中心的通信 防火、保安系统 3、变电站的设备一次设备：变压器（含主变压器、所用变压器、消弧线圈等）；开关（高压断路器、隔离开关、空气开关等）；电抗器；母线、电力电缆、电力线路、瓷瓶、支架等。二次设备：电压互感器、电流互感器、阻波器、耦合电容器以及“控制”、“测量”、“保护”、“自动装置”、“远动”、“通讯”

13、等设备。 1、电力系统故障简介从电路的角度观察电力系统，电力系统可分为：正常运行状态，不正常运行状态，故障状态。从控制的角度观察电力系统，电力系统可分为：稳态，暂态。稳态，即电力系统稳定运行状态。电力系统稳定运行的特征是：在发电机组调速器作用下，各发电机转子吸收的正方向机械转矩等于转子受到的反方向电磁转矩；电力系统中所有发电机转子都以相同的速度均匀转动。在发电机励磁调节器作用下，发电机转子中的励磁电流按照均方差不变的规律调整变动；电力系统各母线电压也按照均方差不变的规律调整变动。暂态，即电力系统稳定运行状态的特征被破坏后的状态；是电力系统从某一稳定运行状态到另一稳定运行状态的过渡过程，或者是电

14、力系统从某一稳定运行状态到电力系统崩溃的过程。 电力系统故障分析是研究电力系统中由于故障所引起的电磁暂态过程，搞清楚暂态发生的原因、发展过程及后果，从而为预防及消除电力系统的故障准备必要的理论知识。 2、电力系统的故障类型所谓故障是指任何能引起相导体和地之间绝缘能力降低的异常情况。电力系统可能发生的故障类型比较多，常见的对电力系统危害比较严重的有：短路、断相以及各种复杂故障等。而短路故障则是电力系统中危害最严重的故障。短路是电力系统的严重故障。所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地（对于中性点接地的系统）发生通路的情况。 3、短路的原因和类型 产生短路的原因主要是指电气设备载流部分的绝缘

15、被损坏。主要有如下几个方面：元件损坏；气象条件恶化；人为事故；其他原因，如鸟兽跨接在裸露的载线部分等。 在三相系统中，可能发生的短路有：三相短路、两相短路、两相短路接地和单相接地短路。三相短路也称为对称短路，系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态。其它类型的短路都是不对称短路。 4、短路对电力系统的危害1.短路时产生很大的电动力和很高的问题,会使短路电路中的元件受到损坏,很可能引发火灾事故2.短路时电路的电压骤降,严重影响电气设备的正常运行3.短路时保护装置动作,如熔断器的保险丝熔断,将短路电路切除,这会造成停电,而且短路点越靠近电源,停电范围越大,造成生活的不便和经济上的损失4.严重的短路会

16、影响电力系统运行的稳定性,可使并列运行的发电机组失去同步,造成系统解列5.不对称短路,像单相短路和两相短路,短路电流会产生较强的不平衡交变电磁场,对附近的通信线路、电子设备等产生电磁干扰，影响其正常运行，有可能引发误动作5、断相故障及复杂故障电力系统除了短路故障外还可能发生断相故障以及各种类型的复杂故障。所谓断相故障是指电力系统一相断开或两相断开的情况。这种故障也属于不对称性故障。在电力系统中的不同地点（两处或两处以上）同时发生不对称故障的情况，称为复杂故障。这种情况又可视为多个简单不对称故障的复合，所以又称复故障。五、对称分量法正序、负序、零序的出现是为了分析在系统电压、电流出现不对称现象时，把三相的不对称分量分解成对称分量（正、负序）及同向的零序分量。只要是三相系统，就能分解出上述三个分量（有点象力的合成与分解，但很多情况下某个分量的数值为零）。对于理想的电力系统，由于三相对称，因此负序和零序分量的数值都为零（这就是我们常说正常状态下只有正序分量的原因）。 1）求零序分量：把三个向量相加求和。即A相不动，B相的原点平移到A相的顶端（箭头处），注意B相只是平移，不能转动。同方法把C相的平移到B相的顶端。此时作A相原点到C相顶端的向量（些时是箭头对箭头），这个向量就是三相向量之和。最后取此向量幅值的三分一，这就是零序分量的幅值，方向与此向量是一样的. 2）求正序分