电力系统基础知识介绍课件

电力系统基础知识介绍方芳二00九年三月一、电力系统知识介绍（一）电力系统基本概念

1、电力系统组成：电能是一种十分重要的二次能源，它能方便、经济地从蕴藏于自然界中的一次能源（如：煤炭、石油、天然气、水力、核燃料、风能等）转换而来，并且可以转换为其它能量供人们使用。电能是由发电厂生产的，大容量发电厂往往建在燃料，水力资源丰富的地方，而用户往往远离发电厂需要建设较长的输电线路进行输电，建设升压和降压变电所进行变电，通过配电线路向各类用户配电，由发电厂、变电所、输电线路和电力用户连接成的统一整体，称为电力系统。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。

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的输电线路

电力网按电压等级的高低和其供电范围的大小可分为地方电力网，区域电力网及超高压远距离运输网三种类型。（1）电压等级在35kV及以下，供电半径在20-50km以内的电力网，称为地方电力网。一般企业、工矿和农村乡镇配电网属于此类型（2）电压等级在35kV及以上，供电半径超过50km的电力网，称为区域电力网

目前我国电压为110-220kV的电力网就属于这种类型。（3）电压等级为330-500kV的电力网，一般由远距离输电线路连接而成，通常称为超高压远距离输电网。

变电所是联系发电厂和用户的中间环节，由电力变压器和配电装置组成，起着变换电压，交换和分配电能的作用。变电所根据在电力系统中的地位不同，可分为区域变电所，地区变电所和终端变电所。

区域变电所在电力系统中的地位比较重要，处于联系电力系统各部分的中枢位置，又叫枢组变电所。其特点是电压等级高，变压器容量大，进出线回路数多，区域变电所由大电网供电，其高压侧电压为330-500kV，全所一旦停电后，将引起整个系统解列，甚至是部分系统瘫痪。

区域变电所多由发电厂或区域变电所供电，其高压侧电压为110-220kV，全所一旦停电后，将使该地区中断供电。

终端变电所是电网的末端变电所系统工矿企业，居民区，商业网关，箱式变电所其高压侧为10-110kV，全所一旦停电后，中断用户供电。只用来接受和分配电能而不承担变换电压的场所，称为配电所，多建于工业企业内部。2、电力系统的特点：（1）电能不能大量储存；（2）过渡过程十分短暂；（3）与国民经济，各部门和人民生活关系密切。3、对电力系统的基本要求：（1）保证安全可靠的供电在供电过程中，供电的突然中断大多由事故引起，必须从各方面采取措施以防止和减少事故的发生，如严密监视设备的运行状态和认真维修设备以减少其事故，不断提高运行人员技术水平以防止人为事故。

为提高运行的安全可靠性，必须配备足够的有功功率电源和无功功率电源。完善电力系统的结构，提高电力系统抗干扰的能力，增强电力系统运行的稳定性

利用电自计算机对系统的运行进行安全监视和控制等。

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响。（2）要有合乎要求的电能质量

电能质量是指通过公用电网供给用户端的交流电能的品质，理想状态的公用电网应以恒定的频率、正玄波形和标准电压对用户供电。

我国采用的额定频率是50HZ允许偏差0.2~±0.5HZ；用户供电电压允许偏移为额定值的±5%；

电压波动和闪变不超过2%~2.5%（3）为用户提供充足的电能（4）要有良好的经济性尽量降低发电厂煤耗率（水耗率）厂用电率和电力网的损耗率实行经济调度。二、发电厂的生产过程发电厂是生产电能的工厂，它将蕴藏于自然界中的一次能源转换为电能，根据其所利用的电能不同，分为：火力发电厂水力发电厂核能发电厂风力发电厂地热发电厂太阳能发电厂潮汐发电厂、火力发电厂利用煤炭、石油、天然气等可燃物为原料来发电的工厂，其能量转换过程为：燃料的化学能→热能→机械能→电能按原动机类型分为：

汽轮机发电厂、蒸汽机发电厂、内燃机发电厂

汽轮机发电厂（大容量大电厂多采用汽轮式）

1、单一生产电能的凝汽式一般建在燃料产地也称为坑口或矿口电厂。2、兼供热的热电厂建在大城市及工业区附近。（二）水力发电厂利用江河水流的位能来发电的工厂--水电厂其能量转换过程是：水的位能—机械能—电能。水—通过压力水管引入水轮机—推动水轮机转子旋转，把机械能转换为电能。（三）核电厂利用核能发电—核电厂其转换过程是：核燃料的裂变能—热能—机械能—电能核电厂由两个主要部分组成：核系统部分（包括反应堆及其附属设备）常规部分（包括汽轮机、发电机及其附属设备）

美国1951年在加州建成世界上第一个实验性的100kw核电厂，我们20世纪90年代兴建了秦山和大亚湾核电厂。（四）其他新能源发电太阳能发电、风力发电、地热发电、潮汐发电等。1、太阳能发电利用太阳光能或太阳热能来生产电能2、风力发电利用风的动能来生产电能其发电过程是：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。风力发电是世界能源发展的一个主要方向，在大型风场大量利用大型风机发电将可以替代现有的大力发电系统，对居民分散的用户，小型高级的风力发电系统更加具有普及的意义。3、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。4、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。三、变电所的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。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）成套配电装置如:变压开关柜，低压配电屏等。四、一次系统（一）电气主接线1、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。2、电气主接线的设计应满足以下基本要求：（1）安全保证在进行任何切换操作时人身和设备的安全；（2）可靠应满足各级电力负荷对供电可靠性的要求；（3）灵活应能适应各种运行方式下的操作，检修和维护；（4）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：（主要讨论中小型变电所）（1）线路-变压器单元接线特点：接线简单，使用设备少，高压侧无母线，低压侧母线，不分段，其中任一元件发生故障或检修，变电所都要停电。（2）单母线接线特点：接线简单，使用设备少，操作方便，投资少，便于扩建，但可靠性和灵活性较差，不能满足重要用户。（3）单母分段接线特点：在单母的基础上提高了供电的可靠性，但同一条母线故障检修时，该母线所有回路必须停电。4、单母线带旁路母线接线特点：某一出现需停电检修时，可由旁母代路运行，接线复杂，投资大，容易误操作。（5）双母线接线（加旁母）优点：1、轮换检修母线不断供电；2、检修任一回路的母线隔离开关时仅使该回路停电（进线检修）；3、工作母线发生故障时，经倒闸操作这一段停电后，可迅速恢复供电；4、检修任一回路断路器时，可用母联代替。缺点：1、容易误操作；2、工作母线故障会短时断电；3、使用的隔离开关多，结构复杂，占地面积大，投资较高。（6）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。内桥对进线的操作非常方便，但对变压器的操作不便；适用于电源进线较长，而变压器不需要经常切换的场所。外桥对变压器回路的操作非常方便，但对进线操作不便。适用于电源进线较短而变压器需经常切换的场所。桥线接线投资小，接线简单，供电的可靠性和灵活性较高。适用于向一、二类负荷供电。（二）高低压开关电器1、高压断路器的用途高压断路器的功能是通断正常负荷电流，并通断一定的短路电流，并能在保护装置的作用下，自动跳闸，切除短路故障。2、对高压断路器的基本要求（1）绝缘应安全可靠，承受工作电压长期作用及过电流短时作用；（2）有足够的动稳定性和热稳定性，能承受短时电流的力效应和热效应而不致损坏；（3）有足够的开断能力，能可靠的断开短时电流；（4）动作速度快，熄弧时间短，尽量减轻短路电流造成的损害，并提高系统的稳定性。3、高压断路器的类型按灭弧介质的不同，分为：油断路器、SF6断路器、真空断路器。（1）油断路器又分为多油和少油断路器（2）SF6断路器SF6即作为灭弧介质也作为绝缘介质（3）真空断路器真空断路器即作为灭弧介质也作为绝缘介质。SF6断路器真空断路器4、断路器的操作机构断路器必须配以操动机构才能使用。操动机构分为：电磁式操动机构、手动式操动机构、弹簧储能式操动机构（应用最广泛）弹簧操动机构4-1、电磁式操动机构：

直流电磁式操动机构是用电磁铁将电能转变成机械能来实现断路器的分、合闸的动力机构，主要由合闸电磁铁、跳闸电磁铁和维持电磁铁组成，能实现手动和远距离跳、合闸，便于实现自动化。但由于电磁铁需要直流操作电源，且合闸功率大，主要用于110kV以下电压等级，尤其35kV以下，常用的是CD10型电磁操动机构。

4-2、弹簧储能式操动机构（应用最广泛）弹簧储能是在操动机构合闸前利用交直流两用电动机或手动拉伸合闸弹簧储能，然后利用弹簧所储能量使断路器合闸，它也能实现手动和远距离跳、合闸。它的成套性强，不需要配备附加设备，但结构复杂，加工工艺及材料性能要求较高，因此价格较贵，但它可交流操作，还可方便的实现一次自动重合闸，因此应用越来越广泛。5、高压隔离开关隔离开关又称为刀闸，与断路器配合使用，它没有专门的灭弧装置，断流能力差，所以不能带负荷操作。其用途如下：（1）隔离电压—明显短开点，建立可靠的绝缘间隙，保证人员设备安全；（2）倒闸操作；（3）分、合小电流，如：PT、空载母线避雷器的接通和断开。分为手动、电动、电气操作机构。（三）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、降压变压器；按相数分为：单项变压器、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）；U1/U2≈E1/E2=W1/W2=K按国家标准，双绕组电力变压器采用以下三种联结组别：（1）YNd11用于高压侧为110kV及以上大电流接地系统中的变压器；（2）Yd11用于高压侧为35-110kV，低侧为6-10kV，三次谐波在△中形成环流，不传输给用户；（3）Yyn0用于高压侧为6-10kV，低压侧380/220V；配电变压器，其低压侧冲出中性线，构成三相四线制供电。（四）互感器互感器是一次回路与二次回路的联络元件，在电力系统中专为测量和保护服务。其作用是：（1）使测量仪表、继电器保护装置等二次设备与主电路隔离；（2）使测量仪表、继电器保护装置标准化，TV为UN=100V，TA为IN=5A；（3）使测量仪表、继电器保护装置的使用范围大。电流互感器1、电流互感器（TA）（1）工作原理：电流互感器是用来把大电流变为小电流的变流器。

其一次绕组串联在供电回路的一次电路中，匝数很少（有的直接穿过铁心，只有一匝），导线很粗，二次绕组匝数很多，导线较细，与测量仪表，继保装置的电流回路串联成闭合回路。一次电流I1≈（N2/N1）*I2≈KiI2

Ki为电流互感器的变流比，一般为Ki=IN1/IN2请看图片BH6，+35mm。80mm，BP#〗

电流互感器接线方式：

(a)三相星形接线；(b)两相星形接线；(c)两相电流差接线；(d)三角形接线。

（2）极性电流互感器均采用“减极性”原则确定同名端，一次电流从极性端流入时，则二次电流应从同极性端流出。（3）注意事项电流互感器在工作时二次侧绝对不允许开路，电流互感器正常工作时接近于短路，若二次侧开路互感器称为空载运行，此时一次侧电流成了励磁电流使铁心中的磁通急剧增加，使二次侧感应出很高的电压，危及人身及设备，同时铁耗大大增加，铁心过热，影响TA性能，甚至烧毁互感器。电流互感器的二次侧必须有一端接地，这主要是防止一、二次绕组绝缘损坏后，一次侧的高压窜入二次侧，危及人身和设备的安全。2、电压互感器（TV）（1）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