第一部分电力系统概述

电力系统概述1、电力系统及其组成

定义：由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。

组成部分：电力系统是由发电厂、变电所、输电线和用户组成。

1.1发电厂分类：A．按大小和重要性分为3类a.大型主力电厂水电站：在大江、大河上，接入330-500-750KV超高压系统或直流输电系统;火电站：在煤矿附近、负荷中心、沿海、沿江,接入330-500-750KV超高压系统或直流输电系统。b.中小型地区电厂水电站：在江、河上,接入110-220KV系统，少数接入330KV系统;

火电厂：在城镇附近,接入110-220KV系统，少数接入330KV系统。c.企业自备电厂，以对本企业供电、供热为主，主要为热电厂，接入110KV-220KV系统或35KV系统。B．按能源分

a.水电厂：用水推动发电机发电，使水的机械能（既水的动能、位能）转变为电能;b.火电厂：既用煤、油、天然气燃烧使锅炉里的水汽化推动气轮机，带动发电机发电，使化学能转变为热能，再转变为机械能，再转变为电能;c.核电厂：用核能、实为用核反应堆代替锅炉的火电厂;d.热电厂：既供电又供热的火电厂;e.风力发电厂：用风车带动发电机发电，使风的机械能转变为电能;；

f.其它电厂：地热、潮汐、太阳能电厂。

g.蓄能电厂：是一种特殊的水电厂，有两个水库，白天发电，夜间抽水。1.2

变电站

对电能进行变换（升、降）和分配的场所A、按重要性分为：

a.系统枢纽变电站：汇集多个大电厂，进行系统功率变换，以中压输出，输入为330-500-750KV；

b.地区重要变电站，为地区供电的变电所，输入220-330KV，也有110KV的；

c.一般变电站：为终端和分支变电站，输入110KV-35KV，也有220KV的.。B、按用途分

a.升压变电站，建在电厂内或附近；

b.降压变电站，建在负荷中心附近；

c.特殊的变电站：如铁路变电站，换流站（直流输电），开关站等.。1.3输电线

按结构分

a.架空线路b.电缆线路2、发电厂与变电站的种类2.1水力发电厂发电机或蓄能机（含励磁机或励磁变压器）;

主变压器;

厂用变压器;

断路器和灭磁开关;

隔离开关（手车）;

电流互感器与电压互感器;

电动机及各种泵：水泵、油泵;

消弧线圈。水轮发电机图示2.2火力发电厂或热电厂发电机(含励磁机或励磁变)；汽轮机及其辅机（水泵、油泵、盘车）电动机；锅炉及其辅机（风机、水泵、煤机）电动机；主变压器；厂用变压器；断路器和灭磁开关；隔离开关（手车）；电流互感器与电压互感器；消弧线圈。汽轮机图示2.3核电厂

核设备：原子反应堆及及附属设备；发电机(含励磁机或励磁变)；汽轮机及其辅机（水泵、油泵、盘车）电动机；厂用电设备，要四套，含柴油发电机；主变压器；断路器和灭磁开关；隔离开关（手车）；电流互感器与电压互感器；消弧线圈。2.4风电厂

风力发电机（塔架、叶片、发电机等三大部分所构成）；主变压器；断路器和灭磁开关；隔离开关（手车）；电流互感器与电压互感器；

2.4变电站主变压器；断路器与刀闸（手车）；电流、电压互感器；厂用变压器；电容器组与并联电抗器；调相机。3、电力系统中的电气设备

3.1一次设备

定义：一次设备（也称主设备）是构成电力系统的主体，它是直接生产、输送和分配电能的设备，包括发电机、电力变压器、断路器、隔离开关、电力母线、电力电缆和输电线路、电流互感器、电压互感器等等。3.3.1发电机A.分类a.按能源分：水轮发电机(水电厂用)、汽轮发电机（火电厂、热电厂和核电厂用）、柴油发电机和风力发电机；b.按定子绕组结构分：单分支（每相），两分支（每相），多分支（每相）；c.按转子结构分：凸极式（图2）和隐极式（图1）。隐极发电机凸极发电机图1图2B.特点a.水轮发电机:体积大、转速慢、转子为凸极式；b.汽轮发电机:同容量体积小、转速快、因为转子转速快为了保证强度采用隐极式；3.3.2变压器定义：借助于电磁感应，以相同的频率，在两个或更多的绕组织之间变换交流电压和电流的一种静止的电器。分类：A.按绕组数分：

a.二绕组变压器：每相有两个绕组的变压器；

b.三绕组变压器：每相有三个绕组的变压器；

c.多绕组变压器：每相有三个以上绕组的变压器；

d.自耦变压器：每相至少有两个线圈具有公共部分的变压器；

e.特殊变压器：冶炼、整流、机车等。B.按结构分：

a.油浸式变压器：绕组和铁心全部浸在变压器外壳（油箱）里的变压器油内，以变压器油做为绝缘和冷却介质；用于特大、大、中型变压器。

b.干式变压器：外壳里仅有空气或绝缘气体（如ＳＦ６）做为绝缘和冷却介质的变压器；用于中、小型变压器。

c.封闭式变压器：绕组和铁心全部浇铸在环氧树脂里的变压器；用于中、小型变压器。

d.埋入式变压器：埋入地下，用于中、小型变压器。C.按绝缘水平分：

a.全绝缘的变压器：绕组、引线和中性点对外壳均按该电压等级全电压绝缘的变压器；

b.分级绝缘的变压器：绕组及各相引线对外壳按该电压等级全电压绝缘，中性点及其引线按该电压等级一半电压绝缘的变压器。D.按相数分：

a.单相变压器：每相绕组和铁心装在一个外壳内的变压器；用于特大型变压器或特高压变压器。

b.三相变压器：三相绕组和铁心共同装在一个外壳内的变压器，用于大、中、小型变压器。E．按冷却方式分：

a.自然空气冷却，用于小型变压器。

b.自然油冷却，用于中、小型变压器。

c.通风油冷却，用于大、中型变压器。

d.强迫油循环风冷却，用于大、中型变压器。

e.强迫油循环水冷却，用于大型变压器。

f.SF6冷却，用于中、小型变压器。3.3.3输、配电电路A、按电压等级分

a.超高压1000KV、750KV、500KV和330KV输电线；

b.高压220KV和110KV输电线；

c.中压6KV、10KV、20KV、35KV和66KV输电线；

d.低压400V（380V）、230V（22OV）、600V输电线；

e.高压直流输电的输电线。B、按结构分

a.架空线路，

b.电缆线路。3.3.4断路器

A.断路器的作用

a.接通和断开电路

b.切断故障电流（外部出现短路时），因而有遮断容量的要求，如太大的电流切不断等。

B．断路器分类

a.油断路器：一种老式断路器，箱体内充满油，利用变压器油作为绝缘和灭弧介质；

b.少油断路器：利用变压器油作为绝缘和灭弧介质，但仅在灭弧室内充满油；

c.空气断路器：利用压缩空气作为绝缘和灭弧介质；

d.真空断路器：利用真空室灭弧的断路器；

e.SF6断路器：利用SF6气体作为绝缘和灭弧介质的断路器；

f.SF6组合电器：将断路器、刀闸、互感器、避雷器、母线等全部密封在充满SF6气体的室内利用SF6气体作为绝缘和灭弧介质的组合电器。C．灭磁开关：一种特殊的低压空气断路器,有很好的灭弧能力，用于发电机的励磁回路，接通和断开发电机的转子电流并用灭弧栅熄灭电弧。3.3.5隔离刀闸定义：隔离刀闸是高压开关电器中使用最多的一种电器，它本身的工作原理及结构比较简单，但是由于使用量大，工作可靠性要求高，对变电所、电厂的设计、建立和安全运行的影响均较大。刀闸的主要特点是无灭弧能力，只能在没有负荷电流的情况下分、合电路。

作用：

1)分闸后，建立可靠的绝缘间隙，将需要检修的设备或线路与电源用一个明显断开点隔开，以保证检修人员和设备的安全。

2)根据运行需要，换接线路。

3)可用来分、合线路中的小电流，如套管、母线、连接头、短电缆的充电电流，开关均压电容的电容电流，双母线换接时的环流以及电压互感器的励磁电流等。

4)根据不同结构类型的具体情况，可用来分、合一定容量变压器的空载励磁电流。手车3.3.6电流互感器

A.作用：变换电流并对一、二次绕组进行绝缘隔离，用于将高压回路的电流变换为成正比的低压电流供接入测量或保护回路。电流互感器对二次回路来说是电流源（即二次电流由一次电流决定，而不决定于负荷），一定要防止开路，否则要产生过电压而损坏。B.定义：电流互感器：一种互感器，在正常使用状态下，其二次电流与一次电流实质上成正比，而其相位差在连接方法正确时接近于零的互感器。C.电流互感器的分类按用途分：测量用电流互感器保护用电流互感器保护、测量共用电流互感器电能计量用电流互感器保护用电流互感器为给保护用继电器或装置提供电流，标准准确级为：5P、10P两种，主要技术指标为准确极限系数（俗称饱和倍数）。测量用（含电能计量用）电流互感器为给指示仪表、积分仪表和其它类似电器提供电流。电能计量用电流互感器比测量用电流互感器的精度级别要高。3.2.7电压互感器作用：变换电压、隔离，用于将高压电压变换为成正比的低压电压供接入测量或保护回路。电压互感器对二次回路来说是电压源（即电压由一次电压决定），一定要防止短路，否则要烧坏。定义：电压互感器：在正常使用情况下，其二次电压与一次电压实质上成正比，而其相位差在连接方法正确时接近零的互感器。分类

A.按接地方式分：

a.不接地电压互感器（全绝缘的）：一次绕组的各部分（包括出线端在内）都是对地绝缘的，而且绝缘水平与额定绝缘水平一致的电压互感器。

b.接地电压互感器（分级绝缘的）：一次绕组的一端准备直接接地的单相电压互感器或一次绕组的星型联结点准备直接接地的三相电压互感器。B．按相数分：a.单相电压互感器,可由三台组成三相电压互感器；b.三相电压互感器;c.三相五柱式电压互感器，有五个铁心柱，可以检测零序电压。C．按绕组数分：a.双绕组,有一个一次绕组和一个二次绕组；b.三绕组，有一个一次绕组和两个二次绕组（一个星形绕组和一个开口三角绕组）；c.四绕组，有一个一次绕组和三个二次绕组（两个星形绕组和一个开口三角绕组）。3.2二次设备

定义：二次设备是对一次设备进行控制、调节、保护和监测的设备、主要包括：继电保护设备、仪表、自动控制设备、电源等等。3.2.1仪表

分类：按功能：电能表，（正向，反向，有功，无功）（三相三线，三相四线）电压表，（相电压，线电压）电流表，（相电流，线电流）功率表等按显示方式：数字显示表，指针表。3.2.2自动控制设备-PLC定义：PLC主要是数字运算操作电子系统的可编程逻辑控制器。由中央处理单元(CPU)、存储器、I/O模块（模拟量和数字量）、电源组成。作用：PLC是工业上专门用来控制各种工艺操作的可编程逻辑控制设备，功能非常强大，可以执行逻辑运算，定时，顺序控制，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。它其实就是一台工控电脑，不过需要专业的编程人员对其编程才能实现相应的过程控制。3.2.5电源A、UPS电源定义：UPS的中文意思为“不间断电源”。作用：一是应急使用，防止突然断电而影响正常工作，给计算机造成损害；二是消除市电上的电涌、瞬间高电压、瞬间低电压、电线噪声和频率偏移等“电源污染”，改善电源质量。B、直流电源（蓄电池）定义：直流电源（DCpower）有正、负两个电极，正极的电位高，负极的电位低，当两个电极与电路连通后，能够使电路两端之间维持恒定的电位差，从而在外电路中形成由正极到负极的电流。4、电力系统电气主接线形式4.1接线形式分类

单母线、单母线分段、双母线、双母线分段有旁路母线等等。A、单母线用于1台发电机或1台主变的下述情况,示意图见图A：此接线用于：

a.6-10KV出线不超过5回;b.35-63KV出线不超过3回;c.110-220KV出线不超过2回。B、单母线分段：用于2台发电机或2台主变的下述情况,示意图见图B：此接线用于：

a.6-10KV出线6回以上;b.35-63KV出线4-8回;c.110-22KV出线3-4回。C、双母线接线有母联断路器：母线上出线回路或电源较多，母线故障后要求迅速恢复供电，母线检修时，不允许停电的以下情况采用本接线方式，示意图见图：此接线用于：a.6-10KV出线短路电流较大需要电抗器时;b.35-63KV出线8回以上;c.110-22KV出线4回以上。

D、双母线分段接线，增设旁路母线的情况此方案用于220KV进出线较多时的下述情况：

a.进出线回路数为10-14回时,在一组母线上用断路器分段;b.进出线回路数为15回以上时，两组母线均用断路器分段;以上均装设2台母联兼旁路断路器,E、变压器线路单元接线用于只有1台发电机--变压器组和一条线路时,发电厂内不设高压配电装置，直接送入枢纽变电所,见图A。F、桥形接线用于小容量发电厂、变电站,见图B（内桥接线）、C（外桥接线）。4.2不同级别变电所，发电站接线形式：A、一般变电所

一般变电所多为终端变电所,降压供电给附近用户或企业。B、地区重要变电所

地区重要变电所位于地区网络的枢纽点上,高压侧以交换或接受功率为主,供电给地区的中压侧负荷与附近的低压侧负荷。全所停电后,将引起地区电网瓦解,影响全地区供电。

C、枢纽变电所接线系统枢纽变电所汇集多个大电源和大容量联络线，在系统中处于枢纽地位，高压侧交换系统间巨大功率潮流，并向中压侧输送大量电能。这种变电所如果全所停电，将使系统稳定破坏，电网瓦解，造成大面积停电。

5、电力系统常见的电气故障5.1系统故障特征(1)母线电压降低(2)正序电压降低(3)负序电压/零序电压升高，故障点处最高(4)回路电流升高5.2常见的电气故障A、短路