电力系统基础知识

电力基础知识

怀朔风电场刘立强1当前第1页\共有64页\编于星期三\5点2什么是电力系统？当前第2页\共有64页\编于星期三\5点3

电力网：电力系统中各种电压的变电所及输配电线路组成的统一体。电力系统：由发电厂中的电气部分、各类变电所及输电、配电线路及各种类型的用电设备组成的统一体，称为电力系统。具体组成如下：发电厂：生产电能。电力网：变换电压、传送电能。由变电所和电力线路组成。配电系统：将系统的电能传输给电力用户。电力用户：高压用户额定电压在1kV以上，低压用户额定电压在1kV以下。用电设备：消耗电能。

动力系统：在电力系统的基础上，把发电厂的动力部分（例如火力发电厂的锅炉、汽轮机和水力发电厂的水库、水轮机以及核动力发电厂的反应堆等）包含在内的系统。通常，将发电厂电能送到负荷中心的线路叫输电线路。负荷中心至各用户的线路叫配电线路。负荷中心一般设变电站

。当前第3页\共有64页\编于星期三\5点4G~M~M~电力网电力系统动力系统发电厂发电机变电所升压变压器输电线路变电所降压变压器用户用电设备当前第4页\共有64页\编于星期三\5点电气部分声明：内部资料请匆转载电气的本意就是电，也就是：带电的、生产和使用电能的，与电相关的。对于电气部分可以泛泛地理解为：由所有带电设备及其附属设备所组成的全部。包括风电场在内的各类发电厂站、实现电压等级变换和能量输送的电网、消耗电能的各类设备（用户或负荷）共同构成了电力系统。电力系统就是用于生产、传输、变换、分配和消耗电能的系统。各个环节的带电部分统称为其各自的电气部分。当前第5页\共有64页\编于星期三\5点电气设备当前第6页\共有64页\编于星期三\5点电气设备声明：内部资料请匆转载电力系统的生产运行，是通过各种电气设备来实现的。电气设备的功能各不相同，分为：一次设备和二次设备。一次设备即生产、变换、输送、分配和使用电能的设备，有发电机、变压器、开关设备、输电线路、接地装置等。二次设备是指对一次系统进行测量、控制、监视和保护的设备，有互感器、测量仪表、继电保护等。当前第7页\共有64页\编于星期三\5点一次设备声明：内部资料请匆转载①生产和转换电能的设备发电机－机械能转换为电能；当前第8页\共有64页\编于星期三\5点一次设备声明：内部资料请匆转载①生产和转换电能的设备发电机－机械能转换为电能；电动机－电能转化为机械能；鼠笼型异步电动机当前第9页\共有64页\编于星期三\5点一次设备声明：内部资料请匆转载①生产和转换电能的设备发电机－机械能转换为电能；电动机－电能转化为机械能；变压器－电压升高或降低，满足输配电需要。当前第10页\共有64页\编于星期三\5点PicturesofTransformers当前第11页\共有64页\编于星期三\5点PicturesofTransformers当前第12页\共有64页\编于星期三\5点PicturesofTransformers当前第13页\共有64页\编于星期三\5点一次设备声明：内部资料请匆转载②接通或断开电路的开关电器

断路器－正常时用来接通和断开负荷电流；

故障时受继电保护控制，将电路自动断开。当前第14页\共有64页\编于星期三\5点声明：内部资料请匆转载少油断路器当前第15页\共有64页\编于星期三\5点罐式及磁柱式SF6断路器当前第16页\共有64页\编于星期三\5点一次设备声明：内部资料请匆转载②接通或断开电路的开关电器

断路器－正常时用来接通和断开负荷电流；

故障时受继电保护控制，将电路自动断开。

隔离开关－将一次设备与带电部分可靠隔离，没有灭弧装置，只有在断路器断开后，才能接通和断开隔离开关。当前第17页\共有64页\编于星期三\5点声明：内部资料请匆转载低压真空隔离开关当前第18页\共有64页\编于星期三\5点

当前第19页\共有64页\编于星期三\5点

当前第20页\共有64页\编于星期三\5点一次设备声明：内部资料请匆转载②接通或断开电路的开关电器

断路器－正常时用来接通和断开负荷电流；

故障时受继电保护控制，将电路自动断开。

隔离开关－将一次设备与带电部分可靠隔离，没有灭弧装置，只有在断路器断开后，才能接通和断开隔离开关。

熔断器－

接触器－当前第21页\共有64页\编于星期三\5点声明：内部资料请匆转载高压跌落式熔断器负荷开关及熔断器当前第22页\共有64页\编于星期三\5点一次设备声明：内部资料请匆转载③

限制故障电流和防御过电压的电器

电抗器－限制短路电流，维持母线残压。

避雷器－防御过电压。④接地装置：与地中的接地网相连电力系统中性点的工作接地，保护人身安全的保护接地。当前第23页\共有64页\编于星期三\5点一次设备声明：内部资料请匆转载⑤载流导体：将电气设备连接起来分为硬导体和软导体。当前第24页\共有64页\编于星期三\5点一次设备声明：内部资料请匆转载⑤载流导体：将电气设备连接起来

母线－汇集和分配电能。当前第25页\共有64页\编于星期三\5点一次设备声明：内部资料请匆转载当前第26页\共有64页\编于星期三\5点一次设备声明：内部资料请匆转载⑤载流导体：将电气设备连接起来

母线－汇集和分配电能。

架空线－终端线、联络线。当前第27页\共有64页\编于星期三\5点当前第28页\共有64页\编于星期三\5点一次设备声明：内部资料请匆转载⑤载流导体：将电气设备连接起来

母线－汇集和分配电能。

架空线－终端线、联络线。

电缆－城市、厂站内部或附近、穿越江河或海峡时使用。当前第29页\共有64页\编于星期三\5点二次设备声明：内部资料请匆转载①仪用互感器：将电路中高电压或大电流转换成低电压、小电流，

供给仪表和保护装置使用主要是：电压互感器PT，电流互感器CT

。当前第30页\共有64页\编于星期三\5点声明：内部资料请匆转载电流互感器电压互感器当前第31页\共有64页\编于星期三\5点二次设备声明：内部资料请匆转载②测量表计：测量电路中的电气参数例如：电压表，电流表，功率因数表。当前第32页\共有64页\编于星期三\5点当前第33页\共有64页\编于星期三\5点当前第34页\共有64页\编于星期三\5点二次设备声明：内部资料请匆转载③继电保护及自动装置：迅速反应不正常情况并进行监控和调节④直流电源设备：供给控制、保护和厂用直流负荷、事故照明例如：直流发电机组，蓄电池组，硅整流设备⑤操作电器、信号设备及控制电缆当前第35页\共有64页\编于星期三\5点一次系统和二次系统声明：内部资料请匆转载一次设备相互连接构成了传输能量的一次系统。二次设备相互连接构成了监控保护的二次系统。当前第36页\共有64页\编于星期三\5点电气接线在发电厂和变电站中，根据电气设备的作用和具体要求，按照一定方式由导体连接形成的传输能量（一次部分）和信号（二次部分）的电路，称为电气接线。对这个电路的图形描述被称为一次接线图（又称电气主接线图）和二次回路图。当前第37页\共有64页\编于星期三\5点电气主接线图主接线图是一种单线图，由规定的电气设备图形符号和文字符号组成，按照工作顺序排列，详细表示系统中的全部电气设备(或成套装置)及其连接关系。当前第38页\共有64页\编于星期三\5点电气主接线的图形符号当前第39页\共有64页\编于星期三\5点（1）最基本的一次设备一次设备的图形符号当前第40页\共有64页\编于星期三\5点看一个简化的发电厂电气系统示意图

一次设备的图形符号当前第41页\共有64页\编于星期三\5点（2）开关设备一次设备的图形符号当前第42页\共有64页\编于星期三\5点一次设备的图形符号变电站的主接线图

当前第43页\共有64页\编于星期三\5点（3）防雷和接地设备一次设备的图形符号当前第44页\共有64页\编于星期三\5点（4）互感器一次设备的图形符号当前第45页\共有64页\编于星期三\5点主要电气一次设备的图形符号

当前第46页\共有64页\编于星期三\5点风电场电气部分的构成当前第47页\共有64页\编于星期三\5点风电场的电气部分的构成声明：内部资料请匆转载由于风电场自身的电气特点，风电场电气部分与常规发电厂站的电气部分也不尽相同。风电场的电气部分也是由一次部分和二次部分共同组成，这一点和常规发电厂站是一样的。二次部分将在后面介绍，这里主要介绍电气一次系统。当前第48页\共有64页\编于星期三\5点风电场的电气部分的构成123457689风电场电气一次系统示意图1风机叶轮，2传动装置，3发电机，4变流器，5机组升压变压器，6、升压站中的配电装置

7升压站中的升压变压器，8升压站中的高压配电装置，9架空线路当前第49页\共有64页\编于星期三\5点风电场的电气部分的构成声明：内部资料请匆转载根据在电能生产过程中的整体功能，风电场电气一次系统可以分为四个主要部分： 风电机组、 集电系统、 升压站、 厂用电系统。当前第50页\共有64页\编于星期三\5点风电场的电气部分的构成声明：内部资料请匆转载风电机组，除了风力机和发电机以外，还包括电力电子换流器（有时也称为变频器）和对应的机组升压变压器。目前，风电场的主流风力发电机本身输出电压为690V，经过机组升压变压器将电压升高到10kV或35kV。当前第51页\共有64页\编于星期三\5点风电场的电气部分的构成声明：内部资料请匆转载集电系统将风电机组生产的电能按组收集起来。分组采用位置就近原则，每组风电机组的数目大体相同。同组各台机组输出(升压后)一般可由电缆线路直接并联，汇集为一条10kV或35kV架空线路输送到升压变电站。采用地下电缆还是架空线，还要看风电场的具体情况。当前第52页\共有64页\编于星期三\5点风电场的电气部分的构成声明：内部资料请匆转载升压变电站的主变压器将集电系统汇集的电能再次升高。达到一定规模的风电场一般可将电压升高到110kV或220kV接入电力系统。对于规模更大的风电场，例如百万千瓦级的特大型风电场，还可能需要进一步升高到500kV或更高。当前第53页\共有64页\编于星期三\5点风电场的电气部分的构成声明：内部资料请匆转载风电机组发出的电能并不是全都送入电网，有一部分在风电场内部就用掉了。风电场的厂用电，也就是风电场内用电的部分，包括：维持风电场正常运行及安排检修维护等生产用电，风电场运行维护人员在风电场内的生活用电等。当前第54页\共有64页\编于星期三\5点电气系统的一些基本概念当前第55页\共有64页\编于星期三\5点电气主接线图的作用声明：内部资料请匆转载以单线图的方式详细地表示电气设备(或成套装置)的全部基本组成和连接关系；可表明具体厂站的电能汇集和分配关系及相关运行方式。现代电力系统是三相交流电力系统，而电气主接线图主要是以单相图的形式来表征三相电路；对于某些需要表示接线特征的设备则要表示其三相特征，比如：变压器、电压互感器和电流互感器等。当前第56页\共有64页\编于星期三\5点电源和负荷声明：内部资料请匆转载电源是提供电能的电气部分；负荷是接受电能的电气部分。风电场中，风电机组是电源，升压变压器是它的负荷。通常认为相对于需要分析的具体电气设备，能为其提供电能的相关设备即为其电源。注意：电源和负荷是相对的概念。同一条线路，在作不同的分析时，可能是负荷的电源，也可能是电源的负荷。在分析主接线时，要将它们看作是带电的。发电机、变压器、线路都有可能作为电源。当前第57页\共有64页\编于星期三\5点电源和负荷声明：内部资料请匆转载向负荷可靠供电是电力系统的首要要求，由于不同负荷断电后在政治、经济上所造成的损失或影响程度不同，可将电力负荷分为不同等级。不同的电力负荷，所要求的供电可靠性不同，因而对供电电源的要求也不同。当前第58页\共有64页\编于星期三\5点设备的工作状态声明：内部资料请匆转载安装使用的电气设备，有四种工作状态：运行状态：电气设备的断路器、隔离开关都在合闸位置；热备用状态：设备只断开