2023电力系统基础知识

电力系统基础知识课程说明知识目标了解电网及超高压输电公司概况;掌握一二次设备的作用及分类。课程依据《电力安全工作规程》《电气操作导则》《XX换流站运行规程》授课对象变电、输电专业新入企员工Contents目录020304输电主设备简介输电新技术简介01电力生产简介电网及超高压输电公司概况一、电力生产简介电力生产把各种一次能源转换成电能并输送和分配到电力用户。“我们不生产能源，我们只是大自然的搬运工！”生物质能地热能潮汐能太阳能核能风能水能能源非化石能源化石能源天然气石油煤炭一、电力生产简介由发电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费的系统。电力系统输、配电线路+变电（换流）站=电网发电厂变电站输电线路变电站配电线路用户一、电力生产简介发电厂把其他形式的能量转变成电能发电厂火电厂水电厂核电站新能源电厂风电场太阳能电厂生物质能电厂地热能电厂潮汐能电厂发电装机容量比例图（截至2015年底）一、电力生产简介发电厂●火电厂将燃料（煤炭、石油、天然气）燃烧加热水生成蒸汽，蒸汽压力推动汽轮机旋转，汽轮机带动发电机旋转发电。一、电力生产简介火电厂一、电力生产简介发电厂●火电厂优点选址灵活初期投资低受环境影响小，运行平稳可靠缺点运行成本高运、维难度大环境污染严重启、停等控制较慢一、电力生产简介发电厂●水电厂从河流高处或水库内引水，利用水的压力或流速冲动水轮机旋转，水轮机带动发电机旋转发电。一、电力生产简介水电厂一、电力生产简介发电厂●水电厂优点无污染水能可再生后期成本很低水能蕴藏总量大缺点建设困难固定资产投资大对地理环境要求高一、电力生产简介发电厂●核电站控制核燃料裂变释放能量，经过反应堆内循环的冷却剂，把能量带出并传输到锅炉产生蒸汽以驱动涡轮机，带动发电机发电。一、电力生产简介核电站一、电力生产简介发电厂●核电站优点后期成本低无空气污染核燃料能量密度大，燃料体积小缺点固定资产投资大排放废热多，热污染严重放射性废料，处置成本大故障造成放射污染后果严重一、电力生产简介发电厂●风电场风力带动风车叶片旋转，透过增速机将旋转的速度提升，促使发电机发电。一、电力生产简介风电场一、电力生产简介发电厂●风电场优点无污染风能可再生基建周期短装机规模灵活缺点成本较高占用大片土地不稳定、不可控噪声、视觉污染，影响鸟类一、电力生产简介发电厂●太阳能电厂利用半导体材料的光电效应，将太阳能转换成电能一、电力生产简介太阳能电厂一、电力生产简介发电厂●太阳能电厂优点资源随处可得安全可靠，无污染可再生、无枯竭危险运维简单、运行稳定太阳能电池组件结构简单、易组合、扩容缺点建设成本高间歇性工作受气候影响大能量转换效率低能量密度低，占地面积大一、电力生产简介发电厂●生物质能电厂利用农业、林业、工业废弃物和城市垃圾等为原料，采取直接燃烧或气化后燃烧等方式产生蒸汽，带动汽轮机及发电机发电。一、电力生产简介发电厂●潮汐能电厂通过出水库，在涨潮时将海水储存在水库内，以势能的形式保存。在落潮时放出海水，利用高、低潮位之间的落差，推动水轮机旋转，带动发电机发电。一、电力生产简介发电厂●地热能电厂利用地下热水和蒸汽为动力源，把地热能转换为机械能，再把机械能转换为电能。一、电力生产简介输电系统变电（换流）站高压输电线路将发电厂发出的电能输送到消费电能的地区（即负荷中心），或进行相邻电网之间的电能互送，包括超（特）高压输电线路和变电（换流）站两部分。一、电力生产简介输电系统发电厂变电站输电线路变电站配电线路用户一、电力生产简介输电系统●概念引入低压电&高压电低压电：电压≤1千伏（kV），如家庭用电高压电：电压＞1千伏（kV），如工业用电安全电压：电压＜36V，不致使人直接致死或致残一、电力生产简介一、电力生产简介为什么用高压输电？在相同输电功率的情况下，电压越高，电流就越小，从而功率损耗低，输电经济性好。原因1在相同输电电流的情况下，电压越高，输送功率越大，减少线路走廊，节约土地资源原因2输电系统普通公路高速公路一、电力生产简介一、电力生产简介一、电力生产简介线路走廊架空输电线路的路径所占用的土地面积和空间区域。沿线路两边导线，向两侧伸展一定宽度的线路下方的带状区域。在该区域内，允许公众进入或从事基本农业及其他受限的生产活动。输电系统●概念引入一、电力生产简介一、电力生产简介输电系统●概念引入频率f交流电单位时间内周期性变化的次数，单位是赫兹（Hz）欧洲、亚洲多国（英国、德国、中国等）美洲多国（美国、加拿大、巴西等）50Hz60Hz一、电力生产简介交流电为什么是三相输电系统相同尺寸的三相发电机比单相发电机的功率大，在三相负载相同的情况下，发电机转矩恒定，有利于发电机的工作发电三相系统比单相系统节省传输线，三相变压器比单相变压器经济输电三相电容易产生旋转磁场使三相电动机平稳转动用电一、电力生产简介交流输电优点建设成本低对环境影响小网架更灵活，配送电更方便发、输、配、用电设备成熟输电系统一、电力生产简介直流输电优点输送容量大、送电距离远输送功率的大小和方向可快速调节输送功率相同时，线路造价低、线路损耗小限制短路电流、不存在系统稳定问题，可实现电网非同期互联输电系统特高压：输送容量更大、送电距离更远一、电力生产简介交流输电vs直流输电输电系统直流输电&万吨巨轮交流电网&深水港具有输电和构建网架的双重功能，电力的接入、传输和消纳十分灵活，是构建电网的前提，也是电网安全运行的基础。交流输电直流输电送电距离更远、输送功率更大，主要用于大型能源基地的送出，不能形成网络。一、电力生产简介输电系统●概念引入变电站&换流站改变电压的场所，在电力系统中实现变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的功能。变电站换流站变换电流的场所，在高压直流输电系统中完成交流电与直流电相互变换。一、电力生产简介配电系统发电厂变电站输电线路变电站配电线路用户一、电力生产简介一、电力生产简介配电系统一、电力生产简介用电设备发电厂变电站输电线路变电站配电线路用户一、电力生产简介用电设备照明用电电热用电动力用电工艺用电Contents目录020304输电主设备简介输电新技术简介01电力生产简介电网及超高压输电公司概况Contents目录020304输电主设备简介输电新技术简介01电力生产简介电网及超高压输电公司概况三、输电主设备简介输电系统示意图电源侧换流站负荷侧换流站发电厂用户输电线路输电线路三、输电主设备简介三、输电主设备简介一次/二次设备一次设备生产和转换电能发电机、电动机接通和断开电路断路器、隔离开关、接触器电气一、二次设备间转换电压、电流互感器限制过电流、防御过电压电抗器、避雷器载流导体输电线、母线接地装置三、输电主设备简介三、输电主设备简介一次/二次设备一次设备

输电线路管母电流互感器避雷器三、输电主设备简介三、输电主设备简介工作站、测控柜、继保及自动装置、蓄电池等。

三、输电主设备简介一次/二次设备二次设备

运行人员工作站测控柜自动化装置三、输电主设备简介一次/二次设备二次设备

工作站、测控柜、继保及自动装置、蓄电池等。

直流控制、保护装置交流保护装置三、输电主设备简介电源侧换流站负荷侧换流站发电厂用户输电线路输电线路变压器变压器三、电力系统主要参数及主设备简介变压器●功能变换电压,以利于功率的传输升高输电电压,减少线路损耗,提高经济性,从而远距离送电。升压变压器把高电压变为用户所需要的各级使用电压,满足用户需要。降压变压器换流站交、直流变换的重要设备。换流变压器三、电力系统主要参数及主设备简介三、电力系统主要参数及主设备简介变压器●基本结构变压器绕组分接开关变压器铁芯三、电力系统主要参数及主设备简介变压器●基本结构直流侧套管冷却装置油枕交流侧套管滤油机油箱控制柜表记三、电力系统主要参数及主设备简介变压器●主要技术参数变压器高、低压各侧额定电压之间的比值，表征电压变换能力电压比变压器高、低压各侧长时间运行所能承受的工作电压额定电压变压器在额定电压、电流时连续运行所输送的容量额定容量又称“铜损”，表征变压器额定运行工况下绕组损耗的能量短路损耗又称“铁损”，表征变压器铁芯损耗的能量额定容量三、电力系统主要参数及主设备简介A相B相C相三、输电主设备简介电源侧换流站负荷侧换流站发电厂用户输电线路输电线路换流阀换流阀三、电力系统主要参数及主设备简介三、电力系统主要参数及主设备简介换流阀●原理按既定时间顺序打开或关闭换流阀使交流电的大小和方向不变（电源侧换流站整流）使直流电的大小和方向发生交替变化（负荷侧换流站逆变）三、电力系统主要参数及主设备简介换流阀●基本结构均压电容器RC阻尼回路：电容器电阻器TVM板可控硅阀片RPU三、电力系统主要参数及主设备简介阀塔阀片换流阀三、输电主设备简介电源侧换流站负荷侧换流站发电厂用户输电线路输电线路刀闸隔离开关三、电力系统主要参数及主设备简介三、电力系统主要参数及主设备简介三、电力系统主要参数及主设备简介隔离开关●类型按绝缘支柱数目分：单柱式、双柱式、三柱式按开断形式分：双侧开断、中央开断、垂直伸缩、水平伸缩中央开断垂直伸缩水平伸缩三、输电主设备简介三、电力系统主要参数及主设备简介断路器●基本结构通断元件操作机构绝缘支柱传动机构（支柱内部）基座类型压缩空气磁吹少油真空SF6三、电力系统主要参数及主设备简介断路器●主要技术参数能可靠切断的最大短路电流值,表征断路器切除故障的能力额定短路电流开始分闸到电弧完全熄灭为止的时间，表征断路器熄弧的能力开断时间断路器长时间运行所能承受的工作电流额定电流断路器长时间运行所能承受的工作电压额定电压三、电力系统主要参数及主设备简介500kV开关110kV开关直流开关断路器三、输电主设备简介电源侧换流站负荷侧换流站发电厂用户输电线路输电线路互感器互感器三、电力系统主要参数及主设备简介互感器●功能把大电流按比例转换为小电流或高电压按比例转换成低电压后,提供给仪表或继电器，供保护、测量及自动装置用。将二次系统与高电压隔离，保证了人身和设备的安全。01使测量仪表和继电器的制造简单化、标准化,提高了经济效益。02二次回路接线简单，当电路上发生短路时，保护测量仪表的电流线圈不受大电流的损害。03三、电力系统主要参数及主设备简介互感器●原理交流电压、电流互感器工作原理与变压器工作原理相同。当一次绕组中有电流通过时，铁芯中产生磁通，从而在二次绕组中感应出二次电压，产生二次电流。电流互感器原理图电磁式电压互感器原理图电容式电压互感器原理图三、电力系统主要参数及主设备简介互感器●基本结构基座绝缘支柱二次屏蔽罩一次穿芯杆通过处二次接线盒三、电力系统主要参数及主设备简介互感器●主要技术参数一次额定电压/流与二次额定电压/流之比额定变比表示互感器本身误差的等级，测量用和保护用的互感器精度不同准确度等级二次侧所允许连接的满足某准确等级的容量额定容量三、电力系统主要参数及主设备简介互感器电压互感器电流互感器三、输电主设备简介电源侧换流站负荷侧换流站发电厂用户输电线路输电线路避雷器防雷设备三、电力系统主要参数及主设备简介三、电力系统主要参数及主设备简介避雷器●原理避雷器接于带电导线与地之间，当产生过电压时避雷器动作，并联放电间隙导通流过电流，限制过电压幅值，从而保护设备绝缘。过低压消失，电压值正常后，避雷器又迅速恢复原状，以保证系统正常供电。类似大坝泄洪道当水库里的水位超过安全限度时，水就从泄洪道流出，防止水坝被毁坏。阀型避雷器原理结构图1－间隙；2－非线性电阻三、电力系统主要参数及主设备简介避雷器避雷针三、输电主设备简介电源侧换流站负荷侧换流站发电厂用户输电线路输电线路电容器电抗器电容、电抗器三、电力系统主要参数及主设备简介三、电力系统主要参数及主设备简介电容器电抗器电容、电抗器三、输电主设备简介电源侧换流站负荷侧换流站发电厂用户输电线路输电线路母线绝缘子母线、绝缘子三、电力系统主要参数及主设备简介母线●功能将发电机、变压器与各种电器连接的导线，起汇集、分配和传送电能的作用。管母软导线三、电力系统主要参数及主设备简介绝缘子●功能牢固地支持和固定载流导体将载流导体与地之间形成良好的绝缘穿墙套管横担绝缘子支柱绝缘子三、电力系统主要参数及主设备简介组合电器三、电力系统主要参数及主设备简介组合电器●分类组合电器气体绝缘金属全封闭开关设备GIS气体绝缘金属半封闭开关设备HGIS不包括母线三、电力系统主要参数及主设备简介三、电力系统主要参数及主设备简介GIS组合电器●结构1、汇控柜2、操作机构3、断路器4、电流互感器5、隔离开关6、接地开关7、出线套管8、避雷器9、共箱母线10、底架12398754561066三、电力系统主要参数及主设备简介三、输电主设备简介电源侧换流站负荷侧换流站发电厂用户输电线路输电线路输电线路三、电力系统主要参数及主设备简介输电线路●功能直线杆塔担负输送和分配电能的作用。耐张杆塔三、电力系统主要参数及主设备简介输电线路转角杆塔终端杆塔三、电力系统主要参数及主设备简介换位杆塔跨越杆塔输电线路三、电力系统主要参数及主设备简介输电线路●基本结构导线架空地线绝缘子金具绝缘子杆塔金具三、电力系统主要参数及主设备简介继保装置●功能当电力系统中的一次设备（如变压器、线路等）发生故障危及电力系统安全运行时，自动地、迅速地、有选择地向所控制的断路器发出跳闸命令以隔离故障设备。保证系统的其余部分迅速恢复正常运行，并使故障设备不再继续遭到损坏。保护装置测量部分执行部分逻辑部分三、电力系统主要参数及主设备简介继保装置●原理利用电力系统中元件发生短路或异常情况时的电气量（电流、电压、功率、频率等）的变化或其他的物理量，如变压器油箱内故障时伴随产生的大量瓦斯和油流速度的增大或油压强度的增高，作为保护装置启动条件。三、电力系统主要参数及主设备简介三、电力系统主要参数及主设备简介自动化装置●定义自动化装置是指对电力系统进行测量、监视、控制、分析、运行管理的系统及其设备的总称，由主站端、厂站端系统及其设备，经通信通道连接组成。三、电力系统主要参数及主设备简介自动化装置●组成能量管理系统(EMS)数据采集与监控(SCADA)系统调度生产管理系统(OMS）配电管理系统(DMS)主站系统调度员培训仿真(DTS)系统电力二次系统安全防护电力调度数据网络主站系统电能量计量系统主站系统电力市场运营系统主站系统水调自动化系统（含卫星云图）主站系统相关基础系统（机房、大屏幕，UPS电源等）主站端系统三、电力系统主要参数及主设备简介自动化装置●组成厂站端系统变电站综合自动化系统（远动、监控、测控等）专用的GPS卫星授时装置配电网自动化系统远方终端电能量计量系统的关口计量表计及专用计量屏（柜）电力调度数据网络接入设备和二次系统安全防护设备相量测量装置(PMU)厂站视频及环境监控系统厂站自动化不间断电源（UPS）三、电力系统主要参数及主设备简介自动化系统●功能自动化系统监控系统远动系统防误系统三、电力系统主要参数及主设备简介自动化系统●功能遥测遥信遥调遥视遥控变电站监控系统三、电力系统主要参数及主设备简介直流控制系统●功能换流站直流控制系统是高压直流输电系统的核心，负责主要高压直流设备的监视、控制及故障保护，该系统的安全稳定运行是保证直流工程稳定可靠运行的基础。三、电力系统主要参数及主设备简介直流控制系统●组成