电力系统基础知识介绍.pptx

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1、电力系统基础知识电力系统基础知识介绍介绍一次系统二次系统第一部分第一部分：一次系统概述：一次系统概述第二部分第二部分：一次设备：一次设备第三部分：一次主接线图第三部分：一次主接线图一次系统一次系统第一部分第一部分一次系统概述一次系统概述5一次系统概述电力系统电力系统电力系统电力系统由发电由发电由发电由发电、输电输电输电输电、变电、变电、变电、变电、配电和用电等环节组成的电能生配电和用电等环节组成的电能生配电和用电等环节组成的电能生配电和用电等环节组成的电能生产、传输与消费系统。产、传输与消费系统。产、传输与消费系统。产、传输与消费系统。发电发电发电发电用电用电用电用电输电输电输电输电变电变电变

2、电变电配电配电配电配电RTURTURTURTURTURTU数据采集和传输数据采集和传输应用服务器应用服务器应用服务器应用服务器电电电电 网网网网 调调调调 度度度度 中中中中 心心心心6相关概念水水库库水轮机水轮机汽轮机汽轮机汽轮机汽轮机汽轮机汽轮机汽轮机汽轮机水轮机水轮机锅锅炉炉锅锅炉炉核反应堆核反应堆核反应堆核反应堆水水电电站站火火电电站站核核电电站站发电机发电机变压器变压器发电机发电机变压器变压器电动机电动机电灯电灯动力系统动力系统电力系统电力系统电网电网动力部分动力部分发电环节发电环节输电环节输电环节配电环节配电环节供电环节供电环节变电环节变电环节7一次系统概述水电站水电站水电站水电站

3、8一次系统概述火电站火电站火电站火电站9一次系统概述核电站核电站核电站核电站10一次系统概述风风风风电站电站电站电站输 电 网 络输 电 网 络13一次系统概述变电站变电站变电站变电站变 电 站15一次系统概述一次设备：直接生产、转换、分配电能的设备。一次设备：直接生产、转换、分配电能的设备。1 1 生产和转换电能的设备：同步发电机，变压器，电动机生产和转换电能的设备：同步发电机，变压器，电动机生产和转换电能的设备：同步发电机，变压器，电动机生产和转换电能的设备：同步发电机，变压器，电动机2 2 开关电器：断路器，隔离开关，熔断器开关电器：断路器，隔离开关，熔断器开关电器：断路器，隔离开关，熔

4、断器开关电器：断路器，隔离开关，熔断器3 3 限流电器：串联电抗器限流电器：串联电抗器限流电器：串联电抗器限流电器：串联电抗器4 4 载流导体：母线，架空线和电缆载流导体：母线，架空线和电缆载流导体：母线，架空线和电缆载流导体：母线，架空线和电缆5 5 补偿设备：调相机，电力电容器，消弧线圈，并联电抗器补偿设备：调相机，电力电容器，消弧线圈，并联电抗器补偿设备：调相机，电力电容器，消弧线圈，并联电抗器补偿设备：调相机，电力电容器，消弧线圈，并联电抗器6 6 互感器互感器互感器互感器7 7 防御过电压设备：避雷线，避雷器，避雷针防御过电压设备：避雷线，避雷器，避雷针防御过电压设备：避雷线，避雷器

5、，避雷针防御过电压设备：避雷线，避雷器，避雷针8 8 绝缘子绝缘子绝缘子绝缘子9 9 接地装置接地装置接地装置接地装置一次设备组成的系统成为电力一次系统。一次设备组成的系统成为电力一次系统。16一次系统概述为输电线上的功率损耗正比于电流的平方。传输同样的功率，提高传输电压就可以降低线路电流，从而降低了线路损耗。为什么要采用高压输电呢？为什么要采用高压输电呢？为什么要采用高压输电呢？为什么要采用高压输电呢？为什么常见的输电采用交流电？为什么常见的输电采用交流电？为什么常见的输电采用交流电？为什么常见的输电采用交流电？由于不便于将直流电低电压升至高电压进行远距离传输，直流输电曾让位于交流输电。变电

6、站在电力系统中位置示意图变电站在电力系统中位置示意图17电压等级的划分电压等级的划分18变电站类别类别n作用作用升压变电站（电厂附近）升压变电站（电厂附近）降压变电站（负荷中心附近）降压变电站（负荷中心附近）枢纽变电站（汇集多个电源）枢纽变电站（汇集多个电源）n管理形式管理形式有人值守有人值守无人值守无人值守n结构形式结构形式屋外（高压）屋外（高压）屋内（居民密集区、污秽严重区）屋内（居民密集区、污秽严重区）n地理条件地理条件地面地面地下地下作用：汇集和分配电力、控制操作、升降电压作用：汇集和分配电力、控制操作、升降电压规模规模n电压等级电压等级35KV110KV220KV330KV500KV

7、n变压器总容量变压器总容量n出线回路数出线回路数第二部分第二部分一次设备一次设备20常见一次设备断路器（断路器（Circuit Breakers）用途：用途：接通或切断负载接通或切断负载结构：结构：SF6，真空，空气，油，磁场，真空，空气，油，磁场原理：原理：高压隔离开关和低压快分开关中，采用冷却灭弧及速拉灭弧。高压隔离开关和低压快分开关中，采用冷却灭弧及速拉灭弧。有填料封闭式熔断器，利用狭缝灭弧及冷却灭弧；无填料封闭式熔有填料封闭式熔断器，利用狭缝灭弧及冷却灭弧；无填料封闭式熔断器，利用速拉电弧，冷却及增大压力等方法灭弧。断器，利用速拉电弧，冷却及增大压力等方法灭弧。低压断路器、接触器和带灭

8、弧罩的刀开关，应用串联短弧及冷却灭低压断路器、接触器和带灭弧罩的刀开关，应用串联短弧及冷却灭弧等方法灭弧。弧等方法灭弧。SF6断路器、压缩空气断路器、油断路器及负荷开关等广泛利用气断路器、压缩空气断路器、油断路器及负荷开关等广泛利用气体吹弧方法。体吹弧方法。真空断路器应用真空的高绝缘强度和扩散性能灭弧。真空断路器应用真空的高绝缘强度和扩散性能灭弧。21常见一次设备22常见一次设备隔离开关（隔离开关（SwitchgearSwitchgear）用途：用途：检修设备隔离高压电源：用隔离开关断口的可靠绝缘能力，将需要检修设备隔离高压电源：用隔离开关断口的可靠绝缘能力，将需要检修的设备与带电部分相互隔离

9、。检修的设备与带电部分相互隔离。倒换母线：在断口两端接近等电位的条件下，带负荷进行分闸、合倒换母线：在断口两端接近等电位的条件下，带负荷进行分闸、合闸；变换双母线或其他不长的并联线路的接线方式。闸；变换双母线或其他不长的并联线路的接线方式。合空载电路：利用隔离开关断口在分开时将电弧拉长和空气的自然合空载电路：利用隔离开关断口在分开时将电弧拉长和空气的自然熄弧能力，分、合一定长度的母线、空载电缆或架空线路的电容电流熄弧能力，分、合一定长度的母线、空载电缆或架空线路的电容电流（不超过（不超过5A5A），一定容量的变压器的空载励磁电流（不超过），一定容量的变压器的空载励磁电流（不超过2A2A），以）

10、，以及分、合电压互感器，避雷器和消弧线圈等回路。及分、合电压互感器，避雷器和消弧线圈等回路。23常见一次设备24常见一次设备电压互感器（电压互感器（Potential TransformerPotential Transformer）用途：用途：将一次侧的高电压按比例变为适合仪表或继电器使用的额定电压为将一次侧的高电压按比例变为适合仪表或继电器使用的额定电压为100V100V的变换设备。用于隔离、保护、测量等。的变换设备。用于隔离、保护、测量等。25常见一次设备26常见一次设备电流互感器（电流互感器（Current TransformerCurrent Transformer）用途：用途：电力

11、系统广泛采用的是电磁式电流互感器电力系统广泛采用的是电磁式电流互感器(以下简称电流互感器以下简称电流互感器)，它的工作原理和变压器相似。它的工作原理和变压器相似。特点：特点：(1)(1)一次线圈串联在电路中，并且匝数很少，因此，一次线圈中的电流完一次线圈串联在电路中，并且匝数很少，因此，一次线圈中的电流完全取决于被测电路的负荷电流而与二次电流无关；全取决于被测电路的负荷电流而与二次电流无关；(2)(2)电流互感器二次线圈所接仪表和继电器的电流线圈阻抗都很小，所以电流互感器二次线圈所接仪表和继电器的电流线圈阻抗都很小，所以正常情况下，电流互感器在近于短路状态下运行。正常情况下，电流互感器在近于短

12、路状态下运行。27常见一次设备28常见一次设备避雷器（避雷器（Surge ArresterSurge Arrester）用途：用途：一种能释放雷电或兼能释放电力系统操作过电压能量，保护电工设一种能释放雷电或兼能释放电力系统操作过电压能量，保护电工设备免受瞬时过电压危害，又能截断续流，不致引起系统接地短路的电备免受瞬时过电压危害，又能截断续流，不致引起系统接地短路的电器装置（见图）。避雷器通常接于带电导线和地之间，与被保护设备器装置（见图）。避雷器通常接于带电导线和地之间，与被保护设备并联。当过电压值达到规定的动作电压时并联。当过电压值达到规定的动作电压时,避雷器立即动作避雷器立即动作,流过电荷

13、，流过电荷，限制过电压幅值，保护设备绝缘；当电压值正常后，避雷器又迅速恢限制过电压幅值，保护设备绝缘；当电压值正常后，避雷器又迅速恢复原状，以保证系统正常供电。复原状，以保证系统正常供电。29常见一次设备30常见一次设备变压器（变压器（TransformerTransformer）用途：用途：电力变压器是一种静止的电气设备，是用来将某一数值的交流电压电力变压器是一种静止的电气设备，是用来将某一数值的交流电压（电流）变成频率相同的另一种或几种数值不同的电压（电流）的设（电流）变成频率相同的另一种或几种数值不同的电压（电流）的设备。当一次绕组通以交流电时，就产生交变的磁通，交变的磁通通过备。当一次

14、绕组通以交流电时，就产生交变的磁通，交变的磁通通过铁芯导磁作用，就在二次绕组中感应出交流电动势。二次感应电动势铁芯导磁作用，就在二次绕组中感应出交流电动势。二次感应电动势的高低与一二次绕组匝数的多少有关，即电压大小与匝数成正比。主的高低与一二次绕组匝数的多少有关，即电压大小与匝数成正比。主要作用是传输电能，因此，额定容量是它的主要参数。额定容量是一要作用是传输电能，因此，额定容量是它的主要参数。额定容量是一个表现功率的惯用值，它是表征传输电能的大小，以个表现功率的惯用值，它是表征传输电能的大小，以kVAkVA或或MVAMVA表示，表示，当对变压器施加额定电压时，根据它来确定在规定条件下不超过温

15、升当对变压器施加额定电压时，根据它来确定在规定条件下不超过温升限值的额定电流。限值的额定电流。31常见一次设备组成部件组成部件外壳外壳铁芯铁芯线圈线圈变压器油枕变压器油枕充油套管充油套管瓦斯继电器瓦斯继电器防爆管防爆管散热器散热器呼吸器呼吸器外壳接地外壳接地分接开关分接开关32常见一次设备组合电器（组合电器（Composite ApparatusComposite Apparatus）两种或两种以上的电器，按接线要求组成一个整体而各电器仍保持两种或两种以上的电器，按接线要求组成一个整体而各电器仍保持原性能的装置。结构紧凑，外形及安装尺寸小，使用方便，且各电器原性能的装置。结构紧凑，外形及安装尺

16、寸小，使用方便，且各电器的性能可更好地协调配合。按电压高低可分为低压组合电器及高压组的性能可更好地协调配合。按电压高低可分为低压组合电器及高压组合电器。比较常见的是合电器。比较常见的是GISGIS（气体绝缘组合电器）。（气体绝缘组合电器）。33常见一次设备34常见一次设备第三部分第三部分一次主接线一次主接线36一次系统主接线示意图37一次系统主接线示意图二次系统第一部分：概述第一部分：概述第二部分：二第二部分：二次系统组成及功能次系统组成及功能第三第三部分：二次系统的发展部分：二次系统的发展第一部分第一部分概述概述41什么是二次系统？一次系统：一次系统：对用户供电的电路，是发电、变电和输电的主

17、体，对用户供电的电路，是发电、变电和输电的主体，包括发电机、变压器、断路器、隔离开关、电抗器、电力包括发电机、变压器、断路器、隔离开关、电抗器、电力电缆以及母线、输电线路等设备，这些设备相互连接构成电缆以及母线、输电线路等设备，这些设备相互连接构成一次系统。一次系统。42什么是二次系统？二次系统：二次系统：对一次系统实施测量、控制、调节、保护的电路，是对一次系统实施测量、控制、调节、保护的电路，是发电、变电和输电的测量和控制设备，包括测量仪表、测发电、变电和输电的测量和控制设备，包括测量仪表、测控装置、保护装置、自动装置、远动装置控装置、保护装置、自动装置、远动装置防误设备，防误设备，这些设备

18、相互连接构成二次系统。这些设备相互连接构成二次系统。43二次系统的作用测量：测量：采集、显示、记录电压、电流、功率电度等参数采集、显示、记录电压、电流、功率电度等参数信号：信号：采集、显示、记录设备状态、告警和事故信息采集、显示、记录设备状态、告警和事故信息控制：控制：对断路器、电动刀闸等设备分合操作对断路器、电动刀闸等设备分合操作调节：调节：发电机功率调节、变压器调压、无功补偿等发电机功率调节、变压器调压、无功补偿等保护：保护：在系统或设备异常或故障时自动切除相关部分在系统或设备异常或故障时自动切除相关部分自动装置：自动装置：自动重合闸、自动准同期、备用电源自投等自动重合闸、自动准同期、备用

19、电源自投等第二部分第二部分二次系统组成二次系统组成45总体组成用输、变CT/PTCT/PT发CT/PT配CT/PTCT/PT运行监视设备状态监视视频及环境监视人工控制远动通信电压无功控制运行缺陷管理运行监视设备状态监视脱硫监视厂内AGC远动通信用电监视负荷管理终端.运行监视设备状态监视故障定位运行缺陷管理远动通信安稳运行监视状态估计负荷预测人工控制直流功率自动控制运行风险管控运行计划管理保护运行监视在线稳定计算自动电压控制保护定值i计算电能质量监视设备状态监视低频振荡监视雷电监视潮流计算自动发电控制运行缺陷管理发电监视调度主站（网、省、地、县）通信（调度数据网）发电厂自动化系统变电站自动化系统

20、配电自动化系统用户终端46功能架构47二次系统界面示意图48二次系统界面示意图49二次系统界面示意图50二次系统界面示意图51二次系统界面示意图52变电站自动化系统界面示意图53变电站自动化系统界面示意图第三部分第三部分二次系统的发展二次系统的发展55二次系统发展继电保护从电磁型，经整流型、晶体管型、集成电路型，至上世纪90年代中后期普遍使用微机型。多个继电器共同构成，接线复杂，采样值离散性大，时间继电器精度百毫秒级。计算机（Computer）技术促进了二次系统的发展由单一装置实现所需功能，屏内配线清晰，采样值精确度大幅提高，时间继电器精度提高到毫秒级。通信计算机（Computer）技术促进了

21、电力系统监测的自动化、智能化水平早期厂站通过仪表盘、模拟屏显示厂站运行工况，调度员和厂站运行人员通过电话沟通运行情况。现在通过计算机系统中展示厂站运行工况，将有功、无功、电压、开关、刀闸等运行信息实时发送给调度中心，调度对厂站实施远方控制能力更强，范围更广，电厂/变电站控制更加精细化。仪表盘+模拟屏计算机中控台二次系统发展通信通信（Communication）技术的发展，使得电力系统大范围快速调整与控制成为可能二次系统发展通信技术经电力线载波、微波，至上世纪90年代中后期，光纤通信技术趋于成熟并得到广泛应用。通信带宽由载波设备64kbps发展至光纤通信10Gbps以上，传输带宽提升15万倍。先

22、进通信技术为复杂的安全稳定控制系统、PMU等高速采集业务，提供更快、更宽、更可靠的通信服务。主网安稳系统配置示例WAMS曲线示例2010年12月2日07:22:29南方电网主网发生低频振荡，触发设备为罗百二线。上图分别为07:22:00-07:25:59期间PMU曲线发电机组均安装了一次调频装置，响应速度小于3S；调度机构配置了AGC功能（二次调频）；二者协调配合。调度主站和厂站实施AVC协调控制，保障电压安全，降低网损。电网网频率率龙滩电厂出力厂出力二次系统发展通信现代控制（Control）技术在电力系统深化应用，使大规模甚至超大规模电网安全稳定运行成为可能二二次调频次调频一一次调频次调频多

23、级AVC协调框图示例通信电网的发展对电力系统实时计算分析提出新要求大电网综合防御系统：通过安全稳定综合防御技术对电网实时运行状况进行在线安全评估，实现了大电网安全稳定的实时监视和预警；实现了电网运行策划、实施控制、事后风险3个时间尺度的应用。电网发展对二次系统提出的新要求在线安全综合评估及预警在线安全综合评估及预警预想事故断面极限分析预想事故断面极限分析电网发展对二次系统提出的新要求电网的发展对一次设备和运行环境的实时监测提出新要求设备状态监测系统：通过安装在变电设备上的传感器，将采集到的变压器、断路器油气成分、含量、局部放电等信号变换为电信号，并送到主站进行分析环境监视系统：雷电监测系统通过

24、采集三个雷电探测站测量到的电磁波的强度和方向信息以及到达探测站的时间信息，计算出雷电放电点、雷电流幅值以及雷电流极性。覆冰检测系统通过采集拉力、温度、湿度、风速、导线倾角传感器和摄制图像等手段，采集导线张力、倾角数据、气象数据，推算覆冰厚度和发展趋势电网的发展要求对企业的经营状况进行实时监测计量自动化系统：传统机械表仅实现本地电能计量和读数的功能，新型电子式智能电表可以实现分时段计量、数据远传、本地结算、自动分合闸等功能，并能在此基础上建设计量自动化系统，可以分析全社会各类企业经营状况提供了可能。1.3 电网发展对二次系统提出的新要求机械表电子表网损分析系统：实现电网网损在线计算与监控，在连续

25、保存全息数据断面基础上，进行各种降损方式模拟计算，有效提高网损统计工作效率，对电网经济运行管理提供辅助决策。通信社会进步对电网的节能、减排、电能质量等实时监测提出了新要求节能环保监测系统：通过传感器实时监测烟气中SO2含量，监测锅炉燃烧热值，测算发电和标煤消耗比例。电网发展对二次系统提出的新要求电能质量监测系统：通过将实时测量的电压波形信号回传到主站，进行分析，得到谐波、三相电压不平衡度、电压波动和闪变、电压偏差、频率偏差等指标。63二次系统现状主站端通信主站二次系统网公司示例（2012年统计，37套系统）系统运行部27套系统一次设备在线监测系统雷电定位监测系统电能质量监测系统线路覆冰监测系统

26、电能计量自动化系统配变监测系统低压集抄系统负荷管理系统应急指挥系统变电站视频监视系统能量管理系统保信主站系统WAMS主站系统安稳主站系统.远动机视频及环境监控站端保信子站PMU集中器电能计量遥测终端电能质量监测终端设备状态监测终端负荷管理终端配变监测终端雷电通信终端低压集抄终端安稳子站覆冰采集终端远动机视频及环境监控站端保信子站PMU集中器电能计量遥测终端电能质量监测终端设备状态监测终端安稳子站变电站站外发电厂科研院4套系统市场部4套系统安监部2套系统下级单位64u保护装置有55家设备供应商，型号2581个；u安稳设备3343套；u一次设备监测终端约1900套；u通信设备厂商123家，型号10

27、00多种；u自动化设备厂商114家，型号达499种；u雷电监测设备约320台u覆冰监测设备约110台。u厂站计量终端覆盖率83%、专变计量终端覆盖率75%、公变计量终端覆盖率66%、低压集抄覆盖率12%u电能质量监测设备约350套变压器油色谱分析系统生产管理系统电度表测控装置保信子站综自监控后台时间同步系统PMU数据集中器五防系统安稳装置视频监控系统远动工作站电量采集系统保护装置在线监测装置站站站站控控控控层层系系系系统统间间隔隔隔隔层层装装装装置置置置500kV罗洞站二次系统示例电能质量监测后台安稳子站故障录波远传系统二次系统现状变电站端通信变电站二次系统u典型500kV变电站13套系统u典型220kV变电站13套系统u典型110kV变电站12套系统（2012年全网统计）65二次系统现状二次安防谢谢！谢谢！