《电气系统自动装置》课件(绪论)

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1、电力系统 自动装置原理v课程性质：电力系统自动化装置电气工程及其自 动化专业的一门专业选修课。本课程是实现发电厂、 变电站综合自动化的基础。电力系统自动装置正向着 微机化、智能化方向发展。因此，本课程能体现现代 应用技术。电力系统自动装置原理电力系统自动装置原理v教学目的：通过本课程的学习，使同学们了解电力系 统自动化、电力系统自动装置的重要意义，掌握电力 系统中常用自动装置的作用、构成、工作原理、性能 、运行特性以及有关参数的整定计算，了解电力系统 中常用的自动装置的发展现状及趋势。 v课程任务：学生学好了本课程，毕业后从事电力系统 运行、自动装置的调试、自动化设备的研制开发、销 售、维护等

2、方面的工作。绪论电力系统及其运行 1.电力系统自动控制的划分2.电力系统自动化发展趋势3.本课程的主要内容4.绪 论v一、引言 v电力系统的定义及特点 v对电力系统运行的基本要求及电力系统正常运行的基 本保障 v二、电力系统自动控制的划分 v一般的控制系统 v电力系统自动控制系统的分类一、何谓电力系统？电力系统的组成：发电机把机械能转化为电能，电能经变压 器和电力线路传送到并分配到用户，在那里经过电动机、电 炉、电灯等用电设备又将电能转换为机械能、热能、光能等 。由这些生产、变换、传送、分配、消耗电能的电气设备联 系在一起组成的统一整体就是电力系统。GT1T2 SL电力负荷发电机变压器变压器输

3、电电路图：简单电力系统电力网：变压器和不同电压等级输电线路组成的网络（由输 电、变电、配电设备及相应的辅助系统组成），简称电网电力系统：发电机、电力网和用电设备组成 动力系统：电力系统+发电厂的动力部分（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）GG火电厂水电厂变电所变电所输电线配电配电网电力系统组成中国电网区域划分南方电网公司国家电网公司大型区域电网一般由省级 或地市级电网组成，比如 华中电网，他们的结构图 如下：华中电网在全国电网系统中处于枢纽地位，承担主要的西电东送任 务。华中电网由河南电网、四川电网、重庆电网、湖北电网、江西 电网、湖南电网六部分

4、组成。其中河南电网与西北电网、华北电网 相连，湖北电网与华东电网、南方电网相连。 中国电网区域划分发电厂v 利用自然界蕴藏的各种能源来生产电能。按所使用能源不 同，发电厂可以火力、水力、风力、潮汐、原子能以及太 阳能发电厂等。 v 能量转换过程：发电厂u中国华能集团 v 云南华能澜沧江水电有限公司 v 大理华能水电有限责任公司 v 小湾电站建设公司 v 漫湾发电厂 u中国大唐集团 v 云南大唐红河发电有限责任公司 u中国华电集团 v 云南金沙江中游水电开发公司 v 昆明发电厂 v 石龙坝发电厂 v 绿水河发电厂 v 巡检司发电厂 v 以礼河发电厂 发电厂u中国国电集团 v 阳宗海发电有限公司

5、v 六郎洞电厂 v 小龙潭发电厂 v 宣威发电有限责任公司 v 云南省大寨电厂 v 云南省曲靖发电有限责任公司 v 云南硕多岗发电有限责任公司 v 中国电力投资集团公司 二、电力系统特点： 结构复杂庞大：电力网络、控制系统 电力系统的运行要求电力系统中的发电与用电及时 平衡 ：电源和负荷间功率平衡、电能不能储存，所 有传输环节畅通无阻，因此生产、变换、输送、分 配各设备环节需紧密配合。 输电网络的整体性质 ：设备的部分损害或者强迫停 运并不仅仅只影响局部，有可能会引起整体的问题 。 特别重要：电力工业是国民经济的基础，所以电力 供应通常被要求高度可靠 。 过渡过程非常短促：所有突变引起的电磁变

6、化及其 迅速地影响整个系统（光速），设备操作需在及短 时间内完成快速控制和快速排除故障。 电力系统新特点 v1.大机组、高电压、大电网互联系统 v2.新型设备的应用：HVDC、FACTS v3.新型能源的应用：核能、风力、潮汐、秸秆二、电力系统特点：v 1. 保证供电可靠 v 2. 保证电能质量：频率、电压、波形 v3. 保证电力系统运行的经济性（环保） 基本要求电能质量： u频率 额定频率： 50Hz 频率偏差和延时时间：0.2Hz，持续时间小于30分钟 u电压 电压偏差： 36kV及以上：正负偏差的绝对值之和小于 额 定电压的10%；220V：额定电压的+7%、-10% 三相平衡度：2%

7、u波形：正弦波电压和电流有谐波畸变率的限制基本要求正常的运行状态恢复状态紧急状态极端状态（系统崩溃）警戒状态储备减小 干扰增大干扰导致 约束越限安全紧急危险电力系统的运行状态 图1 电力系统的各种状态及其转变 基本保障可靠、灵活的继电保护和安全自动装置（“硬设备”） ； 调度控制中心（“软设备”）； 自动化水平要求越来越高。 电力自动化的必要性1. 电网规模扩大 3. 管理方式转变 2. 电能质量要求减员增效、无人值守、电子化管理 u 一般控制系统的结构二、电力系统自动控制的划分测量信息控制信息控 制 对 象附加 信息控 制 装 置图2：一般控制系统的结构u 电力系统自控系统工作模式 这是一个

8、规模很大的综合自动化系统 。 二、电力系统自动控制的划分电力系统自动监视和控制电厂动力机械自动控制电力系统电气设备自动装置电力系统中自控系统的划分 ：电力系统远程监控与调度 自动化系统，为电网调度 服务，旨在提高电力系统 的安全、优质、经济运行 水平是电厂自动控制的主要组 成部分，需配置专门的计 算机进行监控；不同类型 电厂差异很大（水轮机、 汽轮机、核反应堆）。控制的对象是发电厂、变 电所电气设备GG火电厂水电厂变电所变电所输电线配电配电网控制中心远动通信1. 电力系统自动监视和控制 四遥：遥测、遥信、遥控、遥调vSCADA（Supervisory Control and Data Acqu

9、isition ）平台+高级应用分析 。返回电网部分3. 电力系统自动装置低频减载调速器、励 磁调节器并列线路自动重合闸备用电源自投故障录波器电力系统自动装置的任务 提高供电电的可靠性（如自动动重合闸闸、备备用电电源自动动投 入等装置）； 保证电证电 能质质量、提高系统经济统经济 运行水平、减轻轻运行人 员员的劳动劳动 强度（如自动调节动调节 装置、低频频减载载装置、自 动动并列装置等）； 自动记录动记录 故障过过程，有利于分析处处理事故（如故障录录 波器等）。 u 包括发电自动控制及发电厂、变电所电气主接线 运行操作的自动装置，分自动调节装置和自动操 作装置。 v自动调节装置： 发电机励磁自

10、动控制装置（Q/U控制） 频率/有功功率自动控制装置（P/f控制） v自动操作装置： 正常运行操作（自动并列操作装置） 反事故操作（继电保护、自动重合闸、低频减载 、自动解列、自动切机、电气制动) 3、 电力系统自动装置电力系统自动装置器件v1）保证同步发电机并列操作的准确性和安全性的自 动并列装置； v2）保证电压水平，提高电力系统的运行稳定性的自 动调节励磁AER； v3）保证系统频率水平且使系统负荷在同步发电机之 间实现最优经济分配的自动调频； v4）反事故安全自动装置自动重合闸ARD； v5）备用电源和备用自动投入ATS； v6）自动按频率减负荷AFL等。v 北美“814”大停电！ v

11、 美国东部时间（EDT）2003年8月14日16:11（北京时间2003 年8月15日4:11）， 美国8个州和加拿大部分地区突然大规模停 电，所波及的地区从密歇根州一直延伸到纽约州，直至加拿大 境内。 v 事故中至少有21座电厂停运，其中包括位于美国4个州的9座核 电厂，约5000万人受到影响，是世界有史以来最大的一次停电 。当时很多人误以为是恐怖袭击，引起一片恐慌。后来据证实 ，该起事故由电力供应故障引发。 背景介绍v其中纽约州80%供电中断在纽约，停电造成整个交通 系统陷入全面瘫痪。上至飞机航班，下至地铁运输， 都陷入停顿。停电造成地铁列车没有停在了隧道中， 造成成千上万名乘客被困在漆黑

12、的地铁隧道里。公共 汽车就地停止运营，造成公路被堵塞。同时，办公楼 内电梯停运、空调没法开，许多上班族和商场内的顾 客陷入恐慌，冲到曼哈顿的各条大街之上。 背景介绍背景介绍北美“814”大停电波及地区事故过程v第一阶段： v （1）8月14日15:06 15:41，送电给俄亥俄州境内的克利 夫兰地区三条345kV线路ChamberlainHarding 、 HannaJuniper 、StarS. Canton 因与大树接触而跳闸 。 （2） StarS. Canton线路切除后，送电到克利夫兰地 区的多条138KV线路因严重过载切除； （3）16:06 SammisStar 345kV线路跳

13、闸，由于此线路 向俄亥俄州北部供电，致使俄亥俄州北部供电不足，电压 大幅下降，切除了大量负荷；由于线路、发电机、低频减 载没有相互协调，事故继续扩大；（4）16:08 加拿大与美国东部发生明显的功率摇摆 。又有两回线（E.LimaFostoria和Muskingum OH Central）跳开，俄亥俄州北部功率严重不足， 约2200MW功率从密歇根州流向俄亥俄州。密歇根 州至安大略省的潮流发生逆转，约200MW功率从安 大略省流向密歇根州。密歇根州电压下降，使密歇 根州中部两座电厂共计1800MW机组在15s内相继 跳闸，导致密歇根州电压崩溃。事故过程第二阶段 ：v（5）16:10 Campb

14、ell 电厂3号机组跳闸； HamptonThetford 345kV线路跳闸；Oneida Majestic 345kV线路跳闸；ITC系统电压崩溃，造 成密歇根州30条线路跳闸，METC与ITC间的联络 线断开，使ITC成为孤岛。此时俄亥俄州仍从密歇 根州吸取功率。从安大略省流向密歇根州的功率达 到2800MW。事故过程第三阶段 ： v（6）16:11 Avon电厂9号机组跳闸；Beaver Davis Besse 线路跳闸；MidwayLemoyne Foster 138kV线路跳闸；俄亥俄州Perry 核电站 的1号机组跳闸。 (9)16:17 Fermi 核电站全部机组跳闸。 (10

15、)16:1716:21 密歇根州许多线路跳闸，并有以 下发电机组退出运行：St. Clair 7号机组，Judd 电站机组，Monroe 1、2 、3 号机组， Greenwood电站机组，St.Clair 2、4、6号机组 ，Trenton 7、8、9号机组。事故过程v此次事故停电29小时，共计损失负荷61800MW，受 停电影响人数5000万。直接损失为10.5亿美元，间接 损失约300亿美元。 v在16：06分后的8分钟内，切除超过了400条线路， 531台发电机，而且大多是在最后12S内切除的。事故分析v 事故主要输电线潮流过重，过负荷引起重要电源或多回重要输 电线跳掉，造成了潮流大转

16、移，切（甩）大量负荷而保住了主 系统没瓦解！ v 531台发电机切除原因复杂，有过电流、低电压、励磁系统故 障或保护、频率过高、厂用电消失或控制系统故障切机，有 40%找不到切除原因； v 切（甩）负荷过多，使事故后系统频率和部分地区电压均高于 额定值，说明其自动装置整定也不到家； v 事后分析证明，如果在装设了低压减载，切去1500MW，则事 故可能只局限于该区； v 有多重故障相继发生，导致此严重后果！电网控制系统的任何 细小误动作和失控都将带来灾难性后果 事故分析事故与自动控制装置的关系v1.励磁控制 v2.无功分配 v3.频率调整 v4.低频减载 v5.低压减载 v6.发动机组自动并列随着发电机单机容量、电力系统容量、电网规 模的不断扩大，对