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1、电力系统工程基础河北农业大学 霍利民2005.07.06 1n1.概述n2.发电厂n3.变电站的一次接线n4.变电站的二次接线n5.变电站综合自动化简介n6.配电自动化系统简介主要内容21、概述-1.1什么是电力系统？发电发电用电用电输电输电变电变电配电配电RTURTURTURTURTURTU数据采集和传输应用服务器应用服务器电电 网网 调调 度度31.1什么是电力系统？水库GMM电力网电力系统动力系统发电厂 水轮机 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41.1什么是电力系统？ 电力网：由变电所和不同电压等级输电线路组成的网络。 电力系统：由发电机、变压器、输电线路
2、以及用电设备（ 或发电厂、变电所、输配电线路以及用户），按照一定的规律连 接而组成的统一整体。发电厂：生成电能变电所：变换和分配电能输配电线路：输送电能用户：消费电能 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。51.1什么是电力系统？超高压远距 离输电网地方电力网区域电力网110 kV35kV35kV500kV220kV110kV10 kV水力发电厂火力发电厂变电所A：枢纽变电所C：地方变电所D：终端变电所B： 中间61.1什么是电力系统？ 电力网：按电压等级的高低、供电范围的大小的分
3、类地方电力网：电压等级在35kV及以下，供电半径在2050km以内区域电力网：电压等级在35kV以上（一般为110kV220kV），供 电半径超过50km，联系较多发电厂的网络超高压远距离输电网：电压等级为330kV500kV的网络，其主要 任务是把远处发电厂生产的电能输送到负荷中心，同时还联系若 干区域电力网形成跨省、跨地区的大型电力系统 变电所：按其在电力系统中的地位分类枢纽变电所：中间变电所：地区变电所：终端电站所：71.2 电力系统的特点电能不能大量存储：电能的生产、变换、输送、 分配和使用是同时进行的。P发 P用P 频率fQ发 Q用Q 电压V过渡过程十分短暂：控制操作自动化程度高。必
4、须 借助自动装置对电力系统进行控制：继电保护装置、 远动装置、减载装置、同期装置、励磁装置、电能生产与国民经济各部门和人民生活有着极为 密切的关系：社会政治经济影响巨大。负荷分类： 一 类负荷、 二类负荷、三类负荷81.3电能的质量指标电压质量标准：91.3电能的质量指标频率：额定频率：50Hz（国外：50 或 60Hz）频率偏差：0.2Hz（3000MW系统） 0.5Hz（3000MW系统） 国外：(0.10.2)Hz 或 0.5Hz波形：质量标准：正弦波电压和电流谐波的危害与抑制：101.4电力系统的电压等级111.4电力系统的电压等级U1I U2SZS = 3U2I121.5我国电力工业
5、发展概况跨省电力系统5个，独立省电力系统若干个131.5我国电力工业发展概况141.5我国电力工业发展概况电力工业发展史上的第一： 火电：1882年上海杨树浦；水电：1912年云南石龙坝240kW； 核电：1991年浙江秦山300MW； 输电线路： 1974年甘肃刘家峡水电站陕西关中地区330kV交流，1981年河南姚孟火电厂到武汉500kV交流，1988年葛州坝水电站到上海南桥变电站500kV直流 。 电力系统之最：151.5我国电力工业发展概况年人均电量：我国：1000kW.h 中等发达国家：7000kW.h 北欧、美国：18000kW.h2002年底全国发电装机容量达到3.56亿千瓦，
6、发电量达到16542亿千瓦时，2004年底，全国 发电装机442亿千瓦；2005年突破5亿千瓦， 年发电量预计2.4万亿千瓦时。自1996年以来 装机容量和发电量均居世界第二位。162 发电厂2.1火力发电厂：将煤、油、天然气或其它燃料的化学能转换成电能的工厂。172 发电厂2.2 核电厂：均采用原子核裂变时释放出来的能量发电。182 发电厂2.3 水电厂：利用水能发电192 发电厂2.4 风力发电厂203 变电站的一次接线 输变电设备包括变换电压的设备：如变压器。接通和开断电路的开关电器：如断路器，隔离开关，熔断器等。防御过电压，限制故障电流的电器：如避雷器、避雷针、避雷线、 电抗器。无功补
7、偿设备：如电力电容器，同步调相机，静止补偿器。载流导体：如母线，引线，电缆，架空线。接地装置；如变压器中性点接地、设备外壳接地、防雷接地等。 电气主接线发电厂和变电所中的一次设备，按照一定规律连接而成的电路 ，也称电气一次接线或一次系统。3.1 电力系统的电气设备213 变电站的一次接线 输电线路 开关电器高压断路器的基本参数 额定开断电流INbr、全开断时间tab、合闸时间ton 额定动稳定电流（峰值）ies、热稳定电流It、自动重合闸性能 电流互感器运行特点：二次绕组不能开路二次接线：单相接线；星形接线；不完全星形接线A BCAK2K1L1L2A B C AAAA B CAwhIaIcIb
8、223 变电站的一次接线 电压互感器运行特点：二次绕组不能短路接线方式：233 变电站的一次接线3.2 电力系统接线和输变电网络接线 电力系统接线地理接线图：表明各发电厂、变电所的相对地理位置和 它们之间的联接关系电气接线图：表明电力系统中各主要元部件之间和厂所 之间的电气联接关系 输变电网络接线无备用：单回路放射式、干线式和链式网络等，每一负荷只能 靠一条线路获得电能，又称开式网络。有备用：双回路式、单环式、双环式和两端供电式等，每一个 负荷点至少可以通过两条线路从不同方向取得电能，又称闭式网 络。243 变电站的一次接线253 变电站的一次接线3.3 电气主接线的基本接线形式有汇流母线：单
9、母线、单母线分段，双母线，双 母线分段；增设旁路母线或旁路隔离开关，一倍半 断路器接线，变压器母线组接线等。无汇流母线：单元接线、桥形接线、角形接线等 。 几个基本概念：汇流母线：起汇集和分配电能的作用，也称 汇流排。进、出线：进线指电源，出线指线路。断路器、隔离开关（母线、线路）、接地刀 闸：QSQF断路器与隔离开关的操作顺序：送电操作顺序：先合上断路器两侧的隔离开关，再投入断路器。停电检修操作顺序：先断开断路器，再断开断路器两侧的隔离开关 。待线路对方仃电后，再合上接地刀闸。263 变电站的一次接线QFQSQSWL4QFQSQSWL3QFQSQSWL2QFQSGQF1QS1GQF2QS3Q
10、S2WL1QS4W3.3.1 单母线接线 特点简单、清晰、设备少 。当母线故障或检修或 母线隔离开关检修时 ，整个系数全部停电 。断路器检修期间也必 须停止该回路的供电 。适用范围单电源的发电厂和变 电所，且出线回路数 少，用户对供电可靠 性要求不高的场合。273 变电站的一次接线3.3.2 单母线分段接线QF1分段断路器GWL1WL2WL3WL4G特点减少母线故障或检修时的 停电范围。断路器检修期间必须停止 该回路的供电。母线分段的数目，通常以 23分段为宜，分段太多 增加了分段断路器。适用范围610kV配电装置出线6回 及以上；35kV出线数为48回；110220kV出线数为34 回。28
11、3 变电站的一次接线1.旁路母线的作用1.不停电检修进出线断路器。2.操作方式（检修QF4，且WL4不停电）1.如A、B段经QF1和QS1、QS2并列运行 ，则闭合QS5断开QF1断开QS1闭 合QS3闭合QF1使W3带电（不要首先闭 合QS8）。此时若W3隐含故障，则由继 电保护装置动作断开QF1。2.若W3充电正常，操作可以继续进行： 合上QS8断开QF4。这时WL4由母线 BQS2QF1QS3 W3QS8 WL4供 电。并由QF1替代断路器QF4。3.QF4检修前，应把QS6、QS7断开。3.适用范围1.中小型发电厂和35110kV的变电所 。GGWL1WL4WL3WL2QS7QS6QF
12、4WABQS8W3QS5QF1QS1QS3QS2QS4（分段断路器QF1兼旁母断路器）3.3.3 单母线分段加装旁路母线接线293 变电站的一次接线3.3.4 双母线接线接线图具有两组母线W1，W2 。每一回路经一台断路器和两组 隔离开关分别与两组母线连接， 母线之间通过母线联络断路器QF （简称母联）连接。运行方式母联QF断开，一组母线工作 ，另一组母线备用，全部进 出线接于运行母线上。母联QF断开，进出线分别接 于两组母线，两组母线分裂 运行。母联QF闭合，电源和馈线平 均分配在两组母线上。优点检修一组母线，可使回路供 电不中断；一组母线故障， 部分进出线会暂时停电。供电可靠，调度灵活，又
13、便 于扩建。QFQS2QS1W1W2电源1电源2303 变电站的一次接线3.3.5 双母线带旁路母线接线QS4W3QF1W1W2QF4QF2电源1电源2313 变电站的一次接线3.3.6 一个半断路器接线接线图在母线W1，W2之间，每串接有 三台断路器，两条回路，每二台断路器 之间引出一回线，故称为一台半断路器 接线，又称二分之三接线。特点具有较高的供电可靠性及运行灵活性。母线故障，只跳开与此母线相连的断路 器，任何回路不停电。隔离开关不作操作电器，减少了误操作 的几率。使用设备较多，投资较大，二次控制接 线和继电保护配置也比较复杂。适用范围 大型电厂和变电所的超高压配电装置 。W1W2QFQ
14、SQSQSQSQFQFQSQSQS1QS1324 变电站的二次接线4.1概述 一次设备及一次系统一次设备有：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。由这些设备按一定规律相互连接构成的电路称为一次接线或一次系 统，它是发电、输变电和配电的主体。 二次设备及二次系统二次设备包括监察测量仪表、控制及信号器具、继电保护装置、自 动装置、远动装置等。这些设备通常是由电流互感器、电压互感器、 蓄电池组或厂（所）用低压电源供电。表明二次设备互相连接关系的电路称为二次接线或二次系统。 二次接线图： 原理接线图、展开接线图和安装接线图。334 变电站的二次接线4.2原理接线图原
15、理接线图：是用来表示继电保护、测量仪表和自动装置等工 作原理的一种二次接线图。特点：二次回路中的元件及设备以整体形式表示，同时将相互 联系的电气部件和连线画在同一张图上，给人以明确的整体概念 。344 变电站的二次接线4.3 展开接线图展开接线图（简称展开图）：用来说明二次回路的动作原理 ，在现场使用极为普遍。特点：将每套装置的有关 设备部件解体，按供电电 源的不同分别画出电气回 路接线图，如交流电流回 路、交流电压回路和直流 回路分开表示。于是，同 一个仪表或继电器的电流 线圈、电压线圈和接点分 别画在不同的回路里，为 了避免混淆，将同一个元 件及设备的线圈和结点采 用相同的文字标号表示。3
16、54 变电站的二次接线4.4 安装接线图安装接线图是制造厂加工制造屏（屏盘）和现场施工安装所必不可 少的图，也是运行试验、检修和事故处理等的主要参考图。安装接线图包括屏面布置图、屏背面 接线图和端子排图三个组成部分，它 们相互对应，相互补充。屏面布置图：说明屏上各个元件及设 备的排列位置和其相互间距离尺寸的 图，要求按照一定的比例尺绘制。屏背面接线图：在屏上配线所必需的 图，其中应标明屏上各设备在屏背面 的引出端子之间的连接情况，以及屏 上设备与端子排的连接情况。端子排图：表示屏上需要装设的端子 数目、类型及排列次序以及它与屏外 设备连接情况的图。364 变电站的二次接线屏背面接线图和端子排图必须说明导线从
