1、电力系统基础知识 1、电力系统的构成 2、电力系统电压等级 3、发电厂与变电站的种类1、电力系统的构成 组成：由发电(发电厂)、变电(变电站)、输电(线路)、配电(配电所)、用电等环节组成的电能生产与消费系统。 功能：是将自然界的一次能源通过动力驱动装置等转化成电能，再经变电、输电系统及配电系统将电能供应到各负荷中心，再通过各种用电设备转换成动力、热、光等不同形式的能量，为地区经济和人民生活服务。 特点：由于电源点与负荷中心多数处于不同地区，也无法大量储存，故其生产、输送、分配和消费都在同一时间内完成，电能生产必须时刻保持与消费平衡。因此，电能的集中开发与分散使用，以及电能的连续供应与负荷的随
2、机变化，就制约了电力系统的结构和运行。电能质量基本要求：稳态电能质量即指电力系统在稳态运行方式下所具有的电能质量参数，主要包括5个电能质量指标：电压偏差、频率偏差、波形畸变（谐波）、三相不平衡度、电压波动闪变。 以上的电能质量指标中，13项指标是基本指标，与电力系统本身有关；而35项指标与客户的用电特性密切相关 电压偏差：属基波无功范畴，无功功率平衡才能保证电压在运行范围内，无功随负荷变化； 频率偏差：属基波有功范畴，主要与系统有功储备有关。有功平衡才能保证频率在运行范围内，有功随负荷变化； 谐波（波形）：属非线性负荷用电特性问题，与系统供电质量水平关系不大。波形畸变有二：故障导致稳定破坏、谐
3、波污染。 电力系统示意图电能用户电力线路电力网降压变压器发电机动力系统水库水轮机升压变压器电力系统2、电力系统电压等级 电力系统电压等级有220/380V（0.4 kV），3 kV、6 kV、10 kV、20 kV、35 kV、66 kV、110 kV、220 kV、330 kV、500 kV。随着电机制造工艺的提高，10 kV电动机已批量生产，所以3 kV、6 kV已较少使用，20 kV、66 kV也很少使用。供电系统以10 kV、35 kV为主。输配电系统以110 kV以上为主。发电厂发电机有6 kV与10 kV两种，现在以10 kV为主，用户均为220/380V（0.4 kV）低压系统；
4、 根据城市电力网规定设计规则规定：输电网为500 kV、330 kV、220 kV、110kV，高压配电网为110kV、66kV，中压配电网为20kV、10kV、6 kV，低压配电网为0.4 kV（220V/380V）。 发电厂发出6 kV或10 kV电，除发电厂自己用（厂用电）之外，也可以用10 kV电压送给发电厂附近用户，10 kV供电范围为10Km、35kV为2050Km、66kV为30100Km、110kV为50150Km、220kV为100300Km、330kV为200600Km、500kV为150850Km。3、发电厂与变电站的分类1）、发电厂的分类2）、变电站的分类1 1）、发电
5、厂的分类）、发电厂的分类 A、按使用一次能源分类：燃煤发电厂 、燃油发电厂 、燃气发电厂、余热发电厂、核电厂、水力发电厂、风力发电厂、垃圾发电厂等； B、按供电范围分类：区域性发电厂、孤立发电厂、自备电厂； C、按发电机总装机容量分类： 小容量发电厂：装机总容量在100MW以下的发电厂； 中容量发电厂：装机总容量在100250MW范围内的发电厂； 大中容量发电厂：装机总容量在250600MW范围内的发电厂； 大容量发电厂：装机总容量在6001000MW范围内的发电厂； 特大容量发电厂：装机总容量在1000MW以上的发电厂 2 2）、变电站的分类）、变电站的分类A、按电力变压器升压和降压区分 电
6、压升高为升压变电站（变压器为升压变压器），电压降低为降压变电站（变压器为降压变压器）。 一种电压变为另一种电压的选用两个线圈（绕组）的双圈变压器，一种电压变为两种电压的选用三个线圈（绕组）的三圈变压器 B、按规模大小及功能区分 以规模大小分为枢纽站、区域站、终端站、用户变电站 枢纽站电压等级一般为三个：550kV /220kV /110kV； 区域站一般也有三个电压等级：220 kV /110kV /35kV或110kV /35kV /10kV； 终端站一般直接接到用户，大多数为两个电压等级：110kV /10 kV或35 kV /10 kV。 用户变电站一般只有两个电压等级：35kV /0.
7、4kV、10kV /0.4kV，其中以10kV /0.4kV为最多。电力一次系统 1、电力一次系统概念2、变电站一次设备介绍3、变电站一次系统常用接线方式1、电力一次系统概念l电力一次系统：电能生产、输送、分配和消费所需要的发电机、变压器、输电线路、断路器、母线和用电设备等互相连接而成的系统；l特点：能量传输系统、主系统、高电压、大电流。 一次设备是指：发、输、配电的主系统上所使用的设备备。如发电机、变压器、断路器、隔离开关、接地开关、母线、电力电缆和输电线路等。2、变电站一次设备介绍（将在后期培训中，重点依据电力一次系统图、设备图片介绍设备的原理、结构、各部件的功能和名称以及设备技术参数的含
8、义）3、变电站一次系统常用接线方式 变电站一次回路接线是指输电线路进入变电站之后，所有电力设备（变压器及进出线开关等）通过导线的相互连接方式。其接线方案有： 线路变压器组、桥形接线、单母线、单母线分段、双母线，双母线分段、3/2接线等 A、线路变压器组 变电站只有一路进线与一台变压器，而且再无发展的情况下采用线路变压器组接线。B、桥形接线 有两路进线、两台变压器，而且再没有发展的情况下，采用桥形接线。针对变压器，联络断路器在两个进线断路器之内为内桥接线，联络断路器在两个进线断路器之外为外桥接线。 C、单母线 变电站进出线较多时，采用单母线，有两路进线时，一般一路供电、一路备用，二者可设置备用电
9、源互自投(也可以通过同期装置同时供电)，多路出线均由一段母线供电。线路变压器组联络线电气主接线图110kV户外式无人值班变电所图 号图 名110kV/35KV35KV桥形接线图外桥接线图内桥接线图T1线路1T2线路2线路1线路2T1T2联络断路器联络断路器单母线接线联络线电气主接线图35kV户外式变电站图 号图 名35KVD、单母线分段 有两路以上进线，多路出线时，选用单母线分段，两路进线分别接到两段母线上，两段母线用母联开关连接起来。出线分别接到两段母线上。 单母线分段运行方式比较多。一般为一路主供，一路备用（不合闸），母联合上，当主供断电时，备用合上，主供、备用与母联互锁。备用电源容量较小
10、时，备用电源合上后，要断开一些出线。这是比较常用的一种运行方式。 对于特别重要的负荷，两路进线均为主供，母联开关断开，当一路进线断电时，母联合上，来电后断开母联再合上进线开关。 单母线分段有利于变电站内部检修，检修时可以停掉一段母线，如果是单母线不分段，检修时就要全站停电，利用旁路母线可以不停电，旁路母线只用于电力系统变电站。单母分段接线SEL-351SEL-587PDM-820110kV馈线QSQS1TAa,b,c2QF1QFSEL-551PDM-8206QF1TV2TV1QS/1QE5QS/QE-213TAa,b,c12TAa,b,c11TAa,b,c9TAa,b,c10TAa,b,cPD
11、M-820校 核比 例总工程师室 主 任院 长设 计制 图描 图设计阶段SH01- .DWG日期图号110/10kV变电站工程图例图例电气主接线图5QF5QS/QE-12QS/2QE110kV馈线QF10kV馈线QF2#站用变QF10kV馈线QF1#站用变2TAa,b,c3TAa,b,c4TAa,b,c5TAa,b,cPDM-820SEL-351SEL-587PDM-8206TAa,b,c4QF3QF3TV4TV3QS/3QE4QS/4QE7TAa,b,c8TAa,b,cE、双母线接线 双母线主要用于发电厂及大型变电站，每路线路都由一个断路器经过两个隔离开关分别接到两条母线上，这样在母线检修时
12、，就可以利用隔离开关将线路倒在一条母线上。双母线也有分段与不分段两种，双母线分段再加旁路断路器，接线方式复杂，但检修非常方便，停电范围可减少； 双母线分段接线Draw. No.Drw.Des.CheckAppr.OwnerEngineeringD87132/33KV Single Line Diagram62007.10Scale5Date71AB1CDBCA856432432F、3/2接线(一个半断路器接线)一个半断路器接线是2个回路经3台断路器接入两组母线，由两种母线供电的接线方式，由于其供电可靠等优点，在我国220 kV及以上电厂和变电所超高压配电装置中得到了广泛应用 一个半断路器接线变
13、电站二次系统 1、二次系统的概念 2、二次回路的分类 3、二次设备介绍 4、变配电站继电保护 A、变配电站继电保护的作用 B、变配电站继电保护的工作原理 C、变配电站继电保护按保护性质分类 D、变电站继电保护按被保护对象分类 1、电力二次系统概念 组成：由对电力一次系统进行监视、控制、保护、测量、调度所需要的自动监控设备、继电保护装置、测量装置（或计量装置）、远动和通信设备等组成的辅助系统。其中包括的设备装置称为“二次设备”。 特点：信息系统、辅助系统、低电压、小电流 电力一次系统和二次系统的联系点为电流（压）互感器的二次侧；2、二次回路的分类 变配电站二次回路包括：测量、保护、控制与信号回路
14、等。 测量回路包括：计量测量与保护测量； 控制回路包括：就地手动合分闸、远程控制、防跳联锁、试验、互投联锁、保护跳闸以及合分闸执行机构； 保护回路包括：二次电流电压输入回路、信号采样、输出控制、通信接口等； 信号回路包括开关运行状态信号、事故跳闸信号与事故预告信号（声信号、光信号）；A、测量回路 测量回路分为电流回路与电压回路。a、电流回路中各种设备串联于电流互感器二次侧，电流互感器是将原边负荷电流按比例变为05A （或01A）的测量电流。计量与保护分别用各自的互感器（计量用互感器精度要求高）。电流表、电度表、功率表及功率因数表电流端子串接于电流互感器二次侧。保护继电器的电流端子串接于电流互感
15、器二次侧。微机保护一般将计量及保护集中于一体，分别有计量电流端子与保护电流端子（也有共用电流端子）。b、电压测量回路，220/380V低压系统一般直接接入220V或380V，高压系统全部经过电压互感器将各种等级的高电压变为统一的100V电压，电压表、电度表、功率表及功率因数表的电压线圈经其端子并接在100V电压母线上。微机保护单元计量电压与保护电压统一为一种电压端子。 B、控制回路a、合分闸回路 合分闸通过合分闸转换开关进行操作，早期的控制为提示操作人员及事故跳闸报警需要，转换开关选用预合-合闸-合后及预分-分闸-分后的多档转换开关。以便利用不对应接线进行合分闸提示与事故跳闸报警，控制回路按国
16、家标准图。 采用微机保护以后，要进行远程分合闸操作，如果还要到就地进行转换开关对位操作，这就失去了远程操作的意义，所以应取消不对应接线，选用中间自复位的只有合闸与分闸的三档转换开关或有自复位的按扭。 b、防跳回路 当合闸回路出现故障时进行分闸，或短路事故未排除，又进行合闸（误操作），这时就会出现断路器反复合分闸，不仅容易引起或扩大事故，还会引起设备损坏或人身事故，所以高压开关控制回路应设计防跳。防跳一般选用电流启动，电压保持的双线圈继电器。电流线圈串接于分闸回路作为启动线圈。电压线圈接于合闸回路，作为保持线圈，当分闸时，电流线圈经分闸回路起动。如果合闸回路有故障，或处于手动合闸位置，电压线圈起
17、启动并通过其常开接点自保持，其常闭接点马上断开合闸回路，保证断路器在分闸过程中不能马上再合闸。 防跳继电器的电流回路还可以通过其常开接点将电流线圈自保持，这样可以减轻保护继电器的出口接点断开负荷，也减少了保护继电器的保持时间要求 有些微机保护装置自己已具有防跳功能，这样就可以不再设计防跳回路。断路器操作机构选用弹簧储能时，如果选用储能后可以进行一次合闸与分闸的弹簧储能操作机构（也有用于重合闸的储能后可以进行二次合闸与分闸的弹簧储能操作机构），因为储能一般都要求10秒左右，当储能开关经常处于断开位置时，储一次能，合完之后，将储能开关再处于断开位置，可以跳一次闸；跳闸之后，要手动储能之后才能进行合
18、闸，此时，也可以不再设计防跳回路。 c、试验与互投联锁回路 对于手车开关柜，手车推出后要进行断路器合分闸试验，应设计合分闸试验按钮； 进线与母联断路，一般应根据要求进行互投联锁；d、保护跳闸回路 保护跳闸出口经过连接片接于跳闸回路，跳闸回路启动分闸执行机构，使断路器分闸，故障回路脱离系统，连接片用于保护调试，或运行过程中解除某些保护功能；e、信号回路 开关运行状态信号取自于开关的辅助触头，可以接入信号灯，也可以接入微机保护装置的开关量输入端口，实现遥信功能； 事故信号有事故跳闸与事故预告两种信号，事故跳闸报警也要通过转化开关不对应后，接到事故跳闸信号母线上，再引到中央信号系统。事故预告信号通过
19、信号继电器接点引到中央信号系统。若采用微机保护，将断路器操作机构辅助接点与信号继电器的接点分别接到微机保护单元的开关量输入端子，需要有中央信号系统时，如果微机保护单元可以提供事故跳闸与事故预告输出接点，可将其引到中央信号系统。否则，应利用信号继电器的另一对接点引到中央信号系统。 中央信号系统为安装于值班室内的集中报警系统，由事故跳闸与事故预告两套声光报警组成，光报警用光字牌，不用信号灯，光字牌分集中与分散两种。采用变电站综合自动化系统后，可以不再设计中央信号系统，或将其简化，只设计集中报警作为计算机报警的后备报警。 3、二次设备介绍 （将在后期培训中，依据成套测控屏、二次装置的图片和二次系统图
20、，重点介绍保护装置、测控装置的输入输出接口、接口的功能及外部连接） 4、变配电站继电保护 A、变配电站继电保护的作用 B、变配电站继电保护的工作原理 C、变配电站继电保护按保护性质分类 D、变电站继电保护按被保护对象分类 A、变配电站继电保护的作用 变配电站继电保护能够在变配电站运行过程中发生故障（三相短路、两相短路、单相接地等）和出现不正常现象时（过负荷、过电压、低电压、低周波、瓦斯、超温、控制与测量回路断线等），迅速有选择性发出跳闸命令将故障切除或发出报警，从而减少故障造成的停电范围和电气设备的损坏程度，保证电力系统稳定运行。B、变配电站继电保护的工作原理： 变配电站继电保护是根据变配电站
21、运行过程中发生故障时出现的电流增加、电压升高或降低、频率降低、出现瓦斯、温度升高等现象超过继电保护的整定值（设定值）或超限值后，在整定时间内，有选择的发出跳闸命令或报警信号； 根据电流值来进行选择性跳闸的为反时限，电流值越大，跳闸速度越快。根据时间来进行选择性跳闸的称为定时限保护，定时限在故障电流超过整定值后，达到设定的时间定值后才发出跳闸命令。瓦斯与温度等为非电量保护； 可靠系数为一个经验数据，计算继电器保护动作值时，要将计算结果再乘以可靠系数，以保证继电保护动作的准确与可靠，其范围为一般为1.31.5； 发生故障时的最小值与保护的动作值之比为继电保护的灵敏系数，一般为1.22，需根据设计规
22、范进行选择； C、变配电站继电保护按保护性质分类 （1）电流速断保护：故障电流超过保护整定值无时限（整定时间为零），立即发出跳闸命令。（2）电流延时速断保护：故障电流超过速断保护整定值时，带一定延时后发出跳闸命令。（3）过电流保护：故障电流超过过流保护整定值，故障出现时间超过保护整定时间后发出跳闸命令。（4）过电压保护：故障电压超过保护整定值时，发出跳闸命令或过电压信号。（5）低电压保护：故障电压低于保护整定值时，发出跳闸命令或低电压信号。（6）低周波减载：当电网频率低于整定值时，有选择性跳开规定的不重要负荷。（7）过负荷：运行电流超过过负荷整定值（一般按最大负荷或设备额定功率来整定）时，发出
23、过负荷信号（8）单相接地保护：当一相发生接地后对于接地系统，发出跳闸命令，对于中性点不接地系统，发出接地报警信号。（9）差动保护：当流过变压器、发电机绕组，线路两端电流之差变化超过整定值时，发出跳闸命令称为纵差动保护，两条并列运行的线路或两个绕组之间电流差变化超过整定值时，发出跳闸命令称横差动保护。（10）距离保护：根据故障点到保护安装处的距离（阻抗）发出跳闸命令称为距离保护。（11）方向保护：根据故障电流的方向，有选择性的发出跳闸命令称为方向保护。（12）高频保护：利用弱电高频信号传递故障信号来进行选择性跳闸的保护称为高频保护。（13）瓦斯保护：对于油浸变压器，当变压器内部发生匝间短路出现电
24、气火花，变压器油被击穿，瓦斯气体冲击安装在油枕通道管中的瓦斯继电器，故障严重，瓦斯气体多，冲击力大，重瓦斯动作于跳闸，故障不严重，瓦斯气体少，冲击力小，轻瓦斯动作于信号。（14）温度保护：变压器、电动机或发电机过负荷或内部短路故障，出现设备本体温度升高，超过整定值发出跳闸命令或超温报警信号。（15）主保护：满足电力系统稳定和设备安全要求，出现故障后能以最快速度有选择性的切除被保护设备或线路的保护。（16）后备保护：主保护或断路器拒动时，用来切除除故障的保护。主保护拒动，本电力系统或线路的另一套保护发出跳闸命令的为近后备保护。当主保护或断路器拒动由相邻（上一级）电力设备或线路的保护来切除故障的后
25、备保护为远后备保护。（17）互感器二次线路断线报警：电流互感器或电压互感器二次侧断线会引起保护误动作，所以在其发生断线后应发出断线信号。（18）跳闸回路断线：断路器跳闸回路断线后，继电保护发出跳闸命令断路器也不能跳开，所以跳闸回路断线时应发出报警信号。（19）自动重合闸：对于一些瞬时性故障（雷击、鸟害等），故障迅速切除后，不会发生永久性故障，此时再进行合闸，可以继续保证供电。继电保护发出跳闸命令断路器跳开后马上再发出合闸命令，称为重合闸。 重合闸一次后不允许再重合的称为一次重合闸，允许再重合一次的称为二次重合闸（一般很少使用）。有了重合闸功能之后，在发生故障后，继电保护先不考虑保护整定时间，马
26、上进行跳闸，跳闸后，再进行重合闸，重合后故障不能切除，然后再根据继电保护整定时间进行跳闸，此种重合闸为前加速重合闸。 发生事故后继电保护先根据保护整定时间进行保护跳闸，然后进行重合闸，重合闸不成功无延时迅速发出跳闸命令，此种重合闸称为后加速重合闸。 （20）备用电源互投：两路或多路电源进线供电时，当一路断电，其供电负荷可由其它电源供电，也就是要进行电源切换，人工进行切换的称为手动互投。自动进行切换的称为自动互投。互投有利用母联断路器进行互投的（用于多路电源进行同时运行）和进线电源互投（一路电源为主供，其它路电源为热备用）等多种形式。对于不允供电电源并列运行的还应加互投闭锁。（21）同期并列与解
27、列：对于多电源供电的变电站或发电厂要联网或并网时，同期断路器两端的电压必须满足同期并列条件（同相序、频差、压差、相位差）后才能并网，并网有手动与自动两种。D、变电站继电保护按被保护对象分类（1）发电机保护 发电机保护有定子绕组相间短路，定子绕组接地，定子绕组匝间短路，发电机外部短路，对称过负荷，定子绕组过电压，励磁回路一点及两点接地，失磁故障等。出口方式为停机、解列、缩小故障影响范围和发出信号。（2）电力变压器保护 电力变压器保护有绕组及其引出线相间短路，绕组匝间短路，外部短路引起的过电流，中性点直接接地电力网中外部接地短路引起的过电流及中性点过电压、过负荷，油面降低，变压器温度升高，油箱压力升高或冷却系统故障。（3）电力线路保护 根据电压等级不同，电网中性点接地方式不同，线路种类与长度不同，有相间短路、单相接地、过负荷、距离保护、差动保护等 （4）母线保护 发电厂和重要变电所的母线应装设专用母线保护。（5）电力电容器保护 电力电容器有电容器内部故障及其引出线短路，电容器组和断路器之间连接线短路，电容器组中某一故障电容切除后引起的过电压、电容器组过电压，所连接的母线失压。（6）高压电动机保护 高压电动机有定子绕组相间短路、定子绕组单相接地、定子绕组过负荷、定子绕组低电压、同步电动机失步、同步电动机失磁、同步电动机出现非同步冲击电流。
