第一部分電力系統(tǒng)概述

電力系統(tǒng)概述1、電力系統(tǒng)及其組成

定義：由發(fā)電、變電、輸電、配電和用電等環(huán)節(jié)組成的電能生產(chǎn)與消費(fèi)系統(tǒng)。

組成部分：電力系統(tǒng)是由發(fā)電廠、變電所、輸電線和用戶組成。

1.1發(fā)電廠分類：A．按大小和重要性分為3類a.大型主力電廠水電站：在大江、大河上，接入330-500-750KV超高壓系統(tǒng)或直流輸電系統(tǒng);火電站：在煤礦附近、負(fù)荷中心、沿海、沿江,接入330-500-750KV超高壓系統(tǒng)或直流輸電系統(tǒng)。b.中小型地區(qū)電廠水電站：在江、河上,接入110-220KV系統(tǒng)，少數(shù)接入330KV系統(tǒng);

火電廠：在城鎮(zhèn)附近,接入110-220KV系統(tǒng)，少數(shù)接入330KV系統(tǒng)。c.企業(yè)自備電廠，以對本企業(yè)供電、供熱為主，主要為熱電廠，接入110KV-220KV系統(tǒng)或35KV系統(tǒng)。B．按能源分

a.水電廠：用水推動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，使水的機(jī)械能（既水的動(dòng)能、位能）轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?b.火電廠：既用煤、油、天然氣燃燒使鍋爐里的水汽化推動(dòng)氣輪機(jī)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，使化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，再轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，再轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?c.核電廠：用核能、實(shí)為用核反應(yīng)堆代替鍋爐的火電廠;d.熱電廠：既供電又供熱的火電廠;e.風(fēng)力發(fā)電廠：用風(fēng)車帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，使風(fēng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?；

f.其它電廠：地?zé)?、潮汐、太陽能電廠。

g.蓄能電廠：是一種特殊的水電廠，有兩個(gè)水庫，白天發(fā)電，夜間抽水。1.2

變電站

對電能進(jìn)行變換（升、降）和分配的場所A、按重要性分為：

a.系統(tǒng)樞紐變電站：匯集多個(gè)大電廠，進(jìn)行系統(tǒng)功率變換，以中壓輸出，輸入為330-500-750KV；

b.地區(qū)重要變電站，為地區(qū)供電的變電所，輸入220-330KV，也有110KV的；

c.一般變電站：為終端和分支變電站，輸入110KV-35KV，也有220KV的.。B、按用途分

a.升壓變電站，建在電廠內(nèi)或附近；

b.降壓變電站，建在負(fù)荷中心附近；

c.特殊的變電站：如鐵路變電站，換流站（直流輸電），開關(guān)站等.。1.3輸電線

按結(jié)構(gòu)分

a.架空線路b.電纜線路2、發(fā)電廠與變電站的種類2.1水力發(fā)電廠發(fā)電機(jī)或蓄能機(jī)（含勵(lì)磁機(jī)或勵(lì)磁變壓器）;

主變壓器;

廠用變壓器;

斷路器和滅磁開關(guān);

隔離開關(guān)（手車）;

電流互感器與電壓互感器;

電動(dòng)機(jī)及各種泵：水泵、油泵;

消弧線圈。水輪發(fā)電機(jī)圖示2.2火力發(fā)電廠或熱電廠發(fā)電機(jī)(含勵(lì)磁機(jī)或勵(lì)磁變)；汽輪機(jī)及其輔機(jī)（水泵、油泵、盤車）電動(dòng)機(jī)；鍋爐及其輔機(jī)（風(fēng)機(jī)、水泵、煤機(jī)）電動(dòng)機(jī)；主變壓器；廠用變壓器；斷路器和滅磁開關(guān)；隔離開關(guān)（手車）；電流互感器與電壓互感器；消弧線圈。汽輪機(jī)圖示2.3核電廠

核設(shè)備：原子反應(yīng)堆及及附屬設(shè)備；發(fā)電機(jī)(含勵(lì)磁機(jī)或勵(lì)磁變)；汽輪機(jī)及其輔機(jī)（水泵、油泵、盤車）電動(dòng)機(jī)；廠用電設(shè)備，要四套，含柴油發(fā)電機(jī)；主變壓器；斷路器和滅磁開關(guān)；隔離開關(guān)（手車）；電流互感器與電壓互感器；消弧線圈。2.4風(fēng)電廠

風(fēng)力發(fā)電機(jī)（塔架、葉片、發(fā)電機(jī)等三大部分所構(gòu)成）；主變壓器；斷路器和滅磁開關(guān)；隔離開關(guān)（手車）；電流互感器與電壓互感器；

2.4變電站主變壓器；斷路器與刀閘（手車）；電流、電壓互感器；廠用變壓器；電容器組與并聯(lián)電抗器；調(diào)相機(jī)。3、電力系統(tǒng)中的電氣設(shè)備

3.1一次設(shè)備

定義：一次設(shè)備（也稱主設(shè)備）是構(gòu)成電力系統(tǒng)的主體，它是直接生產(chǎn)、輸送和分配電能的設(shè)備，包括發(fā)電機(jī)、電力變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、電力母線、電力電纜和輸電線路、電流互感器、電壓互感器等等。3.3.1發(fā)電機(jī)A.分類a.按能源分：水輪發(fā)電機(jī)(水電廠用)、汽輪發(fā)電機(jī)（火電廠、熱電廠和核電廠用）、柴油發(fā)電機(jī)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)；b.按定子繞組結(jié)構(gòu)分：單分支（每相），兩分支（每相），多分支（每相）；c.按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分：凸極式（圖2）和隱極式（圖1）。隱極發(fā)電機(jī)凸極發(fā)電機(jī)圖1圖2B.特點(diǎn)a.水輪發(fā)電機(jī):體積大、轉(zhuǎn)速慢、轉(zhuǎn)子為凸極式；b.汽輪發(fā)電機(jī):同容量體積小、轉(zhuǎn)速快、因?yàn)檗D(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速快為了保證強(qiáng)度采用隱極式；3.3.2變壓器定義：借助于電磁感應(yīng)，以相同的頻率，在兩個(gè)或更多的繞組織之間變換交流電壓和電流的一種靜止的電器。分類：A.按繞組數(shù)分：

a.二繞組變壓器：每相有兩個(gè)繞組的變壓器；

b.三繞組變壓器：每相有三個(gè)繞組的變壓器；

c.多繞組變壓器：每相有三個(gè)以上繞組的變壓器；

d.自耦變壓器：每相至少有兩個(gè)線圈具有公共部分的變壓器；

e.特殊變壓器：冶煉、整流、機(jī)車等。B.按結(jié)構(gòu)分：

a.油浸式變壓器：繞組和鐵心全部浸在變壓器外殼（油箱）里的變壓器油內(nèi)，以變壓器油做為絕緣和冷卻介質(zhì)；用于特大、大、中型變壓器。

b.干式變壓器：外殼里僅有空氣或絕緣氣體（如ＳＦ６）做為絕緣和冷卻介質(zhì)的變壓器；用于中、小型變壓器。

c.封閉式變壓器：繞組和鐵心全部澆鑄在環(huán)氧樹脂里的變壓器；用于中、小型變壓器。

d.埋入式變壓器：埋入地下，用于中、小型變壓器。C.按絕緣水平分：

a.全絕緣的變壓器：繞組、引線和中性點(diǎn)對外殼均按該電壓等級(jí)全電壓絕緣的變壓器；

b.分級(jí)絕緣的變壓器：繞組及各相引線對外殼按該電壓等級(jí)全電壓絕緣，中性點(diǎn)及其引線按該電壓等級(jí)一半電壓絕緣的變壓器。D.按相數(shù)分：

a.單相變壓器：每相繞組和鐵心裝在一個(gè)外殼內(nèi)的變壓器；用于特大型變壓器或特高壓變壓器。

b.三相變壓器：三相繞組和鐵心共同裝在一個(gè)外殼內(nèi)的變壓器，用于大、中、小型變壓器。E．按冷卻方式分：

a.自然空氣冷卻，用于小型變壓器。

b.自然油冷卻，用于中、小型變壓器。

c.通風(fēng)油冷卻，用于大、中型變壓器。

d.強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻，用于大、中型變壓器。

e.強(qiáng)迫油循環(huán)水冷卻，用于大型變壓器。

f.SF6冷卻，用于中、小型變壓器。3.3.3輸、配電電路A、按電壓等級(jí)分

a.超高壓1000KV、750KV、500KV和330KV輸電線；

b.高壓220KV和110KV輸電線；

c.中壓6KV、10KV、20KV、35KV和66KV輸電線；

d.低壓400V（380V）、230V（22OV）、600V輸電線；

e.高壓直流輸電的輸電線。B、按結(jié)構(gòu)分

a.架空線路，

b.電纜線路。3.3.4斷路器

A.斷路器的作用

a.接通和斷開電路

b.切斷故障電流（外部出現(xiàn)短路時(shí)），因而有遮斷容量的要求，如太大的電流切不斷等。

B．?dāng)嗦菲鞣诸?/p>

a.油斷路器：一種老式斷路器，箱體內(nèi)充滿油，利用變壓器油作為絕緣和滅弧介質(zhì)；

b.少油斷路器：利用變壓器油作為絕緣和滅弧介質(zhì)，但僅在滅弧室內(nèi)充滿油；

c.空氣斷路器：利用壓縮空氣作為絕緣和滅弧介質(zhì)；

d.真空斷路器：利用真空室滅弧的斷路器；

e.SF6斷路器：利用SF6氣體作為絕緣和滅弧介質(zhì)的斷路器；

f.SF6組合電器：將斷路器、刀閘、互感器、避雷器、母線等全部密封在充滿SF6氣體的室內(nèi)利用SF6氣體作為絕緣和滅弧介質(zhì)的組合電器。C．滅磁開關(guān)：一種特殊的低壓空氣斷路器,有很好的滅弧能力，用于發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁回路，接通和斷開發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電流并用滅弧柵熄滅電弧。3.3.5隔離刀閘定義：隔離刀閘是高壓開關(guān)電器中使用最多的一種電器，它本身的工作原理及結(jié)構(gòu)比較簡單，但是由于使用量大，工作可靠性要求高，對變電所、電廠的設(shè)計(jì)、建立和安全運(yùn)行的影響均較大。刀閘的主要特點(diǎn)是無滅弧能力，只能在沒有負(fù)荷電流的情況下分、合電路。

作用：

1)分閘后，建立可靠的絕緣間隙，將需要檢修的設(shè)備或線路與電源用一個(gè)明顯斷開點(diǎn)隔開，以保證檢修人員和設(shè)備的安全。

2)根據(jù)運(yùn)行需要，換接線路。

3)可用來分、合線路中的小電流，如套管、母線、連接頭、短電纜的充電電流，開關(guān)均壓電容的電容電流，雙母線換接時(shí)的環(huán)流以及電壓互感器的勵(lì)磁電流等。

4)根據(jù)不同結(jié)構(gòu)類型的具體情況，可用來分、合一定容量變壓器的空載勵(lì)磁電流。手車3.3.6電流互感器

A.作用：變換電流并對一、二次繞組進(jìn)行絕緣隔離，用于將高壓回路的電流變換為成正比的低壓電流供接入測量或保護(hù)回路。電流互感器對二次回路來說是電流源（即二次電流由一次電流決定，而不決定于負(fù)荷），一定要防止開路，否則要產(chǎn)生過電壓而損壞。B.定義：電流互感器：一種互感器，在正常使用狀態(tài)下，其二次電流與一次電流實(shí)質(zhì)上成正比，而其相位差在連接方法正確時(shí)接近于零的互感器。C.電流互感器的分類按用途分：測量用電流互感器保護(hù)用電流互感器保護(hù)、測量共用電流互感器電能計(jì)量用電流互感器保護(hù)用電流互感器為給保護(hù)用繼電器或裝置提供電流，標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確級(jí)為：5P、10P兩種，主要技術(shù)指標(biāo)為準(zhǔn)確極限系數(shù)（俗稱飽和倍數(shù)）。測量用（含電能計(jì)量用）電流互感器為給指示儀表、積分儀表和其它類似電器提供電流。電能計(jì)量用電流互感器比測量用電流互感器的精度級(jí)別要高。3.2.7電壓互感器作用：變換電壓、隔離，用于將高壓電壓變換為成正比的低壓電壓供接入測量或保護(hù)回路。電壓互感器對二次回路來說是電壓源（即電壓由一次電壓決定），一定要防止短路，否則要燒壞。定義：電壓互感器：在正常使用情況下，其二次電壓與一次電壓實(shí)質(zhì)上成正比，而其相位差在連接方法正確時(shí)接近零的互感器。分類

A.按接地方式分：

a.不接地電壓互感器（全絕緣的）：一次繞組的各部分（包括出線端在內(nèi)）都是對地絕緣的，而且絕緣水平與額定絕緣水平一致的電壓互感器。

b.接地電壓互感器（分級(jí)絕緣的）：一次繞組的一端準(zhǔn)備直接接地的單相電壓互感器或一次繞組的星型聯(lián)結(jié)點(diǎn)準(zhǔn)備直接接地的三相電壓互感器。B．按相數(shù)分：a.單相電壓互感器,可由三臺(tái)組成三相電壓互感器；b.三相電壓互感器;c.三相五柱式電壓互感器，有五個(gè)鐵心柱，可以檢測零序電壓。C．按繞組數(shù)分：a.雙繞組,有一個(gè)一次繞組和一個(gè)二次繞組；b.三繞組，有一個(gè)一次繞組和兩個(gè)二次繞組（一個(gè)星形繞組和一個(gè)開口三角繞組）；c.四繞組，有一個(gè)一次繞組和三個(gè)二次繞組（兩個(gè)星形繞組和一個(gè)開口三角繞組）。3.2二次設(shè)備

定義：二次設(shè)備是對一次設(shè)備進(jìn)行控制、調(diào)節(jié)、保護(hù)和監(jiān)測的設(shè)備、主要包括：繼電保護(hù)設(shè)備、儀表、自動(dòng)控制設(shè)備、電源等等。3.2.1儀表

分類：按功能：電能表，（正向，反向，有功，無功）（三相三線，三相四線）電壓表，（相電壓，線電壓）電流表，（相電流，線電流）功率表等按顯示方式：數(shù)字顯示表，指針表。3.2.2自動(dòng)控制設(shè)備-PLC定義：PLC主要是數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)的可編程邏輯控制器。由中央處理單元(CPU)、存儲(chǔ)器、I/O模塊（模擬量和數(shù)字量）、電源組成。作用：PLC是工業(yè)上專門用來控制各種工藝操作的可編程邏輯控制設(shè)備，功能非常強(qiáng)大，可以執(zhí)行邏輯運(yùn)算，定時(shí)，順序控制，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。它其實(shí)就是一臺(tái)工控電腦，不過需要專業(yè)的編程人員對其編程才能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的過程控制。3.2.5電源A、UPS電源定義：UPS的中文意思為“不間斷電源”。作用：一是應(yīng)急使用，防止突然斷電而影響正常工作，給計(jì)算機(jī)造成損害；二是消除市電上的電涌、瞬間高電壓、瞬間低電壓、電線噪聲和頻率偏移等“電源污染”，改善電源質(zhì)量。B、直流電源（蓄電池）定義：直流電源（DCpower）有正、負(fù)兩個(gè)電極，正極的電位高，負(fù)極的電位低，當(dāng)兩個(gè)電極與電路連通后，能夠使電路兩端之間維持恒定的電位差，從而在外電路中形成由正極到負(fù)極的電流。4、電力系統(tǒng)電氣主接線形式4.1接線形式分類

單母線、單母線分段、雙母線、雙母線分段有旁路母線等等。A、單母線用于1臺(tái)發(fā)電機(jī)或1臺(tái)主變的下述情況,示意圖見圖A：此接線用于：

a.6-10KV出線不超過5回;b.35-63KV出線不超過3回;c.110-220KV出線不超過2回。B、單母線分段：用于2臺(tái)發(fā)電機(jī)或2臺(tái)主變的下述情況,示意圖見圖B：此接線用于：

a.6-10KV出線6回以上;b.35-63KV出線4-8回;c.110-22KV出線3-4回。C、雙母線接線有母聯(lián)斷路器：母線上出線回路或電源較多，母線故障后要求迅速恢復(fù)供電，母線檢修時(shí)，不允許停電的以下情況采用本接線方式，示意圖見圖：此接線用于：a.6-10KV出線短路電流較大需要電抗器時(shí);b.35-63KV出線8回以上;c.110-22KV出線4回以上。

D、雙母線分段接線，增設(shè)旁路母線的情況此方案用于220KV進(jìn)出線較多時(shí)的下述情況：

a.進(jìn)出線回路數(shù)為10-14回時(shí),在一組母線上用斷路器分段;b.進(jìn)出線回路數(shù)為15回以上時(shí)，兩組母線均用斷路器分段;以上均裝設(shè)2臺(tái)母聯(lián)兼旁路斷路器,E、變壓器線路單元接線用于只有1臺(tái)發(fā)電機(jī)--變壓器組和一條線路時(shí),發(fā)電廠內(nèi)不設(shè)高壓配電裝置，直接送入樞紐變電所,見圖A。F、橋形接線用于小容量發(fā)電廠、變電站,見圖B（內(nèi)橋接線）、C（外橋接線）。4.2不同級(jí)別變電所，發(fā)電站接線形式：A、一般變電所

一般變電所多為終端變電所,降壓供電給附近用戶或企業(yè)。B、地區(qū)重要變電所

地區(qū)重要變電所位于地區(qū)網(wǎng)絡(luò)的樞紐點(diǎn)上,高壓側(cè)以交換或接受功率為主,供電給地區(qū)的中壓側(cè)負(fù)荷與附近的低壓側(cè)負(fù)荷。全所停電后,將引起地區(qū)電網(wǎng)瓦解,影響全地區(qū)供電。

C、樞紐變電所接線系統(tǒng)樞紐變電所匯集多個(gè)大電源和大容量聯(lián)絡(luò)線，在系統(tǒng)中處于樞紐地位，高壓側(cè)交換系統(tǒng)間巨大功率潮流，并向中壓側(cè)輸送大量電能。這種變電所如果全所停電，將使系統(tǒng)穩(wěn)定破壞，電網(wǎng)瓦解，造成大面積停電。

5、電力系統(tǒng)常見的電氣故障5.1系統(tǒng)故障特征(1)母線電壓降低(2)正序電壓降低(3)負(fù)序電壓/零序電壓升高，故障點(diǎn)處最高(4)回路電流升高5.2常見的電氣故障A、短路