2023電力系統基礎知識

電力系統基礎知識課程說明知識目標了解電網及超高壓輸電公司概況;掌握一二次設備的作用及分類。課程依據《電力安全工作規(guī)程》《電氣操作導則》《XX換流站運行規(guī)程》授課對象變電、輸電專業(yè)新入企員工Contents目錄020304輸電主設備簡介輸電新技術簡介01電力生產簡介電網及超高壓輸電公司概況一、電力生產簡介電力生產把各種一次能源轉換成電能并輸送和分配到電力用戶?！拔覀儾簧a能源，我們只是大自然的搬運工！”生物質能地熱能潮汐能太陽能核能風能水能能源非化石能源化石能源天然氣石油煤炭一、電力生產簡介由發(fā)電、輸電、配電和用電等環(huán)節(jié)組成的電能生產與消費的系統。電力系統輸、配電線路+變電（換流）站=電網發(fā)電廠變電站輸電線路變電站配電線路用戶一、電力生產簡介發(fā)電廠把其他形式的能量轉變成電能發(fā)電廠火電廠水電廠核電站新能源電廠風電場太陽能電廠生物質能電廠地熱能電廠潮汐能電廠發(fā)電裝機容量比例圖（截至2015年底）一、電力生產簡介發(fā)電廠●火電廠將燃料（煤炭、石油、天然氣）燃燒加熱水生成蒸汽，蒸汽壓力推動汽輪機旋轉，汽輪機帶動發(fā)電機旋轉發(fā)電。一、電力生產簡介火電廠一、電力生產簡介發(fā)電廠●火電廠優(yōu)點選址靈活初期投資低受環(huán)境影響小，運行平穩(wěn)可靠缺點運行成本高運、維難度大環(huán)境污染嚴重啟、停等控制較慢一、電力生產簡介發(fā)電廠●水電廠從河流高處或水庫內引水，利用水的壓力或流速沖動水輪機旋轉，水輪機帶動發(fā)電機旋轉發(fā)電。一、電力生產簡介水電廠一、電力生產簡介發(fā)電廠●水電廠優(yōu)點無污染水能可再生后期成本很低水能蘊藏總量大缺點建設困難固定資產投資大對地理環(huán)境要求高一、電力生產簡介發(fā)電廠●核電站控制核燃料裂變釋放能量，經過反應堆內循環(huán)的冷卻劑，把能量帶出并傳輸到鍋爐產生蒸汽以驅動渦輪機，帶動發(fā)電機發(fā)電。一、電力生產簡介核電站一、電力生產簡介發(fā)電廠●核電站優(yōu)點后期成本低無空氣污染核燃料能量密度大，燃料體積小缺點固定資產投資大排放廢熱多，熱污染嚴重放射性廢料，處置成本大故障造成放射污染后果嚴重一、電力生產簡介發(fā)電廠●風電場風力帶動風車葉片旋轉，透過增速機將旋轉的速度提升，促使發(fā)電機發(fā)電。一、電力生產簡介風電場一、電力生產簡介發(fā)電廠●風電場優(yōu)點無污染風能可再生基建周期短裝機規(guī)模靈活缺點成本較高占用大片土地不穩(wěn)定、不可控噪聲、視覺污染，影響鳥類一、電力生產簡介發(fā)電廠●太陽能電廠利用半導體材料的光電效應，將太陽能轉換成電能一、電力生產簡介太陽能電廠一、電力生產簡介發(fā)電廠●太陽能電廠優(yōu)點資源隨處可得安全可靠，無污染可再生、無枯竭危險運維簡單、運行穩(wěn)定太陽能電池組件結構簡單、易組合、擴容缺點建設成本高間歇性工作受氣候影響大能量轉換效率低能量密度低，占地面積大一、電力生產簡介發(fā)電廠●生物質能電廠利用農業(yè)、林業(yè)、工業(yè)廢棄物和城市垃圾等為原料，采取直接燃燒或氣化后燃燒等方式產生蒸汽，帶動汽輪機及發(fā)電機發(fā)電。一、電力生產簡介發(fā)電廠●潮汐能電廠通過出水庫，在漲潮時將海水儲存在水庫內，以勢能的形式保存。在落潮時放出海水，利用高、低潮位之間的落差，推動水輪機旋轉，帶動發(fā)電機發(fā)電。一、電力生產簡介發(fā)電廠●地熱能電廠利用地下熱水和蒸汽為動力源，把地熱能轉換為機械能，再把機械能轉換為電能。一、電力生產簡介輸電系統變電（換流）站高壓輸電線路將發(fā)電廠發(fā)出的電能輸送到消費電能的地區(qū)（即負荷中心），或進行相鄰電網之間的電能互送，包括超（特）高壓輸電線路和變電（換流）站兩部分。一、電力生產簡介輸電系統發(fā)電廠變電站輸電線路變電站配電線路用戶一、電力生產簡介輸電系統●概念引入低壓電&高壓電低壓電：電壓≤1千伏（kV），如家庭用電高壓電：電壓＞1千伏（kV），如工業(yè)用電安全電壓：電壓＜36V，不致使人直接致死或致殘一、電力生產簡介一、電力生產簡介為什么用高壓輸電？在相同輸電功率的情況下，電壓越高，電流就越小，從而功率損耗低，輸電經濟性好。原因1在相同輸電電流的情況下，電壓越高，輸送功率越大，減少線路走廊，節(jié)約土地資源原因2輸電系統普通公路高速公路一、電力生產簡介一、電力生產簡介一、電力生產簡介線路走廊架空輸電線路的路徑所占用的土地面積和空間區(qū)域。沿線路兩邊導線，向兩側伸展一定寬度的線路下方的帶狀區(qū)域。在該區(qū)域內，允許公眾進入或從事基本農業(yè)及其他受限的生產活動。輸電系統●概念引入一、電力生產簡介一、電力生產簡介輸電系統●概念引入頻率f交流電單位時間內周期性變化的次數，單位是赫茲（Hz）歐洲、亞洲多國（英國、德國、中國等）美洲多國（美國、加拿大、巴西等）50Hz60Hz一、電力生產簡介交流電為什么是三相輸電系統相同尺寸的三相發(fā)電機比單相發(fā)電機的功率大，在三相負載相同的情況下，發(fā)電機轉矩恒定，有利于發(fā)電機的工作發(fā)電三相系統比單相系統節(jié)省傳輸線，三相變壓器比單相變壓器經濟輸電三相電容易產生旋轉磁場使三相電動機平穩(wěn)轉動用電一、電力生產簡介交流輸電優(yōu)點建設成本低對環(huán)境影響小網架更靈活，配送電更方便發(fā)、輸、配、用電設備成熟輸電系統一、電力生產簡介直流輸電優(yōu)點輸送容量大、送電距離遠輸送功率的大小和方向可快速調節(jié)輸送功率相同時，線路造價低、線路損耗小限制短路電流、不存在系統穩(wěn)定問題，可實現電網非同期互聯輸電系統特高壓：輸送容量更大、送電距離更遠一、電力生產簡介交流輸電vs直流輸電輸電系統直流輸電&萬噸巨輪交流電網&深水港具有輸電和構建網架的雙重功能，電力的接入、傳輸和消納十分靈活，是構建電網的前提，也是電網安全運行的基礎。交流輸電直流輸電送電距離更遠、輸送功率更大，主要用于大型能源基地的送出，不能形成網絡。一、電力生產簡介輸電系統●概念引入變電站&換流站改變電壓的場所，在電力系統中實現變換電壓、接受和分配電能、控制電力的流向和調整電壓的功能。變電站換流站變換電流的場所，在高壓直流輸電系統中完成交流電與直流電相互變換。一、電力生產簡介配電系統發(fā)電廠變電站輸電線路變電站配電線路用戶一、電力生產簡介一、電力生產簡介配電系統一、電力生產簡介用電設備發(fā)電廠變電站輸電線路變電站配電線路用戶一、電力生產簡介用電設備照明用電電熱用電動力用電工藝用電Contents目錄020304輸電主設備簡介輸電新技術簡介01電力生產簡介電網及超高壓輸電公司概況Contents目錄020304輸電主設備簡介輸電新技術簡介01電力生產簡介電網及超高壓輸電公司概況三、輸電主設備簡介輸電系統示意圖電源側換流站負荷側換流站發(fā)電廠用戶輸電線路輸電線路三、輸電主設備簡介三、輸電主設備簡介一次/二次設備一次設備生產和轉換電能發(fā)電機、電動機接通和斷開電路斷路器、隔離開關、接觸器電氣一、二次設備間轉換電壓、電流互感器限制過電流、防御過電壓電抗器、避雷器載流導體輸電線、母線接地裝置三、輸電主設備簡介三、輸電主設備簡介一次/二次設備一次設備

輸電線路管母電流互感器避雷器三、輸電主設備簡介三、輸電主設備簡介工作站、測控柜、繼保及自動裝置、蓄電池等。

三、輸電主設備簡介一次/二次設備二次設備

運行人員工作站測控柜自動化裝置三、輸電主設備簡介一次/二次設備二次設備

工作站、測控柜、繼保及自動裝置、蓄電池等。

直流控制、保護裝置交流保護裝置三、輸電主設備簡介電源側換流站負荷側換流站發(fā)電廠用戶輸電線路輸電線路變壓器變壓器三、電力系統主要參數及主設備簡介變壓器●功能變換電壓,以利于功率的傳輸升高輸電電壓,減少線路損耗,提高經濟性,從而遠距離送電。升壓變壓器把高電壓變?yōu)橛脩羲枰母骷壥褂秒妷?滿足用戶需要。降壓變壓器換流站交、直流變換的重要設備。換流變壓器三、電力系統主要參數及主設備簡介三、電力系統主要參數及主設備簡介變壓器●基本結構變壓器繞組分接開關變壓器鐵芯三、電力系統主要參數及主設備簡介變壓器●基本結構直流側套管冷卻裝置油枕交流側套管濾油機油箱控制柜表記三、電力系統主要參數及主設備簡介變壓器●主要技術參數變壓器高、低壓各側額定電壓之間的比值，表征電壓變換能力電壓比變壓器高、低壓各側長時間運行所能承受的工作電壓額定電壓變壓器在額定電壓、電流時連續(xù)運行所輸送的容量額定容量又稱“銅損”，表征變壓器額定運行工況下繞組損耗的能量短路損耗又稱“鐵損”，表征變壓器鐵芯損耗的能量額定容量三、電力系統主要參數及主設備簡介A相B相C相三、輸電主設備簡介電源側換流站負荷側換流站發(fā)電廠用戶輸電線路輸電線路換流閥換流閥三、電力系統主要參數及主設備簡介三、電力系統主要參數及主設備簡介換流閥●原理按既定時間順序打開或關閉換流閥使交流電的大小和方向不變（電源側換流站整流）使直流電的大小和方向發(fā)生交替變化（負荷側換流站逆變）三、電力系統主要參數及主設備簡介換流閥●基本結構均壓電容器RC阻尼回路：電容器電阻器TVM板可控硅閥片RPU三、電力系統主要參數及主設備簡介閥塔閥片換流閥三、輸電主設備簡介電源側換流站負荷側換流站發(fā)電廠用戶輸電線路輸電線路刀閘隔離開關三、電力系統主要參數及主設備簡介三、電力系統主要參數及主設備簡介三、電力系統主要參數及主設備簡介隔離開關●類型按絕緣支柱數目分：單柱式、雙柱式、三柱式按開斷形式分：雙側開斷、中央開斷、垂直伸縮、水平伸縮中央開斷垂直伸縮水平伸縮三、輸電主設備簡介三、電力系統主要參數及主設備簡介斷路器●基本結構通斷元件操作機構絕緣支柱傳動機構（支柱內部）基座類型壓縮空氣磁吹少油真空SF6三、電力系統主要參數及主設備簡介斷路器●主要技術參數能可靠切斷的最大短路電流值,表征斷路器切除故障的能力額定短路電流開始分閘到電弧完全熄滅為止的時間，表征斷路器熄弧的能力開斷時間斷路器長時間運行所能承受的工作電流額定電流斷路器長時間運行所能承受的工作電壓額定電壓三、電力系統主要參數及主設備簡介500kV開關110kV開關直流開關斷路器三、輸電主設備簡介電源側換流站負荷側換流站發(fā)電廠用戶輸電線路輸電線路互感器互感器三、電力系統主要參數及主設備簡介互感器●功能把大電流按比例轉換為小電流或高電壓按比例轉換成低電壓后,提供給儀表或繼電器，供保護、測量及自動裝置用。將二次系統與高電壓隔離，保證了人身和設備的安全。01使測量儀表和繼電器的制造簡單化、標準化,提高了經濟效益。02二次回路接線簡單，當電路上發(fā)生短路時，保護測量儀表的電流線圈不受大電流的損害。03三、電力系統主要參數及主設備簡介互感器●原理交流電壓、電流互感器工作原理與變壓器工作原理相同。當一次繞組中有電流通過時，鐵芯中產生磁通，從而在二次繞組中感應出二次電壓，產生二次電流。電流互感器原理圖電磁式電壓互感器原理圖電容式電壓互感器原理圖三、電力系統主要參數及主設備簡介互感器●基本結構基座絕緣支柱二次屏蔽罩一次穿芯桿通過處二次接線盒三、電力系統主要參數及主設備簡介互感器●主要技術參數一次額定電壓/流與二次額定電壓/流之比額定變比表示互感器本身誤差的等級，測量用和保護用的互感器精度不同準確度等級二次側所允許連接的滿足某準確等級的容量額定容量三、電力系統主要參數及主設備簡介互感器電壓互感器電流互感器三、輸電主設備簡介電源側換流站負荷側換流站發(fā)電廠用戶輸電線路輸電線路避雷器防雷設備三、電力系統主要參數及主設備簡介三、電力系統主要參數及主設備簡介避雷器●原理避雷器接于帶電導線與地之間，當產生過電壓時避雷器動作，并聯放電間隙導通流過電流，限制過電壓幅值，從而保護設備絕緣。過低壓消失，電壓值正常后，避雷器又迅速恢復原狀，以保證系統正常供電。類似大壩泄洪道當水庫里的水位超過安全限度時，水就從泄洪道流出，防止水壩被毀壞。閥型避雷器原理結構圖1－間隙；2－非線性電阻三、電力系統主要參數及主設備簡介避雷器避雷針三、輸電主設備簡介電源側換流站負荷側換流站發(fā)電廠用戶輸電線路輸電線路電容器電抗器電容、電抗器三、電力系統主要參數及主設備簡介三、電力系統主要參數及主設備簡介電容器電抗器電容、電抗器三、輸電主設備簡介電源側換流站負荷側換流站發(fā)電廠用戶輸電線路輸電線路母線絕緣子母線、絕緣子三、電力系統主要參數及主設備簡介母線●功能將發(fā)電機、變壓器與各種電器連接的導線，起匯集、分配和傳送電能的作用。管母軟導線三、電力系統主要參數及主設備簡介絕緣子●功能牢固地支持和固定載流導體將載流導體與地之間形成良好的絕緣穿墻套管橫擔絕緣子支柱絕緣子三、電力系統主要參數及主設備簡介組合電器三、電力系統主要參數及主設備簡介組合電器●分類組合電器氣體絕緣金屬全封閉開關設備GIS氣體絕緣金屬半封閉開關設備HGIS不包括母線三、電力系統主要參數及主設備簡介三、電力系統主要參數及主設備簡介GIS組合電器●結構1、匯控柜2、操作機構3、斷路器4、電流互感器5、隔離開關6、接地開關7、出線套管8、避雷器9、共箱母線10、底架12398754561066三、電力系統主要參數及主設備簡介三、輸電主設備簡介電源側換流站負荷側換流站發(fā)電廠用戶輸電線路輸電線路輸電線路三、電力系統主要參數及主設備簡介輸電線路●功能直線桿塔擔負輸送和分配電能的作用。耐張桿塔三、電力系統主要參數及主設備簡介輸電線路轉角桿塔終端桿塔三、電力系統主要參數及主設備簡介換位桿塔跨越桿塔輸電線路三、電力系統主要參數及主設備簡介輸電線路●基本結構導線架空地線絕緣子金具絕緣子桿塔金具三、電力系統主要參數及主設備簡介繼保裝置●功能當電力系統中的一次設備（如變壓器、線路等）發(fā)生故障危及電力系統安全運行時，自動地、迅速地、有選擇地向所控制的斷路器發(fā)出跳閘命令以隔離故障設備。保證系統的其余部分迅速恢復正常運行，并使故障設備不再繼續(xù)遭到損壞。保護裝置測量部分執(zhí)行部分邏輯部分三、電力系統主要參數及主設備簡介繼保裝置●原理利用電力系統中元件發(fā)生短路或異常情況時的電氣量（電流、電壓、功率、頻率等）的變化或其他的物理量，如變壓器油箱內故障時伴隨產生的大量瓦斯和油流速度的增大或油壓強度的增高，作為保護裝置啟動條件。三、電力系統主要參數及主設備簡介三、電力系統主要參數及主設備簡介自動化裝置●定義自動化裝置是指對電力系統進行測量、監(jiān)視、控制、分析、運行管理的系統及其設備的總稱，由主站端、廠站端系統及其設備，經通信通道連接組成。三、電力系統主要參數及主設備簡介自動化裝置●組成能量管理系統(EMS)數據采集與監(jiān)控(SCADA)系統調度生產管理系統(OMS）配電管理系統(DMS)主站系統調度員培訓仿真(DTS)系統電力二次系統安全防護電力調度數據網絡主站系統電能量計量系統主站系統電力市場運營系統主站系統水調自動化系統（含衛(wèi)星云圖）主站系統相關基礎系統（機房、大屏幕，UPS電源等）主站端系統三、電力系統主要參數及主設備簡介自動化裝置●組成廠站端系統變電站綜合自動化系統（遠動、監(jiān)控、測控等）專用的GPS衛(wèi)星授時裝置配電網自動化系統遠方終端電能量計量系統的關口計量表計及專用計量屏（柜）電力調度數據網絡接入設備和二次系統安全防護設備相量測量裝置(PMU)廠站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統廠站自動化不間斷電源（UPS）三、電力系統主要參數及主設備簡介自動化系統●功能自動化系統監(jiān)控系統遠動系統防誤系統三、電力系統主要參數及主設備簡介自動化系統●功能遙測遙信遙調遙視遙控變電站監(jiān)控系統三、電力系統主要參數及主設備簡介直流控制系統●功能換流站直流控制系統是高壓直流輸電系統的核心，負責主要高壓直流設備的監(jiān)視、控制及故障保護，該系統的安全穩(wěn)定運行是保證直流工程穩(wěn)定可靠運行的基礎。三、電力系統主要參數及主設備簡介直流控制系統●組成