《電力系統(tǒng)基礎》PPT課件.ppt

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1、電力系統(tǒng)工程基礎,2007. 7,研發(fā)部,培訓資料（內(nèi)部資料）,電力系統(tǒng)基本概念,故障錄波器在電力系統(tǒng)中的應用,電力系統(tǒng)基本組成,錄波分析的基本算法,電力系統(tǒng)基本算法,電力系統(tǒng)定義,電力系統(tǒng)質(zhì)量指標,電力系統(tǒng)電壓等級,發(fā)電系統(tǒng),輸變電系統(tǒng),配電系統(tǒng),電力系統(tǒng)負荷,,電路基礎知識,三相電路基本知識,,繼電保護基本概念,,,陳 述 內(nèi) 容,電路網(wǎng)絡等值參數(shù),電力系統(tǒng)基本概念,由發(fā)電廠內(nèi)的發(fā)電機、電力網(wǎng)內(nèi)的變壓器和輸電線路以及用戶的各種 用電設備，按照一定的規(guī)律連接而組成的統(tǒng)一整體，稱為電力系統(tǒng)。,電力系統(tǒng),電力網(wǎng),電力系統(tǒng)中輸送和分配電能的部分稱為電力網(wǎng),動力系統(tǒng),包括發(fā)電廠的動力部分在內(nèi)的整

2、個系統(tǒng)，稱為動力系統(tǒng),電力系統(tǒng)基本概念,,電力系統(tǒng)基本概念,電能的質(zhì)量指標,電壓,頻率,波形,電壓變化范圍在額定電壓的5 10,50Hz變化范圍0.10.2Hz,標準正弦波形，不應產(chǎn)生畸變,,電壓質(zhì)量、頻率、波形都對用戶正常工作有重要影響,電力系統(tǒng)電壓等級,電力系統(tǒng)基本概念,電力系統(tǒng)額定電壓 電力設備額定電壓 高出或低于系統(tǒng)額定510,,電力系統(tǒng)中性點接地,小電流接地,大電流接地,不接地,電力系統(tǒng)的中性點是指星形連接的變壓器和發(fā)電機的中性點,經(jīng)消弧線圈接地,中型點直接接地,經(jīng)電阻接地,不接地,經(jīng)消弧線圈接地,電力系統(tǒng)基本概念,,,,發(fā)電系統(tǒng),火力發(fā)電廠,水力發(fā)電廠,核電廠,鍋爐 汽輪機 發(fā)電機

3、,水輪機 發(fā)電機,核反應堆 汽輪機 發(fā)電機,,,,,化學能轉(zhuǎn)化為熱能,熱能轉(zhuǎn)化為機械能,,機械能轉(zhuǎn)化為電能,,,,輸變電系統(tǒng),輸變電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的組成部分，包括變壓器和輸電線路,,輸變電設備,變換電壓的設備：如變壓器 接通和開斷電路的開關電器：如斷路器、隔離開關、熔斷器 防御過電壓，限制故障電流的電器：如避雷器、避雷針、避雷線、電抗器 無功補償設備：如電力電容器、同步調(diào)相機、靜止補償器 載流導體：如母線、引線、電纜、架空線 接地裝置：如變壓器中性點接地、設備外殼接地、防雷接地等,輸變電系統(tǒng),輸電線路：架空線路架設在戶外，由導線、避雷線、桿塔、絕緣子等組成 電纜線路安放在電纜架上，電纜

4、管道中或直接埋設在地下的電纜溝中,開關電器：斷開或接通電路的電氣設備總稱,負荷開關僅用于斷開或閉合正常工作電流的開關電器,熔斷器僅用于斷開過負荷電流或短路電流的開關電器,斷路器用于斷開或閉合正常工作電流、短路電流的開關電器,隔離開關不要求斷開或閉合電流，只用于檢修時隔離電壓的開關電器,用于電壓電流變換，使測量儀表標準化，小型化,使二次設備與一次高壓隔離,二次側(cè)必須接地，以保證人身和設備安全,電流互感器 TA,電流互感器,TV,輸變電系統(tǒng),互感器,工作原理與變壓器相似,,,將一次回路大電流轉(zhuǎn)化為小電流（5A或1A）,,將一次回路高電壓轉(zhuǎn)化為低電壓,輸變電網(wǎng)絡接線,無備用接線方式 可靠性低 用于

5、三級負荷,有備用接線方式 可靠性高 用于重要負荷 一級和二級負荷,無備用接線,有備用接線方式,電氣一次接線,發(fā)電廠和變電所中的一次設備，按照一定的規(guī)律連接而成的電路 稱為電氣主接線，也稱電氣一次接線或一次系統(tǒng),輸變電系統(tǒng),,電氣主接線基本形式,有匯流母線接線,有匯流母線接線,單母線 單母線分段 雙母線 雙母線分段 一臺半短路器接線,無匯流母線接線,單元接線及擴大單元接線,橋形接線,角形接線,輸變電系統(tǒng),,無匯流母線接線,,,單母線接線簡單、清晰、設備少、但供電可靠性不高,QF斷路器 QS隔離開關 W母線 WL線路,送電： QS4 QF2斷開 合QS2 QS3 斷電： 斷QF2 QS3

6、 QS2 合QS4,輸變電系統(tǒng),單母線分段接線供電可靠性優(yōu)于單母線接線,QF斷路器 QS隔離開關 W母線 WL線路,當一母線分段發(fā)生故障 QF斷開，另一母線正常 工作,輸變電系統(tǒng),雙母線接線 檢修一組線路，可使回路供電不中斷，一組母線故障，部分進 出線會暫時停電，經(jīng)母線隔離開關切換，線路供電可迅速恢復,母聯(lián)QF斷開，一組母線工作 一組備用 母聯(lián)QF斷開，進出線分別接 入兩組母線，兩組母線分裂 運行 母聯(lián)QF閉合，電源以及潰線 平均分配在兩組母線,輸變電系統(tǒng),雙母線三種運行方式,雙母線分段接線,QF1 QF2母聯(lián)斷路器 QF3分段斷路器 L電抗器 WL線路 G1 G2 發(fā)電機

7、,正常工作：、段工作， 段備用 L限制故障時相鄰段供給短路電流,輸變電系統(tǒng),一臺半斷路器接線,輸變電系統(tǒng),廣泛用于大型電廠和變電所的超高壓配電裝 置具有較高可靠性及運行靈活性 母線故障，只跳開與此母線相連的斷路器， 任何回路不停電,擴大單元接線,（a）,（b）,（a）發(fā)電機變壓器擴大單元,（b）發(fā)電機分裂繞組變壓器擴大單元接線,輸變電系統(tǒng),使用斷路器數(shù)目少，結(jié)構(gòu)簡單,電力系統(tǒng)負荷是指電力系統(tǒng)在某一時刻各類用電設備消耗功率的總和,按供電可靠性可分為：一類負荷：中斷供電會帶來人身危險或造成巨大經(jīng)濟損失 二類負荷：中斷供電會帶來大量減產(chǎn)，或擾亂大部分居民生活 三類

8、負荷：中斷供電，造成損失不大,一類負荷一般應由兩個獨立電源供電,二類負荷可以采用雙回路線供電,電力系統(tǒng)負荷曲線,電力系統(tǒng)負荷,概念,日負荷曲線,日平均負荷曲線,日負荷持續(xù)曲線,年負荷曲線,,,電壓電流正弦量的表示：,,正弦分量三要素,周期電流i與有效值I的關系：,有效值與最大值之間的關系：,最大值,初始相位角,角速度,電路基礎知識,,正弦電流電壓的相量表示：,電路基礎知識,利用電壓電流相量求解正弦穩(wěn)態(tài)電路,阻抗和導納,阻抗定義：端口的電壓相量,與電流相量,的比值,R稱為電阻 X稱為電抗,電路基礎知識,,,導納的定義：阻抗的倒數(shù),G稱為電導,B稱為電納,,對于單個元件R，L，C的導納為：,電路基

9、礎知識,,電路基礎知識,對于n個導納并聯(lián)而成的電路，等效電納為：,對于n個電阻的串聯(lián)形式，等效電阻為：,阻抗與導納的串并聯(lián)關系,相量圖,電力系統(tǒng)中相量：,電壓、電流、阻抗、導納等等,有效值,,正序相量,三相電力系統(tǒng)：,三相電源、三相負載、三相輸電線路組成,電路基礎知識,對稱三相電路用一相等值電路進行分析,對稱星形電源線電壓與相電壓關系：,對稱星形負載線電壓與相電壓關系：,電路基礎知識,功 率,,單相功率,3相功率,復功率,,視在功率,Ul線電壓 Ip相電流,3相對稱時,,,架空線路參數(shù),電力網(wǎng)絡等值參數(shù),電阻,電抗,電導,電納,,l線路的長度,架空線路等值電路,變壓器基本參數(shù),電阻R,電抗X,

10、電導G,電納B,短路損耗 ，短路電壓 ，空載損耗 ，空載電流百分值,高壓側(cè)和低壓側(cè)變比,電力網(wǎng)絡等值參數(shù),,已知：,雙繞組變壓器等值電路,電力網(wǎng)絡等值參數(shù),發(fā)電機參數(shù)及其等值電路,電力網(wǎng)絡等值參數(shù),（a）發(fā)電機對稱運行時,（b）無阻尼電機短路時,（c）有阻尼電機短路時,總結(jié),各元件的等值電路分正序、負序、零序等值電路 以上介紹都是元件的正序等值電路,通過電力網(wǎng)絡元件參數(shù)等值電路 建立電力網(wǎng)絡數(shù)學模型，進行電力系統(tǒng)潮流計算、短路計算,電力網(wǎng)絡等值參數(shù),電力網(wǎng)絡數(shù)學模型,電力網(wǎng)絡中的發(fā)電機，線路 變壓器用等值電路來表示,圖中略去了變壓器勵磁功率 和線路電容，負荷用阻抗表示,通過節(jié)點方程得到

11、：,電流已知量，電壓是待求量,電力網(wǎng)絡等值參數(shù),電力系統(tǒng)電壓調(diào)整,,系統(tǒng)無功功率平衡影響系統(tǒng)電壓,電力系統(tǒng)有功功率平衡影響系統(tǒng)頻率,調(diào)節(jié)勵磁電流改變發(fā)電 機機端電壓Vg 適當選擇變比 改變線路參數(shù) 改變無功功率的分布,電力系統(tǒng)頻率調(diào)整,一次調(diào)頻,二次調(diào)頻,電力網(wǎng)絡等值參數(shù),頻率調(diào)整分為：,（通過調(diào)發(fā)電機的有功出力）,電壓調(diào)整基本原理：,引言：,三相對稱時，電力系統(tǒng)電氣量可以直接用單相電壓、電流相量來分析，在三相不對稱時，采用對稱分量法來分析。,三相電路中，對于任一組不對稱的三相相量（電流或者電壓），可以分解為三組三相對稱的相量，即正序、負序、零序。,如電流以A相為基準，,,三相電路分析方法,

12、正序分量,負序分量,零序分量,對稱分量示意圖,電力系統(tǒng)不對稱工況舉例：,單相接地、兩相短路接地、兩相不接地短路,三相非全相運行：斷線、不同期跳/合閘,電力系統(tǒng)三相參數(shù)不對稱：變壓器參數(shù)三相不對稱、線路沒有均勻換位等（線路參數(shù)不對稱）,二次回路斷線,Example1:,,Example2:,,Example3:,,序量計算,,Example2,Example3,,負序突變量,,三相對稱時，相電氣量 等于正序電氣量,一次值/二次值/標幺值,對于直流量，往往經(jīng)過分壓或者將直流電流變換位直流電壓測量，一般沒有統(tǒng)一的邊換比例，無所謂一次/二次值；為了與交流量統(tǒng)一，有時候也稱一次值/二次值。二次值指接到裝

13、置端子上的值，一次值指實際的直流量的值。,主要針對交流電壓/電流區(qū)分一次和二次值，一次值，指電力系統(tǒng)PT/CT原邊的值，反映電力系統(tǒng)實際的電壓電流值；二次值，指經(jīng)過PT/CT變換后的副邊相對較小的電壓/電流值，如相電壓，額定為57.7V；電流，二次額定值為1A或者5A。,標幺值，沒有單位，是指電量相對于某一基準值的值；談到標幺值，一定存在一個基準值。,一次值/二次值/標幺值之間的切換,一次值與二次值之間的切換,,,電壓：,電流：,阻抗：,有功功率：,無功功率：,一次值與標幺值之間的切換,標幺值基準值的選取,,基本作用,在全系統(tǒng)范圍內(nèi)，按指定分區(qū)實時檢測各種故障和不正常允許 狀態(tài)，快速及時地采取

14、故障隔離或告警措施，以求最大限度的 維持系統(tǒng)的穩(wěn)定、保持供電的連續(xù)性、保障人身的安全、防止 或減輕設備的損壞。,原理,當電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，電氣量相對于正常運行狀態(tài)要發(fā)生 很大變化，利用故障時電氣量的變化特征，構(gòu)成各種原理的繼電 保護。,故障時電氣量的變化,電流明顯增大,電壓明顯降低,電壓和電流間相位角發(fā)生變化,測量阻抗發(fā)生變化,電氣元件流入與流出電流的關系發(fā)生變化,,出現(xiàn)負序和零序分量,過電流保護,低電壓保護,方向保護,阻抗保護,電流差動保護,序分量保護,電力系統(tǒng)繼電保護基本知識,,,,,,,,簡單不對稱短路分析,發(fā)生單相短路時,對于不接地系統(tǒng)，單相短路電流為零 非故障相電壓上升為線電壓

15、,非故障相電壓絕對值相等,發(fā)生兩相接地短路,產(chǎn)生零序、正序、負序分量,發(fā)生兩相短路,產(chǎn)生正序、負序、零序分量,產(chǎn)生正序、負序分量 沒有零序分量,兩相短路電流為正序電流 倍,故障相電壓為非故障相電壓一半,,,產(chǎn)生負序、零序、正序分量，短路相電流增大,,輸電線路縱差保護,縱聯(lián)保護基本原理,當輸電線路內(nèi)部任何地點發(fā)生故障時，線路兩側(cè)電流為正，兩側(cè)保護 無延時動作跳兩側(cè)斷路器，即1QF和2QF跳閘；當輸電線路外部短路 時，兩側(cè)電流方向相反，保護不動作,在輸電線路兩側(cè)用變比相同的電流互感器取出電流 當互感器一次電流從端流入，二次電流從端流 出，KD為差動電流測量元件,續(xù)基本原理：,兩側(cè)電流互感器的二次電

16、流,兩側(cè)互感器的變比,M、N兩側(cè)的互感器的激磁電流,正常運行時，,線路內(nèi)部發(fā)生故障時：,輸電線路距離保護,保護測量裝置測量的是母線電壓和流過該線路的電流,正常工作時，測量阻抗是負荷阻抗 故障時，測量阻抗是故障點到母線的阻抗 通過阻抗值，求故障距離,故障時，計算得到的就是故障點到測量母線的線路阻抗,l故障距離,,輸電線路自動重合閘,原因,電力系統(tǒng)發(fā)生的故障有很多屬于暫時性的，保護動作后故障可立即 消除，采用自動重合閘恢復供電,自動重合閘無法判斷事故屬于暫時性，還是永久性，無法保證自動重合閘 都成功。,自動重合閘的作用：,線路發(fā)生暫時性故障，迅速恢復供電，提高供電可靠性 對于雙側(cè)高壓電源線路，可以

17、提高系統(tǒng)并列運行穩(wěn)定性 可以糾正由于斷路器機構(gòu)不良，或斷路器誤動作引起的誤跳閘 裝設自動重合閘裝置，可暫緩架設雙回路線路以節(jié)約投資,自動重合閘的特點,動作迅速 不允許任意多次重合 動作后應能自動復歸 手動跳閘時不應重合 手動合閘于故障線路時自動重合閘不重合 用不對應原則啟動 能與繼電保護動作配合,自動重合閘類型,三相重合閘,單相重合閘,綜合重合閘,,突變量,電壓/電流變化前后的差值，如果是由故障引起的電壓電流突變，也稱故障分量；,突變量計算：,或者：,兩者持續(xù)的時間不一樣,N：一周波數(shù)據(jù)點數(shù),利用突變量或者故障分量分析或者啟動可以減小負荷電流的影響；,錄波中，為了減小振蕩對突變啟動的影響，實際

18、采用如下算式計算瞬時值突變量,錄波器 啟動判據(jù)原理常規(guī)啟動,錄波器 啟動判據(jù)原理常規(guī)啟動,越限啟動,高越限啟動：電氣量超過一定定值啟動錄波；,ZH-3系列錄波器高越限啟動種類：,相電壓高越限；,正序電壓高越限；,相電流高越限；,零序電壓高越限；,自產(chǎn)零序電壓高越限；,負序電壓高越限；,零序電流高越限；,負序電流高越限；,自產(chǎn)零序電流高越限；,自產(chǎn)零序電壓電流：利用三相電壓電流計算的得到的零序量；,,頻率高越限；,3次諧波電壓高越限；,直流通道高越限；,零序電流端子接法,CT二次側(cè),,低越限啟動：電氣量低于一定定值啟動錄波；,ZH-3系列錄波器低越限啟動種類：,錄波器 啟動判據(jù)原理常規(guī)啟動,越限

19、啟動,相電壓低越限；,頻率低越限；,直流通道低越限；,相電氣量、直流通道越限按通道設定； 序量越限按組設定。,越限設定：,返回系數(shù)：（錄波）啟動元件返回量與動作量之比。,返回系數(shù)目的：避免電氣量在啟動定值附近時啟動元件頻繁啟動。,高越限返回系數(shù)示意圖,高越限返回系數(shù)示意圖,高越限返回系數(shù)：,低越限返回系數(shù)：,越限啟動相關問題：,錄波器啟動判據(jù)原理常規(guī)啟動,突變量啟動,電氣量突變量超過一定定值啟動錄波；,ZH-3B/2B嵌入式發(fā)變組突變量配置：,相電壓突變；,零序電壓突變；,相電流突變；,自產(chǎn)零序電壓突變；,自產(chǎn)零序電流突變；,零序電流突變；,直流通道突變；,電氣量突變量啟動方式：,瞬時值突變啟

20、動，確定故障點精度高；,穩(wěn)態(tài)量突變啟動，精度高；,故障錄波器在電力系統(tǒng)中的應用,在電網(wǎng)發(fā)生故障后除進行事故處理所需要的事故性質(zhì)、范疇的界定外 很重要的一個環(huán)節(jié)就是根據(jù)故障錄波器記錄的事故過程中的電網(wǎng)電流、 電壓的波形，保護裝置在故障時的動作行為，保護裝置的整定制，保護 裝置的動作原理、邏輯設置，以及保護裝置各種元件在故障時的響應因 素等原因，系統(tǒng)地判斷、分析、評價保護裝置的動作行為和性能。這就 需要將斷路器、保護裝置的動作信息與故障錄波器的信息進行有效關聯(lián)， 由于故障錄波器記錄的信息可以實現(xiàn)IEEE標準電力系統(tǒng)暫態(tài)數(shù)據(jù)交換 通用格式格式的輸出，因此，有時對于復雜故障可以利用故障錄波器的 數(shù)據(jù)文

21、件進行故障回放，以驗證保護對電網(wǎng)故障時間的響應行為。 這種分析將有利于合理評估保護裝置在電網(wǎng)故障時的行為，并根據(jù)系統(tǒng) 性評價結(jié)果，及時調(diào)整保護裝置的設定指，從而更好地適應系統(tǒng)安全的 需要。,作為電網(wǎng)故障或異常情況記錄的“黑匣子”，故障錄波器必須完整的記 錄電網(wǎng)擾動的整個過程，并作為評價保護裝置動作性能的主要手段。,錄波器的主要任務是記錄電力系統(tǒng)擾動如短路故障系統(tǒng)振蕩、頻率 崩潰、電壓崩潰等發(fā)生后的有關系統(tǒng)電參量變化情況、保護裝置動作、 斷路器跳閘情況的分析，評判保護或短路器等設備的動作行為是否符合 設計和電網(wǎng)運行的要求。,故障錄波器記錄故障后會形成一個故障文件，信息輸出分兩個環(huán)節(jié)： 其一是簡要

22、信息輸出，包括故障時間、相別、故障測距結(jié)果等，這些 信息自動上傳 其二詳細故障波形等待主站調(diào)用,故障錄波器的信息接入： 模擬量信息 斷路器分相跳閘信息 保護出口動作信息 保護通道信息 保護設備異常信息,電壓電流信號（通過TA，TV變換）（直流輸電線路）,開關信號,單端法 測量故障產(chǎn)生的行波在故障點及母線之間往返一趟的時間來計算故障距離雙端法 利用故障行波到達線路兩端的時間差測距,行波測距分析方法,線路上發(fā)生故障后，在故障點會產(chǎn)生向線路兩端傳播的暫態(tài)形波 暫態(tài)形波在母線及故障點產(chǎn)生反射和透射，當暫態(tài)形波到達檢測 母線時會產(chǎn)生突變 暫態(tài)形波在線路上有固定的傳播速度，根據(jù)形波在線路上的傳播 時間

23、和傳播速遞，可得到故障點與檢測母線之間的距離,電壓互感器和電流互感器接在 發(fā)電機和變壓器的出現(xiàn)端，互感器 的二次側(cè)信號再接入錄波器模擬量 信號端子 用于監(jiān)測發(fā)電機和變壓器的電壓和電流,當變壓器和發(fā)電機內(nèi)部故障時，檢測 到的發(fā)電機和變壓器電壓電流會變化 電壓電流的變化，達到啟動定值，就啟動錄波,錄波器模擬信號的接入,W-母線 T1，T2變壓器 QF斷路器 L電抗器 WL饋電線 CS同步調(diào)相機 TV電壓互感器 TA電流互感器,變電所主接線圖,圖中電壓互感器接在母線上 電流互感器接在輸電線路上，電壓 互感器和電流互感器的二次側(cè)再 接向錄波器 此時用于監(jiān)測線路電壓和電流,錄波器模擬信號的接入,參考書：,電力系統(tǒng)工程基礎 華中科技大學出版社,電力系統(tǒng)分析 分上下冊 華中科技大學出版社,電力系統(tǒng)繼電保護原理與應用上冊 華中科技大學出版社,電力系統(tǒng)分析 電力系統(tǒng)繼電保護原理與應用有電路理論基礎的 可以參考,謝謝大家！,