电力系统相关知识精要

1. 电力系统电压等级与变电站种类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。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 、 35 kV 为 2050Km 、 66 kV 为 30100Km 、 110 kV 为 50150Km 、 220 kV 为 100300Km 、 330 kV 为 200600Km 、 500 kV 为 150850Km 。2. 变配电站种类电力系统各种电压等级均通过电力变压器来转换，电压升高为升压变压器（变电站为升压站） ， 电压降低为降压变压器 （变电站为降压站） 。 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。变电站除升压与降压之分外， 还以规模大小分为枢纽站， 区域站与终端站。 枢纽站电压等级一般为三个（三圈变压器） ， 550kV /220kV /110kV 。 区域站一般也有三个电压等级（三圈变压器） ， 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 （两圈变压器） 110kV /10 kV 或 35 kV /10 kV 。用户本身的变电站一般只有两个电压等级 （双圈变压器） 110 kV /10kV 、 35kV /0.4kV 、 10kV /0.4kV ， 其中以 10kV /0.4kV 为最多。3. 变电站一次回路接线方案1 ）一次接线种类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）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，环网供电等。2）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。3）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。4）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 （不同时供电） ，二者可设备用电源互自投，多路出线均由一段母线引出。5）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。单母线分段也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。6）双母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， 就可以利用隔离开关将线路倒在一条件母线上。 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，但检修就非常方便了，停电范围可减少。4. 变配电站二次回路1 ）二次回路种类变配电站二次回路包括：测量、保护、控制与信号回路部分。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、防跳联锁、试验、互投联锁、保护跳闸以及合分闸执行部分。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。2）测量回路测量回路分为电流回路与电压回路。电流回路各种设备串联于电流互感器二次侧（ 5A ） ，电流互感器是将原边负荷电流统一变为 5A 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） ， 计量测量串接于电流表以及电度表， 功率表与功率因数表电流端子。保护测量串接于保护继电器的电流端子。 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。电压测量回路， 220/380V 低压系统直接接220V 或 380V ， 3KV 以上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， 电压表以及电度表、 功率表与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。3）控制回路（ 1 ）合分闸回路合分闸通过合分闸转换开关进行操作， 常规保护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。以使利用不对应接线进行合分闸提示与事故跳闸报警， 国家已有标准图设计。 采用微机保护以后， 要进行远分合闸操作后，还要到就地进行转换开关对位操作，这就失去了远分操作的意义，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。（ 2 ）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闸， 此时， 也可以不再设计防跳回路。（ 3 ）试验与互投联锁与控制对于手车开关柜， 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或控制。（ 4 ）保护跳闸保护跳闸出口经过连接片接于跳闸回路， 连接片用于保护调试， 或运行过程中解除某些保护功能。（ 5 ）合分闸回路合分闸回路为经合分闸母线为操作机构提供电源，以及其控制回路，一般都应单独画出。4）信号回路（ 1 ）开关运行状态信号由合闸与分闸指示两个装于开关柜上的信号灯组成：经过操作转换开关不对应接线后接到正电源上。 采用微机保护后， 转换开关取消了不对应接线， 所以信号 灯正极可以直接接到正电源上。（ 2 ） 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。 事故预告信号通过信号继电器接点引到中央信号系统。 采用微机保护后， 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。（ 3 ）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。5.变配电站继电保护1 ）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。2）变配电站继电保护的基本工作原理变配电站继电保护是根据变配电站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（给定值）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， 经过时间定值给定的时间后才出现跳闸命令。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 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 ，应根据设计规范要进行选择。3）变配电站继电保护按保护性质分类4）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，中性点直接接地侧单相短路，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 ）线路保护线路保护根据电压等级不同， 电网中性点接地方式不同， 输电线路以及电缆或架空线长度不同，分别有：相间短路、单相接地短路、单相接地、过负荷等。（ 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