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电力自动化书学习资料

目录

第一部分、发电厂、变电所及电力系统概述----------------------------1

第一节、电力系统概述---------------------------------------------1

第二节、发电厂变电所电气设备概述---------------------------------1

第三节、电力系统的中性点接线方式----------------------------------2

第四节、常见的电气故障--------------------------------------------4

第五节、继电保护的概念、任务及电力系统对继电保护的要求------------5

第六节、继电保护的组成和分类--------------------------------------5

第七节、继电保护的发展概况----------------------------------------7

第二部分、发电厂变电所的二次回路----------------------------------8

第一节、绪论-----------------------------------------------------8

第二节、二次回路设计包括的图纸及需方资料--------------------------9

第三节、二次回路标号---------------------------------------------10

第四节、互感器、二次回路-----------------------------------------11

第五节、操作电源和直流系统供电回路-------------------------------13

第六节、断路器的控制和信号系统-----------------------------------13

第七节、中央信号及其它信号系统-----------------------------------15

第八节、测量回路-------------------------------------------------16

第九节、继电保护的设置-------------------------------------------18

第三部分、电力自动化系统综述--------------------------------------32

一、前言----------------------------------------------------------32

二、电力自动化----------------------------------------------------33

三、综合自动化----------------------------------------------------34

四、智能电子装置--------------------------------------------------37

五、变电站综合自动化----------------------------------------------44

六、通讯----------------------------------------------------------47

七、建议----------------------------------------------------------48

第四部分、微机保护------------------------------------------------49

一、基本概念------------------------------------------------------49

二、微机保护的优点-----------------------------------------------49

三、微机保护的组成--------------------------------------------49

四、微机保护的设置原则--------------------------------------------50

第五部分综合自动化系统------------------------------------------52

一、基本概念------------------------------------------------------52

二、显著特征------------------------------------------------------52

三、综合自动化的优越性----------------------------------------52

四、综合自动化的基本功能------------------------------------------52

五、综合自动化的结构形式------------------------------------------53

六、数据通讯--------------------------------------------------57

第六部分电网调度自动化系统---------------------------------------58

第一节、电网调度自动化系统概述------------------------------------58

第二节、远动终端装置（RTU）介绍----------------------------------64

第三节、调度自动化主站系统--------------------------------------71

第四节、电力系统通信----------------------------------------------76

第五节、系统性能指标及运行条件---------------------------------78

附录1------------------------------------------------------------83

第七部分产品介绍-------------------------------------------------85

第八部分电力用直流操作电源系统

1.综述-------------------------------------------------------86

2.电力系统用蓄电池-------------------------------------------87

3.充电装置---------------------------------------------------91

第一部分、发电厂、变电所及电力系统概述

第一节、电力系统概述

1．电力系统、动力系统、电力网

电力系统：

由发电机、变压器、输电线路以及负荷组成的整体称为电力系统。

2．动力系统：

电力系统加上热能动力装置、水能动力装置及其它能源动力装置称为动力系统。

3．电力网：

电力系统中各级电压电力线路及联系的变电所叫做电力网，简称电网。

电网按电压等级划分：

6KV电网、35KV电网、110KV电网等；

电网按地区称呼：

东北电网、华北电网、华东电网等；

我国的电力网额定电压等级（KV）：

0.22,0.38,3,6,10,35,60,110,220,330,500。

习惯上称10KV以下线路为配电线路，35KV、60KV线路为输电线路，110KV、220KV线路为高压线路，330KV以上线路称为超高压线路。

把60KV以下电网称为地域电网，110KV、220KV电网称为区域电网，330KV以上电网称为超高压电网。

把电力用户从系统所取用的功率称为负荷。

另外，通常把1KV以下的电力设备及装置称为低压设备，1KV以上的设备称为高压设备。

4．由电力系统原理性电路图描述发、变、输、配电过程

第二节、发电厂变电所电气设备概述

2．主要电气设备

发电厂和变电所的主要工作是生产、输送和分配电能，根据负荷变化的要求启动、调整和停止机组，对电路进行必要地切换，不断的监视主要设备的工作，周期性的检查和维护主要设备、定期检修设备以及迅速消除发生的故障。

一次设备：

直接生产和输配电能的设备称为一次设备。

包括发电机、变压器、断路器、隔离开关、自动空气开关、接触器、闸刀开关、母线、电力电缆、电抗器、避雷器、熔断器、互感器等等。

二次设备：

对一次设备的工作进行监察测量和控制保护的辅助设备成为二次设备。

包括仪表、继电器、自动控制设备、信号设备及保护、电源等等。

3．电气主接线

一次设备连成的电路称为电气主接线或一次电路（主电路）。

二次设备连成的电路成为二次电路（副电路）。

电路图是用一定的图形符号描绘成三线图或单线图，主接线图通常画成单线图。

几种典型的主接线（单母线、双母线、桥式接线、单元接线）

4．以图例说明主要电气设备的连接情况

母线：

汇总接受和分配电能的装置。

断路器、隔离开关：

为了正常运行和发生故障时进行操作，装有断路器和隔离开关。

断路器是用来接通和断开电路。

隔离开关不能用于接通或断开有负荷电流的电路，因其无灭弧装置，作用是使需要停电设备与带电部分可靠地隔开。

互感器：

把一次电路的高电压和大电流变换为二次设备所需要的低电压和小电流，同时实现了一次与二次的隔离。

电容器：

补充系统无功功率缺额的电气设备。

第三节电力系统的中性点接线方式

中性点运行方式：

是指系统中星形连接的发电机、变压器中性点对地的连接方式。

分为大接地电流系统和小接地电流系统。

大接地电流系统：

中性点直接接地或经过低阻抗接地系统。

如110KV、380V/220V。

小接地电流系统：

中性点不接地或经消弧线圈及其他高阻抗而接地的系统。

如6KV、10KV、35KV。

在6~10KV电网中接地点电容电流超过20~30A，35KV~66KV电网中接地点电容电流超过10A需加装消弧线圈。

当发生单相接地时一般故障电流较小，特别是经消弧线圈补偿后，约为20~30A，小接地电流系统由此而来。

我国普遍采用过补偿方式。

用来判断接地点并发出告警的自动装置为小电流接地选线仪。

小接地电流系统接地电流的特点：

非故障线路3I0大小为本线路的接地电容电流，并且超前零序电压90º；故障线路3I0大小等于所有非故障线路的接地电容电流之和，并滞后零序电压90º与非故障线路3I0相差180º；接地故障处的电流大小等于全部线路（故障与非故障）接地电容电流之和。

公司小接地电流选线判据（SIEMENS判据）：

装置通过零序电压和零序电流互感器直接采集U0和I0，然后计算零序有功功率、零序无功功率及零序电流的无功分量，用以判断主变中性点不接地或经消弧线圈接地的小电流接地系统中的单相接地情况。

判据如下：

⑴无消弧线圈

对于接地线路：

a.U0>U0zd（U0为零序电压，U0zd为零序电压整定值）

b.三线电压对称

c.Q0>0（Q0为零序无功功率）

d.I0q>I0qzd（I0q为零序电流的无功分量，I0qzd为零序电流无功分量的整定值）

对于未接地线路：

Q0<0（Q0为零序无功功率）

⑵有消弧线圈

对于接地线路：

a.U0>U0zd（U0为零序电压，U0zd为零序电压整定值）

b.三线电压对称

c.P0>0.5P0zd（P0为零序有功功率，P0zd为消弧线圈的消弧功率）

对于未接地线路：

P0<0（P0为零序有功功率）

第四节、常见的电气故障

电力系统中常见的电气故障是短路、接地、低电压、过负荷和超温。

当电力系统因某种原因发生短路时形成电流增大、电压降低、电流和电压间的向量发生变化，人们依照这种正常何不正常的特点区分保护范围内外的故障，采用不同的继电保护措施。

各种电气故障中最严重的是短路。

常见的短路故障有三相短路、两相短路、两相接地短路、不同地点的两相接地短路、单相接地短路以及变压器电动机绕组的匝间短路等。

其中单相接地故障频率最高，发生概率约为65%。

第五节、继电保护的概念、任务及电力系统对继电保护的要求

当故障发生时，应尽快切除故障，确保无故障部分继续运行，缩小事故范围，保证系统稳定运行。

为了完成这个任务，只有借助自动装置—继电保护装置。

继电保护装置：

当电力系统中心元件（发电机、变压器、线路）或电力系统本身发生了故障或危及安全运行的事件时需要有向运行值班人员及时发出警告信号或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备。

实现这种自动化措施用于保护电力元件的成套硬件设备，一般统称为继电保护装置。

用于保护电力系统的则成为电力系统安全自动装置。

继电保护装置是保证电力元件安全运行的基本装备，任何电力元件不能无保护运行。

电力系统安全自动装置用以快速恢复电力系统的完整性，防止发生和终止以开始发生的足以引起电力系统长期大面积停电的重大事故，如失去电力系统稳定、频率崩溃或电压崩溃等。

任务：

发生故障时迅速快速切除故障。

反映设备的不正常状态，发信号或自动调整。

要求：

可靠性、选择性、快速性、灵敏性

可靠性：

指继电保护装置经常处于完善的准备动作状态，不应由于本身的缺陷而误动或拒动，即该动时动，不动时不动。

选择性：

指能选择出故障发生的区段和故障类型，可靠地把出故障的设备切除，保证非故障设备继续运行，使停电范围尽量缩小。

快速性：

由于故障延续的时间越长，造成的损失越大，必须尽快使保护动作。

现在单个继电器的动作时间是几个毫秒，成套动作时间与电压等级有关。

电压等级（KV）

110

220~330

500~750

时间（S）

0.1~0.5

0.04~0.1

0.02~0.06

灵敏性：

对被保护的设备中发生的故障或不正常状态，应灵敏的反应和正确的动作。

具体产品有明确要求。

第六节、继电保护的组成和分类

1、组成

成套保护装置要包括一些基本功能元件才能完成继电保护的任务，这些功能元件可以是一种继电器、一块电路板，也可以是其他电子部件，但都要完成一些基本功能。

1．1信号采集或信号转换功能

它要把电力系统的运行状态及时和真实地反映给保护装置。

因为电力系统的一次侧的电压很高在完成信号转换时要把电压降到保护装置能接受的电压，额定电压定为100V，也要把一次侧的电流降下来，额定电流为5A或1A。

这种降下来的电压和电流称为二次电压和二次电流。

完成这种功能的元件是电压互感器和电流互感器（PT、CT）。

2．2启动测量元件

它的功能是对电力系统运行状态的测定直接接在PT、CT的次级，只有在故障和不正常状态时才启动，一般是电流值突然增大或电压值突然下降。

这种电流增大电压降低在事先定好一个水平或叫阀值，超过这个阀值才启动。

这里讲的事先定好术语叫整定。

按照电流电压值变化而启动的元件用的很普遍，较复杂的保护有用功率、相角、阻抗、相序变化（包括正序、负序、零序电流和电压变化）而启动的，也有用高频信号远方启动的。

1．3判断逻辑元件

它的功能是把启动测量元件送来的信号经过逻辑判断以检出是否故障或异常运行状态，得出是否行使保护职责的结论。

完成逻辑判断功能的元件在机电式和整流式保护中可以由一些中间继电器、电码继电器和时间继电器按照一定的接线方案组成。

在晶体管和集成电路保护中则是由一些电子线路组成的功能插板完成。

在微处理机保护中则是用软件系统的智能程序来完成。

1．4出口元件

它接受逻辑判断元件信号，发出出口指令，指令可以是声光显示信号叫值班人员前来处理，也可以是跳闸信号使断路器切除故障，使断路器跳闸的电流必须足够大。

1．5断路器

这是接在电力线上的一次设备，它动作了就把电力线切断，从而完成了对故障的切除。

断路器的跳闸线圈是由继电保护装置控制着，断路器还有一个合闸线圈，除可以手动合闸外，还可以由重合闸装置进行重合闸。

前面讲的PT、CT由互感器厂或变压器厂生产，断路器由高压开关厂生产，中间部分才是继电保护装置。

2、保护装置的分类

从发电机开始的整个电力系统可以分成几个区段，它们的技术特性和运行规程是不一样的，为了适应它的特性，我们把继电保护也分成相应的几个部分。

2．1元件保护

它是保护发电机（包括定子、转子和励磁）和变压器的保护装置。

2．2母线保护

保护母线。

母线是很多进出线的公共连接点，起着汇总和分配电能的作用。

300~500KV母线需设专用母线保护。

2．3线路保护

保护输电线路的保护装置。

2．4配电保护

根据用电设备的不同采用各种不同的保护。

第七节、继电保护的发展概况

1、电磁式继电保护

2、晶体管式继电保护

3、集成电路式继电保护

4、微机保护系统及综合自动化

5、继电器分类（略）

继电器：

当输入量（或激励量）满足某些规定条件时，能在一个或多个电气输出电路中产生预定跃变的一种器件。

第二部分、发电厂变电所的二次回路

第一节、绪论

1、二次回路的作用及地位

发电厂和变电所的电气设备分为一次设备和二次设备。

一次设备是构成电力系统的主体，它是直接生产输送分配电能的电气设备。

包括发电机、变压器、断路器、隔离开关、电力母线、电力电缆和输电线路等。

二次设备是对一次设备进行监测、控制、调节和保护的电气设备。

包括测量仪表、控制及信号器具、继电保护和自动装置等。

二次设备是通过CT、PT同一次设备取得电的联系。

二次设备及其相互连接的回路称为二次回路。

二次回路是电力系统安全生产、经济运行可靠供电的重要保障。

它是发电厂和变电站中不可缺少的重要组成部分。

二次回路的重要性（略）。

2、二次回路的内容

二次回路的内容包括发电厂和变电站的一次设备的控制、测量、信号、调节、继电保护和自动装置等回路，以及操作电源系统。

具体的讲:

2.1从电流互感器电压互感器二次端子开始到有关继电保护装置的二次回路（对于多油断路器或变压器等套管互感器自端子箱开始）

2.2从保护装置到控制屏和中央信号屏间的直流回路。

2.3从继电保护直流分路熔丝开始到有关保护装置的二次回路

2.4继电保护装置出口端子排到断路器操作箱端子排的跳合闸回路

控制回路：

是由控制元件（控制开关、选控按钮、鼠标）和控制对象（断路器、隔离开关）的传送机构及执行（操作）机构组成，完成对一次开关设备进行“跳”、“合”闸操作。

信号回路：

发送信号、传送信号、信号器具组成，反映一、二次设备的工作状态态。

测量回路：

由各种测量仪表及其相关回路组成，其作用是指示或记录一次设备的运行参数，以便运行人员掌握一次设备运行情况。

调节回路：

调节性自动装置

继电保护回路：

前面已经提到，这里不在描述。

操作电源系统：

由电源设备和供电网络组成，包括直流电源和交流电源。

供给上述回路工作电源。

3、监测、控制技术的发展

随着自动化水平的提高以及计算机和微机技术的应用，发电厂和变电站控制技术日新月异，经过了一个从分散到集中、单元到综合、低级到高级、的发展过程。

大体分为四个阶段：

3．1就地分散控制

是在被控制对象所在地，运行人员就地对被控制对象进行监视和控制。

3．2电气集中控制

在主控室或网络控制室，运行人员对全厂（站）的主要电气设备集中进行监视和控制。

3．3单元控制

单元控制是在单元控制室，运行人员对本单元的机、电、炉主要设备进行监视和控制。

3．4综合控制

以电子计算机为核心，同时实现全厂（站）的监视、控制、测量、调节、保护，分析判断和计划决策等功能。

第二节、二次回路设计包括的图纸及需方资料

1、需方资料

1．1电气主接线（变电站规模）

1．2技术协议

1．3供货范围（屏柜型号、结构、色卡）

1．4合同

1．5联系方式

2、图纸

2．1表示位置关系：

屏体排列图、开孔图、布置图

2．2表示功能关系：

逻辑电路图、二次回路原理图

2．3表示连接关系：

屏内接线图、电缆联系图、电缆清册

2．4元件型号：

开关板元件明细表

2．5信息地址：

I/O量表

第三节、二次回路标号

1、常见的图形标号

2、常见的文字标号

LH（CT/CURRENTTRANSFORMER）电流互感器

YH（PT/POTERTIALTRANSFORMER）电压互感器

HC合闸接触器HQ合闸线圈TQ跳闸线圈

LJ电流继电器YJ电压继电器SJ时间继电器

XJ信号继电器TJJ同步检查继电器WSJ瓦斯继电器

HWJ合闸位置继电器TWJ跳闸位置继电器ZCH重合闸继电器

XMJ冲击继电器BCJ保护出口继电器TBJ跳跃闭锁继电器

JJ监察继电器RJ热继电器SGJ闪光继电器

A电流表V电压表W功率表WH有功功率表

VARH无功功率表S整步表HZ频率表COSφ功率因数表

KK控制开关ZK转换开关TK同期开关STK手动同期开关

HA合闸按钮FA复归按钮YA试验按钮QA启动按钮

XD信号灯BD白色信号灯LD绿色信号灯HD红色信号灯

线号编制：

标号一般采用数字或数字与文字组合。

它表明了回路的性质和用途（通称回路号）

2.1标号方法：

2.1.1用三位或三位以下数字组成，要标明相别或某些主要特征时，可在数字前（后）增加文字。

2.1.2按等电位原则，连于一点的所有导线，为同一标号。

2.1.3电气设备的触点线圈电阻、电容等元件所间隔线段视为不同线段，给予不同标号，对于接线图中不经端子屏内接线的同路可不给标号。

2.2标号原则：

2.2.1不同用途不同范围。

00~099100~599控制和保护用

601~699励磁回路用

控制和保护回路用数字标号

以熔断器分组：

101~199

201~299正奇负隅

301~399

2.2.2对于某些特定回路给予专用标号：

101102

105135

A411A630

第四节互感器、二次回路

电压互感器PT（potentialtransformer）和电流互感器CT（currenttransformer）是电力系统一次回路与二次回路之间的中间设备，它们分别将一次回路的高电压和大电流变换为二次回路所需的低电压和小电流，传送给测量仪表、远动装置、继电保护和自动装置，以便检测电力系统电压和电流的变化情况，同时实现了一次回路与二次回路的电气隔离，以保证二次设备和人身安全。

1、电压互感器

1．1电压互感器的结构与普通变压器相似，都是由铁芯线圈组成。

一次侧接高压，二次侧接表计及继电器，简称PT（potentialtransformer）

PT的作用是隔离高压，用比例的办法将电压变低，通过低压表计和继电器来测量和监视高压。

电压互感器一次侧是6kv、35kv、110kv。

但二次侧统一是（100v或100/31/2v）

电压比近似等于匝数比，位移为电压互感器变化。

例如：

6kvPT的变比是60

电压表刻度在105v位置，指示就是6700v，相当于把刻度盘上的电压值放大60倍。

（表盘修改）

电压互感器正常运行时，二次绕组接近于空载状态，从电压互感器二次自一次回路看内阻抗很少，若二次回路短路时，则会出现危险的过电流。

将损坏二次绕组和危及人身安全。

所以，即使一次侧装设熔断器，也必须在二次侧装设熔断器或自动开关作为二次侧的短路保护，电压互感器二次回路和外壳必须接地。

1．2PT断线、信号装置：

由于电压互感器二次输出端装有短路保护，故当短路保护动作或二次回路断线时，与其相连的距离