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1、电力系统基础知识内部培训资料综述1、电力系统基础知识 电力系统的构成 电力系统的额定电压 电气主接线方式 电气一次设备与二次设备 电力系统变电所安装试验标准 电气设备故障 继电保护基础知识 变电所综合自动化系统 电力系统的中性点运行方式 供电质量的主要指标 微机常规保护的判断逻辑电力系统的构成 一个完整的电力系统由分布各地的各种类型的发电厂、升压和降压变电所、输电线路及电力用户组成，它们分别完成电能的生产、电压变换、电能的输配及使用。图11 电力系统的组成示意图电力系统的额定电压 电网电压是有等级的，电网的额定电压等级是根据国民经济发展的需要、技术经济的合理性以及电气设备的制造水平等因素，经全

2、面分析论证，由国家统一制定和颁布的。表11 我国交流电力网和电气设备的额定电压电力网和用电设备额定电压发电机额定电压电力变压器额定电压一次绕组二次绕组低压V220/127380/220660/380230400690220/127380/220660/380230/133400/230690/400高压kV361035631102203305007503.156.310.513.8,15.75,18,203及3.156及6.310及10.513.8,15.75,18,2035631102203305007503.15及3.36.3及6.610.5及1138.5691212423635501用电

3、设备用电设备的额定电压和电网的额定电压一致。实际上，由于电网中有电压损失，致使各点实际电压偏离额定值。为了保证用电设备的良好运行，国家对各级电网电压的偏差均有严格规定。显然，用电设备应具有比电网电压允许偏差更宽的正常工作电压范围。2发电机 发电机的额定电压一般比同级电网额定电压高出5%，用于补偿电网上的电压损失。3变压器 变压器的额定电压分为一次和二次绕组。对于一次绕组，当变压器接于电网末端时，性质上等同于电网上的一个负荷(如工厂降压变压器)，故其额定电压与电网一致，当变压器接于发电机引出端时(如发电厂升压变压器)，则其额定电压应与发电机额定电压相同。对于二次绕组，额定电压是指空载电压，考虑到

4、变压器承载时自身电压损失(按5%计)，变压器二次绕组额定电压应比电网额定电压高5%，当二次侧输电距离较长时，还应考虑到线路电压损失(按5%计)，此时， 二次绕组额定电压应比电网额定电压高10%。电气主接线方式 主接线图（亦称原理接线图）表示电能由电源分配给用户的主要电路，图中表示出所有的电气设备及其联接关系。1）母线制常用的母线制主要有三种：单母线制、单母线分段制和双母线制，工厂供电系统一般不采用双母线制。2）单母线 单母线制如图1所示，一般用于只有一回进线的情况。3）单母线分段制 在两回电源进线的情况下，宜采用单母线分段制，母线分段开关如图2所示。4）双母线制主要用在供电部门110Kv以上电

5、压等级的网络变电所，也有用于用户35Kv电压等级的变电所，宜采用单母线分段制，母线分段开关如图3所示电气一次设备与二次设备一、一次设备：变压器（含主变压器、所用变压器、消弧线圈等）；开关（高压断路器、隔离开关、空气开关等）；电抗器；母线、电力电缆、电力线路、瓷瓶、支架等。（一）高压开关柜的分类：（35kV、10Kv、6kV） 1、固定柜（GG1）a、由隔离刀闸b、接地刀闸c、高压开关d、支柱瓷瓶e、电流互感器（电压互感器）f、避雷器g、高压母线h、控制小室 2、手车柜：a、开关小车b、接地刀闸c、高压开关d、支柱瓷瓶e、电流互感器（电压互感器）f、避雷器g、高压母线h、控制小室（二）高压开关的

6、分类： a、多油开关b、少油开关c、真空开关d、SF6开关6）高压开关的组成：a、开关小车b、真空泡c、储能电机d、操作机构（机械部分）e、高压触头f、电流互感器g、分合闸线圈h、二次控制部分储能回路、分合闸回路（带防跳功能）等等2）二次设备：电压互感器、电流互感器、阻波器、耦合电容器以及“控制”、“测量”、“保护”、“自动装置”、“远动”、“通讯”等设备。a、电流互感器测量级与保护级的区别：以 10kV 电流互感器的 0.5/3 两个绕组为例。其 0.5 级准确度绕组应接电能计量仪表，而 3 级准确度绕组应接继电保护电路。如果错接则：一是使正常运行中测量的准确度降低，使电能计量不准；二是在发

7、生短路故障时，由于计量绕组铁心设计时保证在短路电流超过额定电流的一定倍数时，铁心饱和，限制了二次电流增长，以保护仪表。而继电保护绕组铁心不饱和，二次电流随短路电流相应增大，以使继电保护准确动作。如果错接，则继电保护动作不灵敏，而计量仪表可能烧坏。总之，两个二次绕级铁心厚薄不同，接线时不可错接。b、电流互感器的准确等级的意义：如，10P15,意思是互感器的一次电流为额定电流的15倍时,误差不超过10% c、电压互感器与电流互感器工作原理上的区别：1) 电流互感器二次可以短路，但不得开路；电压互感器二次可以开路，但不得短路；2) 相对于二次侧的负荷来说，电压互感器的一次内阻抗较小以至可以忽略，可以

8、认为电压互感器是一个电压源；而电流互感器的一次却内阻很大，以至可以认为是一个内阻无穷大的电流源。3) 电压互感器正常工作时的磁通密度接近饱和值，故障时磁通密度下降；电流互感器正常工作时磁通密度很低，而短路时由于一次侧短路电流变得很大，使磁通密度大大增加，有时甚至远远超过饱和值。3）高压开关柜的五防： 防止误分(合)断路器 防止带负荷误拉(合)隔离开关（开关小车） 防止带电挂接地线 防止带地线送电 防止误入带电间隔4）微机电子五防：是集图形编辑、智能开票、传统的“五防功能”的要求,并具有操作方便、安全可靠等特点。电力系统变电所安装试验标准 用兆欧表摇绝缘电阻时，如果接地端子与线路端子互换接线，测

9、出的绝缘电阻比实际值偏低。 盘、柜安装时，盘间接缝允许的偏差为2mm。 查找直流接地时，所用仪表内阻不应低于2000/V。 基础型钢安装水平度允许偏差为1mm/m。 电缆管的加工应符合下列要求：（1） 管口应无毛刺和尖锐棱角，管口宜做成喇叭形。，（2） 电缆管在弯制后，不应有裂缝和显著的凹瘪现象，其弯扁程度不宜大于管子外径的10%，电缆管的弯曲半径不应小于所穿入电缆的最小允许弯曲半径。（3） 金属电缆管应在外表涂防腐漆或涂沥青，镀锌管锌层剥落处应涂以防腐剂。 对于盘柜内0.4kV低压母线，相线间距及相线对地间距为20mm。 变电所电缆沟内敷设电缆时，电力电缆应放在控制电缆的上方。 二次回路接线

10、基本要求：（1） 按图施工，接线正确。（2） 导线与电气元件间采用螺栓连接、插接、焊接或压接点，均应牢固可靠。（3） 盘、柜内的导线不应有接头，导线芯线应无损伤。（4） 导线芯线和所配导线的端部均应标明其回路编号，编号应正确，字迹清晰且不易脱色。（5） 配线应整齐、清晰、美观，导线绝缘应良好，无损伤。（6） 每个接线端子的每侧接线宜为1根，不得超过2根。对于插接式端子，不同截面的两根导线不得接在同一端子上；对于螺栓连接端子，当接两根导线时，中间应加平垫片。（7） 二次回路接地应设专用螺栓。 二次回路的每一支路的绝缘电阻不应小于2M。 低压配线装置应用500V摇表测量全线的电阻，相对地不应.02

11、2 M，相对相不应.038M。 接地保护接地电阻一般不4，重复接地的接地电阻一般不10，用500V摇表测移动电器时，其绝缘电阻不应0.5 M。 用摇表测量低压变压器四线制线路时应用500V摇表，保持120转/分，持续1分钟。 1000V以下的电力电缆和控制电缆应采用1000V摇表测量绝缘电阻，其绝缘电阻不10 M，移动电器在安装使用前，用500V摇表测试其带电部分对金属外壳的绝缘电阻，其电阻应0.5 M，直流系统监视装置要求每个二次回路对地绝缘电阻1M，潮湿地区0.5 M。 当保护接地时，接地电阻越小保护效果越好。 变压器在现场安装时，如果有制造厂合格的试验报告，也必须进行吊芯检查。 低压验电

12、器除了用于检查电气设备是否带电外还应区分火线和地线。 上、下布置的A、B、C母线应由上向下排列。 查找二次回路故障时，常用导通法、对地电压法、电压降法。 不对称负载作星形连接时，中线一定不能断开。 在地方狭窄，工作不便，阴暗潮湿等环境中，应采用12V的安全电压。 无论电容器的额定电压为多少，在切断电源后的30秒之内，电容器端电压不得超过65V。 作为电气工作人员必要清楚，直流负载的端电压就是负载两端的电位差，而直流电源两极间的电动势也是两极间的电位差。 怎样区分中性点、中性线、零点、零线。中性点-在三相星形连接电路中，其中三个线圈连在一起的一点。中性线-由中性点引出的线。零点-中性点接地。零线

13、-由零点引出的线。 如何识别接地体和接地线：接地体-埋入地下直接与土壤接触，有一定流散电阻的金属导体或金属导体组。接地线-连接接地体与电气设备接地部分的金属导线。 如何区分工作接地和重复接地：工作接地- 在正常或故障情况下，为保证电器设备安全可靠工作，即运行需要的接地线。重复接地-将零线的一处或多处通过接地装置与大地再次连接。 在这里我们要明确什么是保护接地，和保护接零：保护接地-为防止因电器设备绝缘损坏而使人体有遭受触电的危险，将电器设备的金属外壳与接地体的相连。保护接零-将电器设备的金属外壳与变压器零线相连。 高压隔离开关不能用来拉、合大于2安培的负荷电流电路。 高压隔离开关除了倒母线外，

14、还有隔离电源即用其将检修电气设备与带电的电网可靠隔离，另外还可切除小电流回路，如电压互感器、避雷器和110kV以下空载电流不大于2安培的空载变压器。 10kV的隔离开关可动刀片进入插口的深度应90%而又不冲击绝缘子的顶端，其可动刀片与固定触头的底闸应保持35mm的间隙；合闸时三相各相前后相差不3mm。 三相负载中，如星形接法，必须三个负载的同名端相连为中点，如三角形接法，必须三个负载的异名端相接成闭合回路。 1；1隔离变压器次级不得接地。 熔断器通常使用在容量小和不重要负荷上，对熔体的选择，其额定电流是负荷电流的1.52.5倍。 测量变压器的直流电阻可有效的发现线圈匝间或层间短路，分接开关接触

15、不良和引线焊接头松动等缺陷。 二次回路上所用的保险丝，应当符合：1 长时间能承受规定的额定电流，2 当最小电流试验时，其熔断时间1小时；当最大电流试验时，其熔断时间在1小时以内。 对分散式安装的微机保护开关柜，应装设独立的接地母排，母排不2mm*20mm。 微机保护装置、电流回路、电压回路及其他装置的接地引下线，导线截面不2mm2。 对组屏式安装的微机保护屏，应装设接地母排，母排不2mm*20mm。 保护屏端子排、微机保护装置、电缆蔽层的接地引下线，导线截面不2mm2。 相互独立的二次回路上的接地引下线，应单独引至接地母排。 要求每根电缆蔽层的接地引下线，应独立的引至接地母排。电气设备故障故障

16、中最常见、危害最大的是各种形式的短路。发生短路时可能造成的危害是：1 故障点的很大的短路电流燃起的电弧，使故障设备损坏。2 从电流到短路点间流过的短路电流，它们引起的发热和电动力将造成在该路径中有关的非故障元件的损坏。3 靠近故障点的部分地区电压大幅度下降，使用户的正常工作遭到破坏或影响产品质量。4 破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振荡，甚至使该系统瓦解和崩溃。继电保护基础知识 继电保护的作用及要求 供电系统中常用的保护 继电保护的发展趋势 微机保护的优点继电保护的作用及要求（一）继电保护广泛应用在电力系统、飞机、机车、舰船、汽车等等各个领域。我们讨论的主要是电力系统的继电保护。电力系统

17、的运行要求安全可靠、电能质量高、经济性好。但是，电力系统的组成元件数量多，结构各异，运行情况复杂，覆盖的地域辽阔。因此，受自然条件、设备及人为因素的影响，可能出现各种故障和不正常运行状态。故障中最常见、危害最大的是各种形式的短路。发生短路时可能造成的危害是：故障点的很大的短路电流燃起的电弧，使故障设备损坏。从电流到短路点间流过的短路电流，它们引起的发热和电动力将造成在该路径中有关的非故障元件的损坏。靠近故障点的部分地区电压大幅度下降，使用户的正常工作遭到破坏或影响产品质量。破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振荡，甚至使该系统瓦解和崩溃。继电保护的作用是：（1）在过载时，继电保护装置应发出警

18、报信号。（2）在短路故障时，继电保护装置应立即动作，要求准确、迅速地自动将有关的断路器跳闸，将故障部分从系统中断开，确保其他回路的正常运行。（3）为了保证电源不中断，继电保护装置应将备用电源投入或经自动装置进行重合闸。 （二）继电保护的基本要求.选择性基本含义是保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量减小，以保证系统中非故障部分继续安全运行。.速动性速动性是指继电保护装置应以尽可能快的速度断开故障元件。这样就能减轻故障设备的损坏程度，减小用户在低电压情况下工作的时间，提高电力系统运行的稳定性。.灵敏性保护装置对其保护范围内的故障或不正常运行状态的反应能力称为灵敏性（灵敏度）

19、。灵敏性常用灵敏系数来衡量。它是在保护装置的测量元件确定了动作值后，按最不利的运行方式、故障类型、保护范围内的指定点校验，并满足有关规定的标准。.可靠性可靠性是指在保护装置规定的保护范围内发生它应该反应的故障时，保护装置应可靠地动作（即不拒动）。而在不属于该保护动作的其他任何情况下，则不应该动作（即不误动）。供电系统中常用的保护（1）电网的电流电压保护：包括：单侧电源网络的相间短路的电流电压保护、电网相间短路的方向性电流保护、大接地电流系统的零序电流保护、中性点不接地单相接地的保护；电网的距离保护输电线路的纵联保护包括：纵联差动保护、高频保护、高频闭锁方向保护、高频闭锁负序方向保护、高频闭锁距

20、离保护和零序保护、高频相差动保护、光纤差动保护；输电线路的自动重合闸 包括：三相自动重合闸、综合自动重合闸电力变压器的保护 包括：主变压器内部故障的差动保护、主变压器零序保护、主变压器瓦斯保护、高压厂用变压器保护；发电机保护包括：相间短路的纵联差动保护、发电机定子绕组匝间短路保护、发电机定子绕组的单相接地保护、发电机低励失磁保护、励磁回路一点接地保护、励磁回路两点接地保护、转子表层过热（负序电流）保护、发电机的逆功率保护、发电机失步异常运行保护、定子绕组对称过负荷保护、发电机变压器组公用继电保护；母线的继电保护包括：母线差动保护、电流相位比较式母线保护；异步电动机和电容器的保护（2）供电系统的

21、单端电网的保护：供电线路常见的故障对架空线来说，有断线、碰线、绝缘子被击穿、相间飞弧、短路以及杆塔倒塌等；对电缆来说，应其直接埋地或敷设在混凝土管、隧道等，受外界因素影响较少，除本身绝缘老化的原因外，只有某些特殊情况下，如的基下沉、土壤含有杂质、建筑施工破坏、热力网影响等，才会使相间或相地之间绝缘击穿或断裂，但是电缆接头连接不良或由于污垢而产生的故障，占其全部故障的70%以上。工业企业供电线路基本上是开式单端供电网络，厂区内距离较短，所以线路保护并不复杂，常用的保护装置有：定时限或反时限的过电流保护；低电压保护；电流速断保护；中性点不接地系统的单相接地保护等。一、过电流保护当流过被保护元件中的

22、电流超过预先整定的某个数值时就使断路器跳闸或给出报警信号的装置称为过电流保护装置，它有定时限和反时限两种。定时限过电流保护装置定时限过电流是电流继电器本身的动作时限是固定的，与通过它的电流大小无关。这种保护装置的接线图如图5-12所示。反时限过电流保护装置 图5-14是一个交流操作的反时限过电流保护装置图，1KA、2KA为GL型感应式带有瞬时动作元件的反时限过电流继电器，继电器本身动作带有时限，并有动作指示掉牌信号，所以回路不需接时间继电器和信号继电器。 二、电流速断保护定时限过电流保护装置的时限一经整定便不能变动，如图5-13所示，当k3处发生三相短路故障时，断路器QF3的继电保护动作时间必

23、须经过t0+2t才能动作，达不到速断的目的。为了减小本段线路故障下的事故影响范围，当过电流保护的动作时限大于0.7s时，便需设置电流速断保护，以保证本段线路的短路故障能迅速地被切除。 具有电流速断和定时限过电流保护的线路如图5-16所示。三、低电压保护 低电压保护主要用于以下几个方面。1. 低电压闭锁的过电流保护定时限过电流保护的动作电流是按躲过最大的负荷电流来整定的，在某些情况下可能满足不了灵敏度的要求。为此可采用低电压继电器的过电流保护装置来提高其灵敏度。其闭锁接线如图5-20所2. 用于电动机的低电压保护电动机采用低电压保护的目的是当电网电压降低到某一数值时，低电压保护装置动作，将不重要

24、的或不允许自起动的电动机从电网切除，以保证重要电动机在电网电压恢复时，顺利自起动。四、中性点不接地系统的单相接地保护中性点不接地系统发生单相接地故障时，线电压值不变，故障相对地电压为零，非故障相对地电压升高了3倍，流经故障点的电容电流Ic是正常时每相对地电容电流Ic0的3倍。因此在供电系统中采用中性点不接地系统的目的是，当系统发生几率最多的单相接地故障时，一般并不要求立即将电源切断，这是因为这种故障并不影响接于线电压上电气设备的正常工作，仍可继续运行。但如果流过故障点的接地电流数值较大时，就会在接地点间产生间歇性电弧以致引起过电压、损坏绝缘，发展成为相间或两相对地短路，扩大故障。因此，对中性点

25、不接地系统应当装设绝缘监测装置，必要时还可装设零序电流保护。五、变压器的保护电力变压器是供电系统中的重要设备，它的故障对供电的可靠性和用户的生产、生活将产生严重的影响。因此，必须根据变压器的容量和重要程度装设适当的保护装置。变压器的故障一般分为内部故障和外部故障两种。变压器的内部故障主要有绕组的相间短路、绕组匝间短路和单相接地短路，内部故障是很危险的，因为短路电流产生的电弧不仅会破坏绕组绝缘，烧坏铁心，还可能使绝缘材料和变压器油受热而产生大量气体，引起变压器油箱爆炸。变压器常见的外部故障是引出线上绝缘套管的故障从而可能导致引出线的相间短路或接地短路。变压器的不正常工作状态有：由于外部短路和过负

26、荷而引起的过电流，油面的过度降低和温度升高等。对于变压器的故障种类及不正常运行状态，变压器一般应装备下列保护。a、瓦斯保护 它能反应（油浸式）变压器油箱内部故障油面降低，瞬时动作于信号或跳闸。b、差动保护或电流速断保护 它能反应变压器内部故障和引出线的相间短路、接地短路，瞬时动作于跳闸。c、 过电流保护它能反应变压器外部短路而引起的过电流，带时限动作于跳闸，可作为上述保护的后备保护。d、 过负荷保护 它能反应过载而引起的过电流，一般作用于信号。e、 温度信号 它能反应变压器温度升高和油冷却系统的故障。微机保护的优点微机继电保护装置是通过数字量输出实现对断路器等的控制。易于解决常规保护难于解决的

27、问题，对于相同的硬件，可以通过算法的不同，实现不同的保护。这样，也就可以通过改善算法来不断完善保护性能，而不需改动硬件。通过软件算法的改善，可以较好地解决原有模拟继电保护装置难于解决的问题。在各种保护方法中，考虑到了电力系统的各种情况，具有很强的综合分析和判断能力。由于计算机的通用性，因此，在继电保护硬件的基础上，可以很方便地通过增加软件的方法获得保护之外的功能。目前的微机保护装置均设有通信接口，这样可方便地将各地保护装置纳入变电站综合自动化系统，实现远方修改定值、投切保护装置。变电所综合自动化系统 综合自动化的优点 综合自动化系统的基本 综合自动化系统的结构和配置综合自动化系统的基本功能变电

28、站在电力系统中是不可缺少的重要环节，因为变电站是电力系统中通过变压器进行电压的升降和进行电能交换的地点；变电站也是电能不同电压等级的母线进行重新分配的地点；变电站还是不同电压等级线路的始端或终端，因此变电站是电力系统中重要的“调节与控制中心”；特别是电力与无功的调节中心；变电站又是电力系统中重要的“信息源”与“信息中继站”。因此变电站对电力系统的安全、稳定运行，保证对用户供电可靠性与电能质量起着不可替代的作用。变电站的设备主要可以分为：一次设备：变压器（含主变压器、所用变压器、消弧线圈等）；开关（高压断路器、隔离开关、空气开关等）；电抗器；母线、电力电缆、电力线路、瓷瓶、支架等。二次设备：电压

29、互感器、电流互感器、阻波器、耦合电容器以及“控制”、“测量”、“保护”、“自动装置”、“远动”、“通讯”等设备。变电站需完成的功能大概有63种，归纳起来可分为以下几种功能组： 控制、监视功能，自动控制功能，测量表记录功能，继电保护功能，与继电保护有关的功能，接口功能，系统功能。 结合我国的情况，变电站综合自动化系统的基本功能可用监控子系统、微机保护子系统与远动通信子系统来说明。综合自动化系统的结构和配置变电站综合自动化系统的发展过程与集成电路技术、计算机技术、通信技术和网络技术密切相关。随着高科技的不断发展，综合自动化系统的体系结构也不断发生变化，其性能和功能不断提高。从国内外变电站综合自动化

30、系统的发展过程来看，其结构形式有集中式、分布集中式、分散与集中相结合和全分散式等四种类型变电站综合自动化1）功能综合化变电站综合自动化系统是一个技术密集、多专业技术相互交叉、相互配合的系统。它是在计算机硬件和软件技术、数据通信技术的基础上发展起来的。它综合了变电站内除一次设备和交直流电源以外的全部二次设备微机监控系统综合了原来的仪表屏、操作屏、模拟屏和变送器柜、远动装置及中央信号系统等功能；微机保护子系统代替了电磁式或晶体管式的保护装置；还可根据用户需要，微机保护子系统和监控系统相结合，综合了故障录波、故障测距和小电流接地等子系统功能。2）设备操作监视屏幕化 变电站实现综合自动化后，无论是有人值班，还是无人值班，操作人员不是在变电站内，就是在主控站或调度室内，面对彩色屏幕显示器，对变电站的设备和输电线路进行全方位的监视与操作。3）结构分布、分层化综合自动化系统内各子系统和各功能模块由不同配置的单片机或微型计算机组成，采用分布式结构，通过网络、总线将微机保护、数据采集、控制等各子系统连接起来，构成一个分级分布式的系统。4）通信局域或网络化、光缆化5）运行管理智能化 变电站综合自动化的另一个最大特点是运行管理智能化。智能化的含义不仅