电力系统基础知识

倒闸操作
倒闸操作的顺序： －停电拉闸操作的顺序
断路器 >>> 负荷侧隔离开关 >>> 电源侧隔离开关； －送电合闸操作的顺序
与停电过程相反。
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电力基础知识
怀朔风电场 刘立强
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什么是电力系统？
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电力网：电力系统中各种电压的变电所及输配电线路组成的统一体 。 电力系统：由发电厂中的电气部分、各类变电所及输电、配电线路及各种类
型的用电设备组成的统一体，称为电力系统。具体组成如下： 发电厂：生产电能。 电力网：变换电压、传送电能。由变电所和电力线路组成。 配电系统：将系统的电能传输给电力用户。 电力用户：高压用户额定电压在1kV以上，低压用户额定电压在1kV以下。 用电设备：消耗电能。 动力系统：在电力系统的基础上，把发电厂的动力部分（例如火力发电厂的锅 炉、汽轮机和水力发电厂的水库、水轮机以及核动力发电厂的反应堆等）包 含在内的系统。
变电站的主接线图
一次设备的图形符号
一次设备的图形符号
（3）防雷和接地设备
一次设备的图形符号
（4）互感器
主 要 电 气 一 次 设 备 的 图 形 符 号
风电场电气部分的构成
风电场的电气部分的构成
由于风电场自身的电气特点，风电场电气部分与常规发电 厂站的电气部分也不尽相同。 风电场的电气部分也是由一次部分和二次部分共同组成， 这一点和常规发电厂站是一样的。 二次部分将在后面介绍，这里主要介绍电气一次系统。
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设备的工作状态
安装使用的电气设备，有四种工作状态： 运行状态：电气设备的断路器、隔离开关都在合闸位置； 热备用状态：设备只断开断路器而隔离开关仍在合闸位置； 冷备用状态：设备的断路器、隔离开关都在分闸位置； 检修状态：设备所有的断路器、隔离开关已断开，并完成了 装设地线、悬挂标示牌、设置临时遮栏等安全技术措施。
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一次设备
① 生产和转换电能的设备
发电机－机械能转换为电能；
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一次设备
① 生产和转换电能的设备
发电机－机械能转换为电能； 电动机－电能转化为机械能；
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鼠笼型异步电动机
一次设备
① 生产和转换电能的设备
发电机－机械能转换为电能； 电动机－电能转化为机械能； 变压器－电压升高或降低，满足输配电需要。
风电机组、 集电系统、 升压站、 厂用电系统。
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风电场的电气部分的构成
风电机组，除了风力机和发电机以外，还包括电力电子换 流器（有时也称为变频器）和对应的机组升压变压器。 目前，风电场的主流风力发电机本身输出电压为690V，经 过机组升压变压器将电压升高到10kV或35kV 。
在分析主接线时，要将它们看作是带电的。发电机、变压 器、线路都有可能作为电源。
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电源和负荷
向负荷可靠供电是电力系统的首要要求， 由于不同负荷断电后在政治、经济上所造成的损失或影响程 度不同，可将电力负荷分为不同等级。 不同的电力负荷，所要求的供电可靠性不同，因而对供电电 源的要求也不同。
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风电场的电气部分的构成
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风电场电气一次系统示意图
1风机叶轮，2传动装置，3发电机，4变流器，5机组升压变压器，6、升压站中的配电装置
7升压站中的升压变压器，8升压站中的高压配电装置，9架空线路
风电场的电气部分的构成
根据在电能生产过程中的整体功能，风电场电气一次系统 可以分为四个主要部分：
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电源和负荷
电源是提供电能的电气部分； 负荷是接受电能的电气部分。 风电场中，风电机组是电源，升压变压器是它的负荷。
通常认为相对于需要分析的具体电气设备，能为其提供电能 的相关设备即为其电源。 注意：电源和负荷是相对的概念。
同一条线路，在作不同的分析时，可能是负荷的电源，也可 能是电源的负荷。
风电机组发出的电能并不是全都送入电网，有一部分在风 电场内部就用掉了。 风电场的厂用电，也就是风电场内用电的部分，包括：
维持风电场正常运行及安排检修维护等生产用电， 风电场运行维护人员在风电场内的生活用电等。
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电气系统的一些基本概念
电气主接线图的作用
以单线图的方式详细地表示电气设备(或成套装置)的全部 基本组成和连接关系； 可表明具体厂站的电能汇集和分配关系及相关运行方式。 现代电力系统是三相交流电力系统，而电气主接线图主要 是以单相图的形式来表征三相电路； 对于某些需要表示接线特征的设备则要表示其三相特征， 比如：变压器、电压互感器和电流互感器等。
少油断路器
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罐式及磁柱式SF6断路器
一次设备
② 接通或断开电路的开关电器
断路器－正常时用来接通和断开负荷电流； 故障时受继电保护控制，将电路自动断开。
隔离开关－将一次设备与带电部分可靠隔离，没有灭弧 装置，只有在断路器断开后，才能接通和断开隔离开关。
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电气主接线图
主接线图是一种单线图， 由规定的电气设备图形符号和文字符号组成， 按照工作顺序排列， 详细表示系统中的全部电气设备(或成套装置)及其连接关系。
电气主接线的图形符号
一次设备的图形符号
（1）最基本的一次设备
一次设备的图形符号
看一个简化的发电厂电气系统示意图
一次设备的图形符号
（2）开关设备
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一次系统和二次系统
一次设备相互连接构成了传输能量的一次系统。 二次设备相互连接构成了监控保护的二次系统 。
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电气接线
在发电厂和变电站中，根据电气设备的作用和具体要求， 按照一定方式由导体连接形成的传输能量（一次部分）和 信号（二次部分）的电路，称为电气接线。 对这个电路的图形描述被称为一次接线图（又称电气主接 线图）和二次回路图 。
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二次设备
②测量表计：测量电路中的电气参数 例如：电压表，电流表，功率因数表。
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二次设备
③继电保护及自动装置： 迅速反应不正常情况并进行监控和调节 ④直流电源设备： 供给控制、保护和厂用直流负荷、事故照明 例如：直流发电机组，蓄电池组，硅整流设备 ⑤操作电器、信号设备及控制电缆
负荷开关及熔断器
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高压跌落式熔断器
一次设备
③ 限制故障电流和防御过电压的电器
电抗器－限制短路电流，维持母线残压。 避雷器－防御过电压。
④ 接地装置：与地中的接地网相连
电力系统中性点的工作接地， 保护人身安全的保护接地。
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一次设备
⑤ 载流导体：将电气设备连接起来
分为硬导体和软导体。
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一次设备
⑤ 载流导体：将电气设备连接起来
母线－汇集和分配电能。
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一次设备
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一次设备
⑤ 载流导体：将电气设备连接起来
母线－汇集和分配电能。 架空线－终端线、联络线。
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一次设备
⑤ 载流导体：将电气设备连接起来
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风电场的电气部分的构成
集电系统将风电机组生产的电能按组收集起来。 分组采用位置就近原则，每组风电机组的数目大体相同。 同组各台机组输出(升压后)一般可由电缆线路直接并联， 汇集为一条10kV或35kV架空线路输送到升压变电站。 采用地下电缆还是架空线，还要看风电场的具体情况 。
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设备的工作状态
送电过程中的设备工作状态变化：
检修 冷备用 热备用
运行
停电过程中的设备工作状态变化：
运行 热备用 冷备用 检修
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开关和刀闸
工作现场，很多设备的叫法与书上的说法不同。 断路器常称为开关； 隔离开关称为刀闸。
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倒闸操作
母线－汇集和分配电能。 架空线－终端线、联络线。 电缆－城市、厂站内部或附近、穿越江河或海峡时使用。
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二次设备
①仪用互感器： 将电路中高电压或大电流转换成低电压、小电流， 供给仪表和保护装置使用 主要是：电压互感器PT，电流互感器CT 。
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电流互感器 电压互感器
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风电场的电气部分的构成
升压变电站的主变压器将集电系统汇集的电能再次升高。 达到一定规模的风电场一般可将电压升高到110kV或 220kV接入电力系统。 对于规模更大的风电场，例如百万千瓦级的特大型风电 场，还可能需要进一步升高到500kV或更高。
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风电场的电气部分的构成
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电气设备
电气设备
电力系统的生产运行，是通过各种电气设备来实现的。 电气设备的功能各不相同，分为：一次设备和二次设备。 一次设备即生产、变换、输送、分配和使用电能的设备， 有发电机、变压器、开关设备、输电线路、接地装置等。 二次设备是指对一次系统进行测量、控制、监视和保护的 设备， 有互感器、测量仪表、继电保护等。
利用开关电器，按照一定的顺序，对电气设备完成工作状态 的转换过程，称为倒闸操作 。 倒闸操作必须严格遵守下列基本原则： －绝对禁止带负荷拉、合隔离开关（刀闸）； －停、送电只能用断路器（开关）接通或断开负荷电流 （路）； －利用等电位原理，可以用隔离开关拉合无阻抗的并联支路。
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通常，将发电厂电能送到负荷中心的线路叫输电线路。负荷中心至各用户的线路叫 配电线路。负荷中心一般设变电站 。
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发电厂 发电机
G~
变电所 升压变压器 输电线路
变电所 降压变压器
用户 用电设备
电力网 电力系统 动力系统
M~ M~
4
电气部分
电气的本意就是电，也就是：带电的、生产和使用电能 的，与电相关的。 对于电气部分可以泛泛地理解为：由所有带电设备及其附 属设备所组成的全部。 包括风电场在内的各类发电厂站、实现电压等级变换和能 量输送的电网、消耗电能的各类设备（用户或负荷）共同 构成了电力系统。 电力系统就是用于生产、传输、变换、分配和消耗电能的 系统。各个环节的带电部分统称为其各自的电气部分。
低压真空隔离பைடு நூலகம்关
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一次设备
② 接通或断开电路的开关电器
断路器－正常时用来接通和断开负荷电流； 故障时受继电保护控制，将电路自动断开。
隔离开关－将一次设备与带电部分可靠隔离，没有灭弧 装置，只有在断路器断开后，才能接通和断开隔离开关。
熔断器－ 接触器－
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Pictures of Transformers
Pictures of Transformers
Pictures of Transformers
一次设备
② 接通或断开电路的开关电器
断路器－正常时用来接通和断开负荷电流； 故障时受继电保护控制，将电路自动断开。
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