第四章 電力系統(tǒng)自動(dòng)化

1、第四章 電力系統(tǒng)自動(dòng)化4.1電力系統(tǒng)構(gòu)成電力系統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)原電機(jī)發(fā)電機(jī)輸電網(wǎng)絡(luò)配電系統(tǒng)電力系統(tǒng)負(fù)荷圖4-1電力系統(tǒng)和電力網(wǎng)絡(luò)示意圖 電力系統(tǒng)主要參數(shù)（1）總裝機(jī)容量；（2）年發(fā)電量；（3）最大負(fù)荷；（4）年用電量；（5）額定頻率；（6）最高電壓等級(jí)。 我國(guó)五大電網(wǎng)現(xiàn)今我國(guó)有五個(gè)區(qū)域電網(wǎng)（每個(gè)覆蓋一些省區(qū)）和十二個(gè)省網(wǎng)。這五個(gè)區(qū)域網(wǎng)分別是：東北電網(wǎng)；華北電網(wǎng)；華東電網(wǎng)；華中電網(wǎng)；西北電網(wǎng)。4.2電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)制定標(biāo)準(zhǔn)電壓的依據(jù)：三相功率正比于線(xiàn)電壓及線(xiàn)電流（S=UI）。當(dāng)輸送功率一定時(shí)，輸電電壓愈高，則輸送電流愈小，因而所用導(dǎo)線(xiàn)截面積愈??；但電壓愈高對(duì)絕緣的要求愈高，桿塔、變壓器、斷路器的絕緣

2、投資也愈大。因而對(duì)應(yīng)于一定的輸送功率與輸送距離應(yīng)有一個(gè)最佳的輸電電壓。但從設(shè)備制造的經(jīng)濟(jì)性以及運(yùn)用時(shí)便于代換，必須規(guī)格化、系列化，且等級(jí)不宜過(guò)多我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：6、10、35、（60）、110、（154）、220、330和500 kV線(xiàn)路額定電壓：各用電設(shè)備的額定電壓取與線(xiàn)路的額定電壓相等。從而使所有用電設(shè)備在額定電壓的附近處運(yùn)行線(xiàn)路額定電壓。用電設(shè)備容許的電壓偏移一般為5%，沿線(xiàn)電壓降落一般為10%，因而要求線(xiàn)路始端電壓為額定值的1.05倍，并使末端電壓不低于額定值的0.95倍。發(fā)電機(jī)額定電壓：發(fā)電機(jī)通常接于線(xiàn)路始端，因此發(fā)電機(jī)的額定電壓為線(xiàn)路額定電壓的1.05倍UGNUN（15）變壓器額

3、定電壓：變壓器具有發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的雙重地位，它的一次側(cè)是接受電能的，相當(dāng)于用電設(shè)備；二次側(cè)是送出電能的，相當(dāng)于發(fā)電機(jī)變壓器一次側(cè)額定電壓取等同于用電設(shè)備額定電壓，對(duì)于直接和發(fā)電機(jī)相聯(lián)的變壓器，其一次側(cè)額定電壓等于發(fā)電機(jī)的額定電壓即：U1NUGNUN（15）二次側(cè)額定電壓取比線(xiàn)路額定電壓高5%，因變壓器二次側(cè)額定電壓規(guī)定為空載時(shí)的電壓，而額定負(fù)荷下變壓器內(nèi)部電壓降落約為5%。為使正常時(shí)變壓器二次側(cè)電壓較線(xiàn)路額定電壓高5%，變壓器二次側(cè)額定電壓取比線(xiàn)路額定電壓高10%。4.3電力系統(tǒng)接線(xiàn)圖定義：電力系統(tǒng)整體性質(zhì)的圖形表示方法。分類(lèi)：地理接線(xiàn)圖；單線(xiàn)電氣接線(xiàn)圖放射式 雙回路放射式干線(xiàn)式 干線(xiàn)式鏈?zhǔn)?鏈

4、式及兩端供電網(wǎng) 圖4-2電力系統(tǒng)接線(xiàn)圖4.4發(fā)電廠(chǎng)及變電所發(fā)電廠(chǎng)的類(lèi)型（1）火力發(fā)電廠(chǎng)（2）水力發(fā)電廠(chǎng)：逕流式、堤壩式、河床式、抽水蓄能（3）核能發(fā)電廠(chǎng)（4）其他可再生能源發(fā)電方式（5）風(fēng)力地?zé)岢毕?yáng)能變電所類(lèi)型（1）按功能劃分：升壓變電所；降壓變電所（2）按照在系統(tǒng)中的地位：（3）樞紐變電所中間變電所地區(qū)變電所終端變電所（4）電力系統(tǒng)中的能量形式：（5）發(fā)電廠(chǎng)將自然界的可用的“生”能轉(zhuǎn)換為電能，并輸送和分配這種電形式的能量至各類(lèi)用戶(hù)，然后轉(zhuǎn)換為各種有用的能量形式。在電力系統(tǒng)中存在電能的附加形式，即電場(chǎng)能、磁場(chǎng)能及耗散能。發(fā)電機(jī)組中的原動(dòng)機(jī)屬動(dòng)力系統(tǒng)的范疇，它們服從剛體圍繞定軸旋轉(zhuǎn)的規(guī)律，因

5、而存在著機(jī)械能，即轉(zhuǎn)子動(dòng)能與位能。4.5工廠(chǎng)電器基本知識(shí)4.5.1 電器分類(lèi)1. 按電壓的適用范圍分為低壓電器和高壓電器。電器分為高壓電器和低壓電器。低壓電器一般是指在交流50Hz、額定電壓1200V、直流額定電壓1500V及以下的電路中起通斷、保護(hù)、控制或調(diào)節(jié)作用的電器產(chǎn)品。2. 低壓電器按所控制的對(duì)象分類(lèi)根據(jù)其控制的對(duì)象分為低壓配電電器和低壓控制電器。配電電器主要用于供、配電系統(tǒng)中，進(jìn)行電能輸送和分配。這類(lèi)電器有刀開(kāi)關(guān)、自動(dòng)開(kāi)關(guān)、隔離開(kāi)關(guān)、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)以及熔斷器等。對(duì)這類(lèi)電器的主要技術(shù)要求是分?jǐn)嗄芰?qiáng)，限流效果好，動(dòng)穩(wěn)定及熱穩(wěn)定性能好?？刂齐娖髦饕糜诟鞣N控制電路和控制系統(tǒng)。這類(lèi)電器有接觸器、

6、繼電器、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、電磁閥等。對(duì)這類(lèi)電器的主要技術(shù)要求是有一定的通斷能力，操作頻率要高，電器和機(jī)械壽命要長(zhǎng)。3. 按所起作用分類(lèi)依據(jù)電器所起的作用可分為控制電器和保護(hù)電器。保護(hù)電器主要用于對(duì)電路和電氣設(shè)備進(jìn)行安全保護(hù)。這類(lèi)低壓電器有熔斷器、熱繼電器、安全繼電器、電壓繼電器、電流繼電器和避雷器等。對(duì)這類(lèi)電器的主要技術(shù)要求是有一定的通斷能力，反應(yīng)要靈敏，可靠性要高。4. 按動(dòng)作性質(zhì)分類(lèi)依據(jù)電器的動(dòng)作性質(zhì)可分為自動(dòng)控制電器依據(jù)電器的動(dòng)作性質(zhì)可分為自動(dòng)控制電器和非自動(dòng)控制電器。4.5.2 按鈕和接觸器結(jié)構(gòu)及工作原理下面分別以控制按鈕和接觸器為例介紹手動(dòng)電器和自動(dòng)電器的結(jié)構(gòu)和工作原理。1. 按鈕按鈕是手動(dòng)

7、控制電器的一種，用來(lái)發(fā)出信號(hào)和接通或斷開(kāi)控制電路。下圖是按鈕的結(jié)構(gòu)示意圖和圖文符號(hào)，圖4-3（a）中1、2是動(dòng)斷（常閉）觸點(diǎn)，3，4是動(dòng)合（常開(kāi)）觸點(diǎn)，5是復(fù)位彈簧，6是按鈕帽。圖4-3（b）為圖文符號(hào)。（a）結(jié)構(gòu)示意 （b）圖文符號(hào)圖4-3按鈕的結(jié)構(gòu)示意圖和圖文符號(hào)2. 接觸器結(jié)構(gòu)及工作原理交流接觸器的結(jié)構(gòu)下圖為交流接觸器結(jié)構(gòu)示意圖，交流接觸器由以下4部分組成。（1）電磁機(jī)構(gòu)。電磁機(jī)構(gòu)由線(xiàn)圈、動(dòng)鐵心(銜鐵)和靜鐵心組成，其作用是將電磁能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，產(chǎn)生電磁吸力，帶動(dòng)觸頭動(dòng)作。（2） 觸頭系統(tǒng)。包括主觸頭和輔助觸頭。主觸頭用于接通或斷開(kāi)主電路，通常為3對(duì)常開(kāi)觸頭。輔助觸頭用于控制電路，起控制

8、其他元件接通或分?jǐn)嗉半姎饴?lián)鎖作用，故又稱(chēng)聯(lián)鎖觸頭，一般有多對(duì)常開(kāi)、常閉觸頭。圖4-4交流接觸器結(jié)構(gòu)1動(dòng)觸頭2靜觸頭3銜鐵4彈簧5線(xiàn)圈6鐵心7墊氈8觸頭彈簧9滅弧罩10觸頭壓力彈簧（3）滅弧裝置。容量在10A以上的接觸器都有滅弧裝置，對(duì)于小容量的接觸器，常采用雙斷口觸頭滅弧、電動(dòng)力滅弧、相間弧板隔弧及陶土滅弧罩滅弧。對(duì)于大容量的接觸器，采用窄縫滅弧及柵片滅弧。（4）其他輔助部件。包括反作用彈簧、緩沖彈簧、觸頭壓力彈簧、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、支架及外殼等。電磁式接觸器的工作原理當(dāng)線(xiàn)圈得電后，在鐵心中產(chǎn)生磁通及電磁吸力，銜鐵在電磁吸力的作用下吸向鐵心，同時(shí)帶動(dòng)動(dòng)觸頭移動(dòng)，使常閉觸頭打開(kāi)，常開(kāi)觸頭閉合。當(dāng)線(xiàn)圈失電

9、或線(xiàn)圈兩端電壓顯著降低時(shí)，電磁吸力小于彈簧反力，使得銜鐵釋放，觸頭機(jī)構(gòu)復(fù)位，斷開(kāi)電路或解除互鎖。直流接觸器的結(jié)構(gòu)和工作原理與交流接觸器基本相同，接觸器的圖形符號(hào)如圖所示，文字符號(hào)為KM。(a)線(xiàn)圈 (b)常開(kāi)觸頭 (c)常閉觸頭圖4-5接觸器的圖形符號(hào)4.6發(fā)電廠(chǎng)、變電所主變壓器1. 變壓器分類(lèi)（1）主變壓器：在發(fā)電廠(chǎng)中向電力系統(tǒng)輸送功率的變壓器；在變電所中向用戶(hù)輸送功率的變壓器。（2）聯(lián)絡(luò)變壓器：用于兩種電壓等級(jí)之間交換功率的變壓器。（3）自由變壓器：向廠(chǎng)用電系統(tǒng)供電的廠(chǎng)用變壓器。2. 為什么要進(jìn)行主變壓器的選擇？主變?nèi)萘窟x擇太大或臺(tái)數(shù)太多，會(huì)造成投資浪費(fèi)，增加系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用；容量太小或臺(tái)數(shù)太

10、少，有無(wú)法滿(mǎn)足負(fù)荷的供電需求，同時(shí)也會(huì)是發(fā)電機(jī)的發(fā)電能力得不到充分利用。3. 怎樣選擇主變壓器？主變壓器的選擇包括主變壓器容量、臺(tái)數(shù)的確定和形式的選擇。4. 為什么要進(jìn)行主變壓器的選擇？主變?nèi)萘窟x擇太大或臺(tái)數(shù)太多，會(huì)造成投資浪費(fèi)，增加系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用；容量太小或臺(tái)數(shù)太少，有無(wú)法滿(mǎn)足負(fù)荷的供電需求，同時(shí)也會(huì)是發(fā)電機(jī)的發(fā)電能力得不到充分利用。5. 怎樣選擇主變壓器？主變壓器的選擇包括主變壓器容量、臺(tái)數(shù)的確定和形式的選擇發(fā)電廠(chǎng)、變電所主變壓器選擇。6. 主變?nèi)萘看_定具有發(fā)電機(jī)電壓母線(xiàn)接線(xiàn)的主變?nèi)萘看_定。（1）母線(xiàn)上所連發(fā)電機(jī)滿(mǎn)出力運(yùn)行時(shí),扣除發(fā)電機(jī)供電的日最小負(fù)荷并廠(chǎng)用負(fù)荷后的全廠(chǎng)剩余功率能通過(guò)主變送入

11、系統(tǒng)。（2）當(dāng)發(fā)電機(jī)母線(xiàn)上最大一臺(tái)機(jī)組故障或檢修時(shí)，母線(xiàn)上所連的主變應(yīng)能從電力系統(tǒng)倒送功率來(lái)滿(mǎn)足發(fā)電機(jī)電壓母線(xiàn)最大可能負(fù)荷。（3）當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓母線(xiàn)上接兩臺(tái)或以上的主變時(shí)，當(dāng)一臺(tái)出故障或檢修，剩余運(yùn)行的主變能承擔(dān)剩余功率的70%。（4）對(duì)水電比重較大的系統(tǒng)，火電廠(chǎng)主變具有從系統(tǒng)倒送功率的能力，以滿(mǎn)足發(fā)電機(jī)電壓母線(xiàn)上最大負(fù)荷的要求。思考題1. 電力系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)的區(qū)別?2. 我國(guó)電力系統(tǒng)電壓等級(jí)有那些?3. 發(fā)電機(jī)的額定電壓為線(xiàn)路額定電壓的多少倍,為什么?4. 發(fā)電廠(chǎng)有哪些類(lèi)型?5. 變電所有哪些類(lèi)型?6. 電力系統(tǒng)有那些能量形式?7. 工廠(chǎng)電器如何分類(lèi)?8. 簡(jiǎn)述按鈕的結(jié)構(gòu).9. 簡(jiǎn)述接觸器的結(jié)構(gòu)和工作原理1