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电力系统基础知识培训


电力系统基础知识 SNP-2000综合自动化系统 培训讲座

第一部分 电力系统基础知识

50.2

50.0Hz

49.8

电力系统传输 示意图
电 网 调 度

发电

用电

通讯服务器

>
应用服务器

RTU

数据采集和传输
RTU RTU

发电

输电

变电

配电

用电

发电领域的几个概念
? 发电厂类型:火(热)电、水电、风电、核

电…… ? 发电机容量:3000KW-80万KW ? 发电机机端电压:6kV,10kV ? 同期的概念:同相位、同幅值、同频率 ? 发电机指挥信号:主要用来让电气主控室跟汽 机房互相联系的信号 ? 发电机保护:差动、后备、转子

输电领域的几个概念
? 直流输电、交流输电 ? 超高压输电中的距离保护 ? 高电压的远程输电分为以下的电压等级:750kV、

500kV、330kV、220kV、110kV。 ? 在城市内(及周边)一般以110kV变电站居多,变压器 为两线圈变压器,变比为110kV比10kV。在市郊是 220kV变电站,变压器为三线圈变压器,变比为220kV 比110kV/ 10kV。 ? 以10kV电压做为各个馈线送出到各条10kV线路。10kV 线路再通过配电变压器降到380V,(线电压380V,相 电压220V)输送到厂矿、机关、居民住宅。

变电领域的几个概念
? 变压器类型:两卷变、三卷变…… ? 变压器容量:10000kVA以上单列运行

6000kVA以上并列运行 ? 有载调压、无载调压 ? 差动保护、后备保护 ? 励磁涌流、二次谐波

电力系统的特点
? 即时发电,即时使用,电能不能大量存储
? 采用高压输电,电压等级10kV-550kV ? 正常和故障状态的过渡过程非常短暂,以

光速传播 ? 电力系统的地区性特点较强

继电保护装置作用的对象
? 高压开关柜
? 继电保护装置一般是作为高压开关柜的

一个元器件安装在高压开关柜上

为什么采用高压输电?
? 电网传输功率P=U*I,电压等级越高,高压

传输线中的电流越小; ? 传输线消耗功率P=I*I*R,传输线中的电流 越小,线损越低;

开关柜的用途
? 采用高压输电时,由于电压等级高,在断开

一条带负载的线路时,会产生电弧; ? 电弧是空气被高压电离而产生的; ? 电弧是导电的 ? 所以必须使用一种特殊的开关来断开高 电压等级的线路

开关柜的灭弧原理
? 真空灭弧-真空断路器,一般用在10kV以下

电压等级 ? SF6灭弧-SF6断路器,一般用在35kV电压 等级 ? 多油断路器、少油断路器

什么时候切除高压线路?
? 线路检修
? 设备安装 ? 降低线路负载

以上都是人为的,有计划性的切除线路 ? 故障时切除线路 不定时,随时随地的,因为故障是不确 定的——所以需要一种自动化的切除装 置,这就是继电保护装置

电力系统的几个概念
? 中性点不接地系统:

包括中性点不接地、经消弧线圈接地、经高阻接地 主要使用在35kV以下系统 优点:提高供电可靠性 缺点:投资增加 ? 中性点接地系统: 包括中性点直接接地、经低阻接地 主要使用在110kV以上系统 优点:不会增加投资

中性点不接地系统
a2 V
N aV V 3

2
1

vT3 vT2 vT1
C1 C2 C3

C B A

A

C
T

B

ICT

1、接地相电压降为0,非接地相电压升高到线电压,但角度变化30度; 2、在故障线路上的零序电流是全系统非故障元件对地电容电流之和, 且零序功率方向由线路流向母线,与非故障元件的零序功率 方向 相反; 3、单相接地时容性电流的经验计算公式(单位:A,kV,km) 架空线:Ic=UL/350; 电缆线: Ic=UL/10;

中性点直接接地系统
a2 V
N aV V 3

2
1

vT3 vT2 vT1
C1 C2 C3

C B A

T

ICT

优点:系统的绝缘标准按相电压设计,降低了投资; 缺点:单相接地时即形成单相短路,且单相短路时短路电流很大,影 响了供电的可靠性;

常用一次设备图形

电压互感器的特点
1、一次绕组与高压电路并联。 2、二次绕组不允许短路(短路电流烧毁 PT),装有熔断器。 3、二次绕组有一点直接接地。 4、接线形式有:单相接线、V-V接线、 Y-Y接线、Y0/Y0/△接线。

电压互感器接法
接线形式有:单相接线、V-V接线、Y-Y接线、Y0/Y0/△接线。

电压互感器接线注意点
1)电压互感器的二次侧在工作时不能短路。 在正常工作时,其二次侧的电流很小,近于开 路状态,当二次侧短路时,其电流很大(二次 侧阻抗很小)将烧毁设备。 2)电压互感器的二次侧必须有一端接地,防 止一、二次侧击穿时,高压窜入二次侧,危及 人身和设备安全。 3)电压互感器接线时,应注意一、二次侧接 线端子的极性。以保证测量的准确性。 4)电压互感器的一、二次侧通常都应装设熔 丝作为短路保护,同时一次侧应装设隔离开关 作为安全检修用。 5)一次侧并接在线路中

电流互感器的特点
1、一次绕组与高压电路串联。 2、二次绕组不允许开路(开路将产生高电压, 危及人身安全),且近似于短路工作状态。 3、有保护型和测量型的CT,保护CT的10P20 表示在20倍额定电流范围内,该保护CT能保 证线性误差在10%以内。 4、接线形式有:单相接线、星形接线(三相 CT) 、不完全星形接线(两相CT)。

电流、电压互感器的一次接法

电压互感器相当于一个衡压 源,所以二次侧不允许短路

电流互感器相当于一个衡流 源,所以二次侧不允许开路

方向保护的产生
d

QF1

QF2

QF3

QF4

在双侧电源的情况下,图中d点短路,QF2 和QF3跳闸,QF1和QF4不应该动作;
QF2和QF3:短路电流由母线流向线路; QF1和QF4:短路电流由线路流向母线;

方向保护的产生
QF1 QF2 QF3 QF4

在双侧电源的情况下,图中d点短路,QF1 跳闸,QF2、 QF3和QF4不应该动作; 其中QF3和QF1构成后备保护的关系,所 以QF3也不应该误动,QF3通过定值躲开 QF1处的短路电流

方向保护的原理
Ua Ia a Ubc

1、电力系统短路时,一般都是表 现出一个感性短路功率;(或者也 可以说电流由母线流向线路时)

Uc Ua Ia 90度 动作区 不动作区

Ub

2、当在正方向出口附近发生短路 时,短路的相电压下降至接近0或 者数值很小,所以一般都采用90度 接线方式,用来增加保护的灵敏性;
3、为了保证动作的可靠性,动作 区选择(a-90度)至(a+90度),a是最 大灵敏角;

Ubc

第二部分 继电保护装置的结构及原理

微机综保装置的结构组成

微机综保装置的简化结构
AI(模拟量 输入) DI(数字量 输入) E2PROM CPU RAM 通讯 DO(数字 量输出)

按键 液晶显示

指示灯

CPU(中央处理单元)
? 八位单片机
? 十六位单片机 ? 双CPU结构

保护CPU 通讯CPU ? DSP(digital signal processor)芯片 ? E2PROM--存放定值及事件记录

DI(数字量输入)
? 只有两种状态的输入

例如:开关分合状态(或分或合) 刀闸位置状态(或分或合) 弹簧储能情况(或储能或未储能) 远方/就地信号(或远方或就地)

AI(模拟量输入)
? 具有连续输入状态的电气量

例如:保护电流 测量电流 三相电压 变压器温度

DO(继电器输出)
? 保护跳闸输出
? 遥控合闸输出 ? 遥控跳闸输出

? 重合闸输出
? 预告信号输出

? 事故信号输出

通讯
? 232通讯(共模信号,最长传输15米)
? 485通讯(差模信号,最长传输1200米) ? CAN通讯(传输距离跟波特率有关)

? 以太网通讯

第三部分 SNP-2000继电保护装置 分类及主要功能

SNP-2000正视图及背板接线图
通 信 接 口
脉 冲 口

以太 网口

一次系统跟综保装置的连接图
X SNP-2313 1TAa 1TAb 1TAc C8 D8 E4 测量电流 电 防跳继电器 流 2TAa 2TAb 2TAc C9 C10 C11 D9 D10 D11 保护电流 回 F1 路 F3 HG 3TA C12 D12 E7 零序电流 E8 WVa WVb WVc WVl WVn C1 C2 C3 C4 D1 D2 D3 D4 零序电压 电 母线电压 压 回 路 F5 F6 F7 F8 手动分闸 遥控分闸 路 保护跳闸 合闸指示 分闸指示 E3 跳闸保持 跳 闸 回 HR F2 F4 E9
开 关 柜 操 作 机 构

C7

D7

X SNP-2313

控制电源

母线

小型断路器

E5

E6 手动合闸 重合闸 遥控合闸 跳位监视 合位监视

合 闸 回 路

QF

1TA 2TA

3TA

(定位型)

(自复位型) 手动合闸 手动跳闸 发手动跳闸信号(B10) 发手动合闸信号(B12)

就地位

X SNP-2313 B3 备用遥信量 B4 备用遥信量 B5 备用遥信量 B6 B7 B8 B9 B10 B11 远方就地信号 B12 手动合闸信号 B13 备用遥信量 B14 B16 公共端 备用遥信量 A7 入 A5 A6 闭锁重合闸 备用遥信量 备用遥信量 备用遥信量 开 关 量 X SNP-2313 A1 A2 A3 A4 CANL 电能量脉冲1 脉 电能量脉冲2 冲 口 脉冲公共端 485A E2 485B CANH 通 讯 接 口 X SNP-2313 E1 - 220V + 220V 工 作 电 源 F1 F3 F5 X SNP-2313 E10 E11 E12 事故信号 预告信号 信号公共端 F7 F9 信 号 出 口 F11 F13 F15 X SNP-2313 1K 2K 3K 4K 5K 6K 7K 8K F2 F4

遥控位 远方就地信号(B11)

LW12-16/4.5711.3 (1SA)
就地位 遥控位

就地
重合闸 遥控合闸 F6 F8 F10 F12 F14 F16 保护跳闸 遥控跳闸 备用出口 检同期出口 备用出口 备用出口 继 电 器 出 口

接 点

遥控

通 断 断

断 通 通

手动分闸信号 开

LW12-16Z/4.0331.2 (2SA)
手动跳闸 公共位置 手动合闸





接 点

断 通 通 断

断 断 断 断

通 断 断 通

上海南自电力自动化系统有限公司 设 计 审 核 批 准 校 核 第 共 页 页 图 号

变电站综合自动化装置 SNP-2313 线路保护测控装置接线原理图 版 本 A0

SNP-2000系列保护装置
? 变电站保护系列-6种
? 变压器保护系统-6种 ? 电动机保护系统-4种

? 发电机保护系列-4种

SNP-2000变电站保护系列
? SNP-2313线路保护测控装置
? SNP-2315母联保护测控装置 ? SNP-2331电容器保护测控装置

? SNP-2305母线监视及PT并列装置
? SNP-2361备自投母联保护测控装置

? SNP-2361B进线备自投装置

SNP-2313线路保护装置功能
? 三相/两相三段式方向电流保护(速断、限时速

断、过流) ? 三相三次重合闸(检无压,检同期,不检),重 合次数可设定,带后加速功能 ? 零序电压闭锁方向零序过流保护(报警,可选 择跳闸) ? 具有小电流接地选线功能 ? 低电压保护 ? 低压闭锁、滑差闭锁的低频减载保护 ? 过负荷告警

线路保护的选择配置(SNP-2313)
? 一般情况:三段式保护

零序过流告警/跳闸 重合闸(架空出线) ? 双侧电源:方向保护
? 110kV及其以上电压等级:

短线路:光纤纵差保护 长线路:距离保护(阻抗保护)

SNP-2331电容器保护装置功能
? 二段式电流保护 (限时速断、过流)
? 过电压保护 ? 低电压保护

? 不平衡电压保护
? 不平衡电流保护

? 控制回路断线报警

SNP-2305母监及PT并列装置
? I段/II段母线接地告警
? I段/II段PT断线告警 ? I段/II段PT失压告警

? PT并列

SNP-2361备自投母联保护装置
? 母联电流保护 (限时速断、过流)
? 母联控制回路断线报警 ? 四种方式备自投

SNP-2361B进线备自投装置
? 专门为双进线设计的备自投
? 可以设置主备供电方式,带自恢复功能

SNP-2000变压器保护系列
? SNP-2316配电变保护测控装置
? SNP-2321三卷变差动保护测控装置 ? SNP-2322两卷变差动保护测控装置

? SNP-2323变压器低后备保护测控装置
? SNP-2324变压器高后备保护测控装置

? SNP-2326变压器公共测控装置

SNP-2316配电变保护装置功能
? 三/两相三段式复合电压闭锁电流保护(速断、

限时速断、过流),带后加速功能 ? 零序电压闭锁方向零序过流保护(报警,可选 择跳闸) ? 具有小电流接地选线功能 ? 低压闭锁、滑差闭锁的低频减载保护 ? 过负荷告警 ? 非电量保护(重瓦斯、轻瓦斯、压力释放、温 度过高、温度升高)

SNP-2322变压器差动保护装置
? 差动速断保护
? 比率差动保护 ? 二次谐波制动的差动保护

? CT断线报警及闭锁差动
? 非电量保护(本体重瓦、有载调压重瓦、

本体轻瓦、有载调压轻瓦、压力释放、 温度过高、温度升高、油位高、油位低)

SNP-2323变压器后备保护装置
? 二段式复合电压闭锁方向过流保护(限

时速断,过流) ? 三段式零序电压闭锁方向零序过流保护 ? 间隙零序保护 ? 零序过电压保护 ? 过负荷告警 ? 过负荷启动通风

SNP-2326变压器公共测控装置
? 测量所用变的电流、电压
? 测量2台主变的温度 ? 监视2台主变的档位

? 同时对2台主变实行有载调压

变压器保护的选择配置
? 大容量变压器:

定义:单独运行的容量10000kVA以上 并列运行的容量6300kVA以上 配置:SNP-2322/ SNP-2321(差动) SNP-2323、 SNP-2324(后备) SNP-2326(公共测控) ? 小容量变压器(配电变): 定义:容量10000kVA以下,且过流保护时限大于0.5S 配置: SNP-2316

SNP-2000电动机保护测控系列
? SNP-2371异步电动机保护测控装置
? SNP-2372异步电动机差动保护测控装置 ? SNP-2373同步电动机保护测控装置

? SNP-2374同步电动机差动保护测控装置

SNP-2371电动机保护装置功能
? ? ? ?

二段式定时限/反时限过流保护 二段式定时限/反时限负序过流保护 堵转保护 过负荷告警 ? 低电压、过电压保护 ? 零序过流保护(报警可选择跳闸) ? 零序过压保护(报警可选择跳闸) ? 过热保护 ? 非电量保护 (温度过高、温度升高)

SNP-2372电动机差动保护装置
? 差动速断保护 ? 比率差动保护 ? CT断线报警及闭锁差动 ? ? ? ?

5路非电量保护 速断保护 反时限过流保护 过负荷告警 ? 低电压、过电压保护 ? 零序过流保护(报警可选择跳闸) ? 零序过压保护(报警可选择跳闸) ? 过热保护

SNP-2373电动机差动保护装置
? 二段式定时限/反时限过流保护 ? 堵转保护 ? 过负荷告警 ? ? ? ? ? ? ?

低电压保护 定子接地保护 失步保护 失磁保护 低周减载与低周解列 启动时间过长保护 5路非电量保护

SNP-2374电动机差动保护装置
? 差动速断保护 ? 比率差动保护 ? CT断线报警及闭锁差动 ? ? ? ?

5路非电量保护 速断保护 反时限过流保护 过负荷告警 ? 低电压、过电压保护 ? 失步保护 ? 零序过流保护(报警可选择跳闸) ? 零序过压保护(报警可选择跳闸)

异步电动机保护的选择配置
? 大容量电动机:

定义:容量2000kW以上 配置:SNP-2372(带差动)
? 小容量电动机:

定义:容量2000kW以下 配置: SNP-2371

同步电动机保护的选择配置
? 大容量电动机:

定义:容量2000kW以上 配置:SNP-2374(带差动)
? 小容量电动机:

定义:容量2000kW以下 配置: SNP-2373

SNP-2000发电机保护系列
? SNP-2380发电机转子接地保护测控装置
? SNP-2381发变组差动保护测控装置 ? SNP-2382发电机差动保护测控装置

? SNP-2383发电机后备保护测控装置

SNP-2380发电机转子接地保护
? 转子一点接地告警
? 转子两点接地保护 ? 励磁低压保护

SNP-2382发电机差动保护装置
?差动速断保护

?比率差动保护
?CT断线报警及闭锁差动

SNP-2383发电机后备保护装置
?低阻抗保护 ?复合电压起动过流保护 ?失磁保护 ?定子过负荷保护 ? 转子过负荷保护 ?定子负序反时限及定时限过流保护 ?过电压保护 ?高频、低频保护 ?PT断线告警

第三部分 SNP-2000后台监控系统的构成

SNP-2000自动化系统的构成
智能规约转换及 数据信息转发

变电站层

站内智能设备互联 站内一次设备保护、 信息采集及监视控制

通信层

间隔层

SNP-2000典型监控系统组成图
当地监控主机

RS485

RS232 内部总线 RS485 MODEM

模拟屏

调度

RS485 RS485网络

变压器保护屏

线路保护屏

智能直流屏 计量屏

线路 保护测控装置

变压器 保护测控装置

电容器 保护测控装置

SNP-2000较大监控系统组成图
全厂MIS 系统平台 服务器 备用服务器 工作站

路由器
网 络 交 换 机

双机热备 SCADA监控系统 远方调度端 工业 MODEM

总工监控工作站

100M以太 网总线

多串口通讯 服务器1

多串口通讯 服务器2

模拟屏

屏 内 总 线

485总线

485总线

485总线

分散安装的保护测控装置 保护屏

数字式电度表 直流屏

SNP-2000监控系统运行环境
? 操作系统 – 服务器端 Windows NT/2000 – 客户端Windows 98/NT/2000 ? 数据库系统 – Microsoft SQL Server – Microsoft Access

SNP-2000监控系统主要功能
– – – – – – – – SCADA功能 数据采集 数据处理和统计 远方控制 异常事故告警 图形画面制作显示 报表生成打印 用户管理

SNP-2000监控系统技术特点
? ? ? ? ? ? ? ? ?

网络化设计 基于RS485、CAN总线通信的可靠连接 功能模块分解、组合、创建引擎 商用数据库和实时数据库协调工作 面向对象的设备图形管理系统 面向设备运行状态的动态图形组态支持 独具特色的通信管理,规约在线配置,即插即用 灵活的数据模型设计,无规模限制 低硬件配置需求,高系统性能

SNP-2000监控系统技术特点
?软件工程管理
–系统功能模块增加及软件扩充始终保 持对原版本的前向兼容

–软件始终保持唯一一套版本,系统升 级时对原系统的各种资源,包括硬件、 软件(如数据库、画面、报表等等), 均可直接使用,避免重复投资和重复 劳动
–专业维护队伍 –永久免费升级

SNP-2000监控系统的特点
– 保护功能完全不依赖通信网,即使通讯网完全瘫痪,装置对设备 保护功能仍能执行 – 系统支持网络运行,可扩展成多工作站的网络级监控系统 – 系统建立在标准商用关系型数据库之上,具有良好的开放性 – 系统配有基于商用数据库的内存实时数据库,充分满足实时性的 要求 – 系统安全性能确保系统的稳定可靠和无人值守变电站安全控制 – 图形子系统允许用户灵活地实现实时监控图形组态 – 系统运行稳定可靠,界面友好 – 操作维护简单方便,功能可灵活

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