【正文】 ............................................................................... 30 西南交通大學(xué)暑期實習(xí)報告 1 第 一 章 電力系統(tǒng) 第一節(jié) 電力系統(tǒng)的組成 世界上大部分國家的動力資源和電力負荷中心分布是不一致的。如水力資源都是集中在江河流域水位落差較大的地方，燃料資源集中在煤、石油、天燃氣的礦區(qū)。而大電力負荷中心則多集中在工業(yè)區(qū)和大城市，因而發(fā)電廠和負荷中心往往相隔很遠的距離，從而發(fā)生了電能輸送的問題．水電只能通過高壓輸電線路把電能送到用戶地區(qū)才能得到充分利用。火電廠雖然能通過燃料運輸在用電地區(qū)建設(shè)電廠，但隨著機組容量的擴大，運輸燃料常常不如輸電經(jīng)濟。于是就出現(xiàn)了所謂坑口電廠，即把火電廠建在礦區(qū)，通過升壓變電站、高壓輸電線、降壓變電所(站 )把 電能送到離電廠較遠的用戶地區(qū)。隨著高壓輸電技術(shù)的發(fā)展．在地理上相隔一定距離的發(fā)電廠為了安全、經(jīng)濟、可靠供電．需將孤立運行的發(fā)電廠用電力線路連接起來。首先在一個地區(qū)內(nèi)互相連接，再發(fā)展到地區(qū)和地區(qū)之間互相連接，這就組成統(tǒng)一的電力系統(tǒng)。 圖 11 電 力 系統(tǒng)結(jié) 構(gòu) 簡圖 西南交通大學(xué)暑期實習(xí)報告 2 通常將發(fā)電廠、變電所、用電設(shè)備之間用電力網(wǎng)和熱力網(wǎng)連接起來的整體，叫做動力系統(tǒng)。動力系統(tǒng)中的電氣部分，即發(fā)電機、配電裝置、變壓器、電力線路及各種用電設(shè)備連接在一起組成的統(tǒng)一整體。稱為電力系統(tǒng)。電力系統(tǒng)中由各級電壓等級的輸配電線路及升降壓變電所組成的部分，稱為電力網(wǎng)。在我國習(xí)慣將電力系統(tǒng)稱作電網(wǎng)，例如華中電力系統(tǒng)稱為華中電網(wǎng)。 電力線路是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它擔(dān)負著輸送和分配電能的任務(wù)。由電源向電力負荷中心輸送電能的線路，稱為輸電線路或送電線路。送電線路的電壓較高，一般在 110kV 及以上。主要擔(dān)任分配電 能任務(wù)的線路，稱為配電線路，配電電壓較低，一般在 35kV 及以下。為了研究和計算方便，通常將電力網(wǎng)分為地方電網(wǎng)和區(qū)域電網(wǎng)。電壓在 110kV 及以上、供電范圍較廣、輸送功率較大的電力網(wǎng)，稱為區(qū)域電力網(wǎng)。電壓在 110kV 以下、供電距離較短、輸電功率較少的電力網(wǎng)，稱為地方電力網(wǎng)。電壓在 6～ 10kV 的配電阿．稱為中壓配電網(wǎng)。 城市電網(wǎng)中 35kV 的配電網(wǎng)亦稱為中壓配電網(wǎng)。電壓為 380／ 220V 的配電網(wǎng)。稱為低壓配電網(wǎng)。但這種劃分方式，其間井投有嚴格的界限。 根據(jù)電力網(wǎng)的結(jié)構(gòu)方式，又分為開式電力網(wǎng)和閉式電力網(wǎng)。凡用戶只能從單圖 12 電 力 系統(tǒng)結(jié) 構(gòu) 簡要圖例 西南交通大學(xué)暑期實習(xí)報告 3 方向得到電能的電力網(wǎng)，稱為開式電力網(wǎng)；凡用戶至少可以從兩個或更多方向同時能得到電能的電力網(wǎng)，稱為閉式電力網(wǎng)。根據(jù)電壓等級的高低，電力網(wǎng)還可分為低壓、高壓、超高壓幾種。通常把 1kV 以下的電力網(wǎng)稱為低壓電網(wǎng)， 1～ 220kV的電力網(wǎng)稱高壓電網(wǎng)， 330kV 及以上稱超高壓電網(wǎng)。 第二節(jié) 電力系統(tǒng)中常用的電氣設(shè)備 一、電氣設(shè)備的定義 供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)備是指用于發(fā)電、輸電、變電、配電以及用電的所有設(shè)備，包括發(fā)電機、變壓器、控制電器、保護設(shè)備、測量儀表、線路器材和用電負荷設(shè)備（如電動機、照明）等。 二、變配電常用的高低壓電氣設(shè)備介紹 電力變壓器主要用于公用電網(wǎng)和工業(yè)電網(wǎng)中，將某一給定電壓值的電能轉(zhuǎn)變?yōu)樗蟮牧硪浑妷褐档碾娔埽岳陔娔艿暮侠磔斔?、分配和使用? 互感器的作用是使二次設(shè)備與一次電路隔離和擴大儀表、繼電器的使用范圍。電流互感器二次額定電流一般為 5A，電流互感器串聯(lián)于線路中，有四種結(jié)線方式；在使用時要注意： ①二 次側(cè)不得開路，不允許裝設(shè)開關(guān)或熔斷器； ②二次側(cè)有一端必須接地； ③注意端子的極性。 電壓互感器二次額定電壓一般為 100V，常用的電壓互感器有單相和三相 (五芯柱式 )兩類。電壓互感器并聯(lián)在線路中，通常接在母線上，有四種結(jié)線方式；電壓互感器在使用時要注意： ①二側(cè)均不得短路； ②二次側(cè)有一端必須接地； ③注意端子的極性。 熔斷器分為高壓熔斷器和低壓熔斷器兩種。高壓熔斷器有戶內(nèi)、戶外兩種類型，一般跌開式熔斷器和負荷型跌開式熔斷器為“非限流”式。低壓熔斷器主要用于低壓線路及設(shè)備的過載和短路保護，有插入式（ RC 型）、螺旋式（ RL型）、無填料密閉管式（ RM 型）、有填料封閉管式（ RT 型）及引進技術(shù)生產(chǎn)的有填料管式 gF、 aM 系列和高分斷能力的 NT型等。按保護性能也可分為有限流特性和無限流特性兩種。 西南交通大學(xué)暑期實習(xí)報告 4 高壓開關(guān)設(shè)備主要有高壓斷路器、高壓隔離開關(guān)、高壓負荷開關(guān)等。高壓斷路器的作用是斷開或接通負荷，故障時斷開短路電流，有油斷路器，真空斷路器， SF6 斷路器三種類型。高壓隔離開關(guān)主要功能是隔離高壓電源，保證人身和設(shè)備檢修安全，它不能帶負荷操作，常與斷路器配合使用并裝設(shè)在電源側(cè)。高壓負荷開關(guān)具有簡單的滅弧裝置，可以通斷一定的負荷電流和過負荷電流，由于斷流能力有限，常與高壓熔斷器配合使用。 低壓開關(guān)設(shè)備主要有低壓斷路器、低壓熔斷器、低壓刀開關(guān)等。低壓斷路器是一種能帶負荷通斷電路，又能在短路、過負荷、欠壓或失壓時自動跳閘的電氣開關(guān)設(shè)備，低壓斷路器有萬能式 (框架結(jié)構(gòu) )和塑殼式 (裝置式 )兩大類型，按安裝方式分有抽屜式和固定式兩種；按用途分有配電 用、電動機保護、照明、漏電保護四種。 避雷器是保護電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備的絕緣免受沿線路傳來的雷電過電壓或內(nèi)部過電壓損害的一種保護設(shè)備，有保護間隙、管型、閥型、金屬氧化物等幾種類型，在成套裝置中氧化鋅避雷器使用較為廣泛。 成套配電裝置是制造廠成套供應(yīng)的設(shè)備，在制造廠按照一定的線路結(jié)線方案預(yù)先把電器組裝成柜再運到現(xiàn)場安裝。按電壓高低可分為高壓成套配電裝置(也稱高壓開關(guān)柜 )和低壓成套配電裝置 (低壓配電屏和配電箱 )。高壓開關(guān)柜有固定式和移開式兩大類。固定式高壓開關(guān)柜的柜內(nèi)所有電器部件包括其主要設(shè)備如斷路 器、互感器和避雷器等都固定安裝在不能移動的臺架上，一般用在企業(yè)的中小型變配電所和負荷不是很重要的場所。新型固定式高壓開關(guān)柜常用的有 HXGN系列（固定式高壓環(huán)網(wǎng)柜）、 XGN 系列（交流金屬箱型固定式封閉高壓開關(guān)柜）和 KGN 系列（交流金屬鎧裝固定式高壓開關(guān)柜）等。手車式高壓開關(guān)柜是將成套高壓配電裝置中的某些主要電器設(shè)備固定在可移動的手車上，它檢修方便安全，恢復(fù)供電快，供電可靠性高，但價格較高，主要用于大中型變配電所和負荷較重要、供電可靠性要求較高的場所，主要新產(chǎn)品有 JYN 系列、 KYN 等系列等。低壓配電屏 (柜 )有固定式、抽屜式和混合式三種。固定式低壓配電屏結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，目前使用較廣的有 PGL、 GGL、 GGD 等系列，適用于發(fā)電廠、變電所和工礦企業(yè)等電力用戶作動力和照明配電用。抽屜式低壓配電屏（柜）體積小、結(jié)構(gòu)新穎、通用性好、安裝維護方便、安全可靠，廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)和高層建筑的低壓配電系統(tǒng)中作受電、饋電、照明、電動機控制及功率補償之用，常用的抽屜式配電屏有 BFC、 GCL、 GCK 等系列，它們一般用作三相交流系統(tǒng)中的動力中心 (PC)和電動機控制中心 (MCC)的配電和控制裝置。動力配電箱和照明配電箱是車間和民用建筑 的供配電系統(tǒng)中對用電設(shè)備的最后一級控制和保護設(shè)備，分別用于動力配電、控制和照明、小型動力線路的控制、過負荷和短路保護。 西南交通大學(xué)暑期實習(xí)報告 5 第三節(jié) 繼電保護 隨著電力系統(tǒng)的高速發(fā)展和計算機技術(shù)，通訊技術(shù)的進步，繼電保護向著計算機化、網(wǎng)絡(luò)化，保護、測量、控制、數(shù)據(jù)通信一體化和人工智能化方向進一步快速發(fā)展。與此同時越來越多的新技術(shù)、新理論將應(yīng)用于繼電保護領(lǐng)域，這要求我們繼電保護工作者不斷求學(xué)、探索和進取，達到提高供電可靠性的目的，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。 一、繼電保護在供電系統(tǒng)障礙中的作用 (一 )保證繼電系統(tǒng)的可靠性是發(fā)揮 繼電保護裝置作用的前提： 繼電系統(tǒng)的可靠性是發(fā)揮繼電保護裝置作用的前提。一般來說繼電保護的可靠性主要由配置合理、質(zhì)量和技術(shù)性能優(yōu)良的繼電保護裝置以及正常的運行維護和管理來保證。 (二 )繼電保護在電力系統(tǒng)安全運行中的作用： 繼電保護在電力系統(tǒng)安全運行中的作用主要有以下三點 : 。當(dāng)被保護的電力系統(tǒng)元件發(fā)生故障時，應(yīng)該由該元件的繼電保護裝置迅速準確地給脫離故障元件最近的斷路器發(fā)出跳閘命令，使故障元件及時從電力系統(tǒng)中斷開，以最大限度地減少對電力系統(tǒng)元件本身的損壞，降低對電力系統(tǒng)安全供 電的影響，并滿足電力系統(tǒng)的某些特定要求 (如保持電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性等 )。 。反應(yīng)電氣設(shè)備的不正常工作情況，并根據(jù)不正常工作情況和設(shè)備運行維護條件的不同 (例如有無經(jīng)常值班人員 )發(fā)出信號，以便值班人員進行處理，或由裝置自動地進行調(diào)整，或?qū)⒛切├^續(xù)運行會引起事故的電氣設(shè)備予以切除。反應(yīng)不正常工作情況的繼電保護裝置允許帶一定的延時動作。 。繼電保護不僅僅是一個事故處理與反應(yīng)裝置，同時也是監(jiān)控電力系統(tǒng)正常運行的裝置。 二、繼電保護常見的障礙 電壓互 感器二次電壓回路在運行中出現(xiàn)故障是繼電保護工作中的一個薄弱環(huán)節(jié)。作為繼電保護測量設(shè)備的起始點，電壓互感器對二次系統(tǒng)的正常運行非常重要，PT 二次回路設(shè)備不多，接線也不復(fù)雜，但 PT 二次回路上的故障卻不少見。由于PT 二次電壓回路上的故障而導(dǎo)致的嚴重后果是保護誤動或拒動。據(jù)運行經(jīng)驗，西南交通大學(xué)暑期實習(xí)報告 6 PT 二次電壓回路異常主要集中在以下幾方面 :PT 二次中性點接地方式異常；表現(xiàn)為二次未接地 (虛接 )或多點接地。二次未接地 (虛接 )除了變電站接地網(wǎng)的原因，更多是由接線工藝引起的。這樣 PT 二次接地相與地網(wǎng)間產(chǎn)生電壓，該電壓由各相電壓不平衡程度和 接觸電阻決定。這個電壓疊加到保護裝置各相電壓上， 使各相電壓產(chǎn)生幅值和相位變化，引起阻抗元件和方向元件拒動或誤動。 PT 開口三角電壓回路異常； PT 開口三角電壓回路斷線，有機械上的原因，短路則與某些習(xí)慣做法有關(guān)。在電磁型母線、變壓器保護中，為達到零序電壓定值，往往將電壓繼電器中限流電阻短接，有的使用小刻度的電流繼電器，大大減小了開口三角回路阻抗。當(dāng)變電站內(nèi)或出口接地故障時，零序電壓較大，回路負荷阻抗較小，回路電流較大，電壓 (流 )繼電器線圈過熱后絕緣破壞發(fā)生短路。短路持續(xù)時間過長就會燒斷線圈，使 PT 開口三角電壓回路在該處斷線，這種情況在許多地區(qū)發(fā)生過。 PT 二次失壓； PT 二次失壓是困擾使用電壓保護的經(jīng)典問題，糾其根本就是各類開斷設(shè)備性能和二次回路不完善引起的。 電流互感器是供給繼電保護和監(jiān)控系統(tǒng)判別系統(tǒng)運行狀態(tài)的重要組件。作為繼電保護對電流互感器的基本要求就是電流互感器能夠真實地反映一次電流的波形，特別是在故障時，不但要求反映故障電流的大小，還要求反映電流的相位和波形，甚至是反映電流的變化率。而傳統(tǒng)的電磁式電流互感器是利用電磁感應(yīng)原理通過鐵心耦合實現(xiàn)一、二次電流變換的。由于鐵心具有磁飽和特性，是非線性 組件，當(dāng)一次電流很大，特別是一次電流中非周期分量的存在將使嚴重飽和，勵磁電流成幾十倍、幾百倍增加，而且含有大量非周期分量和高次諧波分量，造成二次電流嚴重失真，嚴重影響了繼電保護的正確動作。由電工基礎(chǔ)理論可知，電流互感器在嚴重飽和時，其一次電流中的直流分量很大，使其波形偏于時間軸的一側(cè)。鐵心中有剩磁，且剩磁方向與勵磁電流中直流分量產(chǎn)生的磁通方向相同，在短路電流直流分量和剩磁的共同作用下，鐵心在短路后不到半個周期就飽和了。于是，一次電流全部變?yōu)閯畲烹娏鳎坞娏鲙缀鯙?0。由于電流互感器嚴重飽和，使其傳變特性變差 甚至輸出為 0，才導(dǎo)致了斷路器保護的拒動，引起主變壓器后備保護越級跳閘。 針對目前微機繼電保護裝置自身的特點，造成了微機保護裝置故障一般有以下這些原因 : 電源問題，比如電源輸出功率的不足會造成輸出電壓下降，若電壓下降過大，會導(dǎo)致比較電路基準值的變化，充電電路時間變短等一系列問題，從而影響到微機保護的邏輯配合，甚至邏輯功能判斷失誤。尤其是在事故發(fā)生時有出口繼電器、信號繼電器、重動繼電器等相繼動作，要求電源輸出有足夠的功率。如果現(xiàn)場發(fā)生事故時，微機保護出現(xiàn)無法給出后臺信號或是重合閘無法實現(xiàn)等現(xiàn)象，應(yīng)考慮電源的輸 出功率是否因元件老化而下降。對逆變電源應(yīng)加強現(xiàn)場管理，在定期檢西南交通大學(xué)暑期實習(xí)報告 7 驗時一定要按規(guī)程進行逆變電源檢驗。干擾和絕緣問題，微機保護的抗干擾性能較差，對講機和其他無線通信設(shè)備在保護屏附近使用，會導(dǎo)致一些邏輯元件誤動 作。微機保護裝置的集成度高，布線緊密。長期運行后，由于靜電作用使插件的接線焊點周圍聚集大量靜電塵埃，可使兩焊點之間形成了導(dǎo)電通道，從而引起繼電保護故障的發(fā)生。 西南交通大學(xué)暑期實習(xí)報告 8 第 二 章 牽引變電所 第一節(jié) 二次設(shè)備電路概述 一、二次接線電路圖