《电力系统基础知识》课件

电力系统基础知识本课程将深入探讨电力系统工程的基本原理与核心概念，涵盖从发电到用电的完整流程我们将系统介绍发电、输电、变电、配电及用电各环节的技术特点与设备构成，为您奠定扎实的电力系统专业基础课程内容包括电力系统的基本组成、各类发电厂的工作原理、变电站设备与接线方式、输配电线路特性、电力系统一次设备与二次设备的工作原理，以及现代电力系统自动化技术的应用，帮助您全面理解现代电力系统的运行机制与技术发展趋势课程大纲基础概念学习电力系统基本概念与组成了解电力系统的定义、范围及主要特点发电与变电知识发电厂基础知识变电站基础知识输配电技术输配电线路基础电力系统一次设备自动化系统电力系统二次设备电力系统自动化本课程将系统地介绍电力系统的各个方面，从基本概念到具体设备，再到现代自动化技术我们将按照电能从产生到使用的全过程顺序进行讲解，帮助您建立完整的电力系统知识框架第一章电力系统基本概念与组成电力系统定义与范围了解电力系统的基本定义、构成要素与技术边界，明确电力系统的主要功能与作用范围电力系统的发展历史回顾电力系统从早期孤立发电系统到现代大电网的演变历程，了解电力技术的重大突破与发展阶段现代电力系统特点分析现代电力系统的主要特征，包括大容量、高电压、长距离、高可靠性以及智能化等关键特点电力系统是现代社会的基础设施，它的发展经历了从简单到复杂、从小规模到大规模的演变过程了解电力系统的基本概念和组成是学习后续内容的基础，也是理解整个电力行业的关键什么是电力系统？

1.1电力系统的定义电力网的概念电力系统是由发电厂电气部分、变电所、输配电线路及用电设备电力网是指由各种电压等级的变电所及输配电线路组成的统一体，组成的统一整体，是一个生产、传输、分配和使用电能的完整系是电力系统中的传输与分配部分统电力网按照功能和电压等级形成多层次结构，构成了电能传输的这一系统实现了电能的高效转换与传输，将各种一次能源转化为高速公路系统，保障电能的安全、经济、可靠传输便于使用的电能，并输送到千家万户电力系统的基本功能包括电能的生产、传输、分配和使用，这四个环节紧密相连，形成一个完整的闭环电力系统的各个部分相互影响、相互制约，共同保障电力的稳定供应和电能质量电力系统的基本组成

1.2发电厂将一次能源转换为电能的场所输电线路远距离输送大容量电能的通道变电站改变电压等级、分配电能的枢纽配电网络向终端用户分配电能的网络用电设备消耗电能的各类电气设备电力系统是一个有机整体，各部分协调运行发电厂是电能的源头，将各种一次能源转换为电能；输电线路负责远距离传输高压电能；变电站调整电压等级并分配电能；配电网络将电能送至各类用户；用电设备最终消耗电能并转化为所需的其他能源形式电力系统的分级

1.3特高压交流±直流1000kV/800kV超高压750kV/500kV/330kV高压220kV/110kV/66kV/35kV中低压410kV/

0.4kV电力系统按照电压等级可分为特高压、超高压、高压、中压和低压系统中国电网的电压等级主要有、、、、1000kV750kV500kV330kV、、、和等根据功能可将电网分为主干网、区域网、配电网和微网，形成层次分明的电力传输与分配体系220kV110kV35kV10kV

0.4kV电力系统的运行特点

1.4发电量与用电量实时平衡电力潮流自动分配电力系统中发电量必须时刻与用电量电力系统中的电能流动遵循物理规律保持平衡，这是电力系统运行的基本自动分配，电流按照最小阻抗路径流要求由于电能难以大规模储存，系动这种特性使电力系统的运行具有统必须根据负荷变化实时调整发电出自动性，但也增加了系统控制的复杂力，保持系统频率稳定性系统频率统一互联电力系统中的所有发电机同步运行，系统频率必须保持一致（通常为或50Hz）频率是电力系统稳定运行的重要指标，反映系统有功平衡状态60Hz电力系统的运行具有实时性、整体性和复杂性的特点系统中的电能不可大量储存，必须在发电、输送和使用之间保持实时平衡三相交流电力系统是目前世界各国普遍采用的电力系统形式，具有传输效率高、变压简便等优点第二章发电厂基础知识发电厂分类主要设备根据能源类型和发电原理，发发电厂的主要设备包括原动机电厂可分为火力发电厂、水力（如汽轮机、水轮机）、发电发电厂、核能发电厂和新能源机、变压器以及各种辅助系统，发电厂等多种类型，各具特色共同完成能量转换和电能输出和应用条件电气接线方式发电厂内部采用不同的电气接线方式，如单母线、双母线、桥形接线等，以满足安全性、可靠性和经济性的要求发电厂是电力系统的源头，将各种一次能源转换为电能不同类型的发电厂有着各自的工作原理和技术特点，其设计和运行必须考虑能源利用效率、环境影响、经济性和系统安全等多方面因素本章将详细介绍各类发电厂的基本构成和工作原理发电厂分类

2.1火力发电厂水力发电厂煤电燃煤发电，容量大水库式调节能力强••气电燃气轮机，启动快径流式受自然水流影响大••燃油电厂成本高，灵活性好抽水蓄能调峰能力强••新能源发电核能发电厂风电风能转化为电能压水堆主流技术路线••光伏太阳能直接发电沸水堆结构相对简单••生物质能可再生能源安全性要求极高••发电厂按照能源类型可分为多种类型火力发电厂利用化石燃料的燃烧热能发电，目前仍是我国主要电源；水力发电厂利用水势能发电，是重要的清洁能源；核能发电厂利用核裂变反应释放的热能发电，具有高效率、低排放的特点；新能源发电包括风电、光伏等，是未来电力系统的重要发展方向火力发电厂工作原理

2.2锅炉将燃料（煤、天然气、燃油）的化学能转换为热能，产生高温高压蒸汽汽轮机利用蒸汽的热能推动汽轮机旋转，将热能转换为机械能发电机将汽轮机的机械能转换为电能，输出至电网环保设施脱硫、脱硝、除尘装置处理排放物，减少环境污染火力发电厂的工作原理是通过燃料燃烧产生的热能加热水生成蒸汽，蒸汽推动汽轮机旋转，带动发电机发电现代火电厂的热效率通常为，剩余的热能以冷却水或烟气形30%-45%式排放为减少环境污染，火电厂配备了脱硫、脱硝、除尘等环保设施，有效控制二氧化硫、氮氧化物和烟尘的排放水力发电厂工作原理

2.3水轮机类型与原理调节与储能功能水轮机是水力发电厂的核心设备，根据水能利用方式可分为冲击水力发电厂除了发电外，还具有重要的调节功能式和反动式两大类调节水库通过蓄水和放水，调节发电出力，适应负荷变化•冲击式水轮机如冲击式水轮机，适用于高水头、小流量条件•抽水蓄能利用低谷电力将水抽至高处蓄能，高峰时段放水发电•反动式水轮机如弗朗西斯式、轴流式水轮机，适用于中低•抽水蓄能电站是电力系统中重要的调峰设施，能够提高系统的灵水头条件活性和稳定性，为大规模可再生能源并网提供支撑水轮机通过水流冲击或反作用力带动转轴旋转，将水能转换为机械能水力发电厂利用水位落差产生的水能转换为电能，是一种清洁可再生的发电方式水轮机将水能转换为机械能，再通过发电机将机械能转换为电能水力发电的优点是无污染、可再生、调节能力强，但受地理条件和气候影响较大核能发电厂工作原理

2.4核反应堆核反应堆是核电站的核心，通过铀等裂变材料的核裂变反应释放大量热能控-235制棒调节裂变反应速率，确保反应堆安全稳定运行反应堆内的核燃料通常可使用年才需要更换3-5热能传递系统反应堆产生的热能通过冷却剂（通常是水或重水）传递到蒸汽发生器在压水堆核电站中，一回路水在高压下不沸腾，在蒸汽发生器中将热能传递给二回路水，产生蒸汽这种设计形成了放射性物质的第二道屏障发电系统蒸汽推动汽轮机旋转，带动发电机发电，与常规火电厂的后半部分基本相同汽轮机排出的蒸汽在冷凝器中冷凝为水，再经给水泵送回蒸汽发生器，形成封闭循环核电站的热效率通常在之间32%-38%核能发电厂采用多重安全屏障设计，包括燃料包壳、反应堆压力容器、安全壳等，形成纵深防御体系安全系统包括紧急停堆系统、应急堆芯冷却系统、安全壳喷淋系统等，能够应对各种假想事故现代核电站具有高度自动化的监测和控制系统，确保反应堆在各种工况下安全运行新能源发电原理

2.5风力发电光伏发电风力发电机组通过风轮捕获风能，带动发电机转动发电现代风电机组主要采用光伏发电基于光电效应，当光照射到半导体材料（如硅）上时，产生电子空穴-水平轴三叶片结构，通过变桨距控制和偏航系统适应不同风况随着技术进步，对，形成电流光伏组件由多个电池片串并联组成，通过逆变器将直流电转换为单机容量已达到以上，海上风电成为重要发展方向交流电接入电网光伏发电具有无噪音、无污染的特点，但受天气和昼夜影响较10MW大除风能和太阳能外，生物质能发电通过燃烧或气化生物质材料产生热能或可燃气体发电；地热发电利用地下热能加热工质产生蒸汽发电新能源发电的共同特点是低碳环保，但普遍存在间歇性和波动性，需要配合储能技术或常规电源共同使用，才能确保电力系统的安全稳定运行发电厂电气主接线

2.6单母线接线双母线接线桥形接线结构简单，投资少，具有两组母线，可靠由两组断路器和隔离但可靠性较低适用性高，检修灵活适开关组成桥形结构，于小型发电厂或对可用于中大型发电厂，可靠性高，检修方便，靠性要求不高的场合可在不中断运行的情但设备投资较大检修母线时需要全站况下检修任一母线停电环形接线各元件之间形成闭合环路，可靠性高，但操作复杂适用于重要电源点发电厂电气主接线是发电机组与系统连接的关键环节，影响着发电厂的可靠性和经济性主变压器将发电机端电压升高至输电电压，以便远距离输送；厂用变压器为电厂内部负荷供电接线方式的选择需要综合考虑发电厂规模、重要性、投资和运行维护等因素发电机组主要设备

2.7发电机主变压器定子固定部分，包含定子铁芯和定子绕组升压变压器将发电机电压升至输电电压••转子旋转部分，包含转子铁芯和转子容量与发电机容量匹配••绕组连接组别通常为或•Yn,d11Yn,d1励磁系统为转子提供直流励磁电流•冷却方式油浸式自冷或强油循环风冷•冷却系统水冷、氢冷或空冷•厂用电系统厂用变压器为厂内设备供电•厂用配电装置配电柜、母线槽等•应急电源柴油发电机组或蓄电池•不间断电源为重要负荷供电•发电机组的主要设备还包括各种开关设备，如断路器、隔离开关和接地开关等，用于控制电路的接通与断开避雷器用于防止雷电和操作过电压对设备的损害这些设备共同构成了发电厂的电气系统，确保电能的安全生产和传输现代发电厂设备高度自动化，通过电站自动化系统实现监控和保护第三章变电站基础知识变电站类型与功能主要设备了解各类变电站的作用和特点变压器、开关设备等核心设备安全运行与保护一次系统接线方式保障变电站安全稳定的关键措施3各种主接线方式的特点与应用变电站是电力系统中的重要枢纽，担负着改变电压等级、分配电能、控制电力潮流等多种功能本章将系统介绍变电站的类型与功能、主要设备、一次系统接线方式等基础知识，帮助学习者全面了解变电站的构成和工作原理变电站的安全稳定运行对整个电力系统的可靠性至关重要变电站的类型与功能

3.1按电压等级分类按用途与安装方式分类变电站按电压等级可分为特高压、超高压、高压和中压变电站变电站按用途可分为特高压变电站及以上枢纽变电站电网中的关键节点•1000kV•超高压变电站区域变电站为特定区域供电•500kV/750kV•高压变电站用户变电站专为大用户服务•220kV/110kV•中压变电站及以下•35kV按安装方式可分为电压等级越高，变电站规模通常越大，设备要求越高户外变电站设备安装在露天•户内变电站设备安装在建筑物内•地下变电站设备安装在地下•变电站还可按是否有人值守分为有人值守变电站和无人值守变电站现代变电站越来越趋向于无人值守自动化运行，通过远程监控系统实现集中管理各类变电站虽然在规模、设备和功能上有所差异，但基本原理和主要设备构成相似，共同承担着电力系统中电压转换和电能分配的重要任务变电站主要设备

3.2变压器主变压器是变电站的核心设备，用于改变电压等级；站用变压器为变电站内部设备供电主变压器容量从几千到几百不等，冷却方式包括油浸自冷、强油循环风冷、强油循环水冷等kVA MVA开关设备开关设备包括断路器和隔离开关断路器能够在负载和短路状态下切断电路；隔离开关在无负荷状态下隔离电路，形成可见断开点现代变电站广泛采用断路器和真空断路器SF6测量与保护设备电流互感器和电压互感器为测量和保护装置提供电流和电压信号避雷器保护设备免受雷电和操作过电压的损害继电保护装置在系统发生故障时快速切除故障设备，防止故障扩大无功补偿设备无功补偿设备包括电容器、电抗器、静止无功补偿器等，用于调节系统无功功率平衡，改善电压质量现代变电站越来越多地采用基于电力电子技术的先进无功补偿装置变电站设备的选择需要考虑电压等级、容量、短路电流水平等因素随着技术发展，设备向小型化、智能化、环保化方向发展，（气体绝缘金属封闭开关设备）和智能化设备在现代变电站中应用越来越广泛GIS变电站的一次接线

（一）

3.3单母线接线双母线接线单母线接线是最简单的接线方双母线接线具有两条完全相同式，所有设备都连接到同一条的母线，各回路可以接在任一母线上这种接线方式投资少，母线上这种接线方式可靠性操作简单，但可靠性较低当高，检修灵活，允许在不中断母线需要检修时，整个变电站供电的情况下检修任一母线必须停电主要适用于负荷不主要适用于供电可靠性要求较重要、暂时停电影响不大的小高的中型变电站母线联络断型变电站路器实现两条母线之间的连接与分离单母线分段接线在单母线的基础上增加了分段断路器，提高了可靠性当一段母线发生故障时，只影响该段所连接的设备，其他段可以正常运行双母线分段接线则在双母线的基础上对两条母线都进行了分段，进一步提高了系统的灵活性和可靠性，适用于较大型的变电站变电站的一次接线

（二）

3.4桥形接线由四台断路器组成桥形结构，可靠性高，检修方便，但设备投资较大环形接线中断路器和母线形成闭合环路，每条线路或变压器有两个断路器相连，可靠性高但操作复杂断路器接线中，每两回线路共用三台断路器，即每回线路平均使用台1+1/

21.5断路器，具有很高的可靠性和灵活性，适用于特高压和超高压变电站主变压器

3.5300MVA变压器容量大型变电站主变容量可达数百MVA12%阻抗电压典型大型变压器的阻抗电压值±8%调压范围有载调压器的典型调节范围3相数大多数电力系统采用三相变压器主变压器是变电站的核心设备，可以是三相一体的三相变压器，也可以由三台单相变压器组成三相变压器组变压器容量根据负荷需求确定，冷却方式随容量增大而逐渐复杂，从自然冷却发展到强制油循环水冷却阻抗电压是变压器的重要参数，影响短路电流和并联运行特性变压器调压装置分为有载调压和无载调压两种，有载调压可在不停电的情况下调节电压变压器的连接组别表示绕组连接方式和相位关系，如表示高压侧Yn,d11星形接地，低压侧三角形连接，低压侧电压超前高压侧°30变电站中性点接地方式

3.6直接接地方式经电阻接地方式变压器中性点直接与地相连，无任何阻抗这种方式故障电流大，中性点通过电阻接地，限制接地电流在几十到几百安培这种方保护装置动作灵敏，但对设备绝缘要求高适用于高电压等级系式既限制了故障电流，又保证了保护装置的灵敏度适用于中电统（及以上）单相接地时会产生较大的接地电流，一压等级系统（如系统）这种方式兼顾了直接接地和不接110kV10kV般需要立即跳闸处理地的优点，在工业企业配电系统中应用广泛经消弧线圈接地方式中，中性点通过可调谐的电感（消弧线圈）接地，使电容电流与电感电流互相抵消，限制接地点电弧电流，适用于架空线路为主的系统不接地方式中，中性点与地完全绝缘，单相接地时故障电流很小，系统可以继续运行，但存在过电压风险，适用于一些特殊的小容量系统各种接地方式的选择需要综合考虑系统电压等级、短路电流水平、供电可靠性要求等因素第四章输配电线路基础输电线路类型架空线与电缆输电线路参数了解各种电压等级和结构形式的输电线掌握架空线路和电缆线路的基本构成和理解电阻、电感、电容等电气参数的物路特点与应用场合主要部件理意义和计算方法输配电线路是电力系统中连接发电厂、变电站和用户的纽带，承担着电能传输的重要任务本章将详细介绍输电线路的分类、架空线和电缆的基本构成，以及输电线路电气参数的基本概念这些知识对于理解电力系统的传输特性和进行电力系统分析计算至关重要输电线路分类

4.1按电压等级分类按结构形式分类输电线路按电压等级可分为特高压输电线路按结构形式可分为架空线（及以上）、超高压路、电缆线路和架空电缆混合线路1000kV（）、高压架空线路造价低但占地面积大；电500kV/750kV（）、中缆线路占地少但造价高；混合线路110kV/220kV/330kV压（）和低压则在特定地段采用不同形式，兼顾10kV/35kV（）线路电压等级越高，技术和经济要求

0.4kV输电容量越大，输电距离越远，但投资也越高按电流类型分类输电线路按电流类型可分为交流输电线路和直流输电线路交流输电是目前的主流方式；直流输电则适用于远距离大容量输电、异步电网互联和海底电缆输电等特殊场合，具有输电损耗小、不存在稳定问题等优点输电线路按输电回路可分为单回线路、双回线路和多回线路单回线路结构简单但可靠性低；双回线路在一基杆塔上架设两回线路，可靠性高；多回线路则在需要较大输电容量或可靠性要求极高的场合采用线路形式的选择需要综合考虑技术要求、经济条件和环境因素架空输电线路基本构成

4.2杆塔导线支撑导线的构架，包括直线杆、转角杆、终端杆等传输电流的金属导体，常用铝绞线或钢芯铝绞线绝缘子电气绝缘部件，有悬式、针式、柱式等多种形式基础金具支撑杆塔的地下部分，确保结构稳定连接导线、绝缘子和杆塔的各种附件架空输电线路的导线主要使用铝绞线（）、钢芯铝绞线（）等，根据电压等级和输送容量选择不同截面杆塔按材料可分AAC ACSR为钢筋混凝土杆塔和铁塔，按用途可分为直线杆、转角杆、终端杆等绝缘子用于电气绝缘，根据电压等级和环境条件选择不同类型和数量金具是连接各部件的重要部件，包括悬垂线夹、耐张线夹、连接金具等基础则为整个结构提供稳定支撑，常用混凝土基础或岩石基础电缆输电线路基本构成

4.3导体通常采用铜导体或铝导体绝缘层2交联聚乙烯、油纸等材料屏蔽层金属屏蔽，均匀电场并防护外护层防腐蚀、防潮的保护层电力电缆由多层结构组成，从内到外依次为导体、绝缘层、屏蔽层和外护层导体主要使用铜导体或铝导体，通常为多股绞合结构以提高柔韧性绝缘层是电缆的关键部分，现代电缆多采用交联聚乙烯（）绝缘，具有优良的电气和机械性能屏蔽层包括导体屏蔽和绝缘屏蔽，用于均匀电场分布外XLPE护层保护电缆免受机械损伤和环境侵蚀电缆敷设方式包括直埋、管道、隧道和架空等，根据工程条件和环境要求选择合适的敷设方式输电线路电气参数

4.4配电网络基本构成

4.5配电变压器配电线路配电变压器是配电网络的关键配电线路是配电网的骨10kV设备，将中压降至干，采用架空线或电缆形式10kV低压供用户使用城市架空线常用铝绞线，杆塔为混

0.4kV配电多采用油浸式变压器和干凝土杆或钢管杆；电缆多采用式变压器，容量从数十交联聚乙烯绝缘电缆，铜芯或kVA到数千不等变压器连铝芯低压配电网采用kVA

0.4kV接方式通常采用，即三相四线制，三相线和零线共Dyn11高压侧三角形连接，低压侧星同架设，直接向终端用户供电形接地，低压超前高压°30配电网络的接线方式包括放射式、环网式和网状式放射式接线简单经济但可靠性低；环网式接线形成闭环但平时开环运行，当一段线路故障时可快速恢复供电；网状式接线可靠性高但控制复杂，主要用于城市中心区用户接入方式包括一户一表直接接入和集中抄表系统，现代配电网越来越多地采用智能电表和自动抄表系统，提高管理效率第五章电力系统一次设备简介开关设备互感器设备开关设备是电力系统中控制电流通断的互感器是电力系统中的测量和保护设备，重要设备，包括断路器、隔离开关、负包括电流互感器和电压互感器它们将荷开关等这些设备在系统正常运行和高电压、大电流转换为标准的低电压、故障状态下承担不同的功能，保障电力小电流信号，供测量仪表和保护装置使系统的安全可靠运行用无功补偿设备无功补偿设备用于调节系统无功功率平衡，改善电压质量，包括电容器、电抗器、静止无功补偿器等随着电力电子技术的发展，无功补偿设备越来越智能化和高效化电力系统一次设备直接参与电能生产、传输和分配过程，是电力系统的基础设施除了上述主要设备外，还包括避雷器、母线、接地装置等辅助设备了解这些设备的基本原理和性能特点，对于理解电力系统的运行机制和安全保障措施至关重要断路器

5.1断路器的功能与分类断路器的技术参数与操作断路器是电力系统中最重要的保护设备，能够在正常和故障状态断路器的主要技术参数包括下通断电流按灭弧介质可分为额定电压断路器能够长期承受的最高电压•油断路器利用油作为灭弧介质，结构简单但维护工作量大•额定电流断路器能够长期通过的最大电流•空气断路器利用压缩空气吹弧灭弧，适用于中低压系统•额定短路开断电流断路器能够安全开断的最大短路电流•六氟化硫断路器利用气体灭弧，目前高压系统主流产品•SF6断路器操作机构主要有真空断路器在真空环境中灭弧，广泛应用于中压系统•弹簧操作利用弹簧储能，常用于各类断路器•液压操作利用液压系统提供动力，响应快速•电磁操作利用电磁铁产生的电磁力操作，结构简单•断路器的选择需要考虑电压等级、容量、短路电流水平等因素随着技术的发展，断路器向小型化、智能化、环保化方向发展六氟化硫断路器由于其优良的灭弧性能和可靠性，成为高压系统的主要选择；而真空断路器因其维护简单、使用寿命长等优点，在中压系统中得到广泛应用隔离开关与负荷开关

5.2隔离开关负荷开关隔离开关是用于无负荷状态下负荷开关能够在额定负荷电流隔离电路的开关设备，提供可下通断电路，但不能开断短路见的断开点，确保检修人员的电流它主要用于中低压配电安全隔离开关不具备灭弧能系统中切换负荷，或作为不需力，只能在断路器断开后操作，要频繁操作的开关点负荷开或在无电流流过时操作根据关通常具有简单的灭弧装置，安装方式可分为水平旋转式、如灭弧罩或小型灭弧室，能够垂直旋转式和垂直提升式等有效处理负荷电流断开时产生的电弧在操作顺序上，合闸时应先合隔离开关，再合断路器；分闸时应先分断路器，再分隔离开关为防止误操作，变电站中通常设置机械联锁和电气联锁装置机械联锁通过机械结构限制错误操作；电气联锁则通过控制回路实现互锁，防止误操作发生这些联锁装置是保障变电站安全运行的重要措施电流互感器

5.3工作原理电流互感器基于电磁感应原理，将一次侧大电流按比例变换为二次侧小电流，供测量和保护装置使用理想情况下，二次电流与一次电流成反比例关系，相位相差°180准确级别电流互感器按用途分为测量级和保护级测量级通常为级、级等，要求在额定电流附近误差小；保护级如、等，要求在较大电流下仍能保持线性特性CT

0.

20.5CT5P1010P10铁磁谐振防范电流互感器可能发生铁磁谐振，导致二次侧出现高电压危及设备安全防范措施包括选用合适的、避免开路运行、安装阻尼装置等CT CT二次绕组连接二次绕组需正确选择连接方式，如星形、三角形等，并确保极性正确，防止保护装置误动作二次侧必须可靠接地，保障人身和设备安全电流互感器的二次绕组严禁开路，否则会产生高电压危及人身和设备安全二次回路必须一点接地，防止绝缘击穿时对人身造成伤害电流互感器的选择需考虑额定电流、变比、准确级别、热稳定性和动稳定性等因素，确保在各种工况下可靠工作现代电力系统中，电子式电流互感器和光电流互感器等新型设备开始应用，具有更高的精度和更好的线性特性电压互感器

5.4工作原理与变比关系准确级与应用场合电压互感器是一种特殊的变压器，将电压互感器按准确级分为测量级高电压按比例变换为标准的低电压（级、级等）和保护级（、

0.

20.53P（通常为或），供等）测量级用于电能计量和100V100/√3V6P PT测量和保护装置使用理想情况下，精确测量，要求误差小；保护级用PT二次电压与一次电压成正比例关系，于继电保护系统，要求在电压异常时相位基本一致或有固定偏差仍能正确反映系统状态接线方式与应用电压互感器的常用接线方式包括星形接线和开三角接线星形接线用于测量相电压和线电压；开三角接线主要用于检测系统中的零序电压，判断单相接地故障不同接线方式适用于不同的系统接地方式和保护需求电压互感器也可能发生铁磁谐振，尤其是在中性点非直接接地系统中防范措施包括选用合适的、安装阻尼电阻或消谐装置等电压互感器的二次回路必须一点接地，通常在二次侧PT中性点接地，确保安全现代电力系统中，电容式电压互感器和电子式电压互感器得到广泛应用，具有体积小、精度高等优点在数字化变电站中，传统互感器正逐步被新型电子式或光电式互感器取代避雷器与无功补偿设备

5.5金属氧化物避雷器电容器电抗器现代电力系统主要采用金属氧化物电力电容器用于系统无功补偿，提电抗器分为并联电抗器和串联电抗避雷器（），其核心元件是高功率因数，改善电压质量它可器并联电抗器用于吸收系统多余MOA氧化锌非线性电阻片这种避雷器以并联接入系统，也可以串联使用的容性无功功率，防止电压过高；在正常电压下呈高阻态，过电压时以补偿线路感抗电容器组通常配串联电抗器用于限制短路电流或抑瞬间变为低阻态导通电流，保护设备放电电阻和保护装置，确保安全制谐波干式电抗器和油浸式电抗备免受雷电和操作过电压损害运行器是两种常见类型现代无功补偿装置静止无功补偿器（）和静止同SVC步补偿器（）是基于电STATCOM力电子技术的现代无功补偿装置，能够快速、连续地调节无功功率，提高系统稳定性和电能质量电力电子技术在无功补偿领域的应用日益广泛，柔性交流输电（）设备如统一潮流控制器（）、FACTS UPFC动态电压恢复器（）等为电力系统提供了更灵活、更高效的无功控制手段这些设备能够实现无功功率的DVR动态、连续调节，对提高电力系统的输电能力和稳定性具有重要意义随着智能电网建设的推进，这些先进设备将得到更广泛的应用第六章变电站的二次接线二次接线的基本概念了解二次系统的基础知识二次回路的构成2掌握各类二次回路的功能和特点绘图标准与规范学习二次接线图的绘制方法和要求变电站的二次接线是连接一次设备与控制保护装置的纽带，是实现监测、控制、保护和信号功能的重要组成部分本章将系统介绍二次接线的基本概念、各类二次回路的构成及其功能，以及二次接线图的绘制标准和规范了解这些知识对于理解变电站自动化系统的工作原理和进行变电站设计至关重要二次接线的基本概念

6.1一次系统与二次系统的关系二次回路的构成变电站由一次系统和二次系统组成二次回路按功能可分为一次系统直接参与电能转换和传输的设备，如变压器、断控制回路用于操作断路器、隔离开关等一次设备••路器、母线等保护回路检测系统故障并发出跳闸命令•二次系统对一次设备进行监测、控制和保护的系统，如继•信号回路显示设备状态和故障信息•电保护、自动控制、测量仪表等测量回路测量电压、电流、功率等电气参数•二次系统通过互感器获取一次系统的电气参数，通过控制回路操二次系统采用不同的接线方式连接各类设备，形成完整的控制、作一次设备，是变电站安全稳定运行的关键保护和测量系统二次回路的安全要求十分严格，必须保证绝缘可靠、接地良好、防误动作二次回路电压通常为交流、或直流、100V220V110V，电流多为或随着技术发展，传统电磁式继电器逐渐被微机保护装置取代，模拟信号传输也向数字化方向发展，但基220V5A1A本原理和安全要求仍然适用控制回路

6.2断路器控制回路隔离开关控制回路本地控制通过断路器操作柜或控制屏上电动操作方式通过电动机驱动机构带动••的按钮直接操作隔离开关旋转远程控制通过远方控制系统发出指令操作限位开关检测隔离开关位置并停止电机••运行控制电源通常采用直流电源（如•110V或），确保可靠性操作条件必须在无负荷状态下操作220V•控制逻辑包含操作条件判断、连锁保护联锁装置防止带负荷操作隔离开关••等功能联锁控制回路电气联锁通过辅助触点和继电器实现逻辑控制•机械联锁通过机械结构限制错误操作顺序•软件联锁在自动化系统中通过程序实现联锁功能•五防联锁防止误分、误合、误入、误触、误冒•事故信号回路是变电站安全运行的重要组成部分，当设备发生故障时，通过声光报警提醒运行人员，并通过指示灯或屏幕显示故障位置和类型信号回路包括事故信号和运行信号两大类，前者指示设备异常或保护动作情况，后者指示设备正常运行状态现代变电站自动化系统集成了控制、信号和保护功能，通过通信网络实现信息共享和集中管理测量回路

6.3测量回路是变电站获取电气参数的重要途径电压测量回路通过电压互感器获取相电压或线电压信号，供电压表、保护装置和自动装置使用电流测量回路通过电流互感器获取相电流或零序电流信号，用于电流监测和过电流保护功率测量回路则结合电压和电流信号，测量有功功率和无功功率，计算功率因数频率测量回路监测系统频率，是电力系统稳定运行的重要指标现代变电站中，模拟仪表逐渐被数字仪表和多功能测量装置取代，通过一台设备可同时测量多种电气参数这些装置通过通信接口与变电站自动化系统连接，实现数据共享和远程监测测量回路的准确性和可靠性直接影响系统运行和保护的可靠性，因此必须严格按规范设计和安装保护回路

6.4距离保护过电流保护基于阻抗测量，具有选择性跳闸能力检测电流超过设定值，提供过负荷和短路保护1差动保护比较进出电流差值，灵敏检测内部故障低电压低频保护/方向保护防止系统崩溃，实现有序减负荷判断功率流向，选择性切除故障过电流保护是最基本的保护形式，包括瞬时过电流保护和定时限过电流保护，用于线路和变压器的过负荷和短路保护距离保护根据测量的阻抗值判断故障位置，具有较好的选择性，广泛应用于输电线路保护差动保护比较被保护设备两端的电流，当差值超过设定值时动作，是变压器、母线和重要线路的主保护方向保护根据功率流向判断故障方向，在环网系统中尤为重要低压保护和低频保护在系统电压或频率异常时动作，实现有序减负荷，防止系统崩溃现代微机保护装置集成了多种保护功能，通过软件设置实现灵活配置，具有自诊断、故障录波等先进功能二次回路图绘制规范

6.5电气符号标准二次回路图类型二次回路图使用标准电气符号表示各类元件和连接关系这些符号遵循国家标准（如二次回路图主要包括原理图和接线图两种类型原理图重点表达电路的功能和逻辑关系，系列标准），包括继电器、开关、按钮、指示灯等元件的图形符号标准不考虑元件的实际位置；接线图则详细标明各元件的端子和连线方式，用于实际安装接GB/T4728符号使图纸具有统一性和可读性，便于不同单位之间的交流和理解线此外，还有端子排布置图、电缆表等辅助图纸，共同构成完整的二次设计文件标注方法方面，二次回路图需要清晰标明设备名称、型号、端子号、电缆型号和截面等信息图纸编号遵循统一的编码规则，便于管理和查询现代电子绘图软件如、AutoCAD等广泛应用于二次回路图的绘制，提高了绘图效率和准确性标准化的图纸管理系统对图纸进行分类存档，确保设计、施工和运维各环节的信息一致性EPLAN第七章变电站综合自动化简介变电站自动化系统构成主要功能变电站自动化系统由站控层、间系统集成了监视、控制、保护、隔层和过程层三个层次组成，通测量、记录等多种功能，可实现过通信网络连接各类智能设备，无人值守运行，提高变电站的运实现信息共享和协调控制行效率和可靠性技术特点采用先进的计算机技术、通信技术和网络技术，具有高度集成化、标准化和互操作性的特点，代表了现代电力系统自动化的发展方向变电站综合自动化是现代电力系统不可或缺的组成部分，它将传统的电力二次设备与现代信息技术紧密结合，形成智能化的监控和保护系统本章将介绍变电站自动化系统的基本概念、系统构成、主要功能和技术特点，帮助学习者了解现代变电站的运行管理模式和发展趋势变电站综合自动化系统概述

7.1站控层站控计算机、操作员工作站、网关设备间隔层2保护测控装置、智能控制器过程层智能终端、合并单元、开关量采集变电站综合自动化系统是现代变电站的大脑和神经系统，从世纪年代开始发展，经历了多次技术更新换代系统采用层次化结构，由站控2080层、间隔层和过程层组成站控层是系统的控制中心，负责人机交互和系统协调；间隔层由各种智能电子设备组成，执行保护和控制功能；过程层直接与一次设备接口，采集电气量和状态量系统通过通信网络连接各层设备，常用协议包括、、等现代变电站自动化系统广泛采用标准，实现设IEC61850Modbus DNP

3.0IEC61850备互操作和信息模型统一系统组成设备包括站控计算机、保护测控装置、智能终端、网络交换机等，形成完整的监控和保护体系变电站综合自动化系统主要功能

7.2监视控制功能保护功能测量功能通过遥测、遥信、遥控实集成各种继电保护功能，准确测量系统的电压、电现对变电站设备的实时监如线路保护、变压器保护、流、功率、电能等参数，视和远程控制，包括电压、母线保护等，在系统发生提供数据显示和记录，支电流、功率等参数的采集故障时快速切除故障设备，持电能计量和电能质量分和断路器、隔离开关等设防止故障扩大和连锁反应析，为运行管理提供依据备的操作故障记录与分析记录系统故障信息和动作过程，包括故障波形记录、顺序事件记录和故障定位，辅助运行人员进行故障分析和处理变电站自动化系统还具有通信与远动功能，通过标准通信接口与调度自动化系统连接，实现信息上传和指令下达系统支持自诊断功能，能够监测自身设备状态，及时发现异常并报警随着技术发展，变电站自动化系统正逐步融合设备状态监测、资产管理等先进功能，向智能化方向发展数字化变电站

7.3数字化变电站的概念与特点数字化变电站是传统变电站的升级版本，其特点是将模拟信息在源头进行数字化，通过数字网络传输和处理这种变电站大幅减少了二次电缆，提高了系统可靠性和灵活性，降低了运维成本数字化变电站是智能电网的关键组成部分，代表了变电技术的发展方向关键技术与设备数字化变电站的关键技术包括电子式互感器、过程层网络和通信标准电子式IEC61850互感器（）或合并式互感器取代传统电磁式互感器，将模拟量转换为数字信号ECT/EVT过程层网络采用高性能交换机和光纤通信，确保实时性和可靠性智能电子设备（）集IED成多种功能，通过标准接口互联互通发展趋势与应用数字化变电站正在全球范围内推广应用，中国在特高压和超高压领域已建成多座示范工程未来发展趋势包括设备进一步小型化和集成化；通信网络性能提升；资产管理和状态监测融合；人工智能技术应用等随着技术成熟和成本降低，数字化技术将向中低压变电站推广标准是数字化变电站的技术基础，它定义了变电站自动化系统的通信协议和信息模型，IEC61850实现了设备互操作性该标准支持（通用面向对象变电站事件）、（采样值）等先进通GOOSE SMV信机制，使保护和控制信息能够快速可靠地传输已成为全球变电站自动化系统的主流IEC61850标准，为智能电网建设提供了技术支撑变电站监控系统

7.4系统功能与构成人机界面与数据管理SCADA（数据采集与监视控制）系统是变电站监控的核心，主变电站监控系统提供友好的人机界面，包括SCADA要功能包括图形显示一次系统图、设备状态图等•数据采集采集一次设备的状态量和模拟量•操作界面设备控制、参数设置等•远程控制实现对断路器、隔离开关等设备的操作•报警界面事故信号和告警信息显示•状态监视监视设备运行状态和电气参数•趋势曲线电压、电流等参数变化趋势•报警处理及时发现并处理系统异常•系统对历史数据进行存储和处理，支持数据查询、统计分析和报系统由服务器、工作站、通信前置机和网络设备组成，采用冗余表生成，为运行管理提供数据支持系统诊断功能可监测硬件和配置提高可靠性软件状态，确保系统可靠运行现代变电站监控系统正向集成化和智能化方向发展，与保护系统、通信系统、视频监控等紧密集成，形成综合性的信息管理平台系统采用先进的计算机技术和网络技术，如分布式架构、冗余备份、网络安全等，保障系统高可用性随着大数据、云计算和人工智能技术的应用，变电站监控系统将具备更强的数据分析和决策支持能力第八章配电管理系统DMS配电管理系统概述功能模块了解的定义、发展历程和主要功能学习的各个功能模块及其应用DMS DMS2系统组网结构掌握的层次结构和通信网络DMS配电管理系统（）是电力系统自动化的重要组成部分，专门用于配电网的监控、分析和管理本章将系统介绍的基本概念、系统架构和主要功能，DMS DMS帮助学习者了解现代配电网络的自动化管理方式随着智能电网建设的推进，正发挥着越来越重要的作用，成为提高配电网可靠性和效率的关键技术DMS配电管理系统概述

8.1配电管理系统的定义与组成系统的主要功能配电管理系统（的主要功能包括配电网监控，实时Distribution DMS）是专门掌握设备状态和运行参数；配电网分析，Management System,DMS用于配电网监控和管理的自动化系统，覆进行潮流计算、故障分析和可靠性评估；盖从变电站出线开关到用户电表的整个配配电网管理，优化网络运行，提高供电可电网络系统由主站系统、通信网络和配靠性和经济性这些功能共同构成了配电电终端设备组成，实现对配电网的实时监网智能化管理的基础控、故障处理和优化运行系统接口与集成与其他系统如（监控与数据采集）、（地理信息系统）、营销系统等有着DMS SCADAGIS密切的接口关系通过数据共享和功能协调，形成覆盖配电网规划、建设、运行、维护全过程的综合管理平台，提高整体管理效率配电管理系统的发展经历了从简单监控到综合智能管理的演变过程早期系统主要实现简单的遥测、遥信、遥控功能；现代则集成了配电自动化、配电网分析、负荷管理等多种高级功能DMS未来，将向分布式能源管理、需求侧响应、配电网微网控制等方向发展，适应新型电力系统DMS的需求配电管理系统组网结构

8.2中心主站现场终端设备配电管理系统的中心主站是系统的核心，由服务器、工作站、存储设备和网络设备组成硬现场终端设备是系统的感知和执行单元，主要包括馈线自动化终端，安装在配电线FTU件配置通常采用冗余设计，确保系统高可用性软件结构包括实时数据库、历史数据库、应路上监控开关设备；配电自动化终端，安装在配电变压器处监测变压器运行状态；故DTU用软件平台和通信管理软件等，支持多用户并发操作和分布式部署主站系统负责数据处理、障指示器，用于故障定位；智能开关控制器，实现开关的远程控制这些设备采集现场FI应用计算和人机交互，是整个系统的大脑数据并执行控制命令，是系统与物理设备的接口配电管理系统的通信网络是连接主站与终端的纽带，常采用光纤、无线、电力线载波等多种通信方式，形成冗余互补的通信体系现代系统多采用协议，结合TCP/IP IEC60870-5-、等电力专用协议，确保数据传输的实时性和可靠性通信网络设计需考虑通信容量、实时性要求、安全性和经济性等因素，适应配电网地域分散、设备众多的特点101/104DNP

3.0配电管理系统功能模块

8.

398.2%配电网可靠性优化后的供电可靠性指标DMS

8.5%网络损耗降低通过网络重构实现的损耗改善分钟15故障恢复时间故障自愈控制的平均恢复时间45%工作效率提升与传统管理方式相比的效率提升配电网络分析是的核心功能，包括潮流计算、故障分析、可靠性评估等潮流计算分析电压分布和功率流向，为网络运行提供依据；故障分析根据保护DMS动作和测量信息推断故障位置和性质；可靠性评估通过历史数据和概率模型评估供电可靠性水平配电网运行优化功能通过负荷均衡、无功优化和网络重构等手段，提高系统运行效率，降低损耗故障处理功能是的重要应用，包括故障定位、隔离与恢复系统通过故障指示器信息、保护动作信息和拓扑分析，快速确定故障区段；然后自动生成隔DMS离方案，切除故障区域；最后通过网络重构，恢复非故障区域供电配电网规划功能基于负荷预测和网络模型，分析网络瓶颈，提出网络扩展和改造方案，支持配电网的长远发展电力系统基础知识总结电力系统的整体构成与特点电力系统是由发电、输电、变电、配电和用电环节组成的有机整体，具有实时平衡、不可储存、潮流自动分配等特点系统各部分紧密相连，共同保障电能的安全、可靠供应从发电到用电的全过程流程电能从各类发电厂产生，经过变压器升压后通过高压输电线路远距离传输，在变电站降压并分配到各配电网络，最终通过低压线路送达各类用户整个过程涉及能量转换、电压变换和功率分配等多个环节现代电力系统的发展趋势现代电力系统正向着大容量、超高压、特高压方向发展，同时更加注重清洁能源利用、环境保护和可持续发展电力系统自动化、智能化水平不断提高，设备向小型化、集成化方向发展智能电网与能源互联网技术展望未来电力系统将向智能电网和能源互联网方向发展，实现电力系统与通信、控制、计算机技术的深度融合分布式能源、需求侧响应、电力储能等新技术将广泛应用，形成更加灵活、高效、可靠的新型电力系统本课程系统介绍了电力系统的基础知识，从电力系统概念到各环节设备，再到自动化技术，构建了完整的知识体系掌握这些基础知识，对于理解现代电力系统的运行机制和发展趋势具有重要意义随着能源转型和数字化技术的发展，电力系统正迎来革命性变革，这需要我们不断学习和适应新知识、新技术，为构建清洁、高效、智能的现代电力系统贡献力量。