研发培训课件 供电

供电系统研发培训课件第一章供电系统概述供电系统的定义与组成电力系统基本结构供电系统是指将电能从发电厂输送到电力系统主要由四大环节组成发电用户的整套设备和设施，包括变电站、（热电、水电、核电等）、输电（高输配电线路、电力电子设备等，共同压输电网络）、配电（区域电能分配）构成完整的电能传输网络和用电（终端消费者使用）供电系统重要性供电系统的主要功能与目标稳定供电与电能质量保障确保电压稳定性（波动控制在±5%以内）、频率稳定性（50Hz±

0.2Hz）和波形质量（谐波失真小于5%），为用户提供高品质电能安全性与可靠性要求系统需具备过流、短路、过压等多重保护功能，供电可靠性指标（如SAIDI、SAIFI）持续提升，确保电网安全稳定运行节能与环保趋势高效率设备研发（变压器效率98%），减少线路损耗，实现绿色供电，降低环境影响，响应国家双碳战略要求供电系统关键参数介绍电压等级分类频率与相位基础•高压110kV及以上，主要用于远•中国标准频率50Hz距离输电•三相电力系统相位差120°•中压10kV~35kV，区域配电网•频率偏差会导致同步设备运行异使用常•低压380V/220V，终端用户使频率稳定是电网安全运行的基本保障用不同电压等级转换通过变压器实现，形成层级分明的电网结构负载特性与功率因数•阻性负载电阻性设备，如电热器•感性负载电机、变压器等•容性负载电容器、电子设备等第二章核心元器件详解变压器的作用与分类开关设备（断路器、隔离开关）•电压变换降压/升压变压器•断路器能够切断短路电流的开关设备•按相数单相/三相变压器•隔离开关无负荷分断，提供可见断点•按冷却方式干式/油浸式变压器•负荷开关能够开断额定负荷电流•特种变压器电炉变、整流变等现代开关设备主要采用真空、SF

6、固体绝缘介质变压器是电力系统中实现电压转换的核心设备，效率通常达到98%以上保护装置（继电器、熔断器）•过流保护防止电流超过设定值•差动保护检测进出电流差值•距离保护根据阻抗变化判断故障电力半导体器件基础与工作原理宽禁带半导体器件优势器件选型与损耗计算MOSFET IGBTMOSFET适用于高频、低压场合，通过栅极电压碳化硅SiC和氮化镓GaN等宽禁带半导体具有控制导通状态IGBT结合了MOSFET栅控特性高耐压、高温工作能力、低开关损耗等优势，在和BJT低导通损耗优势，广泛应用于中高压功率高频、高效率电源中应用前景广阔变换场合磁性元件在供电系统中的应用磁芯材料与绕组结构磁性元件性能很大程度上取决于磁芯材料特性和绕组设计不同频率和功率下，需选择合适磁芯材料，如工频变压器多用硅钢片，高频变压器常用铁氧体或纳米晶材料变压器与电感器设计要点设计需考虑•磁通密度控制在饱和点以下•绕组布局影响漏感和寄生电容•绝缘等级满足安全要求•温升控制在允许范围内高频损耗与磁性元件优化第三章供电系统设计与控制供电系统设计流程与规范设计流程包括需求分析、方案设计、仿真验证、样机测试和量产导入五个主要阶段需遵循相关国家标准如GB/T50052《供配电系统设计规范》及电力行业标准DL/T5044《电力工程电气设计手册》开关电源拓扑结构介绍主要拓扑包括Buck（降压）、Boost（升压）、Buck-Boost（升降压）、Flyback（反激）、Forward（正激）、Half/Full Bridge（半/全桥）等不同拓扑适用于不同的电压、功率和隔离要求场景升降压变换器设计原理功率因数校正（）技术PFC的必要性与基本原理PFC功率因数校正技术旨在减小输入电流谐波，使电流波形近似正弦波，与电压同相位，提高电能利用效率必要性•符合国际电磁兼容标准（如IEC61000-3-2）•减少线路损耗，提高系统效率与控制模式对比CCM CRM•降低电网谐波污染，改善电能质量•增大有效功率，提高设备利用率电路实现方法Boost控制模式优点缺点CCM模式电流纹波小，适控制复杂，需电Boost型PFC是最常用的拓扑结构，工作在连续导通模式CCM或临界导通模式合高功率场合流环补偿CRM通过控制MOSFET/IGBT的占空比，实现输入电流跟随输入电压变化，达到高功率因数（

0.99）CRM模式零电流开通，开关损耗小反激与正激变换器设计反激变换器工作模式与应用有源钳位技术提升效率反激式变换器是最常用的隔离型电源拓扑之一，传统RCD钳位电路通过电阻消耗漏感能量，效率特别适合中小功率（≤200W）应用较低有源钳位技术将漏感能量回收到输入或输出，提高系统效率2-3个百分点•工作原理开关导通时，初级储能；关断时，次级释放能量•LC谐振钳位利用谐振原理回收能量•工作模式不连续模式DCM、连续模式•有源开关钳位通过辅助开关控制能量回收CCM和临界模式CRM路径•主要应用适配器、充电器、辅助电源等•能量传递效率可达98%以上正激变换器设计步骤与案例正激变换器适用于中大功率场合（200W-1000W），能量直接从初级传递到次级•变压器设计考虑复位技术，防止磁芯饱和•同步整流采用MOSFET替代二极管，降低导通损耗控制策略与环路稳定性电压控制与电流控制模式控制环路增益与相位裕度分析电源控制系统主要采用以下几种控制模式稳定的控制系统需满足电压控制模式VCM结构简单，动态响应较慢，抗干扰能力一般•相位裕度PM≥45°，保证系统动态响应不振荡峰值电流控制模式PCM响应快，具有自然的过流保护，但存在次谐波振荡•增益裕度GM≥10dB，确保系统有足够的稳定裕量平均电流控制模式ACM电流跟踪精确，噪声抑制好，但电路复杂•交越频率通常为开关频率的1/5~1/10V²控制直接检测输出能量，响应快，结构相对简单控制环路分析通常使用波特图，通过注入小信号扰动测量系统频率响应，确保系统稳定性和动态性能现代控制模式简介随着数字控制技术发展，出现了许多先进控制方法•数字PID控制参数灵活可调，易实现复杂算法•模糊逻辑控制对非线性系统具有良好适应性•预测控制考虑未来行为，提前做出控制决策第四章仿真与测试技术电源设计仿真工具介绍关键性能指标测试方法现代电源设计离不开仿真工具的辅助，常用软件包括电源系统主要测试指标包括•SPICE系列PSpice、LTspice，适合电路级仿真•效率测试使用功率分析仪测量输入输出功率比•专业工具PSIM、Saber，针对电力电子优化•稳态性能负载调整率、线性调整率•系统级工具Simulink、OpenDSS，适合大型系•动态响应负载阶跃响应时间、过冲量统•纹波噪声使用示波器和探头测量高频纹波•电磁场仿真Maxwell、COMSOL，用于变压器设计电磁兼容（）测试与抑制EMI/EMC电源系统需满足严格的EMC标准•传导干扰150kHz-30MHz，使用LISN测量•辐射干扰30MHz-1GHz，在暗室中测量•抑制方法输入滤波器、屏蔽设计、PCB布局优化电气性能测试标准与流程温升测试与安全性验证温升测试是电气设备安全性测试的重要环节，通常在额定负载和最高环境温度下进行，测试方法包括•热电偶法在关键部位放置热电偶直接测量•热像仪法使用红外热像仪全面观察温度分布•电阻法利用铜线电阻温度系数计算绕组温升安全性验证还包括介电强度测试、泄漏电流测试、接地连续性测试等测试仪器与注意事项常用测试仪器包括•电子负载模拟各种负载特性•功率分析仪高精度测量电压、电流、功率•示波器观察波形和暂态特性•安规测试仪进行介电强度等安全测试标准简介ISO17025ISO17025是检测和校准实验室能力的国际标准，规定了进行测试和校准的一般要求，包括•管理要求组织结构、质量体系•技术要求人员、设备、方法验证•测量溯源性和测量不确定度第五章安全用电与应急处理触电事故机理与预防触电是指人体接触带电体或靠近高压带电体而使电流通过人体的现象人体安全电流值交流10mA，直流25mA预防措施•使用绝缘工具、穿戴绝缘防护用品•安装漏电保护器（动作电流≤30mA）•做好设备接地和等电位连接•定期检查电气设备绝缘状况安全用电基本规范遵循《电力安全工作规程》和《低压电器安全技术》等标准规范•五项安全措施停电、验电、接地、挂标示牌、设围栏•高压作业必须双人操作，监护人不得离岗•严禁带负荷合、分隔离开关•禁止非专业人员操作高压设备触电事故应急救护流程触电急救三字经

1.迅速脱离电源（切断电源或使用绝缘物挑开）

2.确认伤者状态（意识、呼吸、心跳）

3.进行心肺复苏（胸外按压30次，人工呼吸2次）

4.拨打急救电话120，同时持续抢救电气火灾原因与防范措施短路、过载与接触不良分析火灾应急处理与灭火器使用短路线路绝缘损坏导致相线与中性线或相线之间直接接触，产生大电流和高温，是最常见的火灾原因电气火灾应急处理流程过载长期超过线路或设备的额定负荷运行，导致温度升高，绝缘老化，最终引发火灾过载电流通常为额定值的

1.5-2倍

1.首先切断电源，防止触电和火势扩大

2.根据火情选择合适的灭火器材接触不良连接点松动或氧化，接触电阻增大，局部温度升高，导致绝缘熔化、燃烧尤其是大功率设备接线端子处风险较高设备维护与安全检查要点

3.小型火灾可自行扑救，大型火灾应撤离并报警

4.灭火后需防止复燃，留人监护•定期检测线路绝缘电阻，不低于

0.5MΩ灭火器选择•红外测温检查接线端子温度二氧化碳灭火器适合精密电气设备，不留残渣•检查保护器件动作可靠性干粉灭火器扑救效果好，但清理困难•注意设备异常声音、气味、温度变化洁净气体灭火器适合机房等场所作业环境与安全管理作业场所布局与安全距离电气设备布置需遵循以下要求•高压设备与建筑物的安全距离10kV设备≥

0.7m，35kV设备≥1m•变压器与墙壁的距离油浸式≥

1.5m，干式≥

0.8m•配电柜前方操作通道宽度≥

1.5m•安全出口至少两个，且位置分散防护措施与安全标志个人防护装备•绝缘手套定期检测（6个月一次）•绝缘鞋/绝缘垫确保干燥无损•安全帽防止头部伤害•绝缘杆操作高压设备必备工具安全标志系统警告标志、禁止标志、指令标志和提示标志四类环境条件对供电系统的影响环境因素对供电系统的影响显著•温度高温降低设备寿命，每升高10℃，寿命减半•湿度高湿易导致绝缘下降，引发漏电、短路•粉尘影响散热，增加火灾风险•腐蚀性气体加速金属部件腐蚀第六章供电系统的智能化与未来趋势智能电网基础与发展智能电网是传统电网与现代传感、通信和控制技术深度融合的产物，具有自愈、兼容、交互、经济和集成的特点智能电网关键技术包括•先进测量基础设施AMI智能电表、数据采集系统•配电自动化故障自动定位与隔离恢复FLISR•需求响应根据电价信号调整用电行为数字化控制与远程监控•广域监测系统WAMS同步相量测量技术储能技术与电热管理数字化转型是电力系统发展的必然趋势•数字孪生技术应用于电网规划与运行储能系统是智能电网的关键支撑技术，主要类型包括•基于大数据的预测性维护•电化学储能锂电池、钠硫电池、流体电池•边缘计算提升电网实时控制能力•机械储能抽水蓄能、压缩空气、飞轮•远程监控与操作提高管理效率•电磁储能超导、超级电容器微电网与分布式供电系统微电网概念与架构能源管理与优化调度微电网是一个能够自我控制、保护和管理的微电网能源管理系统EMS是实现微电网高小型电力系统，可以并网运行或孤岛运行效运行的核心，主要功能包括典型微电网包含分布式电源、储能系统、负•负荷预测与可再生能源发电预测载和控制系统四大部分•经济调度与最优化运行按应用场景可分为•并网/孤岛模式无缝切换•校园/园区微电网•需求响应与负荷管理•工业微电网•故障诊断与自愈控制•社区微电网•离网型微电网典型应用案例分享青海共和县光储微电网项目•配置10MW光伏+5MW/10MWh储能•功能峰谷调节、平滑波动、黑启动•效益提高可再生能源消纳率15%新能源接入与供电系统挑战光伏、风电接入技术电网稳定性与功率波动控制政策与标准动态新能源并网关键技术新能源接入挑战中国新能源并网政策框架•并网逆变器将直流电转换为符合电网要•间歇性出力受天气条件影响大•《可再生能源法》确立全额保障性收购制求的交流电度•随机性发电预测难度高•低电压穿越LVRT故障期间保持并网运•《电网企业全额收购可再生能源电量监管办•惯量低不利于系统频率稳定行法》•短路容量小影响电压稳定性•有功功率控制按照调度指令调整输出功•《分布式发电管理办法》支持自发自用，解决方案率余电上网•无功功率/电压控制参与电网电压调节•先进预测技术提高发电可预见性技术标准•储能系统平抑功率波动•GB/T19964光伏电站接入电力系统技术•虚拟同步机技术提供惯量支撑规定•GB/T29319微电网接入配电网技术规定第七章典型案例分析1某工业园区供电系统设计实例项目背景华东某制造业工业园，总用电负荷15MW，对供电可靠性要求高解决方案•双电源供电两路110kV独立电源•环网结构10kV配电系统采用环网结构•智能配电应用配电自动化系统•分布式能源3MW屋顶光伏+500kWh储能系统实施效果供电可靠率达

99.99%，节约电费约15%2电力设备故障诊断与处理案例某变电站35kV变压器频繁保护动作跳闸诊断过程

1.检查保护装置设置值和动作记录

2.进行绝缘电阻、直流电阻测量

3.油色谱分析发现乙炔含量异常

4.局部放电测试确认有放电点解决方案更换变压器高压套管，问题解决3成功的功率因数校正项目分享案例某水泥厂功率因数低（

0.75），受到电力部门处罚实施方案•集中补偿主变低压侧安装1000kvar补偿装置•分组补偿大型电机就地补偿•自动补偿根据无功功率自动投切供电系统故障与维护12常见故障类型与排查方法预防性维护与定期检测供电系统常见故障及排查思路预防性维护是避免大型故障的关键措施•短路故障检查绝缘状况、使用兆欧表测量•红外热成像检测每季度一次•过载故障测量负载电流，检查负载分布•油色谱分析变压器油每年检测2次•接地故障使用接地电阻测试仪检测•局部放电测试重要设备每年一次•谐波问题使用电能质量分析仪监测•电气绝缘检测1-3年一次•振动与噪声振动分析仪诊断机械故障•继电保护装置定期校验3-6年一次3设备更新与技术升级建议电力设备更新周期建议•变压器使用超过20年考虑更新•高压开关柜15-20年•继电保护装置10-15年•电缆PVC电缆15年，交联电缆25年技术升级方向智能化、数字化、环保型设备设备故障发展曲线供电系统节能改造方案节能技术与设备选型负载管理与优化运行政府补贴与节能政策解读节能变压器采用非晶合金或硅钢片新材料，空错峰用电将非关键负载调整到用电低谷时段，节能改造财政补贴最高可达项目投资的30%载损耗降低40-60%降低需量电费差别电价政策高耗能企业实施差别电价，鼓励高效电机IE4效率等级电机比普通电机节能15-功率因数优化通过无功补偿，将功率因数提高节能减排20%到

0.95以上合同能源管理EMC通过节能效益分享降低初LED照明比传统照明节能70%以上，寿命长负载监测系统实时监控能耗数据，发现异常用始投资电行为变频技术适用于风机、水泵等设备，节能效果能效标识制度购买高能效等级设备可获额外补可达20-50%电能质量治理谐波治理可降低线路损耗5-10%贴第八章培训总结与知识巩固重点知识回顾常见问题答疑供电系统核心组成Q:如何提高供电系统的可靠性？

1.变电设备（变压器、开关设备、保护装置）A:采用双电源供电、环网结构、自动切换装置、预防性维护和设备状态监测等措施

2.配电网络（架空线、电缆、配电箱）

3.控制系统（继电保护、监控系统）Q:电力电子技术在供电系统中的应用？设计要点A:主要应用于变频调速、无功补偿、有源滤波、不间断电源和新能源并网等领域•安全可靠性是首要考虑因素•系统结构应满足供电连续性要求Q:微电网与传统电网的主要区别？•容量预留应考虑未来5-10年发展A:微电网规模较小，可独立运行，包含分布式能源和储能，控制更灵活，适应•技术经济比较确定最优方案性更强进一步学习资源推荐运维关键点•预防性维护胜于事后抢修•《电力系统分析》（第四版）华中科技大学出版社•设备在线监测提高可靠性•《电力电子技术》清华大学出版社•安全操作规程必须严格执行•国家电网公司技术标准体系视觉化图表展示供电系统结构示意图变压器工作原理图功率因数校正电路示意图完整展示了从发电、输电、变电、配电到用户的展示变压器内部结构，包括铁芯、初级绕组、次电力流动路径，包括各级电压等级和主要设备级绕组和冷却系统通过电磁感应原理，实现不该图帮助理解电力系统的层级结构和各环节的功同电压等级间的能量传递，是供电系统中的关键能定位设备关键技术流程图设计流程与控制环路示意测试流程与安全操作步骤应急处理流程图展示了从需求分析、拓扑选择、参数计算、仿真验证到原型测试的完整设计流程特别强调包含电气性能测试（效率、EMI、安规）和可了控制环路设计，包括电压环和电流环的参数靠性测试（老化、温度循环、震动）的标准流优化和稳定性分析步骤程每个环节都标明了关键指标和安全注意事项，确保测试过程安全有效互动环节设计建议典型故障案例讨论设计互动场景

1.将学员分为4-6人小组

12.每组分配一个真实故障案例卡片

3.小组讨论故障原因和解决方案（15分钟）

4.各组代表分享分析结果（每组5分钟）

5.讲师点评并分享实际解决方法故障案例包括变压器过热、开关跳闸、谐波超标、电压波动等实际工程问题仿真软件操作演示软件操作步骤

1.PSIM软件界面介绍与基本操作（15分钟）

22.典型电源拓扑仿真示范（15分钟）

3.现场分组实操设计一个Buck变换器（30分钟）

4.参数调整实验观察不同参数对性能影响

5.仿真结果分析与讨论（15分钟）准备电脑实验室，确保每2-3名学员配备一台安装有仿真软件的计算机安全用电情景模拟模拟训练内容

1.触电事故救援演练（使用人体模型）

2.电气火灾应急处理（使用模拟灭火器）

3.高压设备操作安全步骤演示（五步安全操作法）

4.工作票填写与安全措施确认演练

5.情景模拟如何正确处理突发停电事件培训考核与评估方案理论知识测试考试形式与内容•闭卷笔试，时长90分钟•题型选择题40%、判断题20%、简答题20%、计算题20%•覆盖全部八章内容，重点考察关键概念和设计方法•及格分数线70分（满分100分）实操技能考核考核项目

1.电气设备参数测量（15分钟/人）

2.故障诊断与排除（20分钟/人）

3.电路设计与仿真（30分钟/人）

4.安全操作规程实践（15分钟/人）考核结果评定标准评分标准操作规范性30%、完成质量40%、时间效率20%、故障处理能力10%培训反馈与持续改进反馈收集方式•匿名问卷调查课程内容、教学方法、讲师水平评价•一对一访谈抽样了解学员具体需求和建议•跟踪调查培训后3个月回访，了解知识应用情况未来研发方向展望新材料与新器件研发趋势智能控制与大数据应用第三代半导体（SiC、GaN）将成为电力电子的人工智能算法将深度应用于负荷预测、故障诊断主流，实现更高效率和功率密度石墨烯等新材和能源优化领域边缘计算提升电网实时控制能料在导体、储能领域有望取得突破固态变压器力，大数据分析实现设备健康状态评估和预测性技术将逐步应用于配电网，提升灵活性和可靠性维护，数字孪生技术将广泛应用于电网规划与运行配电网结构升级绿色能源与可持续发展配电自动化覆盖率将达到95%以上，自愈能力显碳中和目标驱动能源结构转型，可再生能源占比著增强泛在物联网技术实现电网设备全面感知将持续提高氢能与燃料电池技术将成为重要的与互联多能互补成为配电网发展趋势，电-热-清洁能源解决方案储能技术成本下降促进大规气-冷多能协调优化运行模应用，支撑高比例可再生能源并网结语打造高效、安全、智能的供电系统研发创新驱动行业进步安全意识保障员工生命智能化提升系统竞争力供电系统的持续创新是电力行业发展的核心动安全是电力行业的生命线严格的安全管理体智能化是供电系统未来发展的必然趋势通过力新材料、新技术和新工艺的应用不断提升系和规范的操作流程是保障人身安全的基础数字化、网络化、智能化技术的深度融合，实系统效率和可靠性，推动行业标准不断提高安全意识必须内化为每位工作人员的职业习惯，现电网的自感知、自诊断、自恢复能力，提升每位工程师都应保持学习精神，跟踪前沿技术，从思想上消除麻痹大意，从行动上杜绝违章操电网的安全性、可靠性和经济性，最终构建绿积极参与技术创新作色、高效、智能的现代电力系统坚持安全第

一、预防为主、综合治理的方针，推动供电系统向更高质量、更加智能化方向发展！谢谢聆听！欢迎提问与交流联系方式技术支持后续课程电话010-123456787x24小时在线咨询《电网故障分析高级班》邮箱training@power.com远程技术指导服务《供电系统设计实战》。