电力系统认识实习报告

电气工程学院实习教学考核表

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认识实习报告

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实习时间：2017.8.28-9.22

电力系统实习报告

电力系统在我们电气专业中的地位和重要性不必多言，它是由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。我们专业的学生在大三要学习《电力系统稳态分析》和《电力系统暂态分析》，因此短学期开设的这一门“电力系统实习”课程十分的有意义，可以帮助我们提前了解一下电力系统的大概情况，从而对长学期的学习打下良好的基础。

理论知识预备

在电力系统实习的理论课上，老师通过视频向我们介绍了电力系统方面的一些知识。电力系统是指由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电能，再经输电、变电和配电将电能供应到各用户。电力系统的主体结构有发电厂、变电所、输电配电线路和负荷端。各电源点还互相联接以实现不同地区之间的电能交换和调节，从而提高供电的安全性和经济性。通过视频学习，我主要了解到发电厂和变电站的相关知识。

发电厂

发电厂就是电力生产中心，它的作用就是产生电能共给人们使用。由于电能是二次能源，即由一次能源经过加工或者转换得到的其他种类和形式的能源，而自第二次工业革命以来，电能取代蒸汽，已经成为人类最需要的能源。随着人们对电能的需求越来越大，发电厂也就应运而生。目前我国最主要的发电厂形式有火力发电厂、水力发电厂、风力发电厂、核电厂等等。视频里详细介绍了火力发电和水力发电两种形式的发电厂。

火力发电厂

火力发电是指利用煤、石油、天然气等固体、液体、气体燃料燃烧时产生的

热能，通过发电动力装置转换成电能的一种发电方式。由于我国的煤炭资源很丰富，火力发电一直是我国的主要发电形式。火电厂有许多分类，按原动机分可以分为凝汽式汽轮机发电厂、燃气轮机发电厂、内燃机发电厂等等。我国的主力火电厂是凝汽式汽轮机发电厂。

火力发电的主要过程就是将煤炭中含有的化学能变为电能的过程。整个生产过程主要分成3个阶段：

1.燃烧系统中，燃料的化学能在锅炉中燃烧变成热能，加热锅炉中的水使

之成为蒸汽。

2.汽水系统中，锅炉产生的蒸汽进入汽轮机，冲动汽轮机的转子旋转，将

热能变为机械能。

3.电气系统中，由汽轮机转子旋转的机械能带动发电机旋转，将机械能变

为电能。

其中燃烧系统由运煤、磨煤、燃烧、风烟、灰渣等系统组成；汽水系统由锅炉、汽轮机、凝汽机、除氧器、加热器等设备和管道构成，包括给水系统、循环水系统和补充给水系统等等；电气系统包括发电机、励磁装置、厂用电系统和升压变电站。

火电站布局灵活，装机容量的大小可按需要决定。而且火电厂的一次性投资较少，建造周期短，发电设备年利用小时数较高。然而，火电厂也存在着不小的问题。其耗煤量大，生产成本高，动力设备繁多，机组控制操作复杂，在高峰期事故率较高，对环境的污染也比较严重。而且根基最新的消息，国家已经明令禁止再造火电厂了。

水力发电厂

水电厂是把水的势能和动能转化成电能的发电厂，它的基本生产过程是：从河流较高处或水库内引水，利用水的压力或流速冲动水轮机旋转，将水能变为机械能，然后由水轮机带动发电机旋转，将机械能转换为电能。我国是世界上水能资源最丰富的国家，水能蕴藏量为6.76亿kW，因此开发水电是目前的重中之重。

按集中落差来分类，水电厂可分为坝后式水电厂、河床式水电厂、引水式水电厂等等。水电厂的优点很多，如下：

1.可综合利用水能资源。除了发电以外，还有防洪、灌溉、航运等多方面

综合效益。

2.发电成本低、效率高。

3.运行灵活，设备简单，易于实现自动化。

4.不污染环境，还可调节空气的温度和湿度。

但是水电厂也存在一定的问题，例如投资较大、工期较长；建造和生产受到地理条件限制，发电量受到水文和气象条件的制约；不利与农业生产，一定程度上破坏自然平衡等等。

变电站

变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电气设备，在电力系统中是输电和配电的集结点。为了把发电厂发出来的电能输送到较远的地方，必须把电压升高，变为高压电，到用户附近再按需要把电压降低，这种升降电压的工作靠变电站来完成。变电站的主要设备是开关和变压器。按照在电力系统中的地位和作用来分，变电站可以分为：枢纽变电站、中间变电站、区域变电站、企业变电站、用户变电站等等。

变压器是变电站的主要设备，分为双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器(即高、低压每相共用一个绕变压器组，从高压绕组中间抽出一个头作为低压绕组的出线的变压器。电压高低与绕组匝数成正比，电流则与绕组匝数成反比。变压器按其作用可分为升压变压器和降压变压器。前者用于电力系统送端变电站，后者用于受端变电站。变压器的电压需与电力系统的电压相适应。为了在不同负荷情况下保持合格的电压有时需要切换变压器的分接头。

开关设备包括断路器、隔离开关、负荷开关、高压熔断器等等，它们都是断开和合上电路的设备。断路器在电力系统正常运行情况下用来合上和断开电路;故障时在继电保护装置控制下自动把故障设备和线路断开，还可以有自动合闸功能。在中国，220KV以上变电站使用较多的是空气断路器和SF6断路器。和少油、多油断路器相比，SF6断路器具有开断能力强、允许连续开断次数多、无火灾危险、机电磨损小的优点，这些都得益于SF6气体优良的绝缘和灭弧性能。目前，SF6全封闭组合电器(GIS)得到广泛应用。它把断路器、隔离开关、母线、接地

开关、互感器、出线套管或电缆终端头等分别装在各自密封间中，后集中组成一个整体外壳，并充以六氟化硫气体作为绝缘介质。这种组合电器具有结构紧凑体积小重量轻不受大气条件影响，检修间隔长，无触电事故和电噪声干扰等优点。

近年来随着科技的不断进步，数字化变电站和智能变电站的使用日趋广泛，在现代电力系统中发挥着越来越重要的作用。其中数字化变电站是由智能化的一次设备和网络化的二次设备在IEC 61850通信协议基础上分层构建，能够实现智能设备之间的信息共享和互操作的现代化变电站。而智能变电站是指采用更为先进的智能设备，自动完成信息采集、测量、控制、保护等基本功能，并根据电网需要实时自动调节、智能控制、在线分析决策等等高级功能。

参观电力企业

在上完理论课之后，我们对电力系统有了一定程度的了解，下面要做的就是去实践体验一下电力企业了。我们一共参观了3家电力企业，它们分别是南瑞继保、金智科技和殷巷变电站。

国际领头羊——南瑞继保电气有限公司

一直听说南瑞继保是一个很厉害的企业，以二次设备的研发、生产为主，我

们学院每年也有很多的本科生、研究生去那里工作，现在终于有机会参观了，心里充满了惊喜与期待。果然，在企业正门处我看到了南瑞的企业目标：力争国际同行的前三甲！事实也证明，南瑞继保是国内众多电气公司中的龙头企业，在国际上也处于领先的地位，和西门子，ABB等国外著名企业并驾齐驱。

全自动化的生产流水线

在工作人员的带领下，我们首先参观的就是南瑞继保公司的生产车间。按照规定，参观之前我们都换上了白大褂。我们参观的车间一共有5条流水线，令人惊奇的是，每一条流水线上的自动化程度之高令人咋舌。据工作人员讲解，正在工作的设备大部分都是从德国、美国进口的高科技设备，各司其职，工作性能强大。一整条流水线参观下来，每一个分部大概只有两三名工人的样子，总共也就十名工人左右。一个偌大的生产车间总共不过50名工人，自动化程度之高令人惊叹。一块产品电路板，它的每一道工序，包括焊接、拼装、检验等等，几乎全部都是利用先进的自动化设备来完成的。工人所需要做的，仅仅就是监控工作和一些检查。不得不说，如此高自动化程度的生产设备，相比于劳动密集型的生产流水线，大大提高了生产效率，而且还极大程度地保障了产品的高质量，减轻了工人们的工作负担，实在是厉害！南瑞继保公司不愧为国内甚至国际同行的领头羊！

高科技创新——工频变化量原理继电保护

提到南瑞继保，就不得不说到沈国荣院士了。我们知道，在电力系统中，一次设备是直接参与生产、输送和分配电能的电气设备，而二次设备是对一次设备的工作进行控制、保护、监测、调节的补助设备。虽然二次设备不直接参与电能的生产/输送和分配，但是当电力系统发生故障时，二次设备的作用就显得格外重要了。沈国荣院士早年就是主攻电力保护的科研人员，面对国内当时还不成熟的电力保护技术，他自主创新，解决了技术难题，1981年，沈国荣院士发表了《工频变化量方向继电器保护原理的研究》的重要论文，在学术界首次提出了工频变化量保护原理。随后的几年，沈国荣逐步完成了工频变化量快速继电保护理论的研究，成功攻克了一个世界性的难题，并在1999年获得国家科技进步一等奖，当选成为中国工程院院士。我对工频变化量原理作了初步的了解：根据叠加原理，当电力系统发生短路故障时，电流电压可以分解为两部分，第一部分为故障前负荷状态的电流电压值，第二部分为电源等值电势为零。而在故障点施加一个与故障前带电压数值相等而方向相反的电势，便可以计算故障状态下的电流电压值。工频变化量指的就是第二部分的电气分量，反映工频变化量的阻抗元件允许过渡电阻能力大，并能有效防止经过过渡电阻短路时对侧电源助增而引起的超越，不反映系统振荡。事实也证明，采用工频变化量继电保护的方法灵敏度高，可靠性好，是继电保护发展历史上的一座里程碑。

在南瑞的二楼，工作人员又带领我们参观了南瑞继保公司自主研发生产的一系列电力系统保护产品，同样令人惊叹。在21世纪，和平发展的年代，自主创

新这4个字有着举足轻重的地位和意义。由于几次工业革命的原因，目前很多高科技行业都被欧美一些企业所垄断，因而自主知识产权就显得尤为珍贵。南瑞继保公司在继电保护方面的突破，不仅打断了欧美同行的垄断，更激励着我们更多地自主创新，掌握核心技术，不再受制于人！

硕果累累的展览厅

参观完生产车间，我们便来到了南瑞继保公司的展览厅。可能这就叫做“牌面”吧，南瑞的展览厅看起来都相当的高大上。在偌大的展览厅里，南瑞继保公司的整个发展历程都历历在目，从沈国荣院士1981年首次在学术界提出工频变化量保护原理，到1995年南瑞继保电气有限公司成立，1999年沈国荣院士荣获国家科技进步一等奖……NR公司的辉煌历史都成现在我们的面前。到后来在国

家电网的大力扶持之下，南瑞继保公司的蛋糕越做越大，南瑞继保的继电保护、电网安全稳定控制、高压直流输电控制保护等技术打破了国外公司的长期技术和产品垄断，以其先进性、实用性和可靠性，确立了我国继电保护和稳定控制技术和产品的国际领先地位，为我国电力科技进步和经济发展做出了重要贡献。到目前为止，NR的产品已经出口全球90多个国家，足迹遍布世界。而且南瑞继保电气有限公司早在2008年已经被列为全球五大继电保护生产厂商之一，现在更是比肩西门子、ABB等著名国外企业。

总的来说，南瑞继保公司不愧为国际领头羊，秉承自主创新与研发，结合高水平的自动化流水生产，打破了国外公司的长期技术和产品垄断，确立了我国继电保护和稳定控制技术和产品的国际领先地位，为我国电力科技进步和经济发展做出了重要贡献。

江苏金智科技股份有限公司

第一次听到江苏金智科技股份有限公司就觉得很耳熟，我们学校的计算机楼不是就叫金智楼吗？看来金智公司与东南大学有着密不可分的关系。果然，金智科技公司就坐落在我们学校的附近，它的创立也跟我们学校有着千丝万缕的联系。用科技创新推动智慧能源和智慧城市业务发展是金智科技持续发展的不竭动力。据了解，金智公司的主要业务也是电力系统的二次设备这一块，其中发电厂电气自动化、智能变电站、配电自动化等系统均处于全国领先地位，实力也不容小觑。

首先，在一场绘声绘色的讲座中，我们了解了金智科技的发展历程，主要业务以及取得的一些成果。后来，我们参观了金智科技的展览厅，里面主要是一些关于金智科技高端产品的介绍，PACS-5000调度自动化系统，iPACS-5000智能变电站系统，智能广域与站域保护，DCAP-4000发电厂电气监控管理系统等等。我了解到，金智科技的主要经营范围是电力系统自动化产品，也是电力系统二次设备产品居多。其中最主要的产品就是伺服电机。伺服电机是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。当前伺服电机的应用十分广泛，因为伺服电机可以使控制速度、位置精度非常准确，可以将电压信号转

化为以转矩和转速以驱动控制对象。我了解到伺服系统是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。伺服主要靠脉冲来定位，能够实现精确的定位。近年来随着微处理器、新型数字信号处理器的不断成熟，数字控制系统已经取代了早期的模拟系统，因此精确的控制就显得更为重要，伺服电机的应用市场也日趋广泛。

接下来我们参观了金智科技的生产车间。不出所料，金智科技的生产流水线与南瑞继保类似，自动化程度很高，一条流水线上需要的工人数量也很少。在中型自动化产品研发上，金智科技也有自己的独到之处，一个偌大的车间里满是自动化设备，却鲜有员工。最后我们还看到了一个小型的变电站系统，按照1：1的模型建立的。这种类型的变电站可以在很严酷的环境中工作，只要保证内部的恒温恒湿就可以正常工作。而且考虑到各地的地面崎岖不平，变电站由几根立柱支撑起来，以便在各种不同的环境下都能够正常工作。

总的来说，金智科技在电力系统二次设备的研发制造方面占有一席之地，以科技创新为本，为我国电力行业的发展做出了自己的贡献。

国家电网——殷巷变电站

南瑞和金智主要的产品都是二次设备，而我们最后参观的国家电网殷巷变电站就主要都是一次设备了。在参观之前，工作人员特地跟我们强调了安全的重要性。他再三强调要带好安全帽，穿长裤，不要乱摸电气设备，因为这里大都是强电设备，十分危险。我们也将此铭记在心。

在大二下学期的时候，我们学过《发电厂电气部分》这门课，因此对变电站的构成有一定的了解。果然，在变电站里我看到了许多在书本上看到的东西——母线、断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器等等。工作人员向我们介绍了殷巷变电站的整体情况。据工作人员讲解，我了解到变电站分3个电压等级：220KV,110KV和35KV，其中220KV和110KV的系统都是双母线接线，而35KV的系统则采用单母线分段接线的方式。而且殷巷变电站主要采用的断路器是SF6

断路器。相比于少油、多油断路器，SF6断路器具有开断能力强、允许连续开断次数多、无火灾危险、机电磨损小的优点，这些都得益于SF6气体优良的绝缘和灭弧性能。在150℃以下时,SF6有良好的化学惰性，不与断路器中常用的金属、塑料及其他材料发生化学作用。在大功率电弧引起的高温下分解成各种不同成分时，电弧熄灭后的极短时间内又会重新合成。因此SF6断路器在变电站中已经是越来越常见。工作人员还向我们介绍了电流互感器和三相变压器等内容，我们对变电站的了解也更近了一步。

在二楼我们参观了电力系统二次设备的工作室。首先映入眼帘的是整个殷巷变电站的模型图，就跟我们在发电厂电器部分看到的工作线路图差不多。据介绍，110KV系统有12出回线，主要为周边地区的变电站提供能源。而35KV系统有7出回线，主要为殷巷地区的企业、学校、居民生活等提供电能。二次设备是指对电力系统内一次设备进行监察，测量，控制，保护，调节的补助设备，包括测量表计、控制和信号装置、继电保护及自动装置等等，在电力系统中同样有着不可小觑的地位。进入工作室后，我也发现所有的设备都是在严密的监控与保护之下运行的。我们也看到了许多的测量表计、继电器、自动装置，它们都对电力系统

的正常运作有着重大的作用。

参观结束后，我不由得感叹：殷巷变电站的建立，从根本上提高了南京地区南部及江宁地区电网的供电能力，极大地促进了南京地区的电网建设和经济建设，对江宁的发展意义深远。