第二章 电力系统基础知识PPT.

1第二章电力系统基础知识2水电厂核电厂工厂电气化铁路风力发电机变电所居民终端变电所220kV110kV火电厂枢纽变电站110kV第一节电力系统概述3电力系统概述----1.1什么是电力系统？发电用电输电变电配电RTURTURTU数据采集和传输应用服务器电网调度41-1电力系统的组成～工业农业商业生活发电＋输电＋配电＋用电电网电力系统5电力的系统组成水库G~M~M~电力网电力系统动力系统发电厂水轮机发电机变电所升压变压器输电线路变电所降压变压器用户用电设备用单线图表示6几个基本概念电力系统：由生产、变换、输送、分配、消费电能的发电机、变压器、变换器、电力线路和各种用电设备（一次设备）以及测量、保护、控制等智能装置（二次设备）组成的统一整体。电力网络：由变压器、变换器、电力线路等变换、输送、分配电能设备所组成的部分常称电力网络，即电力系统中除发电机和电力用户以外的部分。动力系统：电力系统和动力部分的总和。其中，动力部分，包括火电厂的锅炉、汽轮机、热力网和用热设备；水电厂的水库、水轮机等；核电厂的核反应堆等。——广义电力系统7GM发电机升压变压器降压变压器降压变压器电动机发电厂输电线路配电网络用户锅炉汽轮机电力系统的组成8动力系统：在电力系统的基础上，把发电厂的动力部分（例如火力发电厂的锅炉、汽轮机和水力发电厂的水库、水轮机以及核动力发电厂的反应堆等）包含在内的系统。通常，将发电厂电能送到负荷中心的线路叫输电线路。负荷中心至各用户的线路叫配电线路。负荷中心一般设变电站。9电力系统超高压远距离输电网地方电力网区域电力网110kV~35kV~35kV500kV220kV110kV10kV水力发电厂火力发电厂变电所A：枢纽变电所C：地方变电所D：终端变电所B：中间10电力网的接线：开式电力网：无备用接线方式优点：简单明了、运行方便，投资费用少。缺点：供电的可靠性差。开式电力网a）单回路放射式b）单回路干线式c）单回路链式11两端供电电力网：有备用接线方式（闭式电力网）有备用接线a）双回路放射式b）双回路干线式c）双回路链式d）环式e）两端共电式优点：供电可靠性高，适用于对一级负荷供电。12电力网分类：按电压等级分类：低压网：电压等级在1kV以下；中压网：1～10kV；高压网：高于10kV、低于330kV；超高压网：低于750kV；特高压网：1000kV及以上。13电力网：按电压等级的高低、供电范围的大小的分类地方电力网：电压等级在35kV及以下，供电半径在20-50km以内区域电力网：电压等级在35kV以上（一般为110kV-220kV），供电半径超过50km，联系较多发电厂的网络超高压远距离输电网：电压等级为330kV~500kV的网络，其主要任务是把远处发电厂生产的电能输送到负荷中心，同时还联系若干区域电力网形成跨省、跨地区的大型电力系统14变电所：按其在电力系统中的地位分类枢纽变电所：中间变电所：地区变电所：终端电站所：15电力系统的特点▲电能不能大量存储：电能的生产、变换、输送、分配和使用是同时进行的。▲过渡过程十分短暂：控制操作自动化程度高。必须借助自动装置对电力系统进行控制：继电保护装置、远动装置、减载装置、同期装置、励磁装置、▲电能生产与国民经济各部门和人民生活有着极为密切的关系：社会政治经济影响巨大。负荷分类：一类负荷、二类负荷、三类负荷16对电力系统运行的基本要求如下：（1）保证供电可靠性（2）保证电能质量（3）提高电力系统运行的经济性（4）环境保护问题17电能的质量指标名称允许限值说明供电电压允许偏差35kV及以上为正负偏差绝对值之和不超过10%；10kV及以下三相供电为7%；220V单相供电为+7%，-10%衡量点为供用电产权分界处或电能计量点电压允许波动和闪变1．电压波动：10kV及以下2.5%;35kV~110kV为2%；220kV及以上1.6%2．闪变V10：对照明要求较高,0.4%(推荐值);一般照明负荷,0.6%(推荐值)衡量点为电网公共连接点(PCC)，取实测95%概率值；给出闪变电压限值和频度的关系曲线，可以根据电压波动曲线查得允许值，并给出算例；对测量方法和测量仪器作出基本规定三相供电电压允许不平衡度正常允许2%，短时不超过4%；每个用户一般不得超过1.3%各级电压要求一样；衡量点为PCC，取实测95%概率值或日累计超标不超过72min，且每30min中超标不超过5min；对测量方法和测量仪器作出规定；提供不平衡度算法18电能的质量指标频率：额定频率：50Hz（国外：50或60Hz）频率偏差：±0.2Hz（≥3000MW系统）±0.5Hz（＜3000MW系统）国外：±(0.1~0.2)Hz或±0.5Hz波形：质量标准：正弦波电压和电流谐波的危害与抑制：对于电网、电力设备、通讯都会产生负面影响；19发电机第二节发电厂电气设备概述一、一次设备20变压器21高压断路器22隔离开关23负荷开关24母线25绝缘子及电缆26电抗器27电力电容器28互感器及避雷器29二、二次设备30三、电气主接线--一次设备所连成的电路3132QFQSQSWL4QFQSQSWL3QFQSQSWL2QFQS～GQF1QS1～GQF2QS3QS2WL1QS4W单母线接线特点简单、清晰、设备少。当母线故障或检修或母线隔离开关检修时，整个系数全部停电。断路器检修期间也必须停止该回路的供电。适用范围单电源的发电厂和变电所，且出线回路数少，用户对供电可靠性要求不高的场合。33单母线分段接线QF1分段断路器～GWL1WL2WL3WL4～G特点减少母线故障或检修时的停电范围。断路器检修期间必须停止该回路的供电。母线分段的数目，通常以2～3分段为宜，分段太多增加了分段断路器。适用范围6~10kV配电装置出线6回及以上；35kV出线数为4~8回；110~220kV出线数为3~4回。34双母线接线接线图具有两组母线W1，W2。每一回路经一台断路器和两组隔离开关分别与两组母线连接，母线之间通过母线联络断路器QF（简称母联）连接。运行方式母联QF断开，一组母线工作，另一组母线备用，全部进出线接于运行母线上。母联QF断开，进出线分别接于两组母线，两组母线分裂运行。母联QF闭合，电源和馈线平均分配在两组母线上。优点检修一组母线，可使回路供电不中断；一组母线故障，部分进出线会暂时停电。供电可靠，调度灵活，又便于扩建。QFQS2QS1W1W2电源1电源235第三节额定电压和额定电流1、额定电压额定电压是由国家规定的一种标准电压，是电气设备设计时所依据的电压值。在这一电压下工作时，电气设备的技术经济性能指标能够达到最佳状态，保证长期可靠运行。36电力变压器额定电压/kV电力系统额定电压/kV发电机额定电压/kV一次绕组二次绕组电气设备最高电压/kV33.153及3.153.15及3.33.666.306及6.306.3及6.67.21010.5010及10.510.5及11.012-13.8013.80--15.7515.75--18.018.0-2020.020.0-24-22.022.0--24.024.0-353538.540.560606672.5110110121126220220242252330330363363500500550550750--80037电力系统的额定电压及电压等级U1IU2SZS=√3U2I我国规定的额定电压按电压高低及使用范围可分为三类：第一类指100V及其以下的额定电压。主要用于安全动力、照明、蓄电池及特殊设备。第二类指100～1000V之间的额定电压，其应用最广、数量最多。第三类指1000V及其以上电压等级。电力系统的发、供、输、配、用电都采用该电压等级。382、额定电流发电机、变压器、断路器和其他电气设备的额定电流，是指在一定周围煤质计算温度下、所允许长期通过的最大电流值。39第四节电力系统中性点接地方式电力系统中性点：三相电力系统中绕组或者线圈采用星形连接的电力设备（如发电机、变压器等）各相的连接对称点和平衡点。特点：在电力系统正常运行时，对地电位为零。N即为中性点40正常运行时的中性点不接地的电力系统（a）电路图（b）相量图411、中性点非有效接地系统(一)：中性点不接地系统ABCCCCACI.BCI.NcIAUBUCUAUBUCUAU'BU'BCI,ACI,dICIcU1.等值简化电路2.向量图单相接地故障42假设条件C-各相对比地之间是空气层，空气是绝缘介质，组成分散电容：图2-1为了方便讨论，认为：1、三相系统对称2、对地分散电容用集中电容表示,相间电容不予考虑3、当导线经过完全换位后，Cu=Cv=Cw=C432、分析：图2-11、三相系统对称时，三相电压对称,即2、由于Cu=Cv=Cw=C，则IcA=IcB=Icc=Ux/Xc＝也对称，即CBAUUU、、0CBANUUUUocCIcBIcAIcIxcu443、结论正常运行时：地中没有零序电容电流流过。中性点对地电位为零。45ABCCCCACI.BCI.NcIAUBUCUAUBUCUAU'BU'BCI,ACI,dICIcU1.等值简化电路2.向量图单相接地故障故障运行时：46单相接地时接地电流危害单相接地时的接地电流将在故障点形成电弧。当出现稳定电弧时可能烧坏电气设备，或引起两相或三相短路。尤其是电机或电器内部因绝缘损坏而造成一相导体与设备外壳之间接触产生稳定电弧时，更容易烧坏电机、电器或造成相间短路。47(二)：中性点经消弧线圈接地系统消弧线圈的工作原理中性点经消弧线圈接地的电力系统（a）电路图（b）相量图48491、正常运行时：中性点对地电位为零：UN=0消弧线圈中无电流：IL=0流过地中的电容电流为零：IC=02、单相接地时：中性点电位升高为相电压：消弧线圈中出现感性电流：与相差1800流过接地点电流：+（相互抵消）CNUULIcILIcI消弧线圈的作用→实现补偿50补偿方式及选用1、全补偿:ＩL＝ＩC即１／ωＬ＝３ωＣ接地点电流为零缺点：XL=Xc，网络容易因不对称形成串联谐振过电压危及绝缘2、欠补偿:ＩL＜ＩC即１／ωＬ＜３ωＣ接地点为容性电流缺点：易发展成为全补偿方式,切除线路或频率下降可能谐振。3、过补偿:ＩL＞ＩC即１／ωＬ＞３ωＣ接地点为为感性电流注意：电感电流数值不能过大≯10A不采用少采用采用51中性点经消弧线圈接地系统U相金属性接地电压变化特点:故障相对地电压变为零非故障相对地电压升高√3倍系统各相对地的绝缘水平也按线电压考虑521、消弧线圈结构特点：①为了保持补偿电流与电压之间的线性关系，采用滞气隙铁芯②气隙沿整个铁芯均匀设置，以减少漏磁③为了绝缘及散热，铁芯和线圈都浸在油中④为适应系统中电容电流变化特点，消弧线圈中设有分接头（5～9个）2、补偿容量的选择：Ｑh.e≥1.35ＩcＵx3、消弧线圈的安装地点发电厂的发电机或厂变的中性点；变电所主变的中性点。4、适用范围：广泛应用在不适合采用中性点不接地的以架空线路为主体的3-60kV系统；个别雷害严重的地区110kV系统不得已采用。53(三)：发电机中性点接地方式三次谐波滤过器KV0TV0543U0交流模件装置装置交流模件发电机中性点接地方式552、中性点有效接地系统(一)：中性点直接接地系统简化等值电路假定C相完全接地，如下图。单相接地故障时的中性点直接接地的电力系统56单相接地时1、电压情况（C相）接地相电压降低→为0非接地相电压不变→为相电压中性点对地电压不变→为02、电流情况形成短路→危害大→装设继电保护→跳闸切除故障（供电可靠性降低），避免接地点的电弧持续。分析57优点：1、不外加设备即可消弧2、降低电网对地绝缘，节省造价缺点：1、供电可靠性