电力系统知识

--电力系统基本知识水轮机汽轮机风轮机发电机发电机发电机电网电网电网第一节.电力系统概述一、电能的产生、输送及使用1.电能的产生电能由发电厂提供，发电厂通过发电机将热能（煤、油、核能）、水能、风能转换为电能，煤\油\核能风水Page3用电客户用电客户用电客户输电线路电力网电力系统动力系统反应堆汽轮机发电机变压器变压器水库发电机变压器变压器变压器变压器发电机汽轮机锅炉水轮机电力网------电力系统中的输电、变电和配电部分。2.电力系统及其组成动力系统----能量转换与机械转动部分电力系统------由发电厂、送变电线路、供配电所和用电单位组成的整体。风电火电核电水电水电火电其它地区电网其它地区电网升压变压器升压变压器升压变压器升压变压器升压变压器升压变压器220（500）KV110KV220（500）KV110KV380(220)V10KV10KV10KV10KV10KV10KV380(220)V380(220)V二、大型电力系统的优点2、减少系统的备用容量5、提高了供电质量4、有效利用水力等一次动力资源的作用3、降低系统的高峰负荷1、提高供电可靠性基建调度发电输电用电用电三、电力生产的特点1、同时性------电能的生产、输送、分配和使用是同时进行的2、集中性------在一个电网里，不论多少发电厂、输变电公司、都必须实行统一调度，统一质量标准、统一管理（电网的指挥、领导，电能的分配、销售，发电机的启动、检修、停机、发电量的多少）的原则。3、实用性------电能的使用不受和很少受时间、地点、空间、气温、场地的限制。4、先行性------工、农业生产，学习、科技、生活都必须先做好用电计划和安排。用电Page7负荷10kkW时间24小时负荷曲线20kkW30kkW40kkW50kkW60kkW70kkW80kkW90kkW尖峰负荷19-221小时平均负荷四、负荷曲线1、高峰负荷:电网或电力客户在一天24小时内的某一时间段单位时间内发生的比较大的负荷值。，一般是以小时为计时单位。2、低谷负荷：电网或电力客户在一天24小时内的某一时间段单位时间内发生的最小负荷值。，一般是以小时为计时单位。对于电力系统来说峰、谷负荷差值越小，用电越趋于合理。3、平均负荷：电网或电力客户在某一段确定的时间段内的平均小时用电量。常用1天为时间单位。4、尖峰负荷:电网或电力客户在一天24小时内的某一时间段单位时间内发生的最大负荷值。一般是以小时为计时单位。214365871091112214365871091112平段负荷22-23低谷负荷23-7低谷负荷23-7高峰负荷8-11高峰负荷15-19平段负荷7-8平段负荷11-150Page8用电客户用电客户用电客户输电线路电力网电力系统动力系统反应堆汽轮机发电机变压器变压器水库发电机变压器变压器变压器变压器发电机汽轮机锅炉水轮机用电负荷供电负荷发电厂自用电线路损失负荷一、电力网负荷1、用电负荷:电力客户在某一时刻对电力系统所需求的功率。2、线路损失负荷：供电过程中输电线路与设备产生的损耗3、供电负荷：用电负荷+线路损失负荷=供电负荷第二节、用电负荷二、用电负荷分类1、一类负荷：或称一级负荷，指突然中断供电将会造成人身伤亡或引起对周围环境严重污染、造成经济上的巨大损失、社会秩序严重混乱或产生政治上的严重影响的。2、二类负荷：或称二级负荷，指突然中断供电将会造成经济上的较大损失、社会秩序混乱或产生政治上的较大影响的。3、三类负荷：或称三级负荷，不属于上述一类或二类负荷，突然中断供电不会造成直接损失。4、对于一级负荷的用电设备应按两个以上的独立电源供电，并辅之以其它必要的非电力电源的保安措施（自备发电机）。5、对于二级负荷的用电设备应按两回线路电源供电。Page10....是连接电力系统的中间环节、用以汇集电源、升降电压和分配电力，....由高低压配电装置、主变压器、主控制室和相应的设施以及辅助生产建筑物等组成。....根据其在系统中的位置、性质、作用及控制方式等，分为升压变电所、升压变电所、枢纽变电所、地区变电所、终端变电所，有人值班变电所或无人值班变电所。第三节变电所一、变、配电所常用的一次电气设备1、主变压器：在变电站中，将电压升压或降压，承担变电功能的变压器。在110kV的变电站，110kV的变压器就是主变压器。在10kV变电站中，10kV的变压器就是主变。2、高压断路器：保护变压器和高压线路的保护电器，具有开断正常负荷和过载、短路故障的保护能力。3、熔断器：电路发生短路或过负荷时，熔断器能自动切断故障电路。4、隔离开关：隔离电源用的电器。5、负荷开关：用于不频繁地接通和分断小容量的配电线路和负荷，起到隔离电源的作用。6、电压互感器：将高电压转变为低电压，供保护和测量用。7、电流互感器：将高压系统中的电流或低压系统的大电流转变为标准的小电流，供保护和测量用。......把变压器、断路器等各种电气设备通过母线、导线有机的结合起来，并配置避雷器、互感器等保护、测量电器，构成变电所汇集和分配电能的一个系统。二、配、变电所主接线1、电气主接线的基本要求......保证必要的供电可靠性和电能质量。......具有一定的灵活性和方便性......具有经济性......具有发展和扩建的可能性PT兼进线柜进线柜计量柜出线柜出线柜出线柜出线柜断路器避雷器电流互感器1变压器电压互感器隔离刀闸电缆头接地刀闸10kV母线一回进线四回出线，高压计量的10kV用电客户一次接线图2变压器3变压器4变压器电源警告指示电缆500kVA及以下客户变电所电气主接线的一般接线方式10kV避雷器跌落保险变压器断路器电流互感器电能表隔离开关产权分界:配网与客户用电设备产权分界点的划分原则:a.公用低压线路供电的，以供电接户线用户端最后支持物为分界点，支持物属供电企业。b.10千伏及以下公用高压线路供电的，以用户厂界外或配电室前的第一断路器或第一支持物为分界点，第一断路器或第一支持物属供电企业。c.35千伏及以上公用高压线路供电的，以用户厂界外或用户变电站外第一基电杆为分界点。第一基电杆属供电企业。d.采用电缆供电的，本着便于维护管理的原则，分界点由供电企业与用户协商确定。e.产权属于用户且由用户运行维护的线路，以公用线路分支杆或专用线路接引的公用变电站外第一基电杆为分界点，专用线路第一基电杆属用户。在电气上的具体分界点，由供用双方协商确定。分界点Page172)按产权归属确定供电设施的运行维护管理范围。3)在供电设施的产权分界处安装用电计量装置。Page18第四节、电能质量电能质量指电能质量与供电可靠性。....电能质量包括电压、频率、和波形的质量。....供电可靠性是以供电企业对用电客户停电的时间次数来衡量的。电能质量用电质量供电可靠对用户投诉的反映速度电价组成的合理性、透明度恒定频率供用电双方相互作用和影响中的用电方的权利、责任和义务是否按期、如数交纳电费稳定电压正弦波形供电质量Page19一、电能质量....电能质量是指供给用电单位受电端电能品质的优劣程度。....电能质量主要包括电压质量与频率质量两个部分....电压质量又分为电压允许偏差、电压允许波动与闪变、公用电网谐波、三相电压允许不平衡度。....电气设备是按额定电压条件下设计制造的，当电压偏离额定电压时电气设备的性能就要受到影响....照明灯减少光通量或减少寿命....机械设备不能启动或烧毁....电视、广播、雷达不能正常工作。....加速设备的绝缘老化过程Page20电压比额定值降低10%时，灯泡的光通量减少30%电压比额定值升高10%时，灯泡的寿命减少一半。∆U%=X100%U-UN_______UNU........检测点的电压实际值（V）UN.......检测点电网电压额定值（V）1、供电电压允许偏差:在某一时段内，电压幅值缓慢变化而偏离额定值的程度，以电压实际值和电压额定值之差∆U与电压额定值UN之比的百分数∆U%来表示一、电压Page21国家标准对电压波动允许规定为：1）220kV及以上电压波动允许值为1.6%2）35-110kV及以上电压波动允许值为2%3）10kV及以下电压波动允许值为2.5%电压急剧变化的原因是冲击性负荷引起，电焊机的工作、大型电机的启动、特别是大型轧钢机或大型电弧炉等冲击性负荷的启动均会引起电网电压的波动，电压的波动会影响电动机的正常启动，或使电动机无法启动，对同步电机会引起转子震动。会使电子设备、计算机和自控设备无法工作，照明灯发生明显的闪烁∆U%=X100%Umax-UmiN________UNUmax、UmiN........检测点电压的最大和最小值（V）UN.......检测点电网电压额定值（V）2、电压允许波动和闪变电压允许波动：某一时段内，电压急剧变化而偏离额定值称为电压波动，电压变化的速率大于1%的，即为电压急剧变化，电压急剧变化过程中相继出现的电压最大值和最小值之差，与额定电压之比的百分数∆U%来表示：电压闪变：周期性电压急剧波动引起的灯光闪烁，造成人眼不舒服的现象Page22我国规定频率允许偏差范围为不超过额定值的±0.2Hz，根据系统容量可放宽到±0.5Hz，供电频率偏差过大，对电力用户将产生如下影响：频率偏低，使用户电动机转速下降，功率降低，造成机械出力下降；频率偏高，使用户电动机转速上升，增加功率消耗；频率偏离额定值，不论偏低和偏高，都会影响用户产品的质量和数量，并影响电动机寿命，还将引起电子仪器误差增大、电钟走时不准以及计算机等电子装置的准确工作：二、供电频率允许偏差电网中发电机发出的正弦交流电压每秒钟交变的次数，称为供电频率。供电频率偏差指实际频率和额定频率之差与额定频率之比的百分数，△f％＝f=实际供电频率（Hz）;fＮ=供电电网额定频率（Hz），国家技术标准规定为50Hz。ｆＮX100%ｆ－ｆＮPage23导线切割磁场产生电能电能的波形、幅值、频率、与相位。1、交流电压（流）的波形变化，是在一个周期内由0到正的最大值，然后到0，再到负的最大值，最后到0，完成一个周期，为正弦波形变化。2、交流电压（流）的幅值是负的最大到正最大值。也可以称为峰峰值。3、交流电压（流）的变化频率（周期）是每秒50次，称为50Hz（赫兹），每个周波是1/50秒，4、通常所指的电压（流）是指有效值，或称平均值。正弦电流的有效值等于其最大值(幅值)的0.707倍。5、电网上的发电机都为三相发电机三、波形1、电能的波形、幅值、频率、与相位。Page24产生电网谐波的主要原因：1.晶闸管整流设备。晶闸管整流在电力机车、铝电解槽、充电装置、开关电源的应用，给电网造成了大量的谐波。晶闸管整流装置采用移相控制，从电网吸收的是缺角的正弦波，从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波，从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波，留下部分中含有大量的谐波。统计表明：由整流装置产生的谐波占所有谐波的近40%，这是最大的谐波源。2.变频装置。变频装置常用于风机、水泵、电梯等设备中，由于采用了相位控制，随着变频调速的发展，对电网造成的谐波也越来越多。3.电弧炉、电石炉。加热原料时电炉的三相电极很难同时接触到高低不平的炉料，使得燃烧不稳定，引起三相负荷不平衡，产生谐波电流，经变压器的三角形连接线圈而注入电网。平均可达基波的8%-20%，最大可达45%。4.气体放电类电光源。荧光灯、高压汞灯、高压钠灯与金属卤化物灯等属于气体放电类电光源。分析与测量这类电光源的伏安特性，可知其非线性十分严重，有的还含有负的伏安特性，它们会给电网造成奇次谐波电流。5.家用电器。电视机、录像机、计算机、调光灯具、调温炊具等，因具有调压整流装置，会产生较深的奇次谐波。在洗衣机、电风扇、空调器等有绕组的设备中，因不平衡电流的变化也能使波形改变。这些家用电器虽然功率较小，但数量巨大，也是谐波的主要来源之一。2、谐波的产生Page25谐波的危害向电网注入高次谐波电流是电力电子装置以及其它非线性设备在使用过程中造成的重要危害，其危害范围涉及到工矿企业电网的各个部分。并通过电力系统影响到