电力系统概述

1第一章供电系统概述第一节电力系统与供电系统一、电力系统的构成由发电厂的发电机、升压及降压变电设备、电力网及电能用户（用电设备）组成的系统统称为电力系统。231．发电厂（1）功能：发电厂是生产电能的场所。把自然界中的一次能源转换为用户可以直接使用的二次能源——电能。（2）种类：火力发电厂、水利发电厂、核能发电厂、潮汐发电、地热发电、太阳能发电、风力发电等。（3）发电设备：发电机。4火力发电厂5火力发电一般是指利用石油、煤炭和天然气等燃料燃烧时产生的热能来加热水，使水变成高温、高压水蒸气，然后再由水蒸气推动发电机来发电的方式的总称。火力发电根据使用的燃料不同，可分为石油火力发电、煤炭火力发电和液化天然气火力发电等种类。火力发电6火力发电的组成火力发电站的主要设备系统包括：燃料共给系统给水系统蒸汽系统冷却系统电气系统及其他一些辅助处理设备。789张家口发电厂汽轮机房1011汽轮机发电机升压变压器减压罐调相机12131415161718张发口发电总厂19水力发电厂20212223242526日本核电站27秦山核电站282930法国朗斯潮汐发电3132333435363738392．电力网（1）功能：变换电压、传送电能。（2）组成：由升压和降压变电所和与之对应的电力线路组成。4041大同-房山500kV输电线路42房山-昌平紧凑型输电线路43大同-房山串补站44453．电力用户（用电设备）消耗电能的场所，将电能通过用电设备转换为满足用户需求的其他形式的能量例如：电动机将电能转换为机械能、电热设备将电能转换为热能、照明设备将电能转换为光能等。46电动机电热炉47二、电力系统运行特点和基本要求1．电能的特点（1）电能不能储存电能的生产、输送、分配和使用同时完成。（2）暂态过程非常迅速电能以电磁波的形式传播，传播速度为300km／ms。（3）和国民经济各部门间的关系密切。2．对电力系统提出的要求（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48第二节供配电系统1．供电电源配电系统的电源可以取自电力系统的电力网或企业、用户的自备发电机。2．配电网（1）作用：接受电能、变换电压、分配电能。（2）组成：由企业或用户的总降压变电所（或高压配电所）、高压输电线路、车间降压变电所（或配电所）、低压配电线路组成。4950515253543．用电设备（1）作用：用电设备是指专门消耗电能的电气设备。据统计用电设备中70%是电动机类设备，20%左右是照明用电设备。（2）结构：与电力系统是极其相似的，所不同的是配电系统的电源是电力系统中的电力网，电力系统的用户实际上就是配电系统。（3）分类：高压用电设备：额定电压在1kV以上。低压用电设备：额定电压在1kV以下。5556第三节电能质量一、电压偏移1．定义：电压偏移指用电设备的实际端电压偏离其额定电压的百分数。用公式表示为式中——用电设备的额定电压，kV；——用电设备的实际端电压，kV。%100%NNUUUUNUU572．原因：是系统滞后的无功负荷所引起的系统电压损失。3．用电设备端子处电压偏移允许值（以额定电压百分数表示）:（1）一般电动机5%，特殊情况下-10%～+5%。（2）电梯电动机7%。（3）照明：在一般工作场所为5%；在视觉要求较高的屋内场所为-2.5%～+5%；远离变电所的小面积一般工作场所,可为-5%～+10%；应急照明、道路照明和警卫照明为-10%～+5%。（4）其他用电设备，当无特殊要求时为5%。584．改善方法（1）正确设计配电系统的运行方式，减少电网或变压器电压降。在条件许可时，对大型企业可采取高压线路深入负载中心及降压变电所分散设置；在技术经济合理的条件下，采用多回路并联供电；使用灵活的联络系统，使系统在不同的运行方式下，做到合理供电；必要时对户外照明及事故照明设置专用小型变压器。（2）按照允许电压降来选择导线截面，是减少电压降、调节电压的有效措施之一。例如用电缆代替导线、用低电压母线槽、用大截面的导线代替小截面导线等方法。59（3）合理选择变压器，利用设备自身特性减少电压降损耗。选择变压器的分接头。一般降压变压器的一次侧，根据容量不同都设有若干个分接头。小容量变压器有5％，0％；大容量变压器有5％、2.5％、0％，这些分接头可以改善工厂中的配电电压。例如供电电压增高时应将变压器的分接头接在5％或2.5％，以降低设备的端电压。选用有载调压变压器。使之在电压变动情况下自动调节电压，保证设备端电压稳定。60（4）尽量使三相负载平衡。三相负载分布不均将产生不平衡电压，从而加大了电压降。故合理的调整三相负载，将提高供电电压水平。（5）对无功功率进行合理的补偿，改善功率因数。（6）电动机采用合理的起动方式。61二、电压波动1．定义：是指电压在短时间内的快速变动情况，通常以电压幅度波动值和波动频率来衡量电压波动的程度。波动的幅值为:式中国家规定电压波动的范围在-5%—+5%。KV,UKV,Uminmax波动值用电设备端电压的最小波动值用电设备端电压的最大%100%minmaxNUUUU622．抑制或减小电压波动的措施：（1）合理的供电方式：给负载变化剧烈的电气设备以专线单独供电，一个大工厂不会是仅由一条线路供电，利用其中一条线路给剧烈变化的负载，此线路还可以作为工厂中其他负载的备用电源。（2）提高供电电压：电压降百分率与电网额定电压的平方成反比，所以，提高供电电压无疑会对抑制电网波动电压值起到良好的效果。63三、电压闪变负荷急剧的波动造成供配电系统瞬时三电压升高，照度随之急剧变化，使人眼对灯闪感到不适，这种现象称为电压闪变。四、不对称度不对称度是衡量多相负荷平衡状态的指标，多相系统的电压负序分量与电压正序分量之比值称为电压的不对称度，电流负序分量与电流正序分量之比值称为电流的不对称度，均以百分数表示。64五、正弦波形畸变率当网络电压波形中出现谐波（有时为非谐波）时网络电压波形就要发生畸变。谐波干扰是由于非线性系统引起的。它产生出不同于网络频率的电压波，或者具有非正弦形的电流波。（1）n次谐波电压、电流含有率%1001UUHRUnn%1001IIHRInn65正弦波形畸变率（2）电压、电流总谐波畸变率式中、——n次谐波电压、电流的方均根值，kV、A；、——基波电压（50Hz）、电流的方均根值，kV、A。%100%100122221UUUUTHDnnnnu）（%100%100122221IIIITHDnnnni）（nUnI1U1I66（3）谐波电压的总平均畸变系数式中——谐波电压的总平均畸变系数；——变化时间，＝3s；——n次谐波电压的方均根值，kV；tttnndttUt221）（ttnU67六、频率偏差1．定义：频率偏差是指供电的实际频率与电网的标准频率的差值。我国电网的标准频率为50Hz，又叫工频。2．偏差允许值：频率偏差一般不超过0.25Hz。当电网容量大于3000MW时，频率偏差不超过0.2Hz。3．调整：调整频率的办法是增大或减小电力系统发电机有功功率。68七、供电可靠性1．定义：供电可靠性指标是根据用电负荷的等级要求制定的。衡量供电可靠性的指标，用全年平均供电时间占全年时间百分数表示。例如，全年时间8760小时，用户全年停电时间为87.6小时，即停电时间占全年的1%，供电可靠性为99%。2．可靠性标准：城市供电可靠率达到99.9%；大中城市中心市区供电可靠率达到99.99%。69八、电子计算机供电电源的电能质量计算机性能在允许的电能参数变动范围表级别指标项目A级B级C级电压波动（%）25+7～+13频率变动（Hz）0.20.51波形失真率（%）3～55～88～10允许断电时间（ms）0～44～200200～150070第四节供电电压一、电压的选择1．选择电压的一般原则:（1）影响的配电电压的因素：地区供电电源的电压、用电设备的总容量、用电设备的特征、供电距离、供电线路的回路数量、用电单位的远景规划、当地公共电网现状和它的发展规划及经济合理等因素。71（2）供电方式：1用电设备容量在250kW或需要变压器容量在160kVA以上者，应以高压方式供电；2用电设备容量在250kW或需要变压器容量在160kVA以下者，应以低压方式供电，特殊情况下也可以高压方式供电。2．电力线路合理输送功率和输送距离线路在输送的功率和距离一定的情况下，电压愈高则电流愈小，导线截面和线路中的功率损耗愈小。同时，电压愈高线路的绝缘要求愈高，变压器和开关设备的价格愈高，选择电压等级要权衡经济效益。72各级电压电力线路合理的输送功率和输送距离线路电压（kV）线路类型输送功率（kW）输送距离（km）架空1000.250.38电缆1750.35架空12004～156电缆30008架空20006～2010电缆4000635架空2000～1500020～50110架空10000～3000050～150220架空100000～500000200～300330架空200000～800000200～600500架空1000000～1500000150～85073二、额定电压1．电网的额定电压：线路首末端电压的平均值应等于电网额定电压。2．用电设备的额定电压：用电设备的额定电压等于电网额定电压。3．发电机的额定电压：发电机的额定电压规定比同级电网电压高5%。补偿电能在电网传输功率时产生的电压损失。744．电力变压器的额定电压：（1）电力变压器的一次绕组的额定电压根据连接情况不同分为两种：1当变压器直接与发电机相连时，其一次绕组的额定电压与发电机的额定电压相同，即高出同级电网额定电压5%；2当变压器直接与电网相连时，其一次绕组的额定电压与电网的额定电压相同，即等于同级电网额定电压。75（2）电力变压器的二次绕组的额定电压是指一次绕组在额定电压作用下，二次绕组的空载电压。1变压器满载时，变压器的一、二次绕组的阻抗将引起变压器自身的电压降（相当于电网额定电压的5%），从而使二次绕组的端电压小于空载电压。为了弥补线路中的电压损失，变压器的二次绕组的额定电压应高于电网额定电压5%，因此变压器二次绕组的额定电压规定比同级电网额定电压高10%；762若变压器靠近用户，供电半径较小时，由于线路较短，线路的电压损失可以忽略不计，这时变压器的二次绕组的额定电压应高于电网额定电压5%，用以补偿变压器自身的电压损失。77三、变压器分接头调压1．变压器的分接头的确定双绕组变压器的高压侧绕组和三绕组变压器的高、中压侧绕组都设有几个分接头供选择使用。容量在6300kVA以下的变压器一般设有三个分接头，即1.05、、0.95，调节范围为±5％。容量在8000kVA以上的变压器有五个分接头，分别在1.05、1.025、、0.975、0.95几处引出。调压范围为±2×2.5％。NUNUNUNUNUNUNUNU782.降压变压器分接头的选择计算（1）最大负荷时，变压器分接头电压式中——最大负荷时，变压器电压损耗；——变压器低压侧的额定电压；——变压器在最大负荷时，应选择的高压侧分接头电压；、——变压器在最大负荷时，高、低压侧的电压。maxjUjNUmax2jUmax1jUmaxjtUmax2maxmax1maxjjjjNjtUUUUU）（79（2）最小负荷时，变压器分接头电压上式中各符号分别与最小负荷相对应。（3）正常运行时变压器分接头，取两者的平均值：根据计算出的选择一个接近的分接头，然后校验所选的分接头是否能使低压母线电压的要求得到满足。min2minmin1minjjjjNjtUUUUU）（2minmaxjtjtjtUUU803.升压变压器分接头的选择计算max2maxmax1maxiiiiNitUUUUU）（min2minmin1miniiiiNitUUUUU）（2minmaxitititUUU814．有载调压变压器有载调压