第二章 电力系统基础知识

第二章电力系统基本知识第一节电力系统概述第二节用电负荷第三节变、配电所第四节电能质量第五节电力系统短路概述第六节电力系统接地概述§2.1电力系统及其组成水库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一、基本概念电力网：电力系统中的输电、变电、配电三部分组成称为电力网。电力系统：由发电、输电、变电、配电和用电组成的整体称为电力系统。二、大电力系统的优点(1)提高供电可靠性（通过变更运行方式，实现连续供电）(2)减少系统的备用容量（备用容量相互支持，提高设备利用率）(3)减少系统的峰谷差（合理分配负荷，降低系统的高峰负荷，提高运行经济性）(4)提高供电质量（大系统具有强大的调频和调压能力）（5）便于利用大型动力资源，降低造价。供电质量及可靠性提高；合理利用各种资源，提高运行的经济性。电力网：按其在电力系统中的作用不同，分为输电网和配电网输电网：是以高压甚至超高压将发电厂、变电所或变电所之间连接起来的输电网络。所以又称电力网的主网架。电压等级在220kV以上配电网：直接将电能送到客户的网络。配电网的电压因应客户的需要而定，根据电压等级又分高、中、低配电网。•高压配电网：电压等级在110kV及以上的网络•中压配电网：电压等级在35kV、10kV、6kV、3kV的网络•低压配电网：电压等级在220V、380V的网络三、电力生产的特点1、同时性电能不能大量存储：P发P用＋P频率fQ发Q用＋Q电压V过渡过程十分短暂：2、集中性电力生产是高度集中的、统一的。发电厂、供电公司必须接受电网的统一调度。3、适用性电能使用最方便、最广泛。4、先行性装机容量、电网容量、发电量增长速度应大于工业总产值的增长。第一节：电力系统、电力网构成选择题1、高压配电网是指电压在（）及以上的配电网。A.1KVB.35KVC.110KV2.电力生产的特点是同时性、()、适用性、先行性。A.分散性B.集中性C.广泛性3．直接将电能送到用户的网络称为()。A.发电网B.输电网C.配电网4.低压配电线路的电压为（）。A．220V/380VB．35kVC．110kVD．220kV5．电力系统中的送电、配电、（）三个部分称为电力网。A.变电B.发电C.用电6．形成大型电力系统，便于利用大型动力资源，特别是能充分发挥（）的作用。A.火力发电厂B.水力发电厂C.核电厂判断题7.由发电、送电、变电、配电和用电组成的整体称为电力系统。（v）8.大型电力系统的优点之一是可以提高运行的灵活性，减少系统的备用容量。（v）9.直接将电能送到用户的网络称为输电网。（x）10．由送电、变电、配电和用电组成的整体称为电力系统（x）11.中压配电网是指电压为35KV、10KV、6KV、3KV的配电网。（v）12.电力系统中的送电、变电、配电和用电部分称为电力网。(x)§2.2用电负荷电力负荷是指发电厂或电力系统中，在某一时刻所承担的各类用电设备消耗电功率的总和。功率（KW）、容量（KVA）和电流（A）一、电力负荷分类1.按发、供、用关系分类①用电负荷：是用户在某一时刻对电力系统所需求的功率。②线损负荷：电能在输送过程中发生的功率和能量损失。③供电负荷：用电负荷加上同一时刻的线损负荷。④厂用负荷：发电厂厂用设备所消耗的功率称厂用负荷。⑤发电负荷：供电负荷加上同一时刻各发电厂的厂用负荷，构成电网的全部生产负荷，称为电网发电负荷。2.按电力系统中负荷发生的时间对负荷分类①高峰负荷：是指电网或用户在一天时间内所发生的最大负荷值。通常选一天24小时中最高的一个小时的平均负荷为最高负荷。②最低负荷：是指电网或用户在一天24小时内发生的用电量最小的一点的小时平均电量。③平均负荷：是指电网或用户在某一段确定时间阶段内的平均小时用电量。二、负荷曲线负荷曲线是反映电力负荷随时间变化规律的曲线。在直角坐标系中，纵坐标表示负荷值（有功功率或无功功率），横坐标表示对应的时间（一般以小时为单位）。电力负荷曲线表示出在某一段时间内该地区电力、电量的使用情况。负荷曲线是安排发电计划、检修计划、基建计划和做好电力规划工作的重要参考依据。曲线所包含的面积代表这一段时间内的用电量。峰谷差越大，用电就越不合理。三、用电负荷分类及对各类负荷的供电要求1、按突然中断供电所造成的损失程度分类可以分为三类：⑴一类负荷：对这类负荷中断供电，将带来人身危险，设备损坏，引起生产混乱，出现大量废品，重要交通枢纽受阻，城市水源、通信、广播中断，因而造成巨大经济损失和重大政治影响。一类负荷一般应由两个独立电源供电。一类负荷中特别重要负荷，除由两个独立电源供电外，还应增设应急电源。三、用电负荷分类及对各类负荷的供电要求⑵二类负荷：对这类负荷中断供电，将造成大量减产、停工，局部地区交通受阻，大部分城市居民的正常生活被打乱。二类负荷可以采用双回线供电。两回路应尽量引自不同变压器或两段母线。⑶三类负荷：指不属于第一类、第二类的其它负荷。对这类负荷中断供电，造成的损失不大。对三类负荷的供电无特殊要求。选择题1.对于电力系统来说，峰、谷负荷差越（），用电越趋于合理。A.大B.小C.稳定2.在分析用户的负荷率时，选一天24h中负荷最高的一个小时的（）作为高峰负荷。A.计算负荷B.最大负荷C.平均负荷3.在分析用户的负荷率时，选（）中负荷最高的一个小时的平均负荷作为高峰负荷。A.一天24hB.一个月720hC.一年8760h判断题：4.突然中断供电会造成经济较大损失、社会秩序混乱或在政治上产生较大影响的负荷是二类负荷。（v）5.对于突然中断供电将造成人身伤亡或会引起对周围环境严重污染、造成经济上巨大损失的负荷，应采取最少不少于2个独立电源供电。(v)6.平均负荷是指电网中或用户在某一确定的时间段内的平均小时用电量。（v）§3.3变、配电所区域变电站380/220V10kV220kV10.5kV变配电所输电网络输电网络升压变电站升压变电站水电厂火电厂＊变配电所是电力网中的线路连接点；其作用：变换电压，汇集和分配电能。＊按变配电所在电力系统中的位置、作用及其特点划分，变配电所的主要类型有枢纽变电所、区域变电所、地区变电所、用户变电所、地下变电所和无人值班变电所等。通常也按其最高一级电压来分类。一、变、配电所常用的一次设备一次设备：直接产生、输送、分配和使用电能的设备。1.生产和转换电能的设备：发电机G、变压器T、电动机等2.接通和断开电路的开关设备：断路器QF、接触器、熔断器FU、负荷开关、隔离开关QS等3.载流导体：软、硬导体、电缆等4.限制短路电流或过电压的设备：电抗器、避雷器5.接地装置6.交换电路电气量，隔离高压的设备：电压互感器TV(PT)电流互感器TA(CT)变压器:利用电磁感应原理来变换交流电压的装置高压断路器：开关电器，具有断合正常负荷和切断短路电流的功能。低压断路器：又称自动开关，俗称＂空气开关＂隔离开关：主要用作隔离电源。它没有灭弧装置，不能带负荷拉合，更不能切断短路电流。互感器使用互感器的目的：①使测量仪表和继电器标准化、小型化；②使测量仪表和继电器与高压系统隔离，降低仪表及继电器的绝缘水平，简化仪表构造，同时保证工作人员的安全；③避免短路电流直接流过测量仪表及继电器的线圈。（一）电流互感器作用：将线路中的大电流转变为标准的小电流，供测量、保护、监控用。（二）电压互感器作用：将系统的高电压转变为低电压，供测量、保护、监控用。JDZJ-10(W)型电压互感器JDZW－12型电压互感器LAJ－10型电流互感器LAZBJ－10型电流互感器LZW-12型电流互感器负荷开关作用：接通和分断负荷电流。（小容量的配电线路和负荷）它只有简单的灭弧装置。常与高压熔断器配合使用，电路发生短路故障时由高压熔断器切断短路电流。熔断器作用：当电路发生短路或严重过负荷时，熔体熔断，起到切断电路，保护其他电器设备。固定式跌落式避雷器作用：限制过电压保护变配电所内各种设备。二、变配电所常用的电气主接线●电路图定义：用来表示电力设备相互间电气连接顺序的图，称为电气接线图，简称电路图。●电路图分类：主电路图（一次接线图）和副电路图（二次接线图）。●电气主接线图（一次接线图）由一次设备按一定秩序连成的电路图称为主电路接线图。用规定的设备文字和图形符号来描绘电气主接线的专用图。表明了各种一次设备的数量、作用和相互间的连接方式，以及与电力系统的连接关系。电气接线图一般画成单线图。主接线图能说明电能的输送、分配关系和运行方式。变配电所的主接线图，通常由避雷器、隔离开关、熔断器、断路器、变压器、电流互感器、电压互感器及母线等电气设备组成。除主要电气设备外，还应将互感器、避雷器、中性点设备等也表示出来。注明各个设备的型号与规格。主接线中常用电器设备图形符号及文字符号发电机变压器电抗器断路器隔离开关熔断器避雷器GTLQFQSFUFA负荷开关QL主接线基本环节----电源（发电机、变压器）和进出线隔离开关互感器及其它中间环节----母线：汇集和分配电能断路器----断开电流的同时灭弧▉电气主接线中电气设备的符号●变电所主接线的基本要求（1）满足对用户供电的可靠性和电能质量的要求。（2）接线应力求简单、明显、运行灵活。（3）投资少，运行费用低。（4）保证运行人员监视操作、人身和设备安全。（5）考虑发展的可能性，留有充分裕度。1)无母线接线2)单母线接线3)双母线接线4)其它方式●变配电所主接线分类a桥式接线b环形接线c单元接线a内桥式接线b外桥式接线a单母线不分段b单母线分段c单母线带旁路d单母线分段带旁路a双母线不分段b双母线分段c双母线带旁路d双母线分段带旁路一、高压配电所常用的电气主接线（一）高压配电所常用的电气主接线1.单电源的高压配电所电气主接线单母线接线每条引入线和引出线的电路中都装有断路器和隔离开关，电源的引入与引出是通过一根母线连接的。母线故障或检修时，全所停电。电源进线用户出线单母不分段QS2QFQS1WL2WL1WL3WL4①②③QEWB电源单母线接线返回①断开QF②断开QS2③断开QS1QS2QFQS1WL2WL1WL3WL4①②③QEWB电源单母线接线返回①合上QS1②合上QS2③合上QF2.双电源的高压配电所电气主接线单母线分段可以分列运行，也可以并列运行。一路电源供电，另一路电源进线备用，并列运行，当工作电源断电时，可投入备用电源。分列运行，每条电源分别供电给两段母线负荷。一电源断电时，改由另一电源供电。一段母线检修或故障时，另一段母线仍能继续运行。电源进线用户出线单母分段无母线主接线的特点，是在电源与出线或变压器之间没有母线连接。1.单台变压器的总降压变电所高压为线路－变压器组单元接线低压为单母线接线（二）总降压变电所的电气主接线图装设一台主变压器的总降压变电所主接线（a）（b）T1T2T1T2QF1WL1WL2QF2QF3QF3QF1QF2WL2WL1特点适用范围返回内桥接线桥靠近T侧，T1、T2切投复杂，WL1、WL2切投方便。外桥接线桥靠近WL侧，T1、T2切投方便，WL1、WL2切投不便。2.双电源进线两台变压器的总降压变电所主接线示例高压桥接线图一次侧采用内桥形接线、二次侧采用单母线分段的总降压变电所主电路图一次侧采用外桥接线、二次侧采用单母线分段的总降压变电所主接线（三）用电区（或小型用户）变电所主接线适合于只有一级变电所的中小型企业，通常将6～10kV的高压直接降为一般用电设备所需的220／380V的低压，由变配电所低压向各个车间分配电能。1.装设一台变压器的小型变电所主接线只有一台主变压器的小型变电所其高压侧一般采用无母线的接线。通常有以下三种比较典型的接线方案。(1)高压侧采用隔离开关-熔断器或跌开式熔断器的变电所主接线。这种主接线受隔离开关和跌开式熔断器切断空载变压器容量的限制，一般只用于500kV·A及500kV·A以下容量的变电所。这种变电所相对简单经济，但供电可靠性不高，