电力系统2018.3.18

电力系统复习引入第四章电力系统一电力系统组成二电力系统的电压等级三电网中性点及运行方式北林大工学院电气教研室5所谓电力系统，是指由发电厂、变电站、电力网以及用电设备所组成的统一整体。发电厂升压变电站高压输电线路降压变电站变电所用电设备包括电能生产、转换、分配、输送以及使用五个环节。一、电力系统组成电力系统概念电力系统包括发电、变电、输电、配电直到用电这样一个全过程。北林大工学院电气教研室7为了提高供电的可靠性和经济性，将各发电厂通过电力网连接起来，并联运行，组成庞大的联合动力系统。将各种类型发电厂中的发电机、升压降压变压器、输电线路以及各种用电设备组联系在一起构成的统一的整体就是电力系统，用以实现完整的发电、输电、变电、配电和用电。电能的生产供用电环节变压输配电使用1、发电厂概念：生产电能的工厂，把各种天然能源转化电能。分类：按发电厂能源取得的方式不同分类火力发电厂水力发电厂核电厂其它形式电厂柴油机厂太阳能电厂风力电厂潮汐电厂地热电厂70％20％小容量的电厂：利用一次能源发电的电厂：火力发电厂水力发电厂原子能发电厂发电厂火力发电厂是指用煤、油、天然气等为燃料的发电厂。将燃料燃烧加热锅炉中的水，利用高温高压的水蒸气推动汽轮机，带动与它联轴的发电机发电。水力发电厂是把水的位能和动能转变成电能的发电厂。主要可分为堤坝式和引水式水力发电厂。原子能发电厂又称核电站，是利用核裂变能量转化为热能，再按火力发电厂方式利用原子核反应堆发电。发电厂北林大工学院电气教研室11张发口发电总厂三峡水利发电站秦山核电站全球首座熊猫光伏发电站变电所起着变换电能电压、接受电能与分配电能的作用，是联系发电厂和用户的中间环节。如果变电所只用以接受电能和分配电能，则称为配电所。变电所有升压和降压之分升压变电所多建在发电厂内，把电能升高后，再进行长距离输送。降压变电所多设在用电区域，将高压电适当降低电压后，对某地区或用户供电。2、变电所3、电力用户概念：在各行各业中所应用的各类用电设备统称为电力用户电力系统中，通常将某一个企业或由同一线路供电的多个企业用电设备的总和看作一个电力用户。经济发展的“风向标”温馨提示4、电力网（1）概念：在电力系统中，由升压和降压变电所通过输、配电线路连接起来的部分。（2）作用输送、变换和分配电能。联系发电厂和电力用户的中间环节。综上所述，电力系统=发电厂+电力网+电力用户电力系统、电力网构成示意图如图1-1,电力系统组成举例：图1-2图1－1电力系统、电力网构成示意图电力用户G输电线路配电线路电力网电力系统升压变电所降压变电所发电厂图1－2电力系统组成举例北林大工学院电气教研室27在我国，主要的大型电网有华北电网、东北电网、华东电网、华中电网、南方电网、西北电网等。中国的华中电网和华北电网于2003年九月二十一日上午10时正式实现并网运行。目前中国的东北电网和华北电网已经实现了联网运行，而华中电网和川渝电网也已经实现了互联互通。此次联网使东北电网、华北电网、华中电网和川渝电网连成一片，形成一个跨越14个省市自治区、总容量超过1.4亿千瓦的超大规模交流同步电网。中新社记者:贾国荣思考：电力系统并网运行的原因用电设备使用的电能最终来自发电厂，那么，为什么要构成一个电力网络，而不是由单个发电厂直接向电能用户提供电能呢？实现经济运行一次能源运输困难，就地建厂充分利用发电厂的季节优势提高供电可靠性不会因个别发电机故障或检修而导致对用户停电。提高设备利用率系统内的设备互为备用北林大工学院电气教研室33大同-房山500kV输电线路北林大工学院电气教研室34房山-昌平紧凑型输电线路二、电力系统的电压等级1、额定电压：（铭牌上所标的电压）定义：能使受电器（电机、变压器、用电设备）正常工作的电压。2、我国额定电压等级为了使电力工业和电力制造业的生产标准化、统一化、系列化，世界上许多国家和组织都制定了有关额定电压的标准。我国电力网额定电压等级如下：0.22、0.38、3、6、35、（60）、110、220、330、500、750、1000KV低压电网：3KV以下高压电网：3~330KV超高压电网：330~1000KV特高压电网：1000KV及以上1000KV电网简介：2006年8月19日，我国首条1000kV特高压示范线路工程开工建设。中国电网开始迈向世界电网科技巅峰。这一天，必将载入史册。据悉，有30多位院士、300多名教授、800名高级工程师及博士在内的2000多名科技工作者参与了这一举世瞩目的输电工程研究和设计。线路全长约653.8千米，包括三站两线，起于山西省长治的晋东南变电站，经河南省南阳开关站，止于湖北省荆门变电站，联接华北、华中两大电网，于2008年建成投运。中国电机工程学会理事长陆延昌用几组数字说明特高压电网的优势：一回1000千伏特高压交流输电线路输送功率接近500万千瓦，约为500千伏线路的4～5倍；同时特高压交流线路在输送功率相同的情况下，可将最远送电距离延长3倍，而损耗只有500千伏线路的25％～40％。输送同样的功率，采用1000千伏线路与500千伏线路相比，可节省60%土地资源电网分类3、各种电气设备的额定电压因为在输电线路输送负荷电流时必然要产生电压损失，为了保证电网末端的用电设备工作在正常电压下，国家规定：（1）电力网及用电设备的额定电压用电设备容许的电压偏移一般为5%，沿线电压降落一般为10%，因而要求线路始端电压为额定值的1.05倍，并使末端电压不低于额定值的0.95倍。可取线路始末两端电压的平均值Uav作为电力网的额定电压。用电设备额定电压=同级电网的额定电压UNU1=1.05UNU3=0.95UNU2=UN123T（2）发电机额定电压发电机通常接于线路始端，因此发电机的额定电压为线路额定电压的1.05倍UGN＝UN（1＋5％）例如：线路电压为10KV，则发电机电压为10.5KV.（3）变压器额定电压变压器具有发电机和负荷的双重地位，它的一次侧是接受电能的，相当于用电设备；二次侧是送出电能的，相当于发电机。变压器一次侧额定电压：①变压器一次侧额定电压取等同于用电设备额定电压；②对于直接和发电机相联的变压器，其一次侧额定电压等于发电机的额定电压，即：U1N＝UGN＝UN（1＋5％）变压器二次侧额定电压：①当距用电设备较近时，取比线路额定电压高5%。②当距用电设备较远时，变压器二次额定电压取比线路额定电压高10%。因变压器二次侧额定电压规定为空载时的电压，高出的10％电压其中有5％用来补偿正常负载时变压器内部阻抗和线路阻抗所造成的损失。GT110KVT4T2T3D1220KV110KV6KV35KV3KV已知线路额定电压如图所示，请标出发电机额定电压和变压器T1、T2、T3、T4一、二次侧的额定电压。举例练习10.5KV10.5KV/242KV10.5KV/3.15KV220KV/121KV/38.5KV35KV/6.6KVGT110KVT4T2T3D1220KV110KV6KV35KV3KV发电机额定电压：比同级电网高5％，为10×（1＋5％）＝10.5KV；变压器T1一次侧额定电压：等于发电机额定电压，所以为10.5KV变压器T2一次侧额定电压：相当于用电设备额定电压，所以为220KV变压器T1二次侧额定电压：比同级电网线路高10％，为220×（1＋10％）＝242KV变压器T2中压侧（二次侧）额定电压：比同级电网线路高10％，为110×（1＋10％）＝121KV变压器T2低压侧（二次侧）额定电压：比同级电网线路高10％，为35×（1＋10％）＝38.5KV2、供电系统电压等级的确定（1）技术指标包括电能质量，供电的可靠性，配电的合理性及适应将来发展的情况（2）经济指标包括基建投资，有色金属消耗量，年电能损失费及年维修费等。（3）与输送距离和容量有关当S一定时，U愈高，I愈小，线路上电压与功率损耗愈小，电力传输距离愈长，所需导线截面积愈小，投资愈少。当I一定时，U愈高，S愈大。当经济技术指标相差不大时，应优先选用电压等级较高的方案。电压等级与输送容量和输送距离之间的关系额定电压(KV)输送功率(MW)输送距离(Km)60.1~1.24~15100.2~26~20352~1020~5011010~5050~150220100~500100~300330200~1000200~600500750~1800400~1000目前，我国电力系统中，220kv以上电压等级多用于大型电力系统的主干线，110kv多用于中、小型电力系统的主干线，也可用于大型电力系统的二次网络。工厂供电系统：一般工厂内部多采用6－10kV的高压配电电压。从技术经济指标来看，最好采用10kv。如果工厂拥有相当数量的6kV用电设备时，可考虑采用6kV电压作为工厂配电电压。380／220v电压等级多作为工厂的低压配电电压。在电力系统中，当变压器或发电机的三相绕组为星形联结时，其中性点可有两种运行方式：中性点接地中性点直接接地系统常称大电流接地系统中性点不接地中性点不接地和中性点经消弧线圈(或电阻)接地的系统称小电流接地系统三、电网中性点及运行方式图1.4电力系统中性点运行方式中性点直接接地中性点不接地中性点经消弧线圈接地消弧线圈是一个具有铁芯的可调电感线圈，线圈的电阻很小（消耗功率小），电抗很大（保证对地绝缘水平），电抗值可用改变线圈的匝数来调节。中性点经阻抗接地中性点运行方式比较讨论：中性点运行方式优缺点分析以及各种接地方式的应用场合各种运行方式优缺点比较中性点直接接地方式：当发生一相对地绝缘破坏时，即构成单相短路，供电中断，可靠性降低。但是，该方式下非故障相对地电压不变，电气设备绝缘水平可按相电压考虑。我们国家的220V/380V和110KV以上级系统，都采用中性点直接接地，以大电流接地方式运行。中性点不接地或经消弧线圈接地方式：当发生单相接地故障时，线电压不变，而非故障相对地电压升高到原来相电压的√3倍，供电不中断，可靠性高。我们国家的10KV和35KV系统，都采用中性点不接地或经消弧线圈接地，以小电流接地方式运行。课堂小结一电力系统组成发电厂、变电站、电力网、用电设备二电力系统的电压等级0.22、0.38、3、6、35、（60）、110、220、330、500、750、1000KV三电网中性点及运行方式中性点接地中性点不接地作业布置课后习题：P49一、二、三