供电技术-余建明课件.ppt
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- 供电 技术 余建明 课件
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1、 现代供电技术余健明余健明自动化与信息工程学院自动化与信息工程学院1 1 绪论(绪论(1-11-1)n电能是能源的主要组成部分,它与其它能源比较,易于转化,电能是能源的主要组成部分,它与其它能源比较,易于转化,输配简单,便于调节测量、准确控制。因此,保证可靠、安全、输配简单,便于调节测量、准确控制。因此,保证可靠、安全、经济、高质量的供电,对工农业生产与人民生活影响很大。合经济、高质量的供电,对工农业生产与人民生活影响很大。合理用电已成为目前的当务之急。理用电已成为目前的当务之急。一、电力系统的基本概念一、电力系统的基本概念1 1、电力系统的构成、电力系统的构成 如图如图1-11-1所示,电力
2、系统由各种不同类型的发电厂、输配所示,电力系统由各种不同类型的发电厂、输配电网及电力用户组成。它们分别完成电能的生产、输送、分配电网及电力用户组成。它们分别完成电能的生产、输送、分配及使用。及使用。在目前的电力系统中,主要的发电厂为以煤、石油和天然在目前的电力系统中,主要的发电厂为以煤、石油和天然气作为燃料的火力发电厂、利用水力发电的水力发电厂和利用气作为燃料的火力发电厂、利用水力发电的水力发电厂和利用核能发电的原子能发电厂。此外,利用可再生能源的风能、太核能发电的原子能发电厂。此外,利用可再生能源的风能、太阳能、地下热能和潮汐能发电也在不断发展与研究中,有的已阳能、地下热能和潮汐能发电也在不
3、断发展与研究中,有的已具有一定的规模。具有一定的规模。1 1 绪论绪论 (1-21-2)图图1-1 1-1 电力系统示意图电力系统示意图1 1 绪论绪论 (1-31-3)输电网络的作用是将各个发电厂通过高压输电网络的作用是将各个发电厂通过高压(如如220220、330330、500kV500kV甚至甚至750kV)750kV)线路相互连接,使所有同步发电机之间并列线路相互连接,使所有同步发电机之间并列运行,并同时将发电厂发出的电能送到各个负荷中心。由于每运行,并同时将发电厂发出的电能送到各个负荷中心。由于每条线路输送功率大小以及传输距离不同,在同一个输电网络中条线路输送功率大小以及传输距离不同
4、,在同一个输电网络中可能需要采用几种不同等级的电压,这就要求在输电网络中采可能需要采用几种不同等级的电压,这就要求在输电网络中采用各种不同容量的升、降压变电所。电能传输的方式分为交流用各种不同容量的升、降压变电所。电能传输的方式分为交流输电和直流输电两种形式。输电和直流输电两种形式。组成大型电力系统的优点有:组成大型电力系统的优点有:1)1)发电量不受地方负荷的限制,可以增大单台机组容量,充发电量不受地方负荷的限制,可以增大单台机组容量,充分利用地方自然资源,提高发电效率,降低电能成本。分利用地方自然资源,提高发电效率,降低电能成本。2)2)充分利用各类发电厂的特点,合理地分配负荷,使系统能充
5、分利用各类发电厂的特点,合理地分配负荷,使系统能保持在最经济的条件下运行。保持在最经济的条件下运行。3)3)在减少备用机组的情况下,能提高对用户供电的可靠性。在减少备用机组的情况下,能提高对用户供电的可靠性。1 1 绪论(绪论(1-41-4)2 2、电力网的额定电压、电力网的额定电压 电力网的额定电压等级是根据国民经济发展的需要、技术经济的合理电力网的额定电压等级是根据国民经济发展的需要、技术经济的合理性以及电气设备的制造水平等因素,经全面分析论证,由国家统一制定和性以及电气设备的制造水平等因素,经全面分析论证,由国家统一制定和颁布的。我国公布的标准额定电压如表颁布的。我国公布的标准额定电压如
6、表1-11-1所示。所示。表表1-1 1-1 我国交流电力网和电气设备的额定电压我国交流电力网和电气设备的额定电压 电力网和用电设备 额定电压 发电机 额定电压 电力变压器额定电压 一次绕组 二次绕组 低压(V)220127 380220 660380 230 400 690 220127 380220 660380 230133 400230 690400高压(kV)3 6 10 35110 220 330 500 750 3.15 6.3 10.5 13.8,15.75,18,20-3及3.156及6.310及10.513.8,15.75,18,20351102203305007503.1
7、5及3.36.3及6.6lO.5及1138.5121242363550-1 1 绪论(绪论(1-51-5)电气设备的额定电压如下:电气设备的额定电压如下:1 1)用电设备的额定电压)用电设备的额定电压 它是设备最经济合理的工作电压,它应与电网的额定电压一致。它是设备最经济合理的工作电压,它应与电网的额定电压一致。2 2)发电机的额定电压)发电机的额定电压 发电机的额定电压一般比同级电网额定电压高出发电机的额定电压一般比同级电网额定电压高出5 5。3 3)电力变压器的额定电压)电力变压器的额定电压 变压器的额定电压分为一次和二次。对于一次额定电压,当变压器接于变压器的额定电压分为一次和二次。对于
8、一次额定电压,当变压器接于 电网末端时,性质上等同于电网上的一个负荷(如用户降压变电所的变压电网末端时,性质上等同于电网上的一个负荷(如用户降压变电所的变压 器),故其额定电压与电网一致;当变压器接于发电机引出端时(如发电器),故其额定电压与电网一致;当变压器接于发电机引出端时(如发电 厂升压变压器),则其额定电压应与发电机额定电压相同,即比同级电网厂升压变压器),则其额定电压应与发电机额定电压相同,即比同级电网 额定电压高出额定电压高出5 5。对于二次额定电压,是指变压器的空载电压,考虑到变。对于二次额定电压,是指变压器的空载电压,考虑到变 压器承载时自身电压损失(通常在额定工作情况下约为压
9、器承载时自身电压损失(通常在额定工作情况下约为5 5),变压器二次),变压器二次 侧额定电压应比电网额定电压高侧额定电压应比电网额定电压高5 5;当二次侧输电距离较长时,还应考虑;当二次侧输电距离较长时,还应考虑 到线路电压损失(约到线路电压损失(约5 5),此时,变压器二次侧额定电压应比电网额定电),此时,变压器二次侧额定电压应比电网额定电 压高压高1010。1 1 绪论(绪论(1-61-6)3 3、电力系统的中性点运行方式、电力系统的中性点运行方式 电力系统的中性点是指星形联结的变压器或发电机的中性电力系统的中性点是指星形联结的变压器或发电机的中性点。其中性点运行方式可分为中性点有效接地系
10、统和中性点非点。其中性点运行方式可分为中性点有效接地系统和中性点非有效接地系统两大类。中性点有效接地系统即中性点直接接地有效接地系统两大类。中性点有效接地系统即中性点直接接地系统,中性点非有效接地系统包括中性点不接地和中性点经消系统,中性点非有效接地系统包括中性点不接地和中性点经消弧线圈弧线圈(或电阻或电阻)接地,使接地电流被控制到较小数值的系统。接地,使接地电流被控制到较小数值的系统。1 1)中性点不接地系统)中性点不接地系统 在正常运行时,各相对地电压在正常运行时,各相对地电压 、是对称的,其值是对称的,其值为相电压为相电压 ;各相对地电容相同(设线路单位长度电容为;各相对地电容相同(设线
11、路单位长度电容为 ,线路长度为线路长度为 ),电容电流对称且超前相电压),电容电流对称且超前相电压9090,其值,其值为为 ,故三相电容电流矢量和为零。,故三相电容电流矢量和为零。AUBUCUUl0ClUCI0c01 1 绪论(绪论(1-71-7)但是,当发生一相接地故障时但是,当发生一相接地故障时(如如C C相相,图图1-21-2所示所示),故障相对地电,故障相对地电压为零,非故障相对地电压将升高至压为零,非故障相对地电压将升高至原来相电压的原来相电压的 倍,而线电压在大倍,而线电压在大小和相位上都没有变化。故障相对地小和相位上都没有变化。故障相对地电容被短接,非故障相由于对地电压电容被短接
12、,非故障相由于对地电压的升高其电容电流升至原来电容电流的升高其电容电流升至原来电容电流的的 倍。此时,流经故障点的电流倍。此时,流经故障点的电流 为非故障相为非故障相A A、B B两相电容电流的矢量两相电容电流的矢量和和 ,其有效,其有效值为值为 。33(1)C(A)(1)C(B)1(C(C)(1)kIIIIc00(1)k333IlUCI(1)kI图图1-2 1-2 中性点不接地系统中性点不接地系统发生单相接地故障发生单相接地故障1 1 绪论(绪论(1-81-8)以上分析表明,中性点不接地系统发生单相接地故障时,以上分析表明,中性点不接地系统发生单相接地故障时,线间电压不变,而非故障相对地电压
13、升高到原来相电压的倍,线间电压不变,而非故障相对地电压升高到原来相电压的倍,故障相电容电流增大到原来的故障相电容电流增大到原来的3 3倍。因此,对中性点不接地系倍。因此,对中性点不接地系统应注意:统应注意:(1 1)电气设备对地绝缘要求必须按线电压数值来考虑。)电气设备对地绝缘要求必须按线电压数值来考虑。(2 2)若单相接地电容电流超过规定值)若单相接地电容电流超过规定值(6(610kV10kV线路为线路为30A30A,35kV35kV线路为线路为10A)10A),会产生稳定电弧致使电网出现暂态过电压,会产生稳定电弧致使电网出现暂态过电压,危及电气设备安全。这时应采危及电气设备安全。这时应采
14、取中性点经消弧线圈(或电阻)取中性点经消弧线圈(或电阻)接地的运行方式。接地的运行方式。1 1 绪论(绪论(1-91-9)2.2.中性点经消弧线圈接地系统中性点经消弧线圈接地系统 消弧线圈实际上是一个铁心消弧线圈实际上是一个铁心可调的电感线圈,安装在变压器可调的电感线圈,安装在变压器或发电机中性点与大地之间,如或发电机中性点与大地之间,如图图1-31-3所示。当系统发生单相接地所示。当系统发生单相接地故障时,接地故障相与消弧线圈故障时,接地故障相与消弧线圈构成了另一个回路,接地电流中构成了另一个回路,接地电流中增加了一个感性电流增加了一个感性电流 ,它和装,它和装设消弧线圈前的电容电流方向相设
15、消弧线圈前的电容电流方向相反,相互补偿,减小了接地点的反,相互补偿,减小了接地点的故障电流,使电弧易于自行熄灭,故障电流,使电弧易于自行熄灭,从而提高了供电可靠性。从而提高了供电可靠性。LI图图1-3 1-3 中性点经消弧线圈接中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障地系统发生单相接地故障1 1 绪论(绪论(1-101-10)中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障时,与中性点不接地的系统一中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障时,与中性点不接地的系统一样,非故障相电压仍升高样,非故障相电压仍升高 倍,三相导线之间的线电压仍然平衡,电力系统可倍,三相导线之间的线电压仍然平衡,电力系统可以继续
16、运行。以继续运行。电力系统经消弧线圈接地时,有三种补偿方式,即全补偿、欠补偿和过补偿。电力系统经消弧线圈接地时,有三种补偿方式,即全补偿、欠补偿和过补偿。全补偿方式即全补偿方式即 ,此时系统将发生串联谐振,产生危险的高电压和过,此时系统将发生串联谐振,产生危险的高电压和过电流,可能造成设备的绝缘损坏,影响系统的安全运行。因此,一般系统都不电流,可能造成设备的绝缘损坏,影响系统的安全运行。因此,一般系统都不采用全补偿方式。采用全补偿方式。欠补偿方式即欠补偿方式即 ,此时接地点有未被补偿的电容电流流过,当系统运,此时接地点有未被补偿的电容电流流过,当系统运行方式改变而切除部分线路时,整个系统的对地
17、电容电流将减少,有可能发展行方式改变而切除部分线路时,整个系统的对地电容电流将减少,有可能发展成为全补偿方式,从而出现上述严重后果,所以也很少被采用。成为全补偿方式,从而出现上述严重后果,所以也很少被采用。过补偿方式即过补偿方式即 ,在过补偿方式下,即使系统运行方式改变而切除部,在过补偿方式下,即使系统运行方式改变而切除部分线路时,也不会发展成为全补偿方式,致使系统发生谐振。因此,实际工程分线路时,也不会发展成为全补偿方式,致使系统发生谐振。因此,实际工程中大都采用过补偿方式。消弧线圈的过补偿度一般为中大都采用过补偿方式。消弧线圈的过补偿度一般为5 51010。3(1)LkII(1)LkII(
18、1)LkII1 1 绪论(绪论(1-111-11)3.3.中性点直接接地系统中性点直接接地系统 当发生一相对地绝缘破坏时,即构成单相接地故障,供电中断,当发生一相对地绝缘破坏时,即构成单相接地故障,供电中断,可靠性降低。但是由于中性点接地的钳位作用,非故障相对地电可靠性降低。但是由于中性点接地的钳位作用,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。此外,在压不变,电气设备绝缘水平可按相电压考虑。此外,在380380220V220V低压供电系统中,采用中性点直接接地,因此可以减少中性点的低压供电系统中,采用中性点直接接地,因此可以减少中性点的电压偏差,同时可以防止一相接地时出现超过电压
19、偏差,同时可以防止一相接地时出现超过250V250V的危险电压。的危险电压。在我国电力系统中,在我国电力系统中,110kV110kV及以上高压系统,为降低设备绝缘要及以上高压系统,为降低设备绝缘要求,多采用中性点直接接地运行方式;求,多采用中性点直接接地运行方式;6 635kV35kV中压系统中,为提中压系统中,为提高供电可靠性,首选中性点不接地运行方式,当接地电流不满足高供电可靠性,首选中性点不接地运行方式,当接地电流不满足要求时,可采用中性点经消弧线圈(或电阻)接地的运行方式;要求时,可采用中性点经消弧线圈(或电阻)接地的运行方式;低于低于1kV1kV的低压配电系统中,通常为中性点直接接地
20、运行方式。的低压配电系统中,通常为中性点直接接地运行方式。LI1 1 绪论(绪论(1-121-12)二、用户供电系统的特点和决定供电质量的主要指标二、用户供电系统的特点和决定供电质量的主要指标 1 1、用户供电系统的特点、用户供电系统的特点 用户供电系统由用户内部变配电所、供电线路和用电设备用户供电系统由用户内部变配电所、供电线路和用电设备等组成,其中变配电所是电力系统的终端降压变配电所。对于等组成,其中变配电所是电力系统的终端降压变配电所。对于某些大型工业企业,在可靠性要求或技术经济比较合理时,也某些大型工业企业,在可靠性要求或技术经济比较合理时,也可建立自备发电站。可建立自备发电站。用户供
21、电系统的供电电压一般在用户供电系统的供电电压一般在110kV110kV以下。以下。2 2、决定供电质量的主要指标、决定供电质量的主要指标 决定用户供电质量的指标为电压、频率和可靠性。决定用户供电质量的指标为电压、频率和可靠性。1 1 绪论(绪论(1-131-13)1 1)电压)电压 理想的供电电压应该是幅值恒为额定值的三相对称正弦理想的供电电压应该是幅值恒为额定值的三相对称正弦电压。由于供电系统存在阻抗、用电负荷的变化和用电负荷的电压。由于供电系统存在阻抗、用电负荷的变化和用电负荷的性质性质(如冲击性负荷、非线性负荷如冲击性负荷、非线性负荷)等因素,实际供电电压无论等因素,实际供电电压无论是在
22、幅值上、波形上还是三相对称性上都可能与理想电压之间是在幅值上、波形上还是三相对称性上都可能与理想电压之间存在着偏差。存在着偏差。(1)(1)电压偏差电压偏差 电压偏差是指电网实际电压与额定电压之差。电压偏差是指电网实际电压与额定电压之差。实际电压偏高或偏低对用电设备的良好运行都有影响。我国对实际电压偏高或偏低对用电设备的良好运行都有影响。我国对用电单位的供电额定电压及容许偏差规定:用电单位的供电额定电压及容许偏差规定:35kV35kV及以上供电电压:电压正、负偏差绝对值之和为及以上供电电压:电压正、负偏差绝对值之和为1010;10kV10kV及以下三相供电电压:及以下三相供电电压:7 7;22
23、0V220V单相供电电压:单相供电电压:7 7,1010。1 1 绪论(绪论(1-141-14)(2)(2)电压波动和闪变电压波动和闪变 电网电压幅值(或半周波方均根值)的电网电压幅值(或半周波方均根值)的连续快速变化称为电压波动。由电压波动引起的灯光闪烁对人连续快速变化称为电压波动。由电压波动引起的灯光闪烁对人眼脑产生的刺激效应称为电压闪变。眼脑产生的刺激效应称为电压闪变。(3)(3)高次谐波高次谐波 电网电压波形发生非正弦畸变时,电压中出现电网电压波形发生非正弦畸变时,电压中出现高次谐波。高次谐波的产生,除电力系统自身背景谐波外,在高次谐波。高次谐波的产生,除电力系统自身背景谐波外,在用户
24、方面主要由大功率变流设备、电弧炉等非线性用电设备所用户方面主要由大功率变流设备、电弧炉等非线性用电设备所引起。高次谐波的存在将导致供电系统能耗增大、电气设备尤引起。高次谐波的存在将导致供电系统能耗增大、电气设备尤其是静电电容器过流及绝缘老化加快,并会干扰自动化装置和其是静电电容器过流及绝缘老化加快,并会干扰自动化装置和通信设施的正常工作。通信设施的正常工作。(4)(4)三相不对称三相不对称 三相电压不对称指三个相电压在幅值和相位三相电压不对称指三个相电压在幅值和相位关系上存在偏差。三相不对称主要由系统运行参数不对称、三关系上存在偏差。三相不对称主要由系统运行参数不对称、三相用电负荷不对称等因素
25、引起。供电系统的不对称运行,对用相用电负荷不对称等因素引起。供电系统的不对称运行,对用电设备及供配电系统都有危害,低压系统的不对称运行还会导电设备及供配电系统都有危害,低压系统的不对称运行还会导致中性点偏移,从而危及人身和设备安全。致中性点偏移,从而危及人身和设备安全。1 1 绪论(绪论(1-151-15)2 2)频率)频率 一个交流电力系统只能有一个频率。我国规定的电力系统一个交流电力系统只能有一个频率。我国规定的电力系统标称频率标称频率(俗称工频俗称工频)为为50Hz50Hz。国际上标称频率有。国际上标称频率有50Hz50Hz和和60Hz60Hz两两种。种。当电能供需不平衡时,系统频率便会
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