第二章-电力系统基本知识课件.ppt

1、第二章电力系统基本知识第二章电力系统基本知识电力系统是由发电厂、送变电线路、供配电所电力系统是由发电厂、送变电线路、供配电所和用电单位组成的整体，和用电单位组成的整体，在同一瞬间，发电厂将发在同一瞬间，发电厂将发出的电能通过送变电线路，送到供配电所，经过变出的电能通过送变电线路，送到供配电所，经过变压器将电能送到用电单位，供给工农业生产和人民压器将电能送到用电单位，供给工农业生产和人民生活。生活。第一节电力系统概述第一节电力系统概述由发电、送电、变电、配电和用电组成由发电、送电、变电、配电和用电组成的整体称为的整体称为电力系统电力系统。电力系统中的送电、。电力系统中的送电、变电、配电三个部分称

2、为变电、配电三个部分称为电力网电力网。电力系统示意图电力系统示意图 火力发电厂火力发电厂：以煤、石油、天然气为燃料：以煤、石油、天然气为燃料燃燃烧产生热量烧产生热量通过汽轮机热能转换为机械能通过汽轮机热能转换为机械能带动发电机发电产生电能。带动发电机发电产生电能。水力发电厂水力发电厂：水位落差：水位落差水位势能通过水轮机水位势能通过水轮机转换为机械能转换为机械能带动发电机发电带动发电机发电产生电能。产生电能。核能发电厂核能发电厂：核燃料在反应堆发生核裂变释放热：核燃料在反应堆发生核裂变释放热能能通过汽轮机热能转换为机械能通过汽轮机热能转换为机械能带动发电带动发电机发电产生电能。机发电产生电能。

3、为什么要建设升压站、降压站？（为什么要建设升压站、降压站？（p41）为什么要建设大型电力系统（为什么电网要互为什么要建设大型电力系统（为什么电网要互联）？联）？1.提高电力系统可靠性提高电力系统可靠性 2.减少了系统备用容量（华北网与华中网互联，晋减少了系统备用容量（华北网与华中网互联，晋电入湘）什么叫备用容量：电入湘）什么叫备用容量：电力系统为在设备检修、事故、调频等情况下仍能保证负荷需求而需要增设的设备容量（一般为电力系统最高负荷的25%30%）3.降低峰谷差降低峰谷差 湖南上半年最大负荷湖南上半年最大负荷2280万万kW，最大峰，最大峰谷差谷差1200万万kW。超过了。超过了50%，调峰

4、压力很，调峰压力很大。大。如果把华中电网看做一个整体，各地区高如果把华中电网看做一个整体，各地区高峰、低谷负荷的非同时性，可以拉平负荷曲峰、低谷负荷的非同时性，可以拉平负荷曲线。（与减少备用容量同一概念）线。（与减少备用容量同一概念）4.提高供电质量提高供电质量 两个互联系统，如果两个互联系统，如果B系统负荷增加至没系统负荷增加至没有足够的调频（调峰）电源，就需要有足够的调频（调峰）电源，就需要A系统系统的调频厂向的调频厂向B系统输送有功功率。比如调频系统输送有功功率。比如调频电厂远离负荷中心的情况。电厂远离负荷中心的情况。5.有效利用水力等一次动力资源有效利用水力等一次动力资源 水电要全额消

5、纳。富余的水电怎么办？水电要全额消纳。富余的水电怎么办？（可再生能源法可再生能源法要求全额消纳水电等可要求全额消纳水电等可再生能源）再生能源）输电网输电网是电力网中的主网架是电力网中的主网架，它以高压甚，它以高压甚至超高压将发电厂、变电所或变电所之间连至超高压将发电厂、变电所或变电所之间连接起来。接起来。配电网配电网是直接将电能送到用户的网络，是直接将电能送到用户的网络，分分为高压配电网即指为高压配电网即指110kV及以上电压、中压及以上电压、中压配电网指（配电网指（35kV）10kV、6kV、3kV电压及电压及低压配电网低压配电网220V、380V。现在城市中也有现在城市中也有220kV的配

6、电网。的配电网。电力生产的特点电力生产的特点 （1）同时性；）同时性；发电、供电、用电必须时刻保持平衡发电、供电、用电必须时刻保持平衡 决定于电力的不可储存性（关于电力系统的所有研究几决定于电力的不可储存性（关于电力系统的所有研究几乎都源于这一特点：稳定性、调峰、调频、调压）乎都源于这一特点：稳定性、调峰、调频、调压）（2）集中性；）集中性；电力生产是高度集中的，统一调度；电力生产是高度集中的，统一调度；（3）适用性；）适用性；电能不受或少受时间、地点、空间、气电能不受或少受时间、地点、空间、气温、场地的限制，适用性最广泛。温、场地的限制，适用性最广泛。（与太阳能、风能对比）（4）先行性。）先

7、行性。2.国民经济发展电力必须先行国民经济发展电力必须先行1）工农业方面产生的提高，主要依靠劳动生产率的提）工农业方面产生的提高，主要依靠劳动生产率的提高，并不断提高机械化和电气化的水平；高，并不断提高机械化和电气化的水平；2）出现许多新的、规模大的、耗电多的工业部门，如）出现许多新的、规模大的、耗电多的工业部门，如电气冶炼、电化学等电气冶炼、电化学等；3）农业、交通运输业等，随着新技术推广，将广泛应）农业、交通运输业等，随着新技术推广，将广泛应用电能，使电能需要量大大增加；用电能，使电能需要量大大增加；4）人民生活水平、文化水平不断提高，都会使居民用）人民生活水平、文化水平不断提高，都会使居

8、民用电量日益增加。电量日益增加。用电负荷用电负荷 用电负荷用电负荷是用户在某一时刻对电力系统所需求的是用户在某一时刻对电力系统所需求的功率。功率。用电负荷加上同一时刻的线路损耗，用电负荷加上同一时刻的线路损耗，是发电厂对是发电厂对外供电时所承担的全部负荷外供电时所承担的全部负荷，称为，称为供电负荷供电负荷。电力负荷电力负荷是电力系统中所有电力设备消耗的功率。是电力系统中所有电力设备消耗的功率。供电负荷加上厂用电负荷。供电负荷加上厂用电负荷。按照受到突然中断供电所引起的影响，用电负按照受到突然中断供电所引起的影响，用电负荷可分为以下几类：荷可分为以下几类：（1）一类负荷）一类负荷也称也称一级负荷

9、一级负荷，指，指突然中突然中断供电将会造成人身伤亡或会引起对周围环境严重断供电将会造成人身伤亡或会引起对周围环境严重污染，造成经济上的巨大损失污染，造成经济上的巨大损失，以及突然中断供电，以及突然中断供电将会造成社会秩序严重混乱或产生政治上的严重影将会造成社会秩序严重混乱或产生政治上的严重影响的用电负荷。响的用电负荷。供电要求：双电源外加备用（应急电源）供电要求：双电源外加备用（应急电源）（2）二类负荷）二类负荷也称二级负荷，是也称二级负荷，是指突然指突然中断供电会造成较大的经济损失、社会秩序混乱或中断供电会造成较大的经济损失、社会秩序混乱或政治上产生较大影响的用电负荷。政治上产生较大影响的用

10、电负荷。供电要求：双回路供电，并要引自不同变压器供电要求：双回路供电，并要引自不同变压器或两段母线。或两段母线。（3）三类负荷也称三级负荷，是指不属于上）三类负荷也称三级负荷，是指不属于上述一类和二类负荷的其他负荷，对这类负荷，突然述一类和二类负荷的其他负荷，对这类负荷，突然中断供电所造成的损失不大或不会造成直接损失。中断供电所造成的损失不大或不会造成直接损失。供电无特殊要求供电无特殊要求第三节变电所变电所是联结电力系统的中间环节，变电所是联结电力系统的中间环节，用以汇集用以汇集电源、升降电压和分配电力电源、升降电压和分配电力。通常由高低压配电装。通常由高低压配电装置、主变压器、主控制室和相应

11、的设施以及辅助生置、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。产建筑物等组成。根据变电所在系统中的位置、性质、作用及控制根据变电所在系统中的位置、性质、作用及控制方式等，可分为升压变电所、降压变电所、枢纽变方式等，可分为升压变电所、降压变电所、枢纽变电所、地区变电所、终端变电所，有人值班变电所电所、地区变电所、终端变电所，有人值班变电所和无人值班变电所。和无人值班变电所。变配电所中承担输送和分配电能任务的电路，叫变配电所中承担输送和分配电能任务的电路，叫一次电路或电气主接线。一次电路中所有的电气设一次电路或电气主接线。一次电路中所有的电气设备称一次设备。备称一次设备。变配电所中常

12、用的一次电气设备变配电所中常用的一次电气设备 1.主变压器主变压器 改变电压的电气设备，如将压变改变电压的电气设备，如将压变10/0.40.23KV)2.高压断路器（高压断路器（QF）高压断路器是高压电器中最重要的设备，是电力系统一次设备中起控制和保护作用的关键电器。高压断路器在电网中起两方面的作用：一是控制作用（主动），即根据电网运行的需要，将部分电气设备或线路投入或退出运行；二是保护作用（被动），即在电气设备或电力线路发生故障时，继电保护自动装置发出跳闸信号，起动断路器，将故障部分设备或线路从电网中迅速切除，确保电网中无故障部分电路的正常运行。高压断路器一般按灭弧介质的不同分为油断路器、真

13、空断路器、六氟化硫断路器等。高压断路器具有开断正常负荷电流和切断短路电流的功能，具有完善的灭弧装置。3.隔离开关隔离开关 隔离开关的作用有两个：（1）隔离电源，保证安全。利用隔离开关将高压电气装置中需要检修的部分与其他带电部分可靠隔离，隔离开关断开后有明显可见的断开间隙，能充分保证人身和设备的安全。(2)倒闸操作。隔离开关经常用来进行电力系统运行方式改变时的倒闸操作。例如，当主接线为双母线时，利用隔离开关将设备或线路从一组母线切换到另一组母线。特别强调，隔离开关没有专门的灭弧装置，在任何情况下，均不能接通或切断负荷电流和短路电流，并应设法避免可能发生的误操作。4.电压互感器电压互感器 将高电压

14、变为低电压（将高电压变为低电压（100V）供保护和）供保护和计量用计量用)；5.电流互感器电流互感器 将大电流变为小电流（将大电流变为小电流（5A）供保护和计量）供保护和计量用用；6.熔断器（熔断器（FU）熔断器FU是最简单和最早使用的一种保护电器，它串联在电路中使用，当所在电路短路或过载时，熔断器自动断开电路，使其它电气设备得到保护（当电流超过规定值时，以本身产生的热量使熔体熔断，断开电路的一种电器）7.负荷开关 具有简单的灭弧装置，因此能通断一定的负荷电流和过负荷电流。但它不能断开短路电流，负荷开关断开后，与隔离开关一样，具有明显可见的断开间隙，因此，它也具有隔离电源、保证安全检修的功能。

15、它一般与高压熔断器串联使用，借助熔断器来进行短路保护。电气主接线 一、单母线接线 特点是整个配电装置只有一组母线，所有电源进线和出线都接在同一组母线上。每一回路均装有断路器QF和隔离开关QS。断路器用于在正常或故障情况下接通与断开电路，隔离开关当停电检查断路器时作为隔离电器隔离电压。单母线接线的优点是接线简单，操作方便，投资少，便于扩建；缺点是可靠性和灵活性较差，当母线检修或故障时，各支路都必须停止工作，当引出线的断路器检修时，该支路要停止供电。单母线接线不能满足不允许停电的重要用户的供电要求，只适用于不重要负荷的中、小容量的变电所。二、二、单母线分段接线单母线分段接线当引出线数目较多时，为提

16、高供电可靠性，可用断路器将母线分段，即采用单母线分段接线方式。正常工作时，分段断路器可以接通也可以断开。如果正常工作时分段断路器QF是接通的，则当任意段母线故障时，母线继电保护动作跳开分段断路器和接至该母线段上的电源断路器，这样非故障母线段仍能工作。当一个分段母线的电源断开时，连接在该母线上的出线可通过分段断路器QF从另一段母线上得到供电。如果正常工作时分段断路器QF是断开的，则当一段母线故障时，连在故障母线段上的电源断路器在继电保护的作用下跳开，非故障母线段仍能照常工作；但当一分段母线的电源断开时，连接在该母线上的出线会全部停电。GWL1WL2WL3WL4GQF分段断路器QSQSQF1QF2

17、断路器倒闸操作原则断路器倒闸操作原则 “先断后合先断后合”线路-变压器组接线p50图图2-8主变高压侧是线路主变高压侧是线路-变压器组接线。变压器组接线。线路变压器组接线就是线路和变压器直接相连，是一种最简单的接线方式。特点是设备少、投资省、操作简便、宜于扩建，但灵活性和可靠性较低。变电站只有一路进线与一台变压器，而且再无发展的情况下采用线路变压器组接线。当电源进线、变压器高低压侧、母线故障或检当电源进线、变压器高低压侧、母线故障或检修，全站停电。修，全站停电。桥型接线 用连接桥将两个线路-变压器组连接起来的接线。连接桥由一个断路器和两个隔离开关组成。内桥接线：如图（a）连接桥置于线路断路器内

18、侧(靠近变压器侧)，线路经断路器和隔离开关接至桥接点。外桥接线：如图（b）连接桥置于线路断路器外侧(远离变压器侧)，变压器经断路器和隔离开关接至桥接点。内桥接线的特点：任一线路检修或故障时，都不会影响其他回路的正常运行。变压器检修或故障时，则会影响一回线路的正常运行。由于变压器运行可靠，而且不需要经常进行投入和断开，因此内桥接线的应用较广泛。如变压器T1检修或发生故障，则需断开断路器QF1、QF3，使未故障线路L1供电受到影响。经倒闸操作，拉开隔离开关QS1后，再闭合QF1、QF3才能恢复线路L1工作，这将造成该侧线路的短时停电。外桥接线的特点：外桥接线的变压器检修或故障时，不会影响其他回路的

19、正常运行。当线路检修或故障时，则会影响一台变压器的正常运行。外桥接线仅适用于变压器按照经济运行需要要经常投入或断开的情况。供电质量供电质量供电质量供电质量指指电能质量电能质量与与供电可靠性供电可靠性。电能质量电能质量电能质量电能质量主要包括主要包括电压质量电压质量、频率质量频率质量和和波形质量波形质量。电压质量电压质量又分为又分为电压允许偏差电压允许偏差、电压允电压允许波动与闪变许波动与闪变。频率质量为频率质量为频率允许偏差频率允许偏差等。等。1.供电电压供电电压允许偏差允许偏差在某一时段内，在某一时段内，电压幅值缓慢变化电压幅值缓慢变化而偏离额定值的程而偏离额定值的程度，度，以电压实际值（以

20、电压实际值（U）和电压额定值（）和电压额定值（UN）之差）之差U与电与电压额定值压额定值UN之比的百分数之比的百分数U%来表示，即来表示，即v电气设备都是按照额定电压条件下设计制造的，当端电压电气设备都是按照额定电压条件下设计制造的，当端电压偏离额定电压时，电气设备的性能就会受到影响。偏离额定电压时，电气设备的性能就会受到影响。v当电压降低时当电压降低时，白炽灯的，白炽灯的发光效率和光通量发光效率和光通量都会急剧下降，都会急剧下降，U=0.9 UN时时,光通量下降光通量下降30%；当；当电动机电动机输出功率一定时，输出功率一定时，端电压降低会使定子，转子的端电压降低会使定子，转子的电流都有显著

21、增大，温度上电流都有显著增大，温度上升升。v当电压上升时当电压上升时，白炽灯的，白炽灯的寿命会大为缩短寿命会大为缩短,U=1.1 UN时则时则寿命缩减一半寿命缩减一半；当电压过高时，会使电气；当电压过高时，会使电气设备绝缘老化过设备绝缘老化过程加快，设备寿命缩短程加快，设备寿命缩短。.%100%NNUUUU国家标准规定电压偏差的允许值为：国家标准规定电压偏差的允许值为：1）35kV及以上电源供电的，电压允许偏差为及以上电源供电的，电压允许偏差为额定电压的额定电压的10。2）10kV及以下三相供电的电压允许偏差为额及以下三相供电的电压允许偏差为额定电压的定电压的7。3）220V单相供电电压允许偏

22、差为额定电压的单相供电电压允许偏差为额定电压的7到到10。2.电压电压允许波动允许波动和闪变和闪变（1）电压允许波动）电压允许波动 什么是电压波动？电压波动都是冲击性负荷引什么是电压波动？电压波动都是冲击性负荷引起的。在某一时段内，电压起的。在某一时段内，电压急剧变化急剧变化而偏离额定值而偏离额定值的现象，称为电压波动。的现象，称为电压波动。电压变化的速率大于电压变化的速率大于1的，即为电压急剧变化的，即为电压急剧变化。电压波动程度以电压在急剧变化过程中，相继出电压波动程度以电压在急剧变化过程中，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现的电压最大值和最小值之差与额定电压之比的百分数

23、来表示，即：分数来表示，即：电压波动的原因：电压波动的原因：1）电动机启动；）电动机启动；2）电焊机工作；）电焊机工作；3）大型电弧炉运行；）大型电弧炉运行；4）大型轧钢机冲击性工作；）大型轧钢机冲击性工作；负荷的急剧变动的冲击负荷所引起。负荷的急剧变动的冲击负荷所引起。%100%minmaxNUUUU国家标准对电压波动允许值规定为：国家标准对电压波动允许值规定为：1）220kV及以上为及以上为1.6；2）35kV110kV为为2；3）10kV及以下为及以下为2.5。（2）电压闪变）电压闪变周期性周期性电压急剧波动引起电压急剧波动引起灯光闪烁，光通量急剧波动，而造成人眼视觉不舒灯光闪烁，光通量

24、急剧波动，而造成人眼视觉不舒适的现象，称为闪变。适的现象，称为闪变。如何保证电压质量？如何保证电压质量？1.调整变压器电压分接头。调整变压器电压分接头。2.降低系统阻抗降低系统阻抗 电压损耗（电压损耗（输电线路首端和末端电压的绝对值之差）可以看出：输送功率（可以看出：输送功率（P和和Q）和始端电压（）和始端电压（U）一定的情况下，电压损耗与系统阻抗成比例关系。一定的情况下，电压损耗与系统阻抗成比例关系。电压损耗减小，可以提高末端用电设备的电压质量。电压损耗减小，可以提高末端用电设备的电压质量。UQXPRU%3.减小三相负荷的不平衡程度 负荷大的相，电压损耗大。4.无功补偿 从电压损耗的公式可以

25、看出：由于R在数值上远远小于X ，的值主要决定于线路输送的无功功率Q，要减小电压损耗，就要减小线路传输的无功功率，因此要进行就地无功补偿。5.改变系统运行方式：可以改变系统阻抗，从而改善电压UQXPRU%U4.供电频率允许偏差供电频率允许偏差供电频率偏差是以实际频率和额定频率之差供电频率偏差是以实际频率和额定频率之差f与额与额定定频频率率fN之比的百分之比的百分数数f表示，即表示，即我国电力系统频率额定值为我国电力系统频率额定值为50Hz。在并联运在并联运行的同一电力系统中，不论装机容量的大小，范行的同一电力系统中，不论装机容量的大小，范围的广阔，围的广阔，任一瞬间的频率在全系统都是一致的任一

26、瞬间的频率在全系统都是一致的。我国规定对频率变化的允许偏差范围，在我国规定对频率变化的允许偏差范围，在3000MW以上的系统中，以上的系统中，不超过额定值的不超过额定值的0.2Hz。据系统容量可放宽到据系统容量可放宽到0.5%(3000MW以下以下)%100%NNffff5.波形 （1）当电源波形不是正弦波时，可以分解出很多高次谐波分量。（2）产生原因：非线性元件的存在。（3）谐波危害：变压器绝缘加速老化，寿命缩短；电动机转子震动，影响产品质量等等。电力系统短路1.什么是短路 相与相之间，相与地之间通过金属导体、电弧或其他较小阻抗连接形成的非正常状态称为短路。2.短路有什么特征：电力急剧增大，

27、电压急剧降低，三相短路时电压降为03.短路的类型 （1）对称短路：三相短路 （2）不对称短路：单相接地短路、两相短路、两相接地短路 （3）在中性点直接接地系统中，单相接地短路占比超过90%（4）短路产生的原因（p59）4.短路的危害（p60）5.限制短路电流的方法 （1）中性点直接接地系统中，短路电流大小取决于零序阻抗，可以采用部分变压器中性点不接地方式，限制自耦变压器使用，都可以增大零序阻抗。（2）多母线分裂运行或者分段运行，可以增大系统阻抗。（3）环形电网解列运行，一般不采用，因为降低系统可靠性。（4）采用串联电抗器，增大系统阻抗。电力系统接地概述电力系统接地概述电气接地一般分为电气接地一

28、般分为工作接地工作接地和和保护接地保护接地。工作接地：为了保证电气设备能正常运行而工作接地：为了保证电气设备能正常运行而进行的接地进行的接地v有直接接地和非直接接地（含中性点不接地有直接接地和非直接接地（含中性点不接地或经消弧线圈接地）两类。或经消弧线圈接地）两类。v工作接地的接地电阻工作接地的接地电阻4。中性点接地方式中性点接地方式（1）指电力系统中指电力系统中至少有一个中性点直接或经小阻抗至少有一个中性点直接或经小阻抗与接地与接地装置相连接。装置相连接。（2）通过系统中全部或部分变压器中性点直接接地来实现的）通过系统中全部或部分变压器中性点直接接地来实现的。（3）作用：使中性点经常保持零电

29、位）作用：使中性点经常保持零电位（4）供电可靠性较低：因为当系统发生一相接地故障时，出）供电可靠性较低：因为当系统发生一相接地故障时，出现了除中性点外的另一个接地点，构成短路回路，产生很现了除中性点外的另一个接地点，构成短路回路，产生很大的短路电流，必须迅速切出故障。大的短路电流，必须迅速切出故障。（5）优势：非故障相电压仍然是正常电压，可以降低绝缘投）优势：非故障相电压仍然是正常电压，可以降低绝缘投资。高电压等级的电力系统，绝缘投资占比很大，因此采资。高电压等级的电力系统，绝缘投资占比很大，因此采用中性点直接接地方式。用中性点直接接地方式。（6）我国）我国110kV及以上电力系统一般采用中性

30、点直接接地方及以上电力系统一般采用中性点直接接地方式。式。中性点不接地方式：中性点不接地方式：（1）分为分为中性点不接地中性点不接地或或经消弧线圈接地经消弧线圈接地 （2）单相接地时不构成短路回路，接地相电流为）单相接地时不构成短路回路，接地相电流为正常运行时对地电容电流的正常运行时对地电容电流的3倍，数值不大，不必倍，数值不大，不必切除。切除。（3）线电压不变，且对称，非接地相电压升高为）线电压不变，且对称，非接地相电压升高为线电压，容易损坏绝缘。中性点电压升高为相电线电压，容易损坏绝缘。中性点电压升高为相电压。单相接地故障时允许运行压。单相接地故障时允许运行2小时，发出报警信小时，发出报警

31、信号。号。（4）随着线路的延伸，对地电容电流会逐渐增大，）随着线路的延伸，对地电容电流会逐渐增大，可能造成接地点电弧无法熄灭引起弧光接地过电可能造成接地点电弧无法熄灭引起弧光接地过电压，甚至发展成严重的系统性事故。压，甚至发展成严重的系统性事故。（5）针对以上问题，可以在中性点出加装消弧线）针对以上问题，可以在中性点出加装消弧线圈，利用产生的感性电流平衡容性电流。圈，利用产生的感性电流平衡容性电流。全补偿：消弧线圈的电感电流等于接地电容电流。全补偿：消弧线圈的电感电流等于接地电容电流。过补偿：过补偿：消弧线圈的电感电流大于接地电容电流。消弧线圈的电感电流大于接地电容电流。欠补偿：欠补偿：消弧线

32、圈的电感电流小于接地电容电流。消弧线圈的电感电流小于接地电容电流。中性点不接地系统单相接地相量分析CAACCBAABBAAAUUUUUUUUUUU)()(0)(0UBUAUC60-UA UCUB -UA ICBICC-ICAICAICAICBICBICCICCIPE负荷ABCCCCUAUBUC人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。