电力系统的基本概念.ppt

第一部分 电力系统基础主要内容,第一章 电力系统的基本概念 第二章 电力网元件参数及等值电路 第三章 电力系统潮流计算 第四章 电力系统运行方式的调整和控制 第五章 电力系统故障分析 第六章 电力系统稳定性分析,第一章 电力系统的基本概念,第一节 电力系统的组成 第二节 电力系统的额定电压 第三节 对电力系统运行的基本要求 第四节 电力系统的接线方式和中性点接地方式 第五节 电力系统的负荷,第一节 电力系统的组成,一、电力系统的组成,电力系统: 生产、输送、分配和消费电能的各种电气设备连接在一起而组成的整体称为电力系统。 动力系统: 在电力系统的基础上又加上动力设备，则称为动力系统。 动力设备： 火电厂的汽轮机、锅炉、供热管道等 水电厂的水轮机、水库等 电力网: 电力系统中输送和分配电能的部分称为电力网，它包括升、降压变压器和各种电压等级的输电线路。,电力系统常用接线图 地理接线图主要显示系统中发电厂、变电所的地理位置，电力线路的路径，以及它们相互间的联结。 电气接线图主要显示系统中发电机、变压器、母线、断路器、电力线路等主要电机、电器、线路之间的电气接线。,直流联合系统：为补充输电方式，在交流电力系统内或者在两个交流电力系统之间嵌入直流输电系统，便构成现代交直流联合系统。 直流输电系统：由换流设备、直流线路以及相关的附属设备组成。,从调度、管理、控制的角度看：,二、电力系统并网运行的优越性 截至2013年底，全国发电装机容量达到12.47亿千瓦，其中： 水电2.8亿千瓦（含抽水蓄能2151万千瓦），占全部装机容量的22.45%； 火电8.62万千瓦（含煤电7.86亿千瓦、气电0.43万千瓦），占全部装机容量的69.1%； 核电1462万千瓦； 并网风电7548万千瓦； 并网太阳能发电1479万千瓦； 生物质发电850万千瓦。,我国电网的地域划分,西电东送三大通道： 南部通道：将贵州乌江、云南澜沧江和桂、滇、黔三省区交界的南盘江、北盘江、红水河水电站，以及云南和贵州坑口火火电厂开发出来送往广东。 中部通道：将金沙江干支流(雅砻江、大渡河)水电站开发出来送往华东地区。 北部通道：将黄河上游水电站和山西、蒙西地区坑口火电厂开发出来送往京津唐地区 。,电力系统为什么要互联并网运行呢？ 1、提高供电的可靠性： 某个设备的故障不会危及整个电网的安全。 2、减少系统中总备用容量的比重： 备用容量可在系统中通用。 3、减少总用电负荷的峰值 不同地区的负荷有错峰效应，减少对新装机组的需求。,4、可以安装高效的大容量机组 即使大容量机组因故退出，也不影响电网的安全。 5、可以水火互济节约能源，改善电网调节性能 丰水期水电机组多发电，火电机组安排检修；枯水期火电机组多发电，水电机组安排检修。 6、可以提高电能质量 个别负荷的投入、退出及负荷变化，不会引起电压、频率的大的波动。,第二节 电力系统的额定电压,一、基本概念 额定电压：国家有关部门根据技术经济比较而规定的标准电压。 1、电气设备在额定电压和额定频率下运行时，具有最好的技术性能和经济效果； 2、同一电压级别下，各种设备的额定电压并不完全相等； 3、为使各种互相联接的电气设备都能运行在较有利的电压下，各电气设备的额定电压之间需要相互配合。 最高电压：考虑设备的绝缘性能确定的最高运行电压值,1、电网的额定电压等级UN 低压电网：0.22kV、0.38kV、0.66kV 中压电网：3kV、6kV、10kV 高压电网：35kV、110kV、220kV 超高压电网：330kV、500kV(500kV)、750kV 特高压电网：800kV 、1000kV 提高输电电压的利弊：减小载流截面和线路电抗，从而降低电网的功率损耗和电压损耗），并利于提高线路功率极限和稳定性，但会增加绝缘成本。,电压高，损耗小,绝缘水平高，投资大,电力系统的电压与输电容量和输电距离,2、电气设备额定电压的配合 基本原则 一般允许电气设备正常运行电压为额定电压的0.951.05(电压偏移5)，并尽量运行在额定电压。 变压器内部的电压降落约为5%。 线路电压损耗一般为10%。,设用电设备的额定电压为UN 线路（电网）的额定电压=UN ： 线路始端和末端的平均电压=UN 用电设备的容许电压偏移一般为5% 沿线路的电压降落一般为10% U1= (1+5%) UN， U2= (1-5%) UN 发电机的额定电压UGN=（1+5%）UN（通常） 接在线路的首端，通常还带有一定量的地方负荷，故应高5%。 （1+5%） 10 =10.5kV 大型发电机额定电压的规定例外。,变压器的额定电压： 一次侧：接受功率的一侧 (相当于受电设备) U1N=UN(降压变压器或中间联络变压器) U1N=UGN (直接和发电机相连的变压器) 二次侧：输出功率的一侧 (相当于供电设备) 当供电线路较短或变压器的短路电压小于7%时 U2N=(1+5%)UN (空载电压） 当供电线路较长或变压器的短路电压大于7%时 U2N=(1+10%)UN(空载电压),例题：标出下图所示电力系统中各元件的额定电压,变压器的高压绕组上通常有分接抽头: 分接抽头是为了满足电力系统的调压要求而设置。 相应绕组的中心抽头称之为主抽头。变压器绕组额定电压，指主轴头对应的绕组额定电压。 分接头位置用“%”示出，表示抽头额定电压偏离主抽头额定电压的百分比。 双绕组变压器的分接头设在高压侧；三绕组变压器的分接头分别设在高压侧和中压侧。 分接头调节方式与个数： 个数为奇数(含主抽头),A）无载调压变压器：分接头数少，调整范围小。 容量6300kVA及以下，3个： 1.05UN，UN，0.95UN，即(15% ) 容量8000kVA及以上，5个： 1.05UN，1.025UN，UN，0.975UN， 0.95UN 即(122.5% ) B）有载调压变压器：分接头数多，调整范围大。 我国暂定110kV级有载调压变压器为132.5%，其7个分接头； 220kV级有载调压变压器为142.5%，其9个分接头；特殊情况下还可以有15、27个分接头等。 注意对同一电压级的变压器，升压变压器和降压变压器，即使分接头百分值相同，分接头的额定电压也不同。,用线电压表示的抽头额定电压,220kV,升压变压器,降压变压器,？,变压器变比： A）额定变比：kN=高压侧额定电压/低压侧额定电压 B）实际变比：k =高压侧分接头电压/低压侧额定电压。 C）标幺变比：k*= k / kN (or ：k*= k / kB) 例题：一台220/10kV升压型变压器和一台220/10kV降压型 变压器，都运行在+5分接头。试分别确定两台变压器的额定变比、实际变比和标幺变比。 解：对于220/10kV升压型变压器： kN=242 kV/10.5 kV；k=254 kV/10.5 kV； k*= 1.05 对于220/10kV降压型变压器： kN=220 kV/11 kV；k=231 kV/11 kV； k*= 1.05,第三节 对电力系统运行的基本要求,一、电力系统运行的基本特点 1、电能不能大量储存，电能的生产、输送、分配和消费必须同时进行“同时性”； 2、电力系统的暂态过程非常短促“瞬时性”； 3、与国民经济的各部门及人民日常生活有着极为密切的关系。供电的突然中断带来严重的后果“密切性” 。 二、电力系统运行的基本要求 1、供电安全可靠； 2、电能质量良好； 3、系统运行经济； 4、环境友好。,1、供电安全可靠 根据对供电持续性的要求，可把用户分为三级。 一级负荷：如停止供电，将会危害生命、损坏设备、产生废品和使生产过程混乱，给国民经济带来重大损失，或者使市政生活发生重大混乱。 二级负荷：如停止供电，将造成大量减产，城市大量居民的正常活动受到影响。 三级负荷：指所有不属于一级及二级的负荷，如非连续生产的车间及辅助车间和小城镇用电等。 对于一级负荷，至少要由两个独立电源供电；对于三级负荷，不需要备用电源；对于二级负荷是否需要备用电源，要进行技术经济比较后才能确定。,2、保证电能的良好质量,电压： 与无功功率有关 35kV 5% 10kV 7% 380V照明 +5%-10%,频率： 与有功功率有关 500.2HZ（系统容量3000MW） 50 0.5Hz（系统容量3000MW）,波形： 严格的正弦波，正弦波形畸变45%。,电能质量太差，一方面会影响用户的正常工作，另一方面，还会影响电力系统和发电厂的正常运行。,3、保证运行的最大经济性 电力系统运行有三个主要经济指标，即： （1）生产每kW.h电的能源消耗（煤耗率、油耗率、水耗率等）； （2）生产每度电的自用电（自用电率）； （3）以及供配每kW.h电在电力网中的电能损耗（线损率）。,第四节 电力网的接线方式和 中性点接地方式,一、电力网的接线方式 1、电力系统的接线 发电厂的主接线、变电所的主接线、电力网的接线 2、电力网的接线方式 （1）无备用方式 用户只能从一个方向获得电源,为开式网络。,（a）放射式 （b）干线式样 （c） 链式,优点：简单、经济、运行方便 缺点：供电可靠性差 适用范围：二级负荷,（2）有备用方式 用户能从两个以上各方向获得电源，为闭式网络。 双回路网络、环形网络、双端供电网络,（a） 放射式样 （b） 干线式 （c） 链式 （d） 环式 （e） 两端供电网络,优点：供电可靠性和电压质量高 缺点：不经济 适用范围：电压等级较高或重要的负荷,3、按职能分类的电力网 （1）输电网络 将大容量发电厂的电能可靠而经济地输送到负荷集中地区。通常由电力系统中电压等级最高的一级或两级电力线路组成。 接线方式： 1）当用于联接远离负荷中心地区的大型发电厂的输电干线和向缺乏电源的负荷集中地区供电的输电干线，常采作双回路或多回路。 2）位于负荷中心地区的大型发电厂和枢纽变电所一般是通过环形网络互相联接。 由于电压等级越高，输电容量越大，输送距离越长，所以，输电网络的电压等级通常为220kV及以上。,（2）配电网络 分配电能。 配电线路的额定电压一般为0.435kV，有些负荷密度较大的大城市也采用110kV，甚至220kV。 配电网络的电源点是发电厂(或变电所)相应电压级的母线，负荷点则是低一级的变电所或者直接为用电设备。 接线方式(主要取决于负荷的性质)： 实际电力系统的配电网络比较复杂，往往是由各种不同接线方式的网络组成的。 配电网络的电压等级：220kV及以下,二、电力系统中性点接地方式,基本概念 电力系统中性点：星形接线的变压器或发电机的中性点。 电力系统中性点接地方式的两大类型： 大接地电流方式：单相接地时，接地电流很大。 小接地电流方式：单相接地时，接地电流较小。,电力系统中性点接地的具体方式： 大接地电流方式（中性点有效接地方式） 适用于x0/x13和r0/x11的110500kV系统 （1）中性点直接接地方式 （2）中性点经小电抗、中电阻和低电阻接地方式 小接地电流方式 适用于3-66kV的系统 （1）中性点不接地方式 （2）中性点经消弧线圈接地方式 （3）中性点经高阻抗接地方式,规程规定： 1、对于变压器： （1）110kV500kV系统应该采用有效接地方式（大接地电流方式），即系统在各种条件下应该使零序与正序电抗之比(X0/X1)为正值并且不大于3，而其零序电阻与正序电抗之比(R0/X1)为正值并且不大于1。 A、110kV及220kV系统中，变压器中性点通常直接或经低阻抗接地，部分变压器中性点也可不接地运行（故应有中性点接地刀闸）。 B、330kV及500kV系统中不允许变压器中性点不接地运行，应采用中性点直接或经低阻抗接地.,（2）3kV10kV不直接连接发电机的系统和35kV、66kV系统 A、当单相接地故障电容电流不超过下列数值时，应采用不接地方式； 3kV10kV钢筋混凝土或金属杆塔的架空线路构成的系统和所有35kV、66kV系统，10A。 3kV10kV非钢筋混凝土或非金属杆塔的架空线路构成的系统，当电压为： 1)3kV和6kV时，30A； 2)10kV时，20A。 3)3kV10kV电缆线路构成的系统，30A。 B、当超过上述数值又需在接地故障条件下运行时，应采用消弧线圈接地方式：,2、对于3kV20kV具有发电机的系统 （1）发电机内部发生单相接地故障如不要求瞬时切机（将发电机从电网切除）时: A、如单相接地故障电容电流不大于下表所示允许值时，应采用不接地方式；并且，对于无直配线的发电机中性点应加装额定电压为发电机额定相电压的避雷器（防入侵波反射），否则发电机出线端应加装电容器和避雷器（削弱入侵波陡度和幅值）。,B、大于该允许值时，应采用消弧线圈接地方式，且故障点残余电流也不得大于该允许值。消弧线圈可装在: 厂用变压器中性点上 发电机中性点上,（2） 发电机内部发生单相接地故障如要求瞬时切机时，宜采用高电阻接地方式。电阻器一般接在发电机中性点变压器的二次绕组上。,3、 6kV35kV主要由电缆线路构成的送、配电系统，单相接地故障电容电流较大时，可采用低电阻接地方式，但应考虑供电可靠性要求、故障时瞬态电压、瞬态电流对电气设备的影响、对通信的影响和继电保护技术要求以及本地的运行经验等。,4、 6kV和10kV配电系统以及发电厂厂用电系统，单相接地故障电容电流较小时，为防止谐振、间歇性电弧接地过电压等对设备的损害，可采用高电阻接地方式。,一、中性点直接接地系统,单相接地时的特点：中性点对地电压为零，接地相对地电压为零，非接地相对地电压为原来的相电压不变，绝缘按相电压设计， 线电压不对称，不允许继续运行；接地电流为很大的单相短路电流，保护动作切除故障线路。,二、中性点不接地系统,单相接地时的特点：中性点对地电压上升为相电压，接地相对地电压为零，非接地相对地电压上升为原来的线电压，绝缘要求按线电压设计， 线电压仍对称，允许继续运行2h； 接地电流为正常相对地电容电流的3倍（不大，使用计算见教材P13），保护并不立即切除故障线路。 接地电流引起的接地电弧有可能熄灭和重燃，将引起谐振过电压击穿绝缘或引起相间短路。,三、中性点经消弧线圈接地系统,单相接地时的特点：中性点对地电压、相对地电压、线电压同中性点不接地系统，也允许继续运行2h；接地电流为消弧线圈感性电流与相对地电容电流之差，使得接地点的接地电弧不重燃，可避免引起谐振过电压或相间短路。,消弧线圈三种补偿方式： (1)全补偿IL=IC，接地点电流为零。 实际系统中并不采用这种补偿方式，因为可能引起串联谐振过电压，危机电网的绝缘。 (2)欠补偿ILIC ，接地点的电流仍然为容性。 实际系统中也很少采用这种补偿方式，原因是在检修、事故切除部分线路或系统频率降低等情况下，可能使系统接近或达到全补偿，以致出现串联谐振过电压。 (3)过补偿ILIC ，接地点的电流为感性。 这种接地方式在系统中广泛采用。,补偿度,脱谐度,消弧线圈的运行规定： （1）主变压器中性点经消弧线圈接地系统，在正常运行情况下，中性点的长时间电压位移不应超过系统标称相电压的15%。对于发电机中性点消弧线圈，不应超过发电机标称相电压的10%。 （2）消弧线圈接地系统故障点的残余电流不宜超过10A，必要时可将系统分区运行。电网消弧线圈宜采用过补偿运行方式。 （3）对于接在发电机中性点的消弧线圈接地或接在厂变中性点的消弧线圈： A、有直配线的发电机，宜采用过补偿运行方式; B、发变组单元接线的发电机，宜采用欠补偿运行方式;,四、发电机中性点经高电阻接地系统,作用： （1）限制过电压 （2）限制接地故障电流 （3）为定子接地继电保护提供电源 常用于200MW以上的大中型机组。,我国中性点的运行方式的适用情况 220kV及以上电力网都采用中性点直接接地方式 110kV电力网大部分采用中性点直接接地方式 20-60kV电力网采用经消弧线圈接地方式或不接地方式 3-10kV电力网一般采用中性点不接地方式 发电机变压器组单元接线的发电机中性点常用高电阻接地方式。,第五节 电力系统的负荷,一、电力负荷的组成 1、电力系统的综合用电负荷 系统中所有电力用户的用电设备所消耗的电功率的总和就是电力系统的负荷。 2、电力系统负荷的组成,二、负荷曲线