第1章 电力系统的基本概念.ppt

电力系统分析 Powersystemanalysis 绪论 1 课程内容2 课程地位作用3 课程特点及学习方法4 参考资料5 考核办法 1 课程内容 煤 油 水 风 核 太阳能 垃圾 地热 潮汐 升压 输电 降压 配电 转换 电能 升压 降压 输电 安全用电及节约用电 短路计算 电力系统各种电气设备的选取 电力网的等值电路 电力系统的基本概念 组成 1 课程内容 课程内容 2 课程地位及作用 是技术理论课 基础理论课走向专业课学习和工程应用研究的纽带 具有承上启下的作用 本课程内容广 概念多 综合性强 计算繁和公式推导复杂 是比较难掌握的一门重要核心基础课程 如何学好这门课程呢 3 课程特点及学习方法 1注重基本概念 2理解计算公式 3掌握计算方法 4多做习题 1 陈珩 电力系统稳态分析 第三版 水利电力出版社2 李光琦 电力系统暂态分析 第三版 水利电力出版社3 杨淑英 电力系统分析复习指导与习题精解 中国电力出版社 4 参考资料 考试 60 作业 20 态度 20 24 5 考核办法 第1章电力系统的基本概念 1 1电力系统概述1 2电力负荷和负荷曲线1 3电力系统中性点的接地方式 1 1电力系统概述 电力系统 生产 输送 分配 消费电能的各种电器设备组成的整体 一 电力系统的组成 11 锅炉 汽轮机 火电厂 动力部分水库 水轮机 水电厂 核反应堆 汽轮机 核电厂 动力系统发电机输电网电力系电力网配电网负荷 动力系统 电力系统和电力网络之间的关系 二 电力系统的特点和运行的基本要求 1 电力系统的特点 2 系统运行基本要求 1 电能不能大量储藏 1 保证安全可靠的供电 暂态过程迅速 2 有合乎要求的电能质量 3 与国民经济关系密切 3 要有良好的经济性 4 尽可能减少对生态环境的影响 三 系统的额定电压和频率1 额定频率fN 50Hz2 额定电压为使互联的各电气设备都能运行在较有利的电压下 各设备的额定电压应相互配合 一般把电力线路和用电设备的额定电压称为系统 网络 的额定电压UN 线电压 常包括3 6 10 35 110 220 330 500kV 发电机 UGN UN 1 5 变压器 一次绕组 一般UN 与发电机直接相连时1 05UN 即U1N UN 降压变压器或中间联络变压器 U1N UGN 直接与发电机相连的变压器 二次绕组 一般1 1UN 短路电压较小的变压器或直接与用户相连时可为1 05UN 即U2N UN 1 5 空载 U2N UN 1 10 负载 变压器的高压绕组常设计有分接头 如 抽头变比为5 2 5 0 2 5 5 指相对于该侧绕组额定电压UN的偏移百分数 例 对于一台10kV220kV的升压变 其额定变比为 10 5 242kV 设有5级高压侧抽头 则每一抽头的实际额定电压分别为 5 242 1 05kV 254 1kV 2 5 242 1 025kV 248 05kV主 242kV 2 5 242 0 975kV 235 95kV 5 242 0 95kV 229 9kV 而对于一台220KV10KV的降压变 其额定变比为 220 11KV 设有5级高压侧抽头 则每一抽头的实际额定电压分别为 5 220 1 05KV 231KV 2 5 220 1 025KV 225 5KV主 220KV 2 5 220 0 975KV 214 5KV 5 220 0 95KV 209KV 例题简述发电机 变压器和输电线路的额定电压是如何确定的 标出图1所示电力系统中各元件的额定电压 1 2电力负荷和负荷曲线 一 电力负荷的分级及其对供电的要求 基本概念 发电厂所生产的电能 除了一小部分在传输和分配过程中损失外 全部供给了用户 而把所有用户所使用的功率叫做电力系统负荷 两重意义 1 指一切用电设备的总和 即泛指用电户2 指系统中所有用电设备所消耗的功率总和 电力负荷分级 一级负荷二级负荷三级负荷 各级负荷对供电的要求 一级负荷 应有两个独立的电源供电 还可增设应急电源 二级负荷 宜有两回线路供电 供电变压器应有两台三级负荷 无特殊要求 二 负荷曲线 按用途分为 照明负荷和动力负荷按行业分为 工业负荷 非工业负荷和居民生活负荷按工作制分为 长期连续工作制 短时工作制 断续周期工作制 暂载率 一个工作周期工作时间的长短 1 电力负荷分类 在每台用电设备的铭牌上都有 额定功率 PN 但由于各用电设备的额定工作方式不同 不能简单地将铭牌上规定的额定功率直接相加 必须先将其换算为同一工作制下的额定功率 然后才能相加 经过换算至统一规定的工作制下的 额定功率 称为 设备额定容量 用Pe表示 2 设备额定容量的确定 1 长期工作制设备容量Pe PN 2 重复短暂工作制的设备容量 吊车机组用电动机 包括起重机 行车等 的设备容量统一换算到 25 时的额定功率 kW 若其 N不等于25 时应进行换算 公式为 电焊机及电焊变压器的设备容量统一换算到 100 时的额定功率 kW 若其铭牌暂载率 N不等于100 时 应进行换算 公式为 3 电炉变压器的设备容量电炉变压器的设备容量是指在额定功率因数下的额定功率 kW 即 Pe PN SN cos 含义 描述电力负荷随时间变化规律的曲线 称作负荷曲线 分类 按负荷的功率性质 可分为有功负荷曲线和无功负荷曲线 按取用的时间区间 可分为日负荷曲线和年负荷曲线 日负荷曲线是表示一昼夜24小时内负荷变化的曲线 年负荷曲线则表示一年中的负荷变化情况 3 负荷曲线 意义 可以直观地了解负荷变动的情况 通过对负荷曲线的综合分析 可以更深入地掌握负荷变动的规律 并可从中获得一些对设计和运行有用的资料 1 日负荷曲线 日有功负荷曲线a 逐点描绘的负荷曲线b 阶梯形的负荷曲线 2 年负荷曲线 在我国北方 可近似地认为夏日152天 冬日213天 在我国南方 则可近似地认为夏日200天 冬日165天 a 夏日负荷曲线b 冬日负荷曲线c 年负荷持续时间曲线 如绘制南方某厂的年负荷曲线 P1在年负荷曲线上所占的时间T1 200 t1 t1 P2在年负荷曲线上所占的时间T2 200t2 165t2 其余类推 年负荷持续时间曲线 按全年每日的最大负荷 通常取每日最大负荷的半小时平均值 绘制 主要用于对拥有多台电力变压器的用户变电所进行经济运行分析 年每日最大负荷曲线 年每日最大负荷曲线 3 与负荷曲线有关的几个物理量 年最大负荷Pmax Pmax Qmax Smax及Imax 年最大负荷就是全年中负荷最大的工作班 这一工作班的最大负荷不是偶然出现的 而是一年中至少出现过2 3次的工作班的最大负荷 内消耗电能最大的半小时的平均功率 因此年最大负荷也称为半小时最大负荷P3年负荷持续时间曲线的最大值为年最大负荷Pmax 年最大负荷利用小时Tmax 假想一个时间 在此时间内 电力负荷按年最大负荷Pmax 或P30 持续运行所消耗的电能 恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能 Pmax延伸到Tmax的横线与两坐标轴所包围的矩形面积 恰好等于年负荷曲线与两坐标轴所包围的面积 即全年实际消耗的电能Wa 即 负荷系数负荷系数又称负荷率 它是用电负荷的平均值与其最大值的比值 对负荷曲线来说 负荷系数亦称负荷曲线填充系数 它表征负荷曲线不平坦的程度 即表征负荷起伏变动的程度 从充分发挥供电设备的能力 提高供电效率来说 希望此系数越高越趋近于1越好 从发挥整个电力系统的效能来说 应尽量对电力用户不平坦的负荷曲线进行 削峰填谷 以提高负荷系数 年平均负荷Pav Qav Sav Iav 年负荷持续时间曲线的平均值为年平均负荷Pav 即 电力负荷按年平均负荷Pav持续运行8760小时所消耗的电能 恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能Wa 1 3电力系统中性点的接地方式 中性点不接地中性点经消弧线圈接地小电流接地系统中性点直接接地 大电流接地系统 中性点 是指星型连接的变压器或发电机的中性点 中性点接地方式分类 一 中性点不接地系统 分析 1 线电压与相电压关系 2 中性点电位 3 对地电容电流与相电压关系 正常情况 分析 1 中性点对地电位 2 非接地相对地电位 3 对地电容电流 C相接地故障 二 中性点经消弧线圈接地系统 补偿方式 过补 IL Ic 一般采用这种方式 欠补 IL Ic 全补 IL Ic 不允许 容易谐振 三 中性点直接接地系统 优点 非故障相电压不变 缺点 单相短路电流大 小结 1 中性点不接地系统特点 单相接地时 1 三相线电压仍对称 电气设备可继续运行2h 供维修人员查排故障 提高了供配电系统可靠性 2 非故障相对地电压升至线电压 提高对线路和电气设备绝缘强度要求 增加制造成本 3 接地电流在一定范围内 可引起断续电弧 从而导致线路过电压 威胁绝缘薄弱设备 故应限制接地电流适用范围 旨在提高供电可靠性 1 电压小于500V电气装置 IT系统 220V照明装置除外 2 3 63kV电网 但通常满足 3 10kV电网接地电流小于30A 与发电机有电气联系者 对地电流小于5A 2 中性点经消弧线圈接地特点 单相接地时 1 三相线电压仍对称电气设备可继续运行2h 供维修人员查排故障 提高了供配电系统可靠性 2 非故障相对地电压升至线电压 提高对线路和电气设备绝缘强度要求 增加制造成本 3 经消弧线圈电流IL补偿作用 接地电流IE减小 直至为0 接地电弧易熄灭 避免线路过电压 故称消弧线圈适用范围 旨在限制IE 消除接地电弧 避免线路过电压 1 电压小于500V电气装置 照明装置除外 2 3 63kV电网 3 中性点直接接地特点 单相接地时 1 单相短路电流很大 保护装置即时动作 切除故障相 但非故障相正常运行 2 中性点保持0电位 非故障相对地电压仍为相电压 从而降低线路和电气设备绝缘水平和造价 3 大接地电流可能影响系统稳定 并产生强磁场 干扰邻近通信线路和信号装置 增加断路器维护工作量 应适当加以限制 适用范围 旨在限制IE 消除接地电弧 避免线路过电压 1 110kV及以上电网 雷电特别严重地区除外 旨在降低线路和设备的绝缘水平和造价 旨在降低绝缘水平 2 采取TN型和TT型保护接地方式的低压配电系统 旨在用电安全 练习题1 1 确定各设备额定电压 2 若T1工作于 2 5 抽头 T2工作于主抽头 T3工作于 5 抽头 求各个变压器变比 10 5kV 10 5kV 121kV 38 5kV 110kV 11kV 35kV 2 电焊机的设备容量电焊机属于反复短时工作制设备 它的设备容量应统一换算