第二章-电力系统基本知识()PPT课件

1 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 供配电所和用电单位组成的整体 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 经过变压器将电能送到用电单位 供给工农业生产和人民生活 2 第一节电力系统概述 由发电 送电 变电 配电和用电组成的整体称为电力系统 电力系统中的送电 变电 配电三个部分称为电力网 3 电力系统示意图 4 火力发电厂 以煤 石油 天然气为燃料 燃烧产生热量 通过汽轮机热能转换为机械能 带动发电机发电产生电能 水力发电厂 水位落差 水位势能通过水轮机转换为机械能 带动发电机发电产生电能 核能发电厂 核燃料在反应堆发生核裂变释放热能 通过汽轮机热能转换为机械能 带动发电机发电产生电能 5 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 为什么电网要互联 1 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 6 3 降低峰谷差湖南上半年最大负荷2280万kW 最大峰谷差1200万kW 超过了50 调峰压力很大 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 可以拉平负荷曲线 与减少备用容量同一概念 7 4 提高供电质量 8 两个互联系统 如果B系统负荷增加至没有足够的调频 调峰 电源 就需要A系统的调频厂向B系统输送有功功率 比如调频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水电要全额消纳 富余的水电怎么办 可再生能源法 要求全额消纳水电等可再生能源 9 输电网是电力网中的主网架 它以高压甚至超高压将发电厂 变电所或变电所之间连接起来 配电网是直接将电能送到用户的网络 分为高压配电网即指110kV及以上电压 中压配电网指 35kV 10kV 6kV 3kV电压及低压配电网220V 380V 现在城市中也有220kV的配电网 10 电力生产的特点 1 同时性 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乎都源于这一特点 稳定性 调峰 调频 调压 2 集中性 电力生产是高度集中的 统一调度 3 适用性 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 与太阳能 风能对比 4 先行性 2 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 都会使居民用电量日益增加 11 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功率 用电负荷加上同一时刻的线路损耗 是发电厂对外供电时所承担的全部负荷 称为供电负荷 电力负荷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 12 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 1 一类负荷也称一级负荷 指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污染 造成经济上的巨大损失 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响的用电负荷 供电要求 双电源外加备用 应急电源 2 二类负荷也称二级负荷 是指突然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 供电要求 双回路供电 并要引自不同变压器或两段母线 13 3 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 14 第三节变电所 变电所是联结电力系统的中间环节 用以汇集电源 升降电压和分配电力 通常由高低压配电装置 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 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 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备称一次设备 15 变配电所中常用的一次电气设备1 主变压器改变电压的电气设备 如将压变10 0 4 0 23KV 2 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 16 高压断路器一般按灭弧介质的不同分为油断路器 真空断路器 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 17 3 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 18 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 19 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 20 4 电压互感器将高电压变为低电压 100V 供保护和计量用 5 电流互感器将大电流变为小电流 5A 供保护和计量用 6 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 21 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 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 22 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 23 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 24 二 单母线分段接线 当引出线数目较多时 为提高供电可靠性 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 QS QS QF1 QF2 断路器倒闸操作原则 先断后合 25 线路 变压器组接线 p50图2 8主变高压侧是线路 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 母线故障或检修 全站停电 26 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 27 28 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 29 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 30 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 31 供电质量 供电质量指电能质量与供电可靠性 电能质量电能质量主要包括电压质量 频率质量和波形质量 电压质量又分为电压允许偏差 电压允许波动与闪变 频率质量为频率允许偏差等 32 1 供电电压允许偏差在某一时段内 电压幅值缓慢变化而偏离额定值的程度 以电压实际值 U 和电压额定值 UN 之差 U与电压额定值UN之比的百分数 U 来表示 即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 当电压降低时 白炽灯的发光效率和光通量都会急剧下降 U 0 9UN时 光通量下降30 当电动机输出功率一定时 端电压降低会使定子 转子的电流都有显著增大 温度上升 当电压上升时 白炽灯的寿命会大为缩短 U 1 1UN时则寿命缩减一半 当电压过高时 会使电气设备绝缘老化过程加快 设备寿命缩短 33 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 电压允许偏差为额定电压的 10 2 10kV及以下三相供电的电压允许偏差为额定电压的 7 3 220V单相供电电压允许偏差为额定电压的 7 到 10 34 2 电压允许波动和闪变 1 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起的 在某一时段内 电压急剧变化而偏离额定值的现象 称为电压波动 电压变化的速率大于1 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 相继出现的电压最大值和最小值之差与额定电压之比的百分数来表示 即 电压波动的原因 1 电动机启动 2 电焊机工作 3 大型电弧炉运行 4 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 35 国家标准对电压波动允许值规定为 1 220kV及以上为1 6 2 35kV 110kV为2 3 10kV及以下为2 5 36 2 电压闪变周期性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适的现象 称为闪变 如何保证电压质量 1 调整变压器电压分接头 2 降低系统阻抗电压损耗 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 P和Q 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 电压损耗减小 可以提高末端用电设备的电压质量 37 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 38 4 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 f与额定频率fN之比的百分数 f 表示 即我国电力系统频率额定值为50Hz 在并联运行的同一电力系统中 不论装机容量的大小 范围的广阔 任一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3000MW以上的系统中 不超过额定值的 0 2Hz 据系统容量可放宽到 0 5 3000MW以下 39 5 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 40 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 电压急剧降低 三相短路时电压降为0 41 3 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 42 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 43 电力系统接地概述 电气接地一般分为工作接地和保护接地 工作接地 为了保证电气设备能正常运行而进行的接地有直接接