电力系统主设备及相关的高压问题

电力系统主设备及相关的高压问题,1.概述,电力系统是发、输、用电的统一集合一次设备是完成上述功能的设备主设备 二次设备是协助完善一次设备完成其功能的 相辅相成的关系电力设备的特点： 环境的苛刻性：地理环境、气象环境、电磁环境、人文环境（生态环境） 高可靠性、技术的复杂性,2.一次设备概况2.1发电机组,能量转换的形式分：水电：水的势能 电能 P=mgh=9.8Qh Q 流量火电：煤（油）燃烧热能 电能原子能发电：铀、钚的裂变 热能 电能（风力、潮汐 发电、化学电池）发电机组的形式：水轮发电机：转速低 凸极 XdXq汽轮发电机：转速高 隐极 XdXq抽水蓄能发电机：转速低 正反向旋转冷却方式： 空冷、氢冷、水冷；水、H2、H2水平：困难在于电压不高，所以电流太大，发热和冷却是瓶颈。 UN kV 6.0 10.0 13.8 15.75 18.75 20.0 27.00 PN MW 50 125 200 300 600 900（1000核电） 75 100 240 （700三峡） 超导发电机：液氮冷却，21世纪生产100万kW的超导发电机不存在技术障碍，问题是资金！,常见故障：由于绝缘劣化，机械力及功能异常使得产生以下内部故障：定子的单相接地故障：IcP 规程规定 IcZ1 1 0Z2= 开路 =2 =1 正全反射Z2Z1 1 1,K11干扰K2取决于CT一、二次绕组间的电容耦合，且高频振荡延续25s就衰减完了。高速A/D要抓住此高频振荡部分是很困难的。,图十一：,我们的解决方案：采用电压行波，不用电流行波电压行波起始部分电压行波在电容C上产生的电流ic起波头陡化作用 ic=cdU/dt t1tm无时延的传感器 t2=t1 且t2-t150ns不反应工频分量传感器输出电压U2幅值高，抗干扰性能强不影响电力设备的安全运行；110500kV均可以，但 35kV、10kV系统另想办法,时差法的另一应用雷电定位系统三角定位原理：（图十二）K点落雷 A、B、C为三个探测站曲线、分别为两根双曲线，根据双曲线定义有：K1B-K1A=BQ1-AQ1=KB-KA=C（tB-tA）=CtBAK2C-K2B=CQ2-BQ2=KC-KB=C（tC-tB）=CtCB其中，C为光速，可见A、B、C三个站测出相互时差tBA，tCB，利用双曲线、的交点定出落雷点K的位置。,图十二：,波形判别：区分地闪和云闪把地闪波形标准化，归纳为五个判据：（图十三）t112sL31.15P1 P40.9P1应用美国：由全国气象学会统一建网，商业化营运日本：各电力公司组网中国：各省公司组网湖南：9个（11个）探测站和一个中心定位站 精度1.0km,L1,L2,L3,R,P1,P2,P3,P4,t1,t2,R1,Q1,Q2,Q,R2,地闪,s,s,云闪,4.电磁兼容及设备的抗扰性试验：4.1定义：,电磁骚扰：设备与运行中产生任何可能使器件、设备或系统性能劣化的电磁现象电磁干扰：由于电磁骚扰引起器件、设备或系统性能的劣化电磁兼容：设备或系统在其电磁环境中正常工作，又不对该环境中任何对象（器件、设备、系统）产生不允许的电磁骚扰,4.2骚扰水平A、兼容水平B、抗扰水平C和敏感水平D的关系：,A：所处电磁环境中的电磁骚扰B：能正常工作的允许的电磁骚扰C：施加规定的电磁骚扰下能保持性能运行的能力D：在电磁骚扰下，性能减退其实A、B都服从正态分布,4.3电磁骚扰的产生：,（1）谐波：2，340；偶然误动或损坏；发热间谐波：2.5，3.6；变频器、电弧炉等产生；作用同上电压波动 10%UN电压暂降和短时遮断：-15% 0.550周波；-100%短时0.5” 数据丢失（2）雷区冲击抗扰1.2/50s（v）；8/20s（电流）雷区过电压避雷器动作操作过电压（为切C，短路）,（3）快速瞬态脉冲群：波形原因切小感性负载：1/2CU2=1/2Li2 U=i（L/C）1/2高压开关操作过电压：G1S，刀闸切Ic；,（4）衰减振荡高压设备操作过电压在二次回路感应,(5)静电摩擦起电：人或物体,5. GPS及在电力系统应用：,由美国国防部开发。1973-1993年，94年投运，历时20年，耗资300亿美元5.1 GPS卫星星座：由24颗卫星组成。分布在6个时间间隔的轨道上。每个轨道4颗卫星。轨道平均高度20200km。绕地球一圈为11h58min。这样地球任何一点观察到的卫星分布相同。只不过每天提前约4min，每颗卫星出现在地平线上时间5小时。保证地球上任一点至少收到四颗卫星信号。最多11颗。 卫星上有遥测、遥感天线与地球监控网通信；有多波速定向发射天线，能覆盖整个地球。 卫星上有铯或H2原子钟、微机、电文存储器和信号接收发射装置原子钟稳定度（12）10-1310-14。5.2 地面鉴控站：是GPS的中枢。包括一个主站和若干个监控站和3个注入站。每个站的位置已精确标定。每个站有多个通道接收机、环境传感器、原子钟和计算机。它接收卫星信号求出相对原子钟的伪距、伪距差以及卫星导航数据，全部送到主控站，在主站进行传播时延校正，包括电离层效应、对流层效应、相对论效应。天线相位中心偏离、地球自转和时标修正、计算卫星的位置、速度、卫星时钟偏差、漂移等等。主站将这些数据编成导航电文，送到注入站，由注入站把这些导航数据注入到卫星中心的导航处理器。主站在美国，其它站在国外美军事基地。,5.3 GPS卫星信号和用户接收机 GPS卫星发射一对相干波1157.4MHZ（19cm），12270.60MHZ（24cm）作为载波，载有两种信号：卫星识别码，数据码。地面GPS接收机根据数据码，选择几何条件最佳的一组卫星进行观测，得到最佳定位数据。 用户接收机包括主机、电源和天线，主机包括微机、晶振、输入输出设备、接口。在机内专用软件控制下，主机可选择卫星、数据采集、加工、存储、传输、处理等，还对整机状态进行自检，捕获4颗卫星信号，锁定，对数据分析，给出秒脉冲信号，并由串口时间信息和天线位置坐标。5.4 定位测量方法：伪距测量法：测接数据与卫星间的距离伪距。同时测与4颗卫星的伪距，相交于一点，推算出接收机天线中心的三维坐标和时钟误差。定位精度低、用于实时定位。载波相位测定法：测卫星载波信号与接收机参数信号之间的相位差。此相位测量精度能达到周期的1%。此方法广泛用于相对定位，高精度，通常2-8m。,5.5 精度及应用限制GPS时间接收和输出：见图 GPS传递时间与UTC保持同步，同步误差10ns民用的限制： 1978年美国运输部参与GPS发展计划，但美国防部担心对国民的开放会用于军事目的，因为采用C/A信号，使得GPS的精度超过原来的预期。于是美国防部采用选择性使用（SA）的处理降低民用精度。 1992年美国防部和运输部联合实施联邦无线电导航计划（FRP）。规定无线电导航的目的的信息由美国政府提供，除全国紧急状态外，该信息的GPS提供但采用SA码，92%时间内时间不确定为0.5s，99.9%时间不超过1.1s。美国承诺负责提供民用导航信息至少4年。,5.