第一章 电力系统的基本概念

1,第一章电力系统的基本概念,1电力系统的组成特点2发力系统电压等级3电力系统中性点的运行方式,2,电力系统的基本参量,1.总装机容量：指系统中所有机组额定有功功率的总和，以MW、GW计。,2.年发电量：指系统中所有发电机组全年实际发出电能的总和，以MWh、GWh计。,3.最大负荷：指规定时间内电力系统总有功功率负荷的最大值，以MW、GW计。,4.额定频率：50Hz,5.最高电压等级：指系统中最高电压等级线路的额定电压，以kV计。,1GW=103MW（10万千瓦）1MW=103kW（1000千瓦）,1MWh=103kWh（千度），1GWh=103MWh（100万度）1TWh=103GWh（10亿度），1kWh=1度,3,一、电力系统的组成,发电厂电力网电力用户,或者说：由发电厂、电力网和电力用户就构成了电力系统。,电力系统示意图如图下1所示。,1.电力系统,电力系统是指完成电能生产、输送、分配和消费的统一整体。,1电力系统的组成特点,4,图电力系统示意图,5,电力系统：由发电机、升降压变压器、各种电压等级的输电线路和广大用户的用电设备所组成的统一整体。,电力网：发电设备和用电设备之间输送和分配电能的网络。,动力系统：电力系统加上带动发电机转动的动力部分。,6,2、电力网和变电所的分类,电力网,超高压电力网,地方电力网,区域电力网,超高压电力网：电压等级在330750kV，输电距离在3001000km。,区域电力网：电压等级在110220kV，输电距离在50300km。,7,变电所,枢纽变电所,中间变电所,终端变电所,枢纽变电站：处于电力系统的中枢地位，连接电力系统高压和中压的几个部分，汇集多个电源，并具有多条联络线路。330KV500KV,地方电力网：电压等级在35110kV，输电距离在50km以内。,地区变电所,8,中间变电站：将发电厂或枢纽变电站与负荷中心联系，一般汇集23个电源，起系统交换功率或使长距离输电线路分段的作用。220KV330KV,终端变电站：处于电力网的末端，直接向本地负荷供电，而不再向其他地区输送电能。,地区变电站：是对地区用户供电的变电所，一般为110-220KV供电，时一个地区或城市的主要变电站,9,二、电力系统的特点,1电能不能大量储存。连续性,2电力系统的过渡过程十分短暂。短暂性,3与国民经济各部门的关系密切。相关性,“可靠、优质、经济”,三、对电力系统的基本要求,根据电能生产、输送、消费的特殊性，对电力系统运行有如下三点要求。,10,一级用户：煤矿、大型医院；大型冶炼厂，军事基地；国家重要机关，城市公用照明等。,二级用户：大型影剧院及商场三级用户：小城镇、小加工厂、农村用电等。,1、保证供电的安全可靠性,根据用户对用电可靠性的要求，将负荷分为三个等级：,电力系统供电的可靠性，就是要保证一级负荷在任何情况下都不停电，二级负荷尽量不停电，三级负荷可以停电。,11,2、保证电能质量,电能质量指标,频率,电压,波形,正弦波的畸变率是指各次谐波有效值平方和的方根值占基波有效值的百分比。,12,2.保证良好的电能质量,良好的电能质量有三个指标：电压质量、频率质量和波形质量。,电压偏移：一般不超过用电设备额定电压的5%。,频率偏移：一般不超过0.20.5Hz。,波形畸变率：指各次谐波有效值平方和的方根与基波有效值的百分比。,13,我国规定的额定频率值为50Hz，大容量系统允许频率偏差0.2Hz，中小容量系统允许频率偏差0.5Hz。35kV及以上的线路额定电压允许偏差5%；10kV线路额定电压允许偏差7。10kV以上波形畸变率不大于4；380V220V线路波形畸变率不大于5。,14,3.提高系统运行的经济性,电力系统的经济指标一般是指火电厂的煤耗以及电厂的厂用电率和电力网的网损率等。,环境保护问题也将成为对电力系统运行的基本要求。,联合电力系统是由若干单一系统互联组成，它容易满足对电力系统运行的基本要求，但同时又必须在技术上采取措施，以满足电力系统稳定性的要求。,15,建立联合电力系统电力系统的优点,1可以减少系统的总装机容量。,2可以减少系统的备用容量。,3可以提高供电可靠性。,4可以安装大容量的机组。,5可以合理利用动力资源，提高系统运行的经济性。,16,1.无备用接线方式（单回路）,2电力系统的结线方式及电压等级,一、电力系统的接线,17,2.有备用接线方式,(a),18,1.额定电压的定义,能保证电气设备正常运行，且具有最佳技术指标和经济指标的电压，称为额定电压。我国公布的额定电压注意：其中3kV及以上的高电压均指三相交流系统的线电压。,二、电力系统的额定电压,19,20,说明：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%在额定负荷下，变压器内部的电压降落约为5%电力线路平均额定电压，是指电力线路首末端所接电气设额定电压的平均值，即Uav=(UN+1.1UN)/2=1.05UN,电力线路额定电压,21,2.电气设备的额定电压,（1）用电设备的额定电压（2）发电机的额定电压（3）变压器的额定电压,22,用电设备的额定电压和电网的额定电压相等。国家规定，用户处的电压偏移一般不得超过5。,（1）用电设备的额定电压,（2）发电机的额定电压,发电机的额定电压比所连接线路的额定电压高5，用于补偿电网上的电压损失。,23,一次绕组的额定电压变压器一次绕组的额定电压等于电网的额定电压。当升压变压器与发电机直接相连时，一次绕组的额定电压与发电机的额定电压相同。,（3）变压器的额定电压,24,二次绕组的额定电压变压器二次绕组的额定电压一般比同级电网的额定电压高10。当变压器二次侧输电距离较短，或变压器阻抗较小（小于7）时，二次绕组的额定电压可只比同级电网的额定电压高5。,25,发电机G的额定电压：UNG=1.0510=10.5（kV）变压器T1的额定电压：U1N=10.5（kV）U2N=1.1110=121（kV）变压器T1的变比为：10.5/121kV变压器T2的额定电压：U1N=110（kV）U2N=1.056=6.3（kV）变压器T2的变比为：110/6.3kV,例1-1已知下图所示系统中电网的额定电压，试确定发电机和变压器的额定电压。,变压器T1的一次绕组与发电机直接相连，其一次侧的额定电压应与发电机的额定电压相同,变压器T1的二次侧供电距离较长，其额定电压应比线路额定电压高10%,变压器T2的二次侧供电距离较短，可不考虑线路上的电压损失,26,例1-2电力系统接线如图所示，图中标明了各级电力线路的额定电压（kV），试求：,发电机和变压器各绕组的额定电压，并标在图中；(2)求各段电力线路的平均额定电压，并标在图中。,G10T1220T2110T310,T4335T56,解：G:10.5kVT1:10.5/242kVT2:220/121/38.5kVT3:110/11kVT4:10.5/3.3kVT5:35/6.6kV,（2）230kV，115kV，10.5kV，3.15kV，37kV，6.3kV,27,220kV及以上：用于大型电力系统的主干线。110kV：用于中小型电力系统的主干线。35kV：用于大型工业企业内部电力网。10kV：常用的高压配电电压，当6kV高压用电设备较多时，也可考虑用6kV配电。3kV：仅限于工业企业内部采用。380/220V：工业企业内部的低压配电电压。,电力网的额定电压、传输功率和传输距离之间的关系见表2-2,28,表2-2电力网的额定电压与传输功率和传输距离之间的关系,29,我国电力系统中性点有三种运行方式：,二、中性点不接地的电力系统,正常运行时，系统的三相电压对称，三相导线对地电容电流也对称，其电路图和相量图如图1所示。,当系统发生A相接地故障时，A相对地电压降为零，相当于在中性点叠加上一个零序电压。其电路图和相量图如图2所示。,中性点不接地中性点经消弧线圈接地中性点直接接地,3电力系统中性点运行方式,小电流接地系统,大电流接地系统,一、概述,30,中性点对地电压,图1中性点不接地系统正常运行时的电路图和相量图a）电路图b）相量图,31,在数值上,图2中性点不接地系统发生A相接地故障时的电路图和相量图a）电路图b）相量图,32,流过故障点的接地电流为：,数值上：,单相接地电流（电容电流）的经验公式：,式中，、分别为架空线路和电缆线路的总长度（km）。,特点,中性点不接地系统发生单相接地故障时，线电压不变，而非故障相对地电压升高到原来相电压的倍。单相接地电流等于正常时单相对地电容电流的3倍。,33,绝缘投资大。单相故障时，非故障相对地电压升为相电压的倍，为确保设备的绝缘安全，系统相对地绝缘按线电压设计，中性点绝缘按相电压设计。,单相接地电流小于30A的310kV电力网；单相接地电流小于10A的35kV电力网。,运行可靠性高。发生单相故障时，电力网的线电压仍然对称，用户的三相用电设备仍能照常运行一段时间。但运行时间不能太长2h，以免另一相又发生接地故障时形成两相接地短路。,优点,缺点,适用范围,34,当中性点不接地系统的单相接地电流较大时，将产生间歇性电弧而引起弧光接地过电压，甚至发展成多相短路。为此，可采用中性点经消弧线圈接地的方式，如图3所示。,三、中性点经消弧线圈接地的电力系统,图3中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障时的电路图和相量图a）电路图b）相量图,消弧线圈,35,特点：运行可靠性高，但绝缘投资大。,补偿度与脱谐度,消弧线圈的补偿容量：,适用范围：,单相接地电流大于30A的310kV电力网；单相接地电流大于10A的35kV电力网。,补偿度（调谐度）：,脱谐度：,在电力系统中一般采用过补偿运行方式,Why?,消弧线圈的补偿方式,全补偿:,欠补偿:,过补偿:,36,特点：中性点始终保持零电位。,优点,节约绝缘投资。发生单相短路时，非故障相对地电压不变，电气设备绝缘水平可按相电压考虑。因此，我国110kV及以上的电力系统基本上都采用中性点直接接地的方式。,四、中性点直接接地的电力系统,图5