第二章电力系统基础知识

1,第二章电力系统基础知识,2,第一节电力系统概述,3,电力系统概述-1.1什么是电力系统？,4,1-1电力系统的组成,工业,农业,商业,生活,发电输电配电用电电网电力系统,5,电力的系统组成,用单线图表示,6,几个基本概念电力系统：由生产、变换、输送、分配、消费电能的发电机、变压器、变换器、电力线路和各种用电设备（一次设备）以及测量、保护、控制等智能装置（二次设备）组成的统一整体。电力网络：由变压器、变换器、电力线路等变换、输送、分配电能设备所组成的部分常称电力网络，即电力系统中除发电机和电力用户以外的部分。动力系统：电力系统和动力部分的总和。其中，动力部分，包括火电厂的锅炉、汽轮机、热力网和用热设备；水电厂的水库、水轮机等；核电厂的核反应堆等。广义电力系统,7,电力系统的组成,8,动力系统：在电力系统的基础上，把发电厂的动力部分（例如火力发电厂的锅炉、汽轮机和水力发电厂的水库、水轮机以及核动力发电厂的反应堆等）包含在内的系统。通常，将发电厂电能送到负荷中心的线路叫输电线路。负荷中心至各用户的线路叫配电线路。负荷中心一般设变电站。,9,电力系统,10,电力网的接线：,开式电力网：,无备用接线方式,优点：简单明了、运行方便，投资费用少。缺点：供电的可靠性差。,开式电力网a）单回路放射式b）单回路干线式c）单回路链式,11,两端供电电力网：,有备用接线方式（闭式电力网）,有备用接线a）双回路放射式b）双回路干线式c）双回路链式d）环式e）两端共电式,优点：供电可靠性高，适用于对一级负荷供电。,12,电力网分类：按电压等级分类：低压网：电压等级在1kV以下；中压网：110kV；高压网：高于10kV、低于330kV；超高压网：低于750kV；特高压网：1000kV及以上。,13,电力网：按电压等级的高低、供电范围的大小的分类地方电力网：电压等级在35kV及以下，供电半径在20-50km以内区域电力网：电压等级在35kV以上（一般为110kV-220kV），供电半径超过50km，联系较多发电厂的网络超高压远距离输电网：电压等级为330kV500kV的网络，其主要任务是把远处发电厂生产的电能输送到负荷中心，同时还联系若干区域电力网形成跨省、跨地区的大型电力系统,14,变电所：按其在电力系统中的地位分类枢纽变电所：中间变电所：地区变电所：终端电站所：,15,电力系统的特点,电能不能大量存储：电能的生产、变换、输送、分配和使用是同时进行的。,过渡过程十分短暂：控制操作自动化程度高。必须借助自动装置对电力系统进行控制：继电保护装置、远动装置、减载装置、同期装置、励磁装置、,电能生产与国民经济各部门和人民生活有着极为密切的关系：社会政治经济影响巨大。负荷分类：一类负荷、二类负荷、三类负荷,16,对电力系统运行的基本要求如下：（1）保证供电可靠性（2）保证电能质量（3）提高电力系统运行的经济性（4）环境保护问题,17,电能的质量指标,18,电能的质量指标,频率：额定频率：50Hz（国外：50或60Hz）频率偏差：0.2Hz（3000MW系统）0.5Hz（3000MW系统）国外：(0.10.2)Hz或0.5Hz波形：质量标准：正弦波电压和电流谐波的危害与抑制：对于电网、电力设备、通讯都会产生负面影响；,19,发电机,第二节发电厂电气设备概述,一、一次设备,20,变压器,21,高压断路器,22,隔离开关,23,负荷开关,24,母线,25,绝缘子及电缆,26,电抗器,27,电力电容器,28,互感器及避雷器,29,二、二次设备,30,三、电气主接线-一次设备所连成的电路,31,32,单母线接线,特点简单、清晰、设备少。当母线故障或检修或母线隔离开关检修时，整个系数全部停电。断路器检修期间也必须停止该回路的供电。适用范围单电源的发电厂和变电所，且出线回路数少，用户对供电可靠性要求不高的场合。,33,单母线分段接线,特点减少母线故障或检修时的停电范围。断路器检修期间必须停止该回路的供电。母线分段的数目，通常以23分段为宜，分段太多增加了分段断路器。适用范围610kV配电装置出线6回及以上；35kV出线数为48回；110220kV出线数为34回。,34,双母线接线,接线图具有两组母线W1，W2。每一回路经一台断路器和两组隔离开关分别与两组母线连接，母线之间通过母线联络断路器QF（简称母联）连接。,运行方式母联QF断开，一组母线工作，另一组母线备用，全部进出线接于运行母线上。母联QF断开，进出线分别接于两组母线，两组母线分裂运行。母联QF闭合，电源和馈线平均分配在两组母线上。优点检修一组母线，可使回路供电不中断；一组母线故障，部分进出线会暂时停电。供电可靠，调度灵活，又便于扩建。,35,第三节额定电压和额定电流,1、额定电压,额定电压是由国家规定的一种标准电压，是电气设备设计时所依据的电压值。在这一电压下工作时，电气设备的技术经济性能指标能够达到最佳状态，保证长期可靠运行。,36,37,电力系统的额定电压及电压等级,S=3U2I,我国规定的额定电压按电压高低及使用范围可分为三类：第一类指100V及其以下的额定电压。主要用于安全动力、照明、蓄电池及特殊设备。第二类指1001000V之间的额定电压，其应用最广、数量最多。第三类指1000V及其以上电压等级。电力系统的发、供、输、配、用电都采用该电压等级。,38,2、额定电流,发电机、变压器、断路器和其他电气设备的额定电流，是指在一定周围煤质计算温度下、所允许长期通过的最大电流值。,39,第四节电力系统中性点接地方式,电力系统中性点：三相电力系统中绕组或者线圈采用星形连接的电力设备（如发电机、变压器等）各相的连接对称点和平衡点。特点：在电力系统正常运行时，对地电位为零。,N即为中性点,40,正常运行时的中性点不接地的电力系统（a）电路图（b）相量图,41,1、中性点非有效接地系统(一)：中性点不接地系统,1.等值简化电路,2.向量图,单相接地故障,42,假设条件,C-各相对比地之间是空气层，空气是绝缘介质，组成分散电容：图2-1为了方便讨论，认为：1、三相系统对称2、对地分散电容用集中电容表示,相间电容不予考虑3、当导线经过完全换位后，Cu=Cv=Cw=C,43,2、分析：图2-1,1、三相系统对称时，三相电压对称,即2、由于Cu=Cv=Cw=C，则IcA=IcB=Icc=Ux/Xc也对称，即,44,3、结论,正常运行时：地中没有零序电容电流流过。中性点对地电位为零。,45,1.等值简化电路,2.向量图,单相接地故障,故障运行时：,46,单相接地时接地电流危害,单相接地时的接地电流将在故障点形成电弧。当出现稳定电弧时可能烧坏电气设备，或引起两相或三相短路。尤其是电机或电器内部因绝缘损坏而造成一相导体与设备外壳之间接触产生稳定电弧时，更容易烧坏电机、电器或造成相间短路。,47,(二)：中性点经消弧线圈接地系统,消弧线圈的工作原理,中性点经消弧线圈接地的电力系统（a）电路图（b）相量图,48,49,1、正常运行时：中性点对地电位为零：UN=0消弧线圈中无电流：IL=0流过地中的电容电流为零：IC=02、单相接地时：中性点电位升高为相电压：消弧线圈中出现感性电流：与相差1800流过接地点电流：+（相互抵消）,消弧线圈的作用,实现补偿,50,补偿方式及选用,1、全补偿:LC即接地点电流为零缺点：XL=Xc，网络容易因不对称形成串联谐振过电压危及绝缘2、欠补偿:LC即接地点为容性电流缺点：易发展成为全补偿方式,切除线路或频率下降可能谐振。3、过补偿:LC即接地点为为感性电流注意：电感电流数值不能过大10A,不采用,少采用,采用,51,中性点经消弧线圈接地系统U相金属性接地,电压变化特点:故障相对地电压变为零非故障相对地电压升高3倍系统各相对地的绝缘水平也按线电压考虑,52,1、消弧线圈结构特点：为了保持补偿电流与电压之间的线性关系，采用滞气隙铁芯气隙沿整个铁芯均匀设置，以减少漏磁为了绝缘及散热，铁芯和线圈都浸在油中为适应系统中电容电流变化特点，消弧线圈中设有分接头（59个）2、补偿容量的选择：h.e1.35cx3、消弧线圈的安装地点发电厂的发电机或厂变的中性点；变电所主变的中性点。4、适用范围：广泛应用在不适合采用中性点不接地的以架空线路为主体的3-60kV系统；个别雷害严重的地区110kV系统不得已采用。,53,(三)：发电机中性点接地方式,54,发电机中性点接地方式,55,2、中性点有效接地系统(一)：中性点直接接地系统,简化等值电路假定C相完全接地，如下图。,单相接地故障时的中性点直接接地的电力系统,56,单相接地时1、电压情况（C相）接地相电压降低为0非接地相电压不变为相电压中性点对地电压不变为02、电流情况形成短路危害大装设继电保护跳闸切除故障（供电可靠性降低），避免接地点的电弧持续。,分析,57,优点：1、不外加设备即可消弧2、降低电网对地绝缘，节省造价缺点：1、供电可靠性降低改进：装自动重合闸装置、加备用电源2、电流很大且单相磁场对弱电干扰改进：中性点经电抗器接地、仅部分中性点接地3、不产生过电压，设备绝缘水平低20，造价低。,结论,58,(二)：中性点经小电阻接地系统,着眼点是为了增大零序电抗，以限制单相短路电流。,59,1、供电可靠性经消弧线圈接地不接地直接接地2、过电压与绝缘水平大接地相电压小接地线电压3、继电保护大接地灵敏、可靠小接地不灵敏4、对通信的干扰大接地电流大、干扰大小接地电流小，干扰小5、系统稳定性,中性点不同接地方式的比较,小接地系统优先,小接地系统优先,小接地系统优先,大接地系统优先,大接地系统优先,60,110kv及以上直接接地2060kvI10A中性点经消弧线圈接地10kvI20A中性点经消弧线圈接地36kvI30A中性点经消弧线圈接地1kv及以下直接接地,中性点运行方式的应用范围,61,第五节接地装置,5.1电击-电流对人体的伤害,1.电伤-电流对人体外部造成的伤害。通常有电弧灼伤、电烙印和皮肤金属化。特点：皮肤发红、起泡、组织烧焦并坏死。,62,2.电击-电流通过人体对内部器官造成的伤害。主要取决于电流的大小与持续的时间。,3.人体电击方式人体遭受电击的方式主要有直接接触电击和间接电击两种形式。,63,5.2保护接地1.接地的概念电气设备的某部分与土壤之间作良好的电气连接，称之为接地。埋入地中并直接与大地接触的金属导体称为接地体，连接接地体和电气设备接地部分的导线称为接地线。接地线和接地体合称为接地装置。,64,2.接地的种类工厂供电系统和电气设备的接地按其功能分为工作接地、保护接地以及重复接地三大类。1）工作接地工作接地是为了电力系统和用电设备正常工作而进行的接地,如变压器、发电机、中性点接地以及防雷接地等都属该类接地。,65,2.接地和接地装置,电气装置的接地系统分TN、TT、IT三种型式，这些文字符号的意义是：第一个字母说明电源对地的关系：T一点与地直接连接；I与地隔离，或一点经高阻抗与地连接。第二个字母说明外露导电部分对地的关系：N外露导电部分经与电源的中性点(N)连接而接地；T外露导电部分直接接地，与电源的接地无关。,TN系统按N线和PE线的组合方式又分为三种型式：TNS系统在全系统内N线和PE线是分开的；TNC系统在全系统内N线和PE线合为一根线(PEN线)；TNCS系统在全系统内，仅在建筑物电源进线前N线和PE线合为根线，进入建筑物后即分为两根线。,66,TT系统的保护措施,TN系统的保护措施,67,2.TT系统的保护措施,TT系统。TT系统是中性点直接接地的三相四线制系统中的保护接地方式。如下图所示，配电系统的中性线N引出，但电气设备的不带电金属部分经各自的接地装置直接接地，与系统接地线不发生关系。当发生单相接地、机壳带电故障时，通过接地装置形成单相短路电流，使故障设备电路中的过电流保护装置动作，迅速切除故障设备，减少人体触电的危险。,68,图7.4低压配电的TT系统,69,3.