电力系统概述和基本概念v2VIP

,第一篇电力系统稳态分析,电力系统分析,第一章电力系统概述和基本概念,11电力系统概述12电力系统电压等级和负荷13电力系统中性点的接地方式,电力系统是由发电厂、变电所、输电线、配电系统及负荷组成的。是现代社会中最重要、最庞杂的工程系统之一。电力网络是由变压器、电力线路等变换、输送、分配电能设备所组成的部分。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。,11电力系统概述,一、电力系统的基本概念,电力系统由发、输、变、配组成（生产、输送、分配、消费）,升压变压器,高压输电网,降压变压器,火电厂,用户,风电场,水电厂,图1-1联合电力系统的动力系统、电力系统和电力网络示意图,动力系统：在电力系统的基础上又加上动力设备，称为动力系统。,二.电力系统的发展概况,1882年，英国建成第一座发电厂，原始线路输送的是低压直流电。,同年，法国人德普列茨提高了直流输电电压，被认为是世界上第一个电力系统。,1891年，第一条三相交流输电线路在德国运行，三相交流输电使输送功率、输电电压、输电距离日益增大。,目前，大电力系统不断涌现，甚至出现全国性和国际性电力系统。,我国已建成华东、东北、华中、华北、西北、华南六个跨省电力系统，独立的省属电力系统还有山东、福建、海南、四川和台湾系统。,3、电力系统的基本参量和电力线路接线图,1.总装机容量：指系统中所有机组额定有功功率的总和，以千瓦（kW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）单位计。,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，以千瓦时（kWh）、兆瓦时（MWh）、吉瓦时（GWh）或太瓦时（TWh）为单位计。,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（100万千瓦）1MW=103kW（1000千瓦）,1MWh=103kWh（千度），1GWh=103MWh（100万度）1TWh=103GWh（10亿度），1kWh=1度,电力线路接线图,地理接线图：按比例显示电力系统中各发电厂和变电所相对地理位置，它反映电力线路的路径和相互间的联接，但不能完全显示各电力元件间的连接情况。见P3:图1-2,电气接线图：显示系统中各电力元件之间的电气联系，但不能反映发电厂和变电所的相对地理位置。,四、电力系统运行的特点和要求1、电能生产、输送、消费的特点,电能与国民经济各个部门之间的关系都很密切。电能不能大量储存。生产、输送、消费电能各环节组成的统一整体不可分割。电能生产、输送、消费工况的改变十分迅速。对电能质量的要求颇为严格。,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。,1.保证可靠地持续供电根据用户对用电可靠性的要求，将负荷分为三个等级：,一级负荷,二级负荷,三级负荷,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。,2、对电力系统运行的基本要求,一级负荷-对这一级负荷中断供电，将造成人身事故、设备损坏，将产生废品，使生产秩序长期不能恢复，人民生活发生混乱。二级负荷-对这类负荷中断供电，将造成大量减产，将使人民生活受到影响。三级负荷-所有不属于第一、二级的负荷。对此类负荷中断供电，不会产生前两种负荷停电后的重大影响，故对三级负荷的供电不做任何要求，一般采用一个电源供电即可。,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(4%)：指各次谐波有效值平方和的方根与基波有效值的百分比。,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。,1.电力系统的电压等级,电力系统电压等级的确定：（1）应从电力系统输送电能的经济性考虑；（2）从制造设备的角度考虑，为了生产产品的系列性和经济性，又不可能任意确定太多的电压等级。,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,1.2、电力系统的电压等级和负荷,表1-1额定电压及电力线路的平均额定电压（KV）,用电设备的额定电压：与线路的额定电压相同。,发电机的额定电压：同步发电机往往接在线路始端，因此，其额定电压比电力线路的额定电压高5%。,变压器的额定电压：一次侧相当于用电设备，其额定电压等于线路的额定电压；二次侧相当于发电机，其额定电压较线路额定电压高10%。,注意：当一次侧直接和发电机相连时，其额定电压等于发电机额定电压；当变压器漏抗较小，或二次侧直接与用电设备相连的厂用变压器，其额定电压可以只比线路电压高5%。,对各种设备额定电压的说明：电力系统的额定电压为线电压；同一电压等级中各种设备的额定电压不同，这是由于它们在系统中所处的位置不同而引起；用电设备的额定电压和线路额定电压一致，其他设备额定电压设定的原则是使所用设备能接近它们的额定电压下运行，用电设备允许电压偏差；,线路输送功率时，存在电压降落，沿线路的电压分布往往是始端高于末端（高电压等级、轻负荷线路除外）；线路电压降一般为10%，为了让处于线路末端的用电设备电压不低于额定电压的95%，要求始端电压不低于额定值的105%；发电机接在线路始端，要求其额定电压为线路额定电压的105%,二次绕组：,变压器的额定电压,一次绕组：,其中5%用于补偿变压器满载供电时一、二次绕组上的电压损失；另外5%用于补偿线路上的电压损失，用于35kV及以上线路,可以不考虑线路上的电压损失，只需要补偿满载时变压器绕组上的电压损失即可，用于10kV及以下线路,表1-2电力线路的额定电压与输送功率和输送距离的关系,不同电压等级的适用范围大致为：500、330、220KV一般用于大电力系统的主干线；110KV用于中、小电力系统的主干线及大电力系统的二次网络；35KV用于大城市或大工企业内部的网络，并广泛用于农村网络；10KV是最常用的低一级配电电压；6KV用于负荷中高压电动机占很大比重的网络；3KV仅限于工企业内部网络。,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,第一章电力系统概述和基本概念,注：图中发电机、电动机的额定电压及变压器的额定变比。,2、电力系统的负荷,电力系统负荷间的关系,综合用电负荷：指工业、农业、交通运输、市政生活等各方面消耗的功率之和。供电负荷：电力系统的综合用电负荷与网损之和。发电负荷：发电机应发出的功率。电力负荷曲线：指某一段时间内负荷随时间变化的规律的曲线。,有功功率(无功功率)日负荷曲线：表明系统有功功率或无功功率负荷在一天24小时的变化规律。用途：日负荷曲线制定各发电厂发电负荷计划及系统调度运行的依据。注意：无功功率与有功功率最大负荷不一定同时出现。,图1-4电力系统的日负荷曲线（a）有功功率负荷；（b）无功功率负荷,有功功率年最大负荷曲线：表示一年内每月最大有功功率负荷变化的曲线。用途：作为扩建发电机组或新建电厂，以满足系统负荷增长率的需要，可用于安排全年发电设备检修计划的依据。,年持续负荷曲线：由一年中系统负荷按其数值大小及持续时间顺序由大到小排列面成的曲线。用途：可靠性估算和电网规划与运行的能量损耗计算。,根据年持续负荷曲线，计算系统负荷全年消耗电量W,最大负荷小时数Tmax,其中Pmax为最大负荷,中性点不接地中性点经消弧线圈接地中性点经电阻或电抗接地中性点直接接地,1.3电力系统中性点运行方式,大电流接地系统（有效接地）,一、电力系统中性点及其接地方式,小电流接地系统（非有效接地）,1.中性点的运行方式,2.中性点不同接地方式的比较,（1）大电流接地系统,优点：,快速切除故障，安全性好。节约绝缘投资，经济性好。,缺点：供电可靠性不高。,（2）小电流接地系统,优点：供电可靠性高；不易造成人身和设备安全事故。,缺点：绝缘投资大，经济性差；易出现间歇性电弧引起的系统谐振过电压。,3.各种接地方式的适用范围,中性点直接接地：110kV及以上和380/220V电力网中性点不接地：单相接地电流小于30A的310kV电力网和单相接地电流小于10A的35kV电力网。中性点经消弧线圈接地：单相接地电流大于30A的310kV电力网和大于10A的35kV电力网。,1、正常运行时，中性点对地电压,每相对地电容电流为,二、消弧线圈的工作原理,2.中性点不接地系统发生A相接地,在数值上,非故障相电压升高了倍，三相线电压仍对称，可继续允许2h。,中性点不接地系统发生A相接地时，,单相接地电流（电容电流）为：,即单相接地电流等于正常时单相对地电容电流的3倍。,当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。,3.消弧线圈的工作