电力系统概念

1、第一章第一章 绪论绪论v第一节 电力系统基本概念v第二节 电能质量指标v第三节 电力系统负荷v第四节 电力系统的电压等级v第五节 电力系统中性点接地v第六节 大机组与大电网的协调 第一节第一节 电力系统基本概念电力系统基本概念v一、什么是电力系统v二、电力系统的特点v三、对电力系统的要求水库 GMM电力网电力系统动力系统发电厂水轮机 发电机变电所升压变压器输电线路变电所降压变压器用户用电设备一、什么是电力系统？一、什么是电力系统？v 电力网：由变电所和不同电压等级输电线路组成的网络。v动力系统：在电力系统的基础上，把发电厂的动力部分包含在内的系统。v电力系统：由发电机、变压器、输电线路以及用电

2、设备（或发电厂、变电所、输配电线路以及用户），按照一定的规律连接而组成的统一整体。水力发电厂火力发电厂超高压远距离输电网地方电力网区域电力网110kV35kV35kV500kV220kV110kV10 kV变电所A：枢纽变电所C：地方变电所D：终端变电所B：中间10.5KV18.0KVv 电力网：按电压等级的高低、供电范围大小的分类u地方电力网：电压等级在35kV及以下u区域电力网：电压等级在35kV以上（一般为110kV220kV）u超高压远距离输电网：电压等级为330kV500kV的网络v 变电所：按其在电力系统中的地位分类u枢纽变电所: 位于电力系统的枢纽点，高压侧电压为330kV500

3、kV， u中间变电所: 以交换潮流或使长距离输电线路分段为主， u地区变电所: 向地区或城市用户供电为主 u终端电站所: 直接向用户供电， 二、电力系统的特点二、电力系统的特点v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。 P发 P用P 频率f Q发 Q用Q 电压Vv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v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。按供电可靠性负荷分类： 一类负荷:中断供电，将带来人身危险，设备损坏， 引起生 产混乱，出现大量废品

4、二类负荷:中断供电，将造成大量减产、停工，局部地区 交 通受阻，大部分城市居民的正常生活被打乱。 三类负荷:不属于第一类、第二类的其它负荷 三、对电力系统的要求三、对电力系统的要求v保证供电可靠 v保证良好的电能质量 v提高电力系统运行经济性 第二节第二节 电能质量指标电能质量指标电能的质量指标主要包括：v电电 压压 v频频 率率v波波 形形名 称 允许限值 说 明 供电电压允许偏差 u 35kV 及以上为正负偏差绝对值之和不超过 10%； u 10kV 及以下三相供电为7%； u 220V 单相供电为+7%，-10% 衡量点为供用电产权分界处或电能计量点 电压允许波动和闪变 1电电压压波波动

5、动： u 10kV 及以下 2.5%; u 35kV110kV 为 2%； u 220kV 及以上 1.6% 2闪闪变变 V10： u 对照明要求较高,0.4%(推荐值); u 一般照明负荷,0.6%(推荐值) u 衡量点为电网公共连接点(PCC)，取实测 95%概率值； u 给出闪变电压限值和频度的关系曲线，可以根据电压波动曲线查得允许值， 并给出算例； u 对测量方法和测量仪器作出基本规定 三相供电电压允许不平衡度 u 正常允许 2%，短时不超过 4%； u 每个用户一般不得超过 1.3% u 各级电压要求一样； u 衡量点为 PCC， 取实测 95%概率值或日累计超标不超过 72min，

6、且每 30min 中超标不超过 5min； u 对测量方法和测量仪器作出规定； u 提供不平衡度算法 u电压质量标准：v频率频率：u频率偏差： 0.2Hz（3000MW系统）0.5Hz（3000MW系统）国外：(0.10.2)Hz 或 0.5Hzu额定频率：50Hz（国外：50 或 60Hz）v波形：波形：u质量标准： 正弦波正弦波电压和电流u谐波的危害与抑制第三节第三节 电力系统负荷及负荷曲线电力系统负荷及负荷曲线v一、电力系统负荷的基本概念及其分类v二、电力系统负荷曲线一、电力系统负荷的基本概念及其分类一、电力系统负荷的基本概念及其分类v电力系统负荷：v分类：u按消耗功率的性质：分用电负荷

7、、供电负荷、发电负荷u根据用户在国民经济中的部门分：工业用电负荷农、林、牧、渔、水利用电负荷建筑业用电负荷交通运输、邮电通信用电负荷商业、饮食、供销、仓储业用电负荷城乡居民生活用电负荷u按供电可靠性分： 一类负荷、二类负荷、三类负荷 一类负荷：对这类负荷中断供电，将带来人身危险，设备损坏，引起生产混乱，出现大量废品，重要交通枢纽受阻，城市水源、通信、广播中断，因而造成巨大经济损失和重大政治影响。一类负荷一般应由两个独立电源供电。 二类负荷：对这类负荷中断供电，将造成大量减产、停工，局部地区交通受阻，大部分城市居民的正常生活被打乱。二类负荷可以采用双回线供电。当取得二回线路有困难时，允许由同一回

8、专线供电。对重要的二类负荷，其双回线应该引自不同的变压器，也可以两个独立电源供电。 三类负荷：指不属于第一类、第二类的其它负荷。对这类负荷中断供电，造成的损失不大。因此，对三类负荷的供电无特殊要求。二、电力系统负荷曲线的基本概念及其分类二、电力系统负荷曲线的基本概念及其分类v 电力系统负荷曲线v 分类：u按时间分类：日负荷曲线： 日平均负荷曲线 日负荷持续曲线三、电力系统日负荷曲线三、电力系统日负荷曲线最小负荷最大负荷基荷、峰荷、腰荷年负荷曲线历年负荷曲线，年持续负荷曲线等按用电特性分类： 指根据部门分类的用户负荷曲线第四节第四节 电力系统的电压等级电力系统的电压等级v一、电力系统的电压等级v

9、二、额定电压的规定一、电力系统的电压等级一、电力系统的电压等级u电力系统的额定电压：由国家根据技术经济条件规定的电压等级标准，又称电力网的额定电压或线路的额定电压。u电力系统的最高电压：电力系统正常运行时，在任何时间系统中任何一点上所出现的电压最高值。u电气设备的额定电压：电气设备分为供电设备和受电设备,电气设备制造厂根据所规定的电气设备工作条件而确定的电压。u电气设备的最高电压：考虑到设备的绝缘性能和与最高电压有关的其它性能所确定的允许最高运行电压，其数值等于所在电力系统的最高电压值。变压器额定电压/kV 电力系统额定电压/kV 发电机额定电压/kV 一次绕组 二次绕组 0.22/0.127

10、 0.23 0.22/0.127 0.23/0.133 0.38/0.22 0.40 0.38/0.22 0.40/0.23 0.66/0.38 0.69 0.66/0.38 0.69/0.40 注：受电设备的额定电压电力系统的额定电压。二、额定电压的规定二、额定电压的规定1. 低于3kV系统的额定电压u低于3kV交流三相/单相电力系统额定电压和电气设备 额定电压u直流系统的额定电压：u100V以下的额定电压，受电设备与供电设备相同。u对受电设备为110V、220V和440V的直流系统，供电设备的额定电压分别为115V、230V和460V。电电力力变变压压器器额额定定电电压压/kV 电电力力系

11、系统统 额额定定电电压压 /kV 发发电电机机 额额定定电电压压 /kV 一一次次绕绕组组 二二次次绕绕组组 电电气气设设备备 最最高高电电压压 /kV 3 3.15 3 及 3.15 3.15 及 3.3 3.6 6 6.30 6 及 6.30 6.3 及 6.6 7.2 10 10.50 10 及 10.5 10.5 及 11.0 12 - 13.80 13.80 - - 15.75 15.75 - - 18.0 18.0 - 20 20.0 20.0 - 24 - 22.0 22.0 - - 24.0 24.0 - 35 35 38.5 40.5 60 60 66 72.5 110 11

12、0 121 126 220 220 242 252 330 330 363 363 500 500 550 550 750 - - 800 2、 3kV及以上系统的额定电压u用电设备的额定电压：系统的额定电压UNu发电机的额定电压： 105% UNu变压器一次绕组： 相当于用电设备UNu特例1： 变压器一次绕组105% UNu变压器二次绕组： 相当于电源110% UNu特例2： 变压器二次绕组105% UN第五节第五节 电力系统中性点接地电力系统中性点接地v一、概述v二、中性点不接地系统v三、中性点经消弧线圈接地的电力系统v四、中性点直接接地的电力系统v五、中性点经电阻接地的电力系统一、概一、

13、概 述述u 接地 ： 为了保证电力网或电气设备的正常运行和工作人员的人身安全，人为地使电力网及其某个设备的某一特定地点通过导体与大地作良好的连接。u接地分类：u工作接地：为了保证电气设备在正常或发生故障情况下可靠地工作而采取的接地。u保护接地：将一切正常工作时不带电而在绝缘损坏时可能带电的金属部分接地，以保证工作人员接触时的安全。u保护接零：在中性点直接接地的低压电力网中，把电气设备的外壳与接地中性线直接连接，以实现对人 身安全的保护作用。u防雷接地：为消除大气过电压对电气设备的威胁，而对过电压保护装置采取的接地措施。u防静电接地：对生产过程中有可能积蓄电荷的设备所采取的接地。u如何确定如何确

14、定电力系统中性点接地方式： 应从供电可靠性、内过电压、对通信线路的干扰、继电保护以及确保人身安全诸方面综合考虑。u电力系统的中性点接地方式中性点接地方式：小接地电流系统大接地电流系统负荷ABCCCCICa. 电路图UAUBUC0IAIBIC00UAUBUCIB0IC0IA0b. 矢量图二、中性点不接地的电力系统二、中性点不接地的电力系统u 适用范围3kV60kV的电力系统u 正常运行时结论： 三相电压对称，三相导线对地电容电流也是对称的，三相电容电流相量之和为零，这说明没有电容电流经过大地流动。CAACCBAABBAAAUUUUUUUUUUU)()(0)(0UBUAUC60-UA UCUB -

15、UA ICBICC-ICAICAICAICBICBICCICCIPE负荷ABCCCCUAUBUCu 单相金属性接地故障时(A相)中性点不接地系统单相接地故障的结论结论 ：u三相之间的线电压仍然对称，用户的三相用电设备仍能照常运行，但允许继续运行的时间不能超过2h。u 故障相对地电压降为零；非故障相对地电压升高为线电压，且相位相差600。因此，线路及各种电气设备的绝缘要按线电压设计，绝缘投资所占比重加大，显而易见，电压等级越高绝缘投资越大。中性点不接地系统单相接地故障的讨论讨论 ：u如果接地电流在5A以下，当电流经过零值时，电弧就会自然熄灭。u如果接地电流大于5A10A，而小于30A，则有可能形

16、成间歇性电弧；间歇性电弧容易引起弧光接地过电压，其幅值可达（2.53）U，将危害整个电网的绝缘安全。u接地电流大于30A时，将形成稳定电弧，成为持续性电弧接地，这将烧毁电气设备和可能引起多相相 间短路。0UAUBUC-UCUAUBILICICAICB负荷ABCCCCILICICCICBICAICCICBICAIPEL三、中性点经消弧线圈接地的电力系统三、中性点经消弧线圈接地的电力系统u消弧线圈: 安装在变压器或发电机中性点与大地之间的具有气隙铁芯的电抗器。u单相(C相)金属性接地故障:u 消弧线圈的作用 当发生单相接地故障时，接地故障相与消弧线圈 构成了另一个回路，接地故障相接地电流中增加了一

17、个感性电流，它和装设消弧线圈前的容性电流的方向刚好相反，相互补偿，减少了接地故障点的故障电流，使电弧易于自行熄灭，从而避免了由此引起的各种危害，提高了供电可靠性。 C相发生接地时，中性点电压变为-UC ，在消 弧线圈作用下，产生电感电流（滞后90），其数值为: ILUC / XLU / XLu 消弧线圈的补偿方式u欠补偿方式：按ILIC选择消弧线圈的电感，此时接地故障点有剩余的电感电流流过。四、中性点直接接地的电力系统四、中性点直接接地的电力系统 u 特点： u供电可靠性不如电力系统中性点不接地和经消弧线圈接地方式。u为提高供电可靠性，在线路上广泛安装三相或单相自动重合闸装置。u电气设备的绝缘

18、水平只需按电力网的相电压考虑，可以降低工程造价。u我国380/220V系统中一般都采用中性点直接接地方式，主要是从人身安全考虑问题。负荷ABCk(1)Ik(1)Ik(1)u 适用范围：u我国110kV（国外220kV）及以上电压等级的电力系统 。u380/220V低压系统。五、中性点经电阻接地的电力系统五、中性点经电阻接地的电力系统 u 特点： u降低工频过电压，抑制弧光过电压；u消除铁磁谐振过电压，防止断线谐振过电压；u设置零序保护动作跳闸；u设置零序保护动作跳闸；u避免发生高压触电事故；u供电可靠性有保证。u 适用范围：配网系统（与中性点经消弧线圈接地、不接地比较）u全电缆出线变电站的单相

19、接地故障电容电流超过30A时采用中性点经电阻接地；u全架空线路出线变电站的单相接地故障电流超过10A时，采用中性点经消弧线圈接地；u对电缆与架空线混合线路的单相接地故障电容电流超过10A时，可采用中性点经消弧线圈接地或采用中性点经电阻接地。 厂用电系统的中性点接地方式及特点厂用电系统的中性点接地方式及特点一、高压厂用电系统的中性点接地方式 高压(3kV、6kV、10kV)厂用电系统中性点接地方式的选择，与接地电容电流的大小有关：当接地电容电流小于10A时，可采用高电阻接地方式，也可采用不接地方式；当接地电容电流大于10A时，可采用中电阻接地方式，也可采用电感补偿(消弧线圈)或电感补偿并联高电阻的接地方式。目目前电厂的高压厂用电系统多采用中性点经电阻接地的方式前电厂的高压厂用电系统多采用中性点经电阻接地的方式。 二、低压厂用电系统