电力系统第1章

第一篇电力系统的稳态分析电力系统分析本课程的主要内容及特点《电力系统分析》主要研究电力系统正常以及故障下的电气量之间的关系。

该课程既是主要专业课，也是专业基础课、考研专业课，是学习和研究该领域的重要课程。电力系统分析电路电机学自控其它保护控制调度设备其它电磁场特点：理论性强实践性强工程性强本课程的主要内容及特点

本课程的主要内容及特点主要框架电力系统稳态分析电力系统暂态分析电力系统电磁暂态电力系统机电暂态电力系统计算的计算机算法本课程的主要内容及特点稳态的主要内容电力系统稳态运行的特点及要求电力系统元件的稳态数学模型电力系统潮流分析电力系统运行与控制无功/电压控制有功/频率控制本课程的主要内容及特点暂态的主要内容电力系统暂态运行的特点及要求电力系统暂态的数学模型电力系统故障分析电力系统稳定性分析静态稳定暂态稳定课程形式课堂讲授与自学相结合课堂考察与考勤作业考试（成绩分配7:3）教学参考书

何仰赞温增银．电力系统分析．第三版．武汉：华中科技大学出版社李光琦．电力系统暂态分析．中国电力出版社陈珩．电力系统稳态分析．中国电力出版社

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人类为什么选择使用电能？十八世纪，蒸汽机发明：热能－机械能，划时代的工业革命十九世纪，人类开始使用电能，进入电气化时代课程引入：显著优点洁净：环保方便

:

输送、分配、使用节能

:

能耗小，转换效率高

人类为什么选择使用电能？电气化2002年，中国电力消费在终端能源消费中的比例为42％，2020年将达到70％左右。2002年，中国人均电力消费1280千瓦时，相当于20世纪70年代的世界平均水平，约为目前世界平均水平时的一半。2008年，中国人均电力消费达到2631千瓦时，和世界平均水平差不多。试想：没有电能你的生活会如何？

人类为什么选择使用电能1882年英国商人在上海创办了上海电气公司，装机容量12KW，5盏电灯。1913年上海杨树浦发电厂发电，1924年该厂装机12台，总容量121MW，成为当时远东第一大发电厂。1949年以前，仅东北有220KV和154KV的电网（日本人建造）。1972年由甘肃天水~陕西关中的534km的我国第一条330KV输电线路工程。1981年由河南平顶山~湖北武汉的全长595km的我国第一条500KV输电线路。

我国电力工业的发展我国电力工业的发展1989年建成了我国第一条远距离±500KV葛洲坝~上海的直流输电线路

1997年三峡工程建设，26台700MW，15回500KV交流及三回±500KV直流，连接华东、华中、河南、四川、广东等电网，是中国电网联网的核心。

2006年甘肃官厅，建成第一条750KV交流输电线路。

2008年12月30日22时，首个1000千伏特高压交流试验示范工程投入试运行，线路起自山西晋东南变电站，经河南南阳开关站，止于湖北荆门变电站，全长640公里。1980~2002年全国发电量如图示（亿千瓦时）

电力需求旺盛、增长快1987年全国装机容量突破1亿千瓦1995年3月全国装机容量突破2亿千瓦2000年4月全国装机容量突破3亿千瓦2004年5月底全国装机容量突破4亿千瓦2005年底全国装机容量突破5亿千瓦2006年10月全国装机容量突破6亿千瓦2008年全国装机容量突破7亿千瓦

2010年突破9亿千瓦。2000年容量3亿瓦1995年容量2亿千瓦1987年容量1亿千瓦1978年容量5712万千瓦1949年容量185万瓦中国电网新疆西藏东北华北西北川渝华中华东南方电网覆盖率96.4%500kV220kV330kV火电厂水电厂核电厂第1章电力系统的基本概念1.1电力系统的组成和特点1.2电力系统的电压等级和规定1.3电力系统的接线方式1.4电力线路的结构小结本章重难点电力系统、动力系统、电力网的基本概念；发电机、变压器额定电压的确定；架空线路的结构，架空线路导线型号的表示法。1.1电力系统的组成和特点1.1.1电力系统的组成1.1.2电力系统运行应满足的基本要求

能源的分类：

一次能源:自然界存在的能源如:煤炭、石油、天然气、水力等

二次能源：由一次能源转换而成如：电能、热能等能源的转换与传输：发电厂：

把其他形式的能量转换成电能变压器：

改变电压等级输电线路：

输送电能用电设备：

把电能转换成适合用户需要的其他形式的能量福建安砂水电厂宽缝重力坝

基本概念：

1、电力系统

2、动力系统

3、电力网1.1.1电力系统的组成

电力系统：把这些生产、输送、分配和消费电能的各种电气设备连接在一起而组成的整体。它包括从发电、变电、输电、配电直到用电的全过程。

动力系统:电力系统加上发电厂的动力部分。

火电厂的动力部分包括汽轮机、锅炉、供热管道和热用户；水电厂的动力部分包括水库和水轮机；核电厂的动力部分包括反应堆和汽轮机。

电力网：电力系统中输送和分配电能的部分称为电力网，它包括升、降压变压器和各种电压的输电线路。电力网动力系统电力系统电力网络是连接发电机与用电设备（负荷）的中间环节，由变压器和输电线路组成，实现电能的传输与分配的功能。电力网络是由许多子电力网络发展、互联而成，分区分层是电力网络的一大特点。输电网络、高压配电网络、中压配电网络和低压配电网络。

电力网络高压电网指110KV和220KV电网；超高压电网指330KV、500KV和750KV电网。特高压电网指的是以1000KV输电网为骨干网架，超高压输电网和高压输电网以及特高压直流输电、高压直流输电和配电网构成的分层、分区、结构清晰的现代化大电网。

变电站主要承担电能的电压等级变换以及能量分配的任务。变电站主要分为发电厂内升压变电站、一次变电站（输电变电站）、二次变电站（配电变电站）、用户变电所等。屋内、屋外变电站500kV交流变电站全景220kV交流变电站1、电力系统的特点

（1）电能与国民经济各部门及人民日常生活关系密切

1.1.2电力系统运行应满足的基本要求（2）电能不能大量储存，生产与消费具有同时性

（3）电力系统暂态（过渡）过程非常短暂2、电力系统运行的基本要求

（1）保证安全可靠地供电

（3）保证电力系统运行的经济性

（2）保证良好的电能质量

（1）保证安全可靠的供电。

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。

第一级负荷：对这一级负荷中断供电将会造成人身事故、设备损坏、大量废品，导致生产秩序长期不能恢复，市政生活混乱。

第二级负荷：

对这一级负荷中断供电将造成大量减产，影响人民生活。

第三级负荷：

不属于第一、第二级，停电影响不大的其他负荷。美加2003年“8.14”大停电事故纽约一片漆黑，布什一脸无奈，与911并提（2）保证良好的电能质量

1）频率

fN=50±（0.2~0.5）Hz

2)电压一般不超过用电设备额定电压的±5%。

3）波形——正弦波形

1）煤耗：发电厂生产1KWh电能所消耗的标准煤量。(3)保证电力系统运行的经济性

2）网损率：电力网中损耗的电量占向电力网供电量的百分比。

3）厂用电率：发电厂自用电量占发电量的百分比。1.2.1电力系统的额定电压1.2电力系统的电压等级和规定1.2.2电力网电压等级的选择1、网络额定电压UN【三压相等】

电力线路的额定电压和用电设备的额定电压相等，这一电压即称为电网的额定电压。

我国的网络额定电压有：

3KV、6KV、10KV、35KV、60KV、110KV、220KV、330KV、500KV

2、发电机的额定电压UG发电机的额定电压比电网的额定电压高5%。UN1.05UN1.0UN1.05UN0.95UN1.05UN-0.1UN=0.95UN3、变压器的额定电压

【一次侧相当于用电设备；

二次侧相当于发电机】

一次绕组：等于网络的额定电压，即1.0UN

特：变压器一次绕组直接与发电机连接时，1.05UN

二次绕组(空载)：比网络额定电压高10%，即1.1UN

1.1UN-0.05UN=1.05UN

特：内阻抗小于7.5％的小型变压器（3kv—10kv电压等级）和供电距离很短的变压器，1.05UN分类电力网和用电设备额定电压发电机额定电压电力变压器额定电压一次绕组二次绕组低压220/127380/220660/380230400690220/127380/220660/380230/133400/230690/400高压3610－35631102203305007503.156.310.513.8,15.75,－－－－－－

3及3.156及6.310及10.513.8,15.75,35631102203305007503.15及3.36.3及6.610.5及11－38.569121242363550825例题1.1电力系统接线图如图所示，图中标明了各级电力线路的额定电压。试求发电机和变压器绕组的额定电压。解：发电机G的额定电压为10.5KV。变压器T1:低压侧额定电压为10.5KV,高压侧额定电压为242KV；变压器T2:高压侧额定电压为220KV，中压侧额定电压为121KV，低压侧额定电压为38.5KV；变压器T3:高压侧额定电压为110KV,低压侧额定电压为11KV；变压器T4:高压侧额定电压为35KV，低压侧额定电压为6.6KV；变压器T5:高压侧额定电压为10.5KV,低压侧额定电压为3.15KV。讨论：

前提：输电距离L一定输送有功功率P一定P+jQL1.2.2电力网电压等级的选择

提高电压等级

优点：因为有功功率所以，

导线截面可减小，节省有色金属，线路的功率损耗和电能损耗也相应减少。

缺点：绝缘要求高，网络投资增加

总之，对应一定的输送功率和输电距离，应有一个技术上和经济上均较合理的电压。额定电压（KV）输送容量（MW）输送距离（Km）适用地区0.380.1以下0.6以下低压动力与三相照明30.1～1.01～3高压电动机60.1～1.24～15发电机电压、高压电动机100.2～2.06～20配电线路、高压电机352.0～1020～50县级输电网、用户配电网11010～5050～150地区级输电网、用户配电网220100～500100～300省、区级输电网330200～1000200～600省、区级输电网、联合系统输电网5001000～1500150～850省、区级输电网、联合系统输电网7502000～2500500以上联合系统输电网表1.2各级电压架空线路与输送容量、输送距离的关系

1.3电力系统的接线方式

1.3.1电力系统接线图1.3.2电力系统的接线方式1、电力系统电气接线图

图中较详细地表示出电力系统各主要元件之间的电气联系，但不能反映各发电厂、变电所的相对地理位置。1.3.1电力系统接线图

2、电力系统地理结线图

图中各发电厂、变电所相对地理位置和线路路径都按一定比例画出，但各主要元件较详细的电气联系却难以表示。

通常将电力系统的电气接线图和地理接线图配合使用。

1、按供电可靠性分类

1.3.2电力系统的接线方式（电力网）

（1）无备用结线任何一个变电站（用户）都只能从一条线路取得电能的电力网络。有放射式、干线式、链式。无备用结线有备用结线优点：结线简单、投资少、运行维护方便；缺点：供电可靠性较低，当干线式、链式线路长时，末端电压可能偏低。单回路放射式单回路干线式单回路链式（2）有备用结线

任何一个变电站（用户）可以从两条及两条以上的线路取得电能的电力网络。有双回路放射式、干线式、链式、环形供电网络和两端供电网络。

1）双回路放射式、干线式、链式

优点：结线简单，运行方便，供电可靠性和电压质量高。缺点：设备投资大。双回路放射式双回路干线式双回路链式2）环形供电网

优点：供电可靠性高，投资少。缺点：运行调度复杂；开环运行时，某些线路可能过负荷、某些负荷点电压质量不能满足要求。环形供电网3）两端供电网

优点：供电可靠性高，投资少。缺点：运行调度复杂。2、按负荷取得电能的方向分类

（1）开式网络变电站（用户）只能从一个方向取得电能的网络，叫做开式网络。有单回路放射式、干线式和链式。

（2）闭式网络变电站（用户）可以从两个或两个以上的方向取得电能的网络，叫做闭式网络。如：环形网络、两端供电网络。【简单闭式网】

对电力网络接线方式的选择，要考虑以下几个方面：

（1）必须保证用户供电的可靠性；（2）必须能灵活的适应各种可能的运行方式；（3）应力求节约设备材料，减少投资与运行费用；（4）应保证在各种运行方式下运行人员操作的安全。

1.4电力线路的结构

1.4.1架空线路的结构1.4.2电缆线路的结构电力线路按结构可分为架空线路和电缆线路两大类。架空线路——导线架设在室外的杆塔上。电缆线路——铺设地下的电缆沟或管道中。输电线路

电能的输送是在输电线路上进行的。按结构可分为架空线路和电缆两类直流输电线路和交流输电线路1.4.1架空线路的结构

架空线路由导线、避雷线（又称架空地线）、杆塔、绝缘子和金具等元件组成如图1.7所示。

图1.7架空线路

1、导线（1）作用：传导电流，输送电能（2）常用材料：铜、铝、钢，少量铝合金。铜：导电性能好、耐腐蚀、抗拉强度高，但量少价高。铝：导电性能好、比重小、价格低，但机械强度差、抗腐蚀能力差。钢：机械强度大，但导电性能差。（3）结构：单股导线、单金属多股绞线、钢芯铝绞线、扩径导线、空心导线、分裂导线

为防止电晕和减小线路感抗，220KV以上线路常采用扩径导线、空心导线、分裂导线。

分裂导线：将每相导线分裂成很多根，并将它们布置在半径为req的圆周上。

钢芯铝绞线——利用钢的优良机械强度和铝的导电性能好的优点，将铝线绕在单股或多股钢线外层作主要载流部分，广泛用于35KV及以上电压线路。集肤效应——当交流电通过导体时，电流将集中在导体表面流过，频率越高越明显。图1.8导线的断面图

（4）型号:××

×

×-×/×××：材料，G表示钢，T表示铜，L表示铝，HL表示铝合金。×：J表示多股线，绞线。×：J表示加强型，Q表示轻型。×：主要载流部分额定截面积。×：钢线部分额定截面积

LJ—35铝绞线

LGJ—185钢芯铝绞线

LGJQ—300轻型钢芯铝绞线

LGJJ—400加强型钢芯铝绞线2、避雷线（1）作用保护导线不受直接雷击（2）结构架设在杆塔顶部，常采用钢绞线、铝包钢线。在正常运行时，无电流通过，当雷落在避雷线上时，通过杆塔上的金属部分和埋在地下的接地装置将雷电流引入大地，使线路绝缘免遭大气过电压的破坏。3、杆塔

（1）作用支持导线和避雷线，并使之保持一定的安全距离

（2）分类

1）按所用材料分类木杆、铁塔、钢筋混凝土杆

2）按用途分类直线杆塔、耐张杆塔、转角杆塔、终端杆塔、换位杆塔直线杆塔：又称中间杆塔，用于线路走向成直线。耐张杆塔：又称承力杆塔，用于承受对导线的拉力