第一章电力系统概论

AAi-t 、电力屎威，电力幣水鬣囲第一章绪论Generalintroduction第一节电力系统概论Generalintroductionofelectricpowerindustry一、电力系统的构成Composingofpowersystem＜一＞电力工业在国民经济中的地位Thestatusofpowerindustryinnationaleconomic电力工业是社会公共基础事业，是国民经济的一个重要部门。为社会生产的各个领域提供动力，与社会生活密切相关；“经济要发展，电力要先行”。从各国经济发展看，国民经济每增长 1%就要求电力工业增长1.3%—1.5%。＜二＞电力系统的形成Developmentofpowersystem1初期电厂建在用电区附近，规模很小，孤立运行。2随着生产的发展和科学技术的进步，用电量和发电厂容量不断增加，但由于发电所需的一次能源通常离负荷中心较远，因此形成了电力网和电力系统。＜三＞基本概念Basicconception电力系统：发电机、变压器、输配电线路和电力用户的电器设备所组成的电气上的整体。电力网：电力系统中输送、分配电能的部分（变压器和输配电线路） 。动力系统：电力系统+发电厂的动力部分（火电厂的锅炉、汽机；水电厂的水库、水轮机；核电厂的反应堆）鼻丿岸吨-鼻丿岸吨-二|j*KDI-,auH<g丿I二、 电力系统的发展Thehistoryofelectricpowerindustry1．国外电力系统的发展历史1831法拉第发现电磁感应定律后，出现了交流直流发电机，直流电动机出现里100-400V的低压直流输电系统；1882年德国1500-2000V直流输电系统1885年单相交流输电1891年三相交流输电俄国人展示了现代电力系统模式2．国内电力系统发展历史1882年第一座电厂在上海建成1882—1945年全国总装机容量185万KV，年发电量仅43亿KWh2000年全国总装机容量3亿KV,年发电量13556亿KWh并建成500kV交流、直流超高压输电线路，7个跨省电力系统西南大容量水电的开发，山西陕西和内蒙西部大量坑口电厂的建设，使得全国联网的格局逐步形成。联合电力系统的特点Characteristicsofpowersystem1） 系统总装机容量减少。发电厂孤立运行的最大负荷并不同时出现2） 合理利用动力资源与火力发电厂相比，水电厂具有单位发电成本低、跟踪负荷快的特点。因此，依照“不弃水”的原则，水电厂丰水季节承担基荷，枯水季节承担峰荷。这样可以降低煤耗，充分利用水力资源。3） 提高了供电可靠性由于各电厂之间在机组检修或系统发生事故的情况下能够相互支援，从而可以降低系统备用容量和提高供电可靠性。4） 提高了系统运行的经济性在机组间合理分配负荷；采用大容量机组，降低单位千瓦造价和运行损耗。缺点：故障波及地区容易扩大、系统短路容量增加。三、对电力系统的基本要求Basicrequirementofthepowersystemoperation（一）电能生产、输送和消费的特点电能不能大量存储。电能的生产、输送、分配、消费同时发生；从一种运行方式过渡到另一种运行方式的过渡过程非常短促；与国民经济各部门的关系密切。各部门广泛使用电能，电能的中断或减少将影响国民经济各部门。（二）电力系统运行的基本要求1•满足用电需求，保障供给保证可靠的持续供电。提高运行水平；防止发生误操作；事故后应尽量采取措施防止事故扩大； 完善电力系统的结构等。当系统发生事故、出现供电不足时，首先切除三类用户，以确保一、二类用户的需要（一类用户：中断供电，会带来人身危险、设备损坏、大量次品、破坏生产秩序、给国民经济带来巨大的经济损失或重大政治影响的用户。 用两个或两个以上独立电源供电；二类用户：中断供电会造成减产、停工的用户。两路供电或一路专用线路供电；三类用户：短时停电不会带来严重后果） 。保证良好的电能质量。电压偏移：一5%频率偏差：50一（0.2—0.5）HZ波形畸变率：很小保证电力系统运行的经济性提高效率、降低损耗、节约能量资源。第二节发电厂的类型Typeofpowerplant一次能源：虽自然界演化生成的动力资源，是能源的直接提供者，如煤、石油、天然气。电能是二次能源。一、火力发电厂fossilfuelstation原动机一般为汽轮机，也有用柴油机或以煤、汽油或天然气为燃料的电厂,燃气轮机的。原动机一般为汽轮机，也有用柴油机或K4FK4F图1-2 凝汽式火力发电厂生产过程示意图火力发电厂又可分为:凝气式火电厂(steampowerplant) 做过功的蒸汽排入凝汽器冷凝成水，重新送回锅炉。在凝汽器中大量的热量被循环水带走，所以效率很低，只有 30%—40%热电厂(thermalplant)汽轮机中一部分做过功的蒸汽从中间断抽出供给热力用户，或经热交换器将水加热后把热水供给用户。效率高达 60%-70%.二、水力发电厂hydroelectricpowerplant将水的位能和动能转变成电能。发电厂容量取决于上下游水位差(水头)和流量大小水力发电机组承受变动负荷的能力较好，且启动快，电力系统中发生事故时可充分发挥备用功能。1）堤坝式水电厂在河床上游建水坝蓄水，形成发电水头。坝后式水电厂：厂方建在坝后，如丰满水电厂；河床式水电厂：厂房其拦水坝作用，如葛洲坝水电厂2）引水式水电厂 电厂建在山区水流湍急的河道上，或河床坡度较陡的地方，由引水道形成水头，不修坝或只修低堰。3） 混合式水电厂水头由坝和引水道共同形成。4）抽水蓄能电站系统谷荷时，机组以电动机-水泵方式工作，将下游水库的水抽至上游水库储存；峰荷时，机组以水轮机-发电机方式工作，利用蓄水发电;从而实现“移峰添谷”。抽水蓄能电站用途：调频、调相、系统备用、系统黑启动等。按运行方式分）无调节水电厂水库小，不能对径流调节）有调节水电厂可利用水库对径流进行重新分配有日调节、周调节、季调节、年调节和多年调节三、核电厂nuclearplant将核裂变能转化成热能，再按火电厂的方式发电。.优点：1）节省燃料如一台500MW的火力机组，每年耗煤150万吨，而同容量的核电机组，每年仅需600kg铀燃料2） 不需空气助燃可建在地下、山洞里、水下、空气稀薄的高原地区问题：放射性污染四、其他形式发电厂otherwaytogenerateelectricpower风力发电、潮汐发电、地热发电、太阳能发电、磁流体发电等。第三节变电所的类型Typeofsubstation变电所是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用一、 根据变电所在电力系统的作用，可分成下列几类：thetypeofsubstationsaccordingtothefunction＜一＞升压变电所boostersubstation＜二＞降压变电所step-downsubstation.枢纽变电所load-centersubstation位于电力系统的枢纽点，连接电力系统高压和中压的几个部分，汇集多个电源，电压为330-500kV。全所停电后，将引起系统解列，甚至出现瘫痪。.中间变电所intermediatesubstation高压侧以交换潮流为主，或使长距离输电线分段，电压为 220-330kV，同时又降压供给当地用电。全所停电后，将引起区域网络解列。地区变电所localsubstation高压侧电压110-220kV，对地区用户供电为主。全所停电后，仅该地区中断供电。4．终端变电所terminalsubstation在输电线路的终端，接近负荷点，高压侧电压 35-110kV，降压后直接供给用户。全所停电后，只是用户受损失。二、 按电压高低分typeofsubstationaccordingtothevoltagelevel1．大型变电所largesubstation330kV以上，占地面积较大，自动化水平较高2．中型变电所middlesubstation220kV110kV也称为一次变电所3．小型变电所smallsubstation110kV以下也称为二次变电所三、 按变电所结构分typeofsubstationaccordingtothestructure1．屋外式outdoorsubstation除仪表、继电器、控制设备、直流电源等二次设备设在屋内外，变压器、开关等大型设备均放在屋外。通常电压较高的变电所大多为屋外式。2．屋内式indoorsubstation变电所所有设备都放在屋内。一般用于室内居民密集地区或其他空气污秽地区。3．地下式undergroundsubstation全部设备均设置在地下或洞室内。以适应城市建设或战备的要求。重点要解决好通风和防火问题。4．箱式变电所packagesubstation为了使供电设施与建筑周围环境协调而产生的。设有高压开关小室、变压器小室和低压配出开关小室

第四节电力网的电压Voltagelevelsoftheelectricpowersystem一、额定电压ratedvoltage1•电力系统的额定电压等级（输电线路的额定线电压）V220380kV361035（60）110（154）220330500750确定额定电压的等级的考虑因素：S=3UI,当输送功率一定时，输送电压越高，电流愈小，载流部分的截面积愈小，投资愈小；但电压越高，设备绝缘的投资越大。综合考虑，对应一定输送功率和输送距离就有一个最合理的线路电压。 但从设备制造的角度考虑，线路电压不能任意确定。而且标准电压等级不能过多。2•发电机、变压器、用电设备的额定电压的确定1）用电设备的额定电压=线路额定电压沿线路的电压损失一般为10%用电设备的允许电压偏移为±5%这要求线路始端电压为额定值的105%从而可保证线路末端电压不低于额定值的95%2）发电机的额定电压=105%线路额定电压3）变压器额定电压UN,一次侧与线路相连UGN，一次侧与发电机相连110%UN，二次侧与线路相连备相连或 Uk%:::7.5备相连或 Uk%:::7.5例:例:T1:10.5/121/242kV T2:110/38.5/10.5kVT3:220/38.5kV T4:35/0.4kV二、输、配电网的划分divisionoftransmissionanddistributionsystem1、按线路电压的高低分超高压网330kV及以上； 高压网10—330kV中压网1—10kV 低压网1kV以下•按作用分输电网：将电能从发电厂输送到负荷中心。配电网：将电能从负荷中心输送到各级电力用户， 起分配电能的作用。通常电压在220kV以下。可分为高压配电网（配电网：将电能从负荷中心输送到各级电力用户， 起分配电能的作用。通常电压在220kV以下。可分为高压配电网（35—110kV）、中压配电网（3—10kV）、低压配电网（220—380V。力ffa负4m电^^心第五节供配电系统的接地Groundingofpowersupplyanddistributensystem接地：人为的将电器设备中带电或不带电部分与大地连接。按接地目的不同，可分为：1•工作接地为保证电力系统正常工作而采取的接地；.保护接地正常不带电而由于绝缘损耗有可能带电的金属部分接地；•防雷接地防雷保护装置为导泄雷电流而进行的接地。一、 工作接地serviceground星形连接的变压器或发电机的中性点。考虑中性点运行方式的原因：电力系统发展初期，系统中性点不接地；随着系统规模的扩大，经常出现弧光过电压引起的事故。电力系统中性点运行方式groundedneutralsystem中性点直接接地（大电流接地系统）：发生单相接地时的短路电流较大中性点不接地、中性点经消弧线圈接地、中性点经小电阻接地（为小电流接地系统：发生单相接地时的短路电流较小）。（一）中性点直接接地neutral-pointdirectlyearthed 110kV及以上电力网采用特点：中性点始终保持零电位。中性点不接地电力网的一相接地优点：节约绝缘投资。单相接地时，非故障对地电压接近相电压，相对地绝缘按相电压设计，因此降低了电力网的绝缘投资，而且电压越高，其经济效益越大。缺点：可靠性不高。单相短路时，接地相短路电流很大，各相之间电压不对称针对缺点采取的措施：1）由于架空线路上的故障绝大多数都是暂时性的， 故可加装自动重合闸装置，以提高供电可靠性； 2）为减少单相接地电流，将系统中部分中性点接地，而另一部分中性点不接地。（二） 中性点不接地neutral-pointunearthed•特点：单相故障时，中性点电压为相电压，线电压仍维持平衡。•优点：运行可靠性高。发生单相故障时，电力网线电压的大小和相位关系仍维持不变，接在线电压上的电器仍能继续运行，因此可带故障运行一段时间（但时间不能太长，以免健全相薄弱环节遭到破坏，发展成两相短路）。缺点：绝缘投资大。单相故障时，非故障相对地电压升为相电压的-3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。中性点不接地系统的适用范围）500V以下的装置（380/220照明装置除外）;）单相接地电流小于30A的3-10kV电力网；）接地电流小于5A的发电机直配系统；）单相接地电流小于10A的35kV电力网。（三） 中性点经消弧线圈接地neutral-pointearthedviaarc-extinguishingcoil中性点不接地系统单相接地电流较大时采用消弧线圈：具有铁心的可调电感线圈3•消弧线圈的作用：中性点不接线圈时，单相接地电流为非故障相对地电容电流之和，且随着网络的延伸而增大，容易造成弧光接地过电压。中性点接消弧线圈后，可补偿接地电流中的容性部分，从而减少故障电流。4•补偿方式*•）全补偿1L=lc此时消弧线圈的感抗与其他非故障相的电容容抗正好形成串联谐振关系； 由于系统在运行时并不是严格的对称，中性点存在一定的位移电压，容易产生谐振过电压，危及电力网的绝缘。很少采用。••）欠补偿1L＜1C部分线路断开时，可能出现全补偿现象。很少采用。••）过补偿1L＞1C不会因线路的退出而出现全补偿现象。一般采用这种补偿方式。特点：运行可靠性高，但绝缘投资大。二.保护接地protectiveground＜一＞人体触电gettinganelectricshock电伤：人体的外部受到的电损伤，如：灼伤。电击：人体内部器官受到的电损伤，如：痉挛、抽搐、失去知觉等。受伤程度与电流大小、通电时间、流经人体途径、人体情况等因素有关。交流电，