电力基础知识

供电系统供电质量用户供电电压与电源的选择无功功率补偿第一节电力系统与电力网要求：了解电力系统与电力网的基本概念与基本参量电力系统的基本组成3.153.15～20kV35～500kV发电机升压变压器高压输电线降压变压器高压配电线降压变压器低压配电线电力网络是由变压器、电力线路等变换、输送、分配电力网络组成：各电压等级的输电线路和各种类型的变电所连接而成。输电网——以高电压甚至超高电压将发电厂、变电站或变电所之间连接起来的送电网络，又称主网架。配电网——将电能送到用户的网络称为配电网。分为高压配电网、中压配电网、低压配电网。通常将220kV及以上的电力线路称为输电线路，110kV及以下的电力线路称为配电线路。配电线路又分为高压配电线路（110kV）、中压配电线路（6～35kV）和低压配电线路（380/220V）。图图三、电力系统的基本参量和接线图1.总装机容量：指系统中实际安装所有机组额定有功功率的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4.额定频率：50Hz5.最高电压等级：指系统中最高电压等级线路的额定电压， 三汉湾扬二厂泰兴三官殿1．提高供电的可靠性及供电质量。（容量大）2．可以减少系统的备用容量。3．通过合理分配负荷，可降低系统的高峰负荷，提高运行经济性。（地域大）4．便于发展大型机组。（单机容量大）5．便于利用大型动力资源，特别是能充分发挥水力发电厂2．电力生产是高度集中、统一的。3．电能使用最方便，适用性最广泛。4．电力生产在国民经济中具有先行性。5．过渡过程相当迅速，电力系统中各元件的投入或退出是在一瞬间完成的要求：要求：了解电力负荷的基本参量与分类电力系统总负荷是系统中所有用电设备消耗总功率的工业、农业、邮电、交通、市政、商业、城乡居民消耗功率之和—综合用电负荷综合用电负荷＋网络损耗的功率——供电负荷（供电量）供电负荷＋各发电厂本身消耗的功率——发电负荷（发电量）（一）设备安装容量设备安装容量PN（亦称设备功率）是指连续工作的用电设备铭牌上的标称功率PE。（二）负荷与负荷曲线电力负荷是指单台用电设备或一组用电设备从电源取用的电功率，包括有功功率、无功功率和视在功>按性质分：有功负荷曲线和无功负荷曲线>日负荷曲线：逐点描绘法、梯形曲线法t/ha)(三)与负荷曲线有关的物理量年负荷曲线图年平均负荷一般中小截面导体的发热时间常数τ为10min以上，而导体通过电流达到稳定温升的时间大约为一般中小截面导体的发热时间常数τ为10min以上，而导体通过电流达到稳定温升的时间大约为3τ~4τ,即载流导体大约经半小时（30min）后可达到稳定温升值通常把根据半小时平均负荷所绘制的负荷曲线上的“最大负荷”称为计算负荷，并作为按发热条件选择电气设备的依据，因此PPP确定计算负荷的系数需要系数Kd：负荷曲线中的最大有功计算负荷Pmax与全部用电设备额定功率PN之比值针对设备组而言）即Kd利用系数Ku：负荷曲线中的平均计算负荷Pav与全部用电设备额定功率PN之比值针对设备组而言）即NuPN（一）单台用电设备的计算负荷对长期连续工作的单台用电设备：P30PN对需要计及效率的单台用电设备（如电动机P30PN（二）用电设备组的计算负荷SS30II30S303UN 要系数，可查表。2425低压用电设备51.用电设备组的计算负荷（图3-7中的1点）PQ30.1P30.1tanS30.1S30.12．车间变压器低压母线上的计算负荷（图3-7中的2点）S30.2K为同时系数S30.2注意：当变电所的低压母线上装有无功补偿用的静电电容器组，其容量为QC2，则T3.车间变压器高压侧的计算负荷（图3-7中的3点）T注意：若求计算负荷时车间变压器的容量和型号尚未确定，变压器的功率损耗可按近似公式进行计算，即PPQT0.08S30.2PT0.015S30.2QT0.06S30.24.车间变电所高压母线上的计算负荷（图3-7中的4点）PPPP5.总降压变电所出线上的计算负荷（图3-7中的5点）在负荷计算中可以忽略不计，所以有PPPP6.总降压变电所低压母线上的计算负荷（图3-7中的6点）注意：如果在总降压变电所6～10kV二次母线侧采用高压电容器进行无功补偿，其容量为Q30.6，则Q30.6KQ30.5QC67.企业总计算负荷（图3-7中的7点）PPPPPP S当单相用电设备的总容量小于三相设备总容量的15%时，不论单相设备如何分配，均可直接按三相平衡负若单相用电设备的总容量大于三相用电设备总容量的15％时，则需将其换算成三相等效负荷后，再参与负单相用电设备换算为三相等效设备容量的方法如下：单相设备接于相电压时，将三相线路中单相用电设备容量最大的一相乘以3作为三相等效设备容量。单相设备接于线电压时，首先应将接于线电压的单相设备容量换算为接于相电压的设备容量，然后再分相计算各相的设备容量，取最大负荷相的设备容量的3倍来作为等效的三相负荷容量。（一）按用电的部门属性来划分2.农业用电3.交通运输用电4.市政生活用电（二）按负荷大小划分（三）按使用电力的目的划分动力用电、照明用电、电热用电、各种电气设备仪器的操作控制用电及通讯用电。(四)按用电用户的重要性划分（五）按年最大负荷预测的时间长短划分（六）按电能的生产和销售过程划分分为：发电负荷、供电负荷、用电负荷。（七）按国民经济行业用电划分3.地质普查和勘探业；6.商业、公共饮食业、宾馆、广告、物资供销和仓储业1．连续运行工作制（长期工作制）2．短时运行工作制（短时工作制）3．断续周期工作制（反复短时工作制）暂载率（负荷持续率）：指设备工作时间与工作周期的百分比值，即0100%100%0吊车：标准暂载率有15%、25%、40%电焊机：标准暂载率有50%、65%、75%和100%四种要求：要求：了解供电系统的分类第一个字母表示电力（电源）系统对地关系。如T表示是中性点直接接地；I表示所有带电部分绝缘（不接地）。第二个字母表示用电装置外露的金属部分对地的关系。如T表示设备外壳接地，它与系统中的其他任何接地点无直接关系；N表示负载采用接零保护。第三个字母表示工作零线与保护线的组合关系。如C表示工作零线与保护线是合一的（我们称零地合一），如TN-C；S表示工作零线与保护线是严格分开的，所以PE线称为专用保护线，如TN-S。工作接地：根据电力系统运行的需要，人为地将电力系统中性点或电气设备的某一部分进行接地。保护接地：为保证人身安全、防止触电事故，将电气设备的外露可导电部分与地作良好的连接。TN系统：TN系统的电源中性点直接接地，并引出有中性线（N线）、保护线（PE线）或保护中性线（PEN线），电气设备的外露可导电部分与PE线或PEN线相连。ABC三相设备单相设备BCNA负荷A负荷ABCN三相设备单相设备CN三相设备单相设备要求：要求：理解供电质量的具体指标及电能质量的基本参量电能质量是指通过公用电网供给用户端的交流电能的品质。额定频率：50Hz允许偏差：电网容量3000MW及以上者，±0.2Hz；NN电压偏差的危害白炽灯：电压低时，寿命延长，但发光效率降低，照度下降；电压高时，发光效率增加，但使用寿命大大缩短。电动机：由于UM2，电压低时，转矩将急剧减小，电流增大，使电动机绕组绝缘过热受损，缩短使用寿命。电压偏差的允许值35kV及以上电压供电的用户：±5%(正负偏差绝对值和不超过10%)10kV及以下高压供电和低压电力用户：7%低压照明用户：7%~10%改善电压偏差的措施正确选择变压器的电压分接头；合理减少系统的阻抗；采用有载调压变压器；根据电力系统潮流分布,改变系统的运行方式；采用无功功率补偿设备等。•电压波动与闪变电压波动是指电网电压短时、快速的变动，用电压最大值与最小值之差对电网额定电压的百分比表示，即闪变是指人眼对因电压波动引起灯闪的一种主观感觉，引起灯闪的电压称为电压波动产生的原因：是由负荷急剧变动引起的。电压波动的危害使电动机无法正常起动，引起同步电动机转子振动；使某些电子设备无法正常工作；使照明灯发生明显的闪烁现象等。电压波动的允许值10kV及以下电网：2.5%35～110kV电网：2%220KV及以上电网:1.6%电压波动及闪变的抑制对负荷变动剧烈的大型电气设备，采用专线或专用变压器供电；增大供电容量，减小系统阻抗；增加系统的短路容量或提高供电电压；改进生产工艺操作水平；对大型冲击性负荷，可装设能吸收冲击无功功率的静止型无功补偿装置（SVC）。谐波是指对周期性非正弦交流量进行傅里叶级数分解后所得到的频率为基波频率整数倍的各次分量，通常称为高次谐波。谐波产生的原因：是由于电力系统中存在各种非线性元件。波形畸变程度的几个特征量h2hh2h2IH(Ih)21THDU100%1 （谐波的危害）谐波电压限值和谐波电流允许值：见教材48页谐波的抑制效值与额定电压有效值的百分比来表示，即N2CB(1)U2N2CB(1)U2AC(1)2U2CB(1)U2AC(1)2BA(1)BA(1)BA(1)BA(1)UAB（1）、UBC（1）、UAC（1）——基波三相线电压实际值，单位为伏特（V）产生三相电压不平衡的原因：三相负荷不对称。（三相电压不平衡的危害）电力系统公共连接点正常电压不平衡度允许值为2％，短时不得超过标准还规定对每个用户电压不平衡度的一般限值为1.3％，短时不超>供电可靠率Tt——统计期内停电时间之和，单位为小时(h);ti——统计期内每次停电时间，单位为小时(h)。用户平均停电时间：用户在统计期间内的平均停电小时数。用户平均停电次数：用户在统计期间内的平均停电次数。用户平均故障停电次数：用户在统计期间内的平均故障停电次数。要求：要求：了解供电电压与电源的选择线路电压损失由于线路存在阻抗，当输送一定负荷时，线路首末端将存在电压之差；由于受导线截面的限制和线路电压损失的要求，每一标称电压下线路的输电能力是由于有功功率P=S·cosφ,当设备的视在功率S一定时，如果功率因数cosφ提高，P也随之增大，电气设备的出力也就提高了。二、无功功率补偿及其方法我国供电部门每月向工业用户收取电费，就是按月均功率因数的高低来调整的。并规定：高压供电的用户，其功率因数不应低于0.9，其他电力用户的功率因数不应低于0.85。若达不到以上要求，应进行人工补偿，否则要加收电费。把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，当容性负荷释放能量时，感性负荷吸收能量；而感性负荷释放能量时，容性负荷却在吸收能量，能量在两种负荷之间互相交换。这样，感性负荷所吸收的无功功率可由容性负荷输出的无功功率中得到补偿。采用移相电容器（即静电电容器）采用异步电动机同步化采用同步电动机采用同步调相机(一)原理 供电回路的供电回路的II一般都不采用过补偿，因为这将引起变压器二次侧电压的升高，会增大电容器本身的损耗，使温升增大，电容器寿命降低，同时还会使线路上的电能损耗增加。由于QCCU2，而UU，因此电容器接成三角形时的容量QC为采用星形接线时的3倍。但是，电容器采用三角形接线时，任一电容器击穿将造成两相短路，有可能发生电容器爆炸；而采用星形接线时，若一相电容器击穿，短路电流数值相对较小。因此星形接线较之三角形接线安全多了。2．电容器的装设位置（补偿方式）高压集中