电力系统知识.ppt

1、电力系统基本知识-电工培训教材,编辑：刘爱民,第一节、电力系统概述,水轮机,汽轮机,风轮机,发电机,发电机,发电机,电网,一、电能的产生、输送及使用,1.1.电能的产生 电能由发电厂提供，发电厂通过发电机将热能（煤、油、核能）、水能、风能转换为电能，,煤油核能,风,水,电网,电网,电网,电网,电网,电网,高压线把发电厂和变电站连接起来，将电能送往电网。输送电能的高压电线称为，输电线路电压一般为110KV及以上， 湖南省有110KV、220KV、500KV。 输电线路经变电站连接在一起组成输电网,1.2、电能的输送,输电线路和输电网,按电压等级分,高压配电网（35110KV）,中压配电网（610

2、KV ）,低压配电网（220/380V）,在负载率较大的特大型城市， 220KV电网也有配电功能,按供电区分类,城市配电网,农村配电网,工厂配电网,为客户分配和输送电能的电力线路称为配电线路，很多配电线路组成配网，配网线路可采用架空线或电缆，,1.3.1.配网,1.3.电能的使用,3.2.1.专变 企业、机关、学校、商业点可由配网直接供电。由配网直接供某客户的专用变压器称为专变。,3.2.2.配变 配网线路上将10KV电压降为380/220V，从低压配网线路上供居民、商业或其它零散客户用电的变压器，称为公用变压器，或简称配变。,1.3.2.终端变压器,1.3.3.终端设备：专变客户电气设施示意

3、,负载,进户线 (电缆),隔离开关,高压柜:包括隔离开关、熔断器、断路器和控制、测量、保护、调节装置以及辅件、外壳和支持件等部件及其电气和机械的联结组成的总称。,变压器: 电网电压通过变压器降(升)压为客户能使用的电源。,低压柜,负载,进户线,计量柜高压柜,变压器,低压柜,恒定的频率 正弦波形 标准电压,1.3.4.终端设备：公变客户,公用电网,对 用 户 供 电,电力网-电力系统中的输电、变电和配电部分。,2.电力系统及其组成,动力系统-能量转换与机械转动部分。,电力系统-由发电机、送变电线路、供配电所和用电单位组成的整体。,水库,风车,油煤 核能,水轮发电机组,风轮发电机组,汽轮发电机组,

4、客户,客户,客户,动力系统,电力系统,电力网,输电网,配电网,升压,并网,线路,降压,用电,3.电网、发电机并网的条件 电网：电力系统中的输电、变电和配电部分组成电网 并网：发电机组合在一起发电 发电机并网的条件：1、电 压 (u) 相等： 2、频 率 (f) 相等： 3、初相角 ()相等：,1号机.N号机,频率 (f),频率 (f),电压 (u),电压 (u),初相角(),初相角(),电压 (u)相等,频率 (f) 相等,初相角()相等,热电,水电,热电,核电,风电,其它地区电网,其它地区电网,其它地区电网,水电,水电,热电,用电,输电网,配电网,输电网,变压器,输电线路,4、地区电网示意图

5、,升压,升压,升压,升压,升压,升压,升压,升压,降压,降压,水电,热电,升压,升压,基建,调度,发电,输电,用电,用电,二、电力生产的特点 1、同时性-电能的生产、输送、分配和使用是同时进行的 2、集中性-在一个电网里，不论多少发电厂、输变电公司、都必须实行统一调度，统一质量标准、统一管理（电网的指挥、领导，电能的分配、销售，发电机的启动、检修、停机、发电量的多少）的原则。 3、实用性-电能的使用不受和很少受时间、地点、空间、气温、场地的限制。 4、先行性-工、农业生产，学习、科技、生活都必须先做好用电计划和安排。,用电,三、大型电力系统的优点,2、减少系统的备用容量,5、提高了供电质量,4

6、、有效利用水力等一次动力资源的作用,3、降低系统的高峰负荷,1、提高供电可靠性,供电负荷,发电厂自用电负荷,1、电力网负荷构成 1.1、用电负荷:电力客户在某一时刻对电力系统所需求 的功率。 1.2、线路损失负荷：供电过程中输电线路与设备产生的损耗 1.3、供电负荷：用电负荷+线路损失负荷=供电负荷,第二节、用电负荷,水库,风车,油煤 核能,水轮发电机组,风轮发电机组,汽轮发电机组,客户,客户,客户,用电负荷,线路损失负荷,输电网,配电网,2、用电负荷分类 2.1、一类负荷：或称一级负荷，指突然中断供电将会造成人身伤亡或引起对周围环境严重污染、造成经济上的巨大损失、社会秩序严重混乱或产生政治上

7、的严重影响的。 2.2、二类负荷：或称二级负荷，指突然中断供电将会造成经济上的较大损失、社会秩序混乱或产生政治上的较大影响的。 2.3、三类负荷：或称三级负荷，不属于上述一类或二类负荷，突然中断供电不会造成直接损失。 2.4、对于一级负荷的用电设备应按两个以上的独立电源供电，并辅之以其它必要的非电力电源的保安措施（自备发电机）。 2.5、对于二级负荷的用电设备应按两回线路电源供电。,负荷,10kkW,时间,24小时负荷曲线,20kkW,30kkW,40kkW,50kkW,60kkW,70kkW,80kkW,90kkW,尖峰负荷 19-22,1小时平均负荷,3、负荷曲线 3.1、高峰负荷:电网或

8、电力客户在一天24小时内的某一时间段单位时间内发生的比较大的负荷值。，一般是以小时为计时单位。 3.2、低谷负荷：电网或电力客户在一天24小时内的某一时间段单位时间内发生的最小负荷值。，一般是以小时为计时单位。对于电力系统来说峰、谷负荷差值越小，用电越趋于合理。 3.3、平均负荷：电网或电力客户在某一段确定的时间段内的平均小时用电量。常用1天为时间单位。 3.4、尖峰负荷:电网或电力客户在一天24小时内的某一时间段单位时间内发生的最大负荷值。一般是以小时为计时单位。,2,1,4,3,6,5,8,7,10,9,11,12,2,1,4,3,6,5,8,7,10,9,11,12,平段负荷 22-23

9、,低谷负荷 23-7,低谷负荷 23-7,高峰负荷 8-11,高峰负荷 15-19,平段负荷 7-8,平段负荷 11-15,0,负荷,10kkW,时间,20kkW,30kkW,40kkW,50kkW,60kkW,70kkW,80kkW,90kkW,尖峰负荷 19-22,1小时平均负荷,2,1,4,3,6,5,8,7,10,9,11,12,2,1,4,3,6,5,8,7,10,9,11,12,平段负荷 22-23,低谷负荷 23-7,低谷负荷 23-7,高峰负荷 8-11,高峰负荷 15-19,平段负荷 7-8,平段负荷 11-15,0,24小时负荷曲线,.是连接电力系统的中间环节、用以汇集电源

10、、升降电压和分配电力， .由高低压配电装置、主变压器、主控制室和相应的设施以及辅助生产建筑物等组成。 .根据其在系统中的位置、性质、作用及控制方式等，分为升压变电所、升压变电所、枢纽变电所、地区变电所、终端变电所，有人值班变电所或无人值班变电所。,第三节变电所,一、变、配电所常用的一次电气设备,1、主变压器：在变电站中，将电压升压或降压，承担变电功能的变压器。 在110kV的变电站，110kV的变压器就是主变压器。在10kV变电站中，10kV的变压器就是主变。 2、高压断路器：保护变压器和高压线路的保护电器，具有开断正常负荷和过载、短路故障的保护能力。,3、熔断器：电路发生短路或过负荷时，熔断

11、器能自动切断故障电路。 4、隔离开关：隔离电源用的电器。 5、负荷开关：用于不频繁地接通和分断小容量的配电线路和负荷，起到隔离电源的作用。 6、电压互感器：将高电压转变为低电压，供保护和测量用。 7、电流互感器：将高压系统中的电流或低压系统的大电流转变为标准的小电流，供保护和测量用。,.把变压器、断路器等各种电气设备通过母线、导线有机的结合起来，并配置避雷器、互感器等保护、测量电器，构成变电所汇集和分配电能的一个系统。,二、变电所主接线,电气主接线的基本要求,.保证必要的供电可靠性和电能质量。,.具有一定的灵活性和方便性,.具有经济性,.具有发展和扩建的可能性,1、供电变电所主接线,PT兼进线

12、柜,进线柜,计量柜,出线柜,出线柜,出线柜,出线柜,断路器,避雷器,1变压器,电压互感器(PT),隔离刀闸,电缆头,接地刀闸,10kV母线,一回进线四回出线，高压计量的10kV用电客户一次接线图,2变压器,3变压器,4变压器,电源警告指示,电缆,2、客户配电变电所主接线,隔离刀闸,隔离刀闸,隔离刀闸,隔离刀闸,隔离刀闸,电流互感器(CT),CT,CT,CT,CT,CT,CT,PT,PT,断路器,断路器,断路器,断路器,电能表,小型客户变电所 电气主接线的一般接线方式,10kV,避雷器,跌落保险,变压器,断路器,电流互感器,电能表,隔离开关,3、小型配电变电所主接线,一次电流=300A,二次电流

13、=5A,电流表线圈电流5A时，电流表刻度= 300A,一次电压=10000V,二次电压=100V,变比（倍率）=300/5A=60（倍）,变比（倍率）=10000/100V=100（倍）,电压表线圈电流100V时，电压表刻度= 10000V,三、高压电路上的电气测量,1、高压电路上电流与电压的测量,一次电流=300A,二次电流=5A,电流线圈电流5A时,一次电压=10000V,二次电压=100V,变比（倍率）=300/5A=60（倍）,变比（倍率）=10000/100V=100（倍）,电压线圈电压100V时,三相功率表指示=100V*5A*1.732*(100*60) =5196000W =5

14、196kW,2、高压电路上电功率的测量,一次电流=300A,二次电流=5A,电流线圈电流5A时,一次电压=10000V,二次电压=100V,变比（倍率）=300/5A=60（倍）,变比（倍率）=10000/100V=100（倍）,电压线圈电压100V时,换算实际用电量=30*100*60 =180000kW.h （度 ) =18万kW.h （度 ),3、高压电路上用电量(电度）的测量与换算,假设上月抄表的表码是2055，本月抄表的表码是2085，电度表计量是2085-2055=30kW.h（度 ),第四节、电能质量,.电能质量是指,电压、 频率、 波形、,电压比额定值降低10%时， 灯泡的光通

15、量减少30% 电压比额定值升高10%时， 灯泡的寿命减少一半。,U%=,X100%,U-UN,_,UN,U.检测点的电压实际值（V） UN.检测点电网电压额定值（V）,1.1、供电电压允许偏差: 在某一时段内，电压幅值缓慢变化而偏离额定值的程度，以电压实际值和电压额定值之差U与电压额定值UN之比的百分数U%来表示,1、电压质量,.电气设备是按额定电压条件下设计制造的，当电压偏离额定电压时电气设备的性能就要受到影响 .照明灯减少光通量或减少寿命 .机械设备不能启动或烧毁 .电视、广播、雷达不能正常工作。 .加速设备的绝缘老化过程,国家标准对电压波动允许规定为： 1）220kV及以上电压波动允许值

16、为1.6% 2）35-110kV及以上电压波动允许值为2% 3）10kV及以下电压波动允许值为2.5%,电压急剧变化的原因是冲击性负荷引起， 电焊机的工作、大型电机的启动、特别是大型轧钢机或大型电弧炉等冲击性负荷的启动均会引起电网电压的波动， 电压的波动会影响电动机的正常启动，或使电动机无法启动，对同步电机会引起转子震动。 会使电子设备、计算机和自控设备无法工作，照明灯发生明显的闪烁,U%=,X100%,Umax-UmiN,_,UN,Umax、UmiN.检测点电压的最大和最小值（V） UN. 检测点电网电压额定值（V）,1.2、电压允许波动和闪变 电压允许波动：某一时段内，电压急剧变化而偏离额

17、定值称为电压波动，电压变化的速率大于1%的，即为电压急剧变化，电压急剧变化过程中相继出现的电压最大值和最小值之差，与额定电压之比的百分数U%来表示： 电压闪变：周期性电压急剧波动引起的灯光闪烁，造成人眼不舒服的现象,我国规定频率允许偏差范围为不超过额定值的0.2Hz，根据系统容量可放宽到0.5Hz ，供电频率偏差过大，对电力用户将产生如下影响： 频率偏低，使用户电动机转速下降，功率降低，造成机械出力下降； 频率偏高，使用户电动机转速上升，增加功率消耗； 频率偏离额定值，不论偏低和偏高，都会影响用户产品的质量和数量，并影响电动机寿命，还将引起电子仪器误差增大、电钟走时不准以及计算机等电子装置的准

18、确工作：,2、供电频率允许偏差 电网中发电机发出的正弦交流电压每秒钟交变的次数，称为供电频率。 供电频率偏差指实际频率和额定频率之差与额定频率之比的百分数，,f,f =实际供电频率（Hz）; f=供电电网额定频率（Hz），国家技术标准规定为50Hz。,X100%,3、电源中的谐波分量,3.1、谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量，从广义上讲，由于电网有效分量为工频单一频率，因此任何与工频频率不同的成分都可以称之为谐波。,产生电网谐波的主要原因： 1.电力机车、铝电解槽、充电装置、开关电源的应用，给电网造成了大量的谐波。 2.变频装置。变频装置常用于风机、水泵、电梯等设备中，由于采用了

19、相位控制，对电网造成的谐波也越来越多。 3.电弧炉、电石炉。 4.气体放电类电光源。荧光灯、高压汞灯、,3.2、谐波产生原因,3.3、谐波的危害 1电容器组、变压器和电动机的发热和故障。致使电容器由于谐波电流而过载。引起电容器熔丝熔断。对变压器和旋转电机引起附加损耗和过热，其次是产生机械振动、噪音和谐波过电压。缩短电机的寿命，甚至会损坏电机。 2发电机的铜耗和铁耗增加。 3继电保护和自动装置的拒动或误动作。 4测量仪表的不精确。 5损坏电子设备。 6干扰通讯系统。引起通讯系统的噪音，降低通话的清晰度。干扰严重时会引起信号的丢失。甚至还会发生危及设备和人身安全的事故。,A,B,C,单相接地-接地

20、相经地线形成单相短路,两相接地-接地相经地线形成两相间短路,三相接地-接地相经地线形成三相间短路,1、中性点接地系统,一、短路的几种类型,第五节电力系统短路概述,两相短路接地-两相间短路后接地,三相短路接地-三相间短路后接地,安全第一 预防为主,A,B,C,单相接地不形成短路,两相接地经接地形成两相间短路,三相接地经接地形成两相间短路,2、中性点不接地系统,停电 验电 接地线,二、短路的危害,三相短路时，巨大的短路电流会对电力系统和电气设备的安全运行产生严重的影响 1、短路电流使导体瞬间发热，温度急剧升高， 2、短路电流会产生巨大的电动力，破坏电气设备 3、电弧会烧毁电气设备的导体 4、造成停

21、电事故， 5、严重时造成系统解列 6、不对称的接地短路会产生较强的不平衡的磁场，干扰其它电子设备，使控制和保护失灵。,1、选择合适的接线方式 2、选择合适的继电保护装置 3、选择限制断流电流的设备 4、采用线路电抗器 5、科学的选择电气设备防止动稳定和热稳定的破坏,三、限制短路电流的方法,第六节、电力系统接地概述,1、系统接地的型式 变压器或发电机中性点通过接地装置与大地连接，称为工作接地。 工作接地分为直接接地与非直接接地（包括不接地或经消弧线圈接地）两类，工作接地的接地电阻一般不应超过4。,220/380V-直接接地 6、10kV -经消弧线圈接地 35kV -经消弧线圈接地 110、22

22、0kV-直接接地10kV 500kV-直接接地10kV,直接接地,经消弧线圈接地,A,B,C,2、低压电气接地的类型 1）TN系统接线 电力系统有一点接地，电气装置的外露可接近导体通过保护线与该接地点相连接。 TN系统分为： TN-S:系统的中性线N与保护线PE是分开的。 TN-C:系统的中性线N与保护线PE是合一的。 TN-C-S:系统中有一部分线路的中性线N与保护线PE是合一的。 2）TT系统： 电力系统中有一点直接接地，电气装置的外露可接近导体通过保护接地线，接至与电力系统接地点无关的接地点。 3）IT系统 电力系统与大地间不直接连接，电气装置的外露可接近导体通过保护接地线与接地极连接。

23、,用户的 电气装置,电气装置 中的设备,外露可 接近导体,电源端 接地,L1,L2,L3,N,PE,TN-S系统,TN-S系统： 电力系统有一点接地，电气装置的外露可接近导体通过保护线与该接地点相连接，中性线N与保护线PE是分开的。,电源端 接地,L1,L2,L3,PEN,TN-C系统,TN-C系统： 电力系统有一点接地，电气装置的外露可接近导体通过保护线与该接地点相连接，系统的中性线N与保护线PE是合一的。,用户的 电气装置,电气装置 中的设备,外露可 接近导体,重复 接地,电源端 接地,L1,L2,L3,N,PE,TN-C-S系统,TN-C-S系统： 电力系统有一点接地，电气装置的外露可接

24、近导体通过保护线与该接地点相连接，系统中有一部分线路的中性线N与保护线PE是合一的。,用户的 电气装置,电气装置 中的设备,外露可 接近导体,电源端 接地,L1,L2,L3,N,TT 系统,TT系统： 电力系统中有一点直接接地，电气装置的外露可接近导体通过保护接地线，接至与电力系统接地点无关的接地点。,用户的 电气装置,电气装置 中的设备,外露可 接近导体,电气装置 接地极,电气装置 接地极,电源端 接地,L1,L2,L3,IT 系统,IT系统： 电力系统与大地间不直接连接，电气装置的外露可接近导体通过保护接地线与接地极连接。,用户的 电气装置,电气装置 中的设备,外露可 接近导体,电气装置 接地极,电气装置 接地极,送给从事电气工作的电工朋友四句话： 1、明确工作任务 2、明确工作地点 3、明确危险点和邻近带电部位 4、明确安全措