電力系統(tǒng)的基本概念-精品課程平臺.ppt

電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析,1、教材：東南大學陳珩（第二版）2、本課程特點、前修課程、后續(xù)課程特點：前修課程：電路理論、電機學后續(xù)課程：電力系統(tǒng)分析、繼電保護、電力系統(tǒng)自動化3、教學參考書4、考核方式：筆試（閉卷，120分鐘、卷面100分，占70），平時（主要是上課考勤記錄、課堂練習、作業(yè)，占20），實驗（10）,前言,特點,電能不能大量存儲；過渡過程十分短暫；電能生產(chǎn)與國民經(jīng)濟各部門和人民生活有著極為密切的關系；電力系統(tǒng)的地區(qū)性特點較強,現(xiàn)代控制理論（作支撐）,微機原理應用（作硬件）,數(shù)據(jù)庫應用（作軟件）,專業(yè)課：電力系統(tǒng)分析、繼電保護原理（微機保護）、發(fā)電廠電氣部分、高電壓技術等,來進行計算機控制,前言,電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析（一）,電力系統(tǒng)分析,正常穩(wěn)態(tài)分析,計算（U、I、P、Q、f）,運行調(diào)整和優(yōu)化,電力系統(tǒng)的基本概念,各元件的特性和模型,潮流計算,電力系統(tǒng)暫態(tài)分析（二）,電磁暫態(tài)分析（故障分析）,正常穩(wěn)態(tài)分析（穩(wěn)定性分析）,發(fā)電機的電磁暫態(tài)分析,對稱故障（三相短路）,不對稱短路,靜態(tài),暫態(tài),前言主要內(nèi)容,前言,重點：三大計算1、標幺值計算2、穩(wěn)態(tài)計算：潮流；調(diào)頻、調(diào)壓3、暫態(tài)計算：故障；穩(wěn)定性,第一章電力系統(tǒng)的基本概念,11電力系統(tǒng)概述12我國電力工業(yè)和電力系統(tǒng)簡介13對電力系統(tǒng)運行的基本要求14結線方式和電壓等級15課程的主要內(nèi)容,第一章電力系統(tǒng)的基本概念重點及難點：,重點：1、電力系統(tǒng)的基本概念2、電力系統(tǒng)的基本要求3、電能質(zhì)量4、結線方式5、電壓等級,難點：1、電能質(zhì)量2、電壓等級,11電力系統(tǒng)概述,一、電力系統(tǒng)的組成,工業(yè),農(nóng)業(yè),商業(yè),生活,發(fā)電輸電配電用電電網(wǎng)電力系統(tǒng),11電力系統(tǒng)概述,一、電力系統(tǒng)的組成1、來源火電：鍋爐汽輪機發(fā)電機水電：水庫水輪機發(fā)電機核電：核反應堆汽輪機發(fā)電機其它：如風能、地熱能、太陽能、潮汐等,11電力系統(tǒng)概述,一、電力系統(tǒng)的組成2、基本概念電力系統(tǒng)是由發(fā)電廠、變電所、輸電線、配電系統(tǒng)及負荷組成的。是現(xiàn)代社會中最重要、最龐雜的工程系統(tǒng)之一。電力網(wǎng)絡是由變壓器、電力線路等變換、輸送、分配電能設備所組成的部分。動力系統(tǒng)在電力系統(tǒng)的基礎上，把發(fā)電廠的動力部分（例如火力發(fā)電廠的鍋爐、汽輪機和水力發(fā)電廠的水庫、水輪機以及核動力發(fā)電廠的反應堆等）包含在內(nèi)的系統(tǒng)。,11電力系統(tǒng)概述,一、電力系統(tǒng)的組成2、基本概念總裝機容量指該系統(tǒng)中實際安裝的發(fā)電機組額定有功功率的總和，以千瓦（KW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）為單位計。年發(fā)電量指該系統(tǒng)中所有發(fā)電機組全年實際發(fā)出電能的總和，以千瓦時（KWh）、兆瓦時（MWh）、吉瓦時（GWh）為單位計。最大負荷指規(guī)定時間內(nèi)，電力系統(tǒng)總有功功率負荷的最大值，以千瓦（KW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）為單位計。,11電力系統(tǒng)概述,一、電力系統(tǒng)的組成2、基本概念額定頻率按國家標準規(guī)定，我國所有交流電力系統(tǒng)的額定功率為50Hz。最高電壓等級是指該系統(tǒng)中最高的電壓等級電力線路的額定電壓。,11電力系統(tǒng)概述,二、近代電力系統(tǒng)電壓、輸送距離、輸送功率；電源的構成；負荷的構成；高度自動化；遠距離大容量直流輸電,12我國電力工業(yè)和電力系統(tǒng)簡介,一、我國電力工業(yè)概況及今后發(fā)展電力工業(yè)的方針二、我國主要電力系統(tǒng)概述三、我國電力工業(yè)的發(fā)展前景,13電力系統(tǒng)運行應滿足的基本要求,特點電能不能大量儲存暫態(tài)過程非常短促與國民經(jīng)濟及日常生活關系密切,要求安全優(yōu)質(zhì)經(jīng)濟環(huán)保,13電力系統(tǒng)運行應滿足的基本要求,安全：保證可靠的供電措施電源與電網(wǎng)的建設（西電東送全國聯(lián)網(wǎng)）SCADA設備檢修（計劃檢修狀態(tài)檢修）人員素質(zhì),13電力系統(tǒng)運行應滿足的基本要求,優(yōu)質(zhì)指標,電壓：35kV5%10kV7%610kV4%380V5%（無功功率）,頻率：0.2（3000mw)0.5Hz(3000MW）（有功功率）,諧波：負荷諧波,13電力系統(tǒng)運行應滿足的基本要求,負荷（一級二級三級）一級負荷：對這一級負荷中斷供電，將造成人身事故，經(jīng)濟嚴重損失，人民生活發(fā)生混亂。二級負荷：對這一級負荷中斷供電，將造成大量減產(chǎn)，人民生活受影響。三級負荷：所有不屬于一、二級的負荷。,13電力系統(tǒng)運行應滿足的基本要求,經(jīng)濟,EX:一臺600MW火電機組，年利用小時6000h，煤耗率320g/kW.h，煤價：300元/噸。Sol：年發(fā)電量：600000kW6000h36億kW.h需標煤：36億kW.h320g/kW.h115.2萬噸標煤燃料費：115.2萬噸300元/噸34560萬元1%節(jié)約：燃料：1.152萬噸標煤燃料費：345.6萬元,廠用電率,網(wǎng)損,煤耗率（水耗率）,13電力系統(tǒng)運行應滿足的基本要求,環(huán)?；痣姀S裝機70煤炭燃燒造成的污染限制污染物的排放量,14電力系統(tǒng)的結線方式和電壓等級,無備用結線,包括單回路放射式、干線式和鏈式網(wǎng)絡優(yōu)點：簡單、經(jīng)濟、運行方便缺點：供電可靠性差適用范圍：二級負荷,一、結線方式,14電力系統(tǒng)的結線方式和電壓等級,有備用結線,包括雙回路放射式、干線式和鏈式網(wǎng)絡優(yōu)點：供電可靠性和電壓質(zhì)量高缺點：不經(jīng)濟適用范圍：電壓等級較高或重要的負荷,14電力系統(tǒng)的結線方式和電壓等級,二、電壓等級及其適用范圍1、電力系統(tǒng)的額定電壓等級,電壓等級的選擇,S=3U2II（U1U2）/Z傳輸功率S、電壓等級U、輸電距離l之間的關系SConst，lU2lConst，SU2,14電力系統(tǒng)的結線方式和電壓等級,1、電力系統(tǒng)的額定電壓等級,14電力系統(tǒng)的結線方式和電壓等級,二、電壓等級及其適用范圍說明：用電設備的容許電壓偏移一般為5%；沿線路的電壓降落一般為10%；在額定負荷下，變壓器內(nèi)部的電壓降落約為5%。,14電力系統(tǒng)的結線方式和電壓等級,二、電壓等級及其適用范圍電力網(wǎng)絡中電壓分布采取的措施：取用電設備的額定電壓為線路額定電壓，使所有設備能在接近它們的額定電壓下運行；取線路始端電壓為額定電壓的105%；取發(fā)電機的額定電壓為線路額定電壓的105%；變壓器分升壓變和降壓變考慮一次側(cè)接電源，取一次側(cè)額定電壓等于用電設備額定電壓；二次側(cè)接負荷，取二次側(cè)額定電壓等于線路額定電壓。,14電力系統(tǒng)的結線方式和電壓等級,二、電壓等級及其適用范圍,變壓器的電壓等級,升壓變壓器（例如35/121，10.5/242）,二次側(cè)（高壓側(cè)）接線路始端，向負荷供電，相當于發(fā)電機，應比線路的額定電壓高5%，加上變壓器內(nèi)耗5%，所以二次側(cè)額定電壓等于用電設備的額定電壓110%。,直接和發(fā)電機相聯(lián)的變壓器一次側(cè)額定電壓等于發(fā)電機的額定電壓即105UN；,一次側(cè)（低壓側(cè)）接電源，相當于用電設備，一次側(cè)額定電壓等于用電設備的額定電壓UN；,14電力系統(tǒng)的結線方式和電壓等級,二、電壓等級及其適用范圍,變壓器的電壓等級,降壓變壓器（110/38.5，220/38.5）,一次側(cè)（高壓側(cè)）接線路末端，相當于用電設備，一次側(cè)額定電壓等于用電設備的額定電壓；,二次側(cè)（低壓側(cè)）向負荷供電，相當于發(fā)電機，應比線路的額定電壓高5%，加上變壓器內(nèi)耗5%，所以二次側(cè)額定電壓等于用電設備的額定電壓110%。,14電力系統(tǒng)的結線方式和電壓等級,三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式,接地？為了保證電力網(wǎng)或電氣設備的正常運行和工作人員的人身安全，人為地使電力網(wǎng)及其某個設備的某一特定地點通過導體與大地作良好的連接。接地分類：工作接地：為了保證電氣設備在正?；虬l(fā)生故障情況下可靠地工作而采取的接地。保護接地：將一切正常工作時不帶電而在絕緣損壞時可能帶電的金屬部分接地，以保證工作人員接觸時的安全。（接地保護）保護接零：在中性點直接接地的低壓電力網(wǎng)中，把電氣設備的外殼與接地中性線（也稱零線）直接連接，以實現(xiàn)對人身安全的保護作用。防雷接地：為消除大氣過電壓對電氣設備的威脅，而對過電壓保護裝置采取的接地措施。防靜電接地：對生產(chǎn)過程中有可能積蓄電荷的設備所采取的接地。,14電力系統(tǒng)的結線方式和電壓等級,三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式,如何實現(xiàn)工作接地？電氣設備（電力變壓器、電壓互感器或發(fā)電機）的中性點接地又稱為電力系統(tǒng)中性點接地。電力系統(tǒng)的中性點：星形連接的變壓器或發(fā)電機的中性點。電力系統(tǒng)的中性點接地方式：小電流接地：中性點不接地（中性點絕緣）中性點經(jīng)消弧線圈接地大接地電流：中性點直接接地中性點經(jīng)電阻接地如何確定電力系統(tǒng)中性點接地方式？應從供電可靠性、內(nèi)過電壓、對通信線路的干擾、繼電保護以及確保人身安全諸方面綜合考慮。,14電力系統(tǒng)的結線方式和電壓等級,三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式,1、中性點直接接地,特點：供電可靠性不如電力系統(tǒng)中性點不接地和經(jīng)消弧線圈接地方式。故障時：如發(fā)生接地故障，則構成短路回路，接地相電流很大；為提高供電可靠性，在線路上廣泛安裝三相或單相自動重合閘裝置。對地電壓UN，電氣設備的絕緣水平只需按電力網(wǎng)的相電壓考慮，可以降低工程造價。我國380/220V系統(tǒng)中一般都采用中性點直接接地方式，主要是從人身安全考慮問題。,適用范圍：我國110kV（國外220kV）及以上電壓等級的電力系統(tǒng)。380/220V低壓系統(tǒng)。,14電力系統(tǒng)的結線方式和電壓等級,三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式,2、中性點不接地的電力系統(tǒng),正常運行時,UAUBUC0IAIBIC0結論：三相電壓對稱，三相導線對地電容電流也是對稱的，三相電容電流相量之和為零，這說明沒有電容電流經(jīng)過大地流動。,適用范圍3kV60kV的電力系統(tǒng),14電力系統(tǒng)的結線方式和電壓等級,三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式,單相金屬性接地故障時(A相),14電力系統(tǒng)的結線方式和電壓等級,三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式,中性點不接地系統(tǒng)單相接地故障的結論1：故障相對地電壓降為零；非故障相對地電壓升高為線電壓，且相位相差600。因此，線路及各種電氣設備的絕緣要按線電壓設計，絕緣投資所占比重加大，顯而易見，電壓等級越高絕緣投資越大。三相之間的線電壓仍然對稱，用戶的三相用電設備仍能照常運行，但允許繼續(xù)運行的時間不能超過2h。,14電力系統(tǒng)的結線方式和電壓等級,三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式,接地故障電容電流IPE,14電力系統(tǒng)的結線方式和電壓等級,三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式,中性點不接地系統(tǒng)單相接地故障的結論2：接地電流在故障處可能產(chǎn)生穩(wěn)定的或間歇性的電弧。如果接地電流大于30A時，將形成穩(wěn)定電弧，成為持續(xù)性電弧接地，這將燒毀電氣設備和可能引起多相相間短路。如果接地電流大于5A10A，而小于30A，則有可能形成間歇性電弧；間歇性電弧容易引起弧光接地過電壓，其幅值可達（2.53）U，將危害整個電網(wǎng)的絕緣安全。如果接地電流在5A以下，當電流經(jīng)過零值時，電弧就會自然熄滅。,14電力系統(tǒng)的結線方式和電壓等級,三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式,3、中性點經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng)消弧線圈？安裝在變壓器或發(fā)電機中性點與大地之間的具有氣隙鐵芯的電抗器。單相(C相)金屬性接地故障,14電力系統(tǒng)的結線方式和電壓等級,三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式,C相發(fā)生接地時，中性點電壓變?yōu)?UC，在消弧線圈作用下，產(chǎn)生電感電流（滯后90），其數(shù)值為ILUC/XLU/XL,消弧線圈的作用當發(fā)生單相接地故障時，接地故障相與消弧線圈構成了另一個回路，接地故障相接地電流中增加了一個感性電流，它和裝設消弧線圈前的容性電流的方向剛好相反，相互補償，減少了接地故障點的故障電流，使電弧易于自行熄滅，從而避免了由此引起的各種危害，提高了供電可靠性。,消弧線圈的補償方式,欠補償方式：按ILIC選擇消弧線圈的電感，此時接地故障點有剩余的電感電流流過。在過補償方式下，即使電力網(wǎng)運行方式改變而切除部分線路時，也不會發(fā)展成為全補償方式，致使電力網(wǎng)發(fā)生諧振。同時，由于消弧線圈有一定的裕度，今后電力網(wǎng)發(fā)展，線路增多、對地電容增加后，原有消弧線圈還可繼續(xù)使用。因此，實際上大多采用過補償方式。,14電力系統(tǒng)的結線方式和電壓等級,三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式,全補償方式：按IL=IC選擇消弧線圈的電感，使接地故障點電流為零，此即全補償方式。這種補償方式并不好，因為當感抗等于容抗時，電力網(wǎng)將發(fā)生諧振，產(chǎn)生危險的高電壓或過電流，影響系統(tǒng)安全運行。,14電力系統(tǒng)的結線方式和電壓等級,三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式,消弧線圈容量的選擇,有關安裝消弧線圈規(guī)程,14電力系統(tǒng)的結線方式和電壓等級,三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式,4、中性點經(jīng)電阻接地的電力系統(tǒng),特點：降低工頻過電壓，抑制弧光過電壓；消除鐵磁諧振過電壓，防止斷線諧振過電壓；設置零序保護動作跳閘；設置零序保護動作跳閘；避免發(fā)生高壓觸電事故；供電可靠性有保證。,適用范圍：配網(wǎng)系統(tǒng)（與中性點經(jīng)消弧線圈接地、不接地比選）在我國城市配網(wǎng)系統(tǒng)中：全電纜出線變電站的單相接地故障電容電流超過30A時采用中性點經(jīng)電阻接地；全架空線路出線變電站的單相接地故障電流超過10A時，采用中性點經(jīng)消弧線圈接地；對電纜與架空線混合線路的單相接地故障電容電流超過10A時，可采用中性點經(jīng)消弧線圈接地或采用中性點經(jīng)電阻接地。,電力工業(yè)的發(fā)展狀況及前景,我國電力系統(tǒng)的發(fā)展：,年人均電量：我國：1000kW.h中等發(fā)達國家：7000kW.h北歐、美國：18000kW.h,電力工業(yè)發(fā)展概況及前景,二、電力系統(tǒng)發(fā)展前景1.電力工業(yè)現(xiàn)代化超高壓、大系統(tǒng)、大機組、大電廠、高度自動化以及核電技術和直流輸電技術2.電力系統(tǒng)互聯(lián)的效益與支出各系統(tǒng)間電負荷的錯峰效益提高供電可靠性、減少系統(tǒng)備用容量有利于安裝單機容量較大的機組進行電網(wǎng)的經(jīng)濟調(diào)度進行水電跨流域調(diào)度調(diào)峰能力互相支援增加聯(lián)絡線和電網(wǎng)內(nèi)部加強所需投資以及聯(lián)絡線的運行費用當系統(tǒng)間聯(lián)系較弱時，有可能引起調(diào)頻的復