電力系統(tǒng)的概念

1、第一講：電力系統(tǒng)的概念一 電力系統(tǒng)的組成用戶 380V 380V 380V水電廠 水輪機(jī) 500KV 串補(bǔ) 500KV 火電廠 汽輪機(jī) 鍋爐110KV 220KV 110KV110KV 220KV 35KV 220KV 10KV 10KV 10KV水庫電網(wǎng)電力系統(tǒng)動力系統(tǒng)網(wǎng)調(diào)省調(diào)地調(diào)市調(diào)配網(wǎng)380V 380V 380V10KV 10KV 10KV1 發(fā)電部分(Generation)：發(fā)電廠，將燃料（煤炭，燃油）的化學(xué)能，核燃料的原子能，水庫的水能等轉(zhuǎn)化為電能。（1）一次能源轉(zhuǎn)換：水庫鍋爐核反應(yīng)堆（核鍋爐）水電廠：利用水的勢能發(fā)電（可再生能源），必須有很大的水庫蓄水，受氣象與季節(jié)影響大?；痣姀S：

2、能源為煤、油、天燃?xì)猓ú豢稍偕?，還需要空氣和水。核電站：能源為核燃料（鈾），還需要空氣和水。抽水蓄能電站：同步電發(fā)電機(jī)與電動機(jī)合一，峰谷調(diào)節(jié)，快速備用。在電網(wǎng)負(fù)荷高峰時作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，將上游水庫的水放到下游水庫。在電網(wǎng)負(fù)荷低谷時作為同步電動機(jī)發(fā)電機(jī)運(yùn)行，將下游水庫的水吸到到下游水庫。（2）原動機(jī)：水輪機(jī)汽輪機(jī)（3）發(fā)電機(jī)2 輸配電部分(Power Transmission Grid)：輸電網(wǎng)絡(luò)，通過高壓輸電網(wǎng)絡(luò)將電能由發(fā)電廠輸送到負(fù)荷中心（1）輸電線（2）變電站2.1 一次設(shè)備變壓器斷路器（開關(guān)）隔離開關(guān)（刀閘）限流電抗器（電感）載流導(dǎo)體（母線/輸電線）CT/PT（Current Trans

3、former/ Potential Transformer）絕緣子接地裝置補(bǔ)償裝置（調(diào)相機(jī)/電容/靜補(bǔ)裝置）中性點(diǎn)設(shè)備避雷設(shè)備2.2 二次設(shè)備控制系統(tǒng)：直流電壓，控制短路器開合信號系統(tǒng)：警報音響，位置信號（斷路器開合）測量系統(tǒng)：測量表計(jì)同步系統(tǒng)：保證同期操作（同壓，同頻，同相）用的設(shè)備測量設(shè)備保護(hù)設(shè)備控制設(shè)備監(jiān)視設(shè)備（包括故障錄波）3 配電部分(Distribution Network system)二 電壓等級與調(diào)度范圍的劃分1. 電網(wǎng)與電壓等級國家規(guī)定的等級：3、6、10、35、110、220、330、500、750(KV)1、 3.5、11、22. 、33.、 50.、75 (萬伏)其中

4、：500，330，220KV用于大電力系統(tǒng)主干線，330KV文革期間建成的西北電網(wǎng)。準(zhǔn)備提高一個電壓等級750KV，330KV首先上升為750KV，其余為新建。世界最高電壓等級1100KV。電壓等級為500/220/110（KV）的設(shè)備升壓變壓器（發(fā)電機(jī)變壓器組）降壓變壓器線路串聯(lián)電容補(bǔ)償靜止無功補(bǔ)償還有母線、開關(guān)和刀閘。110KV 用于中小電力系統(tǒng)地調(diào)市調(diào)主干線，和大電力系統(tǒng)的二次網(wǎng)絡(luò)35KV用于大城市或大工業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，以及農(nóng)村網(wǎng)絡(luò)，將改造成110KV10KV（1萬伏）為最常用的更低一級配電網(wǎng)絡(luò)，即配電網(wǎng)使用的電壓等級。中等容量（100MW）發(fā)電機(jī)額定電壓，QFS-110-2 100；屬于1

5、0KV電壓等級范疇的還有大容量發(fā)電機(jī)額定電壓； 13.8KV 125MW發(fā)電機(jī)組QFS-125-2 125 ； 15.75KV 200MW發(fā)電機(jī)組QFQS-200-2 200 ； 18.0KV 300MW發(fā)電機(jī)組QFS-300-2 300 ； 20.0KV 600MW發(fā)電機(jī)組QFN-600-2 600 。6KV (6千伏)小容量發(fā)電機(jī)額定電壓，還有負(fù)荷中高壓電動機(jī)比重很大時才用6KV電壓3KV (3千伏) 用于工況企業(yè)內(nèi)部的大功率高壓異步電動機(jī)。除家用電器外不用伏(V)做電壓單位。在大型企業(yè)供電系統(tǒng)中還有 220KV降壓變壓器 220/6KV變壓器 由6KV電壓等級供大型異步電動機(jī)。 110K

6、V降壓變電站 110KV/27.5KV變壓器，供電氣機(jī)車。220KV或110 KV的電爐變壓器（電弧爐）三 電力系統(tǒng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與電能質(zhì)量首先說明：中國計(jì)數(shù)的習(xí)慣為一階躍：萬（104）、億（108）1電力系統(tǒng)的單位首先說明：中國計(jì)數(shù)的習(xí)慣為一階躍：萬（104）、億（108）歐美計(jì)數(shù)的習(xí)慣10為一階躍：千（K、103）、兆或百萬（、M、106）、千兆（十億、G、109）.列表說明如下：千(M)兆(M)千兆(G)1031061090.1×10000100×1000010×10000×10000 十分之一萬百萬十億1.1 電功率與電能量單位歐美的單位： KW/M

7、W/GW即10KW/KW，即千瓦/百萬千瓦/十億千瓦。中國的單位： 千瓦/萬千瓦/億千瓦 即KW /10MW/100000MW因此中國的單位與歐美的單位對照 ：萬千瓦為10MW、億千瓦為100GW、千萬千瓦為10GW。除家用電器外不用瓦(W)做功率單位。無功功率單位為：千乏/萬千乏/億千乏Kvar/10MVar/100000Mvar視在功率單位為：千伏安/萬千伏安/億千伏安KVA/10MVA/100000MVA。例如：全國裝機(jī)容量 4.15億KW、即415GW，三峽電站裝機(jī)容量1820萬KW即18.2GW 電能量是指一段時間內(nèi)電功率的積分，電量的統(tǒng)計(jì)過程是由定積分的幾何意義的得到的, 如圖1所

8、示。最基本的電能量的單位為Ah(t)：KW.H，即千瓦時（1千瓦×1小時），向大擴(kuò)展就是萬千瓦時（10000 KW.H104 KW.H）、億千瓦時（108 KW.H）?？茖W(xué)單位制中取消“電度”的單位，我們的文檔中不能用“度”。在狀態(tài)估計(jì)與AGC當(dāng)中，電能量的單位為Am(t) “兆瓦分”,即千千瓦分（MW.M）。將一小時內(nèi)的分鐘電量Am(t) 相加，得到每小時有功電量Ah(t), 單位為千千瓦時（MW.H），或100萬千瓦時（MW.H）。將一天內(nèi)的小時電量Ah(t) 相加，得到每天的有功電量Aday (t), 單位為千千瓦時（KKW.H）。最后，將一月、一年內(nèi)的每天、每月電量相加，得到

9、每月、每年的有功電量：A mon (t) 、A year (t), 單位仍為千千瓦時（KKW.H），或100萬千瓦時（MKW.H）或10億千瓦時（GKW.H）。 P(t)dt t圖2 電能量計(jì)算過程（功率的積分） u,iU maxU t T圖3 電壓、電流的波形 1.2 頻率單位：現(xiàn)有的電力系統(tǒng)是三相正弦交流電源，交流電壓、電流的波形如圖3所示。我國電網(wǎng)電壓正弦交流的周期T=0.02秒，其頻率f=50 HZ.。注意, 頻率的單位為赫茲即（周/秒），這是由科學(xué)單位制定義的?，F(xiàn)已取消“周波”的單位，我們的文檔中不能用“周波”。標(biāo)準(zhǔn)頻率 f=50 HZ周/秒標(biāo)準(zhǔn)角頻率=2f=314弧度/秒1.3電壓

10、的單位： (KV)或萬伏)在電路原理中，電壓的單位是“伏特”，符號為V或KV、萬伏。電壓等級的數(shù)值是交流電壓的有效值而不是幅值，有效值是幅值的，如圖3所示。在所有電氣設(shè)備上標(biāo)稱的額定電壓是有效值，在量測與計(jì)算過程中所用的電壓值也是有效值。1.4 電流的單位：安（A）與千安（KA）有效值是幅值的關(guān)系同上。在所有電氣設(shè)備上標(biāo)稱的額定電流是有效值，在量測與計(jì)算過程中所用的電流值也是有效值。特別要注意，只有電流、電壓有有效值，三相功率是實(shí)際值，不是有效值。因?yàn)楣β什皇墙蛔兊恼液瘮?shù)，而是一個常量。2 電能質(zhì)量及運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)在以上數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上可說明電能質(zhì)量及運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)如下：2.1頻率的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)電網(wǎng)容量超過30

11、00MW時為50土0.2HZ，解列后的電氣孤島（子系統(tǒng)）容量不超過3000MW時為50土0.5HZ，例如：華北電網(wǎng)頻率標(biāo)準(zhǔn)50土 0.2HZ， 實(shí)際執(zhí)行頻率標(biāo)準(zhǔn)50土0.1HZ其中京津塘地區(qū)的AGC與抽水蓄能機(jī)組按FFC調(diào)頻， 其他地區(qū)AGC按FTC方式調(diào)聯(lián)絡(luò)線潮流，按與各?。ǖ貐^(qū)）網(wǎng)交換功率的計(jì)劃曲線調(diào)整。華北與東北聯(lián)網(wǎng)后，兩地區(qū)聯(lián)絡(luò)線潮流按TBC方式進(jìn)行AGC調(diào)整，即同時按頻率偏差與聯(lián)絡(luò)線功率偏差的規(guī)定調(diào)整。頻率考核標(biāo)準(zhǔn)（頻率合格率的規(guī)定）。3000MW以上的系統(tǒng)，頻率偏差超過0.2HZ時，超過30分鐘為不合格，超過60分鐘為系統(tǒng)頻率事故。3000MW以下的系統(tǒng)，頻率偏差超過0.5HZ時，

12、超過30分鐘為不合格，超過60分鐘算系統(tǒng)頻率事故。不論容量如何，頻率偏差超過1HZ時，超過10分鐘為不合格，超過15分鐘算事故。2.2頻率運(yùn)行極限的保護(hù)措施高頻切機(jī)保護(hù)當(dāng)頻率超過50 HZ時，切除系統(tǒng)部分機(jī)組（1）保護(hù)定值為51.5HZ 2S（2）機(jī)組自身保護(hù)定值為55.00HZ 0S（汽輪機(jī)）低頻保護(hù)（目標(biāo)DL 428-91）（1） 低頻減載保護(hù)頻率 時間 切符荷比例49.0 0.2S7%48.8 0.2S7%48.6 0.2S7%48.4 0.2S7%48.2 0.2S7%49.0特一輪 15S 7%以上共切6×7%=42%的負(fù)荷（2）低頻減載切機(jī)當(dāng)電網(wǎng)頻率低于46.5，電壓低于

13、0.7，0.5S后發(fā)電廠與電網(wǎng)解列，保證廠用電安全。2.3電壓電質(zhì)量及運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn) (電壓允許偏差值)發(fā)電廠和變電所的母線電壓允許偏差值(1) 500（330）kV母線：正常運(yùn)行方式時，最高運(yùn)行電壓不得超過系統(tǒng)額定電壓的10%；最低運(yùn)行電壓不應(yīng)影響電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定、廠用電的正常使用及下一級電壓的調(diào)節(jié)。向空載線路充電，在暫態(tài)過程衰減后線路末端電壓不應(yīng)超過系統(tǒng)額定電壓的1.15倍，持續(xù)時間不應(yīng)大于20min.(2) 發(fā)電廠和500 kV變電所的220 kV母線：正常運(yùn)行方式時，電壓允許偏差為系統(tǒng)額定電壓的0+10%；事故運(yùn)行方式時為系統(tǒng)額定電壓的5%10%。(3)發(fā)電廠和220（330）kV

14、變電所的11035 kV母線：正常運(yùn)行方式時，電壓允許偏差為相應(yīng)系統(tǒng)額定電壓的3%7%；事故后為系統(tǒng)額定電壓的±10%。(4)發(fā)電廠和變電所的10（6）kV母線：應(yīng)使所帶線路的全部高壓用戶和經(jīng)配電變壓器供電的低壓用戶的電壓，均符合、4.1.3、4.1.4、4.1.5各條款中的規(guī)定值。 用戶受電端的電壓允許偏差值(1) 35 kV及以上用戶的電壓變動幅度，應(yīng)不大于系統(tǒng)額定電壓的10%。其電壓允許值，應(yīng)在系統(tǒng)額定電壓的90%110%范圍內(nèi)。(2) 10 kV用戶的電壓允許偏差值，為系統(tǒng)額定電壓的±7%。(3) 380V電力用戶的電壓允許偏差值，為系統(tǒng)額定電壓的±7%。

15、(4) 220V用戶的電壓允許偏差值，為系統(tǒng)額定電壓的5%10%。(5 )特殊用戶的電壓允許偏差值，按供用電合同商定的數(shù)值確定。2.3.3對于受電為主的大型地區(qū)電網(wǎng)為防止地區(qū)電網(wǎng)與遠(yuǎn)方電源點(diǎn)解列后的電壓降低，使電網(wǎng)失去電壓穩(wěn)定性（電壓穩(wěn)定破壞），也有類似于低頻減載的低壓減載措施。例如：電壓 時間 切符荷比例0.9p.u.0-2S7%0.85 p.u.0-2S7%0.80 p.u. 0-2S7%0.75 p.u. 0-2S7%0.70 p.u. 0-2S7%以上共切6×7%=35%的負(fù)荷。系統(tǒng)中樞點(diǎn)電壓通常為逆調(diào)壓高峰時高于額定電壓5%UN，低谷時低于額定電壓UN，針對具體的系統(tǒng)情況可

16、以上下波動。電壓合格率=12.4 功率的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)發(fā)電機(jī)功率不能大于額定功率，P<PN汽輪發(fā)電機(jī)最低功率P>0.7 PN，否則鍋爐易滅火，為防止滅火,必須燒油助燃, 很不經(jīng)濟(jì)。水輪發(fā)電機(jī)最低功率的限制。聯(lián)絡(luò)線路（由幾條同方向輸電線路組成的斷面）的功率極限由斷面的暫態(tài)穩(wěn)定功率極限確定。2.5 電流與視在功率的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)發(fā)電機(jī)電流定子電流 I<IN定子負(fù)序電流 I2<I2N轉(zhuǎn)子電流If<IfN發(fā)電機(jī)定子過電流保護(hù)(后備保護(hù))：發(fā)電機(jī)電流大于額定電流IN，持續(xù)6.5秒跳發(fā)電機(jī)。 變壓器電流 兩繞組變壓器原付電流同時過載, 只監(jiān)視一側(cè)的電流即可 三繞組變壓器是監(jiān)視電流最大的一

17、個繞組（電源側(cè)）不過載。對三側(cè)容量為（100/100/100）的 的升壓變壓器，低壓繞組的電流最大，應(yīng)當(dāng)I3<I3N；而降壓變壓器，高壓繞組的電流最大，應(yīng)當(dāng)I1<I1N；對三側(cè)容量為（100/100/50）的變壓器，通常應(yīng)監(jiān)視容量為（50）的繞組不過載。 U1 jX1 I1 R1I3 R3 jX3 P1 +jQ1U3 R2 jX2 I2G TjBT U2 P2+jQ2 圖2 變壓器的等值電路只有變壓器沒有對有功功率限制的要求。電源側(cè) 變壓器過流保護(hù)(后備保護(hù))：；兩繞組變壓器原付邊同時過載。三繞組變壓器是從負(fù)荷側(cè)繞組向電源側(cè)繞組推算。負(fù)荷側(cè)某一繞組過載：I<IN， 持續(xù)4.5秒跳該側(cè)開關(guān)（變壓器其他兩繞組仍運(yùn)行）。電源側(cè)繞組過載是： I<IN時 持續(xù)5.0跳三側(cè)開關(guān)（變壓器停運(yùn)）。