電力系統(tǒng)分析第一章

1、第一章 電力系統(tǒng)概述和基本概念吉林化工學(xué)院第一章第一章 電力系統(tǒng)概述和基本概念電力系統(tǒng)概述和基本概念v第一節(jié) 電力系統(tǒng)概述v第二節(jié) 電力系統(tǒng)的電壓等級和負(fù)荷v第三節(jié) 電力系統(tǒng)中性點的接地方式第一章 電力系統(tǒng)概述和基本概念吉林化工學(xué)院第一節(jié) 電力系統(tǒng)概述 一一 、 電力系統(tǒng)的基本概念電力系統(tǒng)的基本概念圖1-1 動力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、和電力網(wǎng)絡(luò)示意圖第一章 電力系統(tǒng)概述和基本概念吉林化工學(xué)院. 電力系統(tǒng)的基本概念 電力系統(tǒng)：是指由生產(chǎn)、輸送、分配電能的設(shè)備，使用電能的設(shè)備以及測量、繼電保護(hù)、控制裝置乃至能量管理系統(tǒng)所組成的統(tǒng)一整體。 動力系統(tǒng)：在電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)上又加上動力設(shè)備，統(tǒng)稱為動力系統(tǒng)。 電力

2、網(wǎng)絡(luò)：電力系統(tǒng)中，各種電壓等級的輸配電力線路及升降壓變壓器所成為的部分稱為電力網(wǎng)絡(luò)。第一章 電力系統(tǒng)概述和基本概念吉林化工學(xué)院二. 電力系統(tǒng)的發(fā)展概況1882年，英國建成第一座發(fā)電廠，原始線路輸送的是低壓直流電。同年，法國人德普列茨提高了直流輸電電壓，被認(rèn)為是世界上第一個電力系統(tǒng)。1891年，第一條三相交流輸電線路在德國運行，三相交流輸電使輸送功率、輸電電壓、輸電距離日益增大。目前，大電力系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)，甚至出現(xiàn)全國性和國際性電力系統(tǒng)。我國已建成華東、華北、華中、東北、西北和南方電力系統(tǒng)。第一章 電力系統(tǒng)概述和基本概念吉林化工學(xué)院三. 電力系統(tǒng)的基本參量和接線圖地理接線圖：按比例顯示電力系統(tǒng)中各

3、發(fā)電廠和變電所 相對地理位置，它反映電力線路的路徑和相互間的聯(lián)接，但不 能完全顯示各電力元件間的連接情況。電氣接線圖：顯示系統(tǒng)中各電力元件之間的電氣聯(lián)系， 但不能反映發(fā)電廠和變電所的相對地理位置?？傃b機容量：系統(tǒng)中實際安裝的發(fā)電機組額定有功功率總和。 年發(fā)電量：系統(tǒng)中所有發(fā)電機組全年實際發(fā)出的電能總和。 最大負(fù)荷：電力系統(tǒng)總有功功率在一年內(nèi)的最大值。 最高電壓等級：系統(tǒng)中所采用的最高額定電壓。第一章 電力系統(tǒng)概述和基本概念吉林化工學(xué)院 根據(jù)電能生產(chǎn)、輸送、消費的特殊性，對電力系統(tǒng)運行有如下三點要求。1. 保證可靠地持續(xù)供電 根據(jù)用戶對用電可靠性的要求，將負(fù)荷分為三個等級： 第一級負(fù)荷 第二級負(fù)

4、荷 第三級負(fù)荷 電力系統(tǒng)供電的可靠性，就是要保證一級負(fù)荷在任何情況下都不停電，二級負(fù)荷盡量不停電，三級負(fù)荷可以停電。四、電力系統(tǒng)運行的特點和要求第一章 電力系統(tǒng)概述和基本概念吉林化工學(xué)院2. 保證良好的電能質(zhì)量 良好的電能質(zhì)量有三個指標(biāo)：電壓質(zhì)量、頻率質(zhì)量和波形質(zhì)量。 電壓偏移：一般不超過用電設(shè)備額定電壓的5%。 頻率偏移：一般不超過0.2 0.5Hz。 波形畸變率：指各次諧波有效值平方和的方根與基波有效值的百分比。第一章 電力系統(tǒng)概述和基本概念吉林化工學(xué)院3. 提高系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性 電力系統(tǒng)的經(jīng)濟指標(biāo)一般是指火電廠的煤耗以及電廠的廠用電率和電力網(wǎng)的網(wǎng)損率等。 環(huán)境保護(hù)問題也將成為對電力系統(tǒng)運

5、行的基本要求。 聯(lián)合電力系統(tǒng)是由若干單一系統(tǒng)互聯(lián)組成，它容易滿足對電力系統(tǒng)運行的基本要求，但同時又必須在技術(shù)上采取措施，以滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求。第一章 電力系統(tǒng)概述和基本概念吉林化工學(xué)院 一. 電力系統(tǒng)的電壓等級（重點） 電力系統(tǒng)電壓等級的確定主要從電力系統(tǒng)輸送電能的經(jīng)濟性，生產(chǎn)產(chǎn)品的系列性和經(jīng)濟性兩個方面考慮。說明：用電設(shè)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(fù)荷下，變壓器內(nèi)部的電壓降落約為5%電力線路平均額定電壓，是指電力線路首末端所接電氣設(shè) 額定電壓的平均值，即 Uav=(UN+1.1UN) / 2 = 1.05UN電力線路額定電壓 第二節(jié) 電力系統(tǒng)的電壓等級和

6、負(fù)荷第一章 電力系統(tǒng)概述和基本概念吉林化工學(xué)院 表1-1 額定電壓及電力線路的平均額定電壓（KV）用電設(shè)備及電力線路的額定電壓電力線路的平均額定電壓同步發(fā)電機的額定電壓 變壓器的額定電壓 一次繞組 二次繞組3610152035601101542203305003.156.310.515.752137631151622303455253.156.310.515.75 3 3.15 6 6.3 10 10.5 15.75 203560110154220330500 3.15 3.3 6.3 6.6 10.5 112238.566121169242345525第一章 電力系統(tǒng)概述和基本概念吉林化工學(xué)

7、院用電設(shè)備的額定電壓：與線路的額定電壓相同。 發(fā)電機的額定電壓：同步發(fā)電機往往接在線路始端，因此， 其額定電壓比電力線路的額定電壓高5%。變壓器的額定電壓：一次側(cè)相當(dāng)于用電設(shè)備，其額定電壓 等于線路的額定電壓；二次側(cè)相當(dāng)于發(fā)電機，其額定電壓 較線路額定電壓高10%。J注意：當(dāng)一次側(cè)直接和發(fā)電機相連時，其額定電壓等于 發(fā)電機額定電壓； 當(dāng)變壓器漏抗較小，或二次側(cè)直接與用電設(shè)備相 連的廠用變壓器，其額定電壓可以只比線路電壓高5%。第一章 電力系統(tǒng)概述和基本概念吉林化工學(xué)院表1-2 電力線路的額定電壓與輸送功率和輸送距離的關(guān)系額定電壓(kV)輸送功率(kW)輸送距離(km)額定電壓(kV)輸送功率(

8、kW)輸送距離(km)310010001360350030000301006100120041511010000500005015010200200062022010000050000100300352000100002050500、330、220KV一般用于大電力系統(tǒng)的主干線；110KV用于中、小電力系統(tǒng)的主干線及大電力系統(tǒng)的二次網(wǎng)絡(luò)；35KV用于大城市或大工企業(yè)內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)，并廣泛用于農(nóng)村網(wǎng)絡(luò)；10KV是最常用的低一級配電電壓；6KV用于負(fù)荷中高壓電動機占很大比重的網(wǎng)絡(luò)；3KV僅限于工企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。第一章 電力系統(tǒng)概述和基本概念吉林化工學(xué)院二.電力系統(tǒng)的負(fù)荷電力系統(tǒng)的總負(fù)荷：指系統(tǒng)中各個用電

9、設(shè)備消耗功率的總和。 它們可分為動力負(fù)荷和照明負(fù)荷。綜合用電負(fù)荷：指工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸、市政生活等各方 面消耗的功率之和。供電負(fù)荷：指電力系統(tǒng)的綜合用電負(fù)荷加上電力網(wǎng)的功率損 耗，即發(fā)電廠供出的負(fù)荷。發(fā)電負(fù)荷：指發(fā)電負(fù)荷再加上發(fā)電廠廠用電，即發(fā)電機發(fā)出 的功率。電力負(fù)荷曲線：指某一段時間內(nèi)負(fù)荷隨時間變化的規(guī)律的曲 線。第一章 電力系統(tǒng)概述和基本概念吉林化工學(xué)院有功功率(無功功率)日負(fù)荷曲線：表明系統(tǒng)有功功率或無功功率負(fù)荷在一天24小時的變化規(guī)律。J用途：制定各發(fā)電廠發(fā)電負(fù)荷計劃及系統(tǒng)調(diào)度運行的依據(jù)。J注意：無功功率與有功功率最大負(fù)荷不一定同時出現(xiàn)。有功功率年最大負(fù)荷曲線：表示一年內(nèi)每月最大有

10、功功率負(fù) 荷變化的曲線。J用途：作為擴建發(fā)電機組，新建電廠以及安排全年發(fā)電設(shè)備 檢修計劃的依據(jù)。順序第一章 電力系統(tǒng)概述和基本概念吉林化工學(xué)院 圖1-2 電力系統(tǒng)的日負(fù)荷曲線（a）有功功率負(fù)荷； （b）無功功率負(fù)荷10203040506070809010004812162024t(h)P%（a a）24t(h)102030405060708090100048121620Q%（b b）第一章 電力系統(tǒng)概述和基本概念吉林化工學(xué)院根據(jù)年持續(xù)負(fù)荷曲線，計算系統(tǒng)負(fù)荷全年消耗電量W87600PdtWmaxmaxmax87600PPdtPWT最大負(fù)荷小時數(shù) Tmax其中Pmax為最大負(fù)荷12t(月月)246

11、810年初（冬季）年初（冬季）年中（夏季）年中（夏季）年末（冬季）年末（冬季）P0圖1-3 有功功率年最大曲線Pt(h)8760Tmaxt1t2t3P1P2P3abcdefgi圖1-4 年持續(xù)負(fù)荷曲線第一章 電力系統(tǒng)概述和基本概念吉林化工學(xué)院中性點經(jīng)低電抗、中低電阻接地方式中性點有效接地方式中性點全接地方式大電流接地方式中性點接地方式小電流接地方式中性點不接地方式中性點經(jīng)消弧線圈接地方式中性點經(jīng)高阻抗接地方式第三節(jié) 電力系統(tǒng)中性點的接地方式指星形連接的變壓器或發(fā)電機的中性點（需要斷路器遮斷單 相接地故障電流的）（單相接地電弧能夠 瞬間熄滅的）一、電力系統(tǒng)中性點及其接地方式第一章 電力系統(tǒng)概述和

12、基本概念吉林化工學(xué)院2.電力系統(tǒng)中性點不同接地方式的優(yōu)缺點 大接地電流方式的電力系統(tǒng) 優(yōu)點：快速切除故障，安全性好；經(jīng)濟性好 缺點：供電可靠性差(2)小接地電流方式的電力系統(tǒng) 優(yōu)點：供電可靠性高；安全性好 缺點：經(jīng)濟性差；易出現(xiàn)諧振電壓目前，在我國電力系統(tǒng)中，中性點接地方式： 330KV和500KV系統(tǒng)中性點全接地方式； 110KV和220KV系統(tǒng)中性點有效接地方式； 60KV以下系統(tǒng)中性點小電流接地方式； 其中3560KV系統(tǒng)經(jīng)消弧線圈接地方式 310KV系統(tǒng)中性點不接地方式 一般認(rèn)為3 60KV系統(tǒng)，當(dāng)單相接地時電容電流超過10A，則中性點應(yīng)裝消弧線圈。第一章 電力系統(tǒng)概述和基本概念吉林化

13、工學(xué)院二、消弧線圈的工作原理（重點）CBANCaCbCc.Ia.Ib.Ic.Id.Ua.Ub.Uc.Ibd.Icd.Id.Ibd.Icd.Ucd.Ubd0.Uad.Ua.Ub.Uc.UNNABC 圖1-5 中性點不接地系統(tǒng)的單相接地（a）電流分布； （b）電壓、電流相量關(guān)系第一章 電力系統(tǒng)概述和基本概念吉林化工學(xué)院 正常運行的電力系統(tǒng)為三相對稱系統(tǒng)，各相對地電壓相量值分別為 、 、 ，而N對地電位 。那么每相對地電容電流為 ，其中U為每相對地電壓， 為每相對地電容。 中性點不接地電力系統(tǒng)單相接地時，如圖1-5(a)所示。00cIU C0abcCCCC.0NU.aU.bU.cU0.Uad.UUU

14、bNbd.UUUcNcd此時，相對地電壓的變化及接地電流有以下情況： 當(dāng)A相單相接地時，中性點電壓為 ，則各相對地電壓變?yōu)?UUaN第一章 電力系統(tǒng)概述和基本概念吉林化工學(xué)院.Ubd.Ucd.Icd.Ibd.IIIcdbddU3 由 、 產(chǎn)生的對地電容電流為 、 ，分別超前其對地電壓900，而入地總的電容電流為 。以上電壓、電流的相量圖如圖1-5(b)所示。由此可見，由于A相接地，A相對地電壓為零，B、C兩相對地電壓的數(shù)值為 （U為相電壓值）升高為線電壓值。而三相線電壓并未變化。因此中性點不接地電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，可以允許繼續(xù)運行2小時。那么單相接地電流的有效值為ICCIUUd000333

15、3即單相接地電流值為正常時一相電容電流值的3倍。第一章 電力系統(tǒng)概述和基本概念吉林化工學(xué)院 中性點不接地電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，有接地電流Id從接地點流過，這是一個純電容電流，而非短路電流，其值不大。這個接地電流達(dá)到一定值時就要在接地點產(chǎn)生間歇性電弧，使系統(tǒng)產(chǎn)生過電壓，甚至?xí)龎碾姎庠O(shè)備。為了減少接地電流，使接地點的電弧易于熄滅，就需要在電力系統(tǒng)某些中性點處裝設(shè)消弧線圈L，以補償接地電容電流。如圖1-6所示。CBANCaCbCc.Ia.Ib.Ic.Id.Ua.Ub.Uc.Ibd.IcdL.IL.IL.Id.Icd.Ucd.Ubd.Ua.Ub.Uc.UNNC.IL圖1-6 中性點經(jīng)消弧線圈接地時

16、的單相接地（a）電流分布； （b）電壓、電流相量關(guān)系第一章 電力系統(tǒng)概述和基本概念吉林化工學(xué)院 全補償：當(dāng)IL=Id時，Ijd=0。產(chǎn)生諧振過電壓； 過補償：當(dāng)ILId時，Ijd為純電感性?？梢员苊饣驕p少諧振 過電壓的產(chǎn)生，系統(tǒng)運行常采用這種方式； 欠補償：當(dāng)ILId時，Ijd為純電容性?？赡艹霈F(xiàn)諧振過電壓 現(xiàn)象。.Id 當(dāng)系統(tǒng)A相單相接地時，則消弧線圈L上的中性點對地電壓， ，可將L視為純電感線圈，其電流滯后于電壓900，相量圖如圖1-6所示。由圖可見 與 方向恰為反相，接地點總電流 ,其絕對值 。由于IL對Id的抵消作用使接地電流Ijd減少，以利于消弧，這就是消弧線圈的工作原理，稱為 IL 對Id 的補償作用。.IL.IIILdjd.NaUU.jddLIII第一章