第一章電力系統(tǒng)分析的基本概念

1、電力系統(tǒng)分析機(jī)電工程學(xué)院：李響特點(diǎn)：特點(diǎn)：1. 電力系統(tǒng)分析課的地位- 主干課、專業(yè)基礎(chǔ)課2. 本課程的特點(diǎn)“承前啟后”電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析,東南大學(xué),陳珩,高等教育出版社,2006電力系統(tǒng)計(jì)算,西安交大合編,水利電力出版社,1978電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)計(jì)算,華智明、岳湖山,重慶大學(xué)出版社,1991電力系統(tǒng)分析（第二版）,Hadi Saadat 著,王葵譯,中國電力出版社,20083. 參考書目（穩(wěn)態(tài)部分）4. 要求掌握過程的物理本質(zhì)，熟練掌握一些基本工程計(jì)算掌握處理一些問題時的基本假設(shè)（可行性、必要性）對前導(dǎo)課程的及時復(fù)習(xí)記好筆記引子l 電力在我們的生活中扮演什么角色？l 對電力發(fā)展現(xiàn)狀的了解？1.1

2、電力系統(tǒng)的組成和特點(diǎn)1.2 電力系統(tǒng)的電壓等級和規(guī)定1.3 電力系統(tǒng)的接線方式1.4 電力線路的結(jié)構(gòu)第1章 電力系統(tǒng)的基本概念小結(jié)電力系統(tǒng)：是電能生產(chǎn)、變換、輸送、分配和使用的各種電氣設(shè)備按照一定的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)要求有機(jī)組成的一個聯(lián)合系統(tǒng)。 用用電電變變輸輸電電發(fā)發(fā)電電電電簡單例子： 電力系統(tǒng)主體是三相交流電系統(tǒng)，其余一小部分為直流輸電系統(tǒng)。 通常用一相表示三相來繪制電力系統(tǒng)。如：電力系統(tǒng)的基本元件： 發(fā)電機(jī)G： 變壓器T： 輸電線路L： 母線： 用電設(shè)備（最常見電動機(jī)M： 、照明： ）組成電力系統(tǒng)的所有元件：電力元件控制元件：產(chǎn)生電能：變換電能：輸送分配電能：消費(fèi)電能：GT L、電抗器R用電設(shè)備

3、（負(fù)荷）同步電機(jī)的勵磁裝置（調(diào)壓）調(diào)速器、調(diào)頻器（控頻）（1）電能的生產(chǎn) - 由發(fā)電機(jī)完成火電廠凝汽式火電廠熱電廠供電供電、供熱生產(chǎn)過程： 一次能源鍋爐汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)電能（二次能源）水電廠堤壩式引水式混合式壩后式河床式生產(chǎn)過程：水水輪機(jī)發(fā)電機(jī)電能壩后式水電廠壩后式水電廠河床式水電廠河床式水電廠b. 引水式水電廠不修堤壩，只由引水渠道形成發(fā)電水頭。引水式水電廠引水式水電廠c. 混合式水電廠兼有堤壩式，引水式的特點(diǎn)d. 抽水蓄能電廠 利用深夜或豐水期剩余電力，使水輪機(jī)以水泵方式工作，將下游的水抽到高水位蓄水池內(nèi)，再在需要時用來發(fā)電，作負(fù)荷調(diào)峰之用。視頻2：三峽工程動畫演示地址http:/ 反應(yīng)堆汽輪

4、機(jī)發(fā)電機(jī)電能風(fēng)力發(fā)電 太陽能發(fā)電潮汐、地?zé)岚l(fā)電等2012年裝機(jī)容量年裝機(jī)容量2012年發(fā)電量年發(fā)電量電力工業(yè)發(fā)展的規(guī)劃基本方針（2011）： 以轉(zhuǎn)變電力發(fā)展方式為主線，以深化改革和科技創(chuàng)新為動力，堅(jiān)持節(jié)約優(yōu)先，優(yōu)先開發(fā)水電，優(yōu)化發(fā)展煤電，安全高效發(fā)展核電，積極推進(jìn)新能源發(fā)電，適度發(fā)展天然氣集中發(fā)電，因地制宜發(fā)展分布式發(fā)電，加快推進(jìn)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)，帶動電力裝備產(chǎn)業(yè)升級，促進(jìn)綠色和諧發(fā)展。（2）電能的變換-變壓器、換流裝置整流器逆變器變壓器種類雙繞組變壓器三繞組變壓器自耦變壓器多繞組變壓器（雙卷變）（三卷變）（分裂變）換流裝置（3）電能的輸送和分配 -輸電線路、電抗器架空線電纜電能（4）電能的消

5、費(fèi) -用電設(shè)備（電能轉(zhuǎn)換）熱能、光能、機(jī)械能、化學(xué)能2. 動力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)與電力網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系與區(qū)別（1）動力系統(tǒng)： 電力系統(tǒng) + 動力部分動力部分火電廠：鍋爐、汽輪機(jī)等水電廠：水庫、水輪機(jī)核電廠：反應(yīng)堆、汽輪機(jī)（2）電力網(wǎng)絡(luò):電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)用電設(shè)備變壓器 + 輸電線路=變換、輸送分配電能較簡單：電力網(wǎng)動力系統(tǒng)動力系統(tǒng)電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)較復(fù)雜：a. 從研究、計(jì)算角度分類遠(yuǎn)距離高壓輸電（300km, 220kV）區(qū)域性電力網(wǎng)：負(fù)荷密度大、供電區(qū)域大 （110kV, 220kV)地方性電力網(wǎng)：負(fù)荷密度小、供電范圍小 （35kV, 農(nóng)村電網(wǎng)）b. 從電壓高、低角度分類低壓：中壓：高壓：超高壓：U1kV1k

6、VU10kV10kVU330kV(3)電力網(wǎng)分類特高壓：U1000kV330kVU750kV4. 電力系統(tǒng)的基本參量（1）總裝機(jī)容量：所有發(fā)電機(jī)額定有功功率總和 （MW, GW）（2）年發(fā)電量：一年中所有發(fā)電機(jī)發(fā)出電能的總和 （MWh, GWh, TWh）（3）最高電壓等級：系統(tǒng)中最高電壓等級輸電線路 的額定電壓（kV）（4）額定頻率：fN=50HZ（5）最大負(fù)荷：一定時間內(nèi)（小時，天，月，年） 系統(tǒng)的最大有功負(fù)荷（MW,GW） 由中國電力企業(yè)聯(lián)合會和美國環(huán)保協(xié)會共同編著完成的中國電力減排研究2012日前在北京發(fā)布。根據(jù)這份報(bào)告，2012年我國發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到11.44億千瓦，年發(fā)電量達(dá)到4.

7、96億千瓦時，同時發(fā)電裝機(jī)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，以水電、核電、風(fēng)電、太陽能等為主的清潔能源裝機(jī)容量約占我國機(jī)組總裝機(jī)容量的28.4。根據(jù)中國電力企業(yè)聯(lián)合會統(tǒng)計(jì)分析，我國2011年全國6000千瓦級以上火電機(jī)組平均供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗同比下降4克/千瓦時，2012年度再下降3克/千瓦時，達(dá)到326克/千瓦時，已接近“十二五”電力節(jié)能減排規(guī)劃目標(biāo)。2011年，我國電力煙塵排放總量155萬噸，單位火電發(fā)電量煙塵排放量降至0.4克/千瓦時；二氧化硫排放量為913萬噸，比上年下降1.4，火電二氧化硫排放績效降至2.3克/千瓦時。新聞一： 2013年8月16日12時38分，河南電網(wǎng)用電負(fù)荷達(dá)到最大值4801萬千瓦，今年以

8、來第五次創(chuàng)出歷史新高。8月15日，日用電量達(dá)到10.1億千瓦時，首次突破10億大關(guān)；8月份上半月，河南全省18地市95598熱線呼入電話量同比增長442.71%。 新聞二：二. 電力系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)及要求1. 特點(diǎn)（1）電能的生產(chǎn)與消費(fèi)具有同時性（3）電力系統(tǒng)的過渡過程非常短暫發(fā)出的電能 = 用電設(shè)備消耗的電能 + 損耗（2）電能與國民經(jīng)濟(jì)各部門和人民日常生活關(guān)系密切電力彈性系數(shù)E = 電力工業(yè)增長國民經(jīng)濟(jì)增長1.2克強(qiáng)指數(shù)：耗電量、鐵路貨運(yùn)量和銀行貸款發(fā)放量；三個指標(biāo)里，用電量是一個影響經(jīng)濟(jì)走勢的最重要指標(biāo)。電能以光速傳播，暫態(tài)過程短暫，自動裝置要迅速而準(zhǔn)確2. 運(yùn)行要求（1）安全、可靠（保證可

9、靠持續(xù)供電）根據(jù)對供電可靠性要求不同將負(fù)荷分為三類：第一級負(fù)荷：對這一級負(fù)荷中斷供電，將造成人身事故、設(shè)備損壞，將產(chǎn)生廢品，使生產(chǎn)秩序長期不能恢復(fù)，人民生活發(fā)生混亂等。一級負(fù)荷應(yīng)由兩個獨(dú)立電源供電。第二級負(fù)荷：對這一級負(fù)荷中斷供電，將造成大量減產(chǎn)，將使人民生活受到影響等。二級負(fù)荷應(yīng)由兩個電源供電，即應(yīng)由兩回線路供電，供電變壓器亦應(yīng)有兩臺(兩臺變壓器不一定在同一變電所)。第三級負(fù)荷：所有不屬于第一，第二級負(fù)荷的，如工廠的附屬車間，小城鎮(zhèn)等。對電源沒有特殊要求。（2）優(yōu)質(zhì)（保證良好的電能質(zhì)量）a. 電壓：偏移量b. 頻率：偏移量（3）經(jīng)濟(jì)（盡量減少煤耗、網(wǎng)損率）煤耗率是每生產(chǎn)1kwh的電能所耗的標(biāo)

10、準(zhǔn)煤量（含熱量為29.31MJ/kg）（g/kwh)網(wǎng)損率是電網(wǎng)中損耗的電能與向該電網(wǎng)供應(yīng)的電能的百分比方法：在各類電廠之間合理分配負(fù)荷；避免“棄水”現(xiàn)象，大力發(fā)展水電；高壓超高壓輸電廠用電率是指發(fā)電廠自用電量占發(fā)電量的百分比c. 波形：畸變率（4）環(huán)保： 光伏、風(fēng)力等清潔能源總之，保證可靠優(yōu)質(zhì)的前提下，盡量經(jīng)濟(jì)。發(fā)展方向：單一系統(tǒng) 聯(lián)合系統(tǒng)電能質(zhì)量包含：1.1 電力系統(tǒng)的組成和特點(diǎn)1.2 電力系統(tǒng)的電壓等級和規(guī)定1.3 電力系統(tǒng)的接線方式1.4 電力線路的結(jié)構(gòu)第1章 電力系統(tǒng)的基本概念小結(jié)一. 電力系統(tǒng)的電壓等級1. 電力系統(tǒng)中的額定電壓等級（1）出現(xiàn)不同電壓等級的原因UIS3當(dāng)輸送功率一定

11、時，U越高，I越小，導(dǎo)線截面積越小，投資越小,損耗降低；但電壓越高，對絕緣的要求越高，絕緣的投資越大。（2）不能出現(xiàn)過多電壓等級的原因a.從電力系統(tǒng)的長遠(yuǎn)發(fā)展來看b.從產(chǎn)品制造系列性來看（3）我國目前的標(biāo)準(zhǔn)(額定)電壓等級(線電壓)如下表電力系統(tǒng)的額定電壓等級電力系統(tǒng)的額定電壓等級 分類分類電力網(wǎng)和電力網(wǎng)和用電設(shè)備額定電壓用電設(shè)備額定電壓發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)額定電壓額定電壓電力變壓器額定電壓電力變壓器額定電壓一次繞組一次繞組二次繞組二次繞組高壓高壓36103563110220330500 7503.156.310.513.8,15.75,18 3及及3.156及及6.310及及10.513.8,15.

12、75,183563110220330500 7503.15及及3.36.3及及6.610.5及及1138.569121242363550 8252. 各電壓等級的使用范圍1000kV、750kV：遠(yuǎn)距離輸電，把幾個大的區(qū)域電網(wǎng)連接成一個獨(dú)立電網(wǎng)500kV、330kV、220kV:遠(yuǎn)距離輸電，大系統(tǒng)主干線110kV：大系統(tǒng)的二次網(wǎng)絡(luò)，中小系統(tǒng)主干線35kV：農(nóng)網(wǎng)主體，城市中壓網(wǎng)絡(luò)主體10kV：城市中壓配電網(wǎng)主體6kV、3kV：高壓電動機(jī)多的大中型企業(yè)380V/220V：居民生活用電額定電壓額定電壓(kV)輸送功率輸送功率(kW)輸送距離輸送距離(km)0.38(架空線架空線)0.38(電纜線電纜

13、線)1001750.250.356(架空線架空線)6 (電纜線電纜線)10(架空線架空線)10 (電纜線電纜線)35 (架空線架空線)200200020002000300050002000100003108515102050110 (架空線架空線)220 (架空線架空線)100005000010000050000050150100300330 (架空線架空線)500 (架空線架空線)750 (架空線架空線)20000010000001000000150000020000002500000200600250850500以上以上(1)電力線路和用電設(shè)備的額定電壓 +5%-5%AB2BANUUU 3

14、. 電力系統(tǒng)中各元件的額定電壓的確定(2)發(fā)電機(jī)的額定電壓 NGNUU05. 1 +5%-5%(3)變壓器 一次側(cè)（接電源側(cè)）一般相當(dāng)于用電設(shè)備：1TNNUU11.05TNGNNUUU特殊：直接與G連接 二次側(cè)（接負(fù)荷側(cè)）一般相當(dāng)于發(fā)電機(jī)：特殊21.1TNNUU變壓器漏抗小M21.05TNNUU直接與M連接例題1.1 1.1 電力系統(tǒng)接線圖如圖1.21.2所示，圖中標(biāo)明了各級電力線路的額定電壓。試求發(fā)電機(jī)和變壓器繞組的額定電壓。解：發(fā)電機(jī)G G的額定電壓為10.5kV10.5kV。 變壓器T1:T1:低壓側(cè)額定電壓為10.5kV,10.5kV,高壓側(cè)額定電壓為242kV242kV； 變壓器T2

15、:T2:高壓側(cè)額定電壓為220kV220kV，中壓側(cè)額定電壓為121kV 121kV ，低 壓側(cè)額定電壓為38.5kV38.5kV； 變壓器T3:T3:高壓側(cè)額定電壓為110kV,110kV,低壓側(cè)額定電壓為11kV11kV； 變壓器T4:T4:高壓側(cè)額定電壓為35kV35kV，低壓側(cè)額定電壓為6.6kV6.6kV； 變壓器T5:T5:高壓側(cè)額定電壓為10.5kV,10.5kV,低壓側(cè)額定電壓為3.15kV3.15kV。圖圖1.2 例例1.1的附圖的附圖 US%7.5 4. 平均額定電壓（常用）電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的接地方式（補(bǔ)充）一. 電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的概念 系統(tǒng)中凡是“星”接的發(fā)電機(jī)、變壓器的中性

16、點(diǎn)統(tǒng)稱為“電力系統(tǒng)中性點(diǎn)”。二. 中性點(diǎn)的接地方式直接接地（110kV及以上）不直接接地（35/60kV及以下）不接地經(jīng)消弧線圈接地35kV電網(wǎng)10kV電網(wǎng) 6kV電網(wǎng)中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)(小接地電流系統(tǒng)) 中性點(diǎn)不接地電網(wǎng) 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng) 中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地電網(wǎng)定義發(fā)電機(jī)變壓器1繞組接線Y兩繞組Y/三繞組Y/Y/2接地絕不110kV及以上接地110kV以下不接地或經(jīng)消弧線圈接地中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)（小接地電流系統(tǒng)）中發(fā)生單相接地時，由于故障點(diǎn)電流很小，三相之間的線電壓仍然保持對稱，一般允許再繼續(xù)運(yùn)行1-2h三、中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地故障的特點(diǎn)簡單網(wǎng)絡(luò)設(shè) ，對地電容為C0忽略負(fù)荷電流

17、和電容電流在線路阻抗上產(chǎn)生的電壓降。ABCU= U= U= U 正常運(yùn)行 、 、 三相對稱AUBUCUAA0BB0CC0I= jwc UI= jwc UI= jwc U三相對稱 單相接地故障設(shè)A相故障033AAk-j150BBkBAAj150CCkCAAUUUUUUUeUUUUUe0*3*3A-j60BAA00j240CCA00IIjwc UwcUeIjwc UwcUe故障點(diǎn)的相電壓3-j90kBCA0k0IIIwc UeI= 3wc U 電壓顯示（kV）相別UAUBUCU0未接地?A相接地?以35kV電壓等級為例：四. 各接地方式的特點(diǎn)1. 直接接地特點(diǎn)：單相接地短路時，故障相能形成短路回路

18、，故障相短路電流很大。這時應(yīng)立即切除故障相，嚴(yán)重時三相全切。單相接地短路時，故障相電壓為0，非故障相電壓不變，仍為相壓，不會出現(xiàn)過電壓現(xiàn)象。裝設(shè)自動重合閘，提高可靠性。2. 不接地特點(diǎn)：單相接地短路時，形成不了故障相短路回路，故障相電流不大，可繼續(xù)運(yùn)行12h。單相接地短路時，故障相電壓為0，非故障相電壓升高為線電壓。 3. 經(jīng)消弧線圈接地容性電流與感性電路的抵消作用-消弧！加裝線圈的目的：避免短路點(diǎn)燃弧時間過長。I=IL+IC1)完全補(bǔ)償缺點(diǎn)：線路上產(chǎn)生很高的諧振電壓。實(shí)際上不采用IL=IC2) 欠補(bǔ)償缺點(diǎn)：線路上也容易產(chǎn)生很高的諧振電壓。一般也是不采用ILICP=(IL-IC)/IC1.1

19、電力系統(tǒng)的組成和特點(diǎn)1.2 電力系統(tǒng)的電壓等級和規(guī)定1.3 電力系統(tǒng)的接線方式1.4 電力線路的結(jié)構(gòu)第1章 電力系統(tǒng)的基本概念小結(jié)4. 電力系統(tǒng)接線方式（1）電力系統(tǒng)的接線圖a.地理接線圖（宏觀）：各電廠、電站之間地理位置及線路走徑b.電氣接線圖（微觀）： 各電廠和電站中G、T、母線、輸電線路等的電機(jī)、電氣關(guān)系a、b結(jié)合使用表現(xiàn)整個電力系統(tǒng)（2）電力系統(tǒng)的接線方式 (a)放射式 (b) 干線式 (c)鏈?zhǔn)?(a)放射式 (b) 干線式 (c)鏈?zhǔn)?d)環(huán)網(wǎng) (e)兩端供電網(wǎng) 對電力網(wǎng)絡(luò)接線方式的選擇，要考慮以下幾個方面： （2）應(yīng)力求節(jié)約設(shè)備材料，減少投資與運(yùn)行費(fèi)用； （3）必須能靈活的適應(yīng)各

20、種可能的運(yùn)行方式； （4）應(yīng)保證在各種運(yùn)行方式下運(yùn)行人員能安全的 操作。（1）必須保證用戶供電的可靠性；1.1 電力系統(tǒng)的組成和特點(diǎn)1.2 電力系統(tǒng)的電壓等級和規(guī)定1.3 電力系統(tǒng)的接線方式1.4 電力線路的結(jié)構(gòu)第1章 電力系統(tǒng)的基本概念小結(jié)q 電能的輸送是在輸電線路上進(jìn)行的。q 按結(jié)構(gòu)可分為架空線路和電纜兩類q 直流輸電線路和交流輸電線路避雷線導(dǎo)線絕緣子桿塔1、導(dǎo)線作用：傳導(dǎo)電流，輸送電能材料：銅、鋁、鋼型號：LJ35鋁絞線,載流截面積35mm2 LGJ185鋼芯鋁絞線,載流截面積185mm2 LGJQ300 輕型鋼芯鋁絞線,載流截面積300mm2 LGJJ400加強(qiáng)型鋼芯鋁絞線,載流截面積400mm2 為防止電暈和減小線路感抗，220kV以上線路常采用 擴(kuò)徑導(dǎo)線、空心導(dǎo)線、分裂導(dǎo)線1.4.1架空線路的結(jié)構(gòu)架空線路的結(jié)構(gòu)圖圖1.7 導(dǎo)線的斷面圖導(dǎo)線的斷面圖 2 2、避雷線作用:保護(hù)導(dǎo)線不受直接雷擊結(jié)構(gòu):常采用鋼絞線、鋁包鋼線3 3、桿塔作用: :支持導(dǎo)線和避雷線，并使之保持一定的安全距離 分類 1）按所用材料分類 木桿、鐵塔、鋼筋混凝土桿 2）按用途分類 直線桿塔、耐張桿塔、轉(zhuǎn)角桿塔 終端桿塔、換位桿塔圖圖1.10 導(dǎo)線與避雷線在桿塔上的排列導(dǎo)線與避雷線在桿塔上的排列(a)、(b) 、(c)三角形排列；三角形排列；(d)水平排列；水平