電力系統(tǒng)課程課件

第一章

電力系統(tǒng)

主要內(nèi)容

有關(guān)電力系統(tǒng)知識(shí)及發(fā)電廠和變電所的主接線教學(xué)難點(diǎn)電力系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)及各種主接線的優(yōu)缺點(diǎn)及其適用范圍教學(xué)重點(diǎn)電力系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)及各種主接線的優(yōu)缺點(diǎn)及其適用范圍概述電力系統(tǒng)中電源的構(gòu)成各種形式的發(fā)電廠動(dòng)力系統(tǒng)與電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)運(yùn)行的負(fù)荷電力系統(tǒng)運(yùn)行的特點(diǎn)及要求電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)發(fā)電廠和變電所的電氣主接線課外作業(yè)3/22/20231第一章電力系統(tǒng)3/22/20232

電是什么?

電力在生活中的廣泛運(yùn)用?電能的發(fā).輸.配.送是怎樣完成的?3/22/20233什么是電力系統(tǒng)?什么是動(dòng)力系統(tǒng)？3/22/202341－熱力網(wǎng)；2－變壓器；3－負(fù)荷；4一高壓電動(dòng)機(jī)；5－照明負(fù)荷；6－低壓電動(dòng)機(jī)3/22/20235包括發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)、升壓及降壓變電所、電力線路及用電設(shè)備總稱(chēng)就是電力系統(tǒng)。

發(fā)電廠、變電所、電能用戶(hù)之間用電力線路連接起來(lái)，發(fā)電廠與熱能用戶(hù)之間用熱力管道聯(lián)系起來(lái)，構(gòu)成電能和熱能的統(tǒng)一生產(chǎn)、輸送、分配和使用的總體稱(chēng)為動(dòng)力系統(tǒng)

3/22/20236重點(diǎn)動(dòng)力系統(tǒng)＝電力系統(tǒng)+動(dòng)力部分電力系統(tǒng)=電力網(wǎng)＋發(fā)電機(jī)＋用電設(shè)備3/22/20237一電力系統(tǒng)概述

電能是二次能源煤，石油，天然氣水利電能其他能源3/22/20238電能生產(chǎn)原理一次能源熱能勢(shì)能電能3/22/20239火力發(fā)電廠凝汽式火力發(fā)電廠

單一生產(chǎn)電能的火電廠，效率低文本文本文本文本文本文本文本文本文本熱電廠

即生產(chǎn)電能又能向用戶(hù)提供熱能，效率高3/22/202310我國(guó)常采用用那種形式式的火力發(fā)發(fā)電廠?為為什么?3/16/202311在凝汽式火力發(fā)發(fā)電廠中，由于于做過(guò)功的蒸汽汽(稱(chēng)為乏汽)中仍含有熱量量，被凝結(jié)成水水時(shí)，這些熱量量基本上被循環(huán)環(huán)水帶出變成熱熱損失，因而這這種類(lèi)型電廠效效率不高，先進(jìn)進(jìn)的電廠其效率率也不過(guò)37％％～40％，凝凝汽式火力發(fā)電電廠生產(chǎn)過(guò)程見(jiàn)見(jiàn)圖1—1。熱電廠效率較高高，可達(dá)60％％～70％，但但是受熱負(fù)荷等等條件的限制，，建熱電廠的數(shù)數(shù)量有限。提高高凝汽式電廠效效率的有效途徑徑是盡量采用高高溫度、高壓力力的蒸汽參數(shù)和和大容量的汽輪輪機(jī)一發(fā)電機(jī)組組。3/16/2023123/16/202313水力發(fā)電廠按集中落差方方式不同，水水電廠的開(kāi)發(fā)發(fā)方式分為堤堤壩式、引水水式及混合式式三類(lèi)，以期期望得到盡可可能大的落差差P=9．81ηQH式中P——發(fā)發(fā)電容量，kW；Q——水流量量，m3／s；H——水的落落差，m；η——水輪機(jī)機(jī)組的效率。。3/16/202314堤壩式水電廠示意意圖3/16/202315引水式水電電廠樞紐布布置圖3/16/202316在河流上游游，當(dāng)河床床坡度較大大時(shí)，宜于于修建隧洞洞和渠道以以獲取最大大落差，利利用這種方方式修建的的水電廠稱(chēng)稱(chēng)為引水式式水電廠。。引水式水水電廠不建建壩或只建建低壩，該該壩只起壅壅水作用，，落差靠引引水渠道或或隧洞形成成。根據(jù)河流特特點(diǎn)也可建建造兼有堤堤壩式和引引水式兩種種特點(diǎn)的水水電廠，稱(chēng)稱(chēng)為混合式式水電廠。。3/16/202317水電廠生生產(chǎn)電能能的原理理無(wú)論哪一一類(lèi)水電電廠，均均是通過(guò)過(guò)壓力水水管把水水引人水水輪機(jī)的的螺旋形形蝸殼，，推動(dòng)水水輪機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)動(dòng)發(fā)電機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，，把機(jī)械械能變?yōu)闉殡娔?。。由上可可?jiàn)，水水電廠的的生產(chǎn)過(guò)過(guò)程遠(yuǎn)比比火力發(fā)發(fā)電廠簡(jiǎn)簡(jiǎn)單。3/16/202318其他發(fā)電廠核能電廠地?zé)犭姀S潮汐電廠風(fēng)力發(fā)電3/16/202319電力并網(wǎng)運(yùn)運(yùn)行的優(yōu)越越性減少系統(tǒng)總總備用容量量的比重可采用高效效率的大容容量機(jī)組可充分利用用水電廠的的水能資源源可減少負(fù)荷荷的峰值提高供電可可靠率3/16/202320三電力系統(tǒng)的的負(fù)荷用電設(shè)備從電力力系統(tǒng)中取用的的功率(有功與與無(wú)功)稱(chēng)為負(fù)負(fù)荷用負(fù)荷曲線表示示和反應(yīng)一天或或者一年的用電電量（折線法和和階梯法)三類(lèi)負(fù)荷3/16/202321第Ⅰ類(lèi)負(fù)負(fù)荷：這這類(lèi)用戶(hù)戶(hù)停電將將造成人人身事故故、設(shè)備備損壞、、產(chǎn)品報(bào)報(bào)廢、生生產(chǎn)秩序序長(zhǎng)期不不能恢復(fù)復(fù)、市政政生活混混亂等。。第Ⅱ類(lèi)負(fù)負(fù)荷：該該類(lèi)負(fù)荷荷供電中中斷將造造成用戶(hù)戶(hù)大量減減產(chǎn)，使使人民生生活受到到影響。。第Ⅲ類(lèi)負(fù)負(fù)荷：不不屬于第第Ⅰ、ⅡⅡ類(lèi)的負(fù)負(fù)荷，如如工廠的的附屬車(chē)車(chē)間，小小城鎮(zhèn)及及農(nóng)村公公用負(fù)荷荷等。依據(jù)這種種分類(lèi)，，供電部部門(mén)可以以采用不不同的技技術(shù)措施施，滿足足各類(lèi)負(fù)負(fù)荷的供供電可靠靠性要求求3/16/202322所謂負(fù)荷曲線就是是指在某一段時(shí)間間內(nèi)用電負(fù)荷大小小隨時(shí)間變化的曲曲線圖。3/16/202323負(fù)荷曲線的最高點(diǎn)點(diǎn)和最低點(diǎn)分別代代表日最大負(fù)荷和和日最小負(fù)荷，是是電力系統(tǒng)運(yùn)行中中必須掌握的重要要數(shù)據(jù)。3/16/202324四電力系系統(tǒng)運(yùn)行特特點(diǎn)及要求求電能的特點(diǎn)點(diǎn)：不能儲(chǔ)存（（發(fā)輸配送送同時(shí)完成成）暫態(tài)過(guò)程非非常迅速電力與國(guó)家家社會(huì)關(guān)系系密切3/16/202325對(duì)電力系統(tǒng)統(tǒng)運(yùn)行要求求保證供電可可靠性保證電能質(zhì)質(zhì)量提高電力系系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)經(jīng)濟(jì)性3/16/202326電力系統(tǒng)的電壓壓等級(jí)額定電壓：技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能指指標(biāo)都將發(fā)揮得得最好時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)電壓就稱(chēng)為額額定電壓，同時(shí)，電力網(wǎng)應(yīng)有自己己的額定電壓，，并且規(guī)定電力力網(wǎng)的額定電壓壓和用電設(shè)備的的額定電壓相一一致。我國(guó)有自己制定定的一套適合我我國(guó)國(guó)情的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)電壓3/16/202327課外作業(yè)發(fā)電廠，水電電廠生產(chǎn)電能能的原理？電能有幾大特特點(diǎn)？對(duì)電力系統(tǒng)的的要求是什么么？動(dòng)力系統(tǒng)及電電力系統(tǒng)的區(qū)區(qū)別是什么？？3/16/202328五發(fā)電廠廠和變電所的的主接線對(duì)主接線的基基本要求保證供電可靠靠性主接線應(yīng)簡(jiǎn)單單，明了，運(yùn)運(yùn)行靈活，操操作方便保證維護(hù)檢修修基本安全，，方便滿足擴(kuò)建要求求力求一次投資資及年運(yùn)行費(fèi)費(fèi)用低3/16/202329單母線接線方方式優(yōu)點(diǎn)簡(jiǎn)單清晰、設(shè)設(shè)備少、投資資小、操作方方便、易于擴(kuò)擴(kuò)建等缺點(diǎn)可靠性和靈活活性較差，當(dāng)當(dāng)母線或母線線隔離開(kāi)關(guān)檢檢修時(shí)，必須須斷開(kāi)它所接接的全部電源源，因此所有有出線也須停停電；此外，，當(dāng)線路斷路路器檢修期間間，必須停止止該回路的送送電適用范圍：6～220kV系統(tǒng)中只只有一臺(tái)發(fā)電電機(jī)或一臺(tái)主主變壓器，且且出線回路又又不多的中、、小型發(fā)電廠廠或變電所，，、二類(lèi)它不不能滿足一負(fù)負(fù)荷的要求3/16/2023303/16/202331單母分段段式接線線方式可靠性較較單母接接線式要要高分段的數(shù)數(shù)目取決決于電源源容量的的大小以以及電源源進(jìn)線和和負(fù)荷出出線的多多少，一一般以2～3段段為宜。。此種接接線既保保留了單單母線的的優(yōu)點(diǎn)，，又在一一定程度度上提高高了供電電可靠性性，所以以廣泛應(yīng)應(yīng)用于中中、小容容量發(fā)電電廠的6～10kV接接線和6～220kV變電所所中。3/16/2023323/16/202333帶旁路母線線的單母線線接線方式式優(yōu)點(diǎn)：提高高了供電可可靠性，便便于檢修缺點(diǎn)：投資資高，配電電裝置復(fù)雜雜廣泛地用于于出線數(shù)較較多的110kV及及以上的高高壓配電裝裝置中，因因?yàn)檫@些線線路電壓等等級(jí)高、輸輸送功率較較大、送電電距離較遠(yuǎn)遠(yuǎn)、停電影影響較大，，同時(shí)高壓壓斷路器每每臺(tái)檢修時(shí)時(shí)間也較長(zhǎng)長(zhǎng)。3/16/2023343/16/202335雙母線接線方方式運(yùn)行方式靈活活供電可靠性高高擴(kuò)建方便雙母線有許多多優(yōu)點(diǎn)，在大大中型發(fā)電廠廠和變電所中中廣為采用，，并已積累了了豐富的運(yùn)行行經(jīng)驗(yàn)。但這這種接線使用用設(shè)備較多，，投資較大，，配電裝置較較復(fù)雜。3/16/2023363/16/202337圖1－17雙母線線分段接線圖圖1－－18雙母線帶旁旁路母線接線3/16/202338簡(jiǎn)要介紹其他接接線雙母線分段接線線雙母線帶旁路母母線接線一臺(tái)半斷路器接接線變壓器母線組接接線無(wú)匯流母線接線線單元接線和橋形形，角形接線等等3/16/202339第二章電電力系系統(tǒng)短路路故障分分析主要內(nèi)容容電力系統(tǒng)統(tǒng)短路故故障分析析和計(jì)算算以及短短路電流流的電動(dòng)動(dòng)力和發(fā)發(fā)熱分析析學(xué)習(xí)難點(diǎn)點(diǎn)短路故障障分析計(jì)計(jì)算學(xué)習(xí)重點(diǎn)點(diǎn)短路故障障分析計(jì)計(jì)算和短短路電流流的電動(dòng)動(dòng)力電力系統(tǒng)統(tǒng)短路的的一般概概念短路的種種類(lèi)短路的原原因短路對(duì)設(shè)設(shè)備和系系統(tǒng)的危危害短路電流流的電動(dòng)動(dòng)力短路電流流的發(fā)熱熱特點(diǎn)和和發(fā)熱分分析3/16/202340一電電力系系統(tǒng)短路路故障分分析短路的定定義及種種類(lèi)短路是相相與相之之間通過(guò)過(guò)電弧或或其它較較小阻抗抗的一種種非正常常連接。。在中性性點(diǎn)直接接接地系系統(tǒng)中或或三相四四線制系系統(tǒng)中，，還指單單相或多多相接地地(或接接中性線線)。三相系統(tǒng)統(tǒng)中短路路的基本本類(lèi)型有有：三相相短路、、兩相短短路、單單相接地地短路(單相接接地)和和兩相接接地短路路3/16/202341（a)三相短路；；(b)兩相短路路；(c)單相接接地短路；(d)兩相接地短路3/16/202342三相短路是是對(duì)稱(chēng)短路路，因?yàn)榇舜藭r(shí)三相電電流和電壓壓仍然是對(duì)對(duì)稱(chēng)的(短短路回路的的三相阻抗抗相等)，，只是電流流大大增加加，電壓大大大降低而而已。上述幾種基基本類(lèi)型的的短路，除除三相短路路外都是不不對(duì)稱(chēng)短路路。因?yàn)檫@這時(shí)三相處處于不同情情況下，每每相電路中中的電流和和電壓的數(shù)數(shù)值不相等等，其電流流與電壓夾夾角也不相相等。上面面所說(shuō)各種種短路是指指同時(shí)在同同一地點(diǎn)短短路。此外外．在電網(wǎng)網(wǎng)中還可能能在不同地地點(diǎn)同時(shí)發(fā)發(fā)生短路，，如兩相在在不同地點(diǎn)點(diǎn)發(fā)生接地地短路。在在電機(jī)和變變壓器中還還可能發(fā)生生一相繞組組匝間短路路等。3/16/202343二發(fā)生生短路的原原因發(fā)生短路的的主要原因因是電氣設(shè)設(shè)備載流部部分的絕緣緣被破壞。。絕緣損壞壞多是由于于未及時(shí)發(fā)發(fā)現(xiàn)和消除除的設(shè)備缺缺陷，以及及設(shè)計(jì)、制制造、安裝裝和運(yùn)行維維護(hù)不良所所致。如過(guò)過(guò)電壓、設(shè)設(shè)備直接遭遭受雷擊、、絕緣材料料老化和機(jī)機(jī)械損傷等等原因就常常使設(shè)備絕絕緣損壞而而造成短路路。3/16/202344三短路對(duì)設(shè)備備和系統(tǒng)的危害害短路對(duì)設(shè)備的危危害，概括起來(lái)來(lái)一是電流的熱熱效應(yīng)使設(shè)備燒燒壞，損壞絕緣緣；二是電動(dòng)力力使設(shè)備變形、、毀壞。對(duì)系統(tǒng)統(tǒng)的危害是使供供電受阻，甚至至造成系統(tǒng)穩(wěn)定定的破壞，使之之出現(xiàn)非故障部部分的大面積停停電。短路也同同時(shí)引起電網(wǎng)的的電壓降低，特特別是靠近短路路點(diǎn)處降低得更更多，結(jié)果可能能導(dǎo)致部分或全全部用戶(hù)的供電電中斷3/16/202345短路時(shí)電壓下降降得越大，持續(xù)續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行行的破壞也越嚴(yán)嚴(yán)重。為了保證電力系系統(tǒng)中電氣設(shè)備備安全可靠地運(yùn)運(yùn)行，減輕一旦旦發(fā)生短路時(shí)的的影響，除努力力設(shè)法消除可能能引起短路的一一切原因外，還還應(yīng)盡快切除短短路故障部分，，使系統(tǒng)電壓在在較短的時(shí)間內(nèi)內(nèi)恢復(fù)到正常值值。為此，可采采用快速動(dòng)作的的繼電保護(hù)裝置置和跳閘時(shí)間短短的斷路器。3/16/202346四短路分析析計(jì)算不對(duì)稱(chēng)短路的分分析計(jì)算，都都是用對(duì)稱(chēng)分分量法將不對(duì)對(duì)稱(chēng)量分解為為對(duì)稱(chēng)系統(tǒng)來(lái)來(lái)計(jì)算，因此此三相短路的的分析計(jì)算是是各種短路故故障分析計(jì)算算的基礎(chǔ)，所所以短路故障障的分析計(jì)算算一般是從三三相短路故障障開(kāi)始。3/16/202347五短路電流的電電動(dòng)力及發(fā)熱分析析在短路時(shí)，特別是是當(dāng)沖擊電流通過(guò)過(guò)電氣設(shè)備和載流流導(dǎo)體時(shí)，電動(dòng)力力可能達(dá)到很大的的數(shù)值，以致?lián)p壞壞電器。因此，電電氣設(shè)備和載流導(dǎo)導(dǎo)體必須具有足夠夠的機(jī)械強(qiáng)度，能能承受短路時(shí)電動(dòng)動(dòng)力的作用，即應(yīng)應(yīng)具有足夠的電動(dòng)動(dòng)穩(wěn)定性。3/16/202348當(dāng)任意截面面的兩根平平行導(dǎo)體中中有電流i1和i2流過(guò)時(shí)，，導(dǎo)體間的的相互作用用力如圖2—3所示示，可用下下式計(jì)算：：式中i1和和i2———導(dǎo)體中電電流瞬時(shí)值值，kA；；L——平行行導(dǎo)體長(zhǎng)度度，cm；；a——導(dǎo)體體軸線間距距離，cm；K——導(dǎo)體體形狀系數(shù)數(shù)；F——作用用力，N。3/16/202349六短路路電流的的熱效應(yīng)應(yīng)電器和載載流導(dǎo)體體在短路路電流流流過(guò)時(shí)，，雖然因因繼電保保護(hù)動(dòng)作作將短路路切除，，流過(guò)短短路電流流的時(shí)間間很短，，但因短短路電流流超過(guò)正正常工作作電流很很多倍，，溫度仍仍會(huì)上升升很高。。電器和和載流導(dǎo)導(dǎo)體在短短路電流流流過(guò)時(shí)時(shí)間內(nèi)溫溫度上升升的最高高值，應(yīng)應(yīng)不超過(guò)過(guò)短時(shí)發(fā)發(fā)熱的容容許溫度度。滿足足此條件件，則電電器和載載流導(dǎo)體體是滿足足熱穩(wěn)定定的。3/16/202350圖所示為電氣氣設(shè)備流過(guò)負(fù)負(fù)荷電流及短短路電流時(shí)的的溫度變化曲曲線。設(shè)周?chē)鷩劫|(zhì)溫度為為θ0，在零零時(shí)刻到t1時(shí)刻內(nèi)設(shè)備備未投入工作作，溫度是θθ0。在t