第二章-電力系統(tǒng)基本知識(shí)(課件)

第二章電力系統(tǒng)基本知識(shí)

電力系統(tǒng)是由發(fā)電廠、送變電線路、供配電所和用電單位組成的整體，在同一瞬間，發(fā)電廠將發(fā)出的電能通過(guò)送變電線路，送到供配電所，經(jīng)過(guò)變壓器將電能送到用電單位，供給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活。第一節(jié)電力系統(tǒng)概述

由發(fā)電、送電、變電、配電和用電組成的整體稱為電力系統(tǒng)。電力系統(tǒng)中的送電、變電、配電三個(gè)部分稱為電力網(wǎng)。

電力系統(tǒng)示意圖火力發(fā)電廠：以煤、石油、天然氣為燃料——燃燒產(chǎn)生熱量——通過(guò)汽輪機(jī)熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能——帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電產(chǎn)生電能。

水力發(fā)電廠：水位落差——水位勢(shì)能通過(guò)水輪機(jī)轉(zhuǎn)換為機(jī)械能——帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電產(chǎn)生電能。

核能發(fā)電廠：核燃料在反應(yīng)堆發(fā)生核裂變釋放熱能——通過(guò)汽輪機(jī)熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能——帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電產(chǎn)生電能。。

為什么要建設(shè)升壓站、降壓站？（p41）

為什么要建設(shè)大型電力系統(tǒng)（為什么電網(wǎng)要互聯(lián)）？1.提高電力系統(tǒng)可靠性2.減少了系統(tǒng)備用容量（華北網(wǎng)與華中網(wǎng)互聯(lián)，晉電入湘）什么叫備用容量：電力系統(tǒng)為在設(shè)備檢修、事故、調(diào)頻等情況下仍能保證負(fù)荷需求而需要增設(shè)的設(shè)備容量（一般為電力系統(tǒng)最高負(fù)荷的25%~30%）

3.降低峰谷差湖南上半年最大負(fù)荷2280萬(wàn)kW，最大峰谷差1200萬(wàn)kW。超過(guò)了50%，調(diào)峰壓力很大。

如果把華中電網(wǎng)看做一個(gè)整體，各地區(qū)高峰、低谷負(fù)荷的非同時(shí)性，可以拉平負(fù)荷曲線。（與減少備用容量同一概念）

4.提高供電質(zhì)量

兩個(gè)互聯(lián)系統(tǒng)，如果B系統(tǒng)負(fù)荷增加至沒有足夠的調(diào)頻（調(diào)峰）電源，就需要A系統(tǒng)的調(diào)頻廠向B系統(tǒng)輸送有功功率。比如調(diào)頻電廠遠(yuǎn)離負(fù)荷中心的情況。5.有效利用水力等一次動(dòng)力資源

水電要全額消納。富余的水電怎么辦？（《可再生能源法》要求全額消納水電等可再生能源）

輸電網(wǎng)是電力網(wǎng)中的主網(wǎng)架，它以高壓甚至超高壓將發(fā)電廠、變電所或變電所之間連接起來(lái)。

配電網(wǎng)是直接將電能送到用戶的網(wǎng)絡(luò)，分為高壓配電網(wǎng)即指110kV及以上電壓、中壓配電網(wǎng)指（35kV）10kV、6kV、3kV電壓及低壓配電網(wǎng)220V、380V。

現(xiàn)在城市中也有220kV的配電網(wǎng)。

電力生產(chǎn)的特點(diǎn)

（1）同時(shí)性；發(fā)電、供電、用電必須時(shí)刻保持平衡

決定于電力的不可儲(chǔ)存性（關(guān)于電力系統(tǒng)的所有研究幾乎都源于這一特點(diǎn)：穩(wěn)定性、調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)壓）

（2）集中性；電力生產(chǎn)是高度集中的，統(tǒng)一調(diào)度；

（3）適用性；電能不受或少受時(shí)間、地點(diǎn)、空間、氣溫、場(chǎng)地的限制，適用性最廣泛。（與太陽(yáng)能、風(fēng)能對(duì)比）

（4）先行性。

2.國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展電力必須先行

1）工農(nóng)業(yè)方面產(chǎn)生的提高，主要依靠勞動(dòng)生產(chǎn)率的提高，并不斷提高機(jī)械化和電氣化的水平；

2）出現(xiàn)許多新的、規(guī)模大的、耗電多的工業(yè)部門，如電氣冶煉、電化學(xué)等；

3）農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等，隨著新技術(shù)推廣，將廣泛應(yīng)用電能，使電能需要量大大增加；

4）人民生活水平、文化水平不斷提高，都會(huì)使居民用電量日益增加。用電負(fù)荷

用電負(fù)荷是用戶在某一時(shí)刻對(duì)電力系統(tǒng)所需求的功率。用電負(fù)荷加上同一時(shí)刻的線路損耗，是發(fā)電廠對(duì)外供電時(shí)所承擔(dān)的全部負(fù)荷，稱為供電負(fù)荷。

電力負(fù)荷是電力系統(tǒng)中所有電力設(shè)備消耗的功率。供電負(fù)荷加上廠用電負(fù)荷。

按照受到突然中斷供電所引起的影響，用電負(fù)荷可分為以下幾類：

（1）一類負(fù)荷也稱一級(jí)負(fù)荷，指突然中斷供電將會(huì)造成人身傷亡或會(huì)引起對(duì)周圍環(huán)境嚴(yán)重污染，造成經(jīng)濟(jì)上的巨大損失，以及突然中斷供電將會(huì)造成社會(huì)秩序嚴(yán)重混亂或產(chǎn)生政治上的嚴(yán)重影響的用電負(fù)荷。

供電要求：雙電源外加備用（應(yīng)急電源）

（2）二類負(fù)荷也稱二級(jí)負(fù)荷，是指突然中斷供電會(huì)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失、社會(huì)秩序混亂或政治上產(chǎn)生較大影響的用電負(fù)荷。供電要求：雙回路供電，并要引自不同變壓器或兩段母線。

（3）三類負(fù)荷也稱三級(jí)負(fù)荷，是指不屬于上述一類和二類負(fù)荷的其他負(fù)荷，對(duì)這類負(fù)荷，突然中斷供電所造成的損失不大或不會(huì)造成直接損失。供電無(wú)特殊要求

第三節(jié)變電所變電所是聯(lián)結(jié)電力系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)，用以匯集電源、升降電壓和分配電力。通常由高低壓配電裝置、主變壓器、主控制室和相應(yīng)的設(shè)施以及輔助生產(chǎn)建筑物等組成。根據(jù)變電所在系統(tǒng)中的位置、性質(zhì)、作用及控制方式等，可分為升壓變電所、降壓變電所、樞紐變電所、地區(qū)變電所、終端變電所，有人值班變電所和無(wú)人值班變電所。變配電所中承擔(dān)輸送和分配電能任務(wù)的電路，叫一次電路或電氣主接線。一次電路中所有的電氣設(shè)備稱一次設(shè)備。變配電所中常用的一次電氣設(shè)備

1.主變壓器

改變電壓的電氣設(shè)備，如將壓變10/0.4～0.23KV)

2.高壓斷路器（QF）高壓斷路器是高壓電器中最重要的設(shè)備，是電力系統(tǒng)一次設(shè)備中起控制和保護(hù)作用的關(guān)鍵電器。高壓斷路器在電網(wǎng)中起兩方面的作用：一是控制作用（主動(dòng)），即根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行的需要，將部分電氣設(shè)備或線路投入或退出運(yùn)行；二是保護(hù)作用（被動(dòng)），即在電氣設(shè)備或電力線路發(fā)生故障時(shí)，繼電保護(hù)自動(dòng)裝置發(fā)出跳閘信號(hào)，起動(dòng)斷路器，將故障部分設(shè)備或線路從電網(wǎng)中迅速切除，確保電網(wǎng)中無(wú)故障部分電路的正常運(yùn)行。

高壓斷路器一般按滅弧介質(zhì)的不同分為油斷路器、真空斷路器、六氟化硫斷路器等。高壓斷路器具有開斷正常負(fù)荷電流和切斷短路電流的功能，具有完善的滅弧裝置。3.隔離開關(guān)

隔離開關(guān)的作用有兩個(gè)：（1）隔離電源，保證安全。利用隔離開關(guān)將高壓電氣裝置中需要檢修的部分與其他帶電部分可靠隔離，

隔離開關(guān)斷開后有明顯可見的斷開間隙，

能充分保證人身和設(shè)備的安全。

(2)倒閘操作。隔離開關(guān)經(jīng)常用來(lái)進(jìn)行電力系統(tǒng)運(yùn)行方式改變時(shí)的倒閘操作。例如，當(dāng)主接線為雙母線時(shí)，利用隔離開關(guān)將設(shè)備或線路從一組母線切換到另一組母線。特別強(qiáng)調(diào)，隔離開關(guān)沒有專門的滅弧裝置，在任何情況下，均不能接通或切斷負(fù)荷電流和短路電流，并應(yīng)設(shè)法避免可能發(fā)生的誤操作。

4.電壓互感器將高電壓變?yōu)榈碗妷海?00V）供保護(hù)和計(jì)量用

)；

5.電流互感器

將大電流變?yōu)樾‰娏鳎?A）供保護(hù)和計(jì)量用

；

6.熔斷器（FU）熔斷器FU是最簡(jiǎn)單和最早使用的一種保護(hù)電器，它串聯(lián)在電路中使用，當(dāng)所在電路短路或過(guò)載時(shí)，熔斷器自動(dòng)斷開電路，使其它電氣設(shè)備得到保護(hù)（當(dāng)電流超過(guò)規(guī)定值時(shí)，以本身產(chǎn)生的熱量使熔體熔斷，斷開電路的一種電器）

7.負(fù)荷開關(guān)

具有簡(jiǎn)單的滅弧裝置，因此能通斷一定的負(fù)荷電流和過(guò)負(fù)荷電流。但它不能斷開短路電流，負(fù)荷開關(guān)斷開后，與隔離開關(guān)一樣，具有明顯可見的斷開間隙，因此，它也具有隔離電源、保證安全檢修的功能。它一般與高壓熔斷器串聯(lián)使用，借助熔斷器來(lái)進(jìn)行短路保護(hù)。

電氣主接線

一、單母線接線

特點(diǎn)是整個(gè)配電裝置只有一組母線，所有電源進(jìn)線和出線都接在同一組母線上。每一回路均裝有斷路器QF和隔離開關(guān)QS。

斷路器用于在正?；蚬收锨闆r下接通與斷開電路，隔離開關(guān)當(dāng)停電檢查斷路器時(shí)作為隔離電器隔離電壓。單母線接線的優(yōu)點(diǎn)是接線簡(jiǎn)單，操作方便，投資少，便于擴(kuò)建；

缺點(diǎn)是可靠性和靈活性較差，當(dāng)母線檢修或故障時(shí)，各支路都必須停止工作，當(dāng)引出線的斷路器檢修時(shí)，該支路要停止供電。單母線接線不能滿足不允許停電的重要用戶的供電要求，只適用于不重要負(fù)荷的中、小容量的變電所。二、

單母線分段接線當(dāng)引出線數(shù)目較多時(shí)，為提高供電可靠性，可用斷路器將母線分段，即采用單母線分段接線方式。

正常工作時(shí)，分段斷路器可以接通也可以斷開。

如果正常工作時(shí)分段斷路器QF是接通的，則當(dāng)任意段母線故障時(shí)，母線繼電保護(hù)動(dòng)作跳開分段斷路器和接至該母線段上的電源斷路器，這樣非故障母線段仍能工作。當(dāng)一個(gè)分段母線的電源斷開時(shí)，連接在該母線上的出線可通過(guò)分段斷路器QF從另一段母線上得到供電。

如果正常工作時(shí)分段斷路器QF是斷開的，則當(dāng)一段母線故障時(shí)，連在故障母線段上的電源斷路器在繼電保護(hù)的作用下跳開，非故障母線段仍能照常工作；但當(dāng)一分段母線的電源斷開時(shí)，連接在該母線上的出線會(huì)全部停電。

～GWL1WL2WL3WL4～GQF分段斷路器QSQSQF1QF2斷路器倒閘操作原則“先斷后合”線路-變壓器組接線

p50圖2-8主變高壓側(cè)是線路-變壓器組接線。

線路變壓器組接線就是線路和變壓器直接相連，是一種最簡(jiǎn)單的接線方式。

特點(diǎn)是設(shè)備少、投資省、操作簡(jiǎn)便、宜于擴(kuò)建，但靈活性和可靠性較低。變電站只有一路進(jìn)線與一臺(tái)變壓器，而且再無(wú)發(fā)展的情況下采用線路變壓器組接線。當(dāng)電源進(jìn)線、變壓器高低壓側(cè)、母線故障或檢修，全站停電。

橋型接線

用連接橋?qū)蓚€(gè)線路-變壓器組連接起來(lái)的接線。連接橋由一個(gè)斷路器和兩個(gè)隔離開關(guān)組成。

內(nèi)橋接線：如圖（a）連接橋置于線路斷路器內(nèi)側(cè)(靠近變壓器側(cè))，線路經(jīng)斷路器和隔離開關(guān)接至橋接點(diǎn)。外橋接線：如圖（b）連接橋置于線路斷路器外側(cè)(遠(yuǎn)離變壓器側(cè))，變壓器經(jīng)斷路器和隔離開關(guān)接至橋接點(diǎn)。內(nèi)橋接線的特點(diǎn)：任一線路檢修或故障時(shí)，都不會(huì)影響其他回路的正常運(yùn)行。變壓器檢修或故障時(shí)，則會(huì)影響一回線路的正常運(yùn)行。

由于變壓器運(yùn)行可靠，而且不需要經(jīng)常進(jìn)行投入和斷開，因此內(nèi)橋接線的應(yīng)用較廣泛。

如變壓器T1檢修或發(fā)生故障，則需斷開斷路器QF1、QF3，使未故障線路L1供電受到影響。經(jīng)倒閘操作，拉開隔離開關(guān)QS1后，再閉合QF1、QF3才能恢復(fù)線路L1工作，這將造成該側(cè)線路的短時(shí)停電。外橋接線的特點(diǎn)：外橋接線的變壓器檢修或故障時(shí)，不會(huì)影響其他回路的正常運(yùn)行。

當(dāng)線路檢修或故障時(shí)，則會(huì)影響一臺(tái)變壓器的正常運(yùn)行。外橋接線僅適用于變壓器按照經(jīng)濟(jì)運(yùn)行需要要經(jīng)常投入或斷開的情況。供電質(zhì)量

供電質(zhì)量指電能質(zhì)量與供電可靠性。電能質(zhì)量

電能質(zhì)量主要包括電壓質(zhì)量、頻率質(zhì)量和波形質(zhì)量。

電壓質(zhì)量又分為電壓允許偏差、電壓允許波動(dòng)與閃變。頻率質(zhì)量為頻率允許偏差等。

1.供電電壓允許偏差

在某一時(shí)段內(nèi)，電壓幅值緩慢變化而偏離額定值的程度，以電壓實(shí)際值（U）和電壓額定值（UN）之差ΔU與電壓額定值UN之比的百分?jǐn)?shù)ΔU%來(lái)表示，即電氣設(shè)備都是按照額定電壓條件下設(shè)計(jì)制造的，當(dāng)端電壓偏離額定電壓時(shí)，電氣設(shè)備的性能就會(huì)受到影響。當(dāng)電壓降低時(shí)，白熾燈的發(fā)光效率和光通量都會(huì)急劇下降，U=0.9UN時(shí),光通量下降30%；當(dāng)電動(dòng)機(jī)輸出功率一定時(shí)，端電壓降低會(huì)使定子，轉(zhuǎn)子的電流都有顯著增大，溫度上升。當(dāng)電壓上升時(shí)，白熾燈的壽命會(huì)大為縮短,U=1.1UN時(shí)則壽命縮減一半；當(dāng)電壓過(guò)高時(shí)，會(huì)使電氣設(shè)備絕緣老化過(guò)程加快，設(shè)備壽命縮短。.國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定電壓偏差的允許值為：

1）35kV及以上電源供電的，電壓允許偏差為額定電壓的±10％。

2）10kV及以下三相供電的電壓允許偏差為額定電壓的±7％。

3）220V單相供電電壓允許偏差為額定電壓的＋7％到－10％。

2.電壓允許波動(dòng)和閃變

（1）電壓允許波動(dòng)

什么是電壓波動(dòng)？電壓波動(dòng)都是沖擊性負(fù)荷引起的。在某一時(shí)段內(nèi)，電壓急劇變化而偏離額定值的現(xiàn)象，稱為電壓波動(dòng)。電壓變化的速率大于1％的，即為電壓急劇變化。電壓波動(dòng)程度以電壓在急劇