二次人員電力系統(tǒng)基礎(chǔ)讀書筆記

1、 本書雖然是為電力系統(tǒng)中從事電氣二次工作的人員培訓(xùn)學(xué)習(xí)之用而編寫的，但是對于從事電氣一次工作的人員也有參考價值。 全書共分三章，內(nèi)容包括發(fā)電廠與變電站的電氣設(shè)備及電力系統(tǒng)中性點的運行方式；電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)分析（電力系統(tǒng)故障分析）；電力系統(tǒng)機電暫態(tài)分析和有功功率、無功功率的調(diào)整。 主編 高中德 參編 周建新第一章發(fā)電廠與變電站的電氣設(shè)備及電力系統(tǒng)中性點的運行方式 第一節(jié)電力系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò) 發(fā)電廠將一次能源轉(zhuǎn)換成電能，經(jīng)升壓變壓器身高到高電壓，由輸電線路進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸送；在負(fù)荷中心經(jīng)降壓變壓器降低到低電壓再供用電設(shè)備使用，這就構(gòu)成了動力系統(tǒng)。 動力系統(tǒng)（廣義的電力系統(tǒng)）的構(gòu)成 1、發(fā)電部分 2、輸變電部

2、分 3、用電部分 4、電力系統(tǒng)自動化系統(tǒng)第二節(jié) 電能的生產(chǎn)過程 專門生產(chǎn)電能的集中場所稱作發(fā)電廠（站）一、火力發(fā)電站的生產(chǎn)過程 整個生產(chǎn)過程可以分為五個系統(tǒng)加以闡述 1、煤系統(tǒng)： 2、煙氣與風(fēng)系統(tǒng) 3、汽水系統(tǒng) 4、循環(huán)水系統(tǒng) 5、電系統(tǒng) 二、水力發(fā)電廠的生產(chǎn)過程 將水力的勢能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電廠成為水力發(fā)電廠，為了提高水力的勢能必須太高水位的落差，所以需要在河床上構(gòu)筑水壩，在上游形成水庫，提高上游的水頭。 三、核電站的生產(chǎn)過程 將核裂變和核聚變鎖釋放的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電廠稱為核電廠，當(dāng)前商業(yè)運轉(zhuǎn)中的核電站均采用原子核裂變時釋放出來的能量發(fā)電，使用的燃料一般是放射性重金屬鈾,钚钚。 四、風(fēng)電場

3、的生產(chǎn)過程 風(fēng)能是一種可再生、無污染而且儲量巨大的新能源。據(jù)估計，地球上的風(fēng)能理論蘊藏量約為2.74109MW，可開發(fā)利用的風(fēng)能約為2107MW。 太陽能發(fā)電的生產(chǎn)過程 太陽能是一種新能源，也是再生性能源。有研究報告顯示，只需全球百分之一的沙漠地區(qū)每天所接收到的陽光，已經(jīng)足夠滿足全球人類一天所需。 太陽能發(fā)電中具有商業(yè)推廣價值的是聚光類太陽能熱發(fā)電和太陽能光伏發(fā)電兩大類。 1、太陽能熱發(fā)電就是利用太陽能將水加熱，使產(chǎn)生的蒸汽去驅(qū)動汽輪發(fā)電機組發(fā)生電能。 2、太陽能光伏電池發(fā)電系統(tǒng)通過太陽能電池（又稱作光伏電池）發(fā)電。該發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池組、太陽能控制器、蓄電池組成。 第三節(jié) 我國電力系統(tǒng)的概

4、括 我國目前有兩大電網(wǎng)公司和五大發(fā)電公司。兩大電網(wǎng)公司是：中國國家電網(wǎng)公司和中國南方電網(wǎng)有限公司。 五大發(fā)電公司包括中國華能集團(tuán)公司、中國華電集團(tuán)公司、中國國電集團(tuán)公司、中國大唐集團(tuán)公司和中國電力投資集團(tuán)公司。第四節(jié)對電力系統(tǒng)運行的基本要求 一、保證安全、可靠、持續(xù)地向用戶供電 二、保證良好的電能質(zhì)量（電壓偏移、頻率偏移、波形質(zhì)量) 三、提高電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟(jì)性（煤耗率、廠用電率、線損率） 四、環(huán)境保護(hù)第五節(jié)電網(wǎng)的幾種典型的接線方式及其特點 電力網(wǎng)有如下幾種接線方式 一、無備用接線方式 (a)放射式 （b）干線式 （c)鏈?zhǔn)?二、有備用接線方式（放射式、干線式、鏈?zhǔn)?、環(huán)式、雙端供電網(wǎng)路）第六節(jié)

5、電力系統(tǒng)的額定電壓等級及其應(yīng)用范圍 電力系統(tǒng)正常運行時三個相電壓幅值相等相位互相相差1200。三個線電壓也是幅值相等相位互相相差1200。線電壓的幅值是相電壓幅值的3倍第七節(jié)電力線路的機構(gòu) 一、架空線路的結(jié)構(gòu)：導(dǎo)線、避雷線、桿塔、絕緣子和金具構(gòu)成。 二、電纜線路的結(jié)構(gòu)：導(dǎo)線、絕緣層、保護(hù)層組成。第八節(jié)高壓斷路器 斷路器俗稱開關(guān)。 斷路器的基本結(jié)構(gòu)有開斷元件、支撐和絕緣件、傳動元件和操動機構(gòu)幾部分構(gòu)成。 高壓斷路器就其安裝位置不同有戶外式和戶內(nèi)式兩種。 斷路器的主要參數(shù)有：1）額定電壓UN（線電壓）2）額定電流IN3）額定開斷電流IbrN4）額定斷流容量SbrN5）分閘時間6）合閘時間第九節(jié)隔離

6、開關(guān) 隔離開關(guān)俗稱刀閘。 一般在斷路器的兩側(cè)各安裝一個隔離開關(guān)。它的作用是：（1）將停役的電氣設(shè)備與帶電的電網(wǎng)隔離并提供明顯的斷點。斷路器的斷點是肉眼看不見的，但隔離開關(guān)的斷點是明顯的肉眼可見的。（2）在雙母線的接線方式下可以利用隔離開關(guān)的操作將線路或者變壓器從在某一天母線上運行切換到另一條母線上運行。第十節(jié)發(fā)電廠與變電站的電氣主接線 在發(fā)電廠、變電站中有一個重要的電氣設(shè)備母線。在母線上連接有變壓器、輸電線路等多個電氣設(shè)備，母線起到匯集與分配電能的作用。母線有下面幾種接線方式： 一、單母線接線方式（單母線接線、單母線分段接線、待旁路母線的單母分段接線） 二、雙母線接線方式（雙母線接線、雙母線單

7、分段接線、帶旁路母線的雙母線接線） 三、3/2接線方式（一個半斷路器接線方式） 四、無母線接線方式（1）橋形接線（沒有母線，一般用在水力發(fā)電廠中）（2）角形接線（一般用在水電廠中）（3）單元接線（用于發(fā)電廠內(nèi)的接線）第十一節(jié)輸電線路的等值電路 一、忽略電導(dǎo)、電納的輸電線路的等值電路 輸電線路的阻抗為Z=R+jX 二、考慮電導(dǎo)電納的輸電線路的等值電路 輸電線路的阻抗為Z=R+jX 輸電線路的導(dǎo)納為Y=g+jb第十二節(jié)變壓器的工作原理、等值電路、參數(shù)、結(jié)構(gòu)以及接線方式 一、變壓器第十三節(jié)發(fā)電機的工作原理及等值電路 一、發(fā)電機是生產(chǎn)電能的電氣設(shè)備。 電動機與發(fā)電機符號：三相交流發(fā)電機如圖：第十四節(jié)電

8、力系統(tǒng)中性點的運行方式 電力系統(tǒng)的中性點一般指的是變壓器繞組星形接線構(gòu)成的中性點和發(fā)電機定子繞組星形接線構(gòu)成的中性點。中性點有如下的三種 接地方式：一、中性點直接接地方式(這種接地方式的系統(tǒng)在發(fā)生單相接地短路的時候，將構(gòu)成回路。） 第十四節(jié)電力系統(tǒng)中性點的運行方式 電力系統(tǒng)的中性點一般指的是變壓器繞組星形接線構(gòu)成的中性點和發(fā)電機定子繞組星形接線構(gòu)成的中性點。中性點有如下的三種接地方式：一、中性點直接接地方式(這種接地方式的系統(tǒng)在發(fā)生單相接地短路的時候，將構(gòu)成回路。）第十五節(jié)電磁式電壓互感器 電壓互感器文字符號為TV，俗稱PT。它的作用是將一次系統(tǒng)的高電壓按比例轉(zhuǎn)換成二次系統(tǒng)的低電壓繼電保護(hù)、自

9、動裝置及測控裝置使用。 分類：電磁式電壓互感器（用的較多）和電子式電壓互感器兩大類。 原理：采用的是電磁感應(yīng)原理。第十六節(jié)電磁式電流互感器 電流互感器文字符號為TA，俗稱CT。它的作用是將一次系統(tǒng)的大點了按比例轉(zhuǎn)換成二次系統(tǒng)的小電流供繼電保護(hù)、自動裝置及測控裝置使用。 電磁式電流互感器（符號如形式1有時也畫成圖2 電磁式電流互感器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理實現(xiàn)電流的轉(zhuǎn)換的，其原理接線圖如下圖所示：第十七節(jié)電子式電流、電壓互感器 電子式互感器的分類：根據(jù)傳感器需不需要電源，電子式的互感器可分為有源電子式互感器（較成熟）和無源光電式互感器兩大類?！坝性础笔侵競鞲衅鞑糠志哂行枰娫吹碾娮与娐?；“無源”是指傳

10、感器部分不需要電源。 有源電子式互感器還是利用電磁感應(yīng)原理測量被測信號，不過由于它輸出的功率要求不大，所以可以用空心繞組或者用小鐵芯繞組來實現(xiàn)。 無源光電式互感器是根據(jù)法拉第磁光效應(yīng)的原理構(gòu)成的。第二章電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)分析 電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)分析通常稱作電力系統(tǒng)故障分析。在這一章中將學(xué)習(xí)電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障和斷線故障時電壓、電流的計算方法，以及它們的相位關(guān)系。第一節(jié)對稱分量法 正常運行或發(fā)生三相短路時，電力系統(tǒng)的三相是完全對稱的。三相電壓幅值相等，相位互相相差120；三相電流的幅值也相等，相位也互相相差120。 但是電力系統(tǒng)中經(jīng)常會發(fā)生不對稱短路和不對稱斷線的故障。在發(fā)生不對稱故障時，三相電壓與

11、電流不在對稱，所以無法拿出一相來進(jìn)行分析。 1、對稱分量法介紹 1、2、0坐標(biāo)系統(tǒng)，又稱作正序、負(fù)序、零序坐標(biāo)系統(tǒng)。在1、2、0坐標(biāo)系統(tǒng)中的三相是對稱的，于是就可以拿出一相來進(jìn)行分析。利用正序、負(fù)序、零序坐標(biāo)系統(tǒng)來求解三相電路的方法稱之為對稱分量法。 2、引申出的一些重要結(jié)論 (1)在中性點不接地的小接地電流系統(tǒng)中，如果忽略電容電流，則在相電流中沒有零序分量的電流。 （2）如果變壓器的中性點直接接地，而且在接地的接地線上流有電流，該電流一定是3I0 電流。（3）變壓器的三角接線側(cè)，如果忽略電容電流，在三角接線外面的三相電流中沒有零序分量的電流。 （4）凡是說到相間電壓或者兩相電流之差，這樣的電

12、壓或者電流中都不包含零序分量。第二節(jié)各序序網(wǎng)圖的構(gòu)成 1、由于發(fā)電機定子繞組的繞制方法，使得轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場按A-B-C-A的順序切割定子繞組的軸線，因此發(fā)電機發(fā)出的電動勢只有正序分量。所以只有在正序序網(wǎng)圖中才存在發(fā)電機的電動勢E，在負(fù)序和零序的序網(wǎng)圖中都不存在發(fā)電機的電動勢E。 2、在負(fù)序和零序序網(wǎng)圖中，只有在短路點存在一個電壓源。 3、在各序序網(wǎng)圖中各個元件的阻抗是相應(yīng)元件的各個序阻抗。 4、零序序網(wǎng)圖只畫到Y(jié)N，d接線的變壓器為止。在零序序網(wǎng)圖中變壓器的d側(cè)是被短接的。 5、由于發(fā)電機是接在變壓器的三角接線一側(cè)的，在忽略電容流量的情況下變壓器三角接線外面的相電流中是不存在零序電流的

13、，所以發(fā)電機中是不流過零序電流的。這樣發(fā)電機的零序阻抗就不會出現(xiàn)在零序序網(wǎng)圖中。第三節(jié)電力系統(tǒng)中各元件的各序阻抗 一、序阻抗：某元件的某序阻抗是指該序電流通過該元件時產(chǎn)生的壓降與該序電流的比值。 Z1=U1/I1 Z2=U2/I2 Z0=U0/I0 式中Z1、 Z2、 Z0是該元件的正序、負(fù)序、零序阻抗。 二、輸電線路的各序阻抗 輸電線路的各序阻抗的分析見圖1、輸電線路的正序阻抗如圖（a)UA1= IA1 ZL+ IB1 ZM+ IC1 ZM= IA1 ZL IA1 ZM = IA1（ ZL ZM）則MN段輸電線路的正序阻抗為 Z1=UA1/IA1= ZL ZM2、輸電線路的負(fù)序阻抗如圖（b)

14、MN段輸電線路的負(fù)序阻抗為 Z2=UA2/IA2= ZL ZM（重要結(jié)論：電力系統(tǒng)中凡是靜止的電氣設(shè)備，包括線路、變壓器、電抗器、電容器等，其正序阻抗都等于負(fù)序阻抗） 3、輸電線路的零序阻抗UA0= IA0ZL+ IB0 ZM+ IC0 ZM = IA0（ ZL +2 ZM）該式中得到了IA0 = IB0 = IC0的關(guān)系，于是得到MN段輸電線路的零序阻抗為 Z0=UA0/IA0 = ZL +2 ZM一般的輸電線路，零序阻抗與正序阻抗的關(guān)系大約為2.5 Z1 Z0 3Z1三、發(fā)電機的各序阻抗由于發(fā)電機定子繞組的電子很小，所以發(fā)電機的阻抗等于它的電抗。 1、發(fā)電機的正序電抗 在短路計算分析時用到

15、的發(fā)電機的正序電抗為X1= Xd（暫態(tài)電抗）當(dāng)轉(zhuǎn)子上沒有阻尼繞組時 X1= X”d（次暫態(tài)電抗）當(dāng)轉(zhuǎn)子上有阻尼繞組時 2、發(fā)電機的負(fù)序電抗 在工程實際應(yīng)用上在短路電流的計算中，發(fā)電機的負(fù)序電抗近似取作等于正序電抗。即X1= X1 3、發(fā)電機的零序電抗 三相零序電流的幅值與相位都是相同的，發(fā)電機三相定子繞組的軸線在空間位置上又互相相差120。（發(fā)電機零序電抗范圍一般為：X0= （0.150.6）X1 變壓器的各序阻抗1、變壓器的正序阻抗 正序電流在變壓器上的壓降為 U1= I1（ Z + Z） 所以變壓器的正序阻抗是Z1= （ Z + Z）(一次繞組的漏阻抗與二次繞組漏阻抗的歸算值之和。2、變壓

16、器的負(fù)序阻抗 Z2= Z13、變壓器的零正序阻抗 Z0=U0/I0 = 第四節(jié)各種故障情況下電流、電壓的計算及其向量圖 分析短路故障時的系統(tǒng)圖如圖2-20所示。設(shè)短路前線路空載，所以兩側(cè)系統(tǒng)等值電源的電動勢幅值與相位都相同都為E。兩側(cè)系統(tǒng)等值電源中都有YN，d接線的變壓器，從輸電線路往兩側(cè)系統(tǒng)看有等值的正序、負(fù)序和零序阻抗。短路點為K點。第三章電力系統(tǒng)機電暫態(tài)分析和有功功率、無功功率的調(diào)整 第一節(jié)同步發(fā)電機穩(wěn)態(tài)運行時的相量圖和功角特性 從圖3-1（a）中可以看出下述關(guān)系： E0=U + jIXd 習(xí)慣上把由式（a）的P=f()曲線稱作功角特性曲線。 式（a）表明發(fā)電機輸出的有功功率與U0和E之

17、間的關(guān)系。第二節(jié)電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定分析 一、一些基本概念 （一）靜態(tài)穩(wěn)定：電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)受到小干肉（例如符合發(fā)生變化、電壓發(fā)生變化等）后不發(fā)生非周期性的失步，能自動恢復(fù)到起始運行狀態(tài)的能力。 （二）暫態(tài)穩(wěn)定：電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)受到大干擾（發(fā)生短路或者斷相故障）后各同步電機保持同步運行并過渡到新的或恢復(fù)到原來穩(wěn)定運行方式的能力。 二、靜態(tài)穩(wěn)定分析 分析可知，功角90的區(qū)域不是穩(wěn)定運行的工作區(qū)。 =90是保持靜態(tài)穩(wěn)定的極限角。實際上考慮了一定的穩(wěn)定儲備以后，正常運行時運行的最大的功角一般在60以下。第三節(jié)電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定分析 一、暫態(tài)穩(wěn)定分析 （一）正常運行狀態(tài)（狀態(tài)）

18、在沒有發(fā)生短路故障時，從發(fā)電機G到無窮大電源母線M處總的聯(lián)系電抗X= Xd+ XT1+XL/2+ XT2，這樣發(fā)電機向無窮大電源提供的有功功率P=E0U/Xsin式中：為E0越前于U的功角。 短路故障狀態(tài)（狀態(tài)） 根據(jù)星-角變換的公式從E0到U之間的聯(lián)系電抗X為 X=（ X”d+ XT1）+（XL/2+ XT2）+ 【（ X”d+ XT1）+（XL/2+ XT2）】/X 這樣發(fā)電機向無窮大電源提供的有功功率P是P=E0Usin/ X（三）短路故障切除后狀態(tài)（狀態(tài)）從發(fā)電機G到無窮大電源母線M總的聯(lián)系電抗X 為X = Xd+ XT1+XL+ XT2這樣發(fā)電機向無窮大電源提供的有功功率P 是P =

19、E0Usin/ X 比較上述三種狀態(tài)下從發(fā)電機G到無窮大電源母線M的聯(lián)系電抗，有X X X 二、影響暫態(tài)穩(wěn)定的因素 1、正常運行時發(fā)電機輸出的電磁功率PM越小，越有利于系統(tǒng)穩(wěn)定運行。 2、故障切除的時間越短，越有利于系統(tǒng)穩(wěn)定運行 3、功角特性曲線P越大，加速面積Sabcda越小，有利于暫態(tài)穩(wěn)定。 4、功角特性曲線P越大，減速面積Sdfgde越大，越有利于暫態(tài)穩(wěn)定。 三、提高暫態(tài)穩(wěn)定的措施 1、減小輸電線路電抗 2、裝中間補償設(shè)備 3、使用自動重合閘 4、發(fā)電機采用強行勵磁 5、采用電氣制動 6、采用直流輸電第四節(jié)電力系統(tǒng)的電壓和無功功率的調(diào)整 1、有功功率為P=UIcos,無功功率為Q=UIs

20、in其中角是電壓U越前于電流I的角度。 電阻回路： P=UIcos=UIcos0=UI Q=UIsin=UIsin0=0 因此有功功率是消耗在電阻上的，電阻上不消耗無功功率。 電感回路：P=UIcos=UIcos90=0 Q=UIsin=UIsin90=UI 因此電感上要消耗無功功率，也就是要吸收感性的無功功率，用以產(chǎn)生磁場。 電容回路： P=UIcos=UIcos（-90）=0 Q=UIsin=UIsin（-90）=-UI 因此電容上要消耗負(fù)值的無功功率，即電容上要吸收容性的無功功率，用以產(chǎn)生電場。電容器是一個無功電源，電容器不消耗有功功率。 無功功率的電源 1、同步發(fā)電機（發(fā)電機既能發(fā)出有功功率，也能發(fā)出感性的無功功率。） 2、同步調(diào)相機（同步調(diào)相機是外加勵磁電流的同步電動機。 3、靜電電容器（在近負(fù)荷端的母線上裝設(shè)電容器。由于電容器吸收容性的無功功率，也就是輸出感性的無功功率，所以電容器是一個無功電源。 4、靜止補償器（靜止無功補償系統(tǒng)（SVC）由電容器和可調(diào)的電抗器并聯(lián)裝置構(gòu)成。） 5、遠(yuǎn)距離輸電線路（到底該線路是無功電源還是無功損耗，需要看線路長度。一般來說，300km以下的線路總的是消耗感性的無功功率的。300km以上線路是輸出感性的無功功率的，是一個無功電源。 電力系統(tǒng)的電壓管理與調(diào)壓措施 （一）電力系統(tǒng)的電壓管理（一般是在中樞點對電壓進(jìn)行管理的。所謂中樞點是