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)知識及發(fā)電廠和變電所的主接線教學(xué)難點電力系統(tǒng)運行特點及各種主接線的優(yōu)缺點及其適用范圍教學(xué)重點電力系統(tǒng)運行特點及各種主接線的優(yōu)缺點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)電廠動力系統(tǒng)與電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)運行的負(fù)荷電力系統(tǒng)運行的特點及要求電力系統(tǒng)的電壓等級發(fā)電廠和變電所的電氣主接線課外作業(yè)11/21/20221第一章電力系統(tǒng)11/21/20222

電是什么?

電力在生活中的廣泛運用?電能的發(fā).輸.配.送是怎樣完成的?11/21/20223什么是電力系統(tǒng)?什么是動力系統(tǒng)？11/21/202241－熱力網(wǎng)；2－變壓器；3－負(fù)荷；4一高壓電動機；5－照明負(fù)荷；6－低壓電動機11/21/20225包括發(fā)電廠的發(fā)電機、升壓及降壓變電所、電力線路及用電設(shè)備總稱就是電力系統(tǒng)。

發(fā)電廠、變電所、電能用戶之間用電力線路連接起來，發(fā)電廠與熱能用戶之間用熱力管道聯(lián)系起來，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為動力系統(tǒng)

11/21/20226重點動力系統(tǒng)＝電力系統(tǒng)+動力部分電力系統(tǒng)=電力網(wǎng)＋發(fā)電機＋用電設(shè)備11/21/20227一電力系統(tǒng)概述

電能是二次能源煤，石油，天然氣水利電能其他能源11/21/20228電能生產(chǎn)原理一次能源熱能勢能電能11/21/20229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)電能又能向用戶提供熱能，效率高11/21/202210我國常常采用用那種種形式式的火火力發(fā)發(fā)電廠廠?為什么么?11/15/202211在凝汽汽式火火力發(fā)發(fā)電廠廠中，，由于于做過過功的的蒸汽汽(稱為乏乏汽)中仍含含有熱熱量，，被凝凝結(jié)成成水時時，這這些熱熱量基基本上上被循循環(huán)水水帶出出變成成熱損損失，，因而而這種種類型型電廠廠效率率不高高，先先進(jìn)的的電廠廠其效效率也也不過過37％～40％，凝凝汽式式火力力發(fā)電電廠生生產(chǎn)過過程見見圖1—1。熱電廠效率率較高，可可達(dá)60％～70％，但是受受熱負(fù)荷等等條件的限限制，建熱熱電廠的數(shù)數(shù)量有限。。提高凝汽汽式電廠效效率的有效效途徑是盡盡量采用高高溫度、高高壓力的蒸蒸汽參數(shù)和和大容量的的汽輪機一一發(fā)電機組組。11/15/20221211/15/202213水力發(fā)電廠廠按集中落差差方式不同同，水電廠廠的開發(fā)方方式分為堤堤壩式、引引水式及混混合式三類類，以期望望得到盡可可能大的落落差P=9．81ηQH式中P——發(fā)電容量，kW；Q——水流量，m3／s；H——水的落差，，m；η——水輪機組的的效率。11/15/202214堤壩式水電電廠示意圖圖11/15/202215引水式水電電廠樞紐布布置圖11/15/202216在河流上游游，當(dāng)河床床坡度較大大時，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稱為引水式式水電廠。。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)河流特特點也可建建造兼有堤堤壩式和引引水式兩種種特點的水水電廠，稱稱為混合式式水電廠。。11/15/202217水電廠生生產(chǎn)電能能的原理理無論哪一一類水電電廠，均均是通過過壓力水水管把水水引人水水輪機的的螺旋形形蝸殼，，推動水水輪機轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，帶動動發(fā)電機機轉(zhuǎn)動，，把機械械能變?yōu)闉殡娔堋?。由上可可見，水水電廠的的生產(chǎn)過過程遠(yuǎn)比比火力發(fā)發(fā)電廠簡簡單。11/15/202218其他發(fā)電電廠核能電廠廠地?zé)犭姀S廠潮汐電廠廠風(fēng)力發(fā)電電11/15/202219電力并網(wǎng)網(wǎng)運行的的優(yōu)越性性減少系統(tǒng)統(tǒng)總備用用容量的的比重可采用高高效率的的大容量量機組可充分利利用水電電廠的水水能資源源可減少負(fù)負(fù)荷的峰峰值提高供電電可靠率率11/15/202220三電力力系統(tǒng)的的負(fù)荷用電設(shè)備備從電力力系統(tǒng)中中取用的的功率(有功與無無功)稱為負(fù)荷荷用負(fù)荷曲曲線表示示和反應(yīng)應(yīng)一天或或者一年年的用電電量（折折線法和和階梯法法)三類負(fù)荷荷11/15/202221第Ⅰ類負(fù)荷：：這類用用戶停電電將造成成人身事事故、設(shè)設(shè)備損壞壞、產(chǎn)品品報廢、、生產(chǎn)秩秩序長期期不能恢恢復(fù)、市市政生活活混亂等等。第Ⅱ類負(fù)荷：：該類負(fù)負(fù)荷供電電中斷將將造成用用戶大量量減產(chǎn)，，使人民民生活受受到影響響。第Ⅲ類負(fù)荷：：不屬于于第Ⅰ、Ⅱ類的負(fù)荷荷，如工工廠的附附屬車間間，小城城鎮(zhèn)及農(nóng)農(nóng)村公用用負(fù)荷等等。依據(jù)這種種分類，，供電部部門可以以采用不不同的技技術(shù)措施施，滿足足各類負(fù)負(fù)荷的供供電可靠靠性要求求11/15/202222所謂負(fù)荷荷曲線就就是指在在某一段段時間內(nèi)內(nèi)用電負(fù)負(fù)荷大小小隨時間間變化的的曲線圖圖。11/15/202223負(fù)荷曲線的最最高點和最低低點分別代表表日最大負(fù)荷荷和日最小負(fù)負(fù)荷，是電力力系統(tǒng)運行中中必須掌握的的重要數(shù)據(jù)。。11/15/202224四電力系統(tǒng)統(tǒng)運行特點及及要求電能的特點：：不能儲存（發(fā)發(fā)輸配送同時時完成）暫態(tài)過程非常常迅速電力與國家社社會關(guān)系密切切11/15/202225對電力系統(tǒng)運行行要求保證供電可靠靠性保證電能質(zhì)量量提高電力系統(tǒng)統(tǒng)運行經(jīng)濟(jì)性性11/15/202226電力系統(tǒng)的電電壓等級額定電壓：技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能能指標(biāo)都將發(fā)發(fā)揮得最好時時的標(biāo)準(zhǔn)電壓壓就稱為額定定電壓，同時，電力網(wǎng)應(yīng)有自自己的額定電電壓，并且規(guī)規(guī)定電力網(wǎng)的的額定電壓和和用電設(shè)備的的額定電壓相相一致。我國有自己制制定的一套適適合我國國情情的標(biāo)準(zhǔn)電壓壓11/15/202227課外作業(yè)發(fā)電廠，水水電廠生產(chǎn)產(chǎn)電能的原原理？電能有幾大大特點？對電力系統(tǒng)統(tǒng)的要求是是什么？動力系統(tǒng)及及電力系統(tǒng)統(tǒng)的區(qū)別是是什么？11/15/202228五發(fā)電電廠和變電電所的主接接線對主接線的的基本要求求保證供電可可靠性主接線應(yīng)簡簡單，明了了，運行靈靈活，操作作方便保證維護(hù)檢檢修基本安安全，方便便滿足擴建要要求力求一次投投資及年運運行費用低低11/15/202229單母線接線線方式優(yōu)點簡單清晰、、設(shè)備少、、投資小、、操作方便便、易于擴擴建等缺點可靠性和靈靈活性較差差，當(dāng)母線線或母線隔隔離開關(guān)檢檢修時，必必須斷開它它所接的全全部電源，，因此所有有出線也須須停電；此此外，當(dāng)線線路斷路器器檢修期間間，必須停停止該回路路的送電適用范圍：：6～220kV系統(tǒng)中只有有一臺發(fā)電電機或一臺臺主變壓器器，且出線線回路又不不多的中、、小型發(fā)電電廠或變電電所，、二二類它不能能滿足一負(fù)負(fù)荷的要求求11/15/20223011/15/202231單母母分分段段式式接接線線方方式式可靠靠性性較較單單母母接接線線式式要要高高分段段的的數(shù)數(shù)目目取取決決于于電電源源容容量量的的大大小小以以及及電電源源進(jìn)進(jìn)線線和和負(fù)負(fù)荷荷出出線線的的多多少少，，一一般般以以2～3段為為宜宜。。此此種種接接線線既既保保留留了了單單母母線線的的優(yōu)優(yōu)點點，，又又在在一一定定程程度度上上提提高高了了供供電電可可靠靠性性，，所所以以廣廣泛泛應(yīng)應(yīng)用用于于中中、、小小容容量量發(fā)發(fā)電電廠廠的的6～10kV接線線和和6～220kV變電電所所中中。11/15/20223211/15/202233帶旁路路母母線線的的單單母母線線接接線線方方式式優(yōu)點點：：提提高高了了供供電電可可靠靠性性，，便便于于檢檢修修缺點點：：投投資資高高，，配配電電裝裝置置復(fù)復(fù)雜雜廣泛泛地地用用于于出出線線數(shù)數(shù)較較多多的的110kV及以以上上的的高高壓壓配配電電裝裝置置中中，，因因為為這這些些線線路路電電壓壓等等級級高高、、輸輸送送功功率率較較大大、、送送電電距距離離較較遠(yuǎn)遠(yuǎn)、、停停電電影影響響較較大大，，同同時時高高壓壓斷斷路路器器每每臺臺檢檢修修時時間間也也較較長長。。11/15/20223411/15/202235雙母線線接線線方式式運行方方式靈靈活供電可可靠性性高擴建方方便雙母線線有許許多優(yōu)優(yōu)點，，在大大中型型發(fā)電電廠和和變電電所中中廣為為采用用，并并已積積累了了豐富富的運運行經(jīng)經(jīng)驗。。但這這種接接線使使用設(shè)設(shè)備較較多，，投資資較大大，配配電裝裝置較較復(fù)雜雜。11/15/20223611/15/202237圖1－17雙母線線分段段接線線圖圖1－18雙母線線帶旁旁路母母線接接線11/15/202238簡要要介介紹紹其其他他接接線線雙母母線線分分段段接接線線雙母母線線帶帶旁旁路路母母線線接接線線一臺臺半半斷斷路路器器接接線線變壓壓器器母母線線組組接接線線無匯匯流流母母線線接接線線單元元接接線線和和橋橋形形，，角角形形接接線線等等11/15/202239第二二章章電電力力系系統(tǒng)統(tǒng)短短路路故故障障分分析析主要要內(nèi)內(nèi)容容電力力系系統(tǒng)統(tǒng)短短路路故故障障分分析析和和計計算算以以及及短短路路電電流流的的電電動動力力和和發(fā)發(fā)熱熱分分析析學(xué)習(xí)習(xí)難難點點短路路故故障障分分析析計計算算學(xué)習(xí)習(xí)重重點點短路路故故障障分分析析計計算算和和短短路路電電流流的的電電動動力力電力力系系統(tǒng)統(tǒng)短短路路的的一一般般概概念念短路路的的種種類類短路路的的原原因因短路路對對設(shè)設(shè)備備和和系系統(tǒng)統(tǒng)的的危危害害短路路電電流流的的電電動動力力短路路電電流流的的發(fā)發(fā)熱熱特特點點和和發(fā)發(fā)熱熱分分析析11/15/202240一電電力系系統(tǒng)短路路故障分分析短路的定定義及種種類短路是相相與相之之間通過過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(或接中性性線)。三相系統(tǒng)統(tǒng)中短路路的基本本類型有有：三相相短路、、兩相短短路、單單相接地地短路(單相接地地)和兩相接接地短路路11/15/202241（a)三相短路路；(b)兩相短路路；(c)單相接地地短路；；(d)兩相接地地短路11/15/202242三相短路路是對稱稱短路，，因為此此時三相相電流和和電壓仍仍然是對對稱的(短路回路路的三相相阻抗相相等)，只是電電流大大大增加，，電壓大大大降低低而已。。上述幾種種基本類類型的短短路，除除三相短短路外都都是不對對稱短路路。因為為這時三三相處于于不同情情況下，，每相電電路中的的電流和和電壓的的數(shù)值不不相等，，其電流流與電壓壓夾角也也不相等等。上面面所說各各種短路路是指同同時在同同一地點點短路。。此外．．在電網(wǎng)網(wǎng)中還可可能在不不同地點點同時發(fā)發(fā)生短路路，如兩兩相在不不同地點點發(fā)生接接地短路路。在電電機和變變壓器中中還可能能發(fā)生一一相繞組組匝間短短路等。。11/15/202243二發(fā)生短短路的原因發(fā)生短路的主主要原因是電電氣設(shè)備載流流部分的絕緣緣被破壞。絕絕緣損壞多是是由于未及時時發(fā)現(xiàn)和消除除的設(shè)備缺陷陷，以及設(shè)計計、制造、安安裝和運行維維護(hù)不良所致致。如過電壓壓、設(shè)備直接接遭受雷擊、、絕緣材料老老化和機械損損傷等原因就就常使設(shè)備絕絕緣損壞而造造成短路。11/15/202244三短路對設(shè)設(shè)備和系統(tǒng)的的危害短路對設(shè)備的的危害，概括括起來一是電電流的熱效應(yīng)應(yīng)使設(shè)備燒壞壞，損壞絕緣緣；二是電動動力使設(shè)備變變形、毀壞。。對系統(tǒng)的危危害是使供電電受阻，甚至至造成系統(tǒng)穩(wěn)穩(wěn)定的破壞，，使之出現(xiàn)非非故障部分的的大面積停電電。短路也同同時引起電網(wǎng)網(wǎng)的電壓降低低，特別是靠靠近短路點處處降低得更多多，結(jié)果可能能導(dǎo)致部分或或全部用戶的的供電中斷11/15/202245短路時電壓下下降得越大，，持續(xù)時間越越長，對系統(tǒng)統(tǒng)穩(wěn)定運行的的破壞也越嚴(yán)嚴(yán)重。為了保證電力力系統(tǒng)中電氣氣設(shè)備安全可可靠地運行，，減輕一旦發(fā)發(fā)生短路時的的影響，除努努力設(shè)法消除除可能引起短短路的一切原原因外，還應(yīng)應(yīng)盡快切除短短路故障部分分，使系統(tǒng)電電壓在較短的的時間內(nèi)恢復(fù)復(fù)到正常值。。為此，可采采用快速動作作的繼電保護(hù)護(hù)裝置和跳閘閘時間短的斷斷路器。11/15/202246四短路分分析計算不對稱短路的的分析計算算，都是用用對稱分量量法將不對對稱量分解解為對稱系系統(tǒng)來計算算，因此三三相短路的的分析計算算是各種短短路故障分分析計算的的基礎(chǔ)，所所以短路故故障的分析析計算一般般是從三相相短路故障障開始。11/15/202247五短路電電流的電動動力及發(fā)熱熱分析在短路時，，特別是當(dāng)當(dāng)沖擊電流流通過電氣氣設(shè)備和載載流導(dǎo)體時時，電動力力可能達(dá)到到很大的數(shù)數(shù)值，以致致?lián)p壞電器器。因此，，電氣設(shè)備備和載流導(dǎo)導(dǎo)體必須具具有足夠的的機械強度度，能承受受短路時電電動力的作作用，即應(yīng)應(yīng)具有足夠夠的電動穩(wěn)穩(wěn)定性。11/15/202248當(dāng)任意截面面的兩根平平行導(dǎo)體中中有電流i1和i2流過時，導(dǎo)導(dǎo)體間的相相互作用力力如圖2—3所示，可用用下式計算算：式中i1和i2——導(dǎo)體中電流流瞬時值，，kA；L——平行導(dǎo)體長長度，cm；a——導(dǎo)體軸線間間距離，cm；K——導(dǎo)體形狀系系數(shù)；F——作用力，N。11/15/202249六短路電電流的熱效效應(yīng)電器和載流流導(dǎo)體在短短路電流流流過時，雖雖然因繼電電保護(hù)動作作將短路切切除，流過過短路電流流的時間很很短，但因因短路電流流超過正常常工作電流流很多倍，，溫度仍會會上升很高高。電器和和載流導(dǎo)體體在短路電電流流過時時間內(nèi)溫度度上升的最最高值，應(yīng)應(yīng)不超過短短時發(fā)熱的的容許溫度度。滿足此此條件，則則電器和載載流導(dǎo)體是是滿足熱穩(wěn)穩(wěn)定的。11/15/202250圖所所示示為為電電氣氣設(shè)設(shè)備備流流過過負(fù)負(fù)荷荷電電流流及及短短路路電電流流時時的的溫溫度度變變化化曲曲線線。。設(shè)設(shè)周周圍圍媒媒質(zhì)質(zhì)溫溫度度為為θ0，在零零時時刻刻到到t1時刻刻內(nèi)內(nèi)設(shè)設(shè)備備未未投投入入工工作作，，溫溫度度是是θ0。在在t1時刻刻到到t2時刻刻內(nèi)內(nèi)設(shè)設(shè)備備投投入入工工作作，，流流過過負(fù)負(fù)荷荷電電流流I1，溫度度上上升升到到島島θ1。時刻刻發(fā)發(fā)生生短短路路，，溫溫度度上上升升到到θk，到到t3時刻刻短短路路被被切切除除。。t3時刻刻以以后后，，假假如如設(shè)設(shè)備備退退出出工工作作，，溫溫度度逐逐漸漸下下降降到到θ011/15/202251七短短路路電電流流的的發(fā)發(fā)熱熱特