電力工程課件(自編)第部分

山東建筑大學(xué)尹春inchunjie@126.com

電力工程

ELECTRICPOWERENGINEERING

（第1部分電力系統(tǒng)概述）

2023/2/3。主要參考書目1、教學(xué)方法：

教材自讀、課堂講解、課程實驗相結(jié)合。2、考評方法考勤（10%）

缺課嚴(yán)格按相關(guān)規(guī)定處理。平日作業(yè)（10%）

每次課后留作業(yè)，由課代表負(fù)責(zé)收集。章節(jié)測驗

每一大部分內(nèi)容結(jié)束后舉行課堂測驗。課程實驗（10%）課程考試（70%）

教學(xué)方法與考評辦法3、課程說明

共48學(xué)時，3學(xué)分，考試課；課堂共40學(xué)時，共上14次課，每次3節(jié)；課程實驗8學(xué)時，開3-4個課程實驗，占用課余時間。教學(xué)方法與考評辦法2023/2/3主要內(nèi)容前言概述電氣主接線（發(fā)電廠、變電站）電力設(shè)備（線路、變壓器、斷路器、刀閘、互感器）電力系統(tǒng)主接線形式電力負(fù)荷特性分析電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析（潮流、頻率、電壓）電力系統(tǒng)暫態(tài)分析（對稱故障、不對稱故障）電力系統(tǒng)自動化技術(shù)與裝備(檢測、控制、保護）直流輸電技術(shù)與裝備（選講）新能源發(fā)電技術(shù)與裝備（選講）1、電的發(fā)展歷程前言

前言

前言

前言2、電力系統(tǒng)的出現(xiàn)1882年美國紐約珍珠街電廠：直流；發(fā)電機-線路-電燈前言

前言前言3、我國電力工業(yè)的發(fā)展歷程及現(xiàn)狀

1882年在上海第一次裝機發(fā)電。

目前已發(fā)展成為世界最大的電力系統(tǒng)之一。“西電東送”工程促進電力系統(tǒng)跳躍式發(fā)展。

前言

前言

前言本段小結(jié)：

*電的產(chǎn)生

*電力系統(tǒng)的產(chǎn)生

*電力系統(tǒng)的發(fā)展前言*電力系統(tǒng)工作原理描述

第1章概述

1、電力系統(tǒng)基本構(gòu)成

發(fā)電、變電、輸電、配電、用電五大環(huán)節(jié)。第1章概述*電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖第1章概述1.1、發(fā)電電能不是自然存在的能源型式；在發(fā)電廠實現(xiàn)其它能源型式向電能的轉(zhuǎn)換；電能是一種潔凈的二次能源。火力發(fā)電水力發(fā)電核電風(fēng)電、光電、其它截至2007年底，中國電力裝機容量達到7.13億千瓦：

火電：5.54億千瓦，占77.70%

水電：1.45億千瓦，占20.34%核電：885萬千瓦，占1.24%（11臺）風(fēng)電：403萬千瓦，占0.57%

第1章概述預(yù)計到2020年全國需要的發(fā)電量為4.3萬億kWh，相應(yīng)的裝機容量為9.5億kW左右。煤電為6億kW，占63%(電量3萬億kWh，占4.3萬億kWh的70%)；水電2億kW，占21.1%(電量為7000億kWh，占16%)；抽水蓄能電站2500萬kW，占2.6%；新能源發(fā)電裝機2.9億kW，約占總裝機的17%。核電裝機將達到8600萬kW，占5%風(fēng)電裝機接近1.5億kW，太陽能發(fā)電裝機將達到2000萬kW，生物質(zhì)能發(fā)電裝機將達到3000萬kW。第1章概述

第1章概述我國首座裝備4臺國產(chǎn)100萬千瓦超超臨界機組的浙江華能玉環(huán)電廠三峽水電站總裝機容量達1820萬kW,70萬kW機組26臺,

2009年全部投產(chǎn)年均發(fā)電量847億千瓦

第1章概述新疆達坂城2號風(fēng)電場裝有157臺風(fēng)機,總?cè)萘窟_8.28萬kW,

是中國最早開發(fā)和規(guī)模最大的風(fēng)電場之一江蘇連云港田灣核電站2臺106萬千瓦的機組于2007年投入商業(yè)運行，俄羅斯設(shè)計。1.2、輸電

電能從發(fā)電廠產(chǎn)生后，經(jīng)過升壓變壓器提升電壓，通過輸電網(wǎng)向用電區(qū)域傳送。有代表性的：

*特/超高壓交流輸電

1000KV、750KV、500KV、330KV、220KV

*直流輸電

800KV、660KV

典型特點：電壓高、距離遠、容量大。

*發(fā)展機遇：智能電網(wǎng)建設(shè)、西電東送工程近年我國特高壓交、直流輸電網(wǎng)的建設(shè)突飛猛進，特高壓技術(shù)研究與裝備制造水平也躍居世界前列。第1章概述1.3、變電

電能從發(fā)廠產(chǎn)生、經(jīng)電壓抬升后通過輸電網(wǎng)完成遠距離傳輸，到達用電區(qū)域后，經(jīng)變電站進行降壓。

典型的：500KV、330KV、220KV、110KV等。變電站廣泛分布、技術(shù)密集，是電力系統(tǒng)重要組成部分。

第1章概述1.4、配電

電能經(jīng)變電站降壓后，繼續(xù)向用電端進行輸送。通常把電力系統(tǒng)中終端降壓變電站低壓側(cè)直接或再經(jīng)二次降壓后向用戶直接供電的電力網(wǎng)絡(luò)稱為配電網(wǎng)，電壓等級一般在110KV及以下。

高壓配電網(wǎng)：110KV、66KV、35KV

中壓配電網(wǎng)：10KV、6KV、1KV

低壓配電網(wǎng)：660V、380V*配電網(wǎng)特點：深入負(fù)荷密度較大的區(qū)域（如城市、工業(yè)區(qū)、居民區(qū)）；單線路容量不大、距離較短；分布廣泛。第1章概述*常用的配電網(wǎng)型式：

放射型（輻射狀、樹狀）、環(huán)型、網(wǎng)格型第1章概述1.5、電力系統(tǒng)基本要求

*穩(wěn)定性

實際運行的電力系統(tǒng)是各區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)、多類型電廠同步運行的一個大系統(tǒng)，穩(wěn)定性必須首先保證。

*安全性

設(shè)備安全、人身安全。

*可靠性

必須連續(xù)、穩(wěn)定地向用戶輸送電能。

*高效性

電能的產(chǎn)生及輸送、轉(zhuǎn)換過程必須保證較高的效率，降低各環(huán)節(jié)的能源損失。第1章概述1.6、電力系統(tǒng)調(diào)度管理體系

電力網(wǎng)是一個互聯(lián)互通的大系統(tǒng)，必須進行統(tǒng)一的調(diào)度管理。我國建立五級電網(wǎng)調(diào)度體系，以電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)為主要技術(shù)支撐手段，對整個電網(wǎng)實施一體化的調(diào)度管理。國調(diào)：

國調(diào)中心設(shè)立于國家電網(wǎng)公司。通過計算機數(shù)據(jù)通信與各大區(qū)調(diào)度中心相連接，協(xié)調(diào)確定各大區(qū)之間的聯(lián)絡(luò)線潮流和運行方式，監(jiān)視、統(tǒng)計和分析全國電網(wǎng)的運行情況。

網(wǎng)調(diào)：

分設(shè)于國家電網(wǎng)公司下屬東北、華北、華中、華東、西北5大電網(wǎng)公司。按統(tǒng)一調(diào)度、分級管理原則，負(fù)責(zé)超高壓網(wǎng)的安全運行并按規(guī)定的發(fā)電計劃及監(jiān)控原則進行管理，提高電能質(zhì)量和經(jīng)濟運行水平。第1章概述省調(diào)：

分設(shè)于各省、自治區(qū)、直轄市電網(wǎng)公司，按統(tǒng)一調(diào)度、分級管理原則，負(fù)責(zé)本省內(nèi)電網(wǎng)的安全運行并按規(guī)定的發(fā)電計劃及監(jiān)控原則進行管理，提高電能質(zhì)量和經(jīng)濟運行水平。地調(diào)：

分設(shè)于各地級市供電公司，采集當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的各種信息，進行安全檢測，進行有關(guān)站點開關(guān)的遠方操作，變壓器分接頭的調(diào)節(jié)，電力電容器的投切等?？h調(diào)：

分設(shè)于各縣級市供電局，為我國電網(wǎng)調(diào)度的最低級，主要監(jiān)控10KV及以下農(nóng)村電網(wǎng)的運行。第1章概述1.7、電力調(diào)度自動化系統(tǒng)*輸變電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）

現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時采集，采集各種部件（變壓器、線路等）的電壓、電流、功率等和各斷路器的分、合狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)視和控制。*輸變電網(wǎng)能源管理系統(tǒng)（EMS）

根據(jù)實時采集數(shù)據(jù)，進行各種模擬和計算，決定安全和經(jīng)濟運行方式。配合各種高級軟件，實現(xiàn)狀態(tài)估計、潮流計算、經(jīng)濟運行計算、靜態(tài)安全運行分析、動態(tài)安全運行分析。第1章概述

電力調(diào)度自動化系統(tǒng)示意圖第1章概述*本段小結(jié)電力系統(tǒng)基本構(gòu)成電力系統(tǒng)基本要求電力調(diào)度體系及電力調(diào)度自動化系統(tǒng)第1章概述2、電力系統(tǒng)電氣接線圖與地理接線圖了解某一區(qū)域的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，最主要有兩張圖。2.1電氣接線圖：從電氣上描述各部分和設(shè)備的連接關(guān)系。第1章概述第1章概述第1章概述2.2地理接線圖：從地理上描述各部分和設(shè)備的連接關(guān)系。第1章概述

第1章概述第1章概述3、主要電力設(shè)備類型

發(fā)、輸、變、配電一次及二次電力設(shè)備。3.1典型的一次設(shè)備

*發(fā)電設(shè)備：發(fā)電機*

饋出/聯(lián)絡(luò)線：電力電纜、架空線路、鐵塔等

*電力變壓器：在電網(wǎng)變電站中實現(xiàn)電壓升、降變換。

*高壓電力開關(guān)設(shè)備：戶內(nèi)開關(guān)、戶外開關(guān)

*高壓電網(wǎng)檢測設(shè)備：電壓互感器、電流互感器

*補償設(shè)備：調(diào)相機、電力電容器、電抗器

*安防保護設(shè)備：避雷器、熔斷器3.2、二次設(shè)備

用以實現(xiàn)測量、控制、保護、計量、通訊的各種設(shè)備及相關(guān)配套設(shè)備（如直流供電設(shè)備、UPS設(shè)備等）。第1章概述

第1章概述

第1章概述

第1章概述4、電力系統(tǒng)基本參量及電壓等級選取4.1、基本參量第1章概述4.2、標(biāo)準(zhǔn)電壓等級及分類第1章概述2023/2/34.3、電壓分布及電壓等級選取第1章概述電力設(shè)備額定電壓選取依據(jù)：第1章概述電力設(shè)備額定電壓等級：第1章概述電壓等級選取原則：

*關(guān)于部分城市試點20KV的說明。第1章概述

第1章概述4.4、供電質(zhì)量要求*電力工作，安全重于泰山：人身、電力系統(tǒng)、設(shè)備第1章概述5、標(biāo)幺值計算方法5.1、有名值與標(biāo)幺值*有名值：實際數(shù)字與明確的物理量綱相結(jié)合。如:電壓(V/KV)、電流(A/KA)、功率(W/KW/、VA/KVA、VAR/KVAR)、阻抗(歐姆)等。*有名值基本電路運算關(guān)系單相電路三相電路:U-線電壓、I-線(相)電流、S-三相功率、Z-阻抗

UP-相電壓、SP-單相功率！單相、三相電路中S、U、I、Z運算關(guān)系不同。第1章概述第1章概述*標(biāo)幺值*標(biāo)幺值運算關(guān)系定義：約束：標(biāo)幺制運算關(guān)系：特點：單相、三相平衡電路關(guān)系式一致，簡化計算過程；物理意義不清晰；基準(zhǔn)值選取不同，計算結(jié)果不同。5.2、基準(zhǔn)值選取原則基本電氣量：

電壓UB、容量SB電流IB、阻抗ZB通常給定：基準(zhǔn)電壓UB：額定電壓基準(zhǔn)容量SB：100MVAIB、

ZB應(yīng)滿足：注：四個基準(zhǔn)值只有兩個自由量。

第1章概述5.3、典型設(shè)備標(biāo)幺值換算基準(zhǔn)值不同時，應(yīng)進行折算。5.3.1、發(fā)電機標(biāo)幺值換算一般性公式推導(dǎo)：A、根據(jù)SN、UN、X*N，計算XN；B、選定SB、UB，計算ZB;C、計算出X*B。第1章概述5.3.2、變壓器標(biāo)幺值換算第1章概述5.3.3、電抗器標(biāo)幺值換算第1章概述5.4、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中標(biāo)幺值折算整個網(wǎng)絡(luò)中基準(zhǔn)值選取必須一致：

容量基準(zhǔn)SB：100MVA;(1000MVA)

電壓基準(zhǔn)UB：選定線路中某段為基準(zhǔn)，一般選最高電壓。5.4.1、精確計算法：按基準(zhǔn)電壓、容量進行精確計算

歸一法：將有名值歸算到統(tǒng)一電壓，在同一基準(zhǔn)折算；

擴散法：由基本段的電壓及變壓器變比計算出各段的基

準(zhǔn)電壓，各段以此為基準(zhǔn)進行折算。第1章概述歸一法計算過程示例(P12)圖1-17所示系統(tǒng)中，選取統(tǒng)一基準(zhǔn)電壓UB2,基準(zhǔn)容量SB.采用歸一法按順序依次進行折算：發(fā)電機、T1、II線路、T2、電抗器、III線路第1章概述第1章概述第1章概述第1章概述

第1章概述注：公式難以記憶，應(yīng)掌握一般性公式的推導(dǎo)方法。擴散法計算過程說明1、選定全系統(tǒng)最高電壓UB2為系統(tǒng)統(tǒng)一的基準(zhǔn)電壓；2、根據(jù)T1變比K1=121/10.5,折算I側(cè)基準(zhǔn)電壓UB1=UB2/K1;3、根據(jù)T2變比K2=110/6.6,折算III側(cè)基準(zhǔn)電壓UB3=UB2/K2;4、全系統(tǒng)各段的容量基準(zhǔn)統(tǒng)一選定為：SB1=SB2=SB3=100MVA.5、各段采用選定的電壓基準(zhǔn)、容量基準(zhǔn)分別進行折算。注：擴算法計算結(jié)果應(yīng)與歸一法相同。

第1章概述5.4