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)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；4一高壓電動機(jī)；5－照明負(fù)荷；6－低壓電動機(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)

3/22/20236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(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)電能又能向用戶提供熱能，效率高3/22/202310我國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，由于于做過功的蒸汽汽(稱為乏汽)中仍含有熱量量，被凝結(jié)成水水時，這些熱量量基本上被循環(huán)環(huán)水帶出變成熱熱損失，因而這這種類型電廠效效率不高，先進(jìn)進(jìn)的電廠其效率率也不過37％％～40％，凝凝汽式火力發(fā)電電廠生產(chǎn)過程見見圖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，水水電廠的開發(fā)發(fā)方式分為堤堤壩式、引水水式及混合式式三類，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，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。。3/16/202317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(jī)的的螺旋形形蝸殼，，推動水水輪機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，帶動動發(fā)電機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)動，，把機(jī)械械能變?yōu)闉殡娔?。。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。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)運運行的優(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(有功與與無功)稱為負(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)三類負(fù)荷3/16/202321第Ⅰ類負(fù)負(fù)荷：這這類用戶戶停電將將造成人人身事故故、設(shè)備備損壞、、產(chǎn)品報報廢、生生產(chǎn)秩序序長期不不能恢復(fù)復(fù)、市政政生活混混亂等。。第Ⅱ類負(fù)負(fù)荷：該該類負(fù)荷荷供電中中斷將造造成用戶戶大量減減產(chǎn)，使使人民生生活受到到影響。。第Ⅲ類負(fù)負(fù)荷：不不屬于第第Ⅰ、ⅡⅡ類的負(fù)負(fù)荷，如如工廠的的附屬車車間，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，，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3/16/202322所謂負(fù)荷曲線就是是指在某一段時間間內(nèi)用電負(fù)荷大小小隨時間變化的曲曲線圖。3/16/202323負(fù)荷曲線的最高點點和最低點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)運行特特點及要求求電能的特點點：不能儲存（（發(fā)輸配送送同時完成成）暫態(tài)過程非非常迅速電力與國家家社會關(guān)系系密切3/16/202325對電力系統(tǒng)統(tǒng)運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)運行經(jīng)經(jīng)濟(jì)性3/16/202326電力系統(tǒng)的電壓壓等級額定電壓：技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能指指標(biāo)都將發(fā)揮得得最好時的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)電壓就稱為額額定電壓，同時，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。我國有自己制定定的一套適合我我國國情的標(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？對電力系統(tǒng)的的要求是什么么？動力系統(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主接線的基基本要求保證供電可靠靠性主接線應(yīng)簡單單，明了，運運行靈活，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行費費用低3/16/202329單母線接線方方式優(yōu)點簡單清晰、設(shè)設(shè)備少、投資資小、操作方方便、易于擴(kuò)擴(kuò)建等缺點可靠性和靈活活性較差，當(dāng)當(dāng)母線或母線線隔離開關(guān)檢檢修時，必須須斷開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)中只只有一臺發(fā)電電機(jī)或一臺主主變壓器，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，，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：提高高了供電可可靠性，便便于檢修缺點：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，因因為這些線線路電壓等等級高、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，，同時高壓壓斷路器每每臺檢修時時間也較長長。3/16/2023343/16/202335雙母線接線方方式運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，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行行經(jīng)驗。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半斷路器接接線變壓器母線組接接線無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算算以及短短路電流流的電動動力和發(fā)發(fā)熱分析析學(xué)習(xí)難點點短路故障障分析計計算學(xué)習(xí)重點點短路故障障分析計計算和短短路電流流的電動動力電力系統(tǒng)統(tǒng)短路的的一般概概念短路的種種類短路的原原因短路對設(shè)設(shè)備和系系統(tǒng)的危危害短路電流流的電動動力短路電流流的發(fā)熱熱特點和和發(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(或接接中性線線)。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稱短路路，因為此此時三相電電流和電壓壓仍然是對對稱的(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。上述幾種基基本類型的的短路，除除三相短路路外都是不不對稱短路路。因為這這時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。上面面所說各種種短路是指指同時在同同一地點短短路。此外外．在電網(wǎng)網(wǎng)中還可能能在不同地地點同時發(fā)發(fā)生短路，，如兩相在在不同地點點發(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發(fā)發(fā)現(xiàn)和消除除的設(shè)備缺缺陷，以及及設(shè)計、制制造、安裝裝和運行維維護(hù)不良所所致。如過過電壓、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。3/16/202344三短路對設(shè)備備和系統(tǒng)的危害害短路對設(shè)備的危危害，概括起來來一是電流的熱熱效應(yīng)使設(shè)備燒燒壞，損壞絕緣緣；二是電動力力使設(shè)備變形、、毀壞。對系統(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。短路也同同時引起電網(wǎng)的的電壓降低，特特別是靠近短路路點處降低得更更多，結(jié)果可能能導(dǎo)致部分或全全部用戶的供電電中斷3/16/202345短路時電壓下降降得越大，持續(xù)續(xù)時間越長，對對系統(tǒng)穩(wěn)定運行行的破壞也越嚴(yán)嚴(yán)重。為了保證電力系系統(tǒng)中電氣設(shè)備備安全可靠地運運行，減輕一旦旦發(fā)生短路時的的影響，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)電壓在在較短的時間內(nèi)內(nèi)恢復(fù)到正常值值。為此，可采采用快速動作的的繼電保護(hù)裝置置和跳閘時間短短的斷路器。3/16/202346四短路分析析計算不對稱短路的分分析計算，都都是用對稱分分量法將不對對稱量分解為為對稱系統(tǒng)來來計算，因此此三相短路的的分析計算是是各種短路故故障分析計算算的基礎(chǔ)，所所以短路故障障的分析計算算一般是從三三相短路故障障開始。3/16/202347五短路電流的電電動力及發(fā)熱分析析在短路時，特別是是當(dāng)沖擊電流通過過電氣設(shè)備和載流流導(dǎo)體時，電動力力可能達(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，能能承受短路時電動動力的作用，即應(yīng)應(yīng)具有足夠的電動動穩(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流過時，，導(dǎo)體間的的相互作用用力如圖2—3所示示，可用下下式計算：：式中i1和和i2———導(dǎo)體中電電流瞬時值值，kA；；L——平行行導(dǎo)體長度度，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時，，雖然因因繼電保保護(hù)動作作將短路路切除，，流過短短路電流流的時間間很短，，但因短短路電流流超過正正常工作作電流很很多倍，，溫度仍仍會上升升很高。。電器和和載流導(dǎo)導(dǎo)體在短短路電流流流過時時間內(nèi)溫溫度上升升的最高高值，應(yīng)應(yīng)不超過過短時發(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)備流過負(fù)負(fù)荷電流及短短路電流時的的溫度變化曲曲線。設(shè)周圍圍媒質(zhì)溫度為為θ0，在零零時刻到t1時刻內(nèi)設(shè)備備未投入工作作，溫度是θθ0。在t