電力系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

電力系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)?、八 、刖言、電力系統(tǒng)的組成電能是現(xiàn)代社會(huì)中最重要、也是最方便的能源。電能具有很多優(yōu)點(diǎn)，它可以方便地轉(zhuǎn)化為別的能源形式，例如，機(jī)械能、熱能、光能、化學(xué)能等；它的輸送和分配易于實(shí)現(xiàn)；它的應(yīng)用規(guī)模也很靈活。因此，電能被極其廣泛地應(yīng)用于工業(yè)農(nóng)業(yè)，交通運(yùn)輸業(yè)，商業(yè)貿(mào)易，通信以及人民的日常生活中。以電作為動(dòng)力，可以促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，保證產(chǎn)品質(zhì)量，大幅度提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。還要指出，提高電氣化程度，以電能代替其他形式的能量，使節(jié)約總能源消耗的一個(gè)重要途徑。發(fā)電廠把別種形式的能量轉(zhuǎn)換成電能，電能經(jīng)過變壓器和不同電壓等級的輸電線路輸送并分配給用戶，再通過各種用電設(shè)備轉(zhuǎn)換成適合用戶需要的別種能量。這些生產(chǎn)、輸送、分配和消費(fèi)電能的各種電氣設(shè)備連接在一起而組成的整體稱為電力系統(tǒng)?；痣姀S的、汽輪機(jī)、鍋爐、供熱管道和熱用戶，水電廠的水輪機(jī)和水庫等則屬于電能生產(chǎn)相尖的動(dòng)力部分。電力系統(tǒng)中輸送和分配電能的部分稱為電力網(wǎng)，它包括升降變壓器和各種電壓等級的輸電線路。在交流電力系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)、變壓器、輸配電設(shè)備都是三相的這些設(shè)備之間的連接狀況，可以用電力系統(tǒng)接線圖來表示。為了簡單起見，電力系統(tǒng)接線圖一般都是畫成單線的。由于電工技術(shù)的發(fā)展，直流輸電作為一種補(bǔ)充的輸電方式得到了實(shí)際應(yīng)用。 在交流電力系統(tǒng)內(nèi)或者在兩個(gè)交流電力系統(tǒng)之間嵌入直流輸電系統(tǒng)，便構(gòu)成了現(xiàn)代交直流聯(lián)合系統(tǒng)。直流輸電系統(tǒng)由換流設(shè)備、直流線路以及相尖的附屬設(shè)備組成。電氣設(shè)備都是按照指定的電壓和頻率來進(jìn)行設(shè)計(jì)制造的，這個(gè)指定的電壓和頻率，稱為電氣設(shè)備的額定電壓和額定頻率。當(dāng)電氣設(shè)備在此電壓和頻率下運(yùn)行時(shí)，將具有很好的技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)效果。那么對電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求是什么呢？電力系統(tǒng)是電能的生產(chǎn)、輸送、分配和消費(fèi)的各環(huán)節(jié)組成的一個(gè)整體。與別的工業(yè)系統(tǒng)相比，電力系統(tǒng)的運(yùn)行具有如下的明顯特點(diǎn)。（1） 電能不能大量儲存。電能的生產(chǎn)、輸送、分配和消費(fèi)實(shí)際上是同時(shí)進(jìn)行的。電力系統(tǒng)中，發(fā)電廠在任何時(shí)刻閥發(fā)出的功率等于該時(shí)刻用電設(shè)備所需的功率，輸送和分配環(huán)節(jié)中的功率損失之和。（2） 電力系統(tǒng)的暫態(tài)過程非常短促。電力系統(tǒng)從一種運(yùn)行狀態(tài)到另一種運(yùn)行狀態(tài)的過渡極為迅速。（3） 與國民經(jīng)濟(jì)的各部門及人民日常生活有著極為密切的尖系。供電的突然中斷會(huì)帶來很嚴(yán)重的后果。對電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求是：（1）保證安全可靠的供電；（2）要有合乎要求的電能質(zhì)量；（3）要有良好的經(jīng)濟(jì)性；（4）盡可能減小對生態(tài)環(huán)境的有害影響。保證安全可靠地發(fā)、供電是對電力系統(tǒng)運(yùn)行的首要要求。在運(yùn)行過程中，供電突然中斷大多由事故引起。必須從各個(gè)方面采取措施以防止和減少事故的發(fā)生，例如，要嚴(yán)密監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和認(rèn)真維修設(shè)備以減少其事故，要不斷提高運(yùn)行人員的技術(shù)水平以防止人為事故。為了提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性，還必須配備足夠的有功功率電源和無功功率電源；完善電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，提高電力系統(tǒng)抵抗干擾的能力，增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性；利用計(jì)算機(jī)對系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行安全監(jiān)視和控制等。整個(gè)地提高電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行水平，就為保證對用戶的部間斷供電創(chuàng)造了最基本的條件。根據(jù)用戶對供電可靠性的不同要求，目前我國將負(fù)荷分為以下三級：第一級負(fù)荷。對這一級負(fù)荷中斷供電的后果是極為嚴(yán)重的。例如，可能發(fā)生危及人身安全的事故；使工業(yè)生產(chǎn)中的尖鍵設(shè)備遭到難以修復(fù)的損壞，以致生產(chǎn)秩序長期不能恢復(fù)正常，造成國民經(jīng)濟(jì)的重大的損失；使市政生活的重要部門發(fā)生混亂等。第二級負(fù)荷。對這一級負(fù)荷中斷供電將造成大量減產(chǎn)，使城市中大量居民的正?；顒?dòng)受到影響等。第三級負(fù)荷。不屬于第一、第二級，停電影響不大的其它負(fù)荷屬于第三級負(fù)荷，如工廠的附屬車間，小城鎮(zhèn)和農(nóng)村的公共負(fù)荷等。對這一級的短時(shí)供電中斷不會(huì)造成重大的損失。對于以上三個(gè)級別的負(fù)荷，可以根據(jù)不同的具體情況分別采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施來滿足他們對供電可靠性的要求。電壓和頻率是電氣設(shè)備設(shè)計(jì)和制造的基本技術(shù)參數(shù)，也是衡量電能質(zhì)量的兩個(gè)基本的指標(biāo)。我國采用的額定頻率為50Hz，正常運(yùn)行時(shí)允許的偏移為+-0.2到+-0.5HZ。用戶供電電壓的允許偏移對于35kV及以上電壓等級為額定值得+-5%，10kV供電電壓不超過4%,0?38kV電壓不超過5%。電壓和頻率超出允許偏移時(shí)，不僅會(huì)造成廢品和減產(chǎn)，還會(huì)影響用電設(shè)備的安全，嚴(yán)重時(shí)會(huì)危及整個(gè)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。頻率主要決定于系統(tǒng)中的有功功率平衡，系統(tǒng)發(fā)出的有功功率不足，頻率就偏低。電壓則主要決定系統(tǒng)中的無功功率平衡，無功功率不足是電壓就偏低。因此，要保證良好的電能質(zhì)量，尖鍵在于系統(tǒng)發(fā)出的用功功率和無功率都應(yīng)滿足在額定頻率和額定電壓下的功率平衡要求。電源要配置得當(dāng)，還要有適當(dāng)?shù)恼{(diào)整手段。對系統(tǒng)中的“諧波污染源”要進(jìn)行有效的限制和治理。電能生產(chǎn)的規(guī)模很大，消耗的能源在國民經(jīng)濟(jì)能源總消耗中占的比重很大，而且電能又是國民經(jīng)濟(jì)的大多數(shù)生產(chǎn)部門的主要?jiǎng)恿?。因此，提高電能生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性具有十分重要的意義。為了提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，必須盡量地降低發(fā)電廠的煤耗率（水耗率）。廠用電率和電力網(wǎng)的損耗率。這就是說，要就在電能的生產(chǎn)、輸送和分配過程中減少耗費(fèi)，提高效率。為此，應(yīng)做好規(guī)劃設(shè)計(jì)，合理利用能源；采用高效率低損耗設(shè)備；采取措施降低網(wǎng)損；實(shí)行經(jīng)濟(jì)調(diào)度等等。目前我國火電裝機(jī)占總裝機(jī)容量的70%以上，在今后相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)火電廠發(fā)電用一次能源仍以煤炭為主，煤炭燃燒會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、粉塵和廢渣等，這些排放物都會(huì)對生態(tài)環(huán)境造成有害的影響。因此，限制污染物的排放量，使電能生產(chǎn)符合環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，也是對電力系統(tǒng)運(yùn)行的一項(xiàng)基本要求。為了滿足這些要求我們要做的事很多，我的設(shè)計(jì)主要是為保證線路的正常運(yùn)行，在出現(xiàn)故障是能準(zhǔn)確的找到在線路的什么位置，及時(shí)地排除故障，恢復(fù)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。電力系統(tǒng)的接線體廠的主接線、變電所的主接線和電力網(wǎng)的接線。這里對電力網(wǎng)的接線方式作簡要的介紹。電力網(wǎng)的接線方式通常按供電可靠性分為無備用和有備用兩類。無備用接線網(wǎng)絡(luò)中，每一個(gè)負(fù)荷只能靠一條線路取得電能，單回路放射式、干線式和樹狀式。這類接線的特點(diǎn)是簡單，設(shè)備費(fèi)用較少，運(yùn)行方便。缺點(diǎn)是供電可靠性比較低，任一段線路發(fā)生故障或檢修時(shí)，都要中斷部分用戶的供電。在干線式和樹狀網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)線路較長時(shí)，線路末端電壓往往偏低。在有備用的接線方式中，最簡單的一類是在上述無備用網(wǎng)絡(luò)中的每一段線路上都采用雙回路。這類接線同樣具有簡單和運(yùn)行方便的特點(diǎn)，而且供電可靠性和電壓質(zhì)量都有明顯的提高，其缺點(diǎn)是設(shè)備費(fèi)用增多。電力系統(tǒng)中各部分電力網(wǎng)擔(dān)負(fù)著不同的職能，因此對其接線方式的要求也不一樣。電力網(wǎng)按其職能可以分為輸電網(wǎng)絡(luò)和配電網(wǎng)絡(luò)。輸電網(wǎng)絡(luò)的主要任務(wù)是，將大容量發(fā)電廠的電能可靠而經(jīng)濟(jì)地輸送到負(fù)荷集中的地區(qū)。輸電網(wǎng)絡(luò)通常由電力系統(tǒng)中電壓等級最高的一級或兩級電力線路組成。系統(tǒng)中的區(qū)域發(fā)電廠（經(jīng)升壓站）和樞紐變電所通過輸電網(wǎng)絡(luò)相互聯(lián)接。對輸電網(wǎng)絡(luò)接線方式的要求主要是，應(yīng)有足夠的可靠性，要滿足電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的要求，要有助于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度，要具有對運(yùn)行方式變更和系統(tǒng)發(fā)展的適應(yīng)性等。用于聯(lián)接遠(yuǎn)離負(fù)荷中心地區(qū)的大型發(fā)電廠的輸電干線和向缺乏電源的負(fù)荷集中地區(qū)供電的輸電干線，通常采用雙回路或多回路。位于負(fù)荷中心地區(qū)的大型發(fā)電廠和樞紐變電所一般是通過環(huán)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。配電網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)是分配電能。配電線路的額定電壓一般為0?4~35kV,有些負(fù)荷密度較大的大城市也采用llOkV,以至220kV。配電網(wǎng)絡(luò)的電源點(diǎn)是發(fā)電廠相應(yīng)電壓級的母線，負(fù)荷點(diǎn)則是低一級的變電所或者直接為用電設(shè)備。實(shí)際電力系統(tǒng)的配電網(wǎng)絡(luò)比較復(fù)雜，往往是同接線方式的網(wǎng)絡(luò)組成的。在選擇接線方式時(shí)，必須考慮的主要因素是，滿足用戶對供電可靠性和電壓質(zhì)量的要求，運(yùn)行要靈活方便，要有好的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等等。一般要對多種可能的接線方式進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后才能確定。我在本設(shè)計(jì)中重點(diǎn)考慮的是輸電網(wǎng)絡(luò)。即輸電網(wǎng)絡(luò)上的兩相短路接地故障。二、對短路的介紹電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的破壞多半是又短路故障引起的。發(fā)生短路時(shí)，系統(tǒng)從一種狀態(tài)劇變到另一種狀態(tài)，并伴隨產(chǎn)生復(fù)雜的暫態(tài)現(xiàn)象，下面我們就來介紹一下短路。短路是電力系統(tǒng)的嚴(yán)重后果?所謂短路，是指一切的相與相之間或相與地（對于中性點(diǎn)接地的系統(tǒng)）發(fā)生通路的情況。電力系統(tǒng)在運(yùn)行中，相與相之間或相與地（或中性線）之間發(fā)生非正常連接（即短路）時(shí)流過的電流。其值可遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于額定電流，并取決于短路點(diǎn)距電源的電氣距離。例如，在發(fā)電機(jī)端發(fā)生短路時(shí)，流過發(fā)電機(jī)的短路電流最大瞬時(shí)值可達(dá)額定電流的10?15倍。大容量電力系統(tǒng)中，短路電流可達(dá)數(shù)萬安。這會(huì)對電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成嚴(yán)重影響和后果。三相系統(tǒng)中發(fā)生的短路有4種基本類型：三相短路，兩相短路，單相對地短路和兩相對地短路。其中，除三相短路時(shí)，三相回路依舊對稱，因而又稱對稱短路外，其余三類均屬不對稱短路。在中性點(diǎn)接地的電力網(wǎng)絡(luò)中，以一相對地的短路故障最多，約占全部故障的90%。在中性點(diǎn)非直接接地的電力網(wǎng)絡(luò)中，短路故障主要是各種相間短路發(fā)生短路時(shí)，電力系統(tǒng)從正常的穩(wěn)定狀態(tài)過渡到短路的穩(wěn)定狀態(tài)，一般需 3?5秒。在這一暫態(tài)過程中，短路電流的變化很復(fù)雜。它有多種分量，其計(jì)算需采用電子計(jì)算機(jī)。在短路后約半個(gè)周波（0.01秒）時(shí)將出現(xiàn)短路電流的最大瞬時(shí)值，稱為沖擊電流。它會(huì)產(chǎn)生很大的電動(dòng)力，其大小可用來校驗(yàn)電工設(shè)備在發(fā)生短路時(shí)機(jī)械應(yīng)力的動(dòng)穩(wěn)定性。短路電流的分析、計(jì)算是電力系統(tǒng)分析的重要內(nèi)容之一。它為電力系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)和運(yùn)行中選擇電工設(shè)備、整定繼電保護(hù)、分析事故提供了有效手段。電力系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，在各類型的短路中，單相短路占大多數(shù)，兩相