電氣工程基礎(chǔ)1課件

第一章緒論第一節(jié)電力系統(tǒng)開展概況及前景第二節(jié)電力系統(tǒng)根本概念第三節(jié)電能質(zhì)量指標第四節(jié)電力系統(tǒng)的電壓等級及其選擇第五節(jié)電力系統(tǒng)中性點接地第一節(jié)電力系統(tǒng)開展概況及前景我國電力系統(tǒng)的開展：我國發(fā)電裝機容量的幾大跨越：1987年，突破1億kW；1995年3月，突破2億kW；2000年4月，突破3億kW；2004年5月，以三峽電站7號機組投產(chǎn)發(fā)電為標志，我國發(fā)電裝機突破4億kW；2005年10月突破了5億kW；2006年更突破了6億kW。年人均電量：表中，各國裝機容量和發(fā)電量為1997年的數(shù)據(jù),人口為1998年的數(shù)據(jù)；中國為2006年數(shù)據(jù)。國家人均電量kWh/人人均裝機kW/人中國21550.47美國127112.89德國66931.46英國55141.18法國81182.12日本82771.99俄羅斯56891.47第二節(jié)電力系統(tǒng)根本概念一、什么是電力系統(tǒng)三、電力系統(tǒng)的特點四、對電力系統(tǒng)的要求二、電力系統(tǒng)的形成水庫G~M~M~電力網(wǎng)電力系統(tǒng)動力系統(tǒng)發(fā)電廠水輪機

發(fā)電機變電所升壓變壓器輸電線路變電所降壓變壓器用戶用電設(shè)備一、什么是電力系統(tǒng)？電力網(wǎng)：由變電所和不同電壓等級輸電線路組成的網(wǎng)絡(luò)。(2006名)電力系統(tǒng)：由發(fā)電機、變壓器、輸電線路以及用電設(shè)備〔或發(fā)電廠、變電所、輸配電線路以及用戶〕，按照一定的規(guī)律連接而組成的統(tǒng)一整體。(2005單)動力系統(tǒng)：在電力系統(tǒng)的根底上，把發(fā)電廠的動力局部包含在內(nèi)的系統(tǒng)。水力發(fā)電廠火力發(fā)電廠超高壓遠距離輸電網(wǎng)地方電力網(wǎng)區(qū)域電力網(wǎng)110kV~35kV~35kV500kV220kV110kV10kV變電所A：樞紐變電所C：地方變電所D：終端變電所B：中間電力網(wǎng)：按電壓等級的上下、供電范圍大小的分類超高壓遠距離輸電網(wǎng)：電壓等級為330kV~500kV的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域電力網(wǎng)：電壓等級在35kV以上〔一般為110kV~220kV〕地方電力網(wǎng)：電壓等級在35kV及以下變電所：按其在電力系統(tǒng)中的地位分類樞紐變電所 中間變電所地區(qū)變電所 終端電站所三、電力系統(tǒng)的特點(2005以前)電能不能大量存儲：電能的生產(chǎn)、變換、輸送、分配和使用是同時進行的。

P發(fā)

P用＋

P

頻率f Q發(fā)

Q用＋

Q

電壓V過渡過程十分短暫：控制操作自動化程度高。必須借助自動裝置對電力系統(tǒng)進行控制：繼電保護裝置、遠動裝置、減載裝置、同期裝置、勵磁裝置……電能生產(chǎn)與國民經(jīng)濟各部門和人民生活有著極為密切的關(guān)系：社會政治經(jīng)濟影響巨大。負荷分類(2005單)：一類負荷、二類負荷、三類負荷電力系統(tǒng)的地區(qū)性特點較強：開展各具特色。電力系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計、運行等不能盲目搬用其它系統(tǒng)的經(jīng)驗。四、對電力系統(tǒng)的要求(2005以前)保證供電可靠保證良好的電能質(zhì)量提高電力系統(tǒng)運行經(jīng)濟性第三節(jié)電能質(zhì)量指標(2005以前)電能的質(zhì)量指標主要包括：電壓頻率波形14012010080608090100110120壽命光通量發(fā)光效率電流電壓/%壽命光通量發(fā)光效率電流/%14012010080608090100110120電壓/%效率cos

電流/%電流效率cos

圖1-3照明負荷（白熾燈）的電壓特性

圖1-4異步電動機的電壓特性 （圖中的100%表示額定值） （圖中的100%表示額定值）電壓：必要性：電壓質(zhì)量標準：頻率：頻率偏差： ±0.2Hz〔≥3000MW系統(tǒng)〕 ±0.5Hz〔＜3000MW系統(tǒng)〕 國外： ±(0.1~0.2)Hz或±0.5Hz電鐘時偏： ±30s〔≥3000MW系統(tǒng)〕 ±1min〔＜3000MW系統(tǒng)〕額定頻率：50Hz〔國外：50或60Hz〕波形：諧波電壓限值表1-3公用電網(wǎng)諧波電壓限值電網(wǎng)標準電壓(kV)電壓總諧波畸變率（%）各次諧波電壓含有率（%）說

明奇次偶次0.385.04.02.01.衡量點為PCC，取實測95%概率值；2.對用戶允許產(chǎn)生的諧波電流，提供計算方法；3.對測量方法和測量儀器作出基本規(guī)定；4.對同次諧波隨機性合成提供算法。6及104.03.21.635及663.02.41.21102.01.60.8注：220kV電網(wǎng)參照110kV執(zhí)行。2．諧波電流允許值表1-4注入公共連接點的諧波電流允許值〔A〕標準電壓/kV基準短路容量/MVA諧波次數(shù)23456789101112131415161718192021222324250.381078623962264419211628132411129.7188.6167.88.97.1146.512610043342134142411118.5167.1136.16.85.3104.79.04.34.93.97.43.66.810100262013208.5156.46.85.19.34.37.93.74.13.26.02.85.42.62.92.34.52.147125.18.83.84.13.15.62.64.72.22.51.93.61.73.21.51.81.42.71.32.56650016138.1135.49.34.14.33.35.92.75.02.32.62.03.81.83.41.61.91.52.81.42.6110750129.66.09.64.06.83.03.22.44.32.03.71.71.91.52.81.32.51.21.41.12.11.01.9注：220kV基準短路容量取2000MV?A。第四節(jié)電力系統(tǒng)的電壓等級及其選擇一、電力系統(tǒng)額定電壓和最高電壓二、電氣設(shè)備額定電壓和最高電壓三、電力系統(tǒng)電壓等級四、電壓等級選擇二、電氣設(shè)備額定電壓和最高電壓

電氣設(shè)備的額定電壓：電氣設(shè)備制造廠根據(jù)所規(guī)定的電氣設(shè)備工作條件而確定的電壓。電氣設(shè)備的最高電壓：考慮到設(shè)備的絕緣性能和與最高電壓有關(guān)的其它性能所確定的允許最高運行電壓，其數(shù)值等于所在電力系統(tǒng)的最高電壓值。注：受電設(shè)備的額定電壓＝電力系統(tǒng)的額定電壓。三、電力系統(tǒng)電壓等級1.低于3kV系統(tǒng)的額定電壓直流系統(tǒng)的額定電壓100V以下的額定電壓，受電設(shè)備與供電設(shè)備相同。對受電設(shè)備為110V、220V和440V的直流系統(tǒng)，供電設(shè)備的額定電壓分別為115V、230V和460V。低于3kV交流三相/單相電力系統(tǒng)額定電壓和電氣設(shè)備額定電壓2、3kV及以上系統(tǒng)的額定電壓(2005單、2006單)電力線路額定電壓： 等于電力系統(tǒng)的額定電壓UN發(fā)電機的額定電壓： 105%UN變壓器一次繞組： 相當于用電設(shè)備＝UN變壓器二次繞組： 相當于發(fā)電設(shè)備＝110%UN

特例1： 變壓器一次繞組＝105%UN

特例2： 變壓器二次繞組＝105%UN三、電壓等級的選擇U1IU2SZ電力系統(tǒng)額定電壓為220kV及以上電壓等級與其相適應(yīng)的傳輸功率和傳輸距離的關(guān)系曲線如圖1-6所示。6500600055005000450040003500300025002000150010005000100300500700900220kV3305007501000kV傳輸功率(MW)傳輸距離(km)圖1-6220kV及以上電壓等級的傳輸功率和傳輸距離 I∝〔U1－U2〕/Z S＝U2(U1－U2)/lz0 ≈10%UN2/lz0傳輸功率S、電壓等級U、輸電距離l之間的關(guān)系S＝Const，l∝U2l＝Const，S∝U2第四節(jié)電力系統(tǒng)中性點接地一、概述二、中性點不接地系統(tǒng)三、中性點經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng)四、中性點直接接地的電力系統(tǒng)五、中性點經(jīng)電阻接地的電力系統(tǒng)一、概述接地(2006簡)：為了保證電力網(wǎng)或電氣設(shè)備的正常運行和工作人員的人身平安，人為地使電力網(wǎng)及其某個設(shè)備的某一特定地點通過導體與大地作良好的連接。接地分類：工作接地1：為了保證電氣設(shè)備在正常或發(fā)生故障情況下可靠地工作而采取的接地。保護接地3：將一切正常工作時不帶電而在絕緣損壞時可能帶電的金屬局部接地，以保證工作人員接觸時的平安。保護接零4：在中性點直接接地的低壓電力網(wǎng)中，把電氣設(shè)備的外殼與接地中性線直接連接，以實現(xiàn)對人身平安的保護作用。(2006名)防雷接地13：為消除大氣過電壓對電氣設(shè)備的威脅，而對過電壓保護裝置采取的接地措施。防靜電接地：對生產(chǎn)過程中有可能積蓄電荷的設(shè)備所采取的接地。電力系統(tǒng)的中性點接地方式：小接地電流系統(tǒng)大接地電流系統(tǒng)如何確定電力系統(tǒng)中性點接地方式：應(yīng)從供電可靠性、內(nèi)過電壓、對通信線路的干擾、繼電保護以及確保人身平安諸方面綜合考慮。負荷ABCCCCICa.電路圖0UAUBUCIB0IC0IA0b.矢量圖二、中性點不接地的電力系統(tǒng)UA＋UB＋UC＝0IA＋IB＋IC＝0

適用范圍3kV~60kV的電力系統(tǒng)正常運行時結(jié)論：三相電壓對稱，三相導線對地電容電流也是對稱的，三相電容電流相量之和為零，這說明沒有電容電流經(jīng)過大地流動。0UBUAUC60

-UAUC’UB’

-UAI’CBI’CC-I’CAICAICAICBICBICCICCIPE負荷ABCCCCUA’UB’UC’單相金屬性接地故障時(A相)故障相對地電壓降為零；非故障相對地電壓升高為線電壓，且相位相差600。因此，線路及各種電氣設(shè)備的絕緣要按線電壓設(shè)計，絕緣投資所占比重加大，顯而易見，電壓等級越高絕緣投資越大。三相線電壓仍然對稱。用戶的三相用電設(shè)備仍能照常運行，但允許繼續(xù)運行的時間不能超過2h。0UBUAUC60

-UAUC’UB’

-UAI’CBI’CC-I’CA

接地故障電容電流IPE中性點不接地系統(tǒng)單相接地故障的討論：接地電流大于30A時，將形成穩(wěn)定電弧，成為持續(xù)性電弧接地，這將燒毀電氣設(shè)備和可能引起多相相間短路。如果接地電流大于5A~10A，而小于30A，那么有可能形成間歇性電??；間歇性電弧容易引起弧光接地過電壓，其幅值可達〔2.5~3〕U，將危害整個電網(wǎng)的絕緣平安。如果接地電流在5A以下，當電流經(jīng)過零值時，電弧就會自然熄滅。0UAUBUC-UCU’AU’BILICICAICB負荷ABCCCCILICICCICBICAICCICBICAIPEL三、中性點經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng)消弧線圈:安裝在變壓器或發(fā)電機中性點與大地之間的具有氣隙鐵芯的電抗器。單相(C相)金屬性接地故障:C相發(fā)生接地時，中性點電壓變?yōu)?UC，在消弧線圈作用下，產(chǎn)生電感電流〔滯后90°〕，其數(shù)值為:IL＝UC/XL＝U/XL消弧線圈的補償方式全補償方式：按IL=IC選擇消弧線圈的電感，使接地故障點電流為零，此即全補償方式。欠補償方式：按IL<IC選擇消弧線圈的電感，此時接地故障點有未被補償?shù)碾娙蓦娏髁鬟^。過補償方式：按IL>IC選擇消弧線圈的電感，此時接地故障點有剩余的電感電流流過。消弧線圈容量的選擇下述情況，應(yīng)安裝消弧線圈四、中性點直接接地的電