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文檔簡介
第一章電力系統(tǒng)概述2024/3/12第一章電力系統(tǒng)概述1、教材:東南大學(xué)陳珩(第三版)2、本課程特點、前修課程、后續(xù)課程
特點:前修課程:電路理論、電機學(xué)、電磁場后續(xù)課程:電力系統(tǒng)暫態(tài)分析、繼電保護、電力系統(tǒng)自動化3、教學(xué)參考書4、考核方式: 筆試(閉卷,120分鐘、卷面100分,占70%),平時(主要是上課考勤記錄、課堂練習(xí)、作業(yè),占20%),實驗(10%)前言第一章電力系統(tǒng)概述現(xiàn)代控制理論(作支撐)微機原理應(yīng)用(作硬件)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用(作軟件)專業(yè)課:《電力系統(tǒng)分析》、《繼電保護原理(微機保護)》、發(fā)電廠電氣部分、高電壓技術(shù)等來進行計算機控制前言第一章電力系統(tǒng)概述電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析(一)電力系統(tǒng)分析正常穩(wěn)態(tài)分析計算(U、I、P、Q、f)運行調(diào)整和優(yōu)化電力系統(tǒng)的基本概念各元件的特性和模型潮流計算調(diào)頻調(diào)壓經(jīng)濟運行電力系統(tǒng)暫態(tài)分析(二)電磁暫態(tài)分析(故障分析)正常穩(wěn)態(tài)分析(穩(wěn)定性分析)發(fā)電機的電磁暫態(tài)分析對稱故障(三相短路)不對稱短路靜態(tài)暫態(tài)前言主要內(nèi)容第一章電力系統(tǒng)概述前言重點:三大計算1、標幺值計算2、穩(wěn)態(tài)計算:潮流;調(diào)頻、調(diào)壓3、暫態(tài)計算:故障;穩(wěn)定性第一章電力系統(tǒng)概述第一章電力系統(tǒng)的基本概念1-1電力系統(tǒng)概述1-2我國電力工業(yè)和電力系統(tǒng)簡介1-3對電力系統(tǒng)運行的基本要求1-4結(jié)線方式和電壓等級1-5課程的主要內(nèi)容第一章電力系統(tǒng)概述第一章電力系統(tǒng)的基本概念
重點及難點:重點:1、電力系統(tǒng)的基本概念2、電力系統(tǒng)的基本要求3、電能質(zhì)量4、結(jié)線方式5、電壓等級難點:1、電能質(zhì)量2、電壓等級第一章電力系統(tǒng)概述1-1電力系統(tǒng)概述一、電力系統(tǒng)的組成~工業(yè)農(nóng)業(yè)商業(yè)生活發(fā)電+輸電+配電+用電電網(wǎng)電力系統(tǒng)第一章電力系統(tǒng)概述第一章電力系統(tǒng)概述第一章電力系統(tǒng)概述1-1電力系統(tǒng)概述一、電力系統(tǒng)的組成
1、來源火電:鍋爐-汽輪機-發(fā)電機水電:水庫-水輪機-發(fā)電機核電:核反應(yīng)堆-汽輪機-發(fā)電機其它:如風(fēng)能、地?zé)崮?、太陽能、潮汐等第一章電力系統(tǒng)概述1-1電力系統(tǒng)概述一、電力系統(tǒng)的組成2、基本概念電力系統(tǒng)——是由發(fā)電廠、變電所、輸電線、配電系統(tǒng)及負荷組成的。是現(xiàn)代社會中最重要、最龐雜的工程系統(tǒng)之一。電力網(wǎng)絡(luò)——是由變壓器、電力線路等變換、輸送、分配電能設(shè)備所組成的部分。動力系統(tǒng)——在電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,把發(fā)電廠的動力部分(例如火力發(fā)電廠的鍋爐、汽輪機和水力發(fā)電廠的水庫、水輪機以及核動力發(fā)電廠的反應(yīng)堆等)包含在內(nèi)的系統(tǒng)。第一章電力系統(tǒng)概述1-1電力系統(tǒng)概述一、電力系統(tǒng)的組成2、基本概念總裝機容量——指該系統(tǒng)中實際安裝的發(fā)電機組額定有功功率的總和,以千瓦(KW)、兆瓦(MW)、吉瓦(GW)為單位計。年發(fā)電量——指該系統(tǒng)中所有發(fā)電機組全年實際發(fā)出電能的總和,以千瓦時(KWh)、兆瓦時(MWh)、吉瓦時(GWh)為單位計。
最大負荷——指規(guī)定時間內(nèi),電力系統(tǒng)總有功功率負荷的最大值,以千瓦(KW)、兆瓦(MW)、吉瓦(GW)為單位計。第一章電力系統(tǒng)概述1-1電力系統(tǒng)概述一、電力系統(tǒng)的組成2、基本概念額定頻率——按國家標準規(guī)定,我國所有交流電力系統(tǒng)的額定功率為50Hz。最高電壓等級——是指該系統(tǒng)中最高的電壓等級電力線路的額定電壓。第一章電力系統(tǒng)概述1-1電力系統(tǒng)概述二、近代電力系統(tǒng)(三大一特)電壓、輸送距離、輸送功率;電源的構(gòu)成;負荷的構(gòu)成;高度自動化;遠距離大容量直流輸電第一章電力系統(tǒng)概述1-2我國電力工業(yè)和電力系統(tǒng)簡介一、我國電力工業(yè)概況及今后發(fā)展電力工業(yè)的方針二、我國主要電力系統(tǒng)概述三、我國電力工業(yè)的發(fā)展前景第一章電力系統(tǒng)概述1-3電力系統(tǒng)運行應(yīng)滿足的基本要求特點
電能不能大量儲存暫態(tài)過程非常短促與國民經(jīng)濟及日常生活關(guān)系密切要求
安全優(yōu)質(zhì)經(jīng)濟
環(huán)保第一章電力系統(tǒng)概述1-3電力系統(tǒng)運行應(yīng)滿足的基本要求安全:保證可靠的供電措施電源與電網(wǎng)的建設(shè)(西電東送全國聯(lián)網(wǎng))SCADA設(shè)備檢修(計劃檢修→狀態(tài)檢修)人員素質(zhì)第一章電力系統(tǒng)概述1-3電力系統(tǒng)運行應(yīng)滿足的基本要求優(yōu)質(zhì)指標電壓:≥35kV±5%
6~10kV≤4%
380V≤5%(無功功率)頻率:±0.2~0.5Hz(有功功率)諧波:負荷諧波第一章電力系統(tǒng)概述1-3電力系統(tǒng)運行應(yīng)滿足的基本要求負荷(一級
二級
三級)一級負荷:對這一級負荷中斷供電,將造成人身事故,經(jīng)濟嚴重損失,人民生活發(fā)生混亂。二級負荷:對這一級負荷中斷供電,將造成大量減產(chǎn),人民生活受影響。三級負荷:所有不屬于一、二級的負荷。第一章電力系統(tǒng)概述1-3電力系統(tǒng)運行應(yīng)滿足的基本要求經(jīng)濟廠用電率網(wǎng)損煤耗率(水耗率)第一章電力系統(tǒng)概述1-3電力系統(tǒng)運行應(yīng)滿足的基本要求環(huán)?;痣姀S裝機>70%煤炭燃燒造成的污染限制污染物的排放量第一章電力系統(tǒng)概述1-4電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級放射式干線式樹狀無備用結(jié)線包括單回路放射式、干線式和鏈式網(wǎng)絡(luò)優(yōu)點:簡單、經(jīng)濟、運行方便缺點:供電可靠性差
適用范圍:二級負荷一、結(jié)線方式第一章電力系統(tǒng)概述1-4電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級環(huán)行網(wǎng)絡(luò)雙端供電有備用結(jié)線包括雙回路放射式、干線式和鏈式網(wǎng)絡(luò)
優(yōu)點:供電可靠性和電壓質(zhì)量高缺點:不經(jīng)濟適用范圍:電壓等級較高或重要的負荷第一章電力系統(tǒng)概述1-4電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級二、電壓等級及其適用范圍1、電力系統(tǒng)的額定電壓等級電壓等級的選擇S=√3U2II∝(U1-U2)/Z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∝U2U1IU2SZ第一章電力系統(tǒng)概述1-4電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級1、電力系統(tǒng)的額定電壓等級第一章電力系統(tǒng)概述1-4電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級二、電壓等級及其適用范圍說明:用電設(shè)備的容許電壓偏移一般為±5%;沿線路的電壓降落一般為10%;在額定負荷下,變壓器內(nèi)部的電壓降落約為5%。第一章電力系統(tǒng)概述1-4電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級二、電壓等級及其適用范圍電力網(wǎng)絡(luò)中電壓分布采取的措施:取用電設(shè)備的額定電壓為線路額定電壓,使所有設(shè)備能在接近它們的額定電壓下運行;取線路始端電壓為額定電壓的105%;取發(fā)電機的額定電壓為線路額定電壓的105%;變壓器分升壓變和降壓變考慮一次側(cè)接電源,取一次側(cè)額定電壓等于用電設(shè)備額定電壓;二次側(cè)接負荷,取二次側(cè)額定電壓等于線路額定電壓。
第一章電力系統(tǒng)概述1-4電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級二、電壓等級及其適用范圍變壓器的電壓等級升壓變壓器(例如35/121,10.5/242)二次側(cè)(高壓側(cè))接線路始端,向負荷供電,相當于發(fā)電機,應(yīng)比線路的額定電壓高5%,加上變壓器內(nèi)耗5%,所以二次側(cè)額定電壓等于用電設(shè)備的額定電壓110%。直接和發(fā)電機相聯(lián)的變壓器一次側(cè)額定電壓等于發(fā)電機的額定電壓即105%UN;一次側(cè)(低壓側(cè))接電源,相當于用電設(shè)備,一次側(cè)額定電壓等于用電設(shè)備的額定電壓UN;第一章電力系統(tǒng)概述1-4電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級二、電壓等級及其適用范圍變壓器的電壓等級降壓變壓器(110/38.5,220/38.5)一次側(cè)(高壓側(cè))接線路末端,相當于用電設(shè)備,一次側(cè)額定電壓等于用電設(shè)備的額定電壓;二次側(cè)(低壓側(cè))向負荷供電,相當于發(fā)電機,應(yīng)比線路的額定電壓高5%,加上變壓器內(nèi)耗5%,所以二次側(cè)額定電壓等于用電設(shè)備的額定電壓110%。第一章電力系統(tǒng)概述1-4電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式
接地?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安全,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(dǎo)體與大地作良好的連接。接地分類:工作接地:為了保證電氣設(shè)備在正?;虬l(fā)生故障情況下可靠地工作而采取的接地。保護接地: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部分接地,以保證工作人員接觸時的安全。(接地保護)保護接零: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(也稱零線)直接連接,以實現(xiàn)對人身安全的保護作用。防雷接地: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。第一章電力系統(tǒng)概述1-4電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式
如何實現(xiàn)工作接地?電氣設(shè)備(電力變壓器、電壓互感器或發(fā)電機)的中性點接地——又稱為電力系統(tǒng)中性點接地。電力系統(tǒng)的中性點:星形連接的變壓器或發(fā)電機的中性點。電力系統(tǒng)的中性點接地方式:小電流接地:中性點不接地(中性點絕緣)中性點經(jīng)消弧線圈接地大接地電流:中性點直接接地中性點經(jīng)電阻接地
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安全諸方面綜合考慮。第一章電力系統(tǒng)概述1-4電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式
1、中性點直接接地負荷ABCk(1)Ik(1)Ik(1)
特點:供電可靠性不如電力系統(tǒng)中性點不接地和經(jīng)消弧線圈接地方式。故障時:如發(fā)生接地故障,則構(gòu)成短路回路,接地相電流很大;為提高供電可靠性,在線路上廣泛安裝三相或單相自動重合閘裝置。對地電壓=UN,電氣設(shè)備的絕緣水平只需按電力網(wǎng)的相電壓考慮,可以降低工程造價。我國380/220V系統(tǒng)中一般都采用中性點直接接地方式,主要是從人身安全考慮問題。適用范圍:我國110kV(國外220kV)及以上電壓等級的電力系統(tǒng)。380/220V低壓系統(tǒng)。第一章電力系統(tǒng)概述1-4電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式
2、中性點不接地的電力系統(tǒng)負荷ABCCCCICa.電路圖0UAUBUCIB0IC0IA0b.矢量圖正常運行時UA+UB+UC=0IA+IB+IC=0結(jié)論:三相電壓對稱,三相導(dǎo)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。適用范圍3kV~60kV的電力系統(tǒng)第一章電力系統(tǒng)概述1-4電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式單相金屬性接地故障時(A相)0UBUAUC60
-UAUC’UB’
-UA
I’CBI’CC-I’CAICAICAICBICBICCICCIPE負荷ABCCCCUA’UB’UC’第一章電力系統(tǒng)概述1-4電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式0UBUAUC60
-UAUC’UB’
-UAI’CBI’CC-I’CA中性點不接地系統(tǒng)單相接地故障的結(jié)論1
: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。三相之間的線電壓仍然對稱,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。第一章電力系統(tǒng)概述1-4電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式
接地故障電容電流IPE0UBUAUC60
-UAUC’UB’
-UA
I’CBI’CC-I’CA第一章電力系統(tǒng)概述1-4電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式中性點不接地系統(tǒng)單相接地故障的結(jié)論2
:接地電流在故障處可能產(chǎn)生穩(wěn)定的或間歇性的電弧。如果接地電流大于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,則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)的絕緣安全。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。第一章電力系統(tǒng)概述1-4電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式3、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)金屬性接地故障負荷ABCCCCILICICCICBICAICCICBICAIPEL0UAUBUC-UCU’AU’BILICICAICB第一章電力系統(tǒng)概述1-4電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式
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消弧線圈的作用當發(fā)生單相接地故障時,接地故障相與消弧線圈構(gòu)成了另一個回路,接地故障相接地電流中增加了一個感性電流,它和裝設(shè)消弧線圈前的容性電流的方向剛好相反,相互補償,減少了接地故障點的故障電流,使電弧易于自行熄滅,從而避免了由此引起的各種危害,提高了供電可靠性。負荷ABCCCCILICICCICBICAICCICBICAIPEL0UAUBUC-UCU’AU’BILICICAICB第一章電力系統(tǒng)概述
消弧線圈的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^。
采用欠補償方式時,當電力網(wǎng)運行方式改變而切除部分線路時,整個電力網(wǎng)對地電容將減少,有可能發(fā)展成為全補償方式,導(dǎo)致電力網(wǎng)發(fā)生諧振,危及系統(tǒng)安全運行;另外,欠補償方式容易引起鐵磁諧振過電壓等其它問題,所以很少被采用。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。
在過補償方式下,即使電力網(wǎng)運行方式改變而切除部分線路時,也不會發(fā)展成為全補償方式,致使電力網(wǎng)發(fā)生諧振。同時,由于消弧線圈有一定的裕度,今后電力網(wǎng)發(fā)展,線路增多、對地電容增加后,原有消弧線圈還可繼續(xù)使用。因此,實際上大多采用過補償方式。1-4電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式0UAUBUC-UCU’AU’BILICICAICB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。
這種補償方式并不好,因為當感抗等于容抗時,電力網(wǎng)將發(fā)生諧振,產(chǎn)生危險的高電壓或過電流,影響系統(tǒng)安全運行。第一章電力系統(tǒng)概述1-4電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式消弧線圈容量的選擇有關(guān)安裝消弧線圈規(guī)程第一章電力系統(tǒng)概述1-4電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式4、中性點經(jīng)電阻接地的電力系統(tǒng)特點:降低工頻過電壓,抑制弧光過電壓;消除鐵磁諧振過電壓,防止斷線諧振過電壓;設(shè)置零序保護動作跳閘;設(shè)置零序保護動作跳閘;避免發(fā)生高壓觸電事故;供電可靠性有保證。適用范圍:配網(wǎng)系統(tǒng)(與中性點經(jīng)消弧線圈接地、不接地比選)在我國城市配網(wǎng)系統(tǒng)中:全電纜出線變電站的單相接地故障電容電流超過30A時采用中性點經(jīng)電阻接地;全架空線路出線變電站的單相接地故障電流超過10A時,采用中性點經(jīng)消弧線圈接地;對電纜與架空線混合線路的單相接地故障電容電流超過10A時,可采用中性點經(jīng)消弧線圈接地或采用中性點經(jīng)電阻接地。第一章電力系統(tǒng)概述二、電力系統(tǒng)發(fā)展前景1.電力工業(yè)現(xiàn)代化 超高壓、大系統(tǒng)、大機組、大電廠、高度自動化以及核電技術(shù)和直流輸電技術(shù)2.電力系統(tǒng)互聯(lián)的效益與支出各系統(tǒng)間電負荷的錯峰效益提高供電可靠性、減少系統(tǒng)備用容量有利于安裝單機容量較大的機組進行電網(wǎng)的經(jīng)濟調(diào)度進行水電
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