第一章電力系統(tǒng)概述

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’

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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

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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