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)11/9/20241第一章電力系統(tǒng)11/9/20242

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?11/9/20243什么是電力系統(tǒng)?什么是動力系統(tǒng)？11/9/202441－熱力網(wǎng)；2－變壓器；3－負(fù)荷；4一高壓電動機；5－照明負(fù)荷；6－低壓電動機11/9/20245包括發(fā)電廠的發(fā)電機、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)

11/9/20246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＋用電設(shè)備11/9/20247一電力系統(tǒng)概述

電能是二次能源煤，石油，天然氣水利電能其他能源11/9/20248電能生產(chǎn)原理一次能源熱能勢能電能11/9/20249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11/9/202410我國常采用那種形式的火力發(fā)電廠?為什么?11/9/202411在凝汽式火力發(fā)電廠中，由于做過功的蒸汽(稱為乏汽)中仍含有熱量，被凝結(jié)成水時，這些熱量基本上被循環(huán)水帶出變成熱損失，因而這種類型電廠效率不高，先進的電廠其效率也不過37％～40％，凝汽式火力發(fā)電廠生產(chǎn)過程見圖1—1。熱電廠效率較高，可達60％～70％，但是受熱負(fù)荷等條件的限制，建熱電廠的數(shù)量有限。提高凝汽式電廠效率的有效途徑是盡量采用高溫度、高壓力的蒸汽參數(shù)和大容量的汽輪機一發(fā)電機組。11/9/20241211/9/202413水力發(fā)電廠

按集中落差方式不同，水電廠的開發(fā)方式分為堤壩式、引水式及混合式三類，以期望得到盡可能大的落差P=9．81ηQH式中P——發(fā)電容量，kW；Q——水流量，m3／s；H——水的落差，m；η——水輪機組的效率。11/9/202414堤壩式水電廠示意圖11/9/202415引水式水電廠樞紐布置圖11/9/202416在河流上游，當(dāng)河床坡度較大時，宜于修建隧洞和渠道以獲取最大落差，利用這種方式修建的水電廠稱為引水式水電廠。引水式水電廠不建壩或只建低壩，該壩只起壅水作用，落差靠引水渠道或隧洞形成。根據(jù)河流特點也可建造兼有堤壩式和引水式兩種特點的水電廠，稱為混合式水電廠。11/9/202417水電廠生產(chǎn)電能的原理無論哪一類水電廠，均是通過壓力水管把水引人水輪機的螺旋形蝸殼，推動水輪機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)動，把機械能變?yōu)殡娔堋Ｓ缮峡梢?，水電廠的生產(chǎn)過程遠比火力發(fā)電廠簡單。11/9/202418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11/9/202419電力并網(wǎng)運行的優(yōu)越性減少系統(tǒng)總備用容量的比重可采用高效率的大容量機組可充分利用水電廠的水能資源可減少負(fù)荷的峰值提高供電可靠率11/9/202420三電力系統(tǒng)的負(fù)荷

用電設(shè)備從電力系統(tǒng)中取用的功率(有功與無功)稱為負(fù)荷

用負(fù)荷曲線表示和反應(yīng)一天或者一年的用電量（折線法和階梯法)三類負(fù)荷11/9/202421第Ⅰ類負(fù)荷：這類用戶停電將造成人身事故、設(shè)備損壞、產(chǎn)品報廢、生產(chǎn)秩序長期不能恢復(fù)、市政生活混亂等。第Ⅱ類負(fù)荷：該類負(fù)荷供電中斷將造成用戶大量減產(chǎn)，使人民生活受到影響。第Ⅲ類負(fù)荷：不屬于第Ⅰ、Ⅱ類的負(fù)荷，如工廠的附屬車間，小城鎮(zhèn)及農(nóng)村公用負(fù)荷等。依據(jù)這種分類，供電部門可以采用不同的技術(shù)措施，滿足各類負(fù)荷的供電可靠性要求11/9/202422所謂負(fù)荷曲線就是指在某一段時間內(nèi)用電負(fù)荷大小隨時間變化的曲線圖。11/9/202423負(fù)荷曲線的最高點和最低點分別代表日最大負(fù)荷和日最小負(fù)荷，是電力系統(tǒng)運行中必須掌握的重要數(shù)據(jù)。11/9/202424四電力系統(tǒng)運行特點及要求電能的特點：不能儲存（發(fā)輸配送同時完成）暫態(tài)過程非常迅速電力與國家社會關(guān)系密切11/9/202425對電力系統(tǒng)運行要求保證供電可靠性保證電能質(zhì)量提高電力系統(tǒng)運行經(jīng)濟性11/9/202426電力系統(tǒng)的電壓等級額定電壓：技術(shù)經(jīng)濟性能指標(biāo)都將發(fā)揮得最好時的標(biāo)準(zhǔn)電壓就稱為額定電壓，同時，電力網(wǎng)應(yīng)有自己的額定電壓，并且規(guī)定電力網(wǎng)的額定電壓和用電設(shè)備的額定電壓相一致。我國有自己制定的一套適合我國國情的標(biāo)準(zhǔn)電壓11/9/202427課外作業(yè)發(fā)電廠，水電廠生產(chǎn)電能的原理？電能有幾大特點？對電力系統(tǒng)的要求是什么？動力系統(tǒng)及電力系統(tǒng)的區(qū)別是什么？

11/9/202428五發(fā)電廠和變電所的主接線對主接線的基本要求保證供電可靠性主接線應(yīng)簡單，明了，運行靈活，操作方便保證維護檢修基本安全，方便滿足擴建要求力求一次投資及年運行費用低11/9/202429單母線接線方式優(yōu)點

簡單清晰、設(shè)備少、投資小、操作方便、易于擴建等

缺點

可靠性和靈活性較差，當(dāng)母線或母線隔離開關(guān)檢修時，必須斷開它所接的全部電源，因此所有出線也須停電；此外，當(dāng)線路斷路器檢修期間，必須停止該回路的送電適用范圍：6～220kV系統(tǒng)中只有一臺發(fā)電機或一臺主變壓器，且出線回路又不多的中、小型發(fā)電廠或變電所，、二類它不能滿足一負(fù)荷的要求

11/9/20243011/9/202431單母分段式接線方式可靠性較單母接線式要高

分段的數(shù)目取決于電源容量的大小以及電源進線和負(fù)荷出線的多少，一般以2～3段為宜。此種接線既保留了單母線的優(yōu)點，又在一定程度上提高了供電可靠性，所以廣泛應(yīng)用于中、小容量發(fā)電廠的6～10kV接線和6～220kV變電所中。11/9/20243211/9/202433帶旁路母線的單母線接線方式優(yōu)點：提高了供電可靠性，便于檢修缺點：投資高，配電裝置復(fù)雜

廣泛地用于出線數(shù)較多的110kV及以上的高壓配電裝置中，因為這些線路電壓等級高、輸送功率較大、送電距離較遠、停電影響較大，同時高壓斷路器每臺檢修時間也較長。

11/9/20243411/9/202435雙母線接線方式運行方式靈活供電可靠性高擴建方便雙母線有許多優(yōu)點，在大中型發(fā)電廠和變電所中廣為采用，并已積累了豐富的運行經(jīng)驗。但這種接線使用設(shè)備較多，投資較大，配電裝置較復(fù)雜。

11/9/20243611/9/202437圖1－17雙母線分段接線圖1－18雙母線帶旁路母線接線

11/9/202438簡要介紹其他接線雙母線分段接線雙母線帶旁路母線接線一臺半斷路器接線變壓器母線組接線無匯流母線接線單元接線和橋形，角形接線等11/9/202439第二章電力系統(tǒng)短路故障分析主要內(nèi)容電力系統(tǒng)短路故障分析和計算以及短路電流的電動力和發(fā)熱分析學(xué)習(xí)難點短路故障分析計算學(xué)習(xí)重點短路故障分析計算和短路電流的電動力電力系統(tǒng)短路的一般概念短路的種類短路的原因短路對設(shè)備和系統(tǒng)的危害短路電流的電動力短路電流的發(fā)熱特點和發(fā)熱分析11/9/202440一電力系統(tǒng)短路故障分析短路的定義及種類短路是相與相之間通過電弧或其它較小阻抗的一種非正常連接。在中性點直接接地系統(tǒng)中或三相四線制系統(tǒng)中，還指單相或多相接地(或接中性線)。三相系統(tǒng)中短路的基本類型有：三相短路、兩相短路、單相接地短路(單相接地)和兩相接地短路

11/9/202441（a)三相短路；(b)兩相短路；(c)單相接地短路；(d)兩相接地短路11/9/202442三相短路是對稱短路，因為此時三相電流和電壓仍然是對稱的(短路回路的三相阻抗相等)，只是電流大大增加，電壓大大降低而已。上述幾種基本類型的短路，除三相短路外都是不對稱短路。因為這時三相處于不同情況下，每相電路中的電流和電壓的數(shù)值不相等，其電流與電壓夾角也不相等。上面所說各種短路是指同時在同一地點短路。此外．在電網(wǎng)中還可能在不同地點同時發(fā)生短路，如兩相在不同地點發(fā)生接地短路。在電機和變壓器中還可能發(fā)生一相繞組匝間短路等。11/9/202443二發(fā)生短路的原因發(fā)生短路的主要原因是電氣設(shè)備載流部分的絕緣被破壞。絕緣損壞多是由于未及時發(fā)現(xiàn)和消除的設(shè)備缺陷，以及設(shè)計、制造、安裝和運行維護不良所致。如過電壓、設(shè)備直接遭受雷擊、絕緣材料老化和機械損傷等原因就常使設(shè)備絕緣損壞而造成短路。11/9/202444三短路對設(shè)備和系統(tǒng)的危害短路對設(shè)備的危害，概括起來一是電流的熱效應(yīng)使設(shè)備燒壞，損壞絕緣；二是電動力使設(shè)備變形、毀壞。對系統(tǒng)的危害是使供電受阻，甚至造成系統(tǒng)穩(wěn)定的破壞，使之出現(xiàn)非故障部分的大面積停電。短路也同時引起電網(wǎng)的電壓降低，特別是靠近短路點處降低得更多，結(jié)果可能導(dǎo)致部分或全部用戶的供電中斷11/9/202445短路時電壓下降得越大，持續(xù)時間越長，對系統(tǒng)穩(wěn)定運行的破壞也越嚴(yán)重。為了保證電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備安全可靠地運行，減輕一旦發(fā)生短路時的影響，除努力設(shè)法消除可能引起短路的一切原因外，還應(yīng)盡快切除短路故障部分，使系統(tǒng)電壓在較短的時間內(nèi)恢復(fù)到正常值。為此，可采用快速動作的繼電保護裝置和跳閘時間短的斷路器。11/9/202446四短路分析計算不對稱短路的分析計算，都是用對稱分量法將不對稱量分解為對稱系統(tǒng)來計算，因此三相短路的分析計算是各種短路故障分析計算的基礎(chǔ)，所以短路故障的分析計算一般是從三相短路故障開始。11/9/202447五短路電流的電動力及發(fā)熱分析

在短路時，特別是當(dāng)沖擊電流通過電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體時，電動力可能達到很大的數(shù)值，以致?lián)p壞電器。因此，電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體必須具有足夠的機械強度，能承受短路時電動力的作用，即應(yīng)具有足夠的電動穩(wěn)定性。11/9/202448當(dāng)任意截面的兩根平行導(dǎo)體中有電流i1和i2流過時，導(dǎo)體間的相互作用力如圖2—3所示，可用下式計算：

式中i1和i2——導(dǎo)體中電流瞬時值，kA；L——平行導(dǎo)體長度，cm；a——導(dǎo)體軸線間距離，cm；K——導(dǎo)體形狀系數(shù)；F——作用力，N。11/9/202449六短路電流的熱效應(yīng)電器和載流導(dǎo)體在短路電流流過時，雖然因繼電保護動作將短路切除，流過短路電流的時間很短，但因短路電流超過正常工作電流很多倍，溫度仍會上升很高。電器和載流導(dǎo)體在短路電流流過時間內(nèi)溫度上升的最高值，應(yīng)不超過短時發(fā)熱的容許溫度。滿足此條件，則電器和載流導(dǎo)體是滿足熱穩(wěn)定的。11/9/202450

圖所示為電氣設(shè)備流過負(fù)荷電流及短路電流時的溫度變化曲線。設(shè)周圍媒質(zhì)溫度為θ0，在零時刻到t1時刻內(nèi)設(shè)備未投入工作，溫度是θ0。在t1時刻到t2時刻內(nèi)設(shè)備投入工作，流過負(fù)荷電流I1，溫度上升到島θ1。時刻發(fā)生短路，溫度上升到θk，到t3時刻短路被切除。t3時刻以后，假如設(shè)備退出工作，溫度逐漸下降到θ0

11/9/202451七短路電流的發(fā)熱特點和分析由于短路電流發(fā)熱時間很短，導(dǎo)體所發(fā)熱來不及向周圍媒質(zhì)中散發(fā)，全部熱量被導(dǎo)體吸收用以升高溫度，溫度很快短路電流發(fā)熱時間=繼電保護動作時間＋斷路器遮斷時間。（繼電保護動作時間應(yīng)取主保護動作時間。斷路器斷開時間包括從跳閘線圈加電壓到動觸頭開始運動的固有分閘時間及觸頭間電弧