電力系統(tǒng)工程基礎(chǔ) 華中科技大學(xué) 熊信銀 PPT課件1緒論--

1、第一章第一章 緒論緒論v第二節(jié) 電力系統(tǒng)基本概念v第三節(jié) 電能質(zhì)量指標(biāo)v第四節(jié) 電力系統(tǒng)的電壓等級及其選擇 v第五節(jié) 電力系統(tǒng)中性點接地v第一節(jié) 電力系統(tǒng)發(fā)展概況及前景第一節(jié)第一節(jié) 電力系統(tǒng)發(fā)展概況及前景電力系統(tǒng)發(fā)展概況及前景v一、電力工業(yè)發(fā)展概況v二、電力系統(tǒng)發(fā)展前景一一、電力工業(yè)發(fā)展概況、電力工業(yè)發(fā)展概況u電力工業(yè)發(fā)展史上的第一：火電：1882年上海電氣公司；水電：1912年云南石龍壩2240kW；核電：1991年浙江秦山300MW；v輸電線路： 1974年甘肅劉家峽水電站陜西關(guān)中地區(qū) 330kV交流 1981年河南姚孟火電廠到武漢500kV 交流； 1988年葛州壩水電站到上海南橋變電站

2、500kV直流。u電力系統(tǒng)之最： 我國最大的火電機(jī)組容量90萬kW（外高橋第二發(fā)電廠），最大的水電機(jī)組容量70萬kW（三峽工程），最大的核電機(jī)組容量100萬kW（嶺澳核電廠）； 舉世矚目的三峽工程三峽工程，裝機(jī)容量32臺（含地下電廠6臺機(jī)組），單機(jī)單機(jī)容量容量70萬kW，年均發(fā)電量年均發(fā)電量846億kWh，比全世界70萬kW機(jī)組的總和還多，是世界上最大世界上最大的發(fā)電廠 。 最大的火力發(fā)電廠容量300萬kW（北侖港電廠，560萬kW）， 最大的水力發(fā)電廠330萬kW（二灘水電廠，655萬kW）， 最大的核能發(fā)電廠200萬kW（嶺澳核電廠，2100萬kW）， 最大抽水蓄能電廠240萬kW（廣東抽

3、水蓄能電廠，830萬kW），這也是目前世界上最大的抽水蓄能電廠。u我國電力系統(tǒng)的發(fā)展：年 份 裝機(jī)容量（萬 kW） 年發(fā)電量（億 kWh） 1949 184.86 43.1 1987 10000 4960 1995 21000 10000 2000 30000 13000 2004 44070 21870 u年人均電量：我國：1700kWh中等發(fā)達(dá)國家：7000kWh北歐、美國：18000kWh二、電力系統(tǒng)發(fā)展前景二、電力系統(tǒng)發(fā)展前景1.做好電力規(guī)劃，加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)做好電力規(guī)劃，加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè) 加強(qiáng)電力規(guī)劃，確定合理的電源結(jié)構(gòu)和布局，留有足夠的容量和能量的備用，建成容量充足、結(jié)構(gòu)合理、運(yùn)行靈活的聯(lián)

4、合電力系統(tǒng) 2. 電力工業(yè)現(xiàn)代化電力工業(yè)現(xiàn)代化u高電壓、大系統(tǒng)u大電廠、大機(jī)組u高度自動化3. 聯(lián)合電力系統(tǒng)聯(lián)合電力系統(tǒng) v 效益效益u 各系統(tǒng)間電負(fù)荷的錯峰效益u 提高供電可靠性、減少系統(tǒng)備用容量u 有利于安裝單機(jī)容量較大的機(jī)組u 進(jìn)行電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度u 進(jìn)行水電跨流域調(diào)度u 調(diào)峰能力互相支援u增加聯(lián)絡(luò)線和電網(wǎng)內(nèi)部加強(qiáng)所需投資以及聯(lián)絡(luò)線的運(yùn)行費(fèi)用u當(dāng)系統(tǒng)間聯(lián)系較弱時，有可能引起調(diào)頻的復(fù)雜性和出現(xiàn)低頻振蕩u增加了系統(tǒng)短路容量，并可能導(dǎo)致增加或調(diào)換已有設(shè)備u增加聯(lián)合電網(wǎng)的通訊和高度自動化的復(fù)雜性v支出支出 第二節(jié)第二節(jié) 電力系統(tǒng)基本概念電力系統(tǒng)基本概念v一、什么是電力系統(tǒng)v三、電力系統(tǒng)的特點v四、

5、對電力系統(tǒng)的要求v二、電力系統(tǒng)的形成水庫 GMM電力網(wǎng)電力系統(tǒng)動力系統(tǒng)發(fā)電廠水輪機(jī) 發(fā)電機(jī)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)？一、什么是電力系統(tǒng)？v 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)。v動力系統(tǒng)：在電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，把發(fā)電廠的動力部分包含在內(nèi)的系統(tǒng)。v電力系統(tǒng)：由發(fā)電機(jī)、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。水力發(fā)電廠火力發(fā)電廠超高壓遠(yuǎn)距離輸電網(wǎng)地方電力網(wǎng)區(qū)域電力網(wǎng)110kV35kV35kV500kV220kV110kV10 kV變電所A：樞紐變電所C：地方變電所D：終端變電

6、所B：中間v 電力網(wǎng)：按電壓等級的高低、供電范圍大小的分類u地方電力網(wǎng)：電壓等級在35kV及以下u區(qū)域電力網(wǎng)：電壓等級在35kV以上（一般為110kV220kV）u超高壓遠(yuǎn)距離輸電網(wǎng)：電壓等級為330kV500kV的網(wǎng)絡(luò)v 變電所：按其在電力系統(tǒng)中的地位分類u樞紐變電所u中間變電所u地區(qū)變電所u終端電站所二、電力系統(tǒng)的形成二、電力系統(tǒng)的形成 電力系統(tǒng)規(guī)模越大，給人們帶來的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益越大，具體說明如下：可以提高供電可靠性 可以減少備用容量 可以減少系統(tǒng)裝機(jī)容量 可合理利用能源，充分發(fā)揮水電在系統(tǒng)中的作用 采用高效率大容量的火電機(jī)組 1. 可以提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性 三、電力系統(tǒng)的特點三、電力系統(tǒng)

7、的特點v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(jìn)行的。 P發(fā) P用P 頻率f Q發(fā) Q用Q 電壓Vv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(jìn)行控制：繼電保護(hù)裝置、遠(yuǎn)動裝置、減載裝置、同期裝置、勵磁裝置v電能生產(chǎn)與國民經(jīng)濟(jì)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(jì)影響巨大。負(fù)荷分類： 一類負(fù)荷 二類負(fù)荷 三類負(fù)荷v電力系統(tǒng)的地區(qū)性特點較強(qiáng)：發(fā)展各具特色。電力系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計、運(yùn)行等不能盲目搬用其它系統(tǒng)的經(jīng)驗。四、對電力系統(tǒng)的要求四、對電力系統(tǒng)的要求v保證供電可靠 v保證良好的電能質(zhì)量 v提高電力系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性 第三節(jié)第三節(jié) 電能質(zhì)量指標(biāo)電能質(zhì)

8、量指標(biāo)電能的質(zhì)量指標(biāo)主要包括：v電電 壓壓 v頻頻 率率v波波 形形140120100806080 90 100 110 120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/%140120100806080 90 100 110 120電壓/%效率cos電流/%電流效率cos圖圖1-3 1-3 照明負(fù)荷（白熾燈）的電壓特性照明負(fù)荷（白熾燈）的電壓特性 圖圖1-4 1-4 異步電動機(jī)的電壓特性異步電動機(jī)的電壓特性 （圖中的100%表示額定值） （圖中的100%表示額定值）v電壓電壓：u必要性：名 稱 允許限值 說 明 供電電壓允許偏差 u 35kV 及以上為正負(fù)偏差絕對值之和不超過 10

9、%； u 10kV 及以下三相供電為7%； u 220V 單相供電為+7%，-10% 衡量點為供用電產(chǎn)權(quán)分界處或電能計量點 電壓允許波動和閃變 1電電壓壓波波動動： u 10kV 及以下 2.5%; u 35kV110kV 為 2%； u 220kV 及以上 1.6% 2閃閃變變 V10： u 對照明要求較高,0.4%(推薦值); u 一般照明負(fù)荷,0.6%(推薦值) u 衡量點為電網(wǎng)公共連接點(PCC)，取實測 95%概率值； u 給出閃變電壓限值和頻度的關(guān)系曲線，可以根據(jù)電壓波動曲線查得允許值， 并給出算例； u 對測量方法和測量儀器作出基本規(guī)定 三相供電電壓允許不平衡度 u 正常允許 2

10、%，短時不超過 4%； u 每個用戶一般不得超過 1.3% u 各級電壓要求一樣； u 衡量點為 PCC， 取實測 95%概率值或日累計超標(biāo)不超過 72min，且每 30min 中超標(biāo)不超過 5min； u 對測量方法和測量儀器作出規(guī)定； u 提供不平衡度算法 u電壓質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：v頻率頻率：u頻率偏差： 0.2Hz（3000MW系統(tǒng)）0.5Hz（3000MW系統(tǒng)）國外：(0.10.2)Hz 或 0.5Hzu電鐘時偏： 30s（3000MW系統(tǒng)）1min（3000MW系統(tǒng)）u額定頻率：50Hz（國外：50 或 60Hz）v波形：波形： 諧波電壓限值 表表1-3 1-3 公用電網(wǎng)諧波電壓限值公用電網(wǎng)

11、諧波電壓限值 電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)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(jī)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。 第四節(jié)第四節(jié) 電力系統(tǒng)的電壓等級及其選擇電力系統(tǒng)的電壓等級及其選擇 v一、電力系統(tǒng)額定電壓和最高電壓 v二、電氣設(shè)備額定電壓和最高電壓v三、電力系統(tǒng)電壓等級 v四、電壓等級選擇一、一、電力系統(tǒng)額定電

12、壓和最高電壓電力系統(tǒng)額定電壓和最高電壓 u電力系統(tǒng)的額定電壓：由國家根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件規(guī)定的電壓等級標(biāo)準(zhǔn)，又稱電力網(wǎng)的額定電壓或線路的額定電壓。u電力系統(tǒng)的最高電壓：電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時，在任何時間系統(tǒng)中任何一點上所出現(xiàn)的電壓最高值。u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。u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(yùn)行電壓，其數(shù)值等于所在電力系統(tǒng)的最高電壓值。二、二、電氣設(shè)備額定電壓和最高電壓電氣設(shè)備額定電壓和最高電壓 變壓器額定電壓/kV 電力系統(tǒng)額定電壓/kV 發(fā)電機(jī)額定電壓/kV 一次繞組 二次繞組 0.22/0

13、.127 0.23 0.22/0.127 0.23/0.133 0.38/0.22 0.40 0.38/0.22 0.40/0.23 0.66/0.38 0.69 0.66/0.38 0.69/0.40 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)電壓等級三、電力系統(tǒng)電壓等級1. 低于3kV系統(tǒng)的額定電壓u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u直流系統(tǒng)的額定電壓：u100V以下的額定電壓，受電設(shè)備與供電設(shè)備相同。u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。電電力力變變壓壓器器額額定定電電壓壓/kV

14、 電電力力系系統(tǒng)統(tǒng) 額額定定電電壓壓 /kV 發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī) 額額定定電電壓壓 /kV 一一次次繞繞組組 二二次次繞繞組組 電電氣氣設(shè)設(shè)備備 最最高高電電壓壓 /kV 3 3.15 3 及 3.15 3.15 及 3.3 3.6 6 6.30 6 及 6.30 6.3 及 6.6 7.2 10 10.50 10 及 10.5 10.5 及 11.0 12 - 13.80 13.80 - - 15.75 15.75 - - 18.0 18.0 - 20 20.0 20.0 - 24 - 22.0 22.0 - - 24.0 24.0 - 35 35 38.5 40.5 60 60 66 72.5

15、110 110 121 126 220 220 242 252 330 330 363 363 500 500 550 550 750 - - 800 2、 3kV及以上系統(tǒng)的額定電壓u電力線路額定電壓：電力線路的額定電壓和電力系統(tǒng)的額定電壓相等。u發(fā)電機(jī)的額定電壓： 105% UNu變壓器一次繞組： 相當(dāng)于用電設(shè)備 UNu變壓器二次繞組： 相當(dāng)于發(fā)電設(shè)備110% UN特例1： 變壓器一次繞組105% UNu特例2： 變壓器二次繞組105% UNU1I U2SZI （U1U2）/Zu傳輸功率S、電壓等級U、輸電距離l之間的關(guān)系uSConst， l U 2ulConst， S U 2參見表17。

16、三、電壓等級的選擇三、電壓等級的選擇23SU I第四節(jié)第四節(jié) 電力系統(tǒng)中性點接地電力系統(tǒng)中性點接地v一、概述v二、中性點不接地系統(tǒng)v三、中性點經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng)v四、中性點直接接地的電力系統(tǒng)v五、中性點經(jīng)電阻接地的電力系統(tǒng)一、概一、概 述述u 接地 ： 為了保證電力網(wǎng)或電氣設(shè)備的正常運(yùn)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。u接地分類：u工作接地：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。u保護(hù)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。u保護(hù)接零：在中性點直接接地的

17、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 身安全的保護(hù)作用。u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(hù)裝置采取的接地措施。u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。u如何確定如何確定電力系統(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(hù)以及確保人身安全諸方面綜合考慮。u電力系統(tǒng)的中性點接地方式中性點接地方式：小接地電流系統(tǒng)大接地電流系統(tǒng)負(fù)荷ABCCCCICa. 電路圖UAUBUC0IAIBIC00UAUBUCIB0IC0IA0b. 矢量圖二、中性點不接地的電力系統(tǒng)二、中性點不接地的電力系統(tǒng)u 適用范圍3kV60k

18、V的電力系統(tǒng)u 正常運(yùn)行時結(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。CAACCBAABBAAAUUUUUUUUUUU)()(0)(0UBUAUC60-UA UCUB -UA ICBICC-ICAICAICAICBICBICCICCIPE負(fù)荷ABCCCCUAUBUCu 單相金屬性接地故障時(A相)中性點不接地系統(tǒng)單相接地故障的結(jié)論結(jié)論 ：u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(yùn)行，但允許繼續(xù)運(yùn)行的時間不能超過2h。u 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

19、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。CAACCBAABBAAAUUUUUUUUUUU)()(0)(0UBUAUC60-UA UCUB -UA ICBICC-ICA603jBCBCBeUCjXUIBCCCCUCjXUI3303)(jBCCCBPEeUCIIIu 接地故障電容電流IPECUICO 容電流：正常運(yùn)行時每相對地電COPEICUI33 接地故障電流絕對值：350/)35( NPEUlcablohI式：接地電流的經(jīng)驗計算公中性點不接地系統(tǒng)單相接地故障的討論討論 ：u如果接地電流在5A以下，當(dāng)電流經(jīng)過零值時，電弧就會自然熄滅。u如果接地電流大于5A

20、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(dá)（2.53）U，將危害整個電網(wǎng)的絕緣安全。u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。0UAUBUC-UCUAUBILICICAICB負(fù)荷ABCCCCILICICCICBICAICCICBICAIPEL三、中性點經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng)三、中性點經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng)u消弧線圈: 安裝在變壓器或發(fā)電機(jī)中性點與大地之間的具有氣隙鐵芯的電抗器。u單相(C相)金屬性接地故障:u 消弧線圈的作用 當(dāng)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(bǔ)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。 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9