電力系統(tǒng)基礎知識課件

1、第一章 電力系統(tǒng)基礎知識前言 電力系統(tǒng)發(fā)展概況及前景第一節(jié) 電力系統(tǒng)基本概念第二節(jié) 電力負荷第三節(jié) 電能質量指標第四節(jié) 電力系統(tǒng)中性點接地我國電力工業(yè)發(fā)展概況及前景 一、電力工業(yè)發(fā)展概況 最早的火力發(fā)電是在1882年，在上海第一臺機組發(fā)電。 水力發(fā)電比火力發(fā)電晚了30年，始于1912年，在云南省離昆明40km的螳螂川上建成石龍壩水電站，裝機容量為2X240kW。 從1882年，到1949年新中國成立，在60多年中，全國只有幾個大城市有電能供應。 1949年全國發(fā)電設備的總裝機容量為18486萬kW(當時占世界第21位)，年發(fā)電量僅431億kWh(占世界第25位)，人均年占有電量不足10kWh。

2、 1978年改革開放到2000年，我國發(fā)電裝機和發(fā)電量先后超越法國、英國、加拿大、德國、俄羅斯和日本，居世界第2位。 1987年發(fā)電裝機突破1億千瓦，1995年超過了2億千瓦，2000年跨上3億千瓦臺階。進入新世紀，電力工業(yè)進入歷史上的高速發(fā)展階段，2004年全國發(fā)電裝機突破4億千瓦，2005年超過了5億千瓦。至今，全國發(fā)電裝機超過6億千瓦。 隨著電力工業(yè)的技術裝備水平不斷提高，我國成批量生產的30萬千瓦和60萬千瓦機組已成為國內的主力機型。 目前， 60萬千瓦、90萬千瓦超臨界機組已經投產發(fā)電，國產百萬千瓦級超超臨界機組也即將投產。通過引進國際先進技術，國內合作生產的30萬千瓦大型循環(huán)流化床

3、鍋爐發(fā)電設備、9F級聯(lián)合循環(huán)燃氣輪機、60萬千瓦級壓水堆核電站和70萬千瓦三峽水輪機組等發(fā)電設備在性價比上已經具有了國際競爭力。 我國最大的火電機組容量為90X104kW(外高橋第二發(fā)電廠)， 最大的水電機組容量為70X104 kW(三峽工程)， 最大的核電機組容量100X104kW(嶺澳核電廠)； 最大的火力發(fā)電廠容量300X104kW(北侖港電廠，5X 60X104kW)， 最大的水力發(fā)電廠330X104 kW(二灘水電廠，6X55X104kW)， 最大的核能發(fā)電廠200X104kW(嶺澳核電廠，2X100X104 kW)， 最大的抽水蓄能電廠240X104 kW(廣東抽水蓄能電廠，8X3

4、0X104kW)， 舉世矚目的三峽工程，裝機容量32臺(含地下電廠6臺機組)，單機容量70X104kW，年均發(fā)電量847XlO8kWh。 我國核電力工業(yè)起步較晚，自行設計、制造、安裝、調試的30X104 kW浙江秦山核電廠于1991年12月首次并網(wǎng)發(fā)電； 1974年建成了我國第一條330kV輸電線路，由甘肅劉家峽水電廠到陜西關中地區(qū)。 1981年建成了第一條500kV輸電線路，由河南姚盂火電廠到武漢。 正在建設中的西北750kV輸變電工程，標志著我國電網(wǎng)輸電電壓等級由目前最高的500kV即將升級為750kV，實現(xiàn)歷史性跨越。 除超高壓交流輸電外，1988年建成了從葛洲壩水電廠到上海南橋變電站的

5、土500kV直流輸電線路，輸送容量120X104kW，使華中和華東兩大電網(wǎng)互聯(lián)，形成了跨大區(qū)的聯(lián)合電力系統(tǒng)。 三峽已完成三峽一常州、三峽一廣東等土500kV高壓直流輸電工程。同時，國內制造廠家生產制造的500千伏交直流輸變電設備已成為電網(wǎng)的骨干輸電網(wǎng)架。西北750 千伏交流輸變電示范工程和河南靈寶背靠背成套設備已建成投產。目前全國六大電網(wǎng)已實現(xiàn)互聯(lián)。國家發(fā)改委同意先建設三條特高壓示范工程，分別是國家電網(wǎng)公司的“晉東南-南陽-荊門”1000千伏交流特高壓、“溪洛渡-向家壩”800千伏直流特高壓和南方電網(wǎng)公司的“云南楚雄-廣州穗東”800千伏直流特高壓。 總投資180億元的四川-上海800千伏特高

6、壓直流輸電示范工程在上海奠基，這也是中國第二條特高壓線路。據(jù)介紹，這是目前規(guī)劃建設的世界上電壓等級最高、輸送距離最遠、容量最大的直流輸電工程。這條輸電線路計劃于2011年建成投運，屆時可向上海輸電700萬千瓦。國家發(fā)改委同意先建設三條特高壓示范工程，分別是國家電網(wǎng)公司的“晉東南-南陽-荊門”1000千伏交流特高壓、“溪洛渡-向家壩”800千伏直流特高壓和南方電網(wǎng)公司的“云南楚雄-廣州穗東”800千伏直流特高壓。未來在西南水電中，金沙江下游4座特大型水電站總裝機容量約3800萬千瓦，通過6回800千伏特高壓直流工程外送華東和華中電網(wǎng)；雅礱江錦屏一、二級和官地水電站，裝機總容量共計1080萬千瓦，

7、采用1回800千伏特高壓直流工程送電華東。遠景中的西藏水電開發(fā)外送，均需采用800千伏特高壓直流輸電技術。二、電力系統(tǒng)發(fā)展前景 超高壓、大系統(tǒng)、大機組、大電廠、高度自動化以及核電技術和直流輸電技術 關于IT(1nformationTechnology)技術：IT技術在電力系統(tǒng)中的應用，目前取得成功的主要在兩個方面， 第一方面是各類電氣設備的微機化，如微機勵磁調節(jié)系統(tǒng)，微機繼電保護裝置，微機無功電壓控制裝置，微機調速器，以及微機監(jiān)控系統(tǒng)等。 第二方面是電力系統(tǒng)各類復雜計算的計算機自動實現(xiàn)，如潮流計算，短路計算，暫態(tài)穩(wěn)定計算，電磁暫態(tài)計算，電壓穩(wěn)定計算，小干擾分析，各類優(yōu)化計算，智能軟件和小波分析

8、等很多方面都實現(xiàn)了計算機自動計算。上述兩個方面研究成果的成熟和計算機技術的進一步發(fā)展，使得系統(tǒng)集成為新的研究熱點。目前比較成功的有下述幾個方面： SCADA(Supervisory Control and DataAcquisition)系統(tǒng)、 EMS(Energy Management System)、 DMS(Distribution Management System)，DCS和NCS的配合（網(wǎng)控微機監(jiān)控系統(tǒng)，簡稱NCS: Network Control System） 就地或區(qū)域的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，MIS(Management lnformation System)等。 關于諧波治理隨著超

9、大容量的電力電子裝置的發(fā)展，如直流輸電工程，動態(tài)無功補償、有源電力濾波、可控移相和柔性交流輸電等。然而所有電力電子裝置都不可避免地會產生諧波，它不但向電力網(wǎng)注入諧波電流，使公共連接點的電壓波形嚴重畸變，形成附加的能量損失，而且產生很強的電磁干擾。造成重要的和敏感的自動控制與保護裝置工作紊亂，影響功率處理器的正常運行等。因此，電力系統(tǒng)諧波及其治理的研究已經嚴峻地擺在電力科技工作者面前。GPS系統(tǒng) 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS（Gavigation Satellite Timing and Ranging /Global Positioning System），由21顆工作衛(wèi)星和3顆備用衛(wèi)星組成。是由美

10、國國防部負責實施的一項高科技計劃，歷時20多年于1993年完成。該系統(tǒng)接收器把衛(wèi)星信號解碼后能夠把本身時鐘與衛(wèi)星時鐘對準，測出它與各衛(wèi)星之間的距離，計算出自己所處的位置（經、緯度）和高度。目前世界上除了GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)外，還有一個是俄羅斯的GLONASS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。就電力系統(tǒng)應用而言，這兩個系統(tǒng)的時間精度都足以滿足要求。國家核電技術公司成立即將引進第三代核電技術目前我國正在運行的11座核電機組，以壓水堆技術為主，包括3座國產的、兩座從俄羅斯引進的和4座從法國引進的，還有從加拿大引進的兩座重水堆。這些核電技術都屬于第二代。目前我國核電裝機容量900萬千瓦，僅占全國電力總裝機容量的1強

11、，遠低于世界平均水平。按照國家核電中長期發(fā)展規(guī)劃，到2020年，我國核電裝機將占電力總裝機容量的4，達到4000萬千瓦。廣東十一五期間計劃投資739億元人民幣營建核電，其投資超過了常規(guī)電廠，已選擇了10個新廠址。世界核能協(xié)會(WNA)的統(tǒng)計表明：至2005年全球共有442座核反應堆并網(wǎng)，62座在建，160座計劃建設，核能供電已占全球供電的16%，其中美國103座，法國58座，日本55座、在建13座，俄羅斯31座，韓國20座，印度18座、在建8座。核能依賴的資源主要分布在加拿大和澳大利亞等地，核原料鈾供應相對穩(wěn)定安全，難以被個別國家控制；核燃料能量密度比化石能源高幾百萬倍，要比煤炭石油節(jié)省體系龐

12、大的物流資源；核能發(fā)電燃料費用低，與油氣煤相比具有價格穩(wěn)定的優(yōu)勢，對原料產地依賴性不強。核能發(fā)電的劣勢是：熱污染嚴重，放射性廢料處理需縝密安排，核電不宜做尖峰、離峰使用，需要建立嚴格的防漏安全體系等。 電力網(wǎng)：電力系統(tǒng)中的輸電、變電、配電三部分組成稱為電力網(wǎng)。電力系統(tǒng)：由發(fā)電、輸電、變電、配電和用電組成的整體稱為電力系統(tǒng)。動力系統(tǒng)：把發(fā)電廠的發(fā)電機除外的動力部分稱動力系統(tǒng)。 電力網(wǎng)：按其在電力系統(tǒng)中的作用不同，分為輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)輸電網(wǎng)：是以高壓甚至超高壓將發(fā)電廠、變電所或變電所之間連接起來的輸電網(wǎng)絡。所以又稱電力網(wǎng)的主網(wǎng)架。電壓等級在220kV以上配電網(wǎng)：直接將電能送到客戶的網(wǎng)絡。配電網(wǎng)的電壓

13、因應客戶的需要而定，根據(jù)電壓等級又分高、中、低配電網(wǎng)。高壓配電網(wǎng)：電壓等級在110kV及以上的網(wǎng)絡中壓配電網(wǎng)：電壓等級在35kV、10kV、6kV、3kV的網(wǎng)絡低壓配電網(wǎng)：電壓等級在220V、380V的網(wǎng)絡（二）電力系統(tǒng)的基本結構形式，大致可分為下列兩類：(1)大城市型。這類系統(tǒng)是向以大城市為中心的負荷密度很高的地區(qū)供電的電力系統(tǒng)。它以圍繞城市周圍的環(huán)形系統(tǒng)作為主干，將水電、火電、核電電源引入主干網(wǎng)絡，再向城市供、配電系統(tǒng)進行再分配，并對大城市用電增長有高度的適應性和供電的高度可靠性。 (2)遠距離輸電系統(tǒng)。這一類系統(tǒng)一般是指通過遠距離輸電線路(數(shù)百到數(shù)千公里)把遠處的大型水電廠、坑口電廠、核

14、電廠的電能送往負荷中心，如圖1-2所示。電力系統(tǒng)電壓分層結構示意圖如圖1-3所示。超高壓500kV主要用于大功率、遠距離輸送和跨省聯(lián)絡線，并正在逐步形成跨省互聯(lián)的網(wǎng)絡；高壓220kV主要形成大電網(wǎng)主干網(wǎng)架；110kV用于中、小系統(tǒng)的主干線，也用于大電力系統(tǒng)的二次網(wǎng)絡；城市配電網(wǎng)目前主要采用10kV、35kV電壓等級。隨著城市電力需求的增長，配電電網(wǎng)的電壓升高，將形成110kV配電網(wǎng)。（三）對電力系統(tǒng)的要求保證供電可靠 保證良好的電能質量為用戶提供充足的電力提高電力系統(tǒng)運行經濟性 一、大電力系統(tǒng)的優(yōu)點 (1)提高供電可靠性和電能質量。 (2)可減少系統(tǒng)的裝機容量，提高設備利用率。 (3)便于利用

15、大型動力資源，降低造價。 (4)減少系統(tǒng)的備用容量，合理利用各種資源，提高運行的經 濟性。 （5）降低系統(tǒng)的高峰負荷二、電力生產的特點 1、同時性電能不能大量存儲： 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：2、集中性電力生產是高度集中的、統(tǒng)一的。3、適用性電能使用最方便、最廣泛。4、先行性裝機容量、電網(wǎng)容量、發(fā)電量增長速度應大于工業(yè)總產值的增長。三、新型能源發(fā)電技術新能源主要指風能、太陽能、地熱能、海洋能等。目前比較成熟的新能源發(fā)電技術有：1）風力發(fā)電；2）太陽能發(fā)電；3）地熱發(fā)電；4）潮汐發(fā)電四、電網(wǎng)的節(jié)能技術 電網(wǎng)的線損是指發(fā)電廠到客戶（電力系統(tǒng)）的輸送過程中不可避免地

16、發(fā)生的功率和能量損耗。 主要由電力變壓器和電力線路損耗。電網(wǎng)節(jié)能技術主要包括電力線路、電力變壓器和電網(wǎng)總體節(jié)電技術三個方面：1、電力線路的節(jié)能措施1）在電網(wǎng)中盡量采用環(huán)形供電和多回線路供電方式避免電力線路交錯、重疊和迂回供電。2）投入備用線路3）減少空載損耗4）采用節(jié)能型無功補償裝置，提高功率因數(shù)5）改造、更新高低壓配電線路2、變壓器節(jié)能技術1）采用節(jié)能型變壓器2）采用相控無功自動補償提高功率因數(shù)，降變壓器繞組損耗。3）按最大需求量計算基本電費，有利于推廣變壓器經濟運行，從而達到節(jié)能的目的。4）調整電網(wǎng)中變壓器運行5）實行經濟調度，提高變壓器運行效率，實現(xiàn)經濟運行。3、電力系統(tǒng)總體節(jié)能方式1)

17、 系統(tǒng)總體負荷平衡2）調整客戶用電時間，提高負荷率3）簡化電壓等級4）實施電網(wǎng)經濟調度，減少電力系統(tǒng)的電能損耗5）選擇合理的電力系統(tǒng)規(guī)劃方案6）采用冷、熱電聯(lián)產第二節(jié) 電力負荷 電力負荷是指用電設備或用電單位所消耗的功率（KW）、容量（KVA）和電流（A）。一、電力負荷的組成1、用電負荷：是用戶在某一時刻對電力系統(tǒng)所需求的功率。2、線損負荷：電能從發(fā)電廠到用戶的輸送過程中不可避免地會發(fā)生功率和能量的損耗，與這種所對應的發(fā)電功率，叫線損負荷。3、供電負荷：用電負荷加上同一時刻的線損負荷，是發(fā)電廠對外供電時所承擔的全部負荷。二、電力系統(tǒng)負荷的分類方法1、按突然中斷供電所造成的損失程度分類可以分為三

18、類： 一類負荷： 對這類負荷中斷供電，將帶來人身危險，設備損壞，引起生產混亂，出現(xiàn)大量廢品，重要交通樞紐受阻，城市水源、通信、廣播中斷，因而造成巨大經濟損失和重大政治影響。一類負荷一般應由兩個獨立電源供電。 二類負荷： 對這類負荷中斷供電，將造成大量減產、停工，局部地區(qū)交通受阻，大部分城市居民的正常生活被打亂。二類負荷可以采用雙回線供電。 三類負荷： 指不屬于第一類、第二類的其它負荷。對這類負荷中斷供電，造成的損失不大。因此，對三類負荷的供電無特殊要求。2、按負荷發(fā)生時間分類可以分為三類：（1）高峰負荷：是指電網(wǎng)或用戶在一天時間內所發(fā)生的最大負荷值。 （2）低谷負荷：是指電網(wǎng)或用戶在一天24小

19、時內發(fā)生的用電量最小的一點的小時平均電量。 （3）平均負荷：是指電網(wǎng)和用戶在一段確定時間階段的平均小時用電量。第三節(jié) 電能質量電能質量：指供給用電單位收電端電能品質的優(yōu)劣程度電能質量主要包括電壓質量與頻率質量兩部分。一、電壓質量又分為：1、電壓允許偏差2、電壓允許波動和閃變3、公用電網(wǎng)諧波4、三相電壓不平衡二、頻率質量1、供電頻率允許偏差電能的質量指標主要包括：電 壓 頻 率波 形電壓質量標準：頻率：頻率偏差：0.2Hz（3000MW系統(tǒng)）0.5Hz（3000MW系統(tǒng)）國外：(0.10.2)Hz 或 0.5Hz電鐘時偏：30s（3000MW系統(tǒng)）1min（3000MW系統(tǒng)）額定頻率：50Hz（

20、國外：50 或 60Hz）波形：質量標準：正弦波電壓和電流諧波的危害與抑制第四節(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、中性點經電阻接地的電力系統(tǒng)六、低壓系統(tǒng)接地形式一、概 述 接地 ： 為了保證電力網(wǎng)或電氣設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：為了保證電氣設備在正常或發(fā)生故障情況下可靠地工作而采取的接地。工作接地分直接接地和非直接接地。工作接地的電阻一般不超過4歐姆。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

21、，以保證工作人員接觸時的安全。保護接零：在中性點直接接地的低壓電力網(wǎng)中，把電氣設備的外殼與接地中性線直接連接，以實現(xiàn)對人 身安全的保護作用。防雷接地：為消除大氣過電壓對電氣設備的威脅，而對過電壓保護裝置采取的接地措施。防靜電接地：對生產過程中有可能積蓄電荷的設備所采取的接地。根據(jù)電力系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時，其接地故障電流的大小來劃分，我國電力系統(tǒng)的中性點接地有兩大類：、小電流接地系統(tǒng)；、大電流接地系統(tǒng) 。具體來說有4種，即：小電流接地系統(tǒng)包括中性點不接地（中性點絕緣）、中性點經消弧線圈接地或經大電阻、中電阻接地；大電流接地系統(tǒng)包括中性點直接接地、中性點經小電阻接地。如何確定電力系統(tǒng)中性點接地

22、方式： 應從供電可靠性、內過電壓、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。負荷ABCCCCICa. 電路圖UAUBUC0IAIBIC00UAUBUCIB0IC0IA0b. 矢量圖二、中性點不接地的電力系統(tǒng) 適用范圍3kV60kV的電力系統(tǒng) 正常運行時結論： 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過大地流動。0UBUAUC60-UA UCUB -UA ICBICC-ICAICAICAICBICBICCICCIPE負荷ABCCCCUAUBUC 單相金屬性接地故障時(A相)中性點不接地系統(tǒng)單相接地故障的結論 ：三相之間的線電壓仍

23、然對稱，用戶的三相用電設備仍能照常運行，但允許繼續(xù)運行的時間不能超過2h。 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，線路及各種電氣設備的絕緣要按線電壓設計，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。0UBUAUC60-UA UCUB -UA ICBICC-ICA 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 ：如果接地電流在5A以下，當電流經過零值時，電弧就會自然熄滅。如果接地電流大于5A10A，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（2.53）U，將危害整個電網(wǎng)的絕緣安全。接地電流大于

24、30A時，將形成穩(wěn)定電弧，成為持續(xù)性電弧接地，這將燒毀電氣設備和可能引起多相相 間短路。0UAUBUC-UCUAUBILICICAICB負荷ABCCCCILICICCICBICAICCICBICAIPEL三、中性點經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: 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

25、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，產生電感電流（滯后90），其數(shù)值為: ILUC / XLU / XL 消弧線圈的補償方式欠補償方式：按ILIC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。四、中性點直接接地的電力系統(tǒng) 特點： 供電可靠性不如電力系統(tǒng)中性點不接地和經消弧線圈接地方式。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。電氣設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。負荷ABCk(1)Ik(1)Ik(1)中性點直接接地方式適用范圍：

26、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)。五、中性點經（?。╇娮杞拥氐碾娏ο到y(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。減少對通信的干擾。 適用范圍：配網(wǎng)系統(tǒng)（與中性點經消弧線圈接地、不接地比較）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，可采用中性點經消弧線圈接地或采用中性點經電阻接地。六、低壓系統(tǒng)接地形式1、TN 系統(tǒng)接地TN 方式供電系統(tǒng)： 這種供電系統(tǒng)是將電氣設備的金屬外殼和正常不帶電的金屬部分與工作零線相接的保護系統(tǒng)，稱作接零保護系統(tǒng)，用 TN 表示。其中 TN 系統(tǒng)又分為 TN-C 、 TN-S 、 TN-C-S 系統(tǒng)2、TT 系統(tǒng)接地TT 方式供電系統(tǒng) : TT 方式是指將電氣設備的金屬外殼直接接地的保護系統(tǒng)，稱為保護接地系統(tǒng)，也稱 TT 系統(tǒng)。第一個符號 T 表示電力