電力系統第1章

第一篇電力系統的穩(wěn)態(tài)分析電力系統分析本課程的主要內容及特點《電力系統分析》主要研究電力系統正常以及故障下的電氣量之間的關系。

該課程既是主要專業(yè)課，也是專業(yè)基礎課、考研專業(yè)課，是學習和研究該領域的重要課程。電力系統分析電路電機學自控其它保護控制調度設備其它電磁場特點：理論性強實踐性強工程性強本課程的主要內容及特點

本課程的主要內容及特點主要框架電力系統穩(wěn)態(tài)分析電力系統暫態(tài)分析電力系統電磁暫態(tài)電力系統機電暫態(tài)電力系統計算的計算機算法本課程的主要內容及特點穩(wěn)態(tài)的主要內容電力系統穩(wěn)態(tài)運行的特點及要求電力系統元件的穩(wěn)態(tài)數學模型電力系統潮流分析電力系統運行與控制無功/電壓控制有功/頻率控制本課程的主要內容及特點暫態(tài)的主要內容電力系統暫態(tài)運行的特點及要求電力系統暫態(tài)的數學模型電力系統故障分析電力系統穩(wěn)定性分析靜態(tài)穩(wěn)定暫態(tài)穩(wěn)定課程形式課堂講授與自學相結合課堂考察與考勤作業(yè)考試（成績分配7:3）教學參考書

何仰贊溫增銀．電力系統分析．第三版．武漢：華中科技大學出版社李光琦．電力系統暫態(tài)分析．中國電力出版社陳珩．電力系統穩(wěn)態(tài)分析．中國電力出版社

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北極星電力論壇

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華北電力大學考研論壇

人類為什么選擇使用電能？十八世紀，蒸汽機發(fā)明：熱能－機械能，劃時代的工業(yè)革命十九世紀，人類開始使用電能，進入電氣化時代課程引入：顯著優(yōu)點潔凈：環(huán)保方便

:

輸送、分配、使用節(jié)能

:

能耗小，轉換效率高

人類為什么選擇使用電能？電氣化2002年，中國電力消費在終端能源消費中的比例為42％，2020年將達到70％左右。2002年，中國人均電力消費1280千瓦時，相當于20世紀70年代的世界平均水平，約為目前世界平均水平時的一半。2008年，中國人均電力消費達到2631千瓦時，和世界平均水平差不多。試想：沒有電能你的生活會如何？

人類為什么選擇使用電能1882年英國商人在上海創(chuàng)辦了上海電氣公司，裝機容量12KW，5盞電燈。1913年上海楊樹浦發(fā)電廠發(fā)電，1924年該廠裝機12臺，總容量121MW，成為當時遠東第一大發(fā)電廠。1949年以前，僅東北有220KV和154KV的電網（日本人建造）。1972年由甘肅天水~陜西關中的534km的我國第一條330KV輸電線路工程。1981年由河南平頂山~湖北武漢的全長595km的我國第一條500KV輸電線路。

我國電力工業(yè)的發(fā)展我國電力工業(yè)的發(fā)展1989年建成了我國第一條遠距離±500KV葛洲壩~上海的直流輸電線路

1997年三峽工程建設，26臺700MW，15回500KV交流及三回±500KV直流，連接華東、華中、河南、四川、廣東等電網，是中國電網聯網的核心。

2006年甘肅官廳，建成第一條750KV交流輸電線路。

2008年12月30日22時，首個1000千伏特高壓交流試驗示范工程投入試運行，線路起自山西晉東南變電站，經河南南陽開關站，止于湖北荊門變電站，全長640公里。1980~2002年全國發(fā)電量如圖示（億千瓦時）

電力需求旺盛、增長快1987年全國裝機容量突破1億千瓦1995年3月全國裝機容量突破2億千瓦2000年4月全國裝機容量突破3億千瓦2004年5月底全國裝機容量突破4億千瓦2005年底全國裝機容量突破5億千瓦2006年10月全國裝機容量突破6億千瓦2008年全國裝機容量突破7億千瓦

2010年突破9億千瓦。2000年容量3億瓦1995年容量2億千瓦1987年容量1億千瓦1978年容量5712萬千瓦1949年容量185萬瓦中國電網新疆西藏東北華北西北川渝華中華東南方電網覆蓋率96.4%500kV220kV330kV火電廠水電廠核電廠第1章電力系統的基本概念1.1電力系統的組成和特點1.2電力系統的電壓等級和規(guī)定1.3電力系統的接線方式1.4電力線路的結構小結本章重難點電力系統、動力系統、電力網的基本概念；發(fā)電機、變壓器額定電壓的確定；架空線路的結構，架空線路導線型號的表示法。1.1電力系統的組成和特點1.1.1電力系統的組成1.1.2電力系統運行應滿足的基本要求

能源的分類：

一次能源:自然界存在的能源如:煤炭、石油、天然氣、水力等

二次能源：由一次能源轉換而成如：電能、熱能等能源的轉換與傳輸：發(fā)電廠：

把其他形式的能量轉換成電能變壓器：

改變電壓等級輸電線路：

輸送電能用電設備：

把電能轉換成適合用戶需要的其他形式的能量福建安砂水電廠寬縫重力壩

基本概念：

1、電力系統

2、動力系統

3、電力網1.1.1電力系統的組成

電力系統：把這些生產、輸送、分配和消費電能的各種電氣設備連接在一起而組成的整體。它包括從發(fā)電、變電、輸電、配電直到用電的全過程。

動力系統:電力系統加上發(fā)電廠的動力部分。

火電廠的動力部分包括汽輪機、鍋爐、供熱管道和熱用戶；水電廠的動力部分包括水庫和水輪機；核電廠的動力部分包括反應堆和汽輪機。

電力網：電力系統中輸送和分配電能的部分稱為電力網，它包括升、降壓變壓器和各種電壓的輸電線路。電力網動力系統電力系統電力網絡是連接發(fā)電機與用電設備（負荷）的中間環(huán)節(jié)，由變壓器和輸電線路組成，實現電能的傳輸與分配的功能。電力網絡是由許多子電力網絡發(fā)展、互聯而成，分區(qū)分層是電力網絡的一大特點。輸電網絡、高壓配電網絡、中壓配電網絡和低壓配電網絡。

電力網絡高壓電網指110KV和220KV電網；超高壓電網指330KV、500KV和750KV電網。特高壓電網指的是以1000KV輸電網為骨干網架，超高壓輸電網和高壓輸電網以及特高壓直流輸電、高壓直流輸電和配電網構成的分層、分區(qū)、結構清晰的現代化大電網。

變電站主要承擔電能的電壓等級變換以及能量分配的任務。變電站主要分為發(fā)電廠內升壓變電站、一次變電站（輸電變電站）、二次變電站（配電變電站）、用戶變電所等。屋內、屋外變電站500kV交流變電站全景220kV交流變電站1、電力系統的特點

（1）電能與國民經濟各部門及人民日常生活關系密切

1.1.2電力系統運行應滿足的基本要求（2）電能不能大量儲存，生產與消費具有同時性

（3）電力系統暫態(tài)（過渡）過程非常短暫2、電力系統運行的基本要求

（1）保證安全可靠地供電

（3）保證電力系統運行的經濟性

（2）保證良好的電能質量

（1）保證安全可靠的供電。

一級負荷在任何情況下都不停電；

二級負荷盡量不停電；

三級負荷可以停電。

第一級負荷：對這一級負荷中斷供電將會造成人身事故、設備損壞、大量廢品，導致生產秩序長期不能恢復，市政生活混亂。

第二級負荷：

對這一級負荷中斷供電將造成大量減產，影響人民生活。

第三級負荷：

不屬于第一、第二級，停電影響不大的其他負荷。美加2003年“8.14”大停電事故紐約一片漆黑，布什一臉無奈，與911并提（2）保證良好的電能質量

1）頻率

fN=50±（0.2~0.5）Hz

2)電壓一般不超過用電設備額定電壓的±5%。

3）波形——正弦波形

1）煤耗：發(fā)電廠生產1KWh電能所消耗的標準煤量。(3)保證電力系統運行的經濟性

2）網損率：電力網中損耗的電量占向電力網供電量的百分比。

3）廠用電率：發(fā)電廠自用電量占發(fā)電量的百分比。1.2.1電力系統的額定電壓1.2電力系統的電壓等級和規(guī)定1.2.2電力網電壓等級的選擇1、網絡額定電壓UN【三壓相等】

電力線路的額定電壓和用電設備的額定電壓相等，這一電壓即稱為電網的額定電壓。

我國的網絡額定電壓有：

3KV、6KV、10KV、35KV、60KV、110KV、220KV、330KV、500KV

2、發(fā)電機的額定電壓UG發(fā)電機的額定電壓比電網的額定電壓高5%。UN1.05UN1.0UN1.05UN0.95UN1.05UN-0.1UN=0.95UN3、變壓器的額定電壓

【一次側相當于用電設備；

二次側相當于發(fā)電機】

一次繞組：等于網絡的額定電壓，即1.0UN

特：變壓器一次繞組直接與發(fā)電機連接時，1.05UN

二次繞組(空載)：比網絡額定電壓高10%，即1.1UN

1.1UN-0.05UN=1.05UN

特：內阻抗小于7.5％的小型變壓器（3kv—10kv電壓等級）和供電距離很短的變壓器，1.05UN分類電力網和用電設備額定電壓發(fā)電機額定電壓電力變壓器額定電壓一次繞組二次繞組低壓220/127380/220660/380230400690220/127380/220660/380230/133400/230690/400高壓3610－35631102203305007503.156.310.513.8,15.75,－－－－－－

3及3.156及6.310及10.513.8,15.75,35631102203305007503.15及3.36.3及6.610.5及11－38.569121242363550825例題1.1電力系統接線圖如圖所示，圖中標明了各級電力線路的額定電壓。試求發(fā)電機和變壓器繞組的額定電壓。解：發(fā)電機G的額定電壓為10.5KV。變壓器T1:低壓側額定電壓為10.5KV,高壓側額定電壓為242KV；變壓器T2:高壓側額定電壓為220KV，中壓側額定電壓為121KV，低壓側額定電壓為38.5KV；變壓器T3:高壓側額定電壓為110KV,低壓側額定電壓為11KV；變壓器T4:高壓側額定電壓為35KV，低壓側額定電壓為6.6KV；變壓器T5:高壓側額定電壓為10.5KV,低壓側額定電壓為3.15KV。討論：

前提：輸電距離L一定輸送有功功率P一定P+jQL1.2.2電力網電壓等級的選擇

提高電壓等級

優(yōu)點：因為有功功率所以，

導線截面可減小，節(jié)省有色金屬，線路的功率損耗和電能損耗也相應減少。

缺點：絕緣要求高，網絡投資增加

總之，對應一定的輸送功率和輸電距離，應有一個技術上和經濟上均較合理的電壓。額定電壓（KV）輸送容量（MW）輸送距離（Km）適用地區(qū)0.380.1以下0.6以下低壓動力與三相照明30.1～1.01～3高壓電動機60.1～1.24～15發(fā)電機電壓、高壓電動機100.2～2.06～20配電線路、高壓電機352.0～1020～50縣級輸電網、用戶配電網11010～5050～150地區(qū)級輸電網、用戶配電網220100～500100～300省、區(qū)級輸電網330200～1000200～600省、區(qū)級輸電網、聯合系統輸電網5001000～1500150～850省、區(qū)級輸電網、聯合系統輸電網7502000～2500500以上聯合系統輸電網表1.2各級電壓架空線路與輸送容量、輸送距離的關系

1.3電力系統的接線方式

1.3.1電力系統接線圖1.3.2電力系統的接線方式1、電力系統電氣接線圖

圖中較詳細地表示出電力系統各主要元件之間的電氣聯系，但不能反映各發(fā)電廠、變電所的相對地理位置。1.3.1電力系統接線圖

2、電力系統地理結線圖

圖中各發(fā)電廠、變電所相對地理位置和線路路徑都按一定比例畫出，但各主要元件較詳細的電氣聯系卻難以表示。

通常將電力系統的電氣接線圖和地理接線圖配合使用。

1、按供電可靠性分類

1.3.2電力系統的接線方式（電力網）

（1）無備用結線任何一個變電站（用戶）都只能從一條線路取得電能的電力網絡。有放射式、干線式、鏈式。無備用結線有備用結線優(yōu)點：結線簡單、投資少、運行維護方便；缺點：供電可靠性較低，當干線式、鏈式線路長時，末端電壓可能偏低。單回路放射式單回路干線式單回路鏈式（2）有備用結線

任何一個變電站（用戶）可以從兩條及兩條以上的線路取得電能的電力網絡。有雙回路放射式、干線式、鏈式、環(huán)形供電網絡和兩端供電網絡。

1）雙回路放射式、干線式、鏈式

優(yōu)點：結線簡單，運行方便，供電可靠性和電壓質量高。缺點：設備投資大。雙回路放射式雙回路干線式雙回路鏈式2）環(huán)形供電網

優(yōu)點：供電可靠性高，投資少。缺點：運行調度復雜；開環(huán)運行時，某些線路可能過負荷、某些負荷點電壓質量不能滿足要求。環(huán)形供電網3）兩端供電網

優(yōu)點：供電可靠性高，投資少。缺點：運行調度復雜。2、按負荷取得電能的方向分類

（1）開式網絡變電站（用戶）只能從一個方向取得電能的網絡，叫做開式網絡。有單回路放射式、干線式和鏈式。

（2）閉式網絡變電站（用戶）可以從兩個或兩個以上的方向取得電能的網絡，叫做閉式網絡。如：環(huán)形網絡、兩端供電網絡?！竞唵伍]式網】

對電力網絡接線方式的選擇，要考慮以下幾個方面：

（1）必須保證用戶供電的可靠性；（2）必須能靈活的適應各種可能的運行方式；（3）應力求節(jié)約設備材料，減少投資與運行費用；（4）應保證在各種運行方式下運行人員操作的安全。

1.4電力線路的結構

1.4.1架空線路的結構1.4.2電纜線路的結構電力線路按結構可分為架空線路和電纜線路兩大類。架空線路——導線架設在室外的桿塔上。電纜線路——鋪設地下的電纜溝或管道中。輸電線路

電能的輸送是在輸電線路上進行的。按結構可分為架空線路和電纜兩類直流輸電線路和交流輸電線路1.4.1架空線路的結構

架空線路由導線、避雷線（又稱架空地線）、桿塔、絕緣子和金具等元件組成如圖1.7所示。

圖1.7架空線路

1、導線（1）作用：傳導電流，輸送電能（2）常用材料：銅、鋁、鋼，少量鋁合金。銅：導電性能好、耐腐蝕、抗拉強度高，但量少價高。鋁：導電性能好、比重小、價格低，但機械強度差、抗腐蝕能力差。鋼：機械強度大，但導電性能差。（3）結構：單股導線、單金屬多股絞線、鋼芯鋁絞線、擴徑導線、空心導線、分裂導線

為防止電暈和減小線路感抗，220KV以上線路常采用擴徑導線、空心導線、分裂導線。

分裂導線：將每相導線分裂成很多根，并將它們布置在半徑為req的圓周上。

鋼芯鋁絞線——利用鋼的優(yōu)良機械強度和鋁的導電性能好的優(yōu)點，將鋁線繞在單股或多股鋼線外層作主要載流部分，廣泛用于35KV及以上電壓線路。集膚效應——當交流電通過導體時，電流將集中在導體表面流過，頻率越高越明顯。圖1.8導線的斷面圖

（4）型號:××

×

×-×/×××：材料，G表示鋼，T表示銅，L表示鋁，HL表示鋁合金?！粒篔表示多股線，絞線?！粒篔表示加強型，Q表示輕型?！粒褐饕d流部分額定截面積?！粒轰摼€部分額定截面積

LJ—35鋁絞線

LGJ—185鋼芯鋁絞線

LGJQ—300輕型鋼芯鋁絞線

LGJJ—400加強型鋼芯鋁絞線2、避雷線（1）作用保護導線不受直接雷擊（2）結構架設在桿塔頂部，常采用鋼絞線、鋁包鋼線。在正常運行時，無電流通過，當雷落在避雷線上時，通過桿塔上的金屬部分和埋在地下的接地裝置將雷電流引入大地，使線路絕緣免遭大氣過電壓的破壞。3、桿塔

（1）作用支持導線和避雷線，并使之保持一定的安全距離

（2）分類

1）按所用材料分類木桿、鐵塔、鋼筋混凝土桿

2）按用途分類直線桿塔、耐張桿塔、轉角桿塔、終端桿塔、換位桿塔直線桿塔：又稱中間桿塔，用于線路走向成直線。耐張桿塔：又稱承力桿塔，用于承受對導線的拉力