電力系統(tǒng)第1章

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

該課程既是主要專業(yè)課，也是專業(yè)基礎(chǔ)課、考研專業(yè)課，是學(xué)習(xí)和研究該領(lǐng)域的重要課程。電力系統(tǒng)分析電路電機學(xué)自控其它保護控制調(diào)度設(shè)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(nèi)容及特點

本課程的主要內(nèi)容及特點主要框架電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析電力系統(tǒng)暫態(tài)分析電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)電力系統(tǒng)機電暫態(tài)電力系統(tǒng)計算的計算機算法本課程的主要內(nèi)容及特點穩(wěn)態(tài)的主要內(nèi)容電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行的特點及要求電力系統(tǒng)元件的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型電力系統(tǒng)潮流分析電力系統(tǒng)運行與控制無功/電壓控制有功/頻率控制本課程的主要內(nèi)容及特點暫態(tài)的主要內(nèi)容電力系統(tǒng)暫態(tài)運行的特點及要求電力系統(tǒng)暫態(tài)的數(shù)學(xué)模型電力系統(tǒng)故障分析電力系統(tǒng)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(xué)相結(jié)合課堂考察與考勤作業(yè)考試（成績分配7:3）教學(xué)參考書

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

/Hadi

北極星電力論壇

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華北電力大學(xué)考研論壇

人類為什么選擇使用電能？十八世紀(jì)，蒸汽機發(fā)明：熱能－機械能，劃時代的工業(yè)革命十九世紀(jì)，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(zhuǎn)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(dāng)于20世紀(jì)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?cè)萘?21MW，成為當(dāng)時遠東第一大發(fā)電廠。1949年以前，僅東北有220KV和154KV的電網(wǎng)（日本人建造）。1972年由甘肅天水~陜西關(guān)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(shè)，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(wǎng)，是中國電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)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(jīng)河南南陽開關(guān)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(wǎng)新疆西藏東北華北西北川渝華中華東南方電網(wǎng)覆蓋率96.4%500kV220kV330kV火電廠水電廠核電廠第1章電力系統(tǒng)的基本概念1.1電力系統(tǒng)的組成和特點1.2電力系統(tǒng)的電壓等級和規(guī)定1.3電力系統(tǒng)的接線方式1.4電力線路的結(jié)構(gòu)小結(jié)本章重難點電力系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、電力網(wǎng)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(jié)構(gòu)，架空線路導(dǎo)線型號的表示法。1.1電力系統(tǒng)的組成和特點1.1.1電力系統(tǒng)的組成1.1.2電力系統(tǒng)運行應(yīng)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(zhuǎn)換而成如：電能、熱能等能源的轉(zhuǎn)換與傳輸：發(fā)電廠：

把其他形式的能量轉(zhuǎn)換成電能變壓器：

改變電壓等級輸電線路：

輸送電能用電設(shè)備：

把電能轉(zhuǎn)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(tǒng)

2、動力系統(tǒng)

3、電力網(wǎng)1.1.1電力系統(tǒng)的組成

電力系統(tǒng)：把這些生產(chǎn)、輸送、分配和消費電能的各種電氣設(shè)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(tǒng):電力系統(tǒng)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(yīng)堆和汽輪機。

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

電力網(wǎng)絡(luò)高壓電網(wǎng)指110KV和220KV電網(wǎng)；超高壓電網(wǎng)指330KV、500KV和750KV電網(wǎng)。特高壓電網(wǎng)指的是以1000KV輸電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，超高壓輸電網(wǎng)和高壓輸電網(wǎng)以及特高壓直流輸電、高壓直流輸電和配電網(wǎng)構(gòu)成的分層、分區(qū)、結(jié)構(gòu)清晰的現(xiàn)代化大電網(wǎng)。

變電站主要承擔(dān)電能的電壓等級變換以及能量分配的任務(wù)。變電站主要分為發(fā)電廠內(nèi)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(nèi)、屋外變電站500kV交流變電站全景220kV交流變電站1、電力系統(tǒng)的特點

（1）電能與國民經(jīng)濟各部門及人民日常生活關(guān)系密切

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

（3）電力系統(tǒng)暫態(tài)（過渡）過程非常短暫2、電力系統(tǒng)運行的基本要求

（1）保證安全可靠地供電

（3）保證電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性

（2）保證良好的電能質(zhì)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(shè)備損壞、大量廢品，導(dǎo)致生產(chǎn)秩序長期不能恢復(fù)，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(chǎn)，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(zhì)量

1）頻率

fN=50±（0.2~0.5）Hz

2)電壓一般不超過用電設(shè)備額定電壓的±5%。

3）波形——正弦波形

1）煤耗：發(fā)電廠生產(chǎn)1KWh電能所消耗的標(biāo)準(zhǔn)煤量。(3)保證電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性

2）網(wǎng)損率：電力網(wǎng)中損耗的電量占向電力網(wǎng)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(tǒng)的額定電壓1.2電力系統(tǒng)的電壓等級和規(guī)定1.2.2電力網(wǎng)電壓等級的選擇1、網(wǎng)絡(luò)額定電壓UN【三壓相等】

電力線路的額定電壓和用電設(shè)備的額定電壓相等，這一電壓即稱為電網(wǎng)的額定電壓。

我國的網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)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(cè)相當(dāng)于用電設(shè)備；

二次側(cè)相當(dāng)于發(fā)電機】

一次繞組：等于網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)額定電壓高10%，即1.1UN

1.1UN-0.05UN=1.05UN

特：內(nèi)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(wǎng)和用電設(shè)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(tǒng)接線圖如圖所示，圖中標(biāo)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(cè)額定電壓為10.5KV,高壓側(cè)額定電壓為242KV；變壓器T2:高壓側(cè)額定電壓為220KV，中壓側(cè)額定電壓為121KV，低壓側(cè)額定電壓為38.5KV；變壓器T3:高壓側(cè)額定電壓為110KV,低壓側(cè)額定電壓為11KV；變壓器T4:高壓側(cè)額定電壓為35KV，低壓側(cè)額定電壓為6.6KV；變壓器T5:高壓側(cè)額定電壓為10.5KV,低壓側(cè)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(wǎng)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(dǎo)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(yīng)減少。

缺點：絕緣要求高，網(wǎng)絡(luò)投資增加

總之，對應(yīng)一定的輸送功率和輸電距離，應(yīng)有一個技術(shù)上和經(jīng)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(wǎng)、用戶配電網(wǎng)11010～5050～150地區(qū)級輸電網(wǎng)、用戶配電網(wǎng)220100～500100～300省、區(qū)級輸電網(wǎng)330200～1000200～600省、區(qū)級輸電網(wǎng)、聯(lián)合系統(tǒng)輸電網(wǎng)5001000～1500150～850省、區(qū)級輸電網(wǎng)、聯(lián)合系統(tǒng)輸電網(wǎng)7502000～2500500以上聯(lián)合系統(tǒng)輸電網(wǎng)表1.2各級電壓架空線路與輸送容量、輸送距離的關(guān)系

1.3電力系統(tǒng)的接線方式

1.3.1電力系統(tǒng)接線圖1.3.2電力系統(tǒng)的接線方式1、電力系統(tǒng)電氣接線圖

圖中較詳細地表示出電力系統(tǒng)各主要元件之間的電氣聯(lián)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(tǒng)接線圖

2、電力系統(tǒng)地理結(jié)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(lián)系卻難以表示。

通常將電力系統(tǒng)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(tǒng)的接線方式（電力網(wǎng)）

（1）無備用結(jié)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(wǎng)絡(luò)。有放射式、干線式、鏈?zhǔn)?。無備用結(jié)線有備用結(jié)線優(yōu)點：結(jié)線簡單、投資少、運行維護方便；缺點：供電可靠性較低，當(dāng)干線式、鏈?zhǔn)骄€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?zhǔn)剑?）有備用結(jié)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(wǎng)絡(luò)。有雙回路放射式、干線式、鏈?zhǔn)?、環(huán)形供電網(wǎng)絡(luò)和兩端供電網(wǎng)絡(luò)。

1）雙回路放射式、干線式、鏈?zhǔn)?/p>

優(yōu)點：結(jié)線簡單，運行方便，供電可靠性和電壓質(zhì)量高。缺點：設(shè)備投資大。雙回路放射式雙回路干線式雙回路鏈?zhǔn)?）環(huán)形供電網(wǎng)

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

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

（1）開式網(wǎng)絡(luò)變電站（用戶）只能從一個方向取得電能的網(wǎng)絡(luò)，叫做開式網(wǎng)絡(luò)。有單回路放射式、干線式和鏈?zhǔn)健?/p>

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

對電力網(wǎng)絡(luò)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(yīng)各種可能的運行方式；（3）應(yīng)力求節(jié)約設(shè)備材料，減少投資與運行費用；（4）應(yīng)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(jié)構(gòu)

1.4.1架空線路的結(jié)構(gòu)1.4.2電纜線路的結(jié)構(gòu)電力線路按結(jié)構(gòu)可分為架空線路和電纜線路兩大類。架空線路——導(dǎo)線架設(shè)在室外的桿塔上。電纜線路——鋪設(shè)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)

架空線路由導(dǎo)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(dǎo)線（1）作用：傳導(dǎo)電流，輸送電能（2）常用材料：銅、鋁、鋼，少量鋁合金。銅：導(dǎo)電性能好、耐腐蝕、抗拉強度高，但量少價高。鋁：導(dǎo)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(dǎo)電性能差。（3）結(jié)構(gòu)：單股導(dǎo)線、單金屬多股絞線、鋼芯鋁絞線、擴徑導(dǎo)線、空心導(dǎo)線、分裂導(dǎo)線

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

分裂導(dǎo)線：將每相導(dǎo)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(dǎo)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(yīng)——當(dāng)交流電通過導(dǎo)體時，電流將集中在導(dǎo)體表面流過，頻率越高越明顯。圖1.8導(dǎo)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(dǎo)線不受直接雷擊（2）結(jié)構(gòu)架設(shè)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(dāng)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(dǎo)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(zhuǎn)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(dǎo)線的拉力