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文檔簡介

第一章電力系統(tǒng)基礎(chǔ)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(zhì)量指標(biāo)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(yīng)。1949年全國發(fā)電設(shè)備的總裝機容量為184.86萬kW(當(dāng)時占世界第21位),年發(fā)電量僅43.1億kW.h(占世界第25位),人均年占有電量不足10kW.h。

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70X104kW(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,5X60X104kW),最大的水力發(fā)電廠330X104kW(二灘水電廠,6X55X104kW),最大的核能發(fā)電廠200X104kW(嶺澳核電廠,2X100X104kW),最大的抽水蓄能電廠240X104kW(廣東抽水蓄能電廠,8X30X104kW), 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847XlO8kW.h。 我國核電力工業(yè)起步較晚,自行設(shè)計、制造、安裝、調(diào)試的30X104kW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(guān)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(shè)中的西北750kV輸變電工程,標(biāo)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(nèi)制造廠家生產(chǎn)制造的500千伏交直流輸變電設(shè)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(shè)備已建成投產(chǎn)。 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(shè)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。 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(shù)和直流輸電技術(shù)關(guān)于IT(1nformationTechnology)技術(shù): IT技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)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(shè)備的微機化,如微機勵磁調(diào)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(diào)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(fù)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(shù)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(SupervisoryControlandDataAcquisition)系統(tǒng)、 EMS(EnergyManagementSystem)、 DMS(DistributionManagementSystem), DCS和NCS的配合(網(wǎng)控微機監(jiān)控系統(tǒng),簡稱NCS:NetworkControlSystem)就地或區(qū)域的綜合監(jiān)控系統(tǒng),MIS(ManagementlnformationSystem)等。

關(guān)于諧波治理 隨著超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(chǎn)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(chǎn)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(jīng)嚴峻地擺在電力科技工作者面前。國家核電技術(shù)公司成立

即將引進第三代核電技術(shù)

目前我國正在運行的11座核電機組,以壓水堆技術(shù)為主,包括3座國產(chǎn)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(shù)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,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(yīng)堆并網(wǎng),62座在建,160座計劃建設(shè),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(yīng)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(chǎn)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(luò)。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(luò)。配電網(wǎng)的電壓因應(yīng)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(luò)中壓配電網(wǎng):電壓等級在35kV、10kV、6kV、3kV的網(wǎng)絡(luò)低壓配電網(wǎng):電壓等級在220V、380V的網(wǎng)絡(luò)(二)電力系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)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(luò),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(yīng)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、核電廠的電能送往負荷中心,如圖1-2所示。(三)對電力系統(tǒng)的要求保證供電可靠保證良好的電能質(zhì)量為用戶提供充足的電力提高電力系統(tǒng)運行經(jīng)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(zhì)量。

(2)可減少系統(tǒng)的裝機容量,提高設(shè)備利用率。

(3)便于利用大型動力資源,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(jīng)

濟性。(5)降低系統(tǒng)的高峰負荷三、新型能源發(fā)電技術(shù)新能源主要指風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮?、海洋能等。目前比較成熟的新能源發(fā)電技術(shù)有:1)風(fēng)力發(fā)電;2)太陽能發(fā)電;3)地?zé)岚l(fā)電;4)潮汐發(fā)電四、電網(wǎng)的節(jié)能技術(shù)

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(shù)主要包括電力線路、電力變壓器和電網(wǎng)總體節(jié)電技術(shù)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(shù)1)采用節(jié)能型變壓器2)采用相控?zé)o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(jīng)濟運行,從而達到節(jié)能的目的。4)調(diào)整電網(wǎng)中變壓器運行5)實行經(jīng)濟調(diào)度,提高變壓器運行效率,實現(xiàn)經(jīng)濟運行。第二節(jié)電力負荷

電力負荷是指用電設(shè)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(yīng)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(dān)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類:

⑴一類負荷:

對這類負荷中斷供電,將帶來人身危險,設(shè)備損壞,引起生產(chǎn)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(jīng)濟損失和重大政治影響。一類負荷一般應(yīng)由兩個獨立電源供電。

⑵二類負荷:

對這類負荷中斷供電,將造成大量減產(chǎn)、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。

⑶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(nèi)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小時內(nèi)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(zhì)量電能質(zhì)量:指供給用電單位收電端電能品質(zhì)的優(yōu)劣程度電能質(zhì)量主要包括電壓質(zhì)量與頻率質(zhì)量兩部分。一、電壓質(zhì)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(zhì)量1、供電頻率允許偏差電能的質(zhì)量指標(biāo)主要包括:電壓

頻率波形電壓質(zhì)量標(biāo)準:頻率:頻率偏差: ±0.2Hz(≥3000MW系統(tǒng)) ±0.5Hz(<3000MW系統(tǒng)) 國外: ±(0.1~0.2)Hz或±0.5Hz電鐘時偏: ±30s(≥3000MW系統(tǒng)) ±1min(<3000MW系統(tǒng))額定頻率: 50Hz(國外:50或60Hz)波形:質(zhì)量標(biāo)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(jīng)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(jīng)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(shè)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(shè)備的某一特定地點通過導(dǎo)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(shè)備在正?;虬l(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,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(shè)備的外殼與接地中性線直接連接,以實現(xiàn)對人身安全的保護作用。防雷接地:為消除大氣過電壓對電氣設(shè)備的威脅,而對過電壓保護裝置采取的接地措施。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。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:

⒈、小電流接地系統(tǒng); ⒉、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(jīng)消弧線圈接地或經(jīng)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(jīng)小電阻接地。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、繼電保護以及確保人身安全諸方面綜合考慮。負荷ABCCCCICa.電路圖UA+UB+UC=0IA+IB+IC=00UAUBUCIB0IC0IA0b.矢量圖二、中性點不接地的電力系統(tǒng)

適用范圍3kV~60kV的電力系統(tǒng)正常運行時結(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。0UBUAUC60-UAUC’UB’

-UAI’CBI’CC-I’CAICAICAICBICBICCICCIPE負荷ABCCCCUA’UB’UC’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

: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(shè)備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。0UBUAUC60-UAUC’UB’

-UAI’CBI’CC-I’CA

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(dāng)電流經(jīng)過零值時,電弧就會自然熄滅。如果接地電流大于5A~10A,而小于30A,則有可能形成間歇性電弧;間歇性電弧容易引起弧光接地過電壓,其幅值可達(2.5~3)U,將危害整個電網(wǎng)的絕緣安全。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-UCU’AU’BILICICAICB負荷ABCCCCILICICCICBICAICCICBICAIPEL三、中性點經(jīng)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(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90°),其數(shù)值為:

IL=UC

/XL=U/XL消弧線圈的補償方式欠補償方式:按IL<IC選擇消弧線圈的電感,此時接地故障點有未被補償?shù)碾娙蓦娏髁鬟^。全補償方式:按IL=IC選擇消弧線圈的電感,使接地故障點電流為零,此即全補償方式。

過補償方式:按IL>IC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(jīng)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(shè)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: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(jīng)(?。╇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(shè)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(jīng)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(jīng)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(jīng)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(jīng)消弧線圈接地或采用中性點經(jīng)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(shè)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(shè)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表示電力系統(tǒng)中性點直接接地;第二個符號T表示負載設(shè)備金屬外殼和正常不帶電的金屬部分與大地直接聯(lián)接,而與系統(tǒng)如何接地?zé)o關(guān)。在TT系統(tǒng)中負載的所有接地均稱

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