電力系統(tǒng)工程基礎 華中科技大學 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) 電能質量指標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： 我國最大的火電機組容量90萬kW（外高橋第二發(fā)電廠），最大的水電機組容量70萬kW（三峽工程），最大的核電機組容量100萬kW（嶺澳核電廠）； 舉世矚目的三峽工程三峽工程，裝機容量32臺（含地下電廠6臺機組），單機單機容量容量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，加強電網建設做好電力規(guī)劃，加強電網建設 加強電力規(guī)劃，確定合理的電源結構和布局，留有足夠的容量和能量的備用，建成容量充足、結構合理、運行靈活的聯

4、合電力系統(tǒng) 2. 電力工業(yè)現代化電力工業(yè)現代化u高電壓、大系統(tǒng)u大電廠、大機組u高度自動化3. 聯合電力系統(tǒng)聯合電力系統(tǒng) v 效益效益u 各系統(tǒng)間電負荷的錯峰效益u 提高供電可靠性、減少系統(tǒng)備用容量u 有利于安裝單機容量較大的機組u 進行電網的經濟調度u 進行水電跨流域調度u 調峰能力互相支援u增加聯絡線和電網內部加強所需投資以及聯絡線的運行費用u當系統(tǒng)間聯系較弱時，有可能引起調頻的復雜性和出現低頻振蕩u增加了系統(tǒng)短路容量，并可能導致增加或調換已有設備u增加聯合電網的通訊和高度自動化的復雜性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電力網電力系統(tǒng)動力系統(tǒng)發(fā)電廠水輪機 發(fā)電機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備一、什么是電力系統(tǒng)？一、什么是電力系統(tǒng)？v 電力網：由變電所和不同電壓等級輸電線路組成的網絡。v動力系統(tǒng)：在電力系統(tǒng)的基礎上，把發(fā)電廠的動力部分包含在內的系統(tǒng)。v電力系統(tǒng)：由發(fā)電機、變壓器、輸電線路以及用電設備（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)電廠超高壓遠距離輸電網地方電力網區(qū)域電力網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：按電壓等級的高低、供電范圍大小的分類u地方電力網：電壓等級在35kV及以下u區(qū)域電力網：電壓等級在35kV以上（一般為110kV220kV）u超高壓遠距離輸電網：電壓等級為330kV500kV的網絡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，給人們帶來的技術經濟效益越大，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組 1. 可以提高系統(tǒng)運行的經濟性 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、變換、輸送、分配和使用是同時進行的。 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)進行控制：繼電保護裝置、遠動裝置、減載裝置、同期裝置、勵磁裝置v電能生產與國民經濟各部門和人民生活有著極為密切的關系：社會政治經濟影響巨大。負荷分類： 一類負荷 二類負荷 三類負荷v電力系統(tǒng)的地區(qū)性特點較強：發(fā)展各具特色。電力系統(tǒng)的規(guī)劃設計、運行等不能盲目搬用其它系統(tǒng)的經驗。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保證良好的電能質量 v提高電力系統(tǒng)運行經濟性 第三節(jié)第三節(jié) 電能質量指標電能質

8、量指標電能的質量指標主要包括：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 照明負荷（白熾燈）的電壓特性照明負荷（白熾燈）的電壓特性 圖圖1-4 1-4 異步電動機的電壓特性異步電動機的電壓特性 （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% 衡量點為供用電產權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 一般照明負荷,0.6%(推薦值) u 衡量點為電網公共連接點(PCC)，取實測 95%概率值； u 給出閃變電壓限值和頻度的關系曲線，可以根據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不超過 72min，且每 30min 中超標不超過 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電壓質量標準：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 公用電網諧波電壓限值公用電網

11、諧波電壓限值 電網標準電壓(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：由國家根據技術經濟條件規(guī)定的電壓等級標準，又稱電力網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)正常運行時，在任何時間系統(tǒng)中任何一點上所出現的電壓最高值。u電氣設備的額定電壓：電氣設備制造廠根據所規(guī)定的電氣設備工作條件而確定的電壓。u電氣設備的最高電壓：考慮到設備的絕緣性能和與最高電壓有關的其它性能所確定的允許最高運行電壓，其數值等于所在電力系統(tǒng)的最高電壓值。二、二、電氣設備額定電壓和最高電壓電氣設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，受電設備與供電設備相同。u對受電設備為110V、220V和440V的直流系統(tǒng)，供電設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)電電機機 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 電電氣氣設設備備 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)電機的額定電壓： 105% UNu變壓器一次繞組： 相當于用電設備 UNu變壓器二次繞組： 相當于發(fā)電設備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。u接地分類：u工作接地：為了保證電氣設備在正?；虬l(fā)生故障情況下可靠地工作而采取的接地。u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。u保護接零：在中性點直接接地的

17、低壓電力網中，把電氣設備的外殼與接地中性線直接連接，以實現對人 身安全的保護作用。u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。u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。u如何確定如何確定電力系統(tǒng)中性點接地方式： 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。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。CAACCBAABBAAAUUUUUUUUUUU)()(0)(0UBUAUC60-UA UCUB -UA ICBICC-ICAICAICAICBICBICCICCIPE負荷ABCCCCUAUBUCu 單相金屬性接地故障時(A相)中性點不接地系統(tǒng)單相接地故障的結論結論 ：u三相之間的線電壓仍然對稱，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。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，線路及各種電氣設備

19、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。CAACCBAABBAAAUUUUUUUUUUU)()(0)(0UBUAUC60-UA UCUB -UA ICBICC-ICA603jBCBCBeUCjXUIBCCCCUCjXUI3303)(jBCCCBPEeUCIIIu 接地故障電容電流IPECUICO 容電流：正常運行時每相對地電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，當電流經過零值時，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（2.53）U，將危害整個電網的絕緣安全。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)三、中性點經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9