電氣工程基礎(chǔ)課件

1、第一章 緒論,第二節(jié) 電力系統(tǒng)基本概念,第三節(jié) 電能質(zhì)量指標(biāo),第四節(jié) 電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)及其選擇,第五節(jié) 電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地,第一節(jié) 電力系統(tǒng)發(fā)展概況及前景,電氣工程基礎(chǔ),第一節(jié) 電力系統(tǒng)發(fā)展概況及前景,一、電力工業(yè)發(fā)展概況,二、電力系統(tǒng)發(fā)展前景,電氣工程基礎(chǔ),一、電力工業(yè)發(fā)展概況 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,電氣工程基礎(chǔ),輸電線路： 1974年甘肅劉家峽水電站陜西關(guān)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500kV

2、直流,電氣工程基礎(chǔ),電力系統(tǒng)之最： 我國最大的火電機(jī)組容量90萬kW（外高橋第二發(fā)電廠）， 最大的水電機(jī)組容量70萬kW（三峽工程）， 最大的核電機(jī)組容量100萬kW（嶺澳核電廠,電氣工程基礎(chǔ),舉世矚目的三峽工程，裝機(jī)容量32臺(tái)（含地下電廠6臺(tái)機(jī)組），單機(jī)容量70萬kW，年均發(fā)電量846億kWh，比全世界70萬kW機(jī)組的總和還多，是世界上最大的發(fā)電廠,電氣工程基礎(chǔ),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（廣東抽水蓄能電廠

3、，830萬kW），這也是目前世界上最大的抽水蓄能電廠,電氣工程基礎(chǔ),我國電力系統(tǒng)的發(fā)展,年人均電量： 我國：1700kWh 中等發(fā)達(dá)國家：7000kWh 北歐、美國：18000kWh,電氣工程基礎(chǔ),二、電力系統(tǒng)發(fā)展前景 1.做好電力規(guī)劃，加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè) 加強(qiáng)電力規(guī)劃，確定合理的電源結(jié)構(gòu)和布局，留有足夠的容量和能量的備用，建成容量充足、結(jié)構(gòu)合理、運(yùn)行靈活的聯(lián)合電力系統(tǒng) 2. 電力工業(yè)現(xiàn)代化 高電壓、大系統(tǒng) 大電廠、大機(jī)組 高度自動(dòng)化,電氣工程基礎(chǔ),3. 聯(lián)合電力系統(tǒng) 效益 各系統(tǒng)間電負(fù)荷的錯(cuò)峰效益 提高供電可靠性、減少系統(tǒng)備用容量 有利于安裝單機(jī)容量較大的機(jī)組 進(jìn)行電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度 進(jìn)行水電跨流域調(diào)

4、度 調(diào)峰能力互相支援,電氣工程基礎(chǔ),增加聯(lián)絡(luò)線和電網(wǎng)內(nèi)部加強(qiáng)所需投資以及聯(lián)絡(luò)線的運(yùn)行費(fèi)用 當(dāng)系統(tǒng)間聯(lián)系較弱時(shí)，有可能引起調(diào)頻的復(fù)雜性和出現(xiàn)低頻振蕩 增加了系統(tǒng)短路容量，并可能導(dǎo)致增加或調(diào)換已有設(shè)備 增加聯(lián)合電網(wǎng)的通訊和高度自動(dòng)化的復(fù)雜性,支出,電氣工程基礎(chǔ),4. 電力市場(chǎng) 基本特征：開放性 競(jìng)爭(zhēng)性 計(jì)劃性 協(xié)調(diào)性 基本原則：公平 公開 公正 5. IT技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用 6.諧波治理 7.綠色能源的開發(fā)和利用（風(fēng)能、太陽能等,電氣工程基礎(chǔ),第二節(jié) 電力系統(tǒng)基本概念,一、什么是電力系統(tǒng),三、電力系統(tǒng)的特點(diǎn),四、對(duì)電力系統(tǒng)的要求,二、電力系統(tǒng)的形成,電氣工程基礎(chǔ),一、什么是電力系統(tǒng),電氣工程基

5、礎(chǔ),電力網(wǎng)：由變電所和不同電壓等級(jí)輸電線路組成的網(wǎng)絡(luò),動(dòng)力系統(tǒng)：在電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，把發(fā)電廠的動(dòng)力部分包含在內(nèi)的系統(tǒng),電力系統(tǒng)：由發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線路以及用電設(shè)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,電氣工程基礎(chǔ),電氣工程基礎(chǔ),電力網(wǎng)：按電壓等級(jí)的高低、供電范圍大小的分類 地方電力網(wǎng)：電壓等級(jí)在35kV及以下 區(qū)域電力網(wǎng)：電壓等級(jí)在35kV以上（一般為110kV220kV） 超高壓遠(yuǎn)距離輸電網(wǎng)：電壓等級(jí)為330kV500kV的網(wǎng)絡(luò),變電所：按其在電力系統(tǒng)中的地位分類 樞紐變電所 中間變電所 地區(qū)變電所 終端電站所,電氣工程基礎(chǔ),二、電力系統(tǒng)的形成 電

6、力系統(tǒng)規(guī)模越大，給人們帶來的技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(jī)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(jī)組 可以提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性,電氣工程基礎(chǔ),三、電力系統(tǒng)的特點(diǎn) 電能不能大量存儲(chǔ)：電能的生產(chǎn)、變換、輸送、分配和使用是同時(shí)進(jìn)行的。 P發(fā) P用P 頻率f Q發(fā) Q用Q 電壓V,電氣工程基礎(chǔ),過渡過程十分短暫：控制操作自動(dòng)化程度高。 必須借助自動(dòng)裝置對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行控制：繼電保護(hù)裝置、遠(yuǎn)動(dòng)裝置、減載裝置、同期裝置、勵(lì)磁裝置,電氣工程基礎(chǔ),電能生產(chǎn)與國民經(jīng)濟(jì)各部門和人民生活有著極為密切的關(guān)系：社會(huì)政治經(jīng)濟(jì)影響巨大

7、。 負(fù)荷分類： 一類負(fù)荷 二類負(fù)荷 三類負(fù)荷,電氣工程基礎(chǔ),電力系統(tǒng)的地區(qū)性特點(diǎn)較強(qiáng)：發(fā)展各具特色。 電力系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)、運(yùn)行等不能盲目搬用其它系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn),電氣工程基礎(chǔ),四、對(duì)電力系統(tǒng)的要求 保證供電可靠 保證良好的電能質(zhì)量 提高電力系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性,電氣工程基礎(chǔ),Exa：一臺(tái)600MW火電機(jī)組，年利用小時(shí)6000h，煤耗率320g/kW.h，煤價(jià)：300元/噸。 Sol： 年發(fā)電量：600000kW6000h36億kW.h 需標(biāo)煤：36億kW.h320g/kW.h115.2萬噸標(biāo)煤 燃料費(fèi)：115.2萬噸300元/噸34560萬元 1%節(jié)約： 燃料：1.152萬噸標(biāo)煤 燃料費(fèi)：345.6萬元,

8、電氣工程基礎(chǔ),第三節(jié) 電能質(zhì)量指標(biāo),電能的質(zhì)量指標(biāo)主要包括： 電 壓 頻 率 波 形,電氣工程基礎(chǔ),電壓： 必要性,電氣工程基礎(chǔ),電壓質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),電氣工程基礎(chǔ),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,額定頻率：50Hz（國外：50 或 60Hz,電氣工程基礎(chǔ),波形,諧波電壓限值,表1-3 公用電網(wǎng)諧波電壓限值,電氣工程基礎(chǔ),2諧波電流允許值,表1-4 注入公共連接點(diǎn)的諧波電流允許值（A,電氣工程基礎(chǔ),第四節(jié) 電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)及其選擇,一、電力系統(tǒng)額定電壓和最高電壓,二、電氣設(shè)備額定電壓和最高電壓 三、電力系統(tǒng)電

9、壓等級(jí),四、電壓等級(jí)選擇,電氣工程基礎(chǔ),一、電力系統(tǒng)額定電壓和最高電壓,電力系統(tǒng)的額定電壓：由國家根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件規(guī)定的電壓等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，又稱電力網(wǎng)的額定電壓或線路的額定電壓,電力系統(tǒng)的最高電壓：電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，在任何時(shí)間系統(tǒng)中任何一點(diǎn)上所出現(xiàn)的電壓最高值,電氣工程基礎(chǔ),電氣設(shè)備的額定電壓：電氣設(shè)備制造廠根據(jù)所規(guī)定的電氣設(shè)備工作條件而確定的電壓,電氣設(shè)備的最高電壓：考慮到設(shè)備的絕緣性能和與最高電壓有關(guān)的其它性能所確定的允許最高運(yùn)行電壓，其數(shù)值等于所在電力系統(tǒng)的最高電壓值,二、電氣設(shè)備額定電壓和最高電壓,電氣工程基礎(chǔ),注：受電設(shè)備的額定電壓電力系統(tǒng)的額定電壓 供電設(shè)備的額定電壓=電力系統(tǒng)額定電壓

10、1.05倍,三、電力系統(tǒng)電壓等級(jí),1. 低于3kV系統(tǒng)的額定電壓,低于3kV交流三相/單相電力系統(tǒng)額定電壓和電氣設(shè)備 額定電壓,電氣工程基礎(chǔ),直流系統(tǒng)的額定電壓,100V以下的額定電壓，受電設(shè)備與供電設(shè)備相同,對(duì)受電設(shè)備為110V、220V和440V的直流系統(tǒng)，供電設(shè)備的額定電壓分別為115V、230V和460V,電氣工程基礎(chǔ),2、 3kV及以上系統(tǒng)的額定電壓,電氣工程基礎(chǔ),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UN相等。 發(fā)電機(jī)的額定電壓： 105% UN 升壓變壓器：變壓器一次繞組105% UN 變壓器二次繞組110% UN 降壓變壓器：變壓器一次繞組 UN 變壓器二次繞

11、組105% UN或110% UN,電氣工程基礎(chǔ),電網(wǎng)中各部分的電壓分布大致情況如所示,電氣工程基礎(chǔ),例1 電力系統(tǒng)接線如圖所示，圖中標(biāo)明了各級(jí)電力線路的額定電壓，試求發(fā)電機(jī)和變壓器繞組的額定電壓,電力系統(tǒng)接線圖,電氣工程基礎(chǔ),電力系統(tǒng)額定電壓為220kV及以上電壓等級(jí)與其相適應(yīng)的傳輸功率和傳輸距離的關(guān)系曲線如圖1-6所示,圖1-6 220kV及以上電壓等級(jí)的傳輸功率和傳輸距離,電氣工程基礎(chǔ),第四節(jié) 電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地,一、概述,二、中性點(diǎn)不接地系統(tǒng),三、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng),四、中性點(diǎn)直接接地的電力系統(tǒng),五、中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地的電力系統(tǒng),電氣工程基礎(chǔ),一、概 述,接地 ： 為了保證電力

12、網(wǎng)或電氣設(shè)備的正常運(yùn)行和工作人員的人身安全，人為地使電力網(wǎng)及其某個(gè)設(shè)備的某一特定地點(diǎn)通過導(dǎo)體與大地作良好的連接,電氣工程基礎(chǔ),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,保護(hù)接地：將一切正常工作時(shí)不帶電而在絕緣損壞時(shí)可能帶電的金屬部分接地，以保證工作人員接觸時(shí)的安全,電氣工程基礎(chǔ),保護(hù)接零：在中性點(diǎn)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(shí)現(xiàn)對(duì)人 身安全的保護(hù)作用,防雷接地：為消除大氣過電壓對(duì)電氣設(shè)備的威脅，而對(duì)過電壓保護(hù)裝置采取的接地措施,防靜電接地：對(duì)生產(chǎn)過程中有可能積蓄電荷的設(shè)備所采取的接地,電氣工程基礎(chǔ),如何確定電力系統(tǒng)中性

13、點(diǎn)接地方式： 應(yīng)從供電可靠性、內(nèi)過電壓、對(duì)通信線路的干擾、繼電保護(hù)以及確保人身安全諸方面綜合考慮,電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地方式： 小接地電流系統(tǒng) 大接地電流系統(tǒng),電氣工程基礎(chǔ),UAUBUC0 IAIBIC0,二、中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng),適用范圍 3kV60kV的電力系統(tǒng) 正常運(yùn)行時(shí),結(jié)論： 三相電壓對(duì)稱，三相導(dǎo)線對(duì)地電容電流也是對(duì)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(dòng),電氣工程基礎(chǔ),單相金屬性接地故障時(shí)(A相,電氣工程基礎(chǔ),中性點(diǎn)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(duì)稱，用戶的三相用電設(shè)備仍能照常運(yùn)行，但允許繼續(xù)運(yùn)行的時(shí)間不能超過2h,故障相對(duì)地電壓降為零；非

14、故障相對(duì)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(jì)，絕緣投資所占比重加大，顯而易見，電壓等級(jí)越高絕緣投資越大,電氣工程基礎(chǔ),接地故障電容電流IPE,電氣工程基礎(chǔ),電氣工程基礎(chǔ),中性點(diǎn)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(shí)，電弧就會(huì)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(dá)（2.53）U，將危害整個(gè)電網(wǎng)的絕緣安全,接地電流大于30A時(shí)，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,電氣工程基礎(chǔ),三、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接

15、地的電力系統(tǒng),消弧線圈: 安裝在變壓器或發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)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,電氣工程基礎(chǔ),消弧線圈的作用 當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地故障相與消弧線圈 構(gòu)成了另一個(gè)回路，接地故障相接地電流中增加了一個(gè)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(bǔ)償，減少了接地故障點(diǎn)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(shí)，中性點(diǎn)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: ILUC / XLU / XL,電氣工程基礎(chǔ),消弧線圈的補(bǔ)償方式,欠補(bǔ)償方式：按ILIC選擇消弧線圈的電

16、感，此時(shí)接地故障點(diǎn)有未被補(bǔ)償?shù)碾娙蓦娏髁鬟^,全補(bǔ)償方式：按IL=IC選擇消弧線圈的電感，使接地故障點(diǎn)電流為零，此即全補(bǔ)償方式,過補(bǔ)償方式：按ILIC選擇消弧線圈的電感，此時(shí)接地故障點(diǎn)有剩余的電感電流流過,電氣工程基礎(chǔ),消弧線圈容量的選擇,下述情況，應(yīng)安裝消弧線圈,電氣工程基礎(chǔ),四、中性點(diǎn)直接接地的電力系統(tǒng),特點(diǎn)： 供電可靠性不如電力系統(tǒng)中性點(diǎn)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(dòng)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(jià)。 我國380/220V系統(tǒng)中一般都采用中性點(diǎn)直接接地方式，主要是從人身安全考慮問題,電氣工程基礎(chǔ),適用范圍： 我國110kV（國外220kV）及以上電壓等級(jí)的電力系統(tǒng) 。 380/220V低壓系統(tǒng),電氣工程基礎(chǔ),五、中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地的電力系統(tǒng),特點(diǎn)： 降低工頻過電壓，抑制弧光過電壓； 設(shè)置零序電流保護(hù)動(dòng)作跳閘； 設(shè)置零序電壓保護(hù)動(dòng)作跳閘； 供電可靠性有保證,電氣工程基礎(chǔ),適用范圍：配網(wǎng)系統(tǒng)（與中性點(diǎn)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(shí)采用中性點(diǎn)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(shí)，采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地； 對(duì)電纜與架