第一章電力系統(tǒng)概述

1、電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析,1、教材：東南大學(xué) 陳珩（第三版） 2、本課程特點、前修課程、后續(xù)課程 特點： 前修課程：電路理論、電機學(xué)、電磁場 后續(xù)課程：電力系統(tǒng)暫態(tài)分析、繼電保護、電力系統(tǒng)自動化 3、 教學(xué)參考書 4、 考核方式： 筆試（閉卷，120分鐘、卷面100分，占70），平時（主要是上課考勤記錄、課堂練習(xí)、作業(yè)，占20），實驗（10,前言,現(xiàn)代控制理論（作支撐,微機原理應(yīng)用（作硬件,數(shù)據(jù)庫應(yīng)用（作軟件,專業(yè)課：電力系統(tǒng)分析、繼電保 護原理（微機保護）、發(fā)電廠電氣部分、高電壓技術(shù)等,來進行計算機控制,前言,電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析（一,電力系統(tǒng)分析,正常穩(wěn)態(tài)分析,計算（U、I、P、Q、f,運行調(diào)整和優(yōu)化

2、,電力系統(tǒng)的基本概念,各元件的特性和模型,潮流計算,電力系統(tǒng)暫態(tài)分析（二,電磁暫態(tài)分析（故障分析,正常穩(wěn)態(tài)分析（穩(wěn)定性分析,發(fā)電機的電磁暫態(tài)分析,對稱故障（三相短路,不對稱短路,靜態(tài),暫態(tài),前言 主要內(nèi)容,前言,重點： 三大計算 1、標(biāo)幺值計算 2、穩(wěn)態(tài)計算：潮流；調(diào)頻、調(diào)壓 3、暫態(tài)計算：故障；穩(wěn)定性,第一章 電力系統(tǒng)的基本概念,11 電力系統(tǒng)概述 12 我國電力工業(yè)和電力系統(tǒng)簡介 13 對電力系統(tǒng)運行的基本要求 14 結(jié)線方式和電壓等級 15 課程的主要內(nèi)容,第一章 電力系統(tǒng)的基本概念重點及難點,重點： 1、電力系統(tǒng)的基本概念 2、電力系統(tǒng)的基本要求 3、電能質(zhì)量 4、結(jié)線方式 5、電壓等

3、級,難點： 1、電能質(zhì)量 2、電壓等級,11 電力系統(tǒng)概述,一、電力系統(tǒng)的組成,工業(yè),農(nóng)業(yè),商業(yè),生活,發(fā)電 輸電 配電 用電 電網(wǎng) 電力系統(tǒng),11 電力系統(tǒng)概述,一、電力系統(tǒng)的組成 1、來源 火電：鍋爐汽輪機發(fā)電機 水電：水庫水輪機發(fā)電機 核電：核反應(yīng)堆汽輪機發(fā)電機 其它：如風(fēng)能、地?zé)崮?、太陽能、潮汐?11 電力系統(tǒng)概述,一、電力系統(tǒng)的組成 2、基本概念 電力系統(tǒng)是由發(fā)電廠、變電所、輸電線、配電系統(tǒng)及負荷組成的。是現(xiàn)代社會中最重要、最龐雜的工程系統(tǒng)之一。 電力網(wǎng)絡(luò)是由變壓器、電力線路等變換、輸送、分配電能設(shè)備所組成的部分。 動力系統(tǒng)在電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，把發(fā)電廠的動力部分（例如火力發(fā)電廠的鍋

4、爐、汽輪機和水力發(fā)電廠的水庫、水輪機以及核動力發(fā)電廠的反應(yīng)堆等）包含在內(nèi)的系統(tǒng),11 電力系統(tǒng)概述,一、電力系統(tǒng)的組成 2、基本概念 總裝機容量指該系統(tǒng)中實際安裝的發(fā)電機組額定有功功率的總和，以千瓦（KW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）為單位計。 年發(fā)電量指該系統(tǒng)中所有發(fā)電機組全年實際發(fā)出電能的總和，以千瓦時（KWh）、兆瓦時（MWh）、吉瓦時（GWh）為單位計。 最大負荷指規(guī)定時間內(nèi)，電力系統(tǒng)總有功功率負荷的最大值，以千瓦（KW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）為單位計,11 電力系統(tǒng)概述,一、電力系統(tǒng)的組成 2、基本概念 額定頻率按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，我國所有交流電力系統(tǒng)的額定功率為50Hz。 最高電

5、壓等級是指該系統(tǒng)中最高的電壓等級電力線路的額定電壓,11 電力系統(tǒng)概述,二、近代電力系統(tǒng)（三大一特） 電壓、輸送距離、輸送功率；電源的構(gòu) 成；負荷的構(gòu)成； 高度自動化； 遠距離大容量直流輸電,12 我國電力工業(yè)和電力系統(tǒng)簡介,一、我國電力工業(yè)概況及今后發(fā)展電力工業(yè)的方針 二、我國主要電力系統(tǒng)概述 三、我國電力工業(yè)的發(fā)展前景,13電力系統(tǒng)運行應(yīng)滿足的基本要求,特點 電能不能大量儲存 暫態(tài)過程非常短促 與國民經(jīng)濟及日常生活關(guān)系密切,要求 安全 優(yōu)質(zhì) 經(jīng)濟 環(huán)保,13電力系統(tǒng)運行應(yīng)滿足的基本要求,安全：保證可靠的供電 措施 電源與電網(wǎng)的建設(shè)（西電東送全國聯(lián)網(wǎng)） SCADA 設(shè)備檢修（計劃檢修狀態(tài)檢修

6、） 人員素質(zhì),13電力系統(tǒng)運行應(yīng)滿足的基本要求,優(yōu)質(zhì) 指標(biāo),電壓： 35kV 5% 6 10kV 4% 380V 5%（無功功率,頻率： 0.2 0.5Hz（有功功率,諧波：負荷 諧波,13電力系統(tǒng)運行應(yīng)滿足的基本要求,負荷（一級 二級 三級） 一級負荷：對這一級負荷中斷供電，將造成人身事故，經(jīng)濟嚴重損失，人民生活發(fā)生混亂。 二級負荷：對這一級負荷中斷供電，將造成大量減產(chǎn)，人民生活受影響。 三級負荷：所有不屬于一、二級的負荷,13電力系統(tǒng)運行應(yīng)滿足的基本要求,經(jīng)濟,廠用電率,網(wǎng)損,煤耗率（水耗率,13電力系統(tǒng)運行應(yīng)滿足的基本要求,環(huán)保 火電廠裝機70 煤炭燃燒造成的污染 限制污染物的排放量,1

7、4 電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級,無備用結(jié)線,包括單回路放射式、干線式和鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò) 優(yōu)點：簡單、經(jīng)濟、運行方便 缺點：供電可靠性差 適用范圍：二級負荷,一、結(jié)線方式,14 電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級,有備用結(jié)線,包括雙回路放射式、干線式和鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò) 優(yōu)點：供電可靠性和電壓質(zhì)量高 缺點：不經(jīng)濟 適用范圍：電壓等級較高或重要的負荷,14 電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級,二、電壓等級及其適用范圍 1、電力系統(tǒng)的額定電壓等級,電壓等級的選擇,S = 3U2I I （U1U2）/Z 傳輸功率S、電壓等級U、輸電距離l之間的關(guān)系 SConst， l U2 lConst， S U2,14 電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電

8、壓等級,1、電力系統(tǒng)的額定電壓等級,14 電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級,二、電壓等級及其適用范圍 說明： 用電設(shè)備的容許電壓偏移一般為5%； 沿線路的電壓降落一般為10%； 在額定負荷下，變壓器內(nèi)部的電壓降落約為5,14 電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級,二、電壓等級及其適用范圍 電力網(wǎng)絡(luò)中電壓分布采取的措施： 取用電設(shè)備的額定電壓為線路額定電壓，使所有設(shè)備能在接近它們的額定電壓下運行； 取線路始端電壓為額定電壓的105%； 取發(fā)電機的額定電壓為線路額定電壓的105%； 變壓器分升壓變和降壓變考慮一次側(cè)接電源，取一次側(cè)額定電壓等于用電設(shè)備額定電壓；二次側(cè)接負荷，取二次側(cè)額定電壓等于線路額定電壓,1

9、4 電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級,二、電壓等級及其適用范圍,變壓器的電壓等級,升壓變壓器（例如35/121，10.5/242,二次側(cè)（高壓側(cè)）接線路始端，向負荷供電，相當(dāng)于發(fā)電機，應(yīng)比線路的額定電壓高5%，加上變壓器內(nèi)耗5%，所以二次側(cè)額定電壓等于用電設(shè)備的額定電壓110,直接和發(fā)電機相聯(lián)的變壓器一次側(cè)額定電壓等于發(fā)電機的額定電壓即105UN,一次側(cè)（低壓側(cè)）接電源，相當(dāng)于用電設(shè)備，一次側(cè)額定電壓等于用電設(shè)備的額定電壓UN,14 電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級,二、電壓等級及其適用范圍,變壓器的電壓等級,降壓變壓器（110/38.5，220/38.5,一次側(cè)（高壓側(cè)）接線路末端，相當(dāng)于用電設(shè)備，

10、一次側(cè)額定電壓等于用電設(shè)備的額定電壓,二次側(cè)（低壓側(cè)）向負荷供電，相當(dāng)于發(fā)電機，應(yīng)比線路的額定電壓高5%，加上變壓器內(nèi)耗5%，所以二次側(cè)額定電壓等于用電設(shè)備的額定電壓110,14 電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級,三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式,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。 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。 （接地保護） 保護接零：在中性點直接接

11、地的低壓電力網(wǎng)中，把電氣設(shè)備的外殼與接地中性線（也稱零線）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,14 電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級,三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式,如何實現(xiàn)工作接地 ？ 電氣設(shè)備（電力變壓器、電壓互感器或發(fā)電機）的中性點接地 又稱為電力系統(tǒng)中性點接地。 電力系統(tǒng)的中性點：星形連接的變壓器或發(fā)電機的中性點。 電力系統(tǒng)的中性點接地方式： 小電流接地： 中性點不接地（中性點絕緣） 中性點經(jīng)消弧線圈接地 大接地電流： 中性點直接接地 中性點經(jīng)電阻接

12、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,14 電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級,三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式,1、中性點直接接地,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。故障時：如發(fā)生接地故障，則構(gòu)成 短路回路，接地相電流很大； 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。 對地電壓UN，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,適用范圍： 我國110kV（國外220kV）

13、及以上電壓等級的電力系統(tǒng) 。 380/220V低壓系統(tǒng),14 電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級,三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式,2、中性點不接地的電力系統(tǒng),正常運行時,UAUBUC0 IAIBIC0 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,適用范圍 3kV60kV的電力系統(tǒng),14 電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級,三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式,單相金屬性接地故障時(A相,14 電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級,三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式,中性點不接地系統(tǒng)單相接地故障的結(jié)論1 ： 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

14、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。 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,14 電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級,三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式,接地故障電容電流IPE,14 電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級,三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式,中性點不接地系統(tǒng)單相接地故障的結(jié)論2 ： 接地電流在故障處可能產(chǎn)生穩(wěn)定的或間歇性的電弧。 如果接地電流大于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。 如果接地電流大于5A10A，而小于30

15、A，則有可能形成間歇性電?。婚g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(wǎng)的絕緣安全。 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,14 電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級,三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式,3、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,14 電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級,三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式,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 ILUC / XLU / XL,消弧線圈的作用 當(dāng)發(fā)生單相接

16、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,消弧線圈的補償方式,欠補償方式：按ILIC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。 在過補償方式下，即使電力網(wǎng)運行方式改變而切除部分線路時，也不會發(fā)展成為全補償方式，致使電力網(wǎng)發(fā)生諧振。同時，由于消弧線圈有一定的裕度，今后電力網(wǎng)發(fā)展，線路增多、對地電容增加后，原有消弧線圈還可繼續(xù)使用。因此，實際上大多采用過補償方式,14 電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電

17、壓等級,三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式,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。 這種補償方式并不好，因為當(dāng)感抗等于容抗時，電力網(wǎng)將發(fā)生諧振，產(chǎn)生危險的高電壓或過電流，影響系統(tǒng)安全運行,14 電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級,三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式,消弧線圈容量的選擇,有關(guān)安裝消弧線圈規(guī)程,14 電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級,三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式,4、中性點經(jīng)電阻接地的電力系統(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； 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

18、保證,適用范圍：配網(wǎng)系統(tǒng)（與中性點經(jīng)消弧線圈接地、不接地比選） 在我國城市配網(wǎng)系統(tǒng)中： 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,二、電力系統(tǒng)發(fā)展前景 1. 電力工業(yè)現(xiàn)代化 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) 2. 電力系統(tǒng)互聯(lián)的效益與支出 各系統(tǒng)間電負荷的錯峰效益 提高供電可靠性、減少系統(tǒng)備用容量 有利于安裝單機容量較大的機組 進行電網(wǎng)的經(jīng)濟

19、調(diào)度 進行水電跨流域調(diào)度 調(diào)峰能力互相支援 增加聯(lián)絡(luò)線和電網(wǎng)內(nèi)部加強所需投資以及聯(lián)絡(luò)線的運行費用 當(dāng)系統(tǒng)間聯(lián)系較弱時，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)的通訊和高度自動化的復(fù)雜性,電力工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r及前景,電力工業(yè)發(fā)展概況及前景,3. 電力市場 電力市場是以電價作為控制電力交易的杠桿，進行負荷管理、電力系統(tǒng)運行，在電力生產(chǎn)者、電力消費者和輸供電網(wǎng)絡(luò)管理者之間實行平等、公正的等價交換的系統(tǒng)的總稱。 這一改革最早起源于美國（50年代），80年代末英國企業(yè)民營化，英國電力改革的成功經(jīng)驗吸引了世界各國的紛紛仿效。改革最成功的要屬澳大利亞。 基本特征：開放性 競爭性 計劃性 協(xié)調(diào)性 基本原則：公平 公開 公正,電力工業(yè)發(fā)展概況及前景,4. IT技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用 5. GPS系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用 6