電氣工程基礎課件2015匯編

1、第一章 緒論(xln)第二節(jié) 電力系統(din l x tn)基本概念第三節(jié) 電能質量指標第四節(jié) 電力系統的電壓等級及其選擇 第五節(jié) 電力系統中性點接地第一節(jié) 電力系統發(fā)展概況及前景共六十八頁第一節(jié) 電力系統(din l x tn)發(fā)展概況及前景一、電力工業(yè)(din l n y)發(fā)展概況二、電力系統發(fā)展前景共六十八頁一、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(dinq)公司；水電：1912年云南石龍壩2240kW；核電：1991年浙江秦山300MW；共六十八頁輸電線路(xinl)： 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

2、500kV 交流； 1988年葛州壩水電站到上海南橋變電站500kV直流。共六十八頁電力系統之最： 我國最大的火電(hu din)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）；共六十八頁 舉世矚目(j sh zh m)的三峽工程，裝機容量32臺（含地下電廠6臺機組），單機容量70萬kW，年均發(fā)電量846億kWh，比全世界70萬kW機組的總和還多，是世界上最大的發(fā)電廠 。共六十八頁 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

3、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(gung dng)抽水蓄能電廠，830萬kW），這也是目前世界上最大的抽水蓄能電廠。共六十八頁我國電力系統(din l x tn)的發(fā)展：年人均電量(dinling)：我國：1700kWh中等發(fā)達國家：7000kWh北歐、美國：18000kWh共六十八頁二、電力系統發(fā)展前景1.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(zgu)的容量和能量的備用，建成容量充足、結構合理、運行靈活的聯合電力系統 2. 電力工業(yè)現代化高電壓、大系統大電廠、大機組高度自動化共六十八頁3. 聯合電

4、力系統 效益各系統間電負荷的錯峰效益提高供電可靠性、減少系統備用容量有利于安裝單機容量較大的機組進行電網的經濟調度進行水電(shu din)跨流域調度調峰能力互相支援共六十八頁增加聯絡線和電網內部加強所需投資以及(yj)聯絡線的運行費用當系統間聯系較弱時，有可能引起調頻的復雜性和出現低頻振蕩增加了系統短路容量，并可能導致增加或調換已有設備增加聯合電網的通訊和高度自動化的復雜性支出(zhch)共六十八頁4. 電力市場基本特征：開放性 競爭性 計劃性 協調性基本原則：公平 公開(gngki) 公正5. IT技術在電力系統中的應用6.諧波治理7.綠色能源的開發(fā)和利用（風能、太陽能等） 共六十八頁 第

5、二節(jié) 電力系統(din l x tn)基本概念一、什么(shn me)是電力系統三、電力系統的特點四、對電力系統的要求二、電力系統的形成共六十八頁水庫 GMM電力網電力系統動力系統發(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(shn me)是電力系統？共六十八頁 電力網：由變電所和不同電壓(diny)等級輸電線路組成的網絡。動力系統：在電力系統的基礎上，把發(fā)電廠的動力部分(b fen)包含在內的系統。電力系統：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)律連接而組成的統一整體。共六十八頁水力發(fā)電廠火力發(fā)電廠超高

6、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：終端變電所B：中間共六十八頁 電力網：按電壓等級的高低、供電范圍大小的分類地方電力網：電壓等級在35kV及以下(yxi)區(qū)域電力網：電壓等級在35kV以上（一般為110kV220kV）超高壓遠距離輸電網：電壓等級為330kV500kV的網絡變電所：按其在電力系統(din l x tn)中的地位分類樞紐變電所中間變電所地區(qū)變電所終端電站所共六十八頁二、電力系統的形成 電力系統規(guī)模越大，給人們帶來的技術經濟效益越大，具體說明(shumng)如下：可以提高供電可靠

7、性 可以減少備用容量 可以減少系統裝機容量 可合理利用能源，充分發(fā)揮水電在系統中的作用 采用高效率大容量的火電機組 可以提高系統運行的經濟性 共六十八頁三、電力系統的特點電能不能大量(dling)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V共六十八頁過渡過程十分短暫(dunzn)：控制操作自動化程度高。 必須借助自動裝置對電力系統進行控制：繼電保護裝置、遠動裝置、減載裝置、同期裝置、勵磁裝置共六十八頁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(yngxing)巨大。負荷分類： 一類負荷 二類負荷 三類負荷共六十八

8、頁電力系統的地區(qū)性特點(tdin)較強：發(fā)展各具特色。電力系統的規(guī)劃設計、運行等不能盲目搬用其它系統的經驗。共六十八頁四、對電力系統的要求保證供電可靠 保證良好的電能質量(zhling) 提高電力系統運行經濟性 共六十八頁Exa：一臺600MW火電(hu din)機組，年利用小時6000h，煤耗率320g/kW.h，煤價：300元/噸。Sol： 年發(fā)電量：600000kW6000h36億kW.h 需標煤：36億kW.h320g/kW.h115.2萬噸標煤 燃料費：115.2萬噸300元/噸34560萬元1%節(jié)約： 燃料：1.152萬噸標煤 燃料費：345.6萬元共六十八頁第三節(jié) 電能(dinn

9、ng)質量指標電能(dinnng)的質量指標主要包括：電 壓 頻 率波 形共六十八頁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1-3 照明負荷（白熾燈）的電壓特性 圖1-4 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）電壓(diny)：必要性：共六十八頁電壓(diny)質量標準：共六十八頁頻率(pnl)：頻率(pnl)偏差：0.2Hz（3000MW系統）0.5Hz（3000MW系統）國

10、外：(0.10.2)Hz 或 0.5Hz額定頻率：50Hz（國外：50 或 60Hz）共六十八頁波形(b xn)：諧波(xi b)電壓限值 表1-3 公用電網諧波電壓限值 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。 共六十八頁2諧波(xi b)電流允許值表

11、1-4 注入公共連接點的諧波(xi b)電流允許值（A） 標準電壓/kV基準短路容量/MVA諧波次數23456789101112131415161718192021222324250.381078623962264419211628132411129.7188.6167.88.97.1146.512610043342134142411118.5167.1136.16.85.3104.79.04.34.93.97.43.66.810100262013208.5156.46.85.19.34.37.93.74.13.26.02.85.42.62.92.34.52.1471

12、25.18.83.84.13.15.62.64.72.22.51.93.61.73.21.51.81.42.71.32.56650016138.1135.49.34.14.33.35.92.75.02.32.62.03.81.83.41.61.91.52.81.42.6110750129.66.09.64.06.83.03.22.44.32.03.71.71.91.52.81.32.51.21.41.12.11.01.9注：220kV基準短路容量取2000MVA。 共六十八頁第四節(jié) 電力系統的電壓等級(dngj)及其選擇 一、電力系統額定( dng)電壓和最高電壓 二、電氣設備額定電壓和最高電

13、壓三、電力系統電壓等級 四、電壓等級選擇共六十八頁一、電力系統額定( dng)電壓和最高電壓 電力系統的額定電壓(diny)：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。電力系統的最高電壓：電力系統正常運行時，在任何時間系統中任何一點上所出現的電壓最高值。共六十八頁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(gngzu)條件而確定的電壓。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(qt)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的最高電壓值。二、電氣設備額定電壓和最高電壓 共六十八頁注：受電設備的額定( dng)

14、電壓電力系統的額定( dng)電壓 供電設備的額定電壓=電力系統額定電壓1.05倍。三、電力系統電壓(diny)等級1. 低于3kV系統的額定電壓低于3kV交流三相/單相電力系統額定電壓和電氣設備 額定電壓共六十八頁直流系統(xtng)的額定電壓：100V以下的額定( dng)電壓，受電設備與供電設備相同。對受電設備為110V、220V和440V的直流系統，供電設備的額定電壓分別為115V、230V和460V。共六十八頁2、 3kV及以上系統的額定( dng)電壓共六十八頁電力線路額定電壓：電力線路的額定電壓和電力系統的額定電壓UN相等。發(fā)電機的額定電壓： 105% UN升壓(shn y)變壓

15、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 變壓器二次繞組105% UN或110% UN 共六十八頁電網中各部分的電壓(diny)分布大致情況如所示 共六十八頁例1 電力系統(din l x tn)接線如圖所示，圖中標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。 電力系統(din l x tn)接線圖共六十八頁 電力系統額定電壓為220kV及以上電壓等級與其相適應的傳輸功率和傳輸距離的關系(gun x)曲線如圖1-6所示。650060005500500045004000350030002500200015001000500

16、0 100 300 500 700 900220kV3305007501000kV傳輸功率(MW)傳輸距離(km)圖1-6 220kV及以上電壓等級(dngj)的傳輸功率和傳輸距離 共六十八頁第四節(jié) 電力系統(din l x tn)中性點接地一、概述(i sh)二、中性點不接地系統三、中性點經消弧線圈接地的電力系統四、中性點直接接地的電力系統五、中性點經電阻接地的電力系統共六十八頁一、概 述 接地 ： 為了保證電力網或電氣設備的正常運行(ynxng)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。共六十八頁接地(jid)分類：工作接地(jid)：為了保

17、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。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。共六十八頁保護接零：在中性點直接接地(jid)的低壓電力網中，把電氣設備的外殼與接地(jid)中性線直接連接，以實現對人 身安全的保護作用。防雷接地：為消除大氣(dq)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。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。共六十八頁如何確定電力系統中性點接地方式： 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(nqun)諸方面綜合考慮。電力系統(din l

18、x tn)的中性點接地方式：小接地電流系統大接地電流系統共六十八頁負荷ABCCCCICa. 電路圖UAUBUC0IAIBIC00UAUBUCIB0IC0IA0b. 矢量圖二、中性點不接地(jid)的電力系統 適用范圍3kV60kV的電力系統 正常(zhngchng)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。共六十八頁0UBUAUC60-UA UCUB -UA ICBICC-ICAICAICAICBICBICCICCIPE負荷ABCCCCUAUBUC 單相(dn xin)金屬性接地故障時(A相)共六十八頁中性點不接地系統

19、單相接地故障(gzhng)的結論 ：三相之間的線電壓仍然對稱，用戶(yngh)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。 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。共六十八頁0UBUAUC60-UA UCUB -UA ICBICC-ICA 接地故障(gzhng)電容電流IPE共六十八頁共六十八頁中性點不接地系統單相接地故障(gzhng)的討論 ：如果接地電流在5A以下(yxi)，當電流經過零值時，電弧就會自然熄滅。如果接地電流大于5A10A，而

20、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。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。共六十八頁0UAUBUC-UCUAUBILICICAICB負荷ABCCCCILICICCICBICAICCICBICAIPEL三、中性點經消弧線圈接地(jid)的電力系統消弧線圈: 安裝在變壓器或發(fā)電機中性點與大地(dd)之間的具有氣隙鐵芯的電抗器。單相(C相)金屬性接地故障:共六十八頁 消弧線圈的作用 當發(fā)生單相接地故障時，接地故障相與(xingy)消弧線圈 構成了另一個回

21、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(dinli)（滯后90），其數值為: ILUC / XLU / XL共六十八頁 消弧線圈的補償(bchng)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。共六十八頁 消弧線圈容量(rngling)的選擇 下述情況(qngkung)，應安裝消弧線圈共六十八頁四、中性點直接接地(jid)的電力系統

22、 特點： 供電可靠性不如電力系統中性點不接地和經消弧線圈接地方式。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(chngh)閘裝置。電氣設備的絕緣水平只需按電力網的相電壓考慮，可以降低工程造價。我國380/220V系統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)共六十八頁 適用范圍：我國110kV（國外220kV）及以上(yshng)電壓等級的電力系統 。380/220V低壓系統。共六十八頁五、中性點經電阻(dinz)接地的電力系統 特點： 降低工頻過電壓，抑制弧光過電壓；設置零序電流(dinli)保護動作跳閘；設置零序電壓保護動作跳閘；供電可靠性有保證。共六十八頁 適用范圍：配網系統（