電力系統(tǒng)工程基礎(chǔ)1匯總課件

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)展概況及前景華中科技大學(xué)電氣學(xué)院第一節(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)展前景華中科技大學(xué)電氣學(xué)院一、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；華中科技大學(xué)電氣學(xué)院輸電線路： 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直流。

2、華中科技大學(xué)電氣學(xué)院電力系統(tǒng)之最： 我國(guó)最大的火電機(jī)組容量90萬(wàn)kW（外高橋第二發(fā)電廠），最大的水電機(jī)組容量70萬(wàn)kW（三峽工程），最大的核電機(jī)組容量100萬(wàn)kW（嶺澳核電廠）；華中科技大學(xué)電氣學(xué)院 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(wàn)kW，年均發(fā)電量846億kWh，比全世界70萬(wàn)kW機(jī)組的總和還多，是世界上最大的發(fā)電廠 。華中科技大學(xué)電氣學(xué)院 最大的火力發(fā)電廠容量300萬(wàn)kW（北侖港電廠，560萬(wàn)kW）， 最大的水力發(fā)電廠330萬(wàn)kW（二灘水電廠，655萬(wàn)kW）， 最大的核能發(fā)電廠200萬(wàn)kW（嶺澳核電廠，2100萬(wàn)kW）， 最大抽水蓄能電廠240萬(wàn)kW（

3、廣東抽水蓄能電廠，830萬(wàn)kW），這也是目前世界上最大的抽水蓄能電廠。華中科技大學(xué)電氣學(xué)院我國(guó)電力系統(tǒng)的發(fā)展：年人均電量：我國(guó)：1700kWh中等發(fā)達(dá)國(guó)家：7000kWh北歐、美國(guó)：18000kWh華中科技大學(xué)電氣學(xué)院二、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)化華中科技大學(xué)電氣學(xué)院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

4、流域調(diào)度調(diào)峰能力互相支援華中科技大學(xué)電氣學(xué)院增加聯(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)雜性支出華中科技大學(xué)電氣學(xué)院4. 電力市場(chǎng)基本特征：開(kāi)放性 競(jìng)爭(zhēng)性 計(jì)劃性 協(xié)調(diào)性基本原則：公平 公開(kāi) 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(kāi)發(fā)和利用（風(fēng)能、太陽(yáng)能等） 華中科技大學(xué)電氣學(xué)院 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)的形成華中科技大學(xué)電氣學(xué)院水庫(kù) GMM電力網(wǎng)電力系統(tǒng)動(dòng)力

5、系統(tǒng)發(fā)電廠水輪機(jī) 發(fā)電機(jī)變電所升壓變壓器輸電線路變電所降壓變壓器用戶(hù)用電設(shè)備一、什么是電力系統(tǒng)？華中科技大學(xué)電氣學(xué)院 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(hù)），按照一定的規(guī)律連接而組成的統(tǒng)一整體。華中科技大學(xué)電氣學(xué)院水力發(fā)電廠火力發(fā)電廠超高壓遠(yuǎn)距離輸電網(wǎng)地方電力網(wǎng)區(qū)域電力網(wǎng)110kV35kV35kV500kV220kV110kV10 kV變電所A：樞紐變電所C：地方變電所D：終端變電所B：中間華中科技大學(xué)電氣學(xué)院 電力網(wǎng)：按電壓等級(jí)的

6、高低、供電范圍大小的分類(lèi)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(lèi)樞紐變電所中間變電所地區(qū)變電所終端電站所華中科技大學(xué)電氣學(xué)院二、電力系統(tǒng)的形成 電力系統(tǒng)規(guī)模越大，給人們帶來(lái)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益越大，具體說(shuō)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 華中科技大學(xué)電氣學(xué)院三、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

7、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華中科技大學(xué)電氣學(xué)院過(guò)渡過(guò)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)磁裝置華中科技大學(xué)電氣學(xué)院電能生產(chǎn)與國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)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。負(fù)荷分類(lèi)： 一類(lèi)負(fù)荷 二類(lèi)負(fù)荷 三類(lèi)負(fù)荷華中科技大學(xué)電氣學(xué)院電力系統(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)。華中科技大學(xué)電氣學(xué)院四、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 華中科技大學(xué)電氣學(xué)院Exa：一臺(tái)600M

8、W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(wàn)噸標(biāo)煤 燃料費(fèi)：115.2萬(wàn)噸300元/噸34560萬(wàn)元1%節(jié)約： 燃料：1.152萬(wàn)噸標(biāo)煤 燃料費(fèi)：345.6萬(wàn)元華中科技大學(xué)電氣學(xué)院第三節(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 形華中科技大學(xué)電氣學(xué)院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

9、率cos電流/%電流效率cos圖1-3 照明負(fù)荷（白熾燈）的電壓特性 圖1-4 異步電動(dòng)機(jī)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：必要性：華中科技大學(xué)電氣學(xué)院電壓質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：華中科技大學(xué)電氣學(xué)院頻率：頻率偏差：0.2Hz（3000MW系統(tǒng)）0.5Hz（3000MW系統(tǒng)）國(guó)外：(0.10.2)Hz 或 0.5Hz電鐘時(shí)偏：30s（3000MW系統(tǒng)）1min（3000MW系統(tǒng)）額定頻率：50Hz（國(guó)外：50 或 60Hz）華中科技大學(xué)電氣學(xué)院波形：諧波電壓限值 表1-3 公用電網(wǎng)諧波電壓限值 電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)電壓(kV)電壓總諧波畸變率（%）各次諧波電壓含有率（%）說(shuō) 明

10、奇次偶次0.385.04.02.01. 衡量點(diǎn)為PCC，取實(shí)測(cè)95%概率值；2. 對(duì)用戶(hù)允許產(chǎn)生的諧波電流，提供計(jì)算方法；3. 對(duì)測(cè)量方法和測(cè)量?jī)x器作出基本規(guī)定；4. 對(duì)同次諧波隨機(jī)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(wǎng)參照110kV執(zhí)行。 華中科技大學(xué)電氣學(xué)院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） 標(biāo)準(zhǔn)電壓（kV）基準(zhǔn)短路容量/MVA諧波次數(shù)23456789101112131415161718192021222324250.381078623962264419211628132411129.71

11、88.6167.88.97.1146.512610043342134142411118.5167.1136.16.85.3104.79.04.34.93.97.43.66.810100262013208.5156.46.85.19.34.37.93.74.13.26.02.85.42.62.92.34.52.147125.18.83.84.13.15.62.64.72.22.51.93.61.73.21.51.81.42.71.32.56650016138.1135.49.34.14.33.35.92.75.02.32.62.03.81.83.41.61.91.52.

12、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(zhǔn)短路容量取2000MVA。 華中科技大學(xué)電氣學(xué)院第四節(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)電壓等級(jí) 四、電壓等級(jí)選擇華中科技大學(xué)電氣學(xué)院一、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(guó)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(chēng)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

13、最高值。華中科技大學(xué)電氣學(xué)院電氣設(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 華中科技大學(xué)電氣學(xué)院注：受電設(shè)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(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 額定電壓華中科技大學(xué)電氣學(xué)院直流系統(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

14、115V、230V和460V。華中科技大學(xué)電氣學(xué)院2、 3kV及以上系統(tǒng)的額定電壓電力線路額定電壓：電力線路的額定電壓和電力系統(tǒng)的額定電壓相等。發(fā)電機(jī)的額定電壓： 105% UN變壓器一次繞組： 相當(dāng)于用電設(shè)備 UN變壓器二次繞組： 相當(dāng)于發(fā)電設(shè)備110% UN特例1： 變壓器一次繞組105% UN特例2： 變壓器二次繞組105% UN華中科技大學(xué)電氣學(xué)院U1I U2SZI （U1U2）/Z傳輸功率S、電壓等級(jí)U、輸電距離l之間的關(guān)系SConst， l U 2lConst， S U 2參見(jiàn)表17。三、電壓等級(jí)的選擇華中科技大學(xué)電氣學(xué)院 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

15、功率和傳輸距離的關(guān)系曲線如圖1-6所示。6500600055005000450040003500300025002000150010005000 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(jí)的傳輸功率和傳輸距離 華中科技大學(xué)電氣學(xué)院第四節(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)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院一、概 述 接地 ： 為了保證電力網(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)

16、備的某一特定地點(diǎn)通過(guò)導(dǎo)體與大地作良好的連接。華中科技大學(xué)電氣學(xué)院接地分類(lèi)：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。華中科技大學(xué)電氣學(xué)院保護(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(guò)電壓對(duì)電氣設(shè)備的威脅，而對(duì)過(guò)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(guò)程中有可能積蓄電荷的設(shè)備所采取的接地。華中科技大學(xué)電氣學(xué)院如何確定電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式： 應(yīng)從供電可靠性、內(nèi)過(guò)電壓、對(duì)通信線路

17、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)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院負(fù)荷ABCCCCICa. 電路圖UAUBUC0IAIBIC00UAUBUCIB0IC0IA0b. 矢量圖二、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(chēng)，三相導(dǎo)線對(duì)地電容電流也是對(duì)稱(chēng)的，三相電容電流相量之和為零，這說(shuō)明沒(méi)有電容電流經(jīng)過(guò)大地流動(dòng)。華中科技大學(xué)電氣學(xué)院0UBUAUC60-UA UCUB -UA ICBICC-ICAICAICAICBICBICCICCIPE負(fù)荷ABCCCCUAUBUC 單相金屬性接地故障時(shí)(A相)華中科

18、技大學(xué)電氣學(xué)院中性點(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(chēng)，用戶(hù)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(guò)2h。 故障相對(duì)地電壓降為零；非故障相對(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(jiàn)，電壓等級(jí)越高絕緣投資越大。華中科技大學(xué)電氣學(xué)院0UBUAUC60-UA UCUB -UA ICBICC-ICA 接地故障電容電流IPE華中科技大學(xué)電氣學(xué)院華中科技大學(xué)電氣學(xué)院中性點(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(guò)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

19、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(guò)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。華中科技大學(xué)電氣學(xué)院0UAUBUC-UCUAUBILICICAICB負(fù)荷ABCCCCILICICCICBICAICCICBICAIPEL三、中性點(diǎn)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(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:華中科技大學(xué)電氣學(xué)院 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華中科技大學(xué)電氣學(xué)院 消弧線圈的補(bǔ)償方式欠補(bǔ)償方式：按ILIC選擇消弧線圈的電感，此時(shí)接地故障點(diǎn)有剩余的電感電流流過(guò)。華中科技大學(xué)電氣學(xué)院 消弧線圈容量的選擇 下述情況，應(yīng)安裝消弧線圈華中科技大學(xué)電氣學(xué)院四、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