第一章電力系統(tǒng)基本概念

第一章電力系統(tǒng)的基本概念1-1電力系統(tǒng)概述1-2電力系統(tǒng)的特點(diǎn)和運(yùn)行要求1-3電力系統(tǒng)的接線方式和電壓等級1-4三相電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)運(yùn)行方式1o電力系統(tǒng)的組成？2o電力系統(tǒng)的特點(diǎn)？3o系統(tǒng)電壓等級？4o

各設(shè)備額定電壓？5o中性點(diǎn)運(yùn)行方式？需

掌

握

的

問

題第一章電力系統(tǒng)的基本概念升壓變壓器高壓輸電網(wǎng)降壓變壓器火電廠用戶風(fēng)電場水電廠電力系統(tǒng)的組成1-1電力系統(tǒng)概述一、電力系統(tǒng)的組成

（1）電力系統(tǒng)：生產(chǎn)、輸送、分配與消費(fèi)電能的系統(tǒng)。包括：發(fā)電機(jī)、電力網(wǎng)和用電設(shè)備組成。（2）電力網(wǎng)：電力系統(tǒng)中輸送與分配電能的部分。（3）動力系統(tǒng)：動力部分與電力系統(tǒng)組成的整體。1．電力系統(tǒng)的發(fā)展歷程

2．中國電力系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

二、電力工業(yè)發(fā)展概況1.電力系統(tǒng)的發(fā)展歷程（1）電力系統(tǒng)的出現(xiàn)與發(fā)展1831年法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律低壓直流1882年在法國首先實(shí)現(xiàn)了電壓在1kv以上的直流輸電，輸送功率只有1.5kW，但傳輸距離達(dá)到57km，形成了世界上第一個(gè)完整的電力系統(tǒng)，它包含發(fā)電、輸電和用電。在1891年制成三相變壓器和三相異步電動機(jī)的基礎(chǔ)上，首次在德國實(shí)現(xiàn)了三相交流輸電，它由95V、230kVA的水輪發(fā)電機(jī)，經(jīng)變壓器升壓至15200V，將功率傳送到178km以外的法蘭克福，然后用兩臺變壓器降壓至112V，分別供給照明負(fù)荷和一臺異步電動機(jī)驅(qū)動75kW的水泵，從而形成了現(xiàn)代電力系統(tǒng)的雛形。三相交流制取代了以前的直流系統(tǒng)電壓愈來愈高、容量和規(guī)模愈來愈大的區(qū)域性、地區(qū)性、全國性甚至跨國性的電力系統(tǒng)直流？交流？（2）特高壓（1000kV以上）輸電的出現(xiàn)與展望習(xí)慣上，1～100kV為高壓，100～1000kV為超高壓，1000kV以上為特高壓。20世紀(jì)60年代國際上開始特高壓輸電的研究1985年蘇聯(lián)1228km的1150kV,但至今運(yùn)行于500kV20世紀(jì)90年代日本300km的1000kV，但至今運(yùn)行于500kV目前國際上實(shí)際投運(yùn)的最高電壓等級750kV(加、美、俄、巴西、南非等國）我國晉東南—南陽—荊門特高壓交流試驗(yàn)示范工程，世界上第一條投入商業(yè)化運(yùn)行的1000千伏輸電線路

高壓？（3）直流輸電、緊湊型輸電和靈活交流輸電直流輸電在遠(yuǎn)距離輸電中具有優(yōu)越性，我國已有多條±800kV輸電線路。高自然功率的緊湊型輸電線路（俄羅斯、巴西），我國500kV緊湊型輸電線路北京昌平到房山。靈活輸電又稱柔性輸電可以跟靈活的調(diào)節(jié)電網(wǎng)功率，國外已有較廣泛應(yīng)用。其他：超導(dǎo)輸電、低溫輸電、多相輸電。2.中國電力工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀（1）根據(jù)國家電力公司正式公布的數(shù)據(jù)，解放后50年來全國總裝機(jī)容量和年發(fā)電量的增長情況分別如圖1和圖2所示。圖1.1949–1998年全國總裝機(jī)容量變化情況圖2.1949–1998年全國年發(fā)電量變化情況（2）中國電力系統(tǒng)格局電網(wǎng)公司

1）國家電網(wǎng)公司成立于2002年12月29日.2006年中國電力生產(chǎn)情況全國發(fā)電量達(dá)到28344億千瓦時(shí)。

華北電網(wǎng)（山東，北京，河北，山西，天津）

華東電網(wǎng)（上海，江蘇，浙江，安徽，福建）

華中電網(wǎng)（河南、湖北、湖南、江西、四川、重慶）

東北電網(wǎng)（遼寧，吉林，黑龍江，內(nèi)蒙古的赤峰和通遼）

西北電網(wǎng)（陜西，甘肅，寧夏，新疆，青海）

2）南方電網(wǎng)公司于2002年12月29日成立。下設(shè)兩個(gè)分公司和五個(gè)全資子公司，分別是超高壓輸變電公司、電力財(cái)務(wù)公司，廣東、云南、廣西、貴州和海南電網(wǎng)公司。

發(fā)電集團(tuán)華能、國電、大唐、華電、中電投五大國有發(fā)電集團(tuán)1．穩(wěn)態(tài)：正常的、變化相對比較緩慢以至可以忽略的運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行變量與時(shí)間t無關(guān)，描述其特征可用代數(shù)方程2．暫態(tài)：非正常的、變化較大以至引起系統(tǒng)從一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)到向另一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)過渡的運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行變量與時(shí)間t有關(guān)，描述其特性要用微分方程三、電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)表征運(yùn)行狀態(tài)的參數(shù)：電壓U、電流I、功率P&Q、頻率f一、電力系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)1-2電力系統(tǒng)的特點(diǎn)和運(yùn)行要求

與國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門、國防和日常生活之間的關(guān)系都很密切電能不能大量儲存

電能的生產(chǎn)、輸送、分配和使用同時(shí)進(jìn)行電力系統(tǒng)的暫態(tài)過程十分迅速

過電壓暫態(tài)過程只有微秒到毫秒數(shù)量級發(fā)生故障到系統(tǒng)失去穩(wěn)定性幾秒事故引起系統(tǒng)全面瓦解以分鐘計(jì)對電能質(zhì)量的要求比較嚴(yán)格

頻率、電壓偏移、電壓波形二、對電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性

系統(tǒng)必須有足夠的電源容量和合理布局電網(wǎng)結(jié)構(gòu)合理必要時(shí)采取提高穩(wěn)定性的措施

第一級負(fù)荷、第二級負(fù)荷、第三級負(fù)荷

保證良好的電能質(zhì)量保證系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性環(huán)保問題1-3電力系統(tǒng)的接線方式和電壓等級一.電力系統(tǒng)的電氣連接方式圖1無備用接線方式（a）放射式（b）干線式樣（c）鏈?zhǔn)綀D2有備用接線方式（a）放射式樣（b）干線式（c）鏈?zhǔn)剑╠）環(huán)式（e）兩端供電網(wǎng)絡(luò)二、電力系統(tǒng)的額定電壓和額定電壓等級1.電力輸送中電壓與輸送容量的關(guān)系

S一定時(shí)，U越高，I越小，導(dǎo)線等載流部分的截面積越小

，投資越小，電能損耗越??；U越高，對絕緣要求高，桿塔、變壓器、斷路器等絕緣投資大。對應(yīng)于一定的輸送功率和輸送距離應(yīng)有一最合理的線路電壓。但從設(shè)備制造角度和電力工業(yè)發(fā)展，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)電壓等級所謂額定電壓，就是發(fā)電機(jī)、變壓器和電氣設(shè)備等在正常運(yùn)行時(shí)具有最大經(jīng)濟(jì)效益時(shí)的電壓。國家規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)電壓等級系列，有利于電器制造業(yè)的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化有利于設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化和選型有利于電器的互相連接和更換有利于備件的生產(chǎn)和維修等應(yīng)選擇最合適的額定電壓等級。除西北地區(qū)外：500kV,220kV,110kV,35kV,10kV西北地區(qū)：750kV,330kV,220kV,10kV,35kV,10kV.

220kV及以上：大電力系統(tǒng)的主干線；

110kV：中小系統(tǒng)的主干線、大系統(tǒng)的二次網(wǎng)絡(luò)；

35kV：大城市或大工業(yè)企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)、農(nóng)村網(wǎng)絡(luò)；

10kV：更低一級配電電壓；

3kV（6kV）：工業(yè)企業(yè)內(nèi)部（高壓電動機(jī)比重大）

各電壓等級的輸電能力見下表2.

額定電壓等級：各級電壓架空線路的輸送能力說明：(1)用電設(shè)備的容許電壓偏移一般為±5%；(2)沿線路的電壓降落一般為10%；(3)在額定負(fù)荷下，變壓器內(nèi)部的電壓降落約為5%。3.電力網(wǎng)中的電壓分布及電氣設(shè)備的額定電壓電氣設(shè)備的額定電壓用電設(shè)備的額定電壓：規(guī)定為系統(tǒng)額定電壓，使所有設(shè)備能在接近它們的額定電壓下運(yùn)行；線路：等于系統(tǒng)的額定電壓（線路始端電壓Va為額定電壓的105%，則末端電壓Vb為額定電壓的95%）。VN=（Va+Vb）/2發(fā)電機(jī)：規(guī)定為系統(tǒng)額定電壓的105%

4.

變壓器一次側(cè)：相當(dāng)于用電設(shè)備，其額定電壓與系統(tǒng)相同；與發(fā)電機(jī)直接相連時(shí)，則與發(fā)電機(jī)相同二次側(cè)（空載電壓）：相當(dāng)于電源，其額定電壓應(yīng)比系統(tǒng)高5%，考慮變壓器額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)內(nèi)部的電壓損耗（5%），實(shí)際應(yīng)定為比線路高10%。只有漏抗很小的、二次側(cè)直接與用電設(shè)備相聯(lián)的和電壓特別高的變壓器，其二次側(cè)額定電壓才可能較線路額定電壓僅高5%GUaUNUNUbabT1T2UNUN95%UN95%UN105%UNcd電壓沿功率流動方向在電網(wǎng)的分布示意高(中)壓繞組若干分接頭，額定電壓？變比計(jì)算？220kV升壓變壓器降壓變壓器？高(中)壓繞組若干分接頭，額定電壓為主分接頭的空載電壓；實(shí)際變比則按實(shí)際接頭計(jì)算典型例題:(1)確定各設(shè)備額定電壓;(2)若T1工作于+2.5%抽頭,T2工作于主抽頭,T3工作于-5%抽頭,求各變壓器變比.10.5kV10.5kV121kV38.5kV110kV11kV35kV作業(yè)：如下圖所示，（1）確定發(fā)電機(jī)G、變壓器T1～T4、線路L1～L3、電動機(jī)M等元件的額定電壓。（2）當(dāng)變壓器T1在+2.5%抽頭處工作、T3在－2.5%抽頭處工作時(shí)，試求這兩個(gè)變壓器的實(shí)際變比。1-4三相電力系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式發(fā)電機(jī)定子繞組Y聯(lián)結(jié)的中性點(diǎn)：一種是不接地另一種是為了防護(hù)定子繞組過電壓而采用經(jīng)過避雷器接地。避雷器內(nèi)部有氣隙，所以正常運(yùn)行和不接地一樣。變壓器Y接法線圈的中性點(diǎn)：不接地，10~35kV系統(tǒng)多屬這類情況。經(jīng)過一個(gè)線性電抗線圈，即消弧線圈接地，10~63kV系統(tǒng)有這種方式。直接接地，110kV及以上電壓系統(tǒng)1.中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)

正常運(yùn)行分析：（1）線電壓與相電壓關(guān)系；（2）中性點(diǎn)電位；（3）對地電容電流與相電壓關(guān)系在正常運(yùn)行時(shí)，各相對地電壓、、是對稱的，其值為相電壓中性點(diǎn)電壓為零各相對地電容相同（設(shè)線路單位長度電容為，線路長度為l

），電容電流對稱且超前相電壓90°，其值為，故三相電容電流矢量和為零。單相（C相）接地分析：（1）中性點(diǎn)對地電位；（2）非接地相對地電位；（3）對地電容電流當(dāng)發(fā)生一相接地故障時(shí)，故障相對地電壓為零中性點(diǎn)電位為C相電壓的負(fù)值非故障相對地電壓將升高至原來相電壓的倍線電壓在大小和相位上都沒有變化故障相對地電容被短接，非故障相由于對地電壓的升高其電容電流升至原來電容電流的倍。此時(shí)，流經(jīng)故障點(diǎn)的電流為非故障相A、B兩相電容電流的矢量和，其有效值為

以上分析表明，中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)：故障相電壓為零，非故障相對地電壓升高到原來相電壓的倍，線間電壓不變，流過故障點(diǎn)的電流為正常情況下每一相對地電容電流的3倍。因?yàn)榫€電壓不變，所以單相故障時(shí)允許繼續(xù)運(yùn)行2-3小時(shí)采用中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)運(yùn)行方式時(shí)：1）電氣設(shè)備對地絕緣要求必須按線電壓數(shù)值來考慮。2）若單相接地電容電流超過規(guī)定值，會產(chǎn)生穩(wěn)定電弧致使電網(wǎng)出現(xiàn)暫態(tài)過電壓，危及電氣設(shè)備安全。這時(shí)應(yīng)采取中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈（或電阻）接地的運(yùn)行方式。2.中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地消弧線圈實(shí)際上是一個(gè)鐵心可調(diào)的電感線圈，安裝在變壓器或發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)與大地之間。系統(tǒng)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，接地電流中增加了一個(gè)感性電流IL，它和裝設(shè)消弧線圈前的電容電流方向相反，相互補(bǔ)償，減小了接地點(diǎn)的故障電流，使電弧易于自行熄滅，提高了供電可靠性。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，與中性點(diǎn)不接地的系統(tǒng)一樣，非故障相電壓仍升高倍，三相導(dǎo)線之間的線電壓仍然平衡，電力系統(tǒng)可以繼續(xù)運(yùn)行。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的應(yīng)用：

對3-60kV網(wǎng)絡(luò)，容性電流超過下列數(shù)值時(shí)，中性點(diǎn)應(yīng)裝設(shè)消弧線圈。3~6kV電力網(wǎng)(接地電流>30A)10kV電力網(wǎng)(接地電流>20A)35~60kV電力網(wǎng)(接地電流>10A)

3.中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)缺點(diǎn):供電可靠性低。當(dāng)發(fā)生一相對地絕緣破壞時(shí)，除中性點(diǎn)外出現(xiàn)另一個(gè)接地點(diǎn)，構(gòu)成短路回路，接地相電流很大，必須迅速切除接地相甚至三相。優(yōu)點(diǎn)：非故障相對地電壓不變，電氣設(shè)備絕緣水平可按相電壓考慮。系統(tǒng)中發(fā)生一相接地的特點(diǎn)比較

中性點(diǎn)不接地中性點(diǎn)直接接地電流中性點(diǎn)電壓非故障相電壓線電壓接地點(diǎn)的電容電流是正常運(yùn)行時(shí)一相對地電容電流的3倍故障相電流和流入故障點(diǎn)的電流很大中性點(diǎn)電壓升高為相電壓故障相和中性點(diǎn)電壓為零非故障相對地電壓仍為相電壓非故障相對地電