電力系統(tǒng)基礎(chǔ)知識課件

第一章電力系統(tǒng)基礎(chǔ)知識前言

電力系統(tǒng)發(fā)展概況及前景第一節(jié)

電力系統(tǒng)基本概念第二節(jié)

電力負(fù)荷第三節(jié)

電能質(zhì)量指標(biāo)第四節(jié)

電力系統(tǒng)中性點接地我國電力工業(yè)發(fā)展概況及前景

一、電力工業(yè)發(fā)展概況最早的火力發(fā)電是在1882年，在上海第一臺機組發(fā)電。水力發(fā)電比火力發(fā)電晚了30年，始于1912年，在云南省離昆明40km的螳螂川上建成石龍壩水電站，裝機容量為2X240kW。從1882年，到1949年新中國成立，在60多年中，全國只有幾個大城市有電能供應(yīng)。1949年全國發(fā)電設(shè)備的總裝機容量為184．86萬kW(當(dāng)時占世界第21位)，年發(fā)電量僅43．1億kW．h(占世界第25位)，人均年占有電量不足10kW．h。

我國最大的火電機組容量為90X104kW(外高橋第二發(fā)電廠)，最大的水電機組容量為70X104kW(三峽工程)，最大的核電機組容量100X104kW(嶺澳核電廠)；最大的火力發(fā)電廠容量300X104kW(北侖港電廠，5X60X104kW)，最大的水力發(fā)電廠330X104kW(二灘水電廠，6X55X104kW)，最大的核能發(fā)電廠200X104kW(嶺澳核電廠，2X100X104kW)，最大的抽水蓄能電廠240X104kW(廣東抽水蓄能電廠，8X30X104kW)， 舉世矚目的三峽工程，裝機容量32臺(含地下電廠6臺機組)，單機容量70X104kW，年均發(fā)電量847XlO8kW．h。 我國核電力工業(yè)起步較晚，自行設(shè)計、制造、安裝、調(diào)試的30X104kW浙江秦山核電廠于1991年12月首次并網(wǎng)發(fā)電； 1974年建成了我國第一條330kV輸電線路，由甘肅劉家峽水電廠到陜西關(guān)中地區(qū)。 1981年建成了第一條500kV輸電線路，由河南姚盂火電廠到武漢。 正在建設(shè)中的西北750kV輸變電工程，標(biāo)志著我國電網(wǎng)輸電電壓等級由目前最高的500kV即將升級為750kV，實現(xiàn)歷史性跨越。 除超高壓交流輸電外，1988年建成了從葛洲壩水電廠到上海南橋變電站的土500kV直流輸電線路，輸送容量120X104kW，使華中和華東兩大電網(wǎng)互聯(lián)，形成了跨大區(qū)的聯(lián)合電力系統(tǒng)。

三峽已完成三峽一常州、三峽一廣東等土500kV高壓直流輸電工程。同時，國內(nèi)制造廠家生產(chǎn)制造的500千伏交直流輸變電設(shè)備已成為電網(wǎng)的骨干輸電網(wǎng)架。 西北750千伏交流輸變電示范工程和河南靈寶背靠背成套設(shè)備已建成投產(chǎn)。 目前全國六大電網(wǎng)已實現(xiàn)互聯(lián)。 國家發(fā)改委同意先建設(shè)三條特高壓示范工程，分別是國家電網(wǎng)公司的“晉東南-南陽-荊門”1000千伏交流特高壓、“溪洛渡-向家壩”800千伏直流特高壓和南方電網(wǎng)公司的“云南楚雄-廣州穗東”800千伏直流特高壓。 二、電力系統(tǒng)發(fā)展前景超高壓、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)關(guān)于IT(1nformationTechnology)技術(shù)： IT技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，目前取得成功的主要在兩個方面， 第一方面是各類電氣設(shè)備的微機化，如微機勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)，微機繼電保護(hù)裝置，微機無功電壓控制裝置，微機調(diào)速器，以及微機監(jiān)控系統(tǒng)等。

第二方面是電力系統(tǒng)各類復(fù)雜計算的計算機自動實現(xiàn)，如潮流計算，短路計算，暫態(tài)穩(wěn)定計算，電磁暫態(tài)計算，電壓穩(wěn)定計算，小干擾分析，各類優(yōu)化計算，智能軟件和小波分析等很多方面都實現(xiàn)了計算機自動計算。 上述兩個方面研究成果的成熟和計算機技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，使得系統(tǒng)集成為新的研究熱點。目前比較成功的有下述幾個方面： SCADA(SupervisoryControlandDataAcquisition)系統(tǒng)、 EMS(EnergyManagementSystem)、 DMS(DistributionManagementSystem)， DCS和NCS的配合（網(wǎng)控微機監(jiān)控系統(tǒng)，簡稱NCS:NetworkControlSystem）就地或區(qū)域的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，MIS(ManagementlnformationSystem)等。

關(guān)于諧波治理 隨著超大容量的電力電子裝置的發(fā)展，如直流輸電工程，動態(tài)無功補償、有源電力濾波、可控移相和柔性交流輸電等。 然而所有電力電子裝置都不可避免地會產(chǎn)生諧波，它不但向電力網(wǎng)注入諧波電流，使公共連接點的電壓波形嚴(yán)重畸變，形成附加的能量損失，而且產(chǎn)生很強的電磁干擾。造成重要的和敏感的自動控制與保護(hù)裝置工作紊亂，影響功率處理器的正常運行等。 因此，電力系統(tǒng)諧波及其治理的研究已經(jīng)嚴(yán)峻地擺在電力科技工作者面前。國家核電技術(shù)公司成立

即將引進(jìn)第三代核電技術(shù)

目前我國正在運行的11座核電機組，以壓水堆技術(shù)為主，包括3座國產(chǎn)的、兩座從俄羅斯引進(jìn)的和4座從法國引進(jìn)的，還有從加拿大引進(jìn)的兩座重水堆。這些核電技術(shù)都屬于第二代。 目前我國核電裝機容量900萬千瓦，僅占全國電力總裝機容量的1％強，遠(yuǎn)低于世界平均水平。按照國家《核電中長期發(fā)展規(guī)劃》，到2020年，我國核電裝機將占電力總裝機容量的4％，達(dá)到4000萬千瓦。 廣東十一五期間計劃投資739億元人民幣營建核電，其投資超過了常規(guī)電廠，已選擇了10個新廠址。 世界核能協(xié)會(WNA)的統(tǒng)計表明：至2005年全球共有442座核反應(yīng)堆并網(wǎng)，62座在建，160座計劃建設(shè)，核能供電已占全球供電的16%，其中美國103座，法國58座，日本55座、在建13座，俄羅斯31座，韓國20座，印度18座、在建8座。 核能依賴的資源主要分布在加拿大和澳大利亞等地，核原料鈾供應(yīng)相對穩(wěn)定安全，難以被個別國家控制；核燃料能量密度比化石能源高幾百萬倍，要比煤炭石油節(jié)省體系龐大的物流資源；核能發(fā)電燃料費用低，與油氣煤相比具有價格穩(wěn)定的優(yōu)勢，對原料產(chǎn)地依賴性不強。 核能發(fā)電的劣勢是：熱污染嚴(yán)重，放射性廢料處理需縝密安排，核電不宜做尖峰、離峰使用，需要建立嚴(yán)格的防漏安全體系等。

電力網(wǎng)：電力系統(tǒng)中的輸電、變電、配電三部分組成稱為電力網(wǎng)。電力系統(tǒng)：由發(fā)電、輸電、變電、配電和用電組成的整體稱為電力系統(tǒng)。動力系統(tǒng)：把發(fā)電廠的發(fā)電機除外的動力部分稱動力系統(tǒng)。

電力網(wǎng)：按其在電力系統(tǒng)中的作用不同，分為輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)輸電網(wǎng)：是以高壓甚至超高壓將發(fā)電廠、變電所或變電所之間連接起來的輸電網(wǎng)絡(luò)。所以又稱電力網(wǎng)的主網(wǎng)架。電壓等級在220kV以上配電網(wǎng)：直接將電能送到客戶的網(wǎng)絡(luò)。配電網(wǎng)的電壓因應(yīng)客戶的需要而定，根據(jù)電壓等級又分高、中、低配電網(wǎng)。高壓配電網(wǎng)：電壓等級在110kV及以上的網(wǎng)絡(luò)中壓配電網(wǎng)：電壓等級在35kV、10kV、6kV、3kV的網(wǎng)絡(luò)低壓配電網(wǎng)：電壓等級在220V、380V的網(wǎng)絡(luò)（二）電力系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式，大致可分為下列兩類：

(1)大城市型。這類系統(tǒng)是向以大城市為中心的負(fù)荷密度很高的地區(qū)供電的電力系統(tǒng)。它以圍繞城市周圍的環(huán)形系統(tǒng)作為主干，將水電、火電、核電電源引入主干網(wǎng)絡(luò)，再向城市供、配電系統(tǒng)進(jìn)行再分配，并對大城市用電增長有高度的適應(yīng)性和供電的高度可靠性。

(2)遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)。這一類系統(tǒng)一般是指通過遠(yuǎn)距離輸電線路(數(shù)百到數(shù)千公里)把遠(yuǎn)處的大型水電廠、坑口電廠、核電廠的電能送往負(fù)荷中心，如圖1-2所示。（三）對電力系統(tǒng)的要求保證供電可靠保證良好的電能質(zhì)量為用戶提供充足的電力提高電力系統(tǒng)運行經(jīng)濟性一、大電力系統(tǒng)的優(yōu)點

(1)提高供電可靠性和電能質(zhì)量。

(2)可減少系統(tǒng)的裝機容量，提高設(shè)備利用率。

(3)便于利用大型動力資源，降低造價。

(4)減少系統(tǒng)的備用容量，合理利用各種資源，提高運行的經(jīng)

濟性。（5）降低系統(tǒng)的高峰負(fù)荷三、新型能源發(fā)電技術(shù)新能源主要指風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮?、海洋能等。目前比較成熟的新能源發(fā)電技術(shù)有：1）風(fēng)力發(fā)電；2）太陽能發(fā)電；3）地?zé)岚l(fā)電；4）潮汐發(fā)電四、電網(wǎng)的節(jié)能技術(shù)

電網(wǎng)的線損是指發(fā)電廠到客戶（電力系統(tǒng)）的輸送過程中不可避免地發(fā)生的功率和能量損耗。主要由電力變壓器和電力線路損耗。電網(wǎng)節(jié)能技術(shù)主要包括電力線路、電力變壓器和電網(wǎng)總體節(jié)電技術(shù)三個方面：1、電力線路的節(jié)能措施1）在電網(wǎng)中盡量采用環(huán)形供電和多回線路供電方式避免電力線路交錯、重疊和迂回供電。2）投入備用線路3）減少空載損耗4）采用節(jié)能型無功補償裝置，提高功率因數(shù)5）改造、更新高低壓配電線路2、變壓器節(jié)能技術(shù)1）采用節(jié)能型變壓器2）采用相控?zé)o功自動補償提高功率因數(shù)，降變壓器繞組損耗。3）按最大需求量計算基本電費，有利于推廣變壓器經(jīng)濟運行，從而達(dá)到節(jié)能的目的。4）調(diào)整電網(wǎng)中變壓器運行5）實行經(jīng)濟調(diào)度，提高變壓器運行效率，實現(xiàn)經(jīng)濟運行。第二節(jié)電力負(fù)荷

電力負(fù)荷是指用電設(shè)備或用電單位所消耗的功率（KW）、容量（KVA）和電流（A）。一、電力負(fù)荷的組成1、用電負(fù)荷：是用戶在某一時刻對電力系統(tǒng)所需求的功率。2、線損負(fù)荷：電能從發(fā)電廠到用戶的輸送過程中不可避免地會發(fā)生功率和能量的損耗，與這種所對應(yīng)的發(fā)電功率，叫線損負(fù)荷。3、供電負(fù)荷：用電負(fù)荷加上同一時刻的線損負(fù)荷，是發(fā)電廠對外供電時所承擔(dān)的全部負(fù)荷。二、電力系統(tǒng)負(fù)荷的分類方法1、按突然中斷供電所造成的損失程度分類可以分為三類：

⑴一類負(fù)荷：

對這類負(fù)荷中斷供電，將帶來人身危險，設(shè)備損壞，引起生產(chǎn)混亂，出現(xiàn)大量廢品，重要交通樞紐受阻，城市水源、通信、廣播中斷，因而造成巨大經(jīng)濟損失和重大政治影響。一類負(fù)荷一般應(yīng)由兩個獨立電源供電。

⑵二類負(fù)荷：

對這類負(fù)荷中斷供電，將造成大量減產(chǎn)、停工，局部地區(qū)交通受阻，大部分城市居民的正常生活被打亂。二類負(fù)荷可以采用雙回線供電。

⑶三類負(fù)荷：

指不屬于第一類、第二類的其它負(fù)荷。對這類負(fù)荷中斷供電，造成的損失不大。因此，對三類負(fù)荷的供電無特殊要求。2、按負(fù)荷發(fā)生時間分類可以分為三類：（1）高峰負(fù)荷：是指電網(wǎng)或用戶在一天時間內(nèi)所發(fā)生的最大負(fù)荷值。（2）低谷負(fù)荷：是指電網(wǎng)或用戶在一天24小時內(nèi)發(fā)生的用電量最小的一點的小時平均電量。（3）平均負(fù)荷：是指電網(wǎng)和用戶在一段確定時間階段的平均小時用電量。第三節(jié)電能質(zhì)量電能質(zhì)量：指供給用電單位收電端電能品質(zhì)的優(yōu)劣程度電能質(zhì)量主要包括電壓質(zhì)量與頻率質(zhì)量兩部分。一、電壓質(zhì)量又分為：1、電壓允許偏差2、電壓允許波動和閃變3、公用電網(wǎng)諧波4、三相電壓不平衡二、頻率質(zhì)量1、供電頻率允許偏差電能的質(zhì)量指標(biāo)主要包括：電壓

頻率波形電壓質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：頻率：頻率偏差： ±0.2Hz（≥3000MW系統(tǒng)） ±0.5Hz（＜3000MW系統(tǒng)） 國外： ±(0.1~0.2)Hz或±0.5Hz電鐘時偏： ±30s（≥3000MW系統(tǒng)） ±1min（＜3000MW系統(tǒng)）額定頻率： 50Hz（國外：50或60Hz）波形：質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)： 正弦波電壓和電流諧波的危害與抑制第四節(jié)電力系統(tǒng)中性點接地一、概述二、中性點不接地系統(tǒng)三、中性點經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng)四、中性點直接接地的電力系統(tǒng)五、中性點經(jīng)電阻接地的電力系統(tǒng)六、低壓系統(tǒng)接地形式一、概述

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。工作接地分直接接地和非直接接地。工作接地的電阻一般不超過4歐姆。保護(hù)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。保護(hù)接零：在中性點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，以實現(xiàn)對人身安全的保護(hù)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(hù)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。根據(jù)電力系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時，其接地故障電流的大小來劃分，我國電力系統(tǒng)的中性點接地有兩大類：

⒈、小電流接地系統(tǒng)； ⒉、大電流接地系統(tǒng)。具體來說有4種，即： 小電流接地系統(tǒng)－包括中性點不接地（中性點絕緣）、中性點經(jīng)消弧線圈接地或經(jīng)大電阻、中電阻接地； 大電流接地系統(tǒng)－包括中性點直接接地、中性點經(jīng)小電阻接地。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(hù)以及確保人身安全諸方面綜合考慮。負(fù)荷ABCCCCICa.電路圖UA＋UB＋UC＝0IA＋I(xiàn)B＋I(xiàn)C＝00UAUBUCIB0IC0IA0b.矢量圖二、中性點不接地的電力系統(tǒng)

適用范圍3kV~60kV的電力系統(tǒng)正常運行時結(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。0UBUAUC60-UAUC’UB’

-UAI’CBI’CC-I’CAICAICAICBICBICCICCIPE負(fù)荷ABCCCCUA’UB’UC’單相金屬性接地故障時(A相)中性點不接地系統(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。

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(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。0UBUAUC60-UAUC’UB’

-UAI’CBI’CC-I’CA

接地故障電容電流IPE中性點不接地系統(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，電弧就會自然熄滅。如果接地電流大于5A~10A，而小于30A，則有可能形成間歇性電弧；間歇性電弧容易引起弧光接地過電壓，其幅值可達(dá)（2.5~3）U，將危害整個電網(wǎng)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(shè)備和可能引起多相相間短路。0UAUBUC-UCU’AU’BILICICAICB負(fù)荷ABCCCCILICICCICBICAICCICBICAIPEL三、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:消弧線圈的作用當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，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。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:

IL＝UC

/XL＝U/XL消弧線圈的補償方式欠補償方式：按IL<IC選擇消弧線圈的電感，此時接地故障點有未被補償?shù)碾娙蓦娏髁鬟^。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。

過補償方式：按IL>IC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。四、中性點直接接地的電力系統(tǒng)

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。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。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。負(fù)荷ABCk(1)Ik(1)Ik(1)中性點直接接地方式適用范圍：我國110kV（國外220kV）及以上電壓等級的電力系統(tǒng)。380/220V低壓系統(tǒng)。五、中性點經(jīng)（小）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(hù)、動作跳閘；避免發(fā)生高壓觸電事故；供電可靠性有保證。減少對通信的干擾。

適用范圍：配網(wǎng)系統(tǒng)（與中性點經(jīng)消弧線圈接地、不接地比較）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。六、低壓系統(tǒng)接地形式1、TN系統(tǒng)接地TN方式供電系統(tǒng)：這種供電系統(tǒng)是將電氣設(shè)備的金屬外殼和正常不帶電的金屬部分與工作零線相接的保護(hù)系統(tǒng)，稱作接零保護(hù)系統(tǒng)，用TN表示。其中TN系統(tǒng)又分為TN-C、TN-S、TN-C-S系統(tǒng)2、TT系統(tǒng)接地TT方式供電系統(tǒng):

TT方式是指將電氣設(shè)備的金屬外殼直接接地的保護(hù)系統(tǒng)，稱為保護(hù)接地系統(tǒng)，也稱TT系統(tǒng)。第一個符號T表示電力系統(tǒng)中性點直接接地；第二個符號T表示負(fù)載設(shè)備金屬外殼和正常不帶電的金屬部分與大地直接聯(lián)接，而與系統(tǒng)如何接地?zé)o關(guān)。在TT系統(tǒng)中負(fù)載的所有接地均稱