知識(shí)資料直流電機(jī)電力系統(tǒng)基本知識(shí)(二)(新版)

朽木易折，金石可鏤。千里之行，始于足下。第頁(yè)/共頁(yè)第4篇電力系統(tǒng)分析第30章電力系統(tǒng)基本知識(shí)30.1電力系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)和基本要求30.1.1.1電能不能大量?jī)?chǔ)存（同時(shí)性）因?yàn)殡娔懿荒艽罅績(jī)?chǔ)存，因而電能的生產(chǎn)、傳輸、分配和消費(fèi)實(shí)際上是同時(shí)舉行的，即所有發(fā)電廠任何時(shí)刻生產(chǎn)的電能必須與該時(shí)刻所有負(fù)荷所需的電能與傳輸分配中損耗的電能之和相平衡。這代表電力系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)必須滿意的一類等約束條件：有功功率平衡PGΣ=PDΣ+PL和無(wú)功功率平衡QGΣ=QDΣ+QL式中PGΣ和QGΣ為電源發(fā)出的總有功功率和無(wú)功功率，PDΣ和QGΣ為負(fù)荷取用的總有功和無(wú)功功率，PL和QL為系統(tǒng)總的有功和無(wú)功功率損耗。30.1.1.2電能生產(chǎn)與國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活有著極為密切的關(guān)系（重要性）如前所述，電能在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活中起著極其重要的作用，電能供養(yǎng)的中斷或減少將影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門，造成龐大的損失。30.1.1.3電力系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程異常疾馳（迅速性）因?yàn)殡娔艿膫鲹P(yáng)速度臨近光速，因而它從一處傳至另一處所需的時(shí)光極短，電力系統(tǒng)從一種運(yùn)行方式改變到另一種運(yùn)行方式的過(guò)渡過(guò)程異?？欤娏ο到y(tǒng)中的事故從發(fā)生到引起嚴(yán)重后果所經(jīng)歷的時(shí)光常以秒，甚至毫秒計(jì)，以至人們往往來(lái)不及做出反應(yīng)。30.2電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求30.1.2.1最大限度的滿意用戶用電的要求，為用戶提供充沛的電能電能生產(chǎn)的規(guī)模很大，如我國(guó)現(xiàn)在的年發(fā)電量達(dá)數(shù)萬(wàn)億千瓦時(shí)，因此提高電能生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性具有十分重要的意義。這包括盡量降低每千瓦時(shí)電所消耗的能源（即設(shè)法降低煤耗率、水耗率、廠用電率等）、盡量降低傳輸和分配過(guò)程中的損耗（其指標(biāo)為網(wǎng)損率，定義為囫圇電力網(wǎng)傳輸過(guò)程中損耗的電能與電源發(fā)出的總電能之比）、盡量提高用電設(shè)備的效率等。30.1.2.2保證安全可靠的供電1、安全可靠持續(xù)供電：供電的中斷將造成生產(chǎn)停頓、生活混亂，甚至危及設(shè)備和人身的安全，引起十分嚴(yán)重的后果。因此，電力系統(tǒng)的運(yùn)行首先必須滿意安全可靠持續(xù)供電的要求。電力系統(tǒng)的安全性和可靠性是有著不同含義的兩個(gè)概念。電力系統(tǒng)的安全性表征電力系統(tǒng)短時(shí)光內(nèi)在事故情況下維持持續(xù)供電的能力，屬電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行中要考慮的問(wèn)題；后者指電力系統(tǒng)向用戶長(zhǎng)時(shí)光不間斷持續(xù)供電的概率指標(biāo)，屬電力系統(tǒng)計(jì)劃設(shè)計(jì)的范疇。電力系統(tǒng)的可靠性是一專門課題按照負(fù)荷的重要程度將其分類，并針對(duì)不同級(jí)別的負(fù)荷采用相應(yīng)的措施保障供電，是合理而可行的。電力系統(tǒng)中普通將負(fù)荷分為三級(jí)：第一級(jí)負(fù)荷對(duì)這類負(fù)荷中斷供電將造成極其嚴(yán)重的后果，如危及人身安全、造成重要設(shè)備損壞、生產(chǎn)秩序持久不能恢復(fù)正常、國(guó)民經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生重大損失、人民生活發(fā)生嚴(yán)重混亂等。第二級(jí)負(fù)荷對(duì)這一類負(fù)荷中斷供電將造成大量減產(chǎn)，使人民生活受到影響。第三級(jí)負(fù)荷不屬于以上兩類負(fù)荷者。對(duì)其停電不會(huì)造成重大損失。對(duì)第一級(jí)負(fù)荷要保證不間斷供電，對(duì)第二級(jí)負(fù)荷也應(yīng)盡量保證不間斷供電。此外，還有極少數(shù)異常重要的負(fù)荷要求絕對(duì)可靠地不間斷供電。對(duì)各級(jí)負(fù)荷可按照詳細(xì)情況采用適當(dāng)技術(shù)措施保障其供電的安全可靠。30.1.2.3保證良好的電能質(zhì)量電能的質(zhì)量指標(biāo)包括電壓的頻率的大小、高低、波形的形狀和三相對(duì)稱性等。良好的電能質(zhì)量指：電壓正常，偏移不超過(guò)一定范圍，例如，額定電壓的±5%；頻率正常，偏差不超過(guò)規(guī)定值，例如，±0.05～0.2Hz。這代表了電力系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)必須滿意的一類不等約束條件：iminU≤iU≤imaxU，fmin≤f≤fmax，式中iminU和imaxU為系統(tǒng)中i點(diǎn)允許的最低和最高電壓，fmin和fmax為系統(tǒng)允許的最低和最高頻率；電壓、電流波形為正弦形，不應(yīng)產(chǎn)生大的畸變；三相電壓、電流對(duì)稱。當(dāng)電網(wǎng)電壓波形發(fā)生非正弦畸變時(shí)，電壓中浮上高次諧波。高次諧波的產(chǎn)生，除電力系統(tǒng)自身背景諧波外，在用戶方面主要由大功率變流設(shè)備、電弧爐等非線性用電設(shè)備所引起。高次諧波的存在降導(dǎo)致供電系統(tǒng)能耗增大、電氣設(shè)備絕緣老化加快，并且干擾自動(dòng)化裝置和通信設(shè)施的正常工作。電壓總諧波畸變率=30.1.2.4電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性30.1.2.5注重環(huán)境保護(hù)問(wèn)題30.2電力系統(tǒng)的額定電壓30.2.1額定電壓世界上的電網(wǎng)工作頻率（簡(jiǎn)稱工頻）有兩種：60Hz和50Hz。北美采用60Hz，歐洲、亞洲等多數(shù)地區(qū)采用50Hz。一個(gè)實(shí)際正常運(yùn)行的電力系統(tǒng)，其工作頻率是一樣的，到處相同（交直流混合電力系統(tǒng)除外），但額定電壓隨電氣設(shè)備而不同，即使在同一電壓等級(jí)范圍內(nèi)，各處的電壓也不徹低相同。這是電力系統(tǒng)的頻率和電壓所具有的不同特點(diǎn)。為保證電氣設(shè)備生產(chǎn)的系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)化，各國(guó)都制定有標(biāo)準(zhǔn)的額定電壓等級(jí)。我國(guó)制定的標(biāo)準(zhǔn)額定電壓分為三類：第一類為100Ｖ以下適用于蓄電池和安全照明用具等電氣設(shè)備的額定電壓；第二類為500Ｖ以下適用于普通工業(yè)和民用電氣設(shè)備的額定電壓；第三類為1000Ｖ以上高壓電氣設(shè)備的額定電壓，也是電力系統(tǒng)中的額定電壓發(fā)電機(jī)的額定電壓高于線路的額定電壓，發(fā)電機(jī)的額定電壓比電力網(wǎng)的額定電壓高５％，因發(fā)電機(jī)接在電力線路的首端，通常還帶有一定量的地方負(fù)荷。（1）直接與發(fā)電機(jī)相聯(lián)的升壓變壓器的額定電壓與發(fā)電機(jī)的額定電壓相同，即為該電壓級(jí)額定電壓的105％（2）變壓器二次側(cè)的額定電壓規(guī)定比電網(wǎng)的額定電壓高10％，倘若漏抗較?。ǘ搪冯妷旱陌俜种敌∮?.5）或二次側(cè)直接與用電設(shè)備相聯(lián)的變壓器，其二次側(cè)額定電壓為電網(wǎng)額定電壓的105％上述規(guī)矩的核心是為了保證負(fù)荷的運(yùn)行電壓為額定電壓，從而使用電設(shè)備取得最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，因?yàn)橛脩羰请娏ο到y(tǒng)的服務(wù)對(duì)象30.2.2額定電壓與輸電距離和傳輸功率的關(guān)系電力線路的電壓等級(jí)越高，其可傳輸?shù)碾娔苋萘吭酱?，傳輸?shù)木嚯x也越遠(yuǎn)。下表列出了它們之間的關(guān)系。30.3電力系統(tǒng)的結(jié)線方式及特點(diǎn)30.3.1結(jié)線圖電力系統(tǒng)的銜接方式常用兩種方式表示：電力系統(tǒng)的地理結(jié)線圖和電氣結(jié)線圖電力系統(tǒng)的地理結(jié)線圖反映各發(fā)電廠、變電所的相對(duì)地理位置以及電力線路的路徑，地理結(jié)線圖不反映各元件之間的電氣聯(lián)系，電氣結(jié)線圖反映電力系統(tǒng)各元件之間的電氣聯(lián)系。電力系統(tǒng)的電氣結(jié)線圖多畫成單線形式，稱為單線圖因此，兩類結(jié)線圖常常配合使用，互為補(bǔ)充。30.3.2電力網(wǎng)的結(jié)線方式要求:供電可靠性滿意要求；檢修或事故時(shí)也有良好的電能質(zhì)量；運(yùn)行靈便、操作安全；經(jīng)濟(jì)上合理。按照發(fā)電廠特點(diǎn)以及各負(fù)荷的性質(zhì)和大小30.3.2.1無(wú)備用結(jié)線無(wú)備用接線方式—用戶只能從一個(gè)方向獲得電能的接線方式，包括單回路發(fā)射式、單回路干線式、單回路鏈?zhǔn)浇泳€；無(wú)備用結(jié)線方式：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)線容易、投資少、運(yùn)行維護(hù)方便缺點(diǎn)：供電可靠性差30.3.2.2有備用結(jié)線有備用接線方式—用戶可以從兩個(gè)或兩個(gè)以上方向獲得電能的接線方式。包括雙回路發(fā)射式、干線式、鏈?zhǔn)綐O限；環(huán)式接線和兩端供電方式。有備用結(jié)線方式：雙回路發(fā)射式：優(yōu)點(diǎn)：供電可靠性高、電壓質(zhì)量好缺點(diǎn)：投資大、經(jīng)濟(jì)性差環(huán)形：優(yōu)點(diǎn)：供電可靠性較高、較為經(jīng)濟(jì)缺點(diǎn)：運(yùn)行調(diào)度復(fù)雜、故障或檢修切除一側(cè)線路時(shí)，電壓質(zhì)量差，供電可靠性下降兩端供電式：優(yōu)點(diǎn)：供電可靠性高、經(jīng)濟(jì)性好、故障或檢修時(shí)電壓質(zhì)量較好缺點(diǎn)：受電源分布限制、運(yùn)行復(fù)雜30.4電力系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式30.4.1電力系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)指發(fā)電機(jī)和星形聯(lián)結(jié)變壓器的中性點(diǎn)。我國(guó)電力系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式有3種，直接接地（有效接地）不接地（中性點(diǎn)絕緣）從屬不接地方式的經(jīng)消弧線圈接地（非有效接地）30.4.1.1中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)C—各相對(duì)照地之間是空氣層，空氣是絕緣介質(zhì)，組成凝聚電容為了方便研究，認(rèn)為①三相系統(tǒng)對(duì)稱（即電源中性點(diǎn)的電位為零）對(duì)地凝聚電容用擴(kuò)散電容表示,相間電容不予考慮假設(shè)三相系統(tǒng)徹低對(duì)稱，則負(fù)荷電流、、對(duì)稱。當(dāng)導(dǎo)線經(jīng)過(guò)徹低換位后，Cu=Cv=Cw=C，則對(duì)地附加電容電流對(duì)稱而 有→即中性點(diǎn)與地電位一致當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，電壓發(fā)生變化（故障相）（非故障相）對(duì)地電容電流發(fā)生變化：規(guī)定相線上的電流下方向?yàn)橛呻娫础娋W(wǎng)實(shí)用計(jì)算，對(duì)架空線路對(duì)電纜：結(jié)論：①絕緣水平按線電壓設(shè)計(jì)②三相系統(tǒng)依然對(duì)稱，可以繼續(xù)運(yùn)行2h③因存在接地容性電流，故在接地點(diǎn)有電弧30.4.1.2中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)工作原理當(dāng)W相發(fā)生單相接地故障時(shí)，中性點(diǎn)電位N升高為相電壓∵消弧線圖為可調(diào)電感線圈∴電感電流流過(guò)接地點(diǎn)，其總接電流調(diào)線圈匝數(shù)，使∵與方向相反∴起到抵消的作用。補(bǔ)償方式及選用全補(bǔ)償（不采用）缺點(diǎn)：由XL=Xc，網(wǎng)絡(luò)容易因不對(duì)稱形成串聯(lián)諧振過(guò)電壓欠補(bǔ)償為容性電流（少采用）缺點(diǎn)：易發(fā)展成為全補(bǔ)償方式過(guò)補(bǔ)償IL>Ic→I接地為感性電流(采用)注重：電感電流數(shù)值不能過(guò)大消弧線圈結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：①為了保持補(bǔ)償電流與電壓之間的線性關(guān)系，采用滯氣隙鐵芯氣隙沿囫圇鐵芯勻稱設(shè)置，以減少漏磁為了絕緣及散熱，鐵芯和線圈都浸在油中為適應(yīng)系統(tǒng)中電容電流變化特點(diǎn)，消弧線圈中設(shè)有分接頭（5～9個(gè)）接線：電壓互感器（110v、10A）——發(fā)生時(shí)，電壓升高動(dòng)作，發(fā)信號(hào)，測(cè)電壓電流互感器（5A）——測(cè)量補(bǔ)償電流避雷器（中性點(diǎn)）——為了防止大氣過(guò)電壓損壞消弧線圈設(shè)備挑選：電壓=補(bǔ)償電網(wǎng)的額定電壓，共分為6、10、35、60kv回解容量S30.4.1.3中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中性點(diǎn)的電位在電網(wǎng)的任何工作狀態(tài)下均保持為零。在這種系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生一相接地時(shí)，這一相直接經(jīng)過(guò)接地點(diǎn)和接地的中性點(diǎn)短路，一相接地短路電流的數(shù)值最大，因而應(yīng)趕緊使繼電保護(hù)動(dòng)作，將故障部分切除。中性點(diǎn)直接接地或經(jīng)過(guò)電抗器接地系統(tǒng)，在發(fā)生一相接地故障時(shí)，故障的送電線被切斷，因而使用戶的供電中斷。中性點(diǎn)直接接地的主要優(yōu)點(diǎn)是它在發(fā)生一相接地故障時(shí),非故障相地對(duì)電壓不會(huì)增高,因而各相對(duì)地絕緣即可按相對(duì)地電壓考慮。電網(wǎng)的電壓愈高，經(jīng)濟(jì)效果愈大；而且在中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)中，單相接地電流往往比正常負(fù)荷電流小得多，因而要實(shí)現(xiàn)有挑選性的接地保護(hù)就比較艱難，但在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)就比較容易，因?yàn)榻拥仉娏鬏^大，繼電保護(hù)普通都能疾馳而確切地切除故障線路，且保護(hù)裝置容易，工作可靠。目前我國(guó)電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式，大體是：(1)對(duì)于6-10kV系統(tǒng)，因?yàn)樵O(shè)備絕緣水平按線電壓考慮對(duì)于設(shè)備造價(jià)影響不大，為了提高供電可靠性，普通均采用中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地的方式。(2)對(duì)于110kV及以上的系統(tǒng)，主要考慮