电力系统工程基础.ppt
第一章 绪论,第二节 电力系统基本概念,第三节 电能质量指标,第四节 电力系统的电压等级及其选择,第五节 电力系统中性点接地,第一节 电力系统发展概况及前景,第一节 电力系统发展概况及前景,一、电力工业发展概况,二、电力系统发展前景,一、电力工业发展概况电力工业发展史上的第一：火电：1882年上海电气公司；水电：1912年云南石龙坝2240kW；核电：1991年浙江秦山300MW；,输电线路：1974年甘肃刘家峡水电站陕西关中地区 330kV交流 1981年河南姚孟火电厂到武汉500kV 交流；1988年葛州坝水电站到上海南桥变电站500kV直流。,电力系统之最：我国最大的火电机组容量90万kW（外高桥第二发电厂），最大的水电机组容量70万kW（三峡工程），最大的核电机组容量100万kW（岭澳核电厂）；,举世瞩目的三峡工程，装机容量32台（含地下电厂6台机组），单机容量70万kW，年均发电量846亿kWh，比全世界70万kW机组的总和还多，是世界上最大的发电厂。,最大的火力发电厂容量300万kW（北仑港电厂，560万kW），最大的水力发电厂330万kW（二滩水电厂，655万kW），最大的核能发电厂200万kW（岭澳核电厂，2100万kW），最大抽水蓄能电厂240万kW（广东抽水蓄能电厂，830万kW），这也是目前世界上最大的抽水蓄能电厂。,我国电力系统的发展：,年人均电量：我国：1700kWh中等发达国家：7000kWh北欧、美国：18000kWh,二、电力系统发展前景1.做好电力规划，加强电网建设 加强电力规划，确定合理的电源结构和布局，留有足够的容量和能量的备用，建成容量充足、结构合理、运行灵活的联合电力系统 2.电力工业现代化高电压、大系统大电厂、大机组高度自动化,3.联合电力系统 效益各系统间电负荷的错峰效益提高供电可靠性、减少系统备用容量有利于安装单机容量较大的机组进行电网的经济调度进行水电跨流域调度调峰能力互相支援,增加联络线和电网内部加强所需投资以及联络线的运行费用当系统间联系较弱时，有可能引起调频的复杂性和出现低频振荡增加了系统短路容量，并可能导致增加或调换已有设备增加联合电网的通讯和高度自动化的复杂性,支出,4.电力市场基本特征：开放性 竞争性 计划性 协调性基本原则：公平 公开 公正5.IT技术在电力系统中的应用6.谐波治理7.绿色能源的开发和利用（风能、太阳能等）,第二节 电力系统基本概念,一、什么是电力系统,三、电力系统的特点,四、对电力系统的要求,二、电力系统的形成,一、什么是电力系统？,电力网：由变电所和不同电压等级输电线路组成的网络。,动力系统：在电力系统的基础上，把发电厂的动力部分包含在内的系统。,电力系统：由发电机、变压器、输电线路以及用电设备（或发电厂、变电所、输配电线路以及用户），按照一定的规律连接而组成的统一整体。,电力网：按电压等级的高低、供电范围大小的分类地方电力网：电压等级在35kV及以下区域电力网：电压等级在35kV以上（一般为110kV220kV）超高压远距离输电网：电压等级为330kV500kV的网络,变电所：按其在电力系统中的地位分类枢纽变电所中间变电所地区变电所终端电站所,二、电力系统的形成 电力系统规模越大，给人们带来的技术经济效益越大，具体说明如下：可以提高供电可靠性 可以减少备用容量 可以减少系统装机容量 可合理利用能源，充分发挥水电在系统中的作用 采用高效率大容量的火电机组 可以提高系统运行的经济性,三、电力系统的特点电能不能大量存储：电能的生产、变换、输送、分配和使用是同时进行的。P发 P用P 频率f Q发 Q用Q 电压V,过渡过程十分短暂：控制操作自动化程度高。必须借助自动装置对电力系统进行控制：继电保护装置、远动装置、减载装置、同期装置、励磁装置,电能生产与国民经济各部门和人民生活有着极为密切的关系：社会政治经济影响巨大。负荷分类：一类负荷 二类负荷 三类负荷,电力系统的地区性特点较强：发展各具特色。电力系统的规划设计、运行等不能盲目搬用其它系统的经验。,四、对电力系统的要求保证供电可靠 保证良好的电能质量 提高电力系统运行经济性,Exa：一台600MW火电机组，年利用小时6000h，煤耗率320g/kW.h，煤价：300元/吨。Sol：年发电量：600000kW6000h36亿kW.h 需标煤：36亿kW.h320g/kW.h115.2万吨标煤 燃料费：115.2万吨300元/吨34560万元1%节约：燃料：1.152万吨标煤 燃料费：345.6万元,第三节 电能质量指标,电能的质量指标主要包括：电 压 频 率波 形,电压：必要性：,电压质量标准：,频率：,频率偏差：0.2Hz（3000MW系统）0.5Hz（3000MW系统）国外：(0.10.2)Hz 或 0.5Hz,电钟时偏：30s（3000MW系统）1min（3000MW系统）,额定频率：50Hz（国外：50 或 60Hz）,波形：,谐波电压限值,表1-3 公用电网谐波电压限值,2谐波电流允许值,表1-4 注入公共连接点的谐波电流允许值（A）,第四节 电力系统的电压等级及其选择,一、电力系统额定电压和最高电压,二、电气设备额定电压和最高电压三、电力系统电压等级,四、电压等级选择,一、电力系统额定电压和最高电压,电力系统的额定电压：由国家根据技术经济条件规定的电压等级标准，又称电力网的额定电压或线路的额定电压。,电力系统的最高电压：电力系统正常运行时，在任何时间系统中任何一点上所出现的电压最高值。,电气设备的额定电压：电气设备制造厂根据所规定的电气设备工作条件而确定的电压。,电气设备的最高电压：考虑到设备的绝缘性能和与最高电压有关的其它性能所确定的允许最高运行电压，其数值等于所在电力系统的最高电压值。,二、电气设备额定电压和最高电压,注：受电设备的额定电压电力系统的额定电压。,三、电力系统电压等级,1.低于3kV系统的额定电压,低于3kV交流三相/单相电力系统额定电压和电气设备 额定电压,直流系统的额定电压：,100V以下的额定电压，受电设备与供电设备相同。,对受电设备为110V、220V和440V的直流系统，供电设备的额定电压分别为115V、230V和460V。,2、3kV及以上系统的额定电压,电力线路额定电压：电力线路的额定电压和电力系统的额定电压相等。发电机的额定电压：105%UN变压器一次绕组：相当于用电设备 UN变压器二次绕组：相当于发电设备110%UN特例1：变压器一次绕组105%UN特例2：变压器二次绕组105%UN,I（U1U2）/Z传输功率S、电压等级U、输电距离l之间的关系SConst，l U 2lConst，S U 2参见表17。,三、电压等级的选择,电力系统额定电压为220kV及以上电压等级与其相适应的传输功率和传输距离的关系曲线如图1-6所示。,图1-6 220kV及以上电压等级的传输功率和传输距离,第四节 电力系统中性点接地,一、概述,二、中性点不接地系统,三、中性点经消弧线圈接地的电力系统,四、中性点直接接地的电力系统,五、中性点经电阻接地的电力系统,一、概 述,接地：为了保证电力网或电气设备的正常运行和工作人员的人身安全，人为地使电力网及其某个设备的某一特定地点通过导体与大地作良好的连接。,接地分类：,工作接地：为了保证电气设备在正常或发生故障情况下可靠地工作而采取的接地。,保护接地：将一切正常工作时不带电而在绝缘损坏时可能带电的金属部分接地，以保证工作人员接触时的安全。,保护接零：在中性点直接接地的低压电力网中，把电气设备的外壳与接地中性线直接连接，以实现对人 身安全的保护作用。,防雷接地：为消除大气过电压对电气设备的威胁，而对过电压保护装置采取的接地措施。,防静电接地：对生产过程中有可能积蓄电荷的设备所采取的接地。,如何确定电力系统中性点接地方式：应从供电可靠性、内过电压、对通信线路的干扰、继电保护以及确保人身安全诸方面综合考虑。,电力系统的中性点接地方式：小接地电流系统大接地电流系统,UAUBUC0IAIBIC0,二、中性点不接地的电力系统,适用范围3kV60kV的电力系统 正常运行时,结论：三相电压对称，三相导线对地电容电流也是对称的，三相电容电流相量之和为零，这说明没有电容电流经过大地流动。,单相金属性接地故障时(A相),中性点不接地系统单相接地故障的结论：,三相之间的线电压仍然对称，用户的三相用电设备仍能照常运行，但允许继续运行的时间不能超过2h。,故障相对地电压降为零；非故障相对地电压升高为线电压，且相位相差600。因此，线路及各种电气设备的绝缘要按线电压设计，绝缘投资所占比重加大，显而易见，电压等级越高绝缘投资越大。,接地故障电容电流IPE,中性点不接地系统单相接地故障的讨论：,如果接地电流在5A以下，当电流经过零值时，电弧就会自然熄灭。,如果接地电流大于5A10A，而小于30A，则有可能形成间歇性电弧；间歇性电弧容易引起弧光接地过电压，其幅值可达（2.53）U，将危害整个电网的绝缘安全。,接地电流大于30A时，将形成稳定电弧，成为持续性电弧接地，这将烧毁电气设备和可能引起多相相 间短路。,三、中性点经消弧线圈接地的电力系统,消弧线圈:安装在变压器或发电机中性点与大地之间的具有气隙铁芯的电抗器。单相(C相)金属性接地故障:,消弧线圈的作用 当发生单相接地故障时，接地故障相与消弧线圈 构成了另一个回路，接地故障相接地电流中增加了一个感性电流，它和装设消弧线圈前的容性电流的方向刚好相反，相互补偿，减少了接地故障点的故障电流，使电弧易于自行熄灭，从而避免了由此引起的各种危害，提高了供电可靠性。,C相发生接地时，中性点电压变为-UC，在消 弧线圈作用下，产生电感电流（滞后90），其数值为:ILUC/XLU/XL,消弧线圈的补偿方式,欠补偿方式：按ILIC选择消弧线圈的电感，此时接地故障点有未被补偿的电容电流流过。,全补偿方式：按IL=IC选择消弧线圈的电感，使接地故障点电流为零，此即全补偿方式。,过补偿方式：按ILIC选择消弧线圈的电感，此时接地故障点有剩余的电感电流流过。,消弧线圈容量的选择,下述情况，应安装消弧线圈,四、中性点直接接地的电力系统,特点：供电可靠性不如电力系统中性点不接地和经消弧线圈接地方式。为提高供电可靠性，在线路上广泛安装三相或单相自动重合闸装置。电气设备的绝缘水平只需按电力网的相电压考虑，可以降低工程造价。我国380/220V系统中一般都采用中性点直接接地方式，主要是从人身安全考虑问题。,适用范围：我国110kV（国外220kV）及以上电压等级的电力系统。380/220V低压系统。,五、中性点经电阻接地的电力系统,特点：降低工频过电压，抑制弧光过电压；消除铁磁谐振过电压，防止断线谐振过电压；设置零序保护动作跳闸；设置零序保护动作跳闸；避免发生高压触电事故；供电可靠性有保证。,适用范围：配网系统（与中性点经消弧线圈接地、不接地比较）全电缆出线变电站的单相接地故障电容电流超过30A时采用中性点经电阻接地；全架空线路出线变电站的单相接地故障电流超过10A时，采用中性点经消弧线圈接地；对电缆与架空线混合线路的单相接地故障电容电流超过10A时，可采用中性点经消弧线圈接地或采用中性点经电阻接地。,本章结束,点击进入下一章,35kV降压变压器,升压变压器,110kV输电线路,北京知春里220kV变电所,北京新东安110kV地下变电站,广东新丰江水电站,水轮机,世界上最大水轮发电机组：三峡水轮发电机组。,用户照明,三峡大坝鸟瞰,
