电气工程基础课件.ppt
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1、第 4 章 电 气 工 程 基 础,1,PPT课件,4.1 电力系统基本知识,1、电力系统的组成,一、 电力系统运行特点和基本要求,2,PPT课件,电力系统 是由发电厂发电机、升降压变电设备、输、配电线路和电能用户(用电设备)组成的整体。,电力网 电力系统中的输电、变电和配电的三个部分称为电力网。,电能用户 消耗电能的场所,电能转换为其他形式能量 。,4.1 电力系统基本知识,3,PPT课件,4.1 电力系统基本知识,2、电力系统运行的特点,1)同时性电能生产、输送、分配和使用在同一 时刻完成的。,2) 快速性暂态过程迅速。毫秒或微秒,3)重要性 与国民经济密切相关,4,PPT课件,4.1 电
2、力系统基本知识,(1)保证供电可靠性,3、对电力系统的要求(可靠、优质、经济、环保),负荷突然中断对供电的影响,用电负荷又分为:,1)一类负荷也称一级负荷,一类负荷也称一级负荷,指突然中断供电将会造成人身伤亡或会引起对周围环境严重污染,造成经济上巨大损失;以及突然中断供电将会造成社会秩序严重混乱或政治上的严重影响的用电负荷。,5,PPT课件,3)三类负荷也称三级负荷,三类负荷也称三级负荷,指不属于一类负荷和二类负荷的其他负荷,对此类负荷,突然中断供电所造成损失不大或不会造成直接损失。,2)二类负荷也称二级负荷,二类负荷也称二级负荷,指突然中断供电将会造成较大的经济损失;以及突然中断供电将会造成
3、社会秩序混乱或政治上的较大影响的用电负荷。,4.1 电力系统基本知识,6,PPT课件,(2) 保证电能质量( 电压、频率、波形)(3)提高运行的经济性(4)环保问题,4.1 电力系统基本知识,7,PPT课件,4.1 电力系统基本知识,二、 电能质量的各项指标电压幅值、频率、波形1、电压偏差(移),U %,电压缓慢变化,电压允许偏差 :35kV及以上5%, 10kV及以下7%,低压及农业用户+ 5% -10%,1)定义,2)原因:由系统滞后的无功负荷引起,3)危害:如异步电动机无法正常起动,照明设备影响,4)措施:合适的调压方式、合理选变压器分接头、减小系统阻抗、无功补偿、改善功率因数、使三相负
4、荷平衡,8,PPT课件,4.1 电力系统基本知识,2、电压波动和闪变,U %,电压波动,1)220kV及以上为1.6%、2) 35kV-110kV为2%。3)10kV及以下为2.5%。,1)定义,2)原因:电压波动和闪变由冲击性负荷引起,3)措施:采用专用线和专用变压器、增大供电容量、减小系统阻抗、减少或切除引起电压波动负荷、选更高电压供电、装无功补偿装置,电压闪变 负荷急剧波动引起瞬间电压升高,照度急剧变化,造成人眼对灯闪感到不适的现象。,电压短时快速变动,变化速度等于或大于每秒0.2%时称为电压波动。,9,PPT课件,4.1 电力系统基本知识,3、三相不对称度 衡量三相负荷平衡状态的指标。
5、三相系统的电压负序分量与电压正序分量的方均根值百分数表示。,1)定义:,3)措施:改善三相负荷不平衡,将不对称负荷接到更高电压等级的电网。,2)原因:三相负荷不平衡,10,PPT课件,4、谐波,1)产生原因:电力系统中存在各种非线性元件。,如一部电动机、感应电炉,尤为严重的是大型的晶闸管交流设备和大型电弧炉。,电压的波形(1)理想的波形为正弦波(50Hz,基波)(2)非正弦波:基波叠加一系列的高次谐波(3)高次谐波:为基波频率的整数倍,4.1 电力系统基本知识,11,PPT课件,3)谐波危害:对设备危害很大,可使变压器、电动机的铁损增大,产生过热,介质老化,缩短寿命。可使变压器噪音增大。电动机
6、的转子振动,影响产品质量。电容易发热击穿。表计不准 。系统发生谐振过电压等等,4)改善措施)三相整流变压器采用Yd或Dy联结增加换流器相数、装滤波装置、限制接入系统的交流设备及交流调压装置的容量、提高对大容量非线性设备的供电电压等,4.1 电力系统基本知识,12,PPT课件,4.1 电力系统基本知识,5、频率偏差1)定义 :,f %,2)频率不合格的原因 (1)发电容量不足 (2)用户未使用负控装置、低频减载装置,3)频率偏差允许值 一般不超过0.2Hz,容量较小为0.5Hz。4)频率偏差的调整,13,PPT课件,4.1 电力系统基本知识,6、供电可靠性:根据用电负荷等级制定。,三、 电力系统
7、接线方式及特点1、无备用接线(开式电力网)2、有备用接线(闭式电力网),Rs_-年供电可靠率 N -统计用户总数t1 -年每次停电时间 n1 -年每次停电用户数,停电时间包括:事故停电、计划检修停电、 临时性停电,14,PPT课件,4.1电力系统基本知识,四、电力系统额定电压额定线电压,电网的额定电压:线路首末端电压的平均值用户设备的额定电压=电网的额定电压 发电机额定电压:比网络的额定电压高5%,变压器额定电压:1)一次绕组(接谁同谁):与发电机直接连接,等于发电机的额定电压;与电网直接连接,与电网的额定电压同。2)二次绕组:通常取UN10%,当 ,直接连接用电设备取UN5%。,15,PPT
8、课件,4.1 电力系统基本知识,T1,T2,我国电力网络的额定电压等级:,3、6、10、35、110、220、330、500kV、750kV、1000kV,例,16,PPT课件,4.1 电力系统基本知识,我国电力网络的额定电压等级:,电力系统平均额定电压:UavN=1.05UN,3.15、6.3、10.5、37、115、230、345、525kV,变压器的分接头及其变比调压额定变比:主抽头额定电压之比实际变比:实际所接分接头的额定电压之比,17,PPT课件,例1:如图,试求:,4.1 电力系统基本知识,10.5kV,10.5/242kV,220/121/38.5kV,110/11kV,10.5
9、/3.3kV,35/6.6kV,1)发电机、变压器的额定电压,2) T1:5%抽头, T2 、T5 :主抽头, T3:-2.5%抽头, T4:-5%抽头,3) 各线路的平均额定电压,18,PPT课件,例1:P241,4.1 电力系统基本知识,10.5kV,10.5/242kV,220/121/38.5kV,110/11kV,10.5/3.3kV,35/6.6kV,2) T1:5%抽头, T2 、T5 :主抽头, T3:-2.5%抽头, T4:-5%抽头,T1:10.5/254.1kV, T2 : 220/121/38.5kV T3:107. 25/11kV, T4:33.25/6.6kV T5
10、 : 10.5/3.3kV,19,PPT课件,例1:P241,4.1 电力系统基本知识,3) 各线路的平均额定电压,20,PPT课件,4.1 电力系统基本知识,2011,46T各级电网的额定电压如图,发电机G、变压器T1、T2的额定电压分别为( ),G:10.5kV T1:10.5/242kV, T2 : 220/38.5kV G:10kV T1:10/242kV, T2 : 220/35kVC. G:10.5kV T1:10.5/220kV, T2 : 220/38.5kV D. G:10.5kV T1:10.5/242kV, T2 : 220/35kV,A,21,PPT课件,五、中性点接地
11、方式,4.1 电力系统基本知识,中性点:是指电力系统发电机、变压器接成星形绕组的节点称为中性点。,中性点运行方式分为直接接地 单相负载低压(380/220V) 、 高压 110kV以上输电线路。,非直接接地(不接地或经消弧线圈、电阻、电压互感器等接地),通常1035kV。经小电阻接地 (电缆线路多)10kV,22,PPT课件,中性点直接接地优点:,当系统发生一相接地故障时,能限制非故障相对地电压的升高,从而保证单相用电设备的安全。,缺点: 很大,继电保护动作,断路器跳开,造成停电;发生人身一相对地电击时,危险性较大。,23,PPT课件,1、中性点不接地系统1)正常运行时正常运行时各相对地电压是
12、对称的,4.1 电力系统基本知识,24,PPT课件,2)一相接地故障时,特点,4.1 电力系统基本知识,25,PPT课件,4.1 电力系统基本知识,26,PPT课件,中性点不接地系统特点,1)发生单相接地故障时,接地相对地电压下降,非故障相对地电压升高,最高可达线电压。 对用电设备的绝缘水平应按线电压考虑;,2)发生单相接地故障时,三相之间的线电压仍然对称,用户的三相用电设备仍照常运行。可继续运行2小时。,3)电容电流较大,接地点可能出现电弧,产生过电压。当电容电流超过一定值时,要求中性点经消弧线圈接地,以减小故障电流。,4.1 电力系统基本知识,27,PPT课件,中性点不接地系统发生单相接地
13、故障时,接地相对地电压() 。A.最高为线电压 B.最高为相电压 C.最低为零,中性点不接地系统发生单相接地故障时,可继续运行() 。 A. 20小时 B. 2小时 C. 12 小时,中性点不接地系统发生单相接地故障时,未接地相对地电压升高,最高升至() A.最高为线电压 B.最高为相电压 C.最低为零,C,B,A,4.1 电力系统基本知识,28,PPT课件,中性点经消弧线圈接地,为什么采用中性点经消弧线圈接地?,电缆线路较多,电容电流较大,单相接地故障时,接地点出现电弧,造成过电压。因此,加消弧线圈。,4.1 电力系统基本知识,2011,47T在中性点绝缘的35kV系统发生单相接地短路时,其
14、故障处的非故障相电压是( )。A.115kV B.110kV C.38.5kV D.35kV,D,29,PPT课件,电容电流 电感电流,4.1 电力系统基本知识,30,PPT课件,4.1 电力系统基本知识,1)完全补偿: IL=IC。串联谐振,2)欠补偿: IL IC 。当切除部分线路或故障, IC减小,会串联谐振。,3)过补偿: ILIC。一般采用过补偿度通常P= 5%-10%,补偿方式,31,PPT课件,4.1 电力系统基本知识,2011,58T在中性点非有效接地配电系统中加装消弧是为了( )。A.增大系统零序阻抗 B.提高继电保护装置的灵敏性 C.补偿接地短路电流 D.增大电源的功率因数
15、,C,32,PPT课件,我国电力网中性点接地方式为:110 kV及以上直接接地2060 kV经消弧线接地10 kV经消弧线接地或经小阻抗接 地(电缆为主)220/380 V直接接地,4.1 电力系统基本知识,2012,47T 我国110 kV及以上系统中性点接地方式一般为( )A. 中性点直接接地 B.中性点绝缘C. 经小阻抗接地 D.经消弧线接地,A,33,PPT课件,4.1 电力系统基本知识,2011,49T我国电力系统中性点直接接地方式一般用在( )及以上网络中。A. 110 kV B. 10kVC. 35 kV D. 220kV,A,34,PPT课件,1、线路参数1)电阻2)电抗分裂导
16、线:电抗减小,4.2 电力线路、变压器的参数和等值电路,Z,Y/2,Y/2,一、 输电线路的参数和等值电路,35,PPT课件,3)电导4)电纳分裂导线:电纳增加,4.2 电力线路、变压器的参数和等值电路,Z,Y/2,Y/2,36,PPT课件,2、输电线路的等值电路1)一字形等值电路: 架空线不超过100km、 电压不高,4.2 电力线路、变压器的参数和等值电路,2)形和T形等值电路:架空线为100-300km、电缆不超过100km,37,PPT课件,二、变压器,4.2 电力线路、变压器的参数和等值电路,RT,jXT,GT,-jBT,1、双绕组变压器,38,PPT课件,双绕组变压器,4.2 电力
17、线路、变压器的参数和等值电路,RT,jXT,GT,-jBT,39,PPT课件,2、三绕组变压器,4.2 电力线路、变压器的参数和等值电路,RT1,jXT2,GT,-jBT,RT2,RT3,jXT3,jXT1,例 4-8P224,40,PPT课件,三、有名值、标幺值参数计算1、有名值2、标幺值:实际值/基准值3、基准值,4.2 电力线路、变压器的参数和等值电路,一般选功率SB=100MVA ,UB=Uav,标幺值计算,41,PPT课件,4、不同基准值的标幺值之间的换算,4.2 电力线路、变压器的参数和等值电路,电网等值电路,5、多电压级电网中参数的归算,例4-9 P226,42,PPT课件,20
18、12,46T 电力系统采用标幺值计算时,当元件的额定容量、额定电压为SN、UN,系统统一基准容量、基准电压为SB、UB,设某阻抗原标幺值为Z*N,则该阻抗统一基准Z*为( )。,4.2 电力线路、变压器的参数和等值电路,43,PPT课件,4.3 简单电网的潮流计算,电力系统的潮流计算主要包括的内容:,1)电力系统各元件的参数计算2)电力线路和变压器等值电路的计算3)电力线路和变压器电压损耗的计算4)电力线路和变压器功率损耗的计算5)电力线路和变压器电能损耗的计算6)电力系统无功平衡及优化方案计算7)简单电力系统潮流分布计算(解析法)8)复杂电力系统潮流分布计算(计算机计算)9)电力线路导线截面
19、积选择,44,PPT课件,4.3 简单电网的潮流计算,潮流计算的方法:,1)解析计算2)模拟计算3)计算机计算,45,PPT课件,4.3 简单电网的潮流计算,一、基本概念,1、电压降落,R,jX,S1,S2,一般称为电压降落纵分量,一般称为电压降落横分量,46,PPT课件,4.3 简单电网的潮流计算,2012,45T电力系统电压降定义为( )。,B.C. D.,A,47,PPT课件,4.3 简单电网的潮流计算,D,48,PPT课件,4.3 简单电网的潮流计算,一、基本概念,2、电压损耗,R,jX,S1,S2,49,PPT课件,4.3 简单电网的潮流计算,一、基本概念,3、功率损耗,1)线路功率
20、损耗,公式中的功率和电压 可用首端量S1、U1或末端量S2 、U2表示。,50,PPT课件,4.3 简单电网的潮流计算,一、基本概念,2)变压器功率损耗,51,PPT课件,4.3 简单电网的潮流计算,二、开式网潮流计算已知同一点电压和功率,求另一点的电压和功率。,S1,S2,S1,S2,S2,S1,S1,例4-10:P229例4-11、例4-12 P230,52,PPT课件,4.3 简单电网的潮流计算,三、已知不同点的电压和功率的潮流计算(P230) 已知始端电压、末端功率,求始端功率、末端电压(居多);或已知末端电压、始端功率,求末端功率、始端电压。,1、同一电压等级下潮流精确计算2、近似计
21、算例4-13(P231),设:所有未知电压节点的电压为线路的额定电压。,闭式网络的潮流计算 P231,53,PPT课件,2011,50T 一条220kV的单回空载线路,长200km,r1=0.18/km, x1= 0.426/km, b1=2.86 10-6S/km,线路受端电压为242kV,则线路送端电压为()。(A)236.27kV (B)242.2kV (C)220.35kV (D)230.6kV 解:选A。,A,54,PPT课件,R=36,X=83,B=5.7210-4S空载时,电压降落纵分量电压降落横分量则送端电压为,55,PPT课件,2012,50T 某330kV的输电线路的等值电
22、路如图,已知线路始端功率 及末端电压 为()。(A)(B)(C)(D)解:选D。,56,PPT课件,57,PPT课件,58,PPT课件,S1,S2,S1,S2,例题2 (09 50)输电线路等值电路及参数如图,已知末段电压 ,末端负荷 MVA,始端功率为:,1.1,1.1,21.6+j33,(A)14.645+j10.162MVA (B)18.845+j10.162MVA(C)15.645+j11.162MVA(D)20.165+j7.216MVA解:选C。,59,PPT课件,例题3(07 49):一条空载运行的220kV单回输电线,长200km,导线型号为LGJ-300,r1=0.18/km
23、, x1= 0.426/km, b1= 2.6610 6 S/=km ,线路受端电压为205kV,则线路送端电压为:(A)200.35kV (B)205kV (C)220kV (D)209.65kV 解:选A。,4.4 无功功率平衡和电压调整,60,PPT课件,空载时,电压降落纵分量,电压降落横分量,则送端电压为,解:,4.4 无功功率平衡和电压调整,61,PPT课件,4.3 简单电网的潮流计算,四、输电线中的功率流向与电压相角和幅值的关系,当R=0,虚部相等,实部相等,有功流向:电压相位 超前流向滞后,无功流向:幅值高端的流向幅值低端,62,PPT课件,C,63,PPT课件,4.3 简单电网
24、的潮流计算,五、输电线路的空载与负载运行特性:P233,1、输电线路的空载运行特性,认为R=0,B0,则U1U2,、输电线路的负载运行特性,)输电线路轻载时,即 IFIC 时 ,U1U2,2)输电线路中,当IF IC 时 ,U1 U2,此时,传输最大功率,64,PPT课件,答:开关A合上时线路空载,末端电压会升高,(近似计算),例4-14 P234,65,PPT课件,4.4 无功功率平衡和电压调整,2、应就近满足无功需求,尽量减少无功的流动,分区分级做到无功平衡 。如超高压电网线路电容产生大量无功,需安装并联电抗器予以吸收;配电网却需配置大量的电容器进行无功补偿。,一、基本概念1、电压与无功:
25、系统的无功电源充足,运行电压就高;反之,运行电压低。,66,PPT课件,4.4 无功功率平衡和电压调整,3、系统无功平衡的基本要求:无功电源功率应与负荷的无功和无功损耗相平衡,且有一定的无功备用电源。,-无功电源容量总和,kvar,-无功负荷总和,kvar,-无功损耗总和,kvar,-无功备用容量,kvar,67,PPT课件,4.4 无功功率平衡和电压调整,二、无功电源的调节特性1、无功功率负荷和无功功率损耗,2)变压器:无功损耗包括励磁支路和绕组漏抗,3)线路:无功损耗包括并联电纳(容性) 串联电抗(感性),1)异步电动机:主要无功负荷,68,PPT课件,4.4 无功功率平衡和电压调整,2、
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