节能知识电网与变压器.ppt

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1、电网与变压器,广州弘禹环保科技有限公司,目录,一、国家电网运行特点 二、国家电网改善运行的措施 三、未来电网战略四、谐波对电网的危害五、谐波污染治理六、变压器工作原理七、变压器的使用条件八、三相变压器的联结九、变压器的铭牌,一、国家电网运行特点,1、电网结构近几年国内电网架构有了重大改变，750KV、500KV等超高压和直流输电线路陆续建设投入，使中国电网有了质的飞跃，形成了东西南北大容量电能传输的骨干电网和适应分布式的电源、地方电网、小网相结合的系统框架，电网有功、无功储备容量被塑成无尽大的极限，具有接纳大规模集中式和分布式电源的能力，区域性故障、事故并不影响整个电网的安全运行。电网可分可合

2、，区域性电网的运行稳定不影响整个电网的运行，整个电网的运行管理又不与地方电网相冲突，因此整个电网结构庞大夯实，经得起各类故障、事故考验。,高电压：220KV以上（不包括220KV）电压等级叫超高压，以超高压或特高压电压等级形成的网架为主网的电网。远距离：一般应满足跨省和跨区域或跨国的远距离送电。大电网：形成多省网组成的区域电网、乃至全国电网。,我国形成全国联网的网架结构图：,2、电网负荷性质 国内电网负荷以工业负荷、非工业负荷和居民生活负荷(30%)为主，工业用电所需的无功容量较大，而且国内负荷具有复杂性、随机性、时变性等特点，很难确定完全精确的负荷类别，但负荷曲线的形状按日和周呈周期性变化，

3、随气象、居民活动影响出现小的随机波动，一周中的工作日负荷曲线形状相似，当周末负荷不同于一般的工作日，其负荷低于工作日负荷，而且，工作日和周末负荷出现峰荷的时间也有所不同，因为工作日负荷主要为工业和商业负荷，而周末负荷主要为民用和商业，其负荷波动与居民的生活习惯息息相关。,3、电网异常、事故处理 国内电网电源点分布广泛，水电、火电、风电、核电及各种清洁能源之间的分配比较合理，电网异常、事故时负责事故抢险、应急处理、维护稳定、恢复电力生产的能力强，各种应急保障、协调机制比较完善。4、电网运营管理国内电网的运营管理水平和管理模式经过不断摸索已初具规模，电网发展进入了以坚强智能电网为标志的新阶段,4、

4、区域性小电网的运行模式 国内把单机容量大于电网总容量8%的电网定义为小电网，在小电网运行中，单台机组所占总容量的比例较大，单台机组的负荷变化如果不能和用户负荷平衡，将直接反映到网频上，而且对网频的影响较大，时机组不能稳定运行，因此小电网运行调节的任务可能由负荷控制变化为以稳定机组转速为主。小网运行中并列运行的发电机组共同承担频率调节，如果某台机组实时运行容量所占比例大，调节不当也往往造成小网频率大幅波动，处理不及时最终会导致频率崩溃，全网停电。,二、国家电网改善运行的措施,1、第一级安全稳定控制措施：紧急连锁高频切机措施 1）优先切除水电机组，水电机组容量不足时切除其他电厂机组，原则上每个电厂

5、保留1台机组运行。2）连锁切机策略的选择主要受发电机组高频保护定值和机组频率允许偏差的限制，只要电网连锁切机正确动作，不会导致机组超速和高频保护装置动作。3）连锁切机容量保证不会发生过切，不会导致区域小电网低频问题的出现。,2、第二级安全稳定控制措施：解列后的发电机高频切机部分机组设置高频就地切机功能，用于远方连锁切机失败时保障电网安全的后备措施；机组高频切机定值的选择能保证高频保护单独动作后电网不发生频率稳定问题且不会过切导致地区电网低频减载动作切负荷。3 第三级安全稳定控制措施：机组控制与电网安全运行的协调机组的103%超速功能闭锁或增加动作延时，保留110%超速保护，尽量通过一级、二级措

6、施保证电网频率的稳定不会引起机组超速保护动作。,三、未来电网战略,智能电网战略和超导电网战略 1、智能电网战略智能电网，就是电网的智能化，也被称为“电网2.0”，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。,智能电网示意图,智能电网的构成,智能电网的功能分析自治功能使用实时传感器和自动化的控制设备，对电

7、力系统的故障进行预测和检测，进而做出回应，自动的避免停电和电力质量恶化。在智能电网中，系统的局部故障并不会导致某些地区的停电。抗攻击能力智能电网技术可以更好地对人为或者自然破坏進行识别和回应。实时讯息可以记电网操作员隔离被破坏的环节，请电力绕过损毀区域，重新供电。,功能分析,智能电网的本质就是能源替代和兼容利用，它需要在创建开放的系统和建立共享的信息模式的基础上，整合系统中的数据，优化电网的运行和管理。它主要是通过终端传感器将用户之间、用户和电网公司之间形成即时连接的网络互动，从而实现数据读取的实时、高速、双向的效果，整体性地提高电网的综合效率。智能电网的主要功效包括：智能电网能够实现双向互动

8、的智能传输数据，实态的浮动电价制度。它可以利用传感器对发电、输电、配电、供电等关键设备的运行状况进行实时监控和数据整合，能够在不同区域间进行及时调度，平衡电力供应缺口，从而达到对整个电力系统运行的优化管理。,智能电网能够将新型可替代能源接入电网，比如太阳能、风能、地热能等，实现分布式能源管理。智能电表也可以作为互联网路由器，推动电力部门以其终端用户为基础，进行通信、运行宽带业务或传播电视信号。智能电网潜在的效益智能电网的应用可以降低发电容量的需求，负荷曲线可以透过市场电价来调节。可再生能源的支持者也偏好智能电网，因为可再生能源，可再生能源发电占比較高的系统必須具备较好的负荷调控系统，在风能、太

9、阳能不充足的时期可以提升电价，降低系统对电力的需求，相反，在可再生能源丰富时，降低电价，促进电力消费。由此可见，智能电网的交互式能源消引见模式對于电网的稳定具有重要意义。,智能电网涉及的主要技术智能电网是未来电网的形态，计量设备、控制方法是智能电网运营的关键。智能电网实现方式有三步步骤：一是提升数字化程度，将更多的传感器连接很多的资产和很多的设备以进行需求的采集；二是在共同的讯息模式的基楚上建立数据的整合体系和数据的收集体系，目标是整合各系统中的数据；三是分析数据，以优化运营和管理。总体上说，智能电网依赖两个工具计量设备、统一的通讯及控制算法。,2、超导电网战略 超导电缆就是采用高超导材料制作

10、的电缆，它具有输电过程中的能量损耗低，输送容量大，体积小，电磁污染少的四大优点，在相同截面下，输电能力是常规电缆的35倍。超导电缆是目前人类能够掌控的最具环保价值的缆线，也是提高电网安全性、可靠性、基本上杜绝火灾隐患的择优途径，建设具有远距离、大容量、低损耗输电能力的超导电网是克服常规电缆远距离输电时对高压电缆依赖的唯一途径，至少是21世纪前50年解决一个国家或地区大容量、低损耗输电的最佳途径，将国家电网革新提升为超导电网，是全球生产力面临的最伟大的变革之一。,超导技术在未来智能电网中的应用1）提高电力系统暂态稳定性作为对大电网暂态的控制手段，大型超导装置作为一个独立、反应快速、可独立输出有功

11、及无功的电源，加入到电力系统中，可以提高系统的有功备用率，提高了系统在故障情况下的应急能力。快速的有功及无功调节，使得系统的可控性增强，应对大扰动的能力增强，从而强化了系统的稳定性。提高暂稳定性的另一个重要因素是故障部分的及时隔离，如果电气设备不能及时隔离故障，暂态稳定则无从谈起。因此，通过超导故障限流器及时快速隔离故障，通过超导储能装置补偿不平衡有功功率，均能提高电网暂态稳定性。,2）提高电力系统小干扰稳定性超导储能系统具有快速充、放电的功能，并且可对系统提供瞬时有功功率与无功功率的支持，通过附加阻尼控制器，可以对线路功率进行实时补偿，阻尼系统振荡。超导电缆具有传输容量大、损耗小、灵活性高、

12、点地空间小、无污染等显著优点，是解决电能传输“瓶颈”的较好先择。采用超导电费技术，由于其在超导状态下阻抗很小，采用超导技术可以大大加强互联系统之间的电气联系，提高电网的小干扰安全性。以满足智能电网对小干扰安全的基本要求。,3）提升电网的抗大击能力在配电系统中，中小型的超导系统，由于其应应速度快，容量密度高等优点，可以作为紧急备用保护敏感负载。4）对可再生能源的包容性超导储能系统将为电网提供高效的储能备用，为提高可再生能源发电接入电网的比俐和提高电网的安全可靠性起来至关重要的作用，并对分布式发电系统稳定动行，改善可再生能源发电电能质量和功率平衡方面有重要意义。高温超导电费和超导储能装置的综合应用

13、能够使电网健壮，有助于实现与相邻电网的电能交换。,5）提升电能质量在输电层面，对于大功率远距离输变电系统，可以通过超导储能装置提升电网电能质量。超导储能可以瞬时吸收和释放能量，避免频率的波动，同时超导储能通过电压/无功支持，可使电压极为稳定，波动很小。利用其高速调节有功、无功特性来改善轼率因数，稳定电网频率，控制电压的瞬时波动，平衡电网次谐波振荡，从而大大改善供电质量，满足军事、工业、民用电力的需要。6）建立“集约型”电力系统超导电缆使用无阻和高临界电流密度的高温超导线材作导体，极大的提高了电流能量传输能力。超导电费具有低损耗的特点，减少了网络损耗。,目前公开推进能源体系转型计划的主要世界经济

14、体系只有美国，而且目前执行这个计划的也只有美国。如果美国借此发展智能电网产业，810年内这个产业规模将超过5万亿美元；如果美国借此全力发展超导电网产业，810年内这个产业规模将超过30万亿美元，在美国能源改革的下一步战略中关注超导电网改造的运转。世界上超导电力技术研究的带头国家就是美国，美国的能源法中也率先世界其他国家肯定了超导电缆电网的作用。目前技术、成本、市场等方面已经让超导电缆进入美国电网改造的主要市场有了可能。专家们认为，美国智慧电网的提出无疑是对中国“特高压电网”的一个新考验。中国应该加快智慧电网的研究和发展。,四、谐波对电网的危害,电网谐波来自于3个方面：一是发电源质量不高产生谐波

15、；二是输配电系统产生谐波；三是用电设备产生的谐波。其中用电设备产生的谐波最多。电网谐波造成电网污染，正弦电压波形畸变，使电力系统的发供用电设备出现许多异常现象和故障，情况日趋严重。谐波的危害电力系统中谐波的危害是多方面的，概括起来有以下几个方面：,1、对供配电线路的危害（1）影响线路的稳定运行供配电系统中的电力线路与电力变压器一般采用电磁式继电器、感应式继电器或晶体管继电器予以检测保护，使得在故障情况下保证线路与设备的安全。但由于电磁式继电器与感应式继电器对10%以下含量高达40%时又导致继电保护误动作，因而在谐波影响下不能全面有效地起到保护作用。晶体管继电器虽然具有许多优点，但由于采用了整流

16、取样电路，容易受谐波影响，产生误动或拒动。这样，谐波将严重威胁供配电系统的稳定与安全运行。,（2）影响电网的质量电力系统中的谐波能使电网的电压与电流波形发生畸变。如民用配电系统中的中性线，由于荧光灯、调光灯、计算机等负载，会产生大量的奇次谐波，其中3次谐波的含量较多，可达40%；三相配电线路中，相线上的3的整数倍谐波在中性线上会叠加，使中性线的电流值可能超过相线上的电流。另外，相同频率的谐波电压与谐波电流要产生同次谐波的有功功率与无功功率，从而降低电网电压，浪费电网的容量。2、对电力设备的危害（1）对电力电容器的危害当电网存在谐波时，投入电容器后其端电压增大，通过电容器的电流增加得更大，使电容

17、器损耗功率增加，,使电容器异常发热，在电场和温度的作用下绝缘介质会加速老化。在谐波严重的情况下，还会使电容器鼓肚、击穿或爆炸。（2）对电力变压器的危害谐波使变压器的铜耗增大，谐波还使变压器的铁耗增大。由于以上两方面的损耗增加，因此要减少变压器的实际使用容量。除此之外，谐波还导致变压器噪声增大，有时还发出金属声。（3）对电力电缆的危害由于谐波次数高频率上升，再加之电缆导体截面积越大趋肤效应越明显，从而导致导体的交流电阻增大，使得电缆的允许通过电流减小。,3、谐波对人体有影响从人体生理学来说，人体细胞在受到刺激兴奋时，会在细胞膜静息电位基础上发生快速电波动或可逆翻转，其频率如果与谐波频率相接近，电

18、网谐波的电磁辐射就会直接影响人的脑磁场与心磁场。,五、谐波污染治理,治理措施。主要是制定相关标准，包括对产生谐波设备的限制要求；分析现有电网和待建电网中的谐波情况，局部重组电网结构；分离或隔离产生谐波的设备，使用滤波器等。进行谐波治理，提高电力品质是第一位的，其次是节能。谐波治理是个综合治理过程，一方面是从源头抓起，加强设备的管理防止谐波的产生，更重要的一方面是提高认识，积极进行谐波治理，防止灾害产生。电业部门必须把谐波管理纳入日常的生产管理中，建章立制，采取技术措施，强化谐波监督管理。,必须建立谐波监督管理体系，明确职责，认真开展谐波的测试、研究、分析以及技术培训。认真分析产生谐波的原因，积

19、极开展事故预想，制定切实可行的反事故措施，对发生的谐波事故及异常的原因查不清不放过，防范措施不落实不放过。认真做好业扩、报装接电及现有非线性负荷谐波的设计、审查、统计工作，建立完善的技术资料档案。,采取行政手段，强化谐波检测仪器、仪表的检验和认证工作，积极推广治理谐波的新技术，切实抓好超标客户的谐波管理。(3)整流设备是电网中主要的谐波源之一，通过改造换流装置，采取特殊的接线方式或将相数较少的换流变压器联结成等效的多相形式，增加换流器相数，或利用相互间有一定移相角的换流变压器，有效的消除较大的低次谐波。通过加大技术改造力度，既可节省大量资金，而且能够达到抑制或降低谐波分量的理想效果。,(4)由

20、于电弧炉、电力机车、卷扬机、轧机等用电设备用电负荷不稳定变动频率较高，不仅产生较强的高次谐波，而且极易引起供电电压的波动和闪变。甚至造成系统三相严重的不平衡，严重的影响电网的供电质量。采取快速可变的电抗器或电容元件组合而成，形成动态无功补偿装置(或称静止无功补偿装置)与谐波源并联，不仅可有效的减少谐波量，而且具有抑制电压波动、闪变，增加系统阻尼，提高系统功率因数，保证电网供电质量。静补装置一次性投资较大，但是，经济和社会效益较好。,(5)交流滤波装置能够有效的吸收谐波源所产生的谐波电流，降低谐波电压，是抑制谐波“污染”的有效措施之一。由于其一般由电容器、电抗器、电阻器等根据一定技术要求组合而成

21、，以其结构简单，运行可靠，维护方便，一次性投资较少而得到广泛应用。(6)采取技术措施加强电容器管理，通过改变电容器的串联电抗器或将电容器组的某支路改为滤波器，限制电容器的投入量，可有效的防止或减少并联电容器对谐波的放大，从而保证电容器的安全运行。,(7)通过采用高性能的用电设备，改善其谐波的保护性能，提高设备的抗谐波干扰能力，增加系统的承受谐波能力，减少谐波事故的发生。,变压器知识,六、变压器工作原理,利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁心（磁芯）。当一个正弦交流电压U1加在初级线圈两端时，导线中就有交变电流I1并产生交变磁通1，它沿着铁心穿过初级线圈和次级

22、线圈形成闭合的磁路。在次级线圈中感应出互感电势U2，同时1也会在初级线圈上感应出一个自感电势E1，E1的方向与所加电压U1方向相反而幅度相近，从而限制了I1的大小。,额定电流I1N、I2N：变压器额定容量分别除以原、副边额定电压所计算出来的电流值。在三相变压器中，额定电流均指线电流。额定频率：按我国规定，工业用电50Hz。,单相：三相：,1、变压器分类,1、变压器是一种静止的电气设备，根据电磁感应原理，把电能从一个电路传递到另一个电路。通常用来改变电压的大小，故叫变压器。有时用于电气隔离。,电力变压器（升压、降压、配电）,特种变压器（电炉、整流）,仪用互感器（电压、电流互感器、脉冲变压器，阻抗

23、匹配变压器）,实验用变压器（高压、调压）,也可按铁心结构、相数或变压器冷却方式划分,2、用变压器的目的：1）减少输电线路的损耗和成本；2）满足对不同电压等级的要求；,3、类型,2、变压器的作用变压器的功能主要有：电压变换；电流变换，阻抗变换；隔离；稳压（磁饱和变压器）;自耦变压器；高压变压器（干式和油浸式）等，变压器是一种用于电能转换的电器设备，它可以把一种电压、电流的交流电能转换成相同频率的另一种电压、电流的交流电能。1）、传输和分配电能。如果是升压变压器，可以把电能送出去。如果是降压变压器或者配电变压器，可以将电能分别输送或分配出去；2）、可以改变一、二次侧的额定电压；3）、可以改变一、二

24、次侧的相位角；,4）、改善或保护电网的作用，减少或增加相数等等。电力变压器是发电厂和变电所的主要设备之一。变压器的作用是多方面的不仅能升高电压把电能送到用电地区，还能把电压降低为各级使用电压，以满足用电的需要。总之，升压与降压都必须由变压器来完成。在电力系统传送电能的过程中，必然会产生电压和功率两部分损耗，在输送同一功率时电压损耗与电压成反比，功率损耗与电压的平方成反比。利用变压器提高电压，减少了送电损失。变压器几乎在所有的电子产品中都要用到，它原理简单但根据不同的使用场合（不同的用途）变压器的绕制工艺会有所不同的要求。变压器的功能主要有：电压变换；阻抗变换；隔离；稳压（磁饱和变压器）等,3、

25、损耗及空载电流损耗及空载电流值均是指主分接上的（但另指定其他分接时除外）。3.1、空载损耗把变压器的原边接到电源而副边开路时，当额定频率的额定电压（分接电压），施加到一个绕组的端子，其他绕组开路时，所吸取的有功功率。这种运行状态，叫做变压器的空载运行。3.2、空载电流当额定频率下的额定电压（分接电压），施加到一个绕组的端子，其他绕组开路时，流经该绕组线路端子的电流的方均根值。,注：对于三相变压器，是流经三相端子电流的算术平均值。通常用占该绕组额定电流百分数来表示对于多绕组变压器，是以具有最大额定容量的那个绕组为基准的 4、负载损耗在一对绕组中，当额定电流（分接电流）流经一个绕组的线路端子，且另

26、一绕组短路时，在额定频率及参考温度下所吸取的有功功率。当变压器的副边接上负载后，变压器就能输出电流，与此同时，变压器原边的输入电流也会相应地增大。这种状态就是变压器的负载运行。此时，其他绕组（如果有）应开路。注：对于双绕组变压器，只有一对绕组组合和一个负载损耗值。对于多绕组变压器，具有 与多对绕组组合相应的多个负载损耗值。整台变压器的总负载损耗值与某一指定的绕组负载 组 合相对应 通常它不能在试验中直接测出,当绕组组合对中，两个绕组的领定容量不同时，其负载损耗以额定容量小的那个绕组中的额定电流为基准，而且应指出参考容量。5、总损耗空载损耗与负载损耗之和。注：辅助装置损耗，不包括在总损耗中，并应

27、单独说明。,七、变压器的使用条件,正常使用条件本标准对变压器的技术要求 是在下述的使用条件下规定的a.海拔海拔不超过 1000mb.环境温度和冷却介质温度最高气温+40度最热月平均温度+30度最高年平均温度+20度最低气温-25 度(适用于户外式变压器),最低气温-5 度(适用于户内式变压器)水冷却器入水口处的冷却水最高温度+25度c.电源电压的波形电源电压的波形近似于正弦波注：对于公用供电系统来说此要求并不苛刻但当有强大的换流器负载设备时却应按传统的规则进行考虑畸变波形中的总谐波含量不大于5%，偶次谐波含量不大于1%，同时还应考虑谐波电流对负载损耗及温升的影响d.三相电源电压对称对于三相变压

28、器，其三相电源电压应大致对称。e.安装环境,安装环境无明显污秽(变压器套管或变压器的外绝缘不需作特殊的考虑)。地震引发的地面加速度 ag：水平方向低于3m/s2；垂直方向低于1.5m/s2(设计中不需特殊考虑此限度内的地震问题)1采用说明1 我国处于地震多发地带因而对地面加速度的要求与IEC 不一致IEC 规定为地面加速度ag 低于2m/s2,八、三相变压器的联结,三相变压器的三个相绕组或组成三相组的三台单相变压器同一电压的绕组联结成星形、三角形或曲折形时，对高压绕组应用大写字母Y、D 或Z 表示对中压或低压绕组用同一字母的小写形式y、d 或z 表示；对有中性点引出的星形或曲折形联结应用YN(

29、yn)或ZN(zn)表示。不在三相变压器内部联结的开口绕组，并每个相绕组的两端均引出时，应分别表示为(高压绕组)或iii(中压或低压绕组)。注：单相变压器各绕组亦按此标号表示。,九、变压器的铭牌,变压 器 应 设有铭牌，铭牌的材料应不受气候的影响，并应固定在明显可见位置铭牌上所标志的项目内容应清晰且牢固。出厂前需填写的项目内容，应是去不掉的刻印。下述 项 目 应标注在铭牌上。7.1 必须标志的项目（在任何情况下）A、变 压 器的种类（如：变压器、自祸变压器、增压变压器等）；B、本 标 准代号；C、制 造 厂名；,D、出厂序号。E、制造年月。F、相数。G、额定容量(kVA或MVA。对于多绕组变压器，应给出每个绕组的额定容量，如果一个绕组的额定容量并不是其他绕组额定容量的总和时，则应给出负载组合），H、额定频率（Hz)；I、各绕组额定电压（V或kV）和分接范围，J、各绕组额定电流（A或KA）。K、联结组标号，,L、以百分数表示的短路阻抗实测值（对于多绕组变压器，应给出不同的两绕组组合下的短路阻抗以及列出各自的参考容量，对于有带分接绕组的变压器，按5.5条及7.2条b项）；M、冷却方式（若变压器有多种冷却方式时，各自的容量值可用额定容量的百分数表示。如：ONAN/ONAF 70/100%)；N、总重。,