第一章 电力系统基本知识.ppt

第一章电力系统基本知识,第一节电力系统、电力网构成一、电力系统和电力网的概念电力系统由发电、送电、变电、配电和用电的电气设备组成的整体称为电力系统。由发电机、变压器、输电线和负荷组成。电力网电力系统中的送电、变电、配电三个部分称为电力网。电力网是将各电压等级的输电线路和各种类型的变电所连接而或的网络。是电力系统去掉发电机和负荷后剩余的部分。二、电力网分类电力网按其在电力系统中的作用不同，分为输电网和配电网。输电网是以高压甚至超高电压将发电厂、变电所或变电所之间连接起来的送电网络，所以又称为电力网中的主网架。直接将电能送到用户的网络称为配电网。配电网的电压因用户的需要而定，因此，配电网中又分为高压配电网即指1lOkV、35ｋＶ电网、中压配电网指lOkV电网及低压配电网220V、380V。,,图1-1动力系统与电力系统、电力网关系示意图,,图12电力系统及电力网示意图1．发电机2．变压器3．电灯4．电动机5、6、7．其他电力负荷,一、大型电力系统优点大型电力系统主要在技术经济上具有下列优点1．提高了供电可靠性2．减少了系统的备用容量3．通过合理地分配负荷－－提高系统运行的经济性减小峰谷差不同流域的错峰效益使用大机组4．提高了供电质量；即电能质量加供电可靠性5．形成大的电力系统，便于利用大型动力资源，特别是能充分发挥水力发电厂的调峰作用。二、电力生产特点1．电力生产特点1同时性电能的生产、输送、分配以及转换为其他形态能量的过程，是同时进行的。2集中性电力生产是高度集中的、统一的。电网再大也实行统一调度、统一管理，实行统一的质量标准。电能由电网统一分配和销售。3适用性电能使用最方便，适用性最广泛。是最容易转换成其它形式能量的能源。是清洁、无毒的能源。因此电能在国民经济各部门，以及人民生活中广泛使用。,4先行性。国民经济发展电力必须先行。2．国民经济发展电力必须先行电力先行是由一系列因素决定的1工农业方面生产的提高，主要依靠劳动生产率的提高，并不断提高机械化和电气化的水平；2出现许多新的、规模大的、耗电多的工业部门，如电气冶炼、电化学等；3农业、交通运输业（电气机车的普及）等，随着新技术推广，将广泛应用电能，使电能需要量大大增加；4人民生活、社会文明程度的提高，都会使居民用电量日益增加。以上说明电力系统的发展速度应该大于工业总产值的增长。这就叫电力先行。第二节电力负荷电力负荷是指用电设备或用电单位所消耗的功率kw、容量kVA或电流A。电力网负荷可以由以下几类组成。一、电力网负荷组成1．用电负荷用电负荷是用户在某一时刻对电力系统所需求的功率。,2．线路损失负荷电能从发电厂到用户的输送过程中，不可避免地会发生功率和能量的损失，与这种损失所对应的发电功率，叫线路损失负荷，也称为线损。3．供电负荷供电负荷等于用电负荷加上同一时刻的线路损失负荷之和，是发电厂对外供电时所承担的全部负荷，称为供电负荷。二、按发生时间不同负荷分类按负荷发生时间不同，可分为以下几类1高峰负荷高峰负荷是指电网或用户在单位时间内所发生的最大负荷值。在分析负荷率时用24小时中最高一个小时的平均负荷作为日高峰负荷。2低谷负荷低谷负荷是指电网中或某用户在一天24h内，发生的用电量最少的小时电量。低谷负荷一般出现在深夜。为了合理使用电能应尽量减少发生低谷负荷的时间，对于电力系统来说，峰、谷负荷差越小，用电则越趋近于合理。减小峰谷差是经济调度很重要的内容。3平均负荷平均负荷是指电网中或某用户在某一段确定的时间阶段内平均小时用电量。如日平均负荷、年平均负荷等。为了分析负荷率，常用日平均负荷；为了安排用电量，要用月平均负荷和年平均负荷。,用电负荷分类－－根据对供电可靠性不同的要求分类1一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，造成经济上的巨大损失，如重要的大型设备损坏，重要产品或用重要原料生产的产品大量报废，连续生产过程被打乱，且需很长时间才能恢复生产；以及突然中断供电将会造成社会秩序严重混乱或产生政治上的严重影响的，如重要的交通与通讯枢纽、国际社交场所等用电负荷。2二类负荷也称二级负荷，是指突然中断供电会造成较大的经济损失，如生产的主要设备损坏，产品大量报废或减产，连续生产过程需较长时间才能恢复；突然中断供电将会造成社会秩序混乱或在政治上产生较大影响，如交通与通讯枢纽、城市主要水源、广播电视、商贸中心等的用电负荷。3三类负荷也称三级负荷，是指不属于上述一类和二类负荷的其他负荷，对这类负荷，突然中断供电所造成的损失不大或不会造成直接损失。对于一级负荷的用电设备，应按有两个以上的独立电源供电，并辅之以其他必要的非电力电源的保安措施。,第三节变电所作用变电所是联结电力系统的中间环节，用以汇集电源、升降电压和分配电力，通常由高低压配电装置、主变压器、主控制室和相应的设施以及辅助生产建筑物等组成。分类按电压变化情况，可分为升压变电所、降压变电所、根据其在系统中的位置、性质、作用等，可分为枢纽变电所、地区变电所、终端变电所；按有、无人值班可分为有人值班变电所和无人值班变电所。一．变电所主接线变电所主接线是电气部分的主体，由其把发电机、变压器、断路器等各种电气设备通过母线、导线有机连接起来，并配置避雷器、互感器等保护、测量电器，构成变电所汇集和分配电能的一个系统。1.电气主接线的基本要求1保证必要的供电可靠性和电能质量。2具有一定的灵活性和方便性。（3）具有经济性。（4）具有发展和扩建的可能性2.主接线型式,,图1-3500kVA及以下变电所主接线,二、变电所一次电气设备1．主变压器在降压变电所内变压器是将高电压改变为低电压的电气设备。以10kV变电所为例，主变压器将10kV的电压变为380/220V，供给380/220V的负荷使用。2．高压断路器高压断路器是作为变压器和高压线路的控制和保护电器，它具有开断正常负荷和过载、短路故障的保护能力。3．隔离开关隔离开关是隔离电源用的电器。4．电压互感器将系统的高电压转变为低电压，供保护和计量用。5．电流互感器将高压系统中的电流或低压系统中的大电流转变为标准的小电流。,6．熔断器当电路发生短路或过负荷时，熔断器能自动切断故障电路，从而使电器设备得到保护。7．负荷开关用来不频繁地接通和分断小容量的配电线路和负荷，能起到隔离电源的作用。第四节供电质量供电质量指电能质量与供电可靠性。电能质量包括电压、频率和波形的质量。供电可靠性是以供电企业对用户停电的时间和次数来衡量的。一、电能质量电能质量是指供应到用电单位受电端电能品质的优劣程度。电能质量包括电压质量与频率质量和波形质量。,1.供电电压允许偏差（偏移）１）定义在某一时段内，电压幅值缓慢变化而偏离额定值的程度，以电压实际值和电压额定值之差△U与电压额定值UN之比的百分数△U％来表示，即,,式中U一检测点上电压实际值V；UN检测点电网电压的额定值V。,２）电能质量的影响（1）照明负荷，当电压降低时白炽灯的发光效率和光通量都急剧下降；当电压上升时，白炽灯的寿命将大为缩短。（2）对异步电动机包括厂用电动机因为异步电动机的最大转矩与端电压的平方成正比，如果电压降低过多，电动机可能停转，或不能启动。且当输出功率一定时，异步电动机的定子电流、功率因素和效率随电压而变化。当端电压降低时，定子、转子电流都显著增大，导致电动机的温度上升，甚至烧坏电动机。反之，当电压过高时，会使各类电气设备绝缘老化过程加快，设备寿命缩短等。过电压情况下甚至危及设备运行安全。（3）对电热装置过高的电压将损伤设备，过低的电压则达不到所需要的温度。此外，电视、广播、传真、雷达等电子设备对电压质量的要求更高，电压过高或过低都将使特性严重改变而影响正常运行。我国国家标准规定电压偏差的允许值为135kV及以上电压供电的，电压允许偏差为额定电压的10％；210kV及以下三相供电的，电压允许偏差为额定电压的7％；3220V单相供电电压允许偏差为额定电压的7％、-10％。,2．电压允许波动和闪变1电压允许波动（1）定义在某一个时段内，电压急剧变化而偏离额定值的现象，称为电压波动。电压波动程度以电压在急剧变化过程中，相继出现的电压最大值和最小值之差与额定电压之比的百分数ΔU％来表示。即,,式中UN额定电压V；Umax、Umin某一时段内电压波动的最大值与最小值V。（２）引起电压波动的原因冲击负荷的存在，如冶金工业中的电弧炉、电气机车、大型轧钢机、大型电动机的起动、电焊机等，冲击性负荷的工作引起网络中电流的波动，测出而引起各母线电压的波动。（３）后果电压太高时使电动机的起动困难，甚至无法起动；同步电动机的转子发生震动；计算机，电子设备和自动控制装置无法正常工作；照明电灯发生明显闪烁，电视机等家用电器无法正常工作，严重影响人们的工作和生活。（４）我国国家标准对电压波动允许值规定为1220kV及以上为1.6％；235kV-110kV为2％；③10kV及以下2.5％。,2电压闪变周期性电压急剧波动引起灯光闪烁，光通量急剧波动，而造成人眼视觉不舒适的现象，称为闪变。能影响人们的视觉。3．公用电网谐波１）电网谐波的产生主要在于电力系统中存在各种非线性元件。这种非线性元件称为谐波源。如电弧炉、高频炉、电力变压器，电气机车、异步电动机，荧光灯、高压汞灯以及家用电器等。特别是大型晶闸管变流设备、大型电弧炉、电气机车等影响最为严重。２）危害谐波对电气设备的危害很大，可使变压器的铁芯损耗明显增加，从而使变压器出现过热，不仅增加能耗，而且使其绝缘介质老化加速，缩短使用寿命；谐波还能使变压器噪声增大；谐波电流通过交流电动机，不仅会使电动机的铁芯损耗明显增加，绝缘介质老化加速，缩短使用寿命，而且还会使电动机转子发生振动现象，严重影响机械加工的产品质量；谐波电压加在电容器两端时，由于电容器对谐波的阻抗很小，电容器很容易发生过电流发热导致绝缘击穿甚至造成烧毁。此外，谐波电流可使电力线路的电能损耗和电压损耗增加，使计量电能的感应式电度表计量不准确；可使电力系统发生电压谐振，从而在线路上引起过电压，有可能击穿线路的绝缘；还可能造成系统的继电保护和自动装置发生误动作或拒动作，使计算机失控；，电子设备误触发，电子元件测试无法进行；并可对附近的通信设备和通信线路产生信号干扰；使电网功率因数降低，附加损耗增加。在理想状况下，供电电压波形应是正弦波，但由于电力系统中存在有大量非线性阻抗特性的用电设备，即存在大量的谐波源，使得实际的电压波形偏离正弦波，这种电压正弦波形畸变现象通常用谐波畸变率来表示。我国“电力系统谐波管理暂行规定”中给出的谐波畸变率的最大值0.38ｋＶ5％6、10ｋＶ4％110ｋＶ2％,4．供电频率允许偏差电网中发电机发出的正弦交流电压每秒钟交变的次数，称为频率，或叫供电频率。在同一个系统中，任一瞬间电网各部分的频率是一致的。供电频率偏差是以实际频率和额定频率之差（Δf）或二者之差与额定频率之比的百分数Δf％表示，即,,式中．f一实际供电频率值Hz；fN供电网额定频率Hz。我国对频率质量的规定系统容量P＞300MW，允许频率偏移为正负0.2Hz系统容量P＜300MW，允许频率偏移为正负0.5Hz,,,危害１）电力系统频率偏移超出允许值，将严重影响电力用户的正常工作。对电动机频率与输出功率有关，系统频率降低，导致电动机功率输出的降低，将影响所带动转动机械的出力，降低了生产率并影响电动机的寿命；频率与电动机的转速有关转速上升，增加功率消耗，特别是某些对转速要求较严格的工业部门，如纺织、造纸等，频率的偏移过大，将产生废、次产品。对电子产品降低准确度、造成过大误差，如果频率过低，降使雷达、计算机等无法工作。２）频率偏差过大对发电厂本身将造成更为严重的影响。发电厂有大量的异步电动机，如给水泵，循环水泵、引风机、送风机等。频率过低使汽轮机叶片震动，严重时断裂。频率过低，异步电动机和变压器的励磁电流增大，使系统无功需求增大，导致系统电压水平降低，增加调压困难。,二、供电可靠性供电可靠性是指供电企业某一统计期内对用户停电的时间和次数，可以直接反映供电企业持续向用电单位的供电能力。供电可靠性一般利用年供电可靠率进行考核。供电可靠率是指在一年内，对用户有效供电时间总小时数和统计期间停电影响用户小时数之差与统计期间用户有效供电时间总小时数比值的百分数，记做Rs。即,,式中Rs年平均供电可用率％；N统计用户总数；t1一年每次停电时间h；n1一一年每次停电影响用户数。,由公式可以看出，要提高供电可靠率就要尽量缩短用户平均停电时间。停电时间包括事故停电、计划检修停电及临时性停电时间。其中，影响停电时间t1，及停电影响的户数n1的因素有1线路长短，所带负荷户数的多少，可使n1增大或减少；2供电部门及时抢修和恢复供电运行工作水平，可直接影响t1值；3统一安排检修和带电作业，可以减少t1和n1值；4供电设备故障率及检修周期要求等。国家规定供电可靠率不低于99.96％。,第五节电力系统接地,工作接地配电变压器或低压发电机中性点通过接地装置与大地相连，称为工作接地。工作接地分为直接接地与非直接接地包括不接地或经消弧线圈接地两类。工作接地的接地电阻一般不应超过4Ω。一、系统接地的型式（一）什么叫电力系统的中性点（二）电力系统中性点的接地方式1.接地保护系统的型式文字代号第一个字母表示电力系统的对地关系T直接接地；I所有带电部分与地绝缘，或一点经阻抗接地。第二个字母表示装置的外露可接近导体的对地关系T外露可接近导体对地直接作电气连接，此接地点与电力系统的接地点无直接关连；N外露可接近导体通过保护线与电力系统的接地点直接作电气连接。如果后面还有字母时，这些字母表示中性线与保护线的组合S中性线和保护线是分开的；C中性线和保护线是合一的。,2、电力系统中性点接地方式分类110kV及以上电压等级中性点直接接地；35kV中性点经消弧线圈接地；10kV中性点不接地，（以电缆线路为主的配电网可以采用中性点经小电阻或消弧线圈接地；220V／380V中性点直接接地。,二、低压系统接地型式1．TN系统接线电力系统有一点直接接地，电气装置的外露可接近导体通过保护线与该接地点相连接。TN系统可分为TNS系统整个系统的中性线N与保护线PE是分开的，如图l-4所示；,,图1-4TNS系统,TNC系统整个系统的中性线Ｎ与保护线PE是合一的，如图1-5所示PEN线；,,图l-5TNC系统,TNCS系统系统中有一部分线路的中性线N与保护线PE是合一的，如图1-6所示。,,图1-6TNCS系统,2.TT系统电力系统中有一点直接接地，电气设备的外露可接近导体通过保护接地线接至与电力系统接地点无关的接地极，如图l-7所示。,,,3.IT系统电力系统与大地间不直接连接，电气装置的外露可接近导体，通过保护接地线与接地极连接，如图l-8所示。,,图18IT系统,