电力系统基本知识.pptx

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1、第二章 电力系统基本知识第一节 电力系统概述第二节 用电负荷第三节 变、配电所第四节 电能质量第五节 电力系统短路概述第六节 电力系统接地概述第1页/共64页第一节 电力系统概述1882年，英国建成第一座发电厂，原始线路输送的是低压直流电。同年，法国人德普列茨提高了直流输电电压（1000V)，被认为是世界上第一个电力系统。1891年，第一条三相交流输电线路在德国运行，三相交流输电使输送功率、输电电压、输电距离日益增大。目前，大电力系统不断涌现，甚至出现全国性和国际性电力系统。第2页/共64页第3页/共64页电力系统是由发电厂、输配电线路、变配电所和用电单位组成的整体。 第4页/共64页1.水电

2、厂水力发电厂往往由大坝维持在高水位的水经压力水管进入螺旋形蜗壳推动水轮机转子旋转，将水能变为机械能，水轮机转子再带动发电机转子旋转发电，将机械能变成电能。一、电力系统及其组成长江三峡水电站伊泰普水电站第5页/共64页一、电力系统及其组成2.火电厂以煤、石油、天然气等作为燃料，燃料燃烧时的化学能转换为热能，然后借助汽轮机等热力机械将热能变为机械能，并由汽轮机带动发电机将机械能变为电能，这种发电厂称火力发电厂。3.核电厂核电厂是指将核能转换为热能，用以产生供汽轮机用的蒸汽,汽轮机再带动发电机,构成了产生商用电力的电厂火电厂核电厂除了火电厂、水电厂、核电厂外还有地热电站、风力电站、潮汐电站第6页/共

3、64页自藕变压器10kV35kV110kV110kV110kV110kV110kV35kV380/220V10kV35kV10kV10kV10kV110kV220kV220kV35kV380/220V变电所5变电所4火力发电厂2变电所3变电所6火力发电厂1变电所2热电厂水力发电厂同步补偿机变电所1电力系统示意图一、电力系统及其组成第7页/共64页一、电力系统及其组成大型电力系统主要在技术经济上具有下列优点： 1.提高供电可靠性 2.减少系统的备用容量 3.降低系统的高峰负荷 4.提高了供电质量 5.有效利水力等一次动力资源的作用， 特别能充分发挥水力发电厂的作用大型电力系统优点第8页/共64页

4、一、电力系统及其组成电力网输电网配电网将各种电压等级的输电线路及其联系的各级变、配电所组成的部分。电力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。又称为电网中的主架网直接将电能输送到用户的网路第9页/共64页一、电力系统及其组成高压输电网：220kV超高压输电网：330kV、500kV、750kV特高压输电网:1000kV及以上高压配电网： 35110kV及以上低压配电网:380/220V中压配电网:3kV20kV电力网配电网输电网第10页/共64页20kV中压配电有如下优越性：一、电力系统及其组成20kV取代10kV中压配电电压，原来线路

5、导线线径不变，则升压后配电容量增加一倍。在负荷不变的情况下，电压损失只有10 kV的25%，在负荷升高一倍的情况下，电压损失只有10 kV的50%，供电电压半径可增加一倍，在负荷不变的情况下，损耗只有10 kV的25%，降低了75%。当电压由10kV升压至20kV，在一定情况下，供电半径可增加1倍。1.提高了中压配电系统的容量2.降低了线路上的损失3.增大了中压配电网的供电半径4.降低线损第11页/共64页二、电力生产的特点1.同时性2.集中性3.适用性4.先行性能的生产、输送、分配以及转换为其他形态能量的过程，是同时进行的。电能不能大量储存。电力生产是高度集中的、统一的。电能使用最方便，适用

6、性最广泛。1）工农业生产提高，依靠劳动效率提高，要不断提高机械化和电气化水平；2）新型的、规模大的、耗电多的工业部门；3）农业、交通发展，广泛应用电能；4）生活水平、文化水平提高，使居民用电量增加电力生产的特点第12页/共64页三、负荷曲线负荷曲线反映负荷随时间变化规律的曲线。横轴表示时间、纵轴表示负荷负荷曲线的作用它是安排发电计划、检修计划、基建计划、电力规划的重要参考依据最大最小Pmax为日最大负荷，俗称“峰”； Pmin为日最小负荷，俗称“谷”。第13页/共64页第二节 用电负荷 用电负荷用电负荷是指用户在每一时刻所消耗的功率（kW）、容量（kVA）或电流（A）。第14页/共64页一、用

7、电负荷分类根据用户的重要程度和对供电可靠性的要求，将电力负荷分为三类：一类负荷、二类负荷、三类负荷。1)一类负荷1 1）供电中断供电将会造成）供电中断供电将会造成人身伤人身伤。2 2）供电中断供电将会造成）供电中断供电将会造成经济上的重大损失经济上的重大损失。3 3）供电中断供电将）供电中断供电将影响有重大的政治，经济影响有重大的政治，经济意义意义。特别重要负荷在一类负荷的中，当供电中断供电将发生中毒、爆炸、火灾等情况的负荷1.用电负荷的分类第15页/共64页一、用电负荷分类2)二类负荷供电中断供电将会造成较大经济损失。供电中断供电将影响重要用电单位的正常工作3)三类负荷指不属于上述一类和二类

8、负荷的其他负荷。第16页/共64页二、各类负荷的供电要求2.用电负荷的供电要求1）一类负荷的供电要求一类负荷由两个独立电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。一类负荷中特别重要负荷，除一类负荷中特别重要负荷，除两个独立电源两个独立电源供电供电外，还增设外，还增设应急电源应急电源并不准其他负荷接入并不准其他负荷接入（1）独立于正常电源的发电机组，即与电网在电气上独立的电源。（2）供电网络中独立于正常电源的专用馈电线路。（3）蓄电池组。允许中断时间中为允许中断时间中为毫秒级毫秒级的系统可的系统可选用蓄电池组不间断电源。选用蓄电池组不间断电源。 应急电源有下列几种：第17页/共6

9、4页2）二类负荷的供电要求3）三类负荷的供电要求二类负荷的供电系统宜采用双回路线供电。两回路线应尽量引自不同变压器或两段母线。三类负荷供电，一般不考虑特殊要求。二、各类负荷的供电要求第18页/共64页第三节 变、配电所定义：定义：变配电所是电力网的线路连接点，是用于变换电压、交换功率和汇集、分配电能的设施。根据其在系统中的位置、性质、作用及控制方式等，可分为升压变电所、降压变电所、枢纽变电所、地区变电所、终端变电所，有人变电所和无人变电所。通常也按其最高一级电压来分类。变配电所中用来承担输送和分配电能任务的电路，称为一次电路或电气主接线。一次电路中所用的电气设备，称为一次设备。第19页/共64

10、页一、变、配电所常用的一次电气设备断路器隔离开关 负荷开关电容器电抗器熔断器TQFQSQLCLFU电阻R第20页/共64页一、变、配电所常用的一次电气设备1.主变压器在降压变电所是将高电压改变为低电压的电气设备。2.高压断路器高压断路器是变压器和高压线路的开关电器，它具有断合正常负荷电流和切断短路电流的功能，具有完善的灭弧装置。3.隔离开关隔离开关是隔离电源用的电器。没有特殊的灭弧装置，只能作为在无负荷电流的情况下进行分合操作，与断路器配合使用4.电压互感器将系统的高电压转变为低电压，供测量、保护、监控用。第21页/共64页一、变、配电所常用的一次电气设备5.电流互感器将高压系统中的电流或低压

11、系统中的大电流转变为标准的小电流，供测量、保护、监控用。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，从而使电气设备的到保护。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，起到隔离电源的作用。常与高压熔断器配合使用。第22页/共64页一、变、配电所常用的一次电气设备主变压器第23页/共64页一、变、配电所常用的一次电气设备高压断路器第24页/共64页一、变、配电所常用的一次电气设备隔离开关第25页/共64页一、变、配电所常用的一次电气设备电压互感器一、变、配电所常用的一次电气设备第26页/共64页一、变、配电所常用的一次电气设备电流互感器第27页/共64页一、变、配

12、电所常用的一次电气设备高压熔断器第28页/共64页一、变、配电所常用的一次电气设备负荷开关一、变、配电所常用的一次电气设备第29页/共64页二、变、配电所常用的电气主接线1.高压配电所常用的电气主接线WL1QS1QF1WBQS2QF2QS3QF3QS4QF4QS5QF5QS5QF5WL5QS6QF6WL6WB1WL2QS21QF2WB2WL1QS11QF1QS12QS22QS3QF3WL3QS4QF4WL4WL2WL3WL4WL5QSQFQS单电源的高压配电所变主电路图双电源的高压配电所变主电路图第30页/共64页二、变、配电所常用的电气主接线 从图中可以看到，该配电所有一路电源进线WL1WL

13、1，四路出线WL2-WL5WL2-WL5，每路出线装有断路器QFQF，担负电路的正常通断及在电路发生短路事故时自动切断电路的任务。 断路器的电源侧都装有隔离开关QSQS（负荷侧无电源，故未装隔离开关）。 隔离开关的主要作用是在断路器检修时，起隔离电源保证断路器检修安全。 隔离开关无灭弧装置，因此，操作时禁止带负荷拉合。 图中WBWB是母线，用来接收电能然后再分配，本图中母线不分段，是单母线接线，这种接线在母线检修时，配电所将全部停电。1）单电源的高压配电所电气主接线第31页/共64页二、变、配电所常用的电气主接线2）双电源的高压配电所电气主接线 从图可知，该配电所有两路电源进线WL1和WL2，

14、断路器QF为分段断路器。 出线有四条WL3-WL6。 这类配电所可以一路电源供电，另一电源进线备用，两端母线并列运行，当工作电源断电时，可手动或自动地投入备用电源，即可恢复对整个恢复对整个配电所的供电。二、变、配电所常用的电气主接线第32页/共64页二、变、配电所常用的电气主接线电气主接线的要求1 1）保证必要的供电可靠性和电能质量。2 2）具有一定的灵活性和方便性。3 3）具有经济性。4 4）具有发展和扩建的可能性。第33页/共64页2.总降压变电所的电气主接线二、变、配电所常用的电气主接线QS1QF110kV单台变压器总降压变电所主电路图QS2QF235kV主进线WL4WL5内桥主接线1号

15、电源TT1T210kV110kV1号电源QF1QF2外桥主接线1号电源T1T210kV110kV1号电源QF1QF2L1L2L1L2第34页/共64页二、变、配电所常用的电气主接线1）单台变压器的总降压变电所主接线 从图可知：高压35kV35kV进线侧装有断路器QFQF1 1和隔离开关QS1QS1，变压器电压侧电压为610kV610kV，在变压器低压侧断路器QF2QF2和隔离开关QS2 QS2 。 610kV 610kV出线上都装有断路器和隔离开关。 这种接线中，高压为线路变压器组接线。低压侧为单母线接线。 其特点是结构简单，用的电气设备少，但供电可靠性差。 任一元件发生故障或检修，整个变电所

16、都将停电。 这种主接线要根据用户负荷供电的要求情况进行选择。二、变、配电所常用的电气主接线1）单台变压器的总降压变电所主接线第35页/共64页二、变、配电所常用的电气主接线2）双电源两台变压器的总降压变电所主接线1）内桥主接线 内桥接线的桥断路器QF3QF3接在变压器侧，变压器高压侧无断路器，只有隔离开关，而线路有断路器QF1QF1和QF2 QF2 。内桥接线的特点是：线路故障或检修，不影响变压器运行，而变压器故障或检修要影响相应的线路，线路要短时停电。第36页/共64页二、变、配电所常用的电气主接线2）外桥主接线外侨接线的桥断路器QF3QF3接在线路侧，变压器高压侧有断路器QF1QF1和QF

17、2QF2，而线路上没有断路器。外侨接线的特点：变压器故障或检修不影响线路运行，而线路故障或检修要影响变压器，相应的变压器要短时停电。第37页/共64页二、变、配电所常用的电气主接线由于线路故障和检修机会比变压器多，所以一般都选用内桥接线。第38页/共64页三、用电区（或小型用户）变电所的电气主接线YY高压电缆进线无开关高压电缆进线装隔离开关高压电缆进线装隔离开关-熔断器（室内）高压电缆进线装跌落式熔断器（室外）高压架空进线装跌落式熔断器和避雷器（室外）高压架空进线装隔离开关-避雷器（室内）高压架空进线装隔离开关-熔断器和避雷器（室内）高压架空进线装负荷开关-避雷器（室内）车间变电所高压侧主接线

18、YYYYYYYYYYYYYY1.1.有用户总降压变电所的用电区变电所电气主接线示例第39页/共64页三、用电区（或小型用户）变电所的电气主接线2.2.无用户总降压变电所的用电区或小型用户变电所电气主接线示例10kVT1T210kV220V/380V220V/380V单台变压器变电所主电路图QF1QF210kV220V/380V10kVQF3QF4QF5WB1WB2双台变压器的用户变电所主电路图第40页/共64页三、用电区（或小型用户）变电所的电气主接线1）高压侧采用隔离开关和熔断器或跌落式熔断器的变电所主接线。采用这种接线，变压器容量不能太大，而且在变压器低压侧必须装设带负荷操作的断路器。2）

19、高压侧采用负荷开关和熔断器的变电所主接线。用这种接线，变压器高压侧需装设负荷开关柜。3）高压侧采用隔离开关和断路器的变电所主接线。采用这种接线，供电可靠性高，但投资较前两种接线高。4）双台变压器的用电区变电所或小型用户变电所电气主接线。采用这种接线，变压器高低压侧开关都采用断路器。第41页/共64页供电质量 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次数来衡量的。质质量量电电压压允允许许偏偏差差电电压压允允许许波波动动与与闪闪变变电电压压质质量量公公用用网网谐谐波波三三相相电电压压频频率率质质量量电电能能质质波波形形供供电电质质量量 主主

20、要要是是允允许许不不平平衡衡度度频频率率允允量量供供电电偏偏可可靠靠差差 性性许许 第四节 电能质量第42页/共64页电压质量包含电压允许偏差、电压允许波动与闪变等内容。1.供电电压允许偏差在某一时段内，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UU与电压额定值U UN N之比的百分比U%U%来表示，%100%NNU UUUU检测点上电压实际值(V);UN检测点电网电压的额定值（V）。一、电压第43页/共64页电压质量对各类电气设备（包括用电设备）的安全、经济运行有直接的影响。当电压降低时，白炽灯的发光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；电压比额定

21、值低10%10%，则光通量减少30%30%；电压额定值高10%10%，则寿命缩减一半（50%50%）。电压过电压过低低，停转或不能启动；，停转或不能启动；定子、转子电流定子、转子电流增大增大，温度上升，烧毁电机。，温度上升，烧毁电机。电压过高电压过高，绝缘老化，绝缘老化，寿命缩短寿命缩短。照明的影响电动机影响发热装置影响电压过低，达不到温度。一、电压第44页/共64页我国国家标准（国家标准GBT 12325-2008GBT 12325-2008电能质量. .供电电压允许偏差）规定电压偏差的允许值为：1）35kV及以上供电电压正负偏差绝对值之和不超过标称电压的10%； 2）10kV及以下三相供电

22、电压允许偏差为标称系统电压的7%； 3）220V单相供电电压允许偏差为标称系统电压的+7%、-10%。一、电压第45页/共64页2）电压允许波动和闪变 1.1.电压允许波动 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。 电压变化的速率大于1%1%的，即为电压急剧变化。 电压最大值和最小值之差与额定电压之比的百分数U%U%来表示，即：maxmin%100%NUUUU电压波动是由于负荷急剧变化的冲击性负荷说引起的。一、电压第46页/共64页2.2.电压闪变电压闪变 周期电压急剧波动一起灯光闪烁，光通量急剧波动，而造成人视觉不舒适的现象，称为闪变。一、电压第47页/共64页3 3）

23、为了保证电压质量合乎标准，往往需要装设必要的无功补偿装置和采取一定的调压措施1.1.正确选择变压器的变比和电压分接头2.2.降低系统阻抗3.3.使三相负荷平衡4.4.采取补偿无功功率措施5.5.合理改变供电系统运行方式一、电压第48页/共64页电网中发电机发出的正弦交流电压每秒钟交变数，称为频率，或叫供电频率。供电频率偏差是以实际频率f f和额定频率之差ff与额定频率f fN N之比的百分数f f % %表示%100%NNffff在正常状态下，供电频率的允许误差为：电网装机容量在3000MW3000MW及以上的为0.2 H0.2 HZ Z在3000MW3000MW及以下的为0.5H0.5HZ

24、Z，电力系统化非正常状态下，供电频率允许偏差可超过1.0H1.0HZ Z二、频率第49页/共64页电网谐波的产生，主要在于电力系统存在各种非线性元件。 最为严重的是大型的晶闸管变流设备和大型电弧炉，它们产生的谐波电流最为突出，是造成电网谐波的主要因素。三、波形第50页/共64页第五节 电力系统短路概述电力系统中相与相、相与地之间( (中心点直接接地系统）通过金属导体、电弧或其他较小阻抗连接而形成非正常的状态。短路发电机机端发生短路，短路电流可达额定值得10-1510-15倍第51页/共64页一、短路的类型1.1.三相短路2.2.两相短路3.3.单相接地短路4.4.两相接地短路短路的类型三相短路

25、为对称短路，其余为不对称短路第52页/共64页二、短路的危害1)短路电流通过电器设备时，将引起导体严重发热，造成导体温度升高甚至熔化，并且会损害绝缘。2)短路电流通过电器设备时，在相间产生很大的电动力作用于导体之上，可能造成设备的变形或损坏。3)短路处往往有电弧产生，高温电弧会烧毁设备或烧伤周围人员，甚至会引起火灾。4)短路电路通过变压器、线路等阻抗元件，将产生很大的电压降，还会引起发电机机端电压的降低，因此影响电力系统的正常供电。5)严重的故障很可能造成并联的发电机组失去同步，严重的可能造成系统解列。6)不对称短路故障，对附近的通讯线路造成干扰。短路的危害第53页/共64页三、限制短路电流方

26、法1.选择合适的接线方式采用分用户用电变压器一般为无载调压型，其高压绕组（一次绕组）有（1 1 2 2 2.5 2.5 ）U UN的电压分接头，当用电设备电压偏低时，变压器电压分接头放在较低档。2.绕组变压器和分段电抗器供配电系统中的电压损耗在输送功率确定后，其数值与各元件的阻抗成正比，所以减少供配电系统的变压级数和增大供配电线路的导线截面，是减少电压损耗的有效方法，线路中各元件电压损耗的减少，就可提高末端用电设备的供电电压。3.采用线路电抗器4.采用微机保护及综合自动化装置限制短路电流方法第54页/共64页第六节 电力系统接地概述把电气装置的某一导电部分经接地线连接至接地极或接地网地。接地工

27、作接地保护接地为了保证电气设备在系统正常运行能正常工作而进行的接地。为了保证人身安全和设备安全，将电气设备在正常运行中不带电的金属部分可靠接地。电气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超过44第55页/共64页一、中性点直接接地电力系统中至少有一个中性点直接或经小阻抗与接地装置相连接。这种接地方式是通过系统中全部或部分变压器中性点直接接地来实现的。中性点直接接地. .B BC CN NI IK图图1 1- -2 2 中中性性点点直直接接接接地地系系统统单单相相接接地地故故障障第56页/共64页一、中性点直接接地 发生单相接地故障时，非

28、故障相电压基本不变，对设备绝缘水平要求不变，用电设备不能正常运行，故障相电流很大，必须立即切除故障设备，单相短路电流在导线周围产生交变磁场，对附近通信线路和信号设施产生电磁干扰。通常应用于500kV、330kV、220kV、110kV电网。380V/220V也采用中性点直接接地。一、中性点直接接地第57页/共64页二、中性点不接地1、正常运行：电压、电流对称。（图a）2、单相接地：另两相对地电压升高为原来的3倍。单相接地电容电流为正常运行时 相线对地电容电流的3倍。（图b）图a图b第58页/共64页二、中性点不接地1.1.中性点不接地的系统，发生单相接地故障时，非故障相电压升高，对设备绝缘水平

29、要求增高，但三相线电压电流流经人体、绝缘电阻和分布电容构成回路，如电网绝缘良好，绝缘电阻较大，电网分布也不广，对地分布电容很小，则流过人体电流不大；中性点不接地的系统发生单相接地故障时，允许带故障运行不超过2h2h。2 2、适用范围：1 1）、电压小于500V500V的装置（380V/220V380V/220V装置除外）；2 2）、3 36kV6kV电力网，单相接地电流小于30A30A。3 3）、10kV10kV电力网，单相接地电流小于20A20A。4 4）、353560kV60kV电力网，单相接地电流小于10A10A。5 5）、当发电机（或调相机）直接连在3 320kV20kV电网，要求发电

30、机（或调相机）带单相接地故障运行时，单相接地电流小于5A5A。第59页/共64页三、中性点经消弧线圈接地系统A A. .B BC CN NI IL. .I IC. .I IL图1-4 中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障图1-4 中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障C CCC CB1.1.在中性点经消弧线圈接地系统中，当发生单相接地故障时，其分析过程与中性点不接地系统相同，同样允许运行2h2h，需发出报警信号。与中性点不接地的系统的特点类似，而且安装了消弧线圈，有效减少单相接地电流，能迅速熄灭故障电弧，防止间歇性电弧接地产生的过电压。第60页/共64页三、中性点经消弧线圈接地系统中性点应装消弧

31、线圈：1 1、310310kVkV电力网，单相接地电流大于30A30A。2 2、3535kVkV及以上电力网，单相接地电流大于1 10A0A。4 4、当发电机（或调相机）直接连在3 320kV20kV电网，要求发电机（或调相机）带单相接地故障运行时，单相接地电流大于5A5A根据消弧线圈的电感电流对接地电容电流的补偿程度不同，分为系列三中补偿方式：1.全补偿：消弧线圈的电感电流等于接地电容电流。2.欠补偿：消弧线圈的电感电流小于接地电容电流。3.过补偿：消弧线圈的电感电流大于接地电容电流。可以避免谐振过电压的产生。第61页/共64页四、中性点经电阻（低电阻、高电阻）接地系统A A. .B BC

32、CN NI IKR R图图1 1- -5 5 中中性性点点经经电电阻阻接接地地系系统统单单相相接接地地故故障障第62页/共64页四、中性点经电阻（低电阻、高电阻）接地系统 与中性点直接接地的特点类似，安装了接地电阻，减少单相接地电流，对附近通信线路和信号设施产生电磁干扰减弱。通常应用于10kV10kV及以下电网。和6 635kV35kV的配电网中使用，结构复杂，架空线路与电缆线路并存，且电缆线路较长，当发生单相接地故障时，系统对地的电容电流较大，可采用中性点经低值电阻（小电阻）接地方式。 中性点采用电阻接地时可以避免中性点接消弧线圈带来的谐振过电压。 10kV电网采用中性点接地低值电阻一般为10；对于单相接地故障电流小于10A，为防止谐振、间歇性电弧接地过电压等对设备的损害，可采用高值电阻接地，此时发生单相接地故障，不立即跳闸，可运行一段时间。第63页/共64页感谢您的观看！第64页/共64页