供配电技术-供配电技术-第二章_发电、变电和输电的电气部分

第二章 发电、变电、输电的 电气部分,21 概述,发电机将电能送出经过那些设备？,发电机,变压器,断路器,隔离开关,电抗器,线路,母线,主要电气一次设备（直接与发配电电路相连接的设备）,进行能量转换的设备： 发电机G、变压器T、电动机接通和开断电路的开关设备：断路器QF、隔离开关QS、熔断器FU、负荷开关限制电流和防止过电压的设备：电抗器、避雷器,变换电路电气量，隔离高压的设备：电压互感器PT、电流互感器CT载流导体接地装置,主要电气二次设备简介（对一次设备、其它设备的工作进行监测和控制保护的设备）,用于反映不正常工作状态：继电器、信号装置测量电气参数的设备：仪表、示波器、录波器控制及自动装置：控制开关，同期及自动装置连接电路的导体：控制电缆、小母线、连接线,电气主接线,在发电厂和变电所中，根据各种电气设备的作用和要求，按一定的方式用导体连接而成的电路电气接线。一次设备构成的接线，接受和分配电能的通路电气主接线二次设备构成的电路二次接线按规定的图型符号和文字符号画成的单线图电气主接线图,火电厂的电气主接线图,电气主接线图反映的主要内容,发电机台数、型号、接线方式变压器台数、型号、接线方式几个电压等级，各电压等级的接线方式断路器、隔离开关等设备的型号、个数互感器的安装位置,配电装置,根据电气主接线的连接方式，由开关电器、母线、保护和测量设备以及必要的辅助设备和建筑物组成的整体配电装置,500kV配电装置,22 电力系统基本概念,电能系统=电力系统+动力装置电力系统=发电机+变电所+输电线路 +用户电力网=变电所+输电线路+用户,动力系统与电力系统的定义(1),1 动力系统 转化、分配和应用电能及热能的全部环节称为动力系统，包括锅炉、汽轮机、发电机、核反应堆、输电线、热力管道、电力变压器、电动机、电热装置、换流装置及电动机传动机械等等。,电能系统与电力系统的定义(2),2电能系统 在动力系统中，生产、输送、转换的能量主要部分是为了生产电能，称为电能系统。3电力系统 电能系统中的电气部分称为电力系统。4电力网 在电力系统中通常把发电机和用电之间属于输电和配电的环节称为电力网。,电能系统、电力系统、电力网示意图,电力网的分类,电力网按其供电范围的大小和电压等级高低分类地方电力网 电压不超过110kV，输送距离在几十千米内的电力网，主要指一般城市、工矿区、农村配电网络 。区域电力网 电压为120220kV级的电力网，区域电力网输电线路较长，用户类型较多。超高压远距离输电网络 由330kV和550kV的远距离输电线路组成，担负着远距离、大容量发电厂的电力输送任务，往往同时联系几个区域电力网形成大型联合系统。,变电站的分类,变电站的任务是汇集电源、升降电压、分配电能变电站 可分为升压变电站和降压变电站； 或分为户外变电站、户内变电站及地下变电站； 也可按变电所容量和重要性不同分为枢纽变电站、中间变电站和终端变电站。,电力系统的运行特点与基本要求,1. 电力系统的运行特点 重要性（电能和国民经济各部门及人民生活密切）：电能在国民经济和人民生活中起着极其重要的作用，电能供应的中断或减少将影响国民经济的各个部门，造成巨大的损失。快速性（暂态过程十分短暂）：由于电能的传播速度接近光速，因而它从一处传至另一处所需的时间极短，电力系统从一种运行方式转变到另一种运行方式的过渡过程非常快，电力系统中的事故从发生到引起严重后果所经历的时间常以秒，甚至毫秒计，以至人们往往来不及作出反应。,电力系统的运行特点与基本要求,1. 电力系统的运行特点 同时性（电能不易贮存）：电能的生产、传输、分配和消费实际上是同时进行的，即所有发电厂任何时刻生产的电能必须与该时刻所有负荷所需的电能与传输分配中损耗的电能之和相平衡。这代表电力系统运行时必须满足的一类等约束条件：有功功率平衡和无功功率平衡。,电力系统的运行特点与基本要求,2. 对电力系统的基本要求（1）为用户提供充足的电能 电能是社会生产和人民生活活动中的主要能源之一。它的供应情况直接影响国民经济增长的速度。因此，首先应按照电能先行的原则作好电能系统发展的规划设计，认真搞好电能工业建设，以确保电能工业的建设优先于国民经济的其它部门的建设。,电力系统的运行特点与基本要求,2. 对电力系统的基本要求（2）保证电力系统供电的安全和可靠性 供电中断将使生产停顿、生活混乱，甚至危及人身和设备安全，给国民经济造成的损失远超过电力系统本身的损失。因此，电能系统运行首先要满足可靠、持续供电的要求。 安全性：指电力系统承受突然发生的扰动时保持不间断供电的能力。例如突然短路或失去系统元件，是否能保持功率及电压模值在允许的范围以内。电力系统的安全性表征电力系统短时间内在事故情况下维持持续供电的能力，属电力系统实时运行中要考虑的问题。,电力系统的运行特点与基本要求,2. 对电力系统的基本要求 可靠性（充裕度）指电力系统维持连续供给用户总的电力需求和总的电能量的能力，同时考虑系统元件的计划停运及合理的期望非计划停运。常用向用户长时间不间断持续供电的概率指标表示，如失负荷概率（LOLP）、失负荷频率（LOLF）、系统期望输送能力（ETC）、年电量不足期望（EENS）等。,电力系统的运行特点与基本要求,2. 对电力系统的基本要求（3）保证电能的质量（电压、频率和波形） 电压偏移一般不得超过额定电压的5%。； 频率偏移不得超过0.2Hz ； 谐波电压的畸变率（各次谐波有效值平方和的方均根值与基波有效值的百分比）的极限值：0.38kV为5%、6kV或10kV为4%、35kV或63kV为3%、110kV为1.5%。,电力系统的运行特点与基本要求,2. 对电力系统的基本要求（4）保证电能系统运行的经济性电能生产的规模很大，消耗的一次能源在国民经济一次能源总消耗中占的比重约为1/3，而且电能在变换、输送、分配时的损耗绝对值也相当可观。因此降低每一度电所消耗的一次能源和输送分配时的损耗都具有重要意义。采用高效、节能的发输、配电设备；优化电源配置和电力网络；大力开展电能系统中的经济运行工作；充分利用水电资源，合理调配水、火电厂的出力,电力系统的运行特点与基本要求,2. 对电力系统的基本要求（4）保证电能系统运行的经济性煤耗率：每生产1千瓦时电能所消耗的标准煤重线损率或网损率：电力网络中损耗的电能与向电力网络供给的电能的百分比（中国6.4%、日本3.85%、德国4.8%、美国6%）,电力系统的运行特点与基本要求,2. 对电力系统的基本要求（5）加强环境保护，防止环境污染 电力工业中的火力发电厂是一个污染源。在运行过程中会产生相当数量的固体与气体废料，造成对大气与水源的严重污染，所以要控制发电厂的排放。对于核电站要控制其放射污染。在输变电设备方面要求考虑输电线对通信及周围环境的影响，如电磁场对人体及周围设备的影响，输电杆塔对绿化地带或自然景观的影响以及变压器噪声对周围环境的影响等等。,电力系统的电压等级,为使电力工业和电工制造业的生产标准化、系列化和统一化，世界各国都制定有关于额定电压等级的标准。传输一定电能最经济的电压称为电力系统的额定电压。我国电力系统的电压等级 西北系统采用（750）/330/110/35/10kV 东北地区采用（1000）/500/220/63/10kV 其它地区采用（1000）/500/220/110/35/10kV 低压常用线电压0.38kV/相电压0.22kV 另有直流输电800kV和 500kV,IEC对电网及设备电压的选择原则,可以归纳为以下三点:1)对50Hz的标准电压，在3.3、6.6、11、22、33kV中建议采用一个。其中3.3、6.6kV不应用于配电系统。2)任一国家内，相邻两级电压之比，不应小于2倍。3)对任一地理区域内，对下列三组电压等级中只能选用每组中的一个:(245330363kV)，(363420kV)，(420525kV)。,国际大电网会议(CIGRE)与国际供电会议(CIRED)的联合工作组对电压的选择的建议,超高压(220500)kV以下的电压，其相邻两级电压之比应大于3倍。高压(50150)kV以下的电压，其相邻两级电压之比应大于5倍，并建议：1)已采用220kV或275kV为主的国家，最好选用500、230kV电压系列。2)已采用330kV或345kV为主的国家，最好选用750、330、110kV电压系列。3)在一个国家内，以选用一种电压系列为宜，以免额定电压不同的电力系统互联时，需要专用的互联变压器。,三相交流电网和电力设备的额定电压,三相交流电网和电力设备的额定电压,额定电压是用来代表电网或电气设备运行电压特性的数值。对于1000V以上的电压等级，供电设备比受电设备额定电压高5。发电机作为电源，其额定电压比同等电压级的电网电压高5。直接与发电机组相连的变压器一次绕组的额定电压与发电机相同。,三相交流电网和电力设备的额定电压,变压器一次绕组与线路或母线相连时，其额定电压与相连的线路或母线电压相同。对于变压器的二次绕组，因变压器在满载时其本身内部压降约占5，所以在计级较长的线路压降时，变压器二次侧额定电压应比线路额定电压或用电设备额定电压高10，当线路不长时，变压器二次侧电压则只高5。对于1000V以下的电压等级，供电(电源)与受电设备的额定电压则取得相等。,电压和频率,线路正常运行时电压允许在额定电压的一定变化范围35kV及以上5%Ue10kV及以下7%Ue低压照明及农业用电(+5% -10%)Ue,我国规定的电力系统的额定频率为50HZ大容量系统允许频率偏差0.2 HZ中小容量系统允许频率偏差0.5 HZ。,频率主要取决于 有功功率的平衡电压主要取决于无功功率的平衡可通过调频措施来保证频率的稳定和合格。可通过调压和无功补偿等措施来保证电压的稳定和合格。电力系统的供电电压（或电流）的波形为严格的正弦波形。,电能质量的保证,各级电压送电线路的输送能力,额定电压kV 送电容量MW 送电距离km 10 0.22.0 1020 20 1.05.0 1530 35 2.0一15 2050 60 3.530 30100 110 1050 50150 220 100500 100300 330 200800 200600 500 10001500 150850 750 20002500 500以上,电力系统负荷,1.电力系统的负荷: 电力系统的负荷指从电力系统中取用功率或电力的各种用电设备。2. 负荷分类: (1)一级负荷: 指供电突然中断将造成人员伤亡，或政治上造成极坏影响，经济上造成重大损失或引起社会混乱的负荷。 (2)二级负荷:指供电突然中断将造成政治上不好影响，经济上较大损失或社会生活的正常规律被打乱的负荷。(3)三级负荷:指有计划停电时不会造成较大影响的负荷。,负荷曲线的绘制及其特性系数,运行日负荷曲线:指以横轴代表时间延续，以纵轴代表实测的功率变化，逐点描绘而成的曲线。该曲线下包围的面积表示一天24小时内的电能消耗。,无功功率电源,发电机,同步调相机,静电电容器,静止无功补偿器,静止无功发生器,无功功率电源发电机,发电机是唯一的有功功率电源，又是最基本的无功功率电源。 COS=0.9 在一定定子电压和电流下，当功率因数下降（过励）时，发电机有功功率输出减小，无功功率增大。,Q,无功功率电源同步调相机,同步调相机相当于无原动机的同步发电机。在过励磁运行时，向系统供给无功功率，起无功电源的作用；在欠励磁运行时，它吸收感性无功功率，起无功负荷作用。由于相应速度较慢，难以适应动态无功控制的要求，20世纪70年代以来已逐渐被静止无功补偿装置所取代,无功功率电源静电电容器,静电电容器供给的无功功率Qc与所在节点的电压V的平方成正比，即 QcV2/Xc式中，Xc 为静电电容器的电抗。当节点电压下降时，它供给系统的无功功率将减少。因此，当系统发生故障或由于其他原因电压下将时，电容器无功输出的减少将导致电压继续下降。换言之，电容器的无功功率调节性能比较差。,无功功率电源静止无功补偿器,静止无功补偿器,静止无功补偿器,SVC由静电电容器与电抗器并联组成，SVC在我国电力系统中将得到广泛应用,静止无功补偿器,SVC 现场图,无功功率电源静止无功发生器,它是一种更为先进的静止型无功补偿装置(SVG),它的主体是电压源型逆变器。适当控制逆变器的输出电压，就可以灵活地改变SVG的运行工况，使其处于容性负荷、感性负荷或零负荷状态。与SVC比较，SVG具有反应快、运行范围宽、谐波电流含量少等优点。尤其是电压较低时仍可向系统注入较大的无功电流,2017/12/27,静止补偿器STATCOM,由48支4500v/4000AGTO元件及其附件组成的国产20Mvar-STATCOM,STATCOMTSC（FC）TSR,混合型静止无功补偿器HSVG,电力系统无功功率平衡,无功功率平衡的基本要求无功电源发出的无功功率应该大于或至少等于负荷所需的无功功率和网络中的无功损耗之和系统还必须配置一定的无功备用容量尽量避免通过电网元件大量的传送无功功率，应该分地区分电压级地进行无功功率平衡一般情况下按照正常最大和最小负荷的运行方式计算无功平衡，必要时还应校验某些设备检修时或故障后运行方式下的无功功率平衡,电力系统无功功率平衡,无功平衡是一个比有功平衡更复杂的问题。 一方面，不仅要考虑总的无功功率平衡还要考虑分地区的无功平衡，还要计及超高压线路充电功率、网损、线路改造、投运、新变压器投运及大用户各种对无功平衡有影响的变化,一般无功功率按照就地平衡的原则进行补偿容量 的分配。小容量的、分散的无功补偿可采用静电 电容器；大容量的配置在系统中枢点的无功补偿 则宜采用同步调相机或SVC,电力系统中性点的运行方式,电力系统中性点的运行方式,1、电力系统的中性点： 发电机、变压器的中性点 主要指变压器Y形接线的中性点2、运行方式共三种： 中性点不接地 中性点经消弧线圈接地 中性点直接接地 大接地电流系统3、分析中性点运行方式的目的： 运行方式的不同会影响运行的可靠性、设备的绝缘、通信的干扰、继电保护等,小接地电流系统,中性点不接地系统（图）,中性点不接地系统正常运行特点,三相对地电压对称并等于相电压；三相对地电容电流对称；中性点与地同电位，等于0 ；,中性点不接地系统单相接地（图）,2. 若发生一相接地（例C相接地）,中性点不接地系统单相接地分析(1),由c相接地时的相量图可见: 中性点对地电压升高为相电压，如图oo相量 接地相对地电压为 未接地两相对地电压升高为线电压 三相线电压不变,中性点不接地系统单相接地分析(2),接地点电容电流是正常运行时一相对地电容电流的三倍 。 电容电流增大会使接地点有火花，并可能使故障扩大。因此，这种