第一章 电力系统的运行技术ppt课件

火电机组培训 报告人 胡志光 单位 华北电力大学 电气设备及运行 讲稿 前言 一 教学内容和学时分配第一章电力系统运行技术8学时第二章汽轮发电机运行技术7学时第三章电力变压器运行技术5学时第四章厂用电动机运行技术5学时第五章高压配电设备5学时第六章电气主接线和厂用电5学时第七章发电厂的继电保护10学时第八章发电厂的电气控制和信号5学时 电气 总复习和考试5学时 二 对听课学习要求 1 按时认真听课 适当做一些笔记 课后看每章的复习题 2 电气内容抽象 起点高 涉及面广 需要在理解的基础上逐步提高水平 3 讲课中或工作中遇到的电气问题 可利用课间或写纸条与我及时沟通 4 授课内容尽可能少讲设计计算 多讲电气设备结构 原理 运行维护等内容 5 通过学习唤醒复习基础知识 澄清电气概念 提高运行维护水平 三 电气设备及运行 试卷题型 1 判断题 10小题 2分 20分2 选择题 10小题 2分 20分3 填空题 10小题 2分 20分4 问答题 5小题 4分 20分5 绘图题4小题 5分 20分闭卷考试 注意审题 答题不分先后 写上题号直接答 火电机组培训 报告人 胡志光 单位 华北电力大学 第一章电力系统的运行技术 电气设备及运行 讲稿 第一章目录第一节三相交流电路的基本概念第二节电力系统概述第三节电力系统有功功率平衡和频率调整第四节电力系统无功功率平衡和电压调整第五节电力系统运行的稳定性第六节电力系统中性点的接地方式复习思考题 第一节三相交流电路的基本知识 1 三相电压瞬时值表达式为 三相电源通常由三相同步发电机产生 三相绕组在空间相互差120 当转子以均匀角速度 转动时 在三相绕组中产生感应电压 从而形成对称三相电源 依次为A相 B相 C相 3 三相电源电压对称的特点 2 三相电压的波形与相量表示 三角形连接 星形连接 三角形连接 4 三相电源的连接方式 5 三相负载的连接方式 星形连接 Y 接法 三相电路就是由对称三相电源和三相负载连接起来所组成的系统 Y Y接法 Y接法 接法 Y0 Y0接法 三相四线制 三相三线制 1 Y连接相电压和线电压之间的关系 线电压对称 大小相等相位互差120o 结论 对Y接法的对称三相电源 1 相电压对称 则线电压也对称 3 线电压相位超前对应相电压30o 所谓的 对应 对应相电压与线电压的第一个下标字母相同 2 线电压大小等于相电压的倍 即 2 连接相电流和线电流之间的关系 线电流对称 大小相等相位互差120o 结论 对 接法的对称三相负载 1 相电流对称 则线电流也对称 3 线电流相位滞后对应相电流30o 所谓的 对应 对应线电流与相电流的第一个下标字母相同 2 线电流大小等于相电流的倍 即 6 三相电路的功率 三相电路的功率为各相功率的总和 6 1三相四线制的功率 根据相电压和相电流分别计算各相的功率 然后相加而得三相总功率 1 三相电路的有功功率 2 三相电路的无功功率 3 三相电路的视在功率 4 三相电路的功率因数 注 三相电路不对称时 视在功率和功率因数只有计算意义 没有实际意义 当三相电路对称时 各相功率相等 三相电路总有功功率 无功功率和视在功率等于单相功率的三倍 功率因数等于各相的功率因数 即 6 2三相对称交流电路的功率 将相电压与线电压 相电流与线电流的关系代入到功率的计算式中 可得 三角形接线 星星接线 注意 两套公式中的指的都是相电压和相电流之间的夹角 7 交流电路中的阻抗 在三相交流电路中 总是按对称方式给出一相线路或绕组的阻抗Z 阻抗Z R j XL XC 其中 1 电阻R上的电压与电流同方向 且满足 2 感抗XL 2 fL L上的电压超前电流90 且满足 3 容抗XC 1 2 fC 1 C上的电压滞后电流90 且满足 4 电抗X XL XC 5 阻抗 8 正 负 零序分量的概念1 正序电压分量的波形图与相量图 三相对称正序电压分量的特点 8 正 负 零序分量的概念2 负序电压分量的波形图与相量图 三相对称负序电压分量的特点 8 正 负 零序分量的概念3 零序电压分量的波形图与相量图 三相对称零序电压分量的特点 9 燃煤电厂常用英文缩写含义 1 DCS 分散控制系统 2 DAS 数据采集系统 3 MCS 模拟量控制系统 4 SCS 顺序控制系统 5 FSSS 锅炉炉膛安全监控系统 6 AGC 自动发电量控制 7 AVC 无功电压控制 8 RTU 微机远动装置 9 SPDnet 电力调度数据网络 10 NCS 升压站网络监控系统 11 OPGW 光纤复合架空地线 12 AIS 靠空气绝缘的配电装置 13 GIS 靠SF6气体绝缘的配电装置 14 ECS 电气微机监控系统 15 ETS 汽机跳闸保护系统 16 TSI 汽机安全监视系统 17 SIS 厂级监控信息系统 18 MIS 厂级管理信息系统 19 DEH 汽轮机数字电液控制系统 20 ASS 模拟仿真系统 9 燃煤电厂常用英文缩写含义 21 UPS 交流不间断电源 22 PC 动力中心 23 MCC 电动机控制中心 24 FC 高压熔断器加真空接触器 25 PLC 可编程逻辑控制器 26 PSS 电力系统稳定器 27 AVR 自动电压调节器 28 BTG 集控室内常规仪表盘柜 29 BMCR 锅炉最大连续蒸发量 30 TRL 汽机的额定功率 31 T MCR 汽机最大连续输出功率 32 VWO 汽机阀门全开时的输出功率 33 USC 超超临界 炉内蒸汽温度不低于593 或蒸汽压力不低于31MPa 34 FGD 湿式石灰石 石膏法烟气脱硫 35 SCR 选择性催化还原烟气脱硝 36 GGH 气气换热器 10 电气常用术语1 欧姆定律 是指在同一电路中 导体中的电流跟导体两端的电压成正比 跟导体的电阻成反比 2 电磁感应定律 是确定感应电动势大小的定律 即闭合电路中产生的感应电动势的大小跟穿过该电路的磁通量变化率成正比 即e d dt 式中负号表示感应电动势的方向 3 右手定则 右手平展 使大拇指与其余四指垂直 并且都跟手掌在一个平面内 把右手放入磁场中 若磁感线垂直进入手心 当磁感线为直线时 相当于手心面向N极 大拇指指向导线运动方向 则四指所指方向为导线中感应电流 感生电动势 的方向 一般知道磁场 电流方向 运动方向的任意两个 让你判断第三个方向 4 右手螺旋定则 用右手握螺线管 让四指弯向螺线管的电流方向 大拇指所指的那一端就是通电螺线管的北极 直线电流的磁场的话 大拇指指向电流方向 另外四指弯曲指的方向为磁感线的方向 磁场方向或是小磁针北极所指方向或是小磁针受力方向 5 左手定则 又称电动机定则 伸开左手 使拇指与其余四个手指垂直 并且都与手掌在同一平面内 让磁感线从掌心进入 并使四指指向电流的方向 这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向 这就是判定通电导体在磁场中受力方向的左手定则 6 集肤效应 是指导体通过交流电流时 在导体截面中存在边缘部分电流密度大 中心部分电流密度小的现象 交流电流的频率越高 集肤效应现象越显著 7 基尔霍夫电压定律 在任何一个闭合回路中 各元件上的电压降的代数和等于电动势的代数和 即从一点出发绕回路一周回到该点时 各段电压的代数和恒等于零 即 U 0 8 迟相运行 使发电机励磁系统处于过励磁状态时 既向系统输送有功功率又输送无功功率 功率因数为正 这种运行状态称为迟相运行 也称正常运行 9 进相运行 通过减少发电机励磁电流 使发电机电动势减小 功率因数角变为超前时 发电机的定子电流产生助磁电枢反应 发电机在向系统输送有功功率的同时 从系统吸收无功功率 这种运行状态称为进相运行 10 同步转速 是指发电机定子绕组电流合成的旋转磁场的转速 通常该转速与转子的机械转速相同 同步转速n1可表示为 n1 60f p r min 式中f 电源频率 p 电机的极对数 11 异步转速 是指电动机转子的机械转速 通常该转速小于同步转速 异步转速n可表示为 n 1 s n1 r min 式中s 转差率 n1 同步转速 12 稳态 就是稳定的状态 在电子电路里 在进入稳态前 都需要经历暂态过程 然后才进入稳态 此时其输出的电压和电流近似恒定 如果施加在此电路上的条件不变 则此状态将继续保持下去 13 暂态 是指电路从一个稳定状态 由于某种作用发生变化 经过一个过渡过程进入到另一个稳定状态 那么这个过渡过程称为 暂态 14 次暂态 次暂态是描述发电机短路最初期受到转子阻尼绕组和转子表面电抗影响而形成的短路过程 通常用次暂态电抗来描述短路初期的短路电流大小 15 绝缘电阻 是电气设备绝缘层在直流电压作用下呈现的电阻值 是指加于试品上的直流电压与流过设备的泄露电流之比即 R U I 16 吸收比K1 是指电气设备60s测得的绝缘电阻值 R60 与15s测得的绝缘电阻值 R15 之比值 即K1 R60 R15 当K1大于或等于1 3时为合格 17 介质损耗 是指绝缘材料在电场作用下 在其内部引起的能量损耗 在交变电场作用下 电介质内流过的电流相量和电压相量之间的夹角 功率因数角 的余角 称为介质损耗角 介质的有功功率与无功功率的比值称为介质损耗正切值tan tan 1 CR 式中 为交变电场的角频率 C为介质电容 R为介质电阻 第二节电力系统概述 一 电力系统的组成1 电力系统 由生产 输送 分配 消耗电能的发电机 变压器 电力线路和各种用电设备组成的统一整体就叫做电力系统 2 电力网 由升降压变压器和电力线路所组成的网络叫做电力网 主要承担输送电能任务的电网称为输电网 110 220kV的输电网称为高压输电网 330kV 750kV的输电网称为超高压输电网1000kV及以上的输电网称为特高压输电网 主要承担分配电能任务的电网称为配电网 3 35kV的配电网称为高压配电网 380V 220V 的配电网称为低压配电网 3 动力系统 由电力系统和火电厂的锅炉 汽轮机 热力网和用热设备组成的整体叫做动力系统 电力系统和电力网络示意图 如图所示 核电厂的内部它通常由一回路系统和二回路系统组成 反应堆是核电厂的核心 反应堆工作时放出的热能 由一回路系统的冷却剂带出 用以产生蒸汽 因此 整个一回路系统被称为 核供汽系统 它相当于火电厂的锅炉系统 为了确保安全 整个一回路系统装在一个被称为安全壳的密闭厂房内 这样 无论在正常运行或发生事故时都不会影响安全 由蒸汽驱动汽轮发电机组进行发电的二回路系统 与火电厂的汽轮发电机系统基本相同 4 大电力系统的优越性 提高供电可靠性和电能质量 因为大电力系统中个别机组发生故障对系统影响较小 从而提高了供电可靠性 大电力系统中个别负荷变动不会造成系统电压和频率的明显变化 从而改善电能质量 2 可减少系统的装机容量 提高设备利用率 大电力系统往往占有很大的地域 因为存在时差和季差 各小系统中最大负荷出现的时间就不同 综合起来的最大负荷 也将小于各小系统最大负荷相加的总和 因此 大电力系统中总的装机容量可以减少 设备的利用率可以提高 3 便于安装大机组 降低造价 在100 1000万kW电力系统中 最经济的单机容量为系统总容量的6 10 可见 系统容量越大 越便于安装大机组 而大机组每千瓦设备的投资 生产每千瓦 时电能的燃料消耗厂用电率和维修费用都比小机组的小 从而可降低造价和运行费用 4 合理利用各种资源 提高运行的经济性 水电厂发电易受季节影响 在夏秋丰水期水量过剩 在冬春枯水期水量短缺 水电厂容量占的比例较大的系统 将造成枯水期缺电 丰水期弃水的后果 将水电比例较大的系统与火电比例较大的系统连接起来并列运行 丰水期水电厂多发电 火电厂少发电并适当安排检修 枯水期火电厂多发电 水电厂少发电并安排检修 这样既能充分利用水利资源 又能减少燃料消耗 从而降低电能成本 提高运行的经济性 1 电能生产的特点 1 同时性 电能生产 输送 分配 消费同时进行 即电能不能储存 2 快速性 过渡过程非常短暂 发电机 变压器 输电线路 用户 电动机 的投入或切除都是在瞬间完成 电力系统从一种运行方式过渡到另一种运行方式的过程非常短暂 3 重要性 与国民经济各个部门紧密相关由于电能与其它能量转换方便 且宜于大量生产 集中管理 远距离输送和自动控制 所以电能在使用方面具有显著优势 被广泛使用 电能不但有本身的使用价值 而且还有社会价值 4 地区性 电力系统的电源结构与资源分布与地区有关 而负荷结构却与工业布局 城市规划 电气化水平有关 至于输电线路的电压等级 线路配置等则与电源与负荷间的距离 负荷的集中程度等有关 因此 应根据本地区的特点规划 建设和发展电力系统 二 电力生产的特点及对其要求 2 对电力系统的基本要求 1 最大限度地满足用户的用电需要 按照电力先行的原则 做好电力系统的发展规划 确保电力工业的建设优先于其它工业部门 其次 还要加强现有电力设备的运行维护 以充分发挥潜力 防止事故发生 2 保证供电的可靠性 供电的中断将使生产停顿 生活混乱 甚至危及人身和设备安全 后果十分严重 随着电能使用的普及 对供电可靠性要求越来越高 3 保证良好的电能质量 所谓电能质量 是指电压 频率 波形三个技术指标 电能质量的标准是 电压变化范围为额定电压的 5 频率变化范围为额定频率的 0 2Hz 任一高次谐波的瞬时值不得超过同相基波电压瞬时值的5 4 保证电力系统运行的经济性 就是使电力系统在运行中做到最大限度地降低燃料消耗 降低厂用电率和网损率 采取合理利用能源 降低发电成本 使负荷在各发电厂之间合理分配 使发电机组实现优化组合等措施 均会产生极大的经济效益 3 电力系统发展概况 1 1882 1949年是我国电力工业停滞落后的发展阶段1949年全国电力总装机185万kW 居世界第21位 全国年发电量43亿kWh 居世界第25位 2 1949 1980年是我国电力工业从起步到有较快发展阶段1956年国产第一台0 6万kW机组在淮南田家庵电厂投产 1980年全国电力总装机6587万kW 居世界第8位 全国年发电量3006亿kWh 居世界第6位 3 1980 至今是我国电力工业飞速发展阶段1990年全国电力总装机13542万kW 居世界第5位 全国年发电量5200亿kWh 居世界第4位 2000年全国电力总装机29000万kW 居世界第2位 全国年发电量14000亿kWh 居世界第2位 2010年全国电力总装机95000万kW 居世界第2位 全国年发电量41400亿kWh 居世界第2位 2015年全国电力总装机140000万kW 居世界第1位 全国年发电量56148亿kWh 居世界第1位 三 电力系统的电压等级 如图所示为电力系统电压分层结构示意图 根据传输功率的大小和传输距离的远近来确定使用不同的电压等级 1 电力系统的标称电压和电气设备的最高电压 2 发电机的额定电压 1 变压器一次绕组的额定电压有以下几种情况 对于升压变压器 与发电机额定电压相同 即3 15 6 3 10 5 13 8 15 75 18 20 22 24 26kV 对于降压变压器 一次绕组的额定电压与相连线路的标称电压相同 即3 6 10 35 66 110 220 330 500 750 1000kV 但是 对于发电厂厂用高压变压器 一次绕组的额定电压与发电机的额定电压相同 2 变压器二次绕组的额定电压 首先看变压器二次绕组额定电压的理由 在额定运行时 变压器二次侧额定电压应较线路高出5 但又因变压器二次侧额定电压规定为空载时的电压 而在额定电流负载下 变压器内部的电压降约5 为使正常运行时变压器二次侧电压较线路标称电压高出5 故规定一般大中容量变压器二次侧额定电压应较相连线路标称电压高出10 只有短路电压百分数较小 Uk 7 的小容量变压器 或二次侧直接与用电设备相连的变压器 如厂用变压器 其二次侧额定电压才较线路标称电压高出5 因此 变压器二次绕组的额定电压较相连线路标称电压高出5 的为 3 15 6 3 10 5kV 在城市电网中 由于送电距离较近 多选此种额定电压 变压器二次绕组的额定电压较相连线路标称电压高出10 的为 3 3 6 6 11 38 5 121 242 363 550kV 3 变压器的额定电压 4 各级电压电力网的输电能力 电力网各部分电压分布示意图 四 电力系统的负荷 1 电力系统的负荷分类电力系统的负荷是指电力系统中所有用电设备消耗功率的总和 它们又分为动力负荷 如 异步电动机 电热电炉 整流设备及照明负荷等 综合用电负荷 供电负荷和发电负荷 电力系统的综合用电负荷是指工业 农业 交通运输 市政生活等各方面消耗功率之和 电力系统的供电负荷是指电力系统的综合用电负荷加上网损后的负荷 电力系统的发电负荷是指供电负荷再加上发电厂厂用电负荷 即发电机应发出的功率 2 负荷曲线负荷曲线是指某一段时间内负荷随时间变化的曲线 负荷曲线可按以下三种特征分类 1 按负荷性质分为有功负荷曲线和无功负荷曲线 2 按时间长短分为日负荷曲线和年负荷曲线 3 按计量地点分为个别用户 电力线路 变电所 发电厂及整个电力系统的负荷曲线 日负荷曲线 1 短路的类型三相系统中短路的基本类型及相应的代表符号为 三相短路 k 3 故障率为5 两相短路 k 2 故障率为4 单相短路 k 1 故障率为83 两相接地短路 k 1 1 故障率为8 如下图所示为各种短路的示意图 五 电力系统短路的基本概念 2 短路的原因 电力系统发生短路的主要原因是载流部分的绝缘破坏所致 一般可分为下列几种情况 1 载流部分过热使绝缘破坏 绝缘材料陈旧老化 污秽 机械损伤等 2 设备缺陷未发现或未及时消除 3 输电线路断线或倒杆 使导线接地或相碰 4 工作人员误操作 5 系统遭受某种过电压的冲击 致使某些性能变劣的绝缘部件击穿 6 动物跨接到裸露导体上 或刮风 下雨 雾露 冰雹 地震 雷击等自然灾害 短路电流曲线 3 短路电流波形 1 短路电流很大 将使导体严重发热 造成导体熔化和绝缘损坏 也可能烧坏周围的设备 2 巨大的短路冲击电流还将产生很大的电动力作用于导体 可能使导体变形或损坏 3 由于短路电流基本是感性电流 它会使电网电压降低 可能引起电压崩溃 造成大面积停电 4 短路时由于系统中功率分布的突然变化和电网电压的降低 可能导致并列运行的同步发电机组之间稳定性破坏 5 巨大的短路电流将在周围空间产生很强的电磁场 尤其是不对称短路所产生的不平衡交变磁场 会对周围的通信网络 信号系统 晶闸管触发系统及控制系统产生干扰 4 短路的危害 1 防止短路的发生 2 限制短路电流 3 正确选择电气设备 4 快速切除故障 5 减少短路危害的措施 一 频率调整的必要性1 频率变化对用户的影响 1 大多数工业用户都使用异步电动机 而异步电动机的转速与系统频率有关 系统频率的变化将引起电动机转速的变化 从而影响产品质量 如纺织工业 造纸工业等 将由于频率的变化出现残次品 2 系统频率降低 将使电动机的出力下降 造成工厂减产 经济效益降低 3 现代工业和国防等部门广泛使用计算机等电子设备 系统频率不稳定 将会影响电子设备的精确性 2 频率变化对电力系统本身的影响 1 发电厂的厂用机械 水泵 风机等 是由异步电动机拖动的 系统频率降低 使厂用机械出力减少 从而危及发电设备的正常运行 严重时会造成系统 频率崩溃 2 系统在低频运行时 容易引起汽轮机叶片的共振 缩短汽轮机叶片的寿命 严重时会使叶片断裂 3 系统频率降低时 异步电动机和变压器的励磁电流增大 引起系统无功不足 电压下降 给电压调整增加困难 第三节电力系统有功功率平衡和频率调整 二 电力系统有功功率的平衡1 有功功率平衡电力系统运行中 在任何时刻 所有发电厂发出的有功功率的总和 也称发电负荷 都是与系统的总负荷在某一频率下相平衡 即 为了保证良好的电能质量 电力系统的有功功率平衡应该在频率允许变化范围内的平衡 当系统频率的变化超出允许范围时 则应进行频率调整 2 系统的备用容量为了实现系统有功功率的平衡 系统应有一定的备用容量 系统的备用容量是指在系统最大负荷情况下 系统的可用电源容量大于发电负荷的部分 热备用容量一般取系统最大有功负荷的2 5 为宜 冷备用容量一般取系统最大有功负荷的3 6 为宜 有功功率负荷的变动分类示意图 PL1 第一种负荷变动 PL2 第二种负荷变动 PL3 第三种负荷变动 PL 实际综合负荷变动 3 有功功率负荷的变动分类 三 系统负荷和电源的频率静态特性1 系统负荷的频率静态特性 2 发电机组的频率静态特性 离心飞摆式调速系统原理示意图1 飞摆 2 弹簧 3 错油门 4 油动机 5 调频器 1 系统频率的一次调整系统频率的一次调整 或称一次调频 是指由发电机组的调速器实现的 针对第一种负荷变动引起的频率偏移所进行的调整 四 电力系统的频率调整 系统频率的二次调整 或称二次调频 是指由发电机的调频器 也称同步器 实现的 针对第二种负荷变动引起的频率偏移所进行的调整 2 系统频率的二次调整 五 调频电厂分类 1 主调频电厂 负责全系统的频率f 50 0 2Hz 2 辅助调频电厂 只在电力系统频率偏移超过50 0 2Hz时 才参加调频 3 非调频电厂 在系统正常运行情况下 按照预定的日发电计划发电 只有在电力系统频率偏移超过50 0 5Hz时才参加调频 3 系统频率的三次调整系统频率的三次调整 或称三次调频 是指由调度中心针对第三种负荷变化的预测 并按照最优化原则 向各发电厂下达的发电计划 六 系统频率异常的处理系统频率突然大幅度下降 说明发生了电源事故 包括发电厂内部 或系统解列事故 使系统有功功率不能保持平衡造成的 通常 系统内都装有一定的备用容量机组和低频减负荷装置 事故发生时 备用机组迅速投入或低频减负荷装置自动将部分负荷切除 以防止频率的进一步下降 电力系统在低频率下运行是很危险的 这是因为电源与负荷在低频下重新平衡很不稳定 有可能再次失去平衡 使频率重新下降 系统频率的下降又会影响厂用机械出力 造成主机故障或停运 使上述过程进一步加剧 造成系统频率崩溃 系统瓦解 此外 频率下降还会使无出力下降 严重时产生电压崩溃 1 系统频率低于允许值的处理 1 当电力系统频率降低至49 5Hz以下时 如系统出力具有储备 则各发电厂的值班人员无须等待调度命令 应立即自行增加出力 直至频率恢复至49 5Hz以上或已达到该发电厂运行中机组的最大可能出力为止 2 当系统频率下降至49 2Hz时 系统中各发电厂均应立即增加机组出力使系统频率升至49 5Hz 第一 第二调频厂继续增加机组出力使系统频率自49 5Hz升至49 8Hz 第一调频厂再继续增加机组出力使系统频率自49 8Hz升至50 0Hz 如果系统增加的出力足够 则无须再采取其它措施 但如运行中机组出力已达到最大可能出力 频率仍未能升至49 5Hz以上 调度员应命令立即将系统备用容量投入运行 但如此时系统频率还不能恢复至49 5Hz以上 则调度员应下令拉闸限电 直至频率升至49 5Hz以上 在调节中 一般情况下频率低于49 8Hz的持续时间不得超过30min 频率低于49 5Hz持续时间不得超过15min 超出此项规定时为系统频率异常 此时系统中所有电厂应主动调整出力 并联系调度 3 当频率降至48 5Hz或48Hz以下时 分下面不同情况处理 1 对各电厂和变电所的值班人员来说 当频率降至48 5Hz或48Hz以下时 应检查低频自动减载装置的动作情况 并注意频率的改变 如果相应的低频自动减载装置在整定频率下未动作 值班员应手动切断相应的线路 如果系统中未装设低频自动减载装置时 值班员应按调度规定的减负荷规定 实行按频率手动减负荷 2 对系统调度员来说 当频率低于48 5Hz或48Hz以下 但稳定在46Hz以上时 可等待一定时间 一般为1 2min 在这段时间内可观察低频自动减负荷装置的动作或现场值班员手动减负荷的结果 如未见频率恢复到49Hz以上时 则应下令切除部分负荷 使频率恢复至49Hz以上 然后 调度员再继续采取措施 将频率恢复至49 5Hz以上 使频率低于49 5Hz的持续时间不超过15min 3 当系统频率降低至46Hz以下时 系统值班调度员应下令立即切除部分负荷 甚至切除整个变电所 2 系统频率高于允许值的处理当系统频率高于50 5Hz时 担任调频的第一 第二调频厂应首先降低出力 直至频率恢复至50 5Hz以下为止 如经过一定时间 频率不能恢复至50 5Hz以下 则其余发电厂应自行降低出力至频率恢复到50 5Hz以下为止 频率高于50 2Hz时间不得超过15min 超出此项规定时也为系统频率异常 3 频率降低至足以破坏发电厂厂用电系统正常运行时的处理当系统频率降低时 对厂用机械 特别是对某些重要的厂用机械影响严重 例如 频率下降将使引风机 送风机出力下降 而使高压给水泵出力大为下降 这样就使风压下降和给水量下降 给水母管压力下降 从而使蒸汽量及汽压亦减小 进而使发电机出力降低 使系统频率更低 造成恶性循环 发展下去可能造成全厂停电和系统性事故 此外 频率下降还将使循环水泵 凝结水泵出力下降 使汽机真空下降 汽耗加大出力降低 同样也产生上述的后果 当电力系统的频率降低至足以破坏厂用电系统的正常运行值时 发电厂值班人员应根据事先的规定 采取下列不同措施 1 当有蒸汽带动的厂用设备时 首先将重要的厂用设备改用蒸汽带动 2 当有专用厂用发电机时 将厂用发电机与系统解列 单独供给厂用电 3 将供给厂用电的一台或数台发电机连同一部分可与系统分割的线路 包括最重要的用户 自系统中分出 单独运行 4 将全厂及该地区全部负荷自系统中分出 单独运行 在采取上述第 3 4 项措施时 应使解列的机组数尽可能少 并使解列后单独运行的机组带尽可能多的负荷 以免系统频率进一步下降 一 电压调整的必要性1 电压变化对用户的影响各种用电设备都是按照额定电压来设计制造的 这些设备在额定电压下运行能取得最佳效果 电压偏离额定值过多时 将对用户产生不良的影响 2 电压变化对电力系统本身的影响对电力系统而言 电压降低会使电网的电能损耗加大 电压过低时还可能危及电力系统运行的稳定性 甚至造成 电压崩溃 而电压过高又威胁电气设备的绝缘 使电气设备产生过激磁 因此 保证系统电压接近额定值是电力系统运行调整的基本任务之一 第四节电力系统无功功率平衡和电压调整 1 无功功率的概念在交流电力系统中反映电场与磁场交换能量多少的物理量就是无功功率 即将电能转换为磁能 再将磁能转换为电能 周而复始 并没有消耗 这部分能量我们称为 无功功率 没有这部分功率 就不能建立系统电压和磁场 电力系统的有功功率就不能通过变压器 电动机等设备进行传递 2 无功电源分类 1 同步发电机 2 同步调相机 3 并联电力电容器 4 静止无功补偿器 如图所示 二 电力系统无功功率的平衡 AVR 1 断路器 2 变压器 3 电容器 4 电抗器 5 可控硅开关 6 电压互感器 7 自动电压调整器 4 无功功率的平衡在电力系统中 无功功率平衡是针对某枢纽点在任意时刻某电压下 电源供应的无功功率 QG与无功负荷消耗的无功功率 QL的相平衡 其关系式与有功功率相似 如下式所示 3 无功负荷分类 1 异步电动机 2 电抗器或电磁元件 3 输电线路 4 电力变压器 无功功率平衡关系曲线 根据如上的平衡关系 定期作无功功率平衡计算的大体内容是 1 参考累积的运行资料确定未来的 有代表性的无功功率日负荷曲线 2 确定出无功功率日最大负荷时系统中无功功率负荷的分配 3 假设各无功功率电源的容量和配置情况以及某些枢纽点的电压水平 4 计算系统中的潮流分布 作出潮流分布图 5 根据潮流分布情况 统计出平衡关系式中各项数据 判断系统中无功功率能否平衡 6 如统计结果表明系统中无功功率有缺额 则应变更上列假设条件 重作潮流分布计算 而如无功功率始终无法平衡 则应进一步考虑增设无功电源的方案 三 电压中枢点调压方式 电力系统中监视 控制和调整电压的母线称为电压中枢点 由于电力系统结构复杂 负荷多 如对每个用电设备的端电压都进行监视和调整 不仅没有可能 而且也没有必要 一般负荷都由这些中枢点供电 如能控制住这些点的电压偏移 也就控制住了系统中大部分负荷的电压偏移 于是 电力系统的电压调整问题 也就转变为保证各电压中枢点的电压偏移不超出给定范围的问题 通常选择下列母线作为电压中枢点 1 区域性大型发电厂和枢纽变电所高压母线 2 枢纽变电所的6 10kV电压母线 3 有大量地方负荷的发电厂6 10kV的发电机电压母线 电压中枢点调压方式有逆调压 恒调压 顺调压三种类型 1 逆调压当中枢点供电至负荷点的线路较长 负荷变动较大 而电压质量要求又比较高的时候 一般规定要在中枢点实行 逆调压 即在最大负荷时 把中枢点电压提高到比线路标称电压高5 在最小负荷时 把中枢点电压降低为线路的标称电压值 采用这种调压方式 可以使得在最大负荷时 负荷点的电压不会因线路的电压损耗较大而过低 在最小负荷时 又不会因线路的电压损耗较小而偏高 中枢点实行 逆调压 以后 所提供的电压质量是高的 但需要在电压中枢点装设较贵重的调压设备 如调相机 静止补偿器 有载调压变压器等 才可实现 2 恒调压如果负荷变动较小 线路上的电压损耗变化不大 这种情况只要把中枢点电压保持在比线路标称电压高2 5 内的某一数值 恒定不变 即不必随负荷的变动来调整中枢点电压的调压方式称为恒调压 恒调压比逆调压要求低些 一般可以不装设贵重的调压设备 利用改变普通变压器的分接头或装设电力电容器就可以达到要求 3 顺调压如果负荷变动较小 线路上的电压损耗变动不大 或用户允许电压偏移较大 这时可采用顺调压方式 即在最大负荷时允许中枢点电压低一些 但不得低于线路标称电压的1 025倍 在最小负荷时允许中枢点电压高一些 但不得高于线路标称电压的1 075倍 也就是要求中枢点的电压偏移在 2 5 7 5 内 顺调压是一种较低的调压要求 一般不需要加装特殊的调压设备 而通过选择普通变压器的分接头来实现 以上讨论的是电力系统正常运行时的调压方式 如果系统发生事故 电压损耗要比正常时大 此时对电压质量的要求可降低些 通常允许电压偏移较正常情况再增加5 四 电力系统的调压措施1 依靠改变发电机的励磁电流调压改变发电机的励磁电流就可以调节它的端电压 一般发电机的端电压允许有 5 的波动 由于这种调压措施不需要另外增加设备 所以应予优先考虑 2 依靠改变变压器变比调压改变变压器分接头的方式有两种 一种是在停电情况下改换分接头 称为无励磁调压 另一种是在带电运行情况下改换分接头 称为有载调压 3 依靠调相机 电容器组等无功补偿装置调压该调压方式既能通过维持系统的无功功率平衡来维持系统的电压水平 又能依靠装设在用户端的无功补偿装置减少线路的有功损耗和电压损耗 4 依靠改变输电线路的参数调压即通过在线路上串联电容或在用户端并联电抗来改善电压水平 五 电力系统的电压异常处理系统中枢点电压超过电压曲线规定的数值 5 且延续时间超过1h为构成电压异常 超过2h算作事故 若超过电压曲线规定值的 10 并且延续时间超过30min也为构成电压异常 超过1h也算作事故 电压事故处理由省调度中心负责 1 中枢点电压过低的处理措施 1 令与低电压中枢点相邻近的发电厂和装有静止无功补偿器的变电站增加发电机和静止无功补偿器的无功出力 必要时可降低发电机有功出力 但频率要合格 以增加无功出力 但处理位于远距离送电的受端中枢点电压过低时 应考虑先增加受端发电厂的有功出力 2 令其它乃至全系统的发电机和静止无功补偿器均加满无功出力 但注意不要使本来就高的中枢点电压超过允许值 若上述处理无效 中枢点电压仍然过低 则应限制用电 必要时可以拉闸 2 拉闸限负荷的原则顺序 1 拉限电压低又超用电的地区负荷 2 拉限设备过载的供电区的负荷 3 按事故拉闸顺序拉闸限电 3 中枢点电压过高的处理措施 1 令与高电压中枢点相邻近的发电厂和装有静止无功补偿器的变电站降低发电机和静止无功补偿器的无功出力至最底 静止无功补偿器可以改为吸收感性无功功率 2 令其它乃至全系统的发电机和静止无功补偿器均降低无功出力直至最低 但不要使本来就低的中枢点电压低于允许值 3 令与高电压中枢点相邻近的发电厂的发电机进相运行或使带轻负荷的部分机组停运 第五节电力系统运行的稳定性 一 电力系统稳定概述电力系统在运行过程中会受到各种各样的干扰 如短路故障 切除机组 负荷波动等等 既有大的干扰 也有小的干扰 为了便于分析 通常将电力系统稳定性分为两类 1 静态稳定性 小干扰下的稳定性 当稳态运行的电力系统受到小的干扰后 能够回到与干扰前相同或相接近的稳态运行状态继续运行 则称该系统是静态稳定的 否则是静态不稳定的 2 暂态稳定性 大干扰下的稳定性 当稳态运行的电力系统受到大的干扰后 能够回到与干扰前相同或建立一个新的稳态运行状态 则称该系统是暂态稳定的 否则是暂态不稳定的 二 电力系统的静态稳定1 简单电力系统的功角特性 Icos X E0sin 2 静态稳定分析 1 在a点运行情况分析 2 在b点运行情况分析 扰动后功角变化示意图1 在a点的衰减曲线 2 在b点不断增大的曲线 3 在b点的衰减曲线 3 静态稳定储备 电力系统的静态稳定度通常用静态稳定系数Kp表示 经验表明 正常运行时 Kp不应低于15 事故后或在特殊情况下 也不能低于10 4 电力系统稳定器简介电力系统稳定器 powersystemstabilization 简称PSS 是为抑制低频振荡而研究的一种附加励磁控制技术 它在励磁电压调节器中 引入领先于轴速度的附加信号 产生一个正阻尼转矩 去克服原励磁电压调节器中产生的负阻尼转矩作用 用于提高电力系统阻尼 解决低频振荡问题 是提高电力系统稳定性的重要措施之一 它抽取与此振荡有关的信号 如发电机有功功率 转速或频率 加以处理 产生的附加信号加到励磁调节器中 使发电机产生阻尼低频振荡的附加力矩 电力系统稳定器 PSS 是励磁调节器的一种附加功能 能够有效地增强系统阻尼 抑制系统低频振荡的发生 提高电力系统的稳定性 目前在大多发电机的励磁系统上已得到广泛应用 三 电力系统的暂态稳定 1 短路前后X 和PG的变化用X X X 分别表示正常运行时 发生短路时和短路切除后发电机与系统之间的阻抗 用PIm PIIm PIIIm分别表示正常运行时 发生短路时和短路切除后发电机向系统传输的最大电磁功率 则有X PIIIm PIIm成立 2 暂态稳定分析 1 当短路故障切除较早时 2 当短路故障切除较迟时 四 提高系统稳定的措施 1 快速切除短路故障 2 广泛采用自动重合闸 3 使发电机强行励磁 4 快速关闭调速汽门 5 采取电气制动 6 采用联锁切机 7 正确选择系统接线方式和运行方式 8 尽量减少系统稳定破坏带来的损失和影响 一 中性点不接地系统 第六节电力系统中性点的接地方式 因为 所以 二 中性点经消弧线圈接地系统 当IL Ik时 I k 0 称为全补偿 但系统易产生谐振过电压 故不采用 当IL Ik时 I k为纯电感性电流 称为过补偿 这是在电力系统中经常采用的补偿方式 可以避免或减少谐振过电压的产生 当IL Ik时 I k为纯电容性 称为欠补偿 当切除部分线路或系统频率下降时 会因Ik减少可能出现全补偿引起谐振过电压 故在电力系统中一般不采用 三 中性点经电阻接地系统 1 中性点经电阻接地分类 某电厂1000MW发电机定子绕组的中性点采用经接地变压器 27kV 0 23kV 接地 接地变压器二次绕组接0 46 46kW电阻 某电厂10kV高压厂用电系统的中性点采用经小电阻接地方式 即启 备变压器低压绕组的中性点和高压厂用变压器低压绕组的中性点采用经9 1 400A电阻接地 2 中性点经电阻接地的优点 1 基本上消除了产生间歇电弧过电压的可能性 由于健全相过电压降低 发生异地两相接地的可能性也随之减少 2 单相接地时电容充电的暂态过电流受到抑制 3 使故障线路的自动检出较易实现 4 能抑制谐振过电压 四 中性点直接接地系统 本电厂500kV系统的中性点采用直接接地方式 即主变压器高压绕组的中性点和启 备变压器高压绕组的中性点均采用直接接地方式 本电厂380V低压厂用电系统的中性点采用直接接地方式 即低压变压器低压绕组的中性点采用直接接地方式 构成三相四线制供电方式 五 目前我国电力系统中性点的接地方式 1 对于6 l0kV系统 主要由电缆线路组成的电网 在电容电流超过7A时 均采用中性点电阻接地 单相接地故障立即跳闸的接地方式 2 对于1l0kV及以上的系统 主要考虑降低设备绝缘水平 简化继电保护装置 一般均采用中性点直接接地的方式 并采用送电线路全线架设避雷线和装设自动重合闸装置等措施 以提高供电可靠性 3 20 60kV的系统 是一种中间情况 一般一相接地时的电容电流不很大 网络不很复杂 设备绝缘水平的提高或降低对于造价影响不很显著 所以一般均采用中性点经消弧线圈接地的方式 4 lkV以下的电网的中性点采用不接地的方式运行 但电压为380 220V的三相四线制电网的中性点 则是为了适应受电器取得相电压的需要而直接接地 神华天明电厂规划容量为4 1000MW等级超超临界燃煤发电机组 一次规划 分期建设 本期新建2 1000MW等级超超临界燃煤机组 计划于2015年下半年开工 工期为25个月 2个月 即电厂将在2017年底或者2018年初建成投运 神华天明电厂推荐厂址位于江油市双河镇天明村 西南距江油市区规划边界直线距离约13km 距江油市区中心直线距离约20km 西距双河镇约3km 北邻中雁公路 南距规划建设的江油500kV变电站所选站址直线距离约9km 宝成铁路 成西客专 规划 绵广高速分别于厂址北面及南面呈东北 西南向通过 神华天明电厂电力系统规划 2013年四川电网全网的综合标煤耗约为324 6g kW h 国家发改委 环保部 能源局三部委2014年9月联合颁布的 关于印发 煤电节能减排升级与改造行动计划 2014 2020年 的通知 发改能源 2014 2093号 文件 要求100万千瓦级湿冷机组设计供电煤耗不高于282g kW h 天明电厂为高效超超临界参数机组 经济性和全厂热效率均较高 设计供电标煤耗不大于275g kW h 低于四川电网全网的综合标煤耗及文件要求 并同步上脱硫和脱硝装置 又满足了环保的要求 符合国家产业政策 因此天明电厂在四川节能发电调度中 应排在发电机组排序第7位 其他燃煤发电机组 包括未带热负荷的热电联产机组 中的前位 神华天明电厂在四川节能发电调度中的序位 2011年5月16日 四川省政府与世界500强企业 全球最大煤炭经销商神华集团在成都签署战略合作框架协议 根据协议 双方将建立长期战略合作伙伴关系 四川省政府支持神华集团参与四川的能源建设 在川规划建设大型燃煤火电厂 并积极推进四川应急储煤基地建设 支持神华集团参与四川能源领域的重组工作 神华天明电厂是四川省政府与神华集团签署的战略合作框架协议中在川规划建设的火电项目之一 神华集团将以自己的煤源 结合国家应急煤炭储煤基地的建设 实施 煤电联营 符合国家的产业政策 该电厂的建设对推动四川能源发展具有重要的意义 神华天明电厂新建工程建设必要性 神华天明电厂的建设对推动四川能源发展具有重要意义 2 有利于满足四川电网 绵阳地区电力负荷增长的需要 3 有利于改善四川电网电源结构 提高电网枯期供电能力 4 近负荷中心建设神华天明电厂能提高受端电网的稳定水平 增强四川电网抵御严重自然灾害的能力 5 建设1000MW大容量超超临界燃煤机组 发展节能环保新型发电技术 符合国家和四川省能源政策 6 神华天明电厂等1000MW级火电机组投产后 其利用小时数相对较四川电网现有600MW级火电机组的利用小时数还将进一步提高 初步估计其利用小时数较四川火电平均年利用小时数高出约600 800小时 神华天明电厂新建工程接入系统方案神华天明电厂本期2 1000MW机组建成投产后 通过500kV一级电压送出 以2回500kV线路接入江油变高压侧 导线截面均为4 400mm2 单回线路长度约12km 同时为满足江油 富乐500kV线路N 1送电要求 需将太白电厂 富乐变1回500kV线路开断 接入江油变 神华天明电厂本期推荐接入系统方案示意图如下图所示 1 天明电厂电气主接线建议神华天明电厂本期两台机组均采用发电机 变压器单元接线接入500kV母线 母线电气主接线建议采用3 2接线方式 2 天明电厂利用小时数建议神华天明电厂机组年利用小时数按4500小时左右考虑 3 天明电厂主变压器规范a 主变台数及容量 2 3 405 MVA普通单相双绕组变压器b 主变型式 无励磁调压c 高压侧抽头电压 d 中性点接地方式 在电厂投产初期按直接接地考虑 并预留远期经小电抗接地的条件 e 阻抗 18 20 4 天明电厂发电机规范a 建议神华天明电厂机组调峰容量不小于机组额定容量的60 最小技术出力40 b 发电机功率因数为0 9 并且发电机在额定有功出力下具有进相0 95的能力 c 发电机采用常规励磁方式 励磁参数满足规程要求 装设PSS 5 天明电厂高压断路器选择远景年神华天明电厂的三相短路电流约为52 6kA 单相短路电流约为46 4kA 建议神华天明电厂高压断路器按63kA选择 6 天明电厂出线断路器合闸电阻神华天明电厂本期2回500kV出线电厂侧断路器可暂不考虑合闸电阻 7 天明电厂出