第二章电力系统基础知识PPT

1、1第二章第二章 电力系统基础知识电力系统基础知识2水电水电厂厂核电核电厂厂工工厂厂电气化铁路电气化铁路风力发电风力发电机机变电所居民终端终端变电变电所所220kV110kV火电火电厂厂枢纽枢纽变电变电站站110kV第一节第一节 电力系统概述电力系统概述3电力系统概述电力系统概述-1.1什么是电力系统？什么是电力系统？数据采集和传输数据采集和传输41-1 电力系统的组成电力系统的组成工业工业农业农业商业商业生活生活发电发电 输电输电 配电配电 用电用电电网电网电力系统电力系统5电力电力的的系统系统组成组成水库GMM电力网电力网电力系电力系统统动力系动力系统统发电厂发电厂水轮机水轮机 发电机发电机

2、变电所变电所升压变压器升压变压器输电线路输电线路变电所变电所降压变压器降压变压器用户用户用电设备用电设备用单线图表示用单线图表示6n几个基本概念几个基本概念n电力系统：由生产、变换、输送、分配、消费电能的发由生产、变换、输送、分配、消费电能的发电机、变压器、变换器、电力线路和各种用电设备（一次电机、变压器、变换器、电力线路和各种用电设备（一次设备）以及测量、保护、控制等智能装置（二次设备）组设备）以及测量、保护、控制等智能装置（二次设备）组成的统一整体。成的统一整体。n电力网络：由变压器由变压器、变换器、变换器 、电力线路等变换、输送、电力线路等变换、输送、分配电能设备所组成的部分常称电力网络

3、，即电力系统中分配电能设备所组成的部分常称电力网络，即电力系统中除发电机和电力用户以外的部分。除发电机和电力用户以外的部分。n动力系统：电力系统和动力部分的总和电力系统和动力部分的总和。其中，动力部。其中，动力部分，包括火电厂的锅炉、汽轮机、热力网和用热设备；水分，包括火电厂的锅炉、汽轮机、热力网和用热设备；水电厂的水库、水轮机等；核电厂的核反应堆等。电厂的水库、水轮机等；核电厂的核反应堆等。 广义广义电力系统电力系统7n电力系统的组成电力系统的组成8动力系统动力系统：在电力系统的基础上，把发电厂的动力部分（例如：在电力系统的基础上，把发电厂的动力部分（例如火力发电厂的锅炉、汽轮机和水力发电厂

4、的水库、水轮机以火力发电厂的锅炉、汽轮机和水力发电厂的水库、水轮机以及核动力发电厂的反应堆等）包含在内的系统。及核动力发电厂的反应堆等）包含在内的系统。通常，将发电厂电能送到负荷中心的线路叫通常，将发电厂电能送到负荷中心的线路叫输电线路输电线路。负荷。负荷中心至各用户的线路叫配电线路。中心至各用户的线路叫配电线路。负荷中心负荷中心一般设变电站。一般设变电站。9电力系统电力系统超高压远超高压远距离输电距离输电网网地方电力网地方电力网区域电力网区域电力网110kV35kV35kV500kV220kV110kV10 kV水力发电厂水力发电厂火力发电厂火力发电厂变电所变电所A：枢纽枢纽变电所变电所C：

5、地方地方变电所变电所D：终端终端变电所变电所B：中间中间10 电力网的接线电力网的接线： 开式电力网开式电力网：无备用接线方式无备用接线方式v优点：优点：简单明了、运行方便，投资费用少。简单明了、运行方便，投资费用少。v缺点：缺点：供电的可靠性差。供电的可靠性差。 开式电力网开式电力网a）单回路放射式）单回路放射式 b）单回路干线式）单回路干线式 c）单回路链式）单回路链式11 两端供电电力网两端供电电力网：有备用接线方式（闭式电力网）有备用接线方式（闭式电力网）有备用接线有备用接线a）双回路放射式）双回路放射式 b）双回路干线式）双回路干线式 c）双回路链式）双回路链式 d）环式）环式 e）

6、两端共电式）两端共电式v优点：优点：供电可靠性高，适用于对供电可靠性高，适用于对一级负荷供电。一级负荷供电。 12 电力网分类电力网分类： 按电压等级分类：按电压等级分类：低压网低压网：电压等级在：电压等级在1kV1kV以下；以下；中压网中压网：1 110kV10kV；高压网高压网：高于：高于10kV10kV、低于、低于330kV330kV；超高压网超高压网：低于：低于750kV750kV；特高压网特高压网：1000kV1000kV及以上。及以上。 13n电力网电力网：按电压等级的高低、供电范围的大小的分类：按电压等级的高低、供电范围的大小的分类n地方电力网地方电力网：电压等级在：电压等级在3

7、535kVkV及以下，供电半径在及以下，供电半径在2020- -50km50km以以内内n区域电力网区域电力网：电压等级在：电压等级在35kV35kV以上（一般为以上（一般为110kV110kV- -220kV220kV），），供电半径超过供电半径超过50km50km，联系较多发电厂的网络，联系较多发电厂的网络n超高压远距离输电网超高压远距离输电网：电压等级为：电压等级为330kV500kV330kV500kV的网络，其主的网络，其主要任务是把远处发电厂生产的电能输送到负荷中心，同时还要任务是把远处发电厂生产的电能输送到负荷中心，同时还联系若干区域电力网形成跨省、跨地区的大型电力系统联系若干区

8、域电力网形成跨省、跨地区的大型电力系统14n 变电所变电所：按其在电力系统中的地位分类：按其在电力系统中的地位分类n枢纽变电所：枢纽变电所：n中间变电所：中间变电所：n地区变电所：地区变电所：n终端电站所：终端电站所：15电力系统的特点电能不能大量存储电能不能大量存储：电能的生产、变换、输送、分配和使：电能的生产、变换、输送、分配和使用是同时进行的。用是同时进行的。 过渡过程十分短暂过渡过程十分短暂：控制操作自动化程度高。必须借助自：控制操作自动化程度高。必须借助自动装置对电力系统进行控制：继电保护装置、远动装置、减动装置对电力系统进行控制：继电保护装置、远动装置、减载装置、同期装置、励磁装置

9、、载装置、同期装置、励磁装置、电能生产与国民经济各部门和人民生活有着极为密切的电能生产与国民经济各部门和人民生活有着极为密切的关系关系：社会政治经济影响巨大。负荷分类：社会政治经济影响巨大。负荷分类： 一类负荷、一类负荷、 二类负荷、三类负荷二类负荷、三类负荷16n对电力系统运行的基本要求如下：对电力系统运行的基本要求如下：n （1）保证供电可靠性）保证供电可靠性 n （2）保证电能质量）保证电能质量 n （3）提高电力系统运行的经济性）提高电力系统运行的经济性 n （4）环境保护问题）环境保护问题 17电能的质量指标名 称允许限值说 明供电电压允许偏差 35kV 及以上为正负偏差绝对值之和不

10、超过 10%； 10kV 及以下三相供电为7%； 220V 单相供电为+7%，-10%衡量点为供用电产权分界处或电能计量点电压允许波动和闪变1电电压压波波动动： 10kV 及以下 2.5%; 35kV110kV 为 2%； 220kV 及以上 1.6%2闪闪变变 V10： 对照明要求较高,0.4%(推荐值); 一般照明负荷,0.6%(推荐值) 衡量点为电网公共连接点(PCC)，取实测 95%概率值； 给出闪变电压限值和频度的关系曲线，可以根据电压波动曲线查得允许值，并给出算例； 对测量方法和测量仪器作出基本规定三相供电电压允许不平衡度 正常允许 2%，短时不超过 4%； 每个用户一般不得超过

11、1.3% 各级电压要求一样； 衡量点为 PCC，取实测 95%概率值或日累计超标不超过 72min，且每 30min中超标不超过 5min； 对测量方法和测量仪器作出规定； 提供不平衡度算法18电能的质量指标电能的质量指标频率：频率：额定频率额定频率：5050HzHz（国外：（国外：50 50 或或 60Hz 60Hz）频率偏差频率偏差：0.2Hz0.2Hz（3000MW3000MW系统）系统）0.5Hz0.5Hz（3000MW3000MW系统）系统）国外：国外：(0.10.2)Hz (0.10.2)Hz 或或 0.5Hz0.5Hz波形：波形：质量标准质量标准：正弦波电压和电流：正弦波电压和电

12、流谐波的危害与抑制谐波的危害与抑制：对于电网、电力设备、通讯都会产生负面影响；：对于电网、电力设备、通讯都会产生负面影响；19发电机发电机第二节第二节 发电厂电气设备概述发电厂电气设备概述一一 、一次设备、一次设备20变压器变压器21高压断路器高压断路器22隔离开关隔离开关23负荷开关负荷开关24母线母线25绝缘子及电缆绝缘子及电缆26电抗器电抗器27电力电容器电力电容器28互感器及避雷器互感器及避雷器29二、二次设备二、二次设备30三、电气主接线三、电气主接线-一次设备所连成的电路一次设备所连成的电路3132QFQSQSWL4QFQSQSWL3QFQSQSWL2QFQSGQF1QS1GQF2

13、QS3QS2WL1QS4W单母线接线单母线接线特点特点简单、清晰、设备少。简单、清晰、设备少。当母线故障或检修或母线隔当母线故障或检修或母线隔离开关检修时，整个系数全离开关检修时，整个系数全部停电。部停电。断路器检修期间也必须停止断路器检修期间也必须停止该回路的供电。该回路的供电。适用范围适用范围单电源的发电厂和变电所，单电源的发电厂和变电所，且出线回路数少，用户对供且出线回路数少，用户对供电可靠性要求不高的场合。电可靠性要求不高的场合。33单母线分段接线单母线分段接线QF1分段断路器GWL1WL2WL3WL4G特点特点减少母线故障或检修时的停减少母线故障或检修时的停电范围。电范围。断路器检修

14、期间必须停止该断路器检修期间必须停止该回路的供电。回路的供电。母线分段的数目，通常以母线分段的数目，通常以23分段为宜，分段太多增分段为宜，分段太多增加了分段断路器。加了分段断路器。适用范围适用范围610kV配电装置出线配电装置出线6回回及以上；及以上；35kV出线数为出线数为48回；回；110220kV出线数为出线数为34回。回。34双母线接线双母线接线接线图接线图具有两组母线具有两组母线W1，W2。每一回路经。每一回路经一台断路器和两组隔离开关分别与一台断路器和两组隔离开关分别与两组母线连接，母线之间通过母线两组母线连接，母线之间通过母线联络断路器联络断路器QF（简称母联）连接。（简称母联

15、）连接。运行方式运行方式母联母联QF断开，一组母线工断开，一组母线工作，另一组母线备用，全作，另一组母线备用，全部进出线接于运行母线上。部进出线接于运行母线上。母联母联QF断开，进出线分别断开，进出线分别接于两组母线，两组母线接于两组母线，两组母线分裂运行。分裂运行。母联母联QF闭合，电源和馈线闭合，电源和馈线平均分配在两组母线上。平均分配在两组母线上。优点优点检修一组母线，可使回路检修一组母线，可使回路供电不中断；一组母线故供电不中断；一组母线故障，部分进出线会暂时停障，部分进出线会暂时停电。电。供电可靠，调度灵活，又供电可靠，调度灵活，又便于扩建。便于扩建。QFQS2QS1W1W2电源1电

16、源235第三节第三节 额定电压和额定电流额定电压和额定电流1 1、额定电压、额定电压额定电压是由国家规定的一种标准电压，是电气设备设计时额定电压是由国家规定的一种标准电压，是电气设备设计时所依据的电压值。在这一电压下工作时，电气设备的技术经所依据的电压值。在这一电压下工作时，电气设备的技术经济性能指标能够达到最佳状态，保证长期可靠运行。济性能指标能够达到最佳状态，保证长期可靠运行。36电力变压器额定电压电力变压器额定电压/kV电力系统电力系统额定电压额定电压/kV发电机发电机额定电压额定电压/kV一次绕组一次绕组二次绕组二次绕组电气设备电气设备最高电压最高电压/kV33.153 及 3.153

17、.15 及 3.33.666.306 及 6.306.3 及 6.67.21010.5010 及 10.510.5 及 11.012-13.8013.80-15.7515.75-18.018.0-2020.020.0-24-22.022.0-24.024.0-353538.540.560606672.5110110121126220220242252330330363363500500550550750-80037电力系统的额定电压及电压等级电力系统的额定电压及电压等级U1I U2SZS = 3U2I我国规定的额定电压按电压高低及使用范围可分为三类：我国规定的额定电压按电压高低及使用范围可分为

18、三类：n第一类指第一类指100V及其以下的额定电压。主要用于安全动力、照明、蓄电池及特殊设备。及其以下的额定电压。主要用于安全动力、照明、蓄电池及特殊设备。n第二类指第二类指1001000V之间的额定电压，其应用最广、数量最多。之间的额定电压，其应用最广、数量最多。n第三类指第三类指1000V及其以上电压等级。电力系统的发、供、输、配、用电都采用该电及其以上电压等级。电力系统的发、供、输、配、用电都采用该电压等级。压等级。382、额定电流、额定电流发电机、变压器、断路器和其他电气设备的额定电流，发电机、变压器、断路器和其他电气设备的额定电流，是指是指在一定周围煤质计算温度下、所允许长期通过的最

19、大电流值在一定周围煤质计算温度下、所允许长期通过的最大电流值。39第四节第四节 电力系统中性点接地方式电力系统中性点接地方式电力系统中性点：电力系统中性点：三相电力系统中绕组或者线圈采用三相电力系统中绕组或者线圈采用星形连接星形连接的电力设备（如发电机、变的电力设备（如发电机、变压器等）压器等）各相的连接对称点和平衡点各相的连接对称点和平衡点。特点：在电力系统正常运行时，对地电位为零。特点：在电力系统正常运行时，对地电位为零。N即为即为中性点中性点40正常运行时的中性点不接地的电力系统正常运行时的中性点不接地的电力系统（a a）电路图）电路图 （b b）相量图）相量图411、中性点中性点非有效

20、接地系统非有效接地系统(一一)：中性点不接地系统：中性点不接地系统1.等值简化电路等值简化电路2.向量图向量图单相接单相接地故障地故障42假假 设设 条条 件件C C- -各相对比地之间是空气层，空气是绝缘介质，组成分散电容：各相对比地之间是空气层，空气是绝缘介质，组成分散电容：图图2-12-1为了方便讨论，认为：为了方便讨论，认为：1 1、三相系统对称、三相系统对称2 2、对地分散电容用集中电容表示、对地分散电容用集中电容表示, ,相间电容不予考虑相间电容不予考虑3 3、当导线经过完全换位后，、当导线经过完全换位后，C Cu u=C=Cv v=C=Cw w=C=C432 2、分析：、分析：图

21、2-11 1、三相系统对称时，三相电、三相系统对称时，三相电压压 对称对称, ,即即 2 2、由于、由于C Cu u=C=Cv v=C=Cw w=C=C，则，则I IcAcA=I=IcBcB=I=Icccc=U=Ux x/X/Xc c 也对称，即也对称，即CBAUUU、0CBANUUUUocCIcBIcAIcIxcu443 3、结论、结论正常运行时：正常运行时：地中没有零序电容电流流过。地中没有零序电容电流流过。中性点对地电位为零。中性点对地电位为零。451.等值简化电路等值简化电路2.向量图向量图单相接单相接地故障地故障故障故障运行时：运行时：46单相接地时接地电流危害 单相接地时的接地电流

22、将在故障点形成电弧。当出现稳定单相接地时的接地电流将在故障点形成电弧。当出现稳定电弧时可能烧坏电气设备，或引起两相或三相短路。尤其电弧时可能烧坏电气设备，或引起两相或三相短路。尤其是电机或电器内部因绝缘损坏而造成一相导体与设备外壳是电机或电器内部因绝缘损坏而造成一相导体与设备外壳之间接触产生稳定电弧时，更容易烧坏电机、电器或造成之间接触产生稳定电弧时，更容易烧坏电机、电器或造成相间短路。相间短路。47( (二二) )：中性点经消弧线圈接地系统：中性点经消弧线圈接地系统消弧线圈的工作原理消弧线圈的工作原理中性点经消弧线圈接地的电力系统中性点经消弧线圈接地的电力系统（a a）电路图）电路图 （b

23、b）相量图）相量图48491 1、正常运行时：、正常运行时： 中性点对地电位为零：中性点对地电位为零：U UN N=0=0 消弧线圈中无电流：消弧线圈中无电流：I IL L=0=0 流过地中的电容电流为零：流过地中的电容电流为零：I IC C=0=02 2、单相接地时：、单相接地时： 中性点电位升高为相电压：中性点电位升高为相电压： 消弧线圈中出现感性电流消弧线圈中出现感性电流 ：与：与 相差相差1801800 0 流过接地点电流：流过接地点电流： + + （相互抵消）（相互抵消）CNUULIcILIcI消弧线圈消弧线圈的的作用作用实现补偿50补偿方式及选用1 1、全补偿、全补偿: :L LC

24、 C 即即 接地点电流为零接地点电流为零 缺点：缺点：X XL L=X=Xc c，网络容易因不对称形成串联谐振过电压危及绝缘，网络容易因不对称形成串联谐振过电压危及绝缘2 2、欠补偿、欠补偿: :L LC C 即即 接地点为容性电流接地点为容性电流 缺点：易发展成为全补偿方式缺点：易发展成为全补偿方式, ,切除线路或频率下降可能谐振。切除线路或频率下降可能谐振。3 3、过补偿过补偿: :L LC C 即即 接地点为为感性电流接地点为为感性电流 注意：电感电流数值不能过大注意：电感电流数值不能过大10A10A不采用少采用采用51中性点经消弧线圈接地系统U相金属性接地电压变化特点:故障相对地电压变

25、为零非故障相对地电压升高3倍系统各相对地的绝缘水平也按线电压考虑 521 1、消弧线圈结构特点：、消弧线圈结构特点： 为了保持补偿电流与电压之间的线性关系，采用滞气隙铁芯为了保持补偿电流与电压之间的线性关系，采用滞气隙铁芯 气隙沿整个铁芯均匀设置，以减少漏磁气隙沿整个铁芯均匀设置，以减少漏磁 为了绝缘及散热，铁芯和线圈都浸在油中为了绝缘及散热，铁芯和线圈都浸在油中 为适应系统中电容电流变化特点，消弧线圈中设有分接头（为适应系统中电容电流变化特点，消弧线圈中设有分接头（5 59 9个）个）2 2、补偿容量的选择：、补偿容量的选择：h.eh.e1.351.35c cx x3 3、消弧线圈的安装地点

26、、消弧线圈的安装地点 发电厂的发电机或厂变的中性点；变电所主变的中性点。发电厂的发电机或厂变的中性点；变电所主变的中性点。4 4、适用范围：广泛应用在不适合采用中性点不接地的以架空线路为主、适用范围：广泛应用在不适合采用中性点不接地的以架空线路为主体的体的3-60kV3-60kV系统；个别雷害严重的地区系统；个别雷害严重的地区110kV110kV系统不得已采用。系统不得已采用。 53( (三三) )：发电机中性点接地方式：发电机中性点接地方式三次三次谐波谐波滤过滤过器器KV0TV054发电机中性点接地方式发电机中性点接地方式552 2、中性点中性点有效接地系统有效接地系统( (一一) )：中性

27、点直接接地系统：中性点直接接地系统简化等值电路简化等值电路 假定假定C C相完全接地，如下相完全接地，如下图。图。单相接地故障时的中性点直接接地的电力系统单相接地故障时的中性点直接接地的电力系统56单相接地时单相接地时 1 1、电压情况（、电压情况（C C相）相）接地相电压降低接地相电压降低为为0 0非接地相电压不变非接地相电压不变为相电压为相电压中性点对地电压不变中性点对地电压不变为为0 0 2 2、电流情况、电流情况形成短路形成短路危害大危害大装设继电保护装设继电保护跳闸切除故障（供电可跳闸切除故障（供电可靠性降低），避免接地点的电弧持续。靠性降低），避免接地点的电弧持续。 分分 析析57

28、优点：优点： 1 1、不外加设备即可消弧、不外加设备即可消弧 2 2、降低电网对地绝缘，节省造价、降低电网对地绝缘，节省造价缺点：缺点： 1 1、供电可靠性降低、供电可靠性降低 改进：装自动重合闸装置、改进：装自动重合闸装置、 加备用电源加备用电源 2 2、电流很大且单相磁场对弱电干扰、电流很大且单相磁场对弱电干扰 改进：改进： 中性点经电抗器接地中性点经电抗器接地 、仅部分中性点接地、仅部分中性点接地 3 3、不产生过电压，设备绝缘水平低、不产生过电压，设备绝缘水平低2020，造价低。，造价低。结结 论论58(二二)：中性点经小电阻接地系统：中性点经小电阻接地系统着眼点是为了增大零序电抗，以

29、限制单相短路电流。 591 1、供电可靠性、供电可靠性 经消弧线圈接地不接地直接接地2 2、过电压与绝缘水平、过电压与绝缘水平 大接地相电压 小接地线电压3 3、继电保护、继电保护 大接地灵敏、可靠 小接地不灵敏4 4、对通信的干扰、对通信的干扰 大接地电流大、干扰大 小接地电流小，干扰小5 5、系统稳定性、系统稳定性中性点不同接地方式的比较 小接地系统优先小接地系统优先小接地系统优先大接地系统优先大接地系统优先60110kv110kv及以上及以上直接接地直接接地202060kv I10A60kv I10AI10A中性点经消弧线圈接地中性点经消弧线圈接地10kv I20A10kv I20AI2

30、0A中性点经消弧线圈接地中性点经消弧线圈接地3 36kv I30A6kv I30AI30A中性点经消弧线圈接地中性点经消弧线圈接地1kv1kv及以下及以下直接接地直接接地中性点运行方式的应用范围中性点运行方式的应用范围61第五节第五节 接地装置接地装置5.1 5.1 电击电击-电流对人体的伤害电流对人体的伤害1. 1. 电伤电伤-电流对人体外部造成的伤害。电流对人体外部造成的伤害。通常有电弧灼伤、电烙印和皮肤金属化。通常有电弧灼伤、电烙印和皮肤金属化。特点：皮肤发红、起泡、组织烧焦并坏死。特点：皮肤发红、起泡、组织烧焦并坏死。622. 2. 电击电击-电流通过人体对内部器官造成的伤害。电流通过

31、人体对内部器官造成的伤害。主要取决于电流的大小与持续的时间。主要取决于电流的大小与持续的时间。3 3. . 人体电击方式人体电击方式人体遭受电击的方式主要有直接接触电击和间接电击两人体遭受电击的方式主要有直接接触电击和间接电击两种形式。种形式。 635.2 5.2 保护接地保护接地1. 1. 接地的概念接地的概念 电气设备的某部分与土壤之间作良好的电电气设备的某部分与土壤之间作良好的电气连接，称之为接地。埋入地中并直接与大地接触的金属导气连接，称之为接地。埋入地中并直接与大地接触的金属导体称为接地体，体称为接地体， 连接接地体和电气设备接地部分的导线称为连接接地体和电气设备接地部分的导线称为接

32、地线。接地线和接地体合称为接地装置。接地线。接地线和接地体合称为接地装置。 642. 2. 接地的种类接地的种类 工厂供电系统和电气设备的接地按其功能分为工作接地、工厂供电系统和电气设备的接地按其功能分为工作接地、 保护接地以及重复接地三大类。保护接地以及重复接地三大类。 1 1） 工作接地工作接地工作接地是为了电力系统和用电设备正常工作而进行的工作接地是为了电力系统和用电设备正常工作而进行的接地接地, , 如变压器、发电机、中性点接地以及防雷接地等都属如变压器、发电机、中性点接地以及防雷接地等都属该类接地。该类接地。 652. 2. 接地和接地装置接地和接地装置 电气装置的接地系统分电气装置

33、的接地系统分TNTN、TTTT、ITIT三种型式，三种型式，这些文字符号的意义是：这些文字符号的意义是：第一个字母说明电源对地的关系：第一个字母说明电源对地的关系：TT一点与地直接连接；一点与地直接连接；II与与地隔离，或一点经高阻抗与地连接。第二个字母说明外露导电部分对地隔离，或一点经高阻抗与地连接。第二个字母说明外露导电部分对地的关系：地的关系：NN外露导电部分经与电源的中性点外露导电部分经与电源的中性点(N)(N)连接而接地；连接而接地；TT外露导电部分直接接地，与电源的接地无关。外露导电部分直接接地，与电源的接地无关。TNTN系统按系统按N N线和线和PEPE线的组合方式又分为三种型式：线的组合方式又分为三种型式：