二次人员电力系统基础-读书笔记

1、 本书虽然是为电力系统中从事电气二次工作的人员培训学习之用而编写的，但是对于从事电气一次工作的人员也有参考价值。 全书共分三章，内容包括发电厂与变电站的电气设备及电力系统中性点的运行方式；电力系统电磁暂态分析（电力系统故障分析）；电力系统机电暂态分析和有功功率、无功功率的调整。 主编 高中德 参编 周建新第一章发电厂与变电站的电气设备及电力系统中性点的运行方式 第一节电力系统及网络 发电厂将一次能源转换成电能，经升压变压器身高到高电压，由输电线路进行远距离输送；在负荷中心经降压变压器降低到低电压再供用电设备使用，这就构成了动力系统。 动力系统（广义的电力系统）的构成 1、发电部分 2、输变电部

2、分 3、用电部分 4、电力系统自动化系统第二节 电能的生产过程 专门生产电能的集中场所称作发电厂（站）一、火力发电站的生产过程 整个生产过程可以分为五个系统加以阐述 1、煤系统： 2、烟气与风系统 3、汽水系统 4、循环水系统 5、电系统 二、水力发电厂的生产过程 将水力的势能转变为电能的发电厂成为水力发电厂，为了提高水力的势能必须太高水位的落差，所以需要在河床上构筑水坝，在上游形成水库，提高上游的水头。 三、核电站的生产过程 将核裂变和核聚变锁释放的能量转变为电能的发电厂称为核电厂，当前商业运转中的核电站均采用原子核裂变时释放出来的能量发电，使用的燃料一般是放射性重金属铀,钚钚。 四、风电场

3、的生产过程 风能是一种可再生、无污染而且储量巨大的新能源。据估计，地球上的风能理论蕴藏量约为2.74109MW，可开发利用的风能约为2107MW。 太阳能发电的生产过程 太阳能是一种新能源，也是再生性能源。有研究报告显示，只需全球百分之一的沙漠地区每天所接收到的阳光，已经足够满足全球人类一天所需。 太阳能发电中具有商业推广价值的是聚光类太阳能热发电和太阳能光伏发电两大类。 1、太阳能热发电就是利用太阳能将水加热，使产生的蒸汽去驱动汽轮发电机组发生电能。 2、太阳能光伏电池发电系统通过太阳能电池（又称作光伏电池）发电。该发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池组成。 第三节 我国电力系统的概

4、括 我国目前有两大电网公司和五大发电公司。两大电网公司是：中国国家电网公司和中国南方电网有限公司。 五大发电公司包括中国华能集团公司、中国华电集团公司、中国国电集团公司、中国大唐集团公司和中国电力投资集团公司。第四节对电力系统运行的基本要求 一、保证安全、可靠、持续地向用户供电 二、保证良好的电能质量（电压偏移、频率偏移、波形质量) 三、提高电力系统运行的经济性（煤耗率、厂用电率、线损率） 四、环境保护第五节电网的几种典型的接线方式及其特点 电力网有如下几种接线方式 一、无备用接线方式 (a)放射式 （b）干线式 （c)链式 二、有备用接线方式（放射式、干线式、链式、环式、双端供电网路）第六节

5、电力系统的额定电压等级及其应用范围 电力系统正常运行时三个相电压幅值相等相位互相相差1200。三个线电压也是幅值相等相位互相相差1200。线电压的幅值是相电压幅值的3倍第七节电力线路的机构 一、架空线路的结构：导线、避雷线、杆塔、绝缘子和金具构成。 二、电缆线路的结构：导线、绝缘层、保护层组成。第八节高压断路器 断路器俗称开关。 断路器的基本结构有开断元件、支撑和绝缘件、传动元件和操动机构几部分构成。 高压断路器就其安装位置不同有户外式和户内式两种。 断路器的主要参数有：1）额定电压UN（线电压）2）额定电流IN3）额定开断电流IbrN4）额定断流容量SbrN5）分闸时间6）合闸时间第九节隔离

6、开关 隔离开关俗称刀闸。 一般在断路器的两侧各安装一个隔离开关。它的作用是：（1）将停役的电气设备与带电的电网隔离并提供明显的断点。断路器的断点是肉眼看不见的，但隔离开关的断点是明显的肉眼可见的。（2）在双母线的接线方式下可以利用隔离开关的操作将线路或者变压器从在某一天母线上运行切换到另一条母线上运行。第十节发电厂与变电站的电气主接线 在发电厂、变电站中有一个重要的电气设备母线。在母线上连接有变压器、输电线路等多个电气设备，母线起到汇集与分配电能的作用。母线有下面几种接线方式： 一、单母线接线方式（单母线接线、单母线分段接线、待旁路母线的单母分段接线） 二、双母线接线方式（双母线接线、双母线单

7、分段接线、带旁路母线的双母线接线） 三、3/2接线方式（一个半断路器接线方式） 四、无母线接线方式（1）桥形接线（没有母线，一般用在水力发电厂中）（2）角形接线（一般用在水电厂中）（3）单元接线（用于发电厂内的接线）第十一节输电线路的等值电路 一、忽略电导、电纳的输电线路的等值电路 输电线路的阻抗为Z=R+jX 二、考虑电导电纳的输电线路的等值电路 输电线路的阻抗为Z=R+jX 输电线路的导纳为Y=g+jb第十二节变压器的工作原理、等值电路、参数、结构以及接线方式 一、变压器第十三节发电机的工作原理及等值电路 一、发电机是生产电能的电气设备。 电动机与发电机符号：三相交流发电机如图：第十四节电

8、力系统中性点的运行方式 电力系统的中性点一般指的是变压器绕组星形接线构成的中性点和发电机定子绕组星形接线构成的中性点。中性点有如下的三种 接地方式：一、中性点直接接地方式(这种接地方式的系统在发生单相接地短路的时候，将构成回路。） 第十四节电力系统中性点的运行方式 电力系统的中性点一般指的是变压器绕组星形接线构成的中性点和发电机定子绕组星形接线构成的中性点。中性点有如下的三种接地方式：一、中性点直接接地方式(这种接地方式的系统在发生单相接地短路的时候，将构成回路。）第十五节电磁式电压互感器 电压互感器文字符号为TV，俗称PT。它的作用是将一次系统的高电压按比例转换成二次系统的低电压继电保护、自

9、动装置及测控装置使用。 分类：电磁式电压互感器（用的较多）和电子式电压互感器两大类。 原理：采用的是电磁感应原理。第十六节电磁式电流互感器 电流互感器文字符号为TA，俗称CT。它的作用是将一次系统的大点了按比例转换成二次系统的小电流供继电保护、自动装置及测控装置使用。 电磁式电流互感器（符号如形式1有时也画成图2 电磁式电流互感器是根据电磁感应原理实现电流的转换的，其原理接线图如下图所示：第十七节电子式电流、电压互感器 电子式互感器的分类：根据传感器需不需要电源，电子式的互感器可分为有源电子式互感器（较成熟）和无源光电式互感器两大类。“有源”是指传感器部分具有需要电源的电子电路；“无源”是指传

10、感器部分不需要电源。 有源电子式互感器还是利用电磁感应原理测量被测信号，不过由于它输出的功率要求不大，所以可以用空心绕组或者用小铁芯绕组来实现。 无源光电式互感器是根据法拉第磁光效应的原理构成的。第二章电力系统电磁暂态分析 电力系统电磁暂态分析通常称作电力系统故障分析。在这一章中将学习电力系统发生短路故障和断线故障时电压、电流的计算方法，以及它们的相位关系。第一节对称分量法 正常运行或发生三相短路时，电力系统的三相是完全对称的。三相电压幅值相等，相位互相相差120；三相电流的幅值也相等，相位也互相相差120。 但是电力系统中经常会发生不对称短路和不对称断线的故障。在发生不对称故障时，三相电压与

11、电流不在对称，所以无法拿出一相来进行分析。 1、对称分量法介绍 1、2、0坐标系统，又称作正序、负序、零序坐标系统。在1、2、0坐标系统中的三相是对称的，于是就可以拿出一相来进行分析。利用正序、负序、零序坐标系统来求解三相电路的方法称之为对称分量法。 2、引申出的一些重要结论 (1)在中性点不接地的小接地电流系统中，如果忽略电容电流，则在相电流中没有零序分量的电流。 （2）如果变压器的中性点直接接地，而且在接地的接地线上流有电流，该电流一定是3I0 电流。（3）变压器的三角接线侧，如果忽略电容电流，在三角接线外面的三相电流中没有零序分量的电流。 （4）凡是说到相间电压或者两相电流之差，这样的电

12、压或者电流中都不包含零序分量。第二节各序序网图的构成 1、由于发电机定子绕组的绕制方法，使得转子旋转产生的旋转磁场按A-B-C-A的顺序切割定子绕组的轴线，因此发电机发出的电动势只有正序分量。所以只有在正序序网图中才存在发电机的电动势E，在负序和零序的序网图中都不存在发电机的电动势E。 2、在负序和零序序网图中，只有在短路点存在一个电压源。 3、在各序序网图中各个元件的阻抗是相应元件的各个序阻抗。 4、零序序网图只画到YN，d接线的变压器为止。在零序序网图中变压器的d侧是被短接的。 5、由于发电机是接在变压器的三角接线一侧的，在忽略电容流量的情况下变压器三角接线外面的相电流中是不存在零序电流的

13、，所以发电机中是不流过零序电流的。这样发电机的零序阻抗就不会出现在零序序网图中。第三节电力系统中各元件的各序阻抗 一、序阻抗：某元件的某序阻抗是指该序电流通过该元件时产生的压降与该序电流的比值。 Z1=U1/I1 Z2=U2/I2 Z0=U0/I0 式中Z1、 Z2、 Z0是该元件的正序、负序、零序阻抗。 二、输电线路的各序阻抗 输电线路的各序阻抗的分析见图1、输电线路的正序阻抗如图（a)UA1= IA1 ZL+ IB1 ZM+ IC1 ZM= IA1 ZL IA1 ZM = IA1（ ZL ZM）则MN段输电线路的正序阻抗为 Z1=UA1/IA1= ZL ZM2、输电线路的负序阻抗如图（b)

14、MN段输电线路的负序阻抗为 Z2=UA2/IA2= ZL ZM（重要结论：电力系统中凡是静止的电气设备，包括线路、变压器、电抗器、电容器等，其正序阻抗都等于负序阻抗） 3、输电线路的零序阻抗UA0= IA0ZL+ IB0 ZM+ IC0 ZM = IA0（ ZL +2 ZM）该式中得到了IA0 = IB0 = IC0的关系，于是得到MN段输电线路的零序阻抗为 Z0=UA0/IA0 = ZL +2 ZM一般的输电线路，零序阻抗与正序阻抗的关系大约为2.5 Z1 Z0 3Z1三、发电机的各序阻抗由于发电机定子绕组的电子很小，所以发电机的阻抗等于它的电抗。 1、发电机的正序电抗 在短路计算分析时用到

15、的发电机的正序电抗为X1= Xd（暂态电抗）当转子上没有阻尼绕组时 X1= X”d（次暂态电抗）当转子上有阻尼绕组时 2、发电机的负序电抗 在工程实际应用上在短路电流的计算中，发电机的负序电抗近似取作等于正序电抗。即X1= X1 3、发电机的零序电抗 三相零序电流的幅值与相位都是相同的，发电机三相定子绕组的轴线在空间位置上又互相相差120。（发电机零序电抗范围一般为：X0= （0.150.6）X1 变压器的各序阻抗1、变压器的正序阻抗 正序电流在变压器上的压降为 U1= I1（ Z + Z） 所以变压器的正序阻抗是Z1= （ Z + Z）(一次绕组的漏阻抗与二次绕组漏阻抗的归算值之和。2、变压

16、器的负序阻抗 Z2= Z13、变压器的零正序阻抗 Z0=U0/I0 = 第四节各种故障情况下电流、电压的计算及其向量图 分析短路故障时的系统图如图2-20所示。设短路前线路空载，所以两侧系统等值电源的电动势幅值与相位都相同都为E。两侧系统等值电源中都有YN，d接线的变压器，从输电线路往两侧系统看有等值的正序、负序和零序阻抗。短路点为K点。第三章电力系统机电暂态分析和有功功率、无功功率的调整 第一节同步发电机稳态运行时的相量图和功角特性 从图3-1（a）中可以看出下述关系： E0=U + jIXd 习惯上把由式（a）的P=f()曲线称作功角特性曲线。 式（a）表明发电机输出的有功功率与U0和E之

17、间的关系。第二节电力系统的静态稳定分析 一、一些基本概念 （一）静态稳定：电力系统静态稳定是指电力系统受到小干肉（例如符合发生变化、电压发生变化等）后不发生非周期性的失步，能自动恢复到起始运行状态的能力。 （二）暂态稳定：电力系统暂态稳定是指电力系统受到大干扰（发生短路或者断相故障）后各同步电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳定运行方式的能力。 二、静态稳定分析 分析可知，功角90的区域不是稳定运行的工作区。 =90是保持静态稳定的极限角。实际上考虑了一定的稳定储备以后，正常运行时运行的最大的功角一般在60以下。第三节电力系统的暂态稳定分析 一、暂态稳定分析 （一）正常运行状态（状态）

18、在没有发生短路故障时，从发电机G到无穷大电源母线M处总的联系电抗X= Xd+ XT1+XL/2+ XT2，这样发电机向无穷大电源提供的有功功率P=E0U/Xsin式中：为E0越前于U的功角。 短路故障状态（状态） 根据星-角变换的公式从E0到U之间的联系电抗X为 X=（ X”d+ XT1）+（XL/2+ XT2）+ 【（ X”d+ XT1）+（XL/2+ XT2）】/X 这样发电机向无穷大电源提供的有功功率P是P=E0Usin/ X（三）短路故障切除后状态（状态）从发电机G到无穷大电源母线M总的联系电抗X 为X = Xd+ XT1+XL+ XT2这样发电机向无穷大电源提供的有功功率P 是P =

19、E0Usin/ X 比较上述三种状态下从发电机G到无穷大电源母线M的联系电抗，有X X X 二、影响暂态稳定的因素 1、正常运行时发电机输出的电磁功率PM越小，越有利于系统稳定运行。 2、故障切除的时间越短，越有利于系统稳定运行 3、功角特性曲线P越大，加速面积Sabcda越小，有利于暂态稳定。 4、功角特性曲线P越大，减速面积Sdfgde越大，越有利于暂态稳定。 三、提高暂态稳定的措施 1、减小输电线路电抗 2、装中间补偿设备 3、使用自动重合闸 4、发电机采用强行励磁 5、采用电气制动 6、采用直流输电第四节电力系统的电压和无功功率的调整 1、有功功率为P=UIcos,无功功率为Q=UIs

20、in其中角是电压U越前于电流I的角度。 电阻回路： P=UIcos=UIcos0=UI Q=UIsin=UIsin0=0 因此有功功率是消耗在电阻上的，电阻上不消耗无功功率。 电感回路：P=UIcos=UIcos90=0 Q=UIsin=UIsin90=UI 因此电感上要消耗无功功率，也就是要吸收感性的无功功率，用以产生磁场。 电容回路： P=UIcos=UIcos（-90）=0 Q=UIsin=UIsin（-90）=-UI 因此电容上要消耗负值的无功功率，即电容上要吸收容性的无功功率，用以产生电场。电容器是一个无功电源，电容器不消耗有功功率。 无功功率的电源 1、同步发电机（发电机既能发出有功功率，也能发出感性的无功功率。） 2、同步调相机（同步调相机是外加励磁电流的同步电动机。 3、静电电容器（在近负荷端的母线上装设电容器。由于电容器吸收容性的无功功率，也就是输出感性的无功功率，所以电容器是一个无功电源。 4、静止补偿器（静止无功补偿系统（SVC）由电容器和可调的电抗器并联装置构成。） 5、远距离输电线路（到底该线路是无功电源还是无功损耗，需要看线路长度。一般来说，300km以下的线路总的是消耗感性的无功功率的。300km以上线路是输出感性的无功功率的，是一个无功电源。 电力系统的电压管理与调压措施 （一）电力系统的电压管理（一般是在中枢点对电压进行管理的。所谓中枢点是