电力系统课程课件

1、第一章 电力系统主要内容 有关电力系统知识及发电厂和变电所的主接线教学难点 电力系统运行特点及各种主接线的优缺点及其适用范围教学重点 电力系统运行特点及各种主接线的优缺点及其适用范围概述电力系统中电源的构成各种形式的发电厂动力系统与电力系统电力系统运行的负荷电力系统运行的特点及要求电力系统的电压等级发电厂和变电所的电气主接线课外作业7/26/20221第一章电力系统7/26/20222 电是什么?电力在生活中的广泛运用?电能的发.输.配.送是怎样完成的?7/26/20223什么是电力系统? 什么是动力系统？7/26/202241热力网；2变压器；3负荷；4一高压电动机；5照明负荷；6低压电动机

2、7/26/20225包括发电厂的发电机、升压及降压变电所、电力线路及用电设备总称就是电力系统。 发电厂、变电所、电能用户之间用电力线路连接起来，发电厂与热能用户之间用热力管道联系起来，构成电能和热能的统一生产、输送、分配和使用的总体称为动力系统 7/26/20226重点动力系统电力系统+动力部分电力系统=电力网发电机用电设备7/26/20227一 电力系统概述 电能是二次能源煤，石油，天然气水利电能其他能源7/26/20228电能生产原理一次能源热能势能电能7/26/20229 火力发电厂凝汽式火力发电厂 单一生产电能的火电厂，效率低文本文本文本文本文本文本文本文本文本热电厂 即生产电能又能向

3、用户提供热能，效率高7/26/202210我国常采用那种形式的火力发电厂?为什么?7/26/202211 在凝汽式火力发电厂中，由于做过功的蒸汽(称为乏汽)中仍含有热量，被凝结成水时，这些热量基本上被循环水带出变成热损失，因而这种类型电厂效率不高，先进的电厂其效率也不过3740，凝汽式火力发电厂生产过程见图11。 热电厂效率较高，可达6070，但是受热负荷等条件的限制，建热电厂的数量有限。提高凝汽式电厂效率的有效途径是尽量采用高温度、高压力的蒸汽参数和大容量的汽轮机一发电机组。7/26/2022127/26/202213 水力发电厂 按集中落差方式不同，水电厂的开发方式分为堤坝式、引水式及混合

4、式三类，以期望得到尽可能大的落差P=981QH 式中P发电容量，kW； Q水流量，m3s； H水的落差，m； 水轮机组的效率。7/26/202214堤坝式水电厂示意图 7/26/202215引水式水电厂枢纽布置图 7/26/202216在河流上游，当河床坡度较大时，宜于修建隧洞和渠道以获取最大落差，利用这种方式修建的水电厂称为引水式水电厂。引水式水电厂不建坝或只建低坝，该坝只起壅水作用，落差靠引水渠道或隧洞形成。 根据河流特点也可建造兼有堤坝式和引水式两种特点的水电厂，称为混合式水电厂。 7/26/202217水电厂生产电能的原理 无论哪一类水电厂，均是通过压力水管把水引人水轮机的螺旋形蜗壳，

5、推动水轮机转子旋转，带动发电机转动，把机械能变为电能。由上可见，水电厂的生产过程远比火力发电厂简单。7/26/202218其他发电厂核能电厂地热电厂潮汐电厂风力发电7/26/202219电力并网运行的优越性减少系统总备用容量的比重可采用高效率的大容量机组可充分利用水电厂的水能资源可减少负荷的峰值提高供电可靠率7/26/202220三电力系统的负荷 用电设备从电力系统中取用的功率(有功与无功)称为负荷 用负荷曲线表示和反应一天或者一年的用电量（折线法和阶梯法)三类负荷7/26/202221第类负荷：这类用户停电将造成人身事故、设备损坏、产品报废、生产秩序长期不能恢复、市政生活混乱等。第类负荷：该

6、类负荷供电中断将造成用户大量减产，使人民生活受到影响。 第类负荷：不属于第、类的负荷，如工厂的附属车间，小城镇及农村公用负荷等。 依据这种分类，供电部门可以采用不同的技术措施，满足各类负荷的供电可靠性要求 7/26/202222所谓负荷曲线就是指在某一段时间内用电负荷大小随时间变化的曲线图。7/26/202223负荷曲线的最高点和最低点分别代表日最大负荷和日最小负荷，是电力系统运行中必须掌握的重要数据。7/26/202224 四 电力系统运行特点及要求电能的特点：不能储存（发输配送同时完成）暂态过程非常迅速电力与国家社会关系密切7/26/202225对电力系统运行要求 保证供电可靠性保证电能质

7、量提高电力系统运行经济性7/26/202226电力系统的电压等级额定电压： 技术经济性能指标都将发挥得最好时的标准电压就称为额定电压 ，同时，电力网应有自己的额定电压，并且规定电力网的额定电压和用电设备的额定电压相一致。我国有自己制定的一套适合我国国情的标准电压7/26/202227课外作业发电厂，水电厂生产电能的原理？电能有几大特点？对电力系统的要求是什么？动力系统及电力系统的区别是什么？ 7/26/202228五 发电厂和变电所的主接线对主接线的基本要求 保证供电可靠性 主接线应简单，明了，运行灵活，操作方便 保证维护检修基本安全，方便 满足扩建要求 力求一次投资及年运行费用低7/26/2

8、02229单母线接线方式优点 简单清晰、设备少、投资小、操作方便、易于扩建等 缺点 可靠性和灵活性较差，当母线或母线隔离开关检修时，必须断开它所接的全部电源，因此所有出线也须停电；此外，当线路断路器检修期间，必须停止该回路的送电适用范围：6220kV系统中只有一台发电机或一台主变压器，且出线回路又不多的中、小型发电厂或变电所，、二类它不能满足一负荷的要求 7/26/2022307/26/202231单母分段式接线方式可靠性较单母接线式要高 分段的数目取决于电源容量的大小以及电源进线和负荷出线的多少，一般以23段为宜。此种接线既保留了单母线的优点，又在一定程度上提高了供电可靠性，所以广泛应用于中

9、、小容量发电厂的610kV接线和6220kV变电所中。7/26/2022327/26/202233带旁路母线的单母线接线方式优点：提高了供电可靠性，便于检修缺点：投资高，配电装置复杂 广泛地用于出线数较多的110kV及以上的高压配电装置中，因为这些线路电压等级高、输送功率较大、送电距离较远、停电影响较大，同时高压断路器每台检修时间也较长。 7/26/2022347/26/202235双母线接线方式运行方式灵活供电可靠性高扩建方便双母线有许多优点，在大中型发电厂和变电所中广为采用，并已积累了丰富的运行经验。但这种接线使用设备较多，投资较大，配电装置较复杂。 7/26/2022367/26/202

10、237图117双母线分段接线 图118双母线带旁路母线接线 7/26/202238简要介绍其他接线双母线分段接线双母线带旁路母线接线一台半断路器接线变压器母线组接线无汇流母线接线 单元接线和桥形，角形接线等7/26/202239第二章电力系统短路故障分析主要内容电力系统短路故障分析和计算以及短路电流的电动力和发热分析学习难点短路故障分析计算学习重点短路故障分析计算和短路电流的电动力电力系统短路的一般概念短路的种类短路的原因短路对设备和系统的危害短路电流的电动力短路电流的发热特点和发热分析7/26/202240一 电力系统短路故障分析短路的定义及种类短路是相与相之间通过电弧或其它较小阻抗的一种非

11、正常连接。在中性点直接接地系统中或三相四线制系统中，还指单相或多相接地(或接中性线)。三相系统中短路的基本类型有：三相短路、两相短路、单相接地短路(单相接地)和两相接地短路 7/26/202241（a)三相短路；(b)两相短路；(c)单相接地短路；(d)两相接地短路7/26/202242三相短路是对称短路，因为此时三相电流和电压仍然是对称的(短路回路的三相阻抗相等)，只是电流大大增加，电压大大降低而已。 上述几种基本类型的短路，除三相短路外都是不对称短路。因为这时三相处于不同情况下，每相电路中的电流和电压的数值不相等，其电流与电压夹角也不相等。上面所说各种短路是指同时在同一地点短路。此外在电网

12、中还可能在不同地点同时发生短路，如两相在不同地点发生接地短路。在电机和变压器中还可能发生一相绕组匝间短路等。7/26/202243二发生短路的原因 发生短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘被破坏。绝缘损坏多是由于未及时发现和消除的设备缺陷，以及设计、制造、安装和运行维护不良所致。如过电压、设备直接遭受雷击、绝缘材料老化和机械损伤等原因就常使设备绝缘损坏而造成短路。7/26/202244三短路对设备和系统的危害 短路对设备的危害，概括起来一是电流的热效应使设备烧坏，损坏绝缘；二是电动力使设备变形、毁坏。对系统的危害是使供电受阻，甚至造成系统稳定的破坏，使之出现非故障部分的大面积停电。短路也同时

13、引起电网的电压降低，特别是靠近短路点处降低得更多，结果可能导致部分或全部用户的供电中断 7/26/202245短路时电压下降得越大，持续时间越长，对系统稳定运行的破坏也越严重。 为了保证电力系统中电气设备安全可靠地运行，减轻一旦发生短路时的影响，除努力设法消除可能引起短路的一切原因外，还应尽快切除短路故障部分，使系统电压在较短的时间内恢复到正常值。为此，可采用快速动作的继电保护装置和跳闸时间短的断路器。7/26/202246四短路分析计算不对称短路的分析计算，都是用对称分量法将不对称量分解为对称系统来计算，因此三相短路的分析计算是各种短路故障分析计算的基础，所以短路故障的分析计算一般是从三相短

14、路故障开始。7/26/202247五短路电流的电动力及发热分析 在短路时，特别是当冲击电流通过电气设备和载流导体时，电动力可能达到很大的数值，以致损坏电器。因此，电气设备和载流导体必须具有足够的机械强度，能承受短路时电动力的作用，即应具有足够的电动稳定性。7/26/202248 当任意截面的两根平行导体中有电流i1和i2流过时，导体间的相互作用力如图23所示，可用下式计算：式中i1和i2导体中电流瞬时值，kA； L平行导体长度，cm； a导体轴线间距离，cm； K导体形状系数； F作用力，N。7/26/202249六短路电流的热效应电器和载流导体在短路电流流过时，虽然因继电保护动作将短路切除，

15、流过短路电流的时间很短，但因短路电流超过正常工作电流很多倍，温度仍会上升很高。电器和载流导体在短路电流流过时间内温度上升的最高值，应不超过短时发热的容许温度。满足此条件，则电器和载流导体是满足热稳定的。7/26/202250 图所示为电气设备流过负荷电流及短路电流时的温度变化曲线。设周围媒质温度为0，在零时刻到t1时刻内设备未投入工作，温度是0 。在t1时刻到t2时刻内设备投入工作，流过负荷电流I1，温度上升到岛1 。时刻发生短路，温度上升到k ，到t3时刻短路被切除。t3时刻以后，假如设备退出工作，温度逐渐下降到0 7/26/202251七短路电流的发热特点和分析由于短路电流发热时间很短，导体所发热来不及向周围媒质中散发，全部热量被导体吸收用以升高温度，温度很快短路电流发热时间=继电保护动作时间断路器遮断时间。（继电保护动作时间应取主保护动作时间