电力系统基础知识课件

1、第一章 电力系统基础知识前言 电力系统发展概况及前景第一节 电力系统基本概念第二节 电力负荷第三节 电能质量指标第四节 电力系统中性点接地我国电力工业发展概况及前景 一、电力工业发展概况 最早的火力发电是在1882年，在上海第一台机组发电。 水力发电比火力发电晚了30年，始于1912年，在云南省离昆明40km的螳螂川上建成石龙坝水电站，装机容量为2X240kW。 从1882年，到1949年新中国成立，在60多年中，全国只有几个大城市有电能供应。 1949年全国发电设备的总装机容量为18486万kW(当时占世界第21位)，年发电量仅431亿kWh(占世界第25位)，人均年占有电量不足10kWh。

2、 1978年改革开放到2000年，我国发电装机和发电量先后超越法国、英国、加拿大、德国、俄罗斯和日本，居世界第2位。 1987年发电装机突破1亿千瓦，1995年超过了2亿千瓦，2000年跨上3亿千瓦台阶。进入新世纪，电力工业进入历史上的高速发展阶段，2004年全国发电装机突破4亿千瓦，2005年超过了5亿千瓦。至今，全国发电装机超过6亿千瓦。 随着电力工业的技术装备水平不断提高，我国成批量生产的30万千瓦和60万千瓦机组已成为国内的主力机型。 目前， 60万千瓦、90万千瓦超临界机组已经投产发电，国产百万千瓦级超超临界机组也即将投产。通过引进国际先进技术，国内合作生产的30万千瓦大型循环流化床

3、锅炉发电设备、9F级联合循环燃气轮机、60万千瓦级压水堆核电站和70万千瓦三峡水轮机组等发电设备在性价比上已经具有了国际竞争力。 我国最大的火电机组容量为90X104kW(外高桥第二发电厂)， 最大的水电机组容量为70X104 kW(三峡工程)， 最大的核电机组容量100X104kW(岭澳核电厂)； 最大的火力发电厂容量300X104kW(北仑港电厂，5X 60X104kW)， 最大的水力发电厂330X104 kW(二滩水电厂，6X55X104kW)， 最大的核能发电厂200X104kW(岭澳核电厂，2X100X104 kW)， 最大的抽水蓄能电厂240X104 kW(广东抽水蓄能电厂，8X3

4、0X104kW)， 举世瞩目的三峡工程，装机容量32台(含地下电厂6台机组)，单机容量70X104kW，年均发电量847XlO8kWh。 我国核电力工业起步较晚，自行设计、制造、安装、调试的30X104 kW浙江秦山核电厂于1991年12月首次并网发电； 1974年建成了我国第一条330kV输电线路，由甘肃刘家峡水电厂到陕西关中地区。 1981年建成了第一条500kV输电线路，由河南姚盂火电厂到武汉。 正在建设中的西北750kV输变电工程，标志着我国电网输电电压等级由目前最高的500kV即将升级为750kV，实现历史性跨越。 除超高压交流输电外，1988年建成了从葛洲坝水电厂到上海南桥变电站的

5、土500kV直流输电线路，输送容量120X104kW，使华中和华东两大电网互联，形成了跨大区的联合电力系统。 三峡已完成三峡一常州、三峡一广东等土500kV高压直流输电工程。同时，国内制造厂家生产制造的500千伏交直流输变电设备已成为电网的骨干输电网架。西北750 千伏交流输变电示范工程和河南灵宝背靠背成套设备已建成投产。目前全国六大电网已实现互联。国家发改委同意先建设三条特高压示范工程，分别是国家电网公司的“晋东南-南阳-荆门”1000千伏交流特高压、“溪洛渡-向家坝”800千伏直流特高压和南方电网公司的“云南楚雄-广州穗东”800千伏直流特高压。 总投资180亿元的四川-上海800千伏特高

6、压直流输电示范工程在上海奠基，这也是中国第二条特高压线路。据介绍，这是目前规划建设的世界上电压等级最高、输送距离最远、容量最大的直流输电工程。这条输电线路计划于2011年建成投运，届时可向上海输电700万千瓦。国家发改委同意先建设三条特高压示范工程，分别是国家电网公司的“晋东南-南阳-荆门”1000千伏交流特高压、“溪洛渡-向家坝”800千伏直流特高压和南方电网公司的“云南楚雄-广州穗东”800千伏直流特高压。未来在西南水电中，金沙江下游4座特大型水电站总装机容量约3800万千瓦，通过6回800千伏特高压直流工程外送华东和华中电网；雅砻江锦屏一、二级和官地水电站，装机总容量共计1080万千瓦，

7、采用1回800千伏特高压直流工程送电华东。远景中的西藏水电开发外送，均需采用800千伏特高压直流输电技术。二、电力系统发展前景 超高压、大系统、大机组、大电厂、高度自动化以及核电技术和直流输电技术 关于IT(1nformationTechnology)技术：IT技术在电力系统中的应用，目前取得成功的主要在两个方面， 第一方面是各类电气设备的微机化，如微机励磁调节系统，微机继电保护装置，微机无功电压控制装置，微机调速器，以及微机监控系统等。 第二方面是电力系统各类复杂计算的计算机自动实现，如潮流计算，短路计算，暂态稳定计算，电磁暂态计算，电压稳定计算，小干扰分析，各类优化计算，智能软件和小波分析

8、等很多方面都实现了计算机自动计算。上述两个方面研究成果的成熟和计算机技术的进一步发展，使得系统集成为新的研究热点。目前比较成功的有下述几个方面： SCADA(Supervisory Control and DataAcquisition)系统、 EMS(Energy Management System)、 DMS(Distribution Management System)，DCS和NCS的配合（网控微机监控系统，简称NCS: Network Control System） 就地或区域的综合监控系统，MIS(Management lnformation System)等。 关于谐波治理随着超

9、大容量的电力电子装置的发展，如直流输电工程，动态无功补偿、有源电力滤波、可控移相和柔性交流输电等。然而所有电力电子装置都不可避免地会产生谐波，它不但向电力网注入谐波电流，使公共连接点的电压波形严重畸变，形成附加的能量损失，而且产生很强的电磁干扰。造成重要的和敏感的自动控制与保护装置工作紊乱，影响功率处理器的正常运行等。因此，电力系统谐波及其治理的研究已经严峻地摆在电力科技工作者面前。GPS系统 全球卫星定位系统GPS（Gavigation Satellite Timing and Ranging /Global Positioning System），由21颗工作卫星和3颗备用卫星组成。是由美

10、国国防部负责实施的一项高科技计划，历时20多年于1993年完成。该系统接收器把卫星信号解码后能够把本身时钟与卫星时钟对准，测出它与各卫星之间的距离，计算出自己所处的位置（经、纬度）和高度。目前世界上除了GPS全球卫星定位系统外，还有一个是俄罗斯的GLONASS全球卫星定位系统。就电力系统应用而言，这两个系统的时间精度都足以满足要求。国家核电技术公司成立即将引进第三代核电技术目前我国正在运行的11座核电机组，以压水堆技术为主，包括3座国产的、两座从俄罗斯引进的和4座从法国引进的，还有从加拿大引进的两座重水堆。这些核电技术都属于第二代。目前我国核电装机容量900万千瓦，仅占全国电力总装机容量的1强

11、，远低于世界平均水平。按照国家核电中长期发展规划，到2020年，我国核电装机将占电力总装机容量的4，达到4000万千瓦。广东十一五期间计划投资739亿元人民币营建核电，其投资超过了常规电厂，已选择了10个新厂址。世界核能协会(WNA)的统计表明：至2005年全球共有442座核反应堆并网，62座在建，160座计划建设，核能供电已占全球供电的16%，其中美国103座，法国58座，日本55座、在建13座，俄罗斯31座，韩国20座，印度18座、在建8座。核能依赖的资源主要分布在加拿大和澳大利亚等地，核原料铀供应相对稳定安全，难以被个别国家控制；核燃料能量密度比化石能源高几百万倍，要比煤炭石油节省体系庞

12、大的物流资源；核能发电燃料费用低，与油气煤相比具有价格稳定的优势，对原料产地依赖性不强。核能发电的劣势是：热污染严重，放射性废料处理需缜密安排，核电不宜做尖峰、离峰使用，需要建立严格的防漏安全体系等。 电力网：电力系统中的输电、变电、配电三部分组成称为电力网。电力系统：由发电、输电、变电、配电和用电组成的整体称为电力系统。动力系统：把发电厂的发电机除外的动力部分称动力系统。 电力网：按其在电力系统中的作用不同，分为输电网和配电网输电网：是以高压甚至超高压将发电厂、变电所或变电所之间连接起来的输电网络。所以又称电力网的主网架。电压等级在220kV以上配电网：直接将电能送到客户的网络。配电网的电压

13、因应客户的需要而定，根据电压等级又分高、中、低配电网。高压配电网：电压等级在110kV及以上的网络中压配电网：电压等级在35kV、10kV、6kV、3kV的网络低压配电网：电压等级在220V、380V的网络（二）电力系统的基本结构形式，大致可分为下列两类：(1)大城市型。这类系统是向以大城市为中心的负荷密度很高的地区供电的电力系统。它以围绕城市周围的环形系统作为主干，将水电、火电、核电电源引入主干网络，再向城市供、配电系统进行再分配，并对大城市用电增长有高度的适应性和供电的高度可靠性。 (2)远距离输电系统。这一类系统一般是指通过远距离输电线路(数百到数千公里)把远处的大型水电厂、坑口电厂、核

14、电厂的电能送往负荷中心，如图1-2所示。电力系统电压分层结构示意图如图1-3所示。超高压500kV主要用于大功率、远距离输送和跨省联络线，并正在逐步形成跨省互联的网络；高压220kV主要形成大电网主干网架；110kV用于中、小系统的主干线，也用于大电力系统的二次网络；城市配电网目前主要采用10kV、35kV电压等级。随着城市电力需求的增长，配电电网的电压升高，将形成110kV配电网。（三）对电力系统的要求保证供电可靠 保证良好的电能质量为用户提供充足的电力提高电力系统运行经济性 一、大电力系统的优点 (1)提高供电可靠性和电能质量。 (2)可减少系统的装机容量，提高设备利用率。 (3)便于利用

15、大型动力资源，降低造价。 (4)减少系统的备用容量，合理利用各种资源，提高运行的经 济性。 （5）降低系统的高峰负荷二、电力生产的特点 1、同时性电能不能大量存储： P发 P用P 频率f Q发 Q用Q 电压V过渡过程十分短暂：2、集中性电力生产是高度集中的、统一的。3、适用性电能使用最方便、最广泛。4、先行性装机容量、电网容量、发电量增长速度应大于工业总产值的增长。三、新型能源发电技术新能源主要指风能、太阳能、地热能、海洋能等。目前比较成熟的新能源发电技术有：1）风力发电；2）太阳能发电；3）地热发电；4）潮汐发电四、电网的节能技术 电网的线损是指发电厂到客户（电力系统）的输送过程中不可避免地

16、发生的功率和能量损耗。 主要由电力变压器和电力线路损耗。电网节能技术主要包括电力线路、电力变压器和电网总体节电技术三个方面：1、电力线路的节能措施1）在电网中尽量采用环形供电和多回线路供电方式避免电力线路交错、重叠和迂回供电。2）投入备用线路3）减少空载损耗4）采用节能型无功补偿装置，提高功率因数5）改造、更新高低压配电线路2、变压器节能技术1）采用节能型变压器2）采用相控无功自动补偿提高功率因数，降变压器绕组损耗。3）按最大需求量计算基本电费，有利于推广变压器经济运行，从而达到节能的目的。4）调整电网中变压器运行5）实行经济调度，提高变压器运行效率，实现经济运行。3、电力系统总体节能方式1)

17、 系统总体负荷平衡2）调整客户用电时间，提高负荷率3）简化电压等级4）实施电网经济调度，减少电力系统的电能损耗5）选择合理的电力系统规划方案6）采用冷、热电联产第二节 电力负荷 电力负荷是指用电设备或用电单位所消耗的功率（KW）、容量（KVA）和电流（A）。一、电力负荷的组成1、用电负荷：是用户在某一时刻对电力系统所需求的功率。2、线损负荷：电能从发电厂到用户的输送过程中不可避免地会发生功率和能量的损耗，与这种所对应的发电功率，叫线损负荷。3、供电负荷：用电负荷加上同一时刻的线损负荷，是发电厂对外供电时所承担的全部负荷。二、电力系统负荷的分类方法1、按突然中断供电所造成的损失程度分类可以分为三

18、类： 一类负荷： 对这类负荷中断供电，将带来人身危险，设备损坏，引起生产混乱，出现大量废品，重要交通枢纽受阻，城市水源、通信、广播中断，因而造成巨大经济损失和重大政治影响。一类负荷一般应由两个独立电源供电。 二类负荷： 对这类负荷中断供电，将造成大量减产、停工，局部地区交通受阻，大部分城市居民的正常生活被打乱。二类负荷可以采用双回线供电。 三类负荷： 指不属于第一类、第二类的其它负荷。对这类负荷中断供电，造成的损失不大。因此，对三类负荷的供电无特殊要求。2、按负荷发生时间分类可以分为三类：（1）高峰负荷：是指电网或用户在一天时间内所发生的最大负荷值。 （2）低谷负荷：是指电网或用户在一天24小

19、时内发生的用电量最小的一点的小时平均电量。 （3）平均负荷：是指电网和用户在一段确定时间阶段的平均小时用电量。第三节 电能质量电能质量：指供给用电单位收电端电能品质的优劣程度电能质量主要包括电压质量与频率质量两部分。一、电压质量又分为：1、电压允许偏差2、电压允许波动和闪变3、公用电网谐波4、三相电压不平衡二、频率质量1、供电频率允许偏差电能的质量指标主要包括：电 压 频 率波 形电压质量标准：频率：频率偏差：0.2Hz（3000MW系统）0.5Hz（3000MW系统）国外：(0.10.2)Hz 或 0.5Hz电钟时偏：30s（3000MW系统）1min（3000MW系统）额定频率：50Hz（

20、国外：50 或 60Hz）波形：质量标准：正弦波电压和电流谐波的危害与抑制第四节 电力系统中性点接地一、概述二、中性点不接地系统三、中性点经消弧线圈接地的电力系统四、中性点直接接地的电力系统五、中性点经电阻接地的电力系统六、低压系统接地形式一、概 述 接地 ： 为了保证电力网或电气设备的正常运行和工作人员的人身安全，人为地使电力网及其某个设备的某一特定地点通过导体与大地作良好的连接。接地分类：工作接地：为了保证电气设备在正常或发生故障情况下可靠地工作而采取的接地。工作接地分直接接地和非直接接地。工作接地的电阻一般不超过4欧姆。保护接地：将一切正常工作时不带电而在绝缘损坏时可能带电的金属部分接地

21、，以保证工作人员接触时的安全。保护接零：在中性点直接接地的低压电力网中，把电气设备的外壳与接地中性线直接连接，以实现对人 身安全的保护作用。防雷接地：为消除大气过电压对电气设备的威胁，而对过电压保护装置采取的接地措施。防静电接地：对生产过程中有可能积蓄电荷的设备所采取的接地。根据电力系统中发生单相接地故障时，其接地故障电流的大小来划分，我国电力系统的中性点接地有两大类：、小电流接地系统；、大电流接地系统 。具体来说有4种，即：小电流接地系统包括中性点不接地（中性点绝缘）、中性点经消弧线圈接地或经大电阻、中电阻接地；大电流接地系统包括中性点直接接地、中性点经小电阻接地。如何确定电力系统中性点接地

22、方式： 应从供电可靠性、内过电压、对通信线路的干扰、继电保护以及确保人身安全诸方面综合考虑。负荷ABCCCCICa. 电路图UAUBUC0IAIBIC00UAUBUCIB0IC0IA0b. 矢量图二、中性点不接地的电力系统 适用范围3kV60kV的电力系统 正常运行时结论： 三相电压对称，三相导线对地电容电流也是对称的，三相电容电流相量之和为零，这说明没有电容电流经过大地流动。0UBUAUC60-UA UCUB -UA ICBICC-ICAICAICAICBICBICCICCIPE负荷ABCCCCUAUBUC 单相金属性接地故障时(A相)中性点不接地系统单相接地故障的结论 ：三相之间的线电压仍

23、然对称，用户的三相用电设备仍能照常运行，但允许继续运行的时间不能超过2h。 故障相对地电压降为零；非故障相对地电压升高为线电压，且相位相差600。因此，线路及各种电气设备的绝缘要按线电压设计，绝缘投资所占比重加大，显而易见，电压等级越高绝缘投资越大。0UBUAUC60-UA UCUB -UA ICBICC-ICA 接地故障电容电流IPE中性点不接地系统单相接地故障的讨论 ：如果接地电流在5A以下，当电流经过零值时，电弧就会自然熄灭。如果接地电流大于5A10A，而小于30A，则有可能形成间歇性电弧；间歇性电弧容易引起弧光接地过电压，其幅值可达（2.53）U，将危害整个电网的绝缘安全。接地电流大于

24、30A时，将形成稳定电弧，成为持续性电弧接地，这将烧毁电气设备和可能引起多相相 间短路。0UAUBUC-UCUAUBILICICAICB负荷ABCCCCILICICCICBICAICCICBICAIPEL三、中性点经消弧线圈接地的电力系统消弧线圈: 安装在变压器或发电机中性点与大地之间的具有气隙铁芯的电抗器。单相(C相)金属性接地故障: 消弧线圈的作用 当发生单相接地故障时，接地故障相与消弧线圈 构成了另一个回路，接地故障相接地电流中增加了一个感性电流，它和装设消弧线圈前的容性电流的方向刚好相反，相互补偿，减少了接地故障点的故障电流，使电弧易于自行熄灭，从而避免了由此引起的各种危害，提高了供电

25、可靠性。 C相发生接地时，中性点电压变为-UC ，在消 弧线圈作用下，产生电感电流（滞后90），其数值为: ILUC / XLU / XL 消弧线圈的补偿方式欠补偿方式：按ILIC选择消弧线圈的电感，此时接地故障点有剩余的电感电流流过。四、中性点直接接地的电力系统 特点： 供电可靠性不如电力系统中性点不接地和经消弧线圈接地方式。为提高供电可靠性，在线路上广泛安装三相或单相自动重合闸装置。电气设备的绝缘水平只需按电力网的相电压考虑，可以降低工程造价。我国380/220V系统中一般都采用中性点直接接地方式，主要是从人身安全考虑问题。负荷ABCk(1)Ik(1)Ik(1)中性点直接接地方式适用范围：

26、我国110kV（国外220kV）及以上电压等级的电力系统 。380/220V低压系统。五、中性点经（小）电阻接地的电力系统 特点： 降低工频过电压，抑制弧光过电压；消除铁磁谐振过电压，防止断线谐振过电压；设置零序保护、动作跳闸；避免发生高压触电事故；供电可靠性有保证。减少对通信的干扰。 适用范围：配网系统（与中性点经消弧线圈接地、不接地比较）全电缆出线变电站的单相接地故障电容电流超过30A时采用中性点经电阻接地；全架空线路出线变电站的单相接地故障电流超过10A时，采用中性点经消弧线圈接地；对电缆与架空线混合线路的单相接地故障电容电流超过10A时，可采用中性点经消弧线圈接地或采用中性点经电阻接地。六、低压系统接地形式1、TN 系统接地TN 方式供电系统： 这种供电系统是将电气设备的金属外壳和正常不带电的金属部分与工作零线相接的保护系统，称作接零保护系统，用 TN 表示。其中 TN 系统又分为 TN-C 、 TN-S 、 TN-C-S 系统2、TT 系统接地TT 方式供电系统 : TT 方式是指将电气设备的金属外壳直接接地的保护系统，称为保护接地系统，也称 TT 系统。第一个符号 T 表示电力