电气运行讲座精品课件

1、电气运行讲座第1页，共58页，2022年，5月20日，23点57分，星期五第一讲：谈用电气基本理论理解实际问题 问题一：什么是线路的充电功率？问题二：电抗器的作用是什么？问题三：什么是变压器的励磁涌流？问题四：什么是发电机的功角特性？问题五：什么是发电机进相运行？问题六：发电机失磁对系统有何影响？问题七：负序电流对发电机有何危害？问题八：什么叫谐振？如何防范？ 。第2页，共58页，2022年，5月20日，23点57分，星期五第一节：电气三大元件：电阻、电感和电容 一、电阻元件： 1、有电流的地方就存在电阻。2、集肤效应：交流电流的传送集中在导体的表面。而且电流的频率越高，集肤效应越强。 3、电

2、阻发热：无处不在的发热 严重后果是设备损坏。 4、线性电阻和非线性电阻。第3页，共58页，2022年，5月20日，23点57分，星期五第一节：电气三大元件：电阻、电感和电容 二、电容元件： 1、基本特性：电容元件是储存电荷（电场）的元件。通常的电容元件是线性时不变元件。即： C =2、电容的端电压与电流有如下关系：i(t) = C 3、电容储存电场能，是储能元件。电容储能不足，电容的电压就不能维持。4、电容是交流元件，在直流电路中，电容相当于开路。第4页，共58页，2022年，5月20日，23点57分，星期五第一节：电气三大元件：电阻、电感和电容 （1）电容送电：一阶电路零状态响应：原未充电的

3、RC电路接通直流电压源的电路，开关K在t = 0 接通电源，形成电容的充电过程。 Vc(t) = VS(1 - e ) Ic(t)= e 一阶电路零状态响应 式中： = RC；-t/-t/-+VsCR+_VcicK第5页，共58页，2022年，5月20日，23点57分，星期五第一节：电气三大元件：电阻、电感和电容 由上述计算可以看出： 电容由零状态充电时，电容将储存电能，电容电压t = 0 时刻为零，逐步充电到电源电压； 电容充电是一个动态过程，充电时间的长短决定于，而的大小由回路的R、C决定。 在电网中，存在分布电容的输电线路、电容补偿装置在充电过程中表现上述回路相同的特点。在电网中，当电源

4、电压突然升高时，电容将逐步充电，电压将有渐变的动态过程。电容补偿器在系统电压升高时从系统吸收无功，起到维持电压的作用。 第6页，共58页，2022年，5月20日，23点57分，星期五第一节：电气三大元件：电阻、电感和电容 （2）电容停电：一阶电路零输入响应：原开关在1端，在t=0时刻，瞬时接至2端，形成电容的放电过渡过程。Vc(t) = V0 e Ic(t) = e 式中： = RC； 一阶电路零输入响应-t/-t/12-+V0CR+_VcicK第7页，共58页，2022年，5月20日，23点57分，星期五第一节：电气三大元件：电阻、电感和电容 由上述计算可以看出： 电容瞬时断电后，电容内仍然

5、储存电能，电容电压必须通过放电回路放电； 电容放电是一个动态过程，放电时间的长短决定于，而的大小由回路的R、C决定。 在电网中，存在分布电容的输电线路、电容补偿装置在断电后同样表现上述回路的特点。在电网中，当电源电压突然降低时，电容将逐步放电，电压将有渐变的动态过程。电容补偿器在系统电压降低时向系统补充无功，起到维持电压的作用。第8页，共58页，2022年，5月20日，23点57分，星期五第一节：电气三大元件：电阻、电感和电容 5、电容元件交流特性：波形和相量表示：Xc = 1/C 称之为电容的容抗，简称容抗。 从容抗的频率特性可看出： 电容元件的相量表示 电容元件的容抗随频率的增加而减小。电

6、源的频率越高，电容对其阻抗越小。 电容频率特性 v(t)tTT/2i(t)VcIc=jCVcXcoXc第9页，共58页，2022年，5月20日，23点57分，星期五第一节：电气三大元件：电阻、电感和电容 6、在纯电容电路中，只存在电源的电能与电容的电场能之间的转换，不存在能量消耗，或者说电容在一个周期内接受的能量与放出的能量相等，平均有功为零。而交换的功率的最大值称为无功功率。 7、从另一个角度讲，在交流电路中，若存在电容元件，电源与电容元件之间必须存在无功功率的交换。这种交换是在电源变化的一个周期内完成的一进一出。第10页，共58页，2022年，5月20日，23点57分，星期五第一节：电气三

7、大元件：电阻、电感和电容 三、电感元件： 1、基本特性：电感是线圈或导体中流过交变电流产生的一种特有现象，它体现了此类元件对交变电流的一种阻碍作用。电感的大小为线圈或导线的自感磁链和所通过电流i之比： L = 2、电感的端电压与电流有如下关系： u(t) = L3、电感元件是一种储能元件，它储存磁通（磁场），并且电感元件所放出的能量只能等于初充电时储存的能量，因此是无源元件。 第11页，共58页，2022年，5月20日，23点57分，星期五第一节：电气三大元件：电阻、电感和电容 （1）电感送电：一阶电路零状态响应：原未充电的RL电路接通直流电压源的电路，开关K在t = 0 接通电源，形成电感的

8、充电过程。 VL(t) = VSe IL(t)= （1-e ） 一阶电路零状态响应 式中： = L/R；-t/-t/-+VsCR+_VcicK第12页，共58页，2022年，5月20日，23点57分，星期五第一节：电气三大元件：电阻、电感和电容 结论： 电感由零状态充电时，电感将储存电能，电感电流t = 0 时刻为零，逐步充电到最大值； 电感充电是一个动态过程，充电时间的长短决定于，而的大小由回路的R、L决定。 在电网中，存在电感的电感线圈在充电过程中表现上述回路相同的特点。在电网中，当电流突然升高时，电感将逐步充电，电流将有渐变的动态过程。电抗器在电流突然升高时，起到限流的作用。 第13页，

9、共58页，2022年，5月20日，23点57分，星期五第一节：电气三大元件：电阻、电感和电容 （2）电感停电：一阶电路零状态响应：在t=0时刻，瞬时接至2端，形成电容的放电过渡过程。 VL(t) = - I0 R e IL(t)= I0 e 一阶电路零输入响应 式中： = L/R；-t/-t/12-+V0CR+_VcicK第14页，共58页，2022年，5月20日，23点57分，星期五第一节：电气三大元件：电阻、电感和电容 结论： 电感瞬时断电后，电感内仍然储存电能，电感电流必须通过放电回路放电； 电感放电是一个动态过程，放电时间的长短决定于，而的大小由回路的R、L决定。 存在电感的电感线圈在

10、充电过程中表现上述回路相同的特点。在电网中，当电源电压突然降低时，电感将逐步放电，电流将有渐变的动态过程。第15页，共58页，2022年，5月20日，23点57分，星期五第一节：电气三大元件：电阻、电感和电容 5、电感元件的交流特性：波形和相量表示： 电感元件的相量表示XL = L 称之为电感的电抗，简称感抗。 从感抗的频率特性可看出：电感元件的感抗随频率的增加而增大。 电感频率特性 v(t)tTT/2i(t)IVL=jLIXLoXL第16页，共58页，2022年，5月20日，23点57分，星期五第一节：电气三大元件：电阻、电感和电容 6、在纯电感电路中，只存在电源的电能与电感的磁场能之间的转

11、换，不存在能量消耗，或者说电感在一个周期内接受的能量与放出的能量相等，平均有功为零。而其交换的功率的最大值称为无功功率。 7、在交流电路中，若存在电感元件，电源与电感元件之间必须存在无功功率的交换。这种交换是在电源变化的一个周期内完成的一进一出。第17页，共58页，2022年，5月20日，23点57分，星期五第一节：电气三大元件：电阻、电感和电容 四、电容和电感的混合：在电力系统中，我们大多遇到的是电容、电感和电阻连接在一起的混合电路，混合电路具有上述各电路的合成特性。 （1）功率因数：在纯电容电感电路中，电压与电流的夹角均为90，混合电路中，夹可能变为小于90，功率因数就是表征这种角度关系的

12、参数，纯电容电路中，功率因数为0，纯电感电路中，功率因数也为0，而纯电阻电路的功率因数为1，混合电路的功率因数在0-1之间。 功率因数越大，表示电流中无功分量越小，并且将感性无功规定为正。 第18页，共58页，2022年，5月20日，23点57分，星期五第一节：电气三大元件：电阻、电感和电容 （2） 电感和电容的功率交换：混合电路中，电容、电感元件虽然不消耗能量，但它们的存在，它们维持正常工作就必须要和电源交换功率，电感和电容元件之间交换功率。 对电容的交换功率是由电源和电感内储存的感性功率所提供的，当感性功率不足时，电容充电不足，将导致电压降低； 当系统电压下降时，感性功率不足，会影响电感元

13、件的正常工作，导致系统稳定破坏。 （3） 电容电感的谐振：当电路中容抗与感抗相等时，其总阻抗表现为纯电阻性，低于正常阻抗，谐振时的产生电压通常高于电源电压。谐振的条件：L = 1/C第19页，共58页，2022年，5月20日，23点57分，星期五第二节：电感的实际应用之一：发电机及运行 第20页，共58页，2022年，5月20日，23点57分，星期五第二节：电感的实际应用之一：发电机及运行 一、 发电机的基本特性 同步发电机原理 发电机的简化等效电路 第21页，共58页，2022年，5月20日，23点57分，星期五第二节：电感的实际应用之一：发电机及运行 二、同步发电机的有功功率 同步发电机能

14、流图 同步发电机转子磁场与气隙磁场 第22页，共58页，2022年，5月20日，23点57分，星期五第二节：电感的实际应用之一：发电机及运行 发电机气隙磁场和相量图： 同步发电机转子磁场拖动气隙磁场 发电机运行相量图 第23页，共58页，2022年，5月20日，23点57分，星期五第二节：电感的实际应用之一：发电机及运行 三、同步发电机的功角特性： Pem = 3 UIcon = 3 sin 同步发电机的功角特性 四、同步发电机的有功调节与电网频率控制 负荷的频率特性 发电频率特性 电力系统的二次调频 第24页，共58页，2022年，5月20日，23点57分，星期五第二节：电感的实际应用之一：

15、发电机及运行五、自动发电控制 自动发电控制AGC(Automatic Generation Control)是电力系统频率和有功功率自动控制系统的统称，是电网运行中一个重要的计算机实时控制功能。其目的是使系统出力和系统负荷相适应，保持额定频率和通过联络线的交换功率等于计划值，并尽可能实现机组间负荷的经济分配。具体地说，自动发电控制有四个基本目标：(1)使全系统的发电出力和负荷功率相匹配；(2)将电力系统的频率偏差调节到零，保持系统频率为额定值；(3)控制区域间联络线的交换功率与计划值相等，实现各区域内有功功率的平衡； (4)在区域内各发电厂间进行负荷的经济分配。 第25页，共58页，2022年

16、，5月20日，23点57分，星期五第二节：电感的实际应用之一：发电机及运行 自动发电控制系统示意图 第26页，共58页，2022年，5月20日，23点57分，星期五第二节：电感的实际应用之一：发电机及运行 六、 同步发电机运行的稳定性 1、发电机的静态稳定 2、发电机的动态稳定 发电机的稳定特性 第27页，共58页，2022年，5月20日，23点57分，星期五第二节：电感的实际应用之一：发电机及运行 3、提高发电机运行稳定性的措施 选择合适的工作点，使发电机保持静态稳定，并留有一定余地。 维持发电机动态稳定的一个可能方案是在故障情况下，尽可能提高发电机励磁电势Eq。 维持发电机动态稳定的另一个

17、可能方案是在故障情况下，尽可能及时减少汽轮机的输出功率。 在汽轮机的数字电液调节系统中，设置中压调门快关功能。在发电机部分甩负荷后，瞬时关闭中压调门、减少汽轮机输出功率，以利于发电机重新回到同步运行的稳定状态。 第28页，共58页，2022年，5月20日，23点57分，星期五第二节：电感的实际应用之一：发电机及运行七、发电机电压与无功调整1、电力系统无功与电压的关系 电力系统的无功负荷主要用于建立变压器、电动机和电磁元件的磁场，是用电负荷正常运行必须的，所以必须保证有功、无功的同时供给。 2发电机无功功率与电压的关系 发电厂是系统中唯一的有功电源，又是最基本的无功电源。当发电机有功功率容量有余

18、，而电力系统无功功率电源容量不足时，可降低发电机功率因数运行。 3、自动励磁参与电压调节 第29页，共58页，2022年，5月20日，23点57分，星期五第二节：电感的实际应用之一：发电机及运行八、发电机的励磁调节：1励磁自动调节的作用:发电机励磁自动调节装置的作用如下： 电力系统正常运行时，维持发电机或系统某点电压水平。 合理分配发电机间的无功负荷。 在电力系统发生短路故障时，按规定的要求强行励磁。 能够显著改善电力系统的运行条件。 对于200MW及以上发电机组，励磁自动调节装置还具有过励限制、低励限制等功能，使机组安全性得以提高。 第30页，共58页，2022年，5月20日，23点57分，

19、星期五第二节：电感的实际应用之一：发电机及运行 2对励磁自动调节装置的基本要求励磁调节装置除了在正常情况下起着自动调压的作用外，还在事故和异常运行情况下，担负着更多的任务。为使励磁自动调节装置能充分发挥上述作用，装置应满足如下几点要求。在正常情况下，能按机端电压的变化自动地改变励磁电流，维持发电机电压值在给定水平。因此，要求励磁自动调节器有足够的调节容量，发电机励磁系统有足够的励磁容量，以满足系统无功调节的需要。根据运行的需要，应有足够的电压调节范围，装置的调差率能随系统要求而改变，稳定地分配机组之间无功功率。电力系统发生事故导致电压降低时，励磁系统应有很快的响应速度和足够大的强励顶值电压，以

20、实现强行励磁的作用。 装置要简单可靠，动作要迅速，调节过程要稳定 第31页，共58页，2022年，5月20日，23点57分，星期五第二节：电感的实际应用之一：发电机及运行 3它励静止半导体励磁系统及其自动励磁调节 副励磁机JFL采用永磁式发电机，它经过一组可控硅整流装置KGZ向主励磁机供给励磁电流，可控硅整流器由磁励自动调节装置中的移相触发电路来控制。当励磁自动调节装置退出工作时，交流励磁机的励磁由永磁机经感应调压器GTY，整流变ZB，硅整流器GZ2来供给。 第32页，共58页，2022年，5月20日，23点57分，星期五第二节：电感的实际应用之一：发电机及运行 4励磁调节器的调差特性励磁调节

21、器的输入电压Uf与发电机的端电压U之间具有如下关系： Uf = U + kqIq kq为调差系数，Iq为发电机定子电流I的无功分量。当发电机励磁调节系统的调差系数kq等于零时，发电机端电压U等于励磁调节器的输入电压Uf ，系统稳定时等于给定电压UZ ；当kq大于零，即发电机具有正调差系数时，发电机端电压U随着发电机无功电流Iq的增加而下降；当kq小于零， 发电机的调差特性 即发电机具有负调差系数时，发电机端电压U随着发电机无功电流Iq的增加而增加，这种关系称为发电机的外特性。 第33页，共58页，2022年，5月20日，23点57分，星期五第二节：电感的实际应用之一：发电机及运行 5、并联发电

22、机的无功分配： 假设在母线上并联运行着两台发电机，均具有正调差特性。两机组的机端电压相等，各负担着一定的无功电流，先假设母线电压为U，两机组共同承担的无功电流为 Iq = Iq1 + Iq2 第34页，共58页，2022年，5月20日，23点57分，星期五第三节：电感的实际应用之二：变压器及运行一、变压器的工作原理变压器的工作建立在电磁感应原理基础之上。变压器的最主要部分是闭合铁芯和线圈（即绕组），通过电磁感应，就能实现在一、二次绕组间能量交换。 由于线圈绕组为电感元件，当变压器充电时，按前面电工学所讲，会产生一个暂态过程，同时由于铁芯的迅速饱和，两个原因共同形成了暂态冲击电流，即常说 变压器

23、原理图 的励磁涌流。励磁涌流是变压器充电过程中出现的正常现象，保护不能因此而误判为变压器故障。U1U2I1I2一次绕组二次绕组铁芯第35页，共58页，2022年，5月20日，23点57分，星期五第三节：电感的实际应用之二：变压器及运行第36页，共58页，2022年，5月20日，23点57分，星期五第三节：电感的实际应用之二：变压器及运行二、变压器的冷却机构变压器在运行中，绕组和铁芯发热首先传给变压器油，通过油传递给冷却介质。变压器常见的冷却方式有以下类型：（1）自然油循环自然冷却（油浸自冷）它是靠变压器油自然循环，油受热后比重小而上升，冷却后比重大而下降，冷热油不断对流，自然冷却。一般7500

24、kVA以下变压器采用此方式。 （2） 自然油循环风冷（油浸风冷）较大变压器在每组散热器上装设风扇加强表面冷却。 第37页，共58页，2022年，5月20日，23点57分，星期五第三节：电感的实际应用之二：变压器及运行 （3）强迫油循环风冷或水冷 大型变压器仅靠自然表面冷却不能满足要求。采用强迫油循环风冷或水冷，可以加快油的循环速度，起到更好的散热作用。应用较广泛的是强迫油循环风冷却装置。第38页，共58页，2022年，5月20日，23点57分，星期五第三节：电感的实际应用之二：变压器及运行三、变压器的允许运行方式： 1、允许温度： 变压器运行中要产生铜耗和铁耗，这两部分损耗最后全部转变为热能，

25、使变压器的绕组和铁芯发热，变压器的温度升高。 8规则指出，当变压器绝缘工作温度超过允许值后，每升高8，其使用期限便减少一半。 2、允许温升： 变压器与周围介质温度的差值叫做变压器的温升。由于变压器内部热量的传播不均匀，变压器各部位温度差别很大，同时热量的散失与周围环境的温度也有很大关系，因此需要对变压器的温升加以限制。 第39页，共58页，2022年，5月20日，23点57分，星期五第三节：电感的实际应用之二：变压器及运行 3、变压器电压变化的允许范围： 当电网电压小于变压器的额定电压时，对变压器来说没有什么损害，只是降低一些出力；但当电网电压高于变压器额定电压很多时，对变压器运行会产生不良影

26、响。过压对变压器运行的危害： (1) 变压器电压增高，变压器激磁电流增加，磁通密度增大，变压器会因损耗增加而过热； (2)激磁的增加，变压器消耗的无功功率也随之增加，会使变压器的实际出力降低； (3)激磁的增加，磁通密度增大，易导致磁通饱和，引起副绕组电势的波形发生畸变，出现尖顶波，对系统绝缘造成危害，特别是对110kV及以上的变压器匝间绝缘，危害最大。 第40页，共58页，2022年，5月20日，23点57分，星期五第三节：电感的实际应用之二：变压器及运行 4、 变压器的正常过负荷和事故过负荷： （1）变压器的正常过负荷能力： 因为变压器在一天、一年内的负荷，有时是高峰，有时是低谷。在低谷时

27、，变压器是在较低温度下运行；季节之内，负荷也有高有低，因此变压器在正常时运行时短期内允许过负荷运行，其允许的过负荷倍数及允许的持续时间，应由变压器的负荷曲线及冷却介质的温度来决定。 （2）变压器的事故过负荷能力：发电厂、变电站或系统发生事故时，由于一方面需要保证对重要用户的连续供电，另一方面又不应限制发电厂的出力，故允许变压器在短时间内过负荷运行，这称为变压器的事故过负荷。第41页，共58页，2022年，5月20日，23点57分，星期五第三节：电感的实际应用之二：变压器及运行 四、变压器的并列运行： 两台或两台以上的变压器的原绕组并联接到公共电源上，副绕组也并联接在一起向负荷供电，这种运行方式

28、，称为变压器的并联运行。 1、 变压器并列运行的条件：变压器并列运行时，当带上负荷后，其负荷的分配是按照各台变压器本身的特性（短路电压和变比）自行分配的，而不是按照变压器的额定容量成正比地分配的。运行中变压器间负荷分配不合理，设备容量就不能充分利用，因此，并列运行的变压器必须满足下列条件： （1）各变压器原、副边额定电压应分别相等（许可误差5%），各台变压器变比相等； （2）各变压器短路电压（又称为阻抗百分比）相等； （3）各变压器的接线组别相等。 第42页，共58页，2022年，5月20日，23点57分，星期五第三节：电感的实际应用之二：变压器及运行 2、条件不满足时并联的后果： （1）变比

29、不等的变压器并列 （2）短路电压不等的变压器并列： （3）接线组别不同的变压器并列： 变压器的外特性 I2E2U2I1I%12第43页，共58页，2022年，5月20日，23点57分，星期五第三节：电感的实际应用之二：变压器及运行五、变压器电压的调整： 变压器在运行中，随原边电源电压的变化，负荷的变动，副边电压便有较大变化。但为了保证供电质量，应使供电电压尽量稳定，因此，在电力系统运行中，应根据负荷的变动来调整电压。 1、 无载调压： 2、有载调压： 有载调压变压器装有带负荷调压装置，可以在带负荷运行时，根据电网电压的变化，进行分接头位置的调整，从而调整电网电压。有载调压变压器调压速度快，调压

30、范围大，调压范围可达额定电压的15%以上。我国规定有载调压的每级调压不超过3000伏。 第44页，共58页，2022年，5月20日，23点57分，星期五第四节：电感的实际应用之三：互感器 第45页，共58页，2022年，5月20日，23点57分，星期五第四节：电感的实际应用之三：互感器 一、 互感器的结构及功能 1、互感器的作用： （1）将一次回路的高电压、大电流变为二次回路的标准的低电压和小电流（通常额定二次电压为100V，额定二次电流为5A），使测量仪表和保护装置标准化。 （2）所有二次设备可用低电压、小电流的控制电缆联接，布线简单，安装方便，并易实现远方控制和测量； （3）二次回路不受一

31、次回路的限制，接线灵活，维护调试方便；使二次设备与高压部分隔离，保证人身和设备安全。 第46页，共58页，2022年，5月20日，23点57分，星期五第四节：电感的实际应用之三：互感器 2、互感器的工作原理和测量误差：3、电流互感器的结构与分类：4、电压互感器的结构与分类： 第47页，共58页，2022年，5月20日，23点57分，星期五第四节：电感的实际应用之三：互感器 二、互感器的接线形式1、电流互感器接线：电流互感器用于保护和测量电路中，常用的接线方式有：（1）单相接线：用于三相对称时测量一相电流。（2）电流差接线：用于两相一继电器保护。（3）星形接线：用于三相不对称负载或三相三继电器保

32、护和测量。 （4）不完全星形接线： （5）零序电流过滤器：取得零序电流供测量和保护。 第48页，共58页，2022年，5月20日，23点57分，星期五第四节：电感的实际应用之三：互感器 2、电压互感器接线：（1）单相接线：测量仪表和继电器某相对地电压。 （2）V/V接线：也叫不完全星形接线，可取得线电压和相对系统中性点电压，但不能取得相对地电压。 （3）Y0/Y0接线：取用线电压和相对交流中性点相电压及相对地的电压。 （4）Y/Y0接线：取用线电压和相对交流中性点相电压，不能取相对地的电压。 （5）Y0/Y0/开口接线：取得线电压、相对地电压和相对系统中性点电压。开口三角形可取得零序电压3Uo。 BCAabcNL第49页，共58页，2022年，5月20日，23点57分，星期五第四节：电感的实际应用之三：互感器 3、接入系统： （1）380V及以下的电压互感器一次侧用熔断器接入电网；3 110kV的电压互感器通过隔