电气工程课件

1、第一章 绪论第二节 电力系统基本概念第三节 电能质量指标第四节 电力系统的电压等级及其选择 第五节 电力系统中性点接地第一节 电力系统发展概况及前景1第一节 电力系统发展概况及前景一、电力工业发展概况二、电力系统发展前景2一、电力工业发展概况电力工业发展史上的第一：火电：1882年上海电气公司水电：1912年云南石龙坝2240kW核电：1991年浙江秦山300MW五大发电公司：华能集团、大唐集团 、华电集团 、国电集团 、中电投集团。南方电网：广东省、广西省、云南省、贵州省和海南省五省（区）3输电线路： 1974年甘肃刘家峡水电站陕西关中地区 330kV交流 1981年河南姚孟火电厂到武汉50

2、0kV 交流 1988年葛州坝水电站到上海南桥变电站500kV直流4电力系统之最： 我国最大的火电机组容量90万kW（外高桥第二发电厂）最大的水电机组容量70万kW（三峡工程）最大的核电机组容量100万kW（岭澳核电厂）5 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70万kW，年均发电量846亿kWh，比全世界70万kW机组的总和还多，是世界上最大的发电厂 。6 最大的火力发电厂容量300万kW（宁波北仑港电厂，560万kW） 最大的水力发电厂330万kW（金沙江二滩水电厂，655万kW） 最大的核能发电厂200万kW（深圳龙岗大亚湾岭澳核电厂，2100万kW）海洋：6

3、*125万，175亿/1期 最大抽水蓄能电厂240万kW（广东抽水蓄能电厂，830万kW），这也是目前世界上最大的抽水蓄能电厂泰山：地下厂房布置4台单级混流可逆式水泵水轮发电机组，单机容量25万千瓦，总装机容量100万千瓦。年设计发电量13.382亿KWh。） 7二滩水电站二滩水电站地处中国四川省西南边陲攀枝花市盐边与米易两县交界处，二滩水电站位于四川省西南部的雅砻江下游，坝址距雅砻江与金沙江的交汇口33Km，距攀枝花市区46Km，系雅砻江水电基地梯级开发的第一个水电站，上游为官地水电站，下游为桐子林水电站。水电站最大坝高240m，水库水库正常蓄水位1200m，总库容58亿m3，调节库容33.

4、7亿m3，装机总容量330万kW，保证出力100万kW，多年平均发电量170亿kWh，投资103亿元。 是中国在二十世纪建成投产最大的电站。1991年9月开工，1998年7月第一台机组发电，2000年完工。8我国电力系统的发展：年人均电量：我国：1700kWh中等发达国家：7000kWh北欧、美国：18000kWh9二、电力系统发展前景1.做好电力规划，加强电网建设 加强电力规划，确定合理的电源结构和布局，留有足够的容量和能量的备用，建成容量充足、结构合理、运行灵活的联合电力系统 2. 电力工业现代化高电压、大系统大电厂、大机组高度自动化103. 联合电力系统 效益各系统间电负荷的错峰效益提高

5、供电可靠性、减少系统备用容量有利于安装单机容量较大的机组进行电网的经济调度进行水电跨流域调度调峰能力互相支援11增加联络线和电网内部加强所需投资以及联络线的运行费用当系统间联系较弱时，有可能引起调频的复杂性和出现低频振荡增加了系统短路容量，并可能导致增加或调换已有设备增加联合电网的通讯和高度自动化的复杂性支出124. 电力市场基本特征：开放性 竞争性 计划性 协调性基本原则：公平 公开 公正5. IT技术在电力系统中的应用6.谐波治理：波形畸变、电压峰值上升、涡流和集肤效应增加，造成电气设备绝缘损坏；通讯干扰、保护装置误动、计量误差。7.绿色能源的开发和利用（风能、太阳能等） 13 第二节 电

6、力系统基本概念一、什么是电力系统三、电力系统的特点四、对电力系统的要求二、电力系统的形成14水库 GMM电力网电力系统动力系统发电厂水轮机 发电机变电所升压变压器输电线路变电所降压变压器用户用电设备一、什么是电力系统？15 电力网：由变电所和不同电压等级输电线路组成的网络。动力系统：在电力系统的基础上，把发电厂的动力部分包含在内的系统。电力系统：由发电机、变压器、输电线路以及用电设备（或发电厂、变电所、输配电线路以及用户），按照一定的规律连接而组成的统一整体。16水力发电厂火力发电厂超高压远距离输电网地方电力网区域电力网110kV35kV35kV500kV220kV110kV10 kV变电所A

7、：枢纽变电所C：地方变电所D：终端变电所B：中间17 电力网：按电压等级的高低、供电范围大小的分类地方电力网：电压等级在35kV及以下区域电力网：电压等级在35kV以上（一般为110kV220kV）超高压远距离输电网：电压等级为330kV500kV的网络变电所：按其在电力系统中的地位分类枢纽变电所：330500kv，连接电力系统高、中压，汇集多个电源。中间变电所：220330kv，交换潮流、就地供电，汇集2-3个电源。地区变电所：110220kv，向一个区域或城市供电。终端电站所：110kv以下，向企业或用户直接供电。18二、电力系统的形成 电力系统规模越大，给人们带来的技术经济效益越大，具体

8、说明如下：可以提高供电可靠性 可以减少备用容量 可以减少系统装机容量 可合理利用能源，充分发挥水电在系统中的作用 采用高效率大容量的火电机组 可以提高系统运行的经济性 19三、电力系统的特点电能不能大量存储：电能的生产、变换、输送、分配和使用是同时进行的。 P发 P用P 频率f Q发 Q用Q 电压U20过渡过程十分短暂：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、减载装置、同期装置、励磁装置21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：社会政治经济影响巨大。负荷分类： 一类负荷： 二类负荷 三类负荷22电力系统的地区性特点较强：发展各具特色。

9、电力系统的规划设计、运行等不能盲目搬用其它系统的经验。23四、对电力系统的要求保证供电可靠 保证良好的电能质量 提供充足电能 提高电力系统运行经济性 24Exa：一台600MW火电机组，年利用小时6000h，煤耗率320g/kWh，煤价：300元/吨。Sol： 年发电量：600000kW6000h36亿kWh 需标煤：36亿kWh320g/kWh115.2万吨标煤 燃料费：115.2万吨300元/吨34560万元1%节约： 燃料：1.152万吨标煤 燃料费：345.6万元25我国电气行业十大看点 看点一：装机容量突破9亿千瓦 看点二：电工行业恢复性增长 看点三：新能源发展如火如荼 看点四：智能

10、电网建设“由虚转实” 看点五：中国核电或破能源瓶颈。中国第一座快中子反应堆将铀资源的利用率从压水堆的约1%提高到60%70%。看点六：变压器行业打响节能战。损耗在电网损耗中占30%40%占全国发电量的3%以上 看点七：铅酸蓄电池产业面临大考看点八：国产催化剂高调入市 看点九：高效电机将获补贴 看点十：电气资本市场增兵添将 26第三节 电能质量指标电能的质量指标主要包括：电 压 频 率波 形27140120100806080 90 100 110 120寿命光通量发光效率电流电压/%寿命光通量发光效率电流/%140120100806080 90 100 110 120电压/%效率cos电流/%电

11、流效率cos图1-3 照明负荷（白炽灯）的电压特性 图1-4 异步电动机的电压特性 （图中的100%表示额定值） （图中的100%表示额定值）电压：必要性：28电压质量标准：29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（国外：50 或 60Hz）30波形：谐波电压限值 表1-3 公用电网谐波电压限值 电网标准电压(kV)电压总谐波畸变率（%）各次谐波电压含有率（%）说 明奇次偶次0.385.04.02.01. 衡量点为PCC，取实测95

12、%概率值；2. 对用户允许产生的谐波电流，提供计算方法；3. 对测量方法和测量仪器作出基本规定；4. 对同次谐波随机性合成提供算法。6及104.03.21.635及663.02.41.21102.01.60.8注：220kV电网参照110kV执行。 312谐波电流允许值表1-4 注入公共连接点的谐波电流允许值（A） 标准电压（kV）基准短路容量/MVA谐波次数23456789101112131415161718192021222324250.381078623962264419211628132411129.7188.6167.88.97.1146.5126100433421341424111

13、18.5167.1136.16.85.3104.79.04.34.93.97.43.66.810100262013208.5156.46.85.19.34.37.93.74.13.26.02.85.42.62.92.34.52.147125.18.83.84.13.15.62.64.72.22.51.93.61.73.21.51.81.42.71.32.56650016138.1135.49.34.14.33.35.92.75.02.32.62.03.81.83.41.61.91.52.81.42.6110750129.66.09.64.06.83.03.22.44.

14、32.03.71.71.91.52.81.32.51.21.41.12.11.01.9注：220kV基准短路容量取2000MVA。 32第四节 电力系统的电压等级及其选择 一、电力系统额定电压和最高电压 二、电气设备额定电压和最高电压三、电力系统电压等级 四、电压等级选择33一、电力系统额定电压和最高电压 电力系统的额定电压：由国家根据技术经济条件规定的电压等级标准，又称电力网的额定电压或线路的额定电压。电力系统的最高电压：电力系统正常运行时，在任何时间系统中任何一点上所出现的电压最高值。34电气设备的额定电压：电气设备制造厂根据所规定的电气设备工作条件而确定的电压。电气设备的最高电压：考虑到

15、设备的绝缘性能和与最高电压有关的其它性能所确定的允许最高运行电压，其数值等于所在电力系统的最高电压值。二、电气设备额定电压和最高电压 35注：受电设备的额定电压电力系统的额定电压。三、电力系统电压等级1. 低于3kV系统的额定电压低于3kV交流三相/单相电力系统额定电压和电气设备 额定电压36直流系统的额定电压：100V以下的额定电压，受电设备与供电设备相同。对受电设备为110V、220V和440V的直流系统，供电设备的额定电压分别为115V、230V和460V。372、 3kV及以上系统的额定电压表1-6 3kV及以上交流电力系统额定电压和电气设备额定电压 38表1-6 3kV及以上交流电力

16、系统额定电压和电气设备额定电压(续) 注：括号内的数值用户有要求时使用。39电力线路额定电压：电力线路的额定电压和电力系统的额定电压相等。发电机的额定电压： 105% UN变压器一次绕组： 相当于用电设备 UN变压器二次绕组： 相当于发电设备110% UN特例1： 变压器一次绕组105% UN特例2： 变压器二次绕组105% UN40U1I U2SZI （U1U2）/Z传输功率S、电压等级U、输电距离l之间的关系SConst， l U 2lConst， S U 2参见表17。三、电压等级的选择41 电力系统额定电压为220kV及以上电压等级与其相适应的传输功率和传输距离的关系曲线如图1-6所示

17、。6500600055005000450040003500300025002000150010005000 100 300 500 700 900220kV3305007501000kV传输功率(MW)传输距离(km)图1-6 220kV及以上电压等级的传输功率和传输距离 42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43一、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。44接地分类：工作接地：为

18、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。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，以保证工作人员接触时的安全。45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。46如何确定电力系统中性点接地方式： 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。电力系统的中性点接地方式：小接地电流系统大接地电流系统47负荷ABCC

19、CCICa. 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。480UBUAUC60-UA UCUB -UA ICBICC-ICAICAICAICBICBICCICCIPE负荷ABCCCCUAUBUC 单相金属性接地故障时(A相)49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

20、；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。500UBUAUC60-UA UCUB -UA ICBICC-ICA 接地故障电容电流IPE5152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

21、路。530UAUBUC-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:54 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

22、感电流（滞后90），其数值为: ILUC / XLU / XL55 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。56 消弧线圈容量的选择 下述情况，应安装消弧线圈57四、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)58 适用范围：我国110kV（国外220kV）及以上电压等级的电力系统 。380/220V低压系统。59五、中性点经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；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。60 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