电力系统分析与设计

电力系统分析与设计•、八 、刖言、电力系统的组成电能是现代社会中最重要、也是最方便的能源。电能具有很多优点，它可以方便地转化为别的能源形式，例如，机械能、热能、光能、化学能等；它的输送和分配易于实现；它的应用规模也很灵活。因此，电能被极其广泛地应用于工业农业，交通运输业，商业贸易，通信以及人民的日常生活中。以电作为动力，可以促进农业生产的机械化和自动化，保证产品质量，大幅度提高劳动生产率。还要指出，提高电气化程度，以电能代替其他形式的能量，使节约总能源消耗的一个重要途径。发电厂把别种形式的能量转换成电能，电能经过变压器和不同电压等级的输电线路输送并分配给用户，再通过各种用电设备转换成适合用户需要的别种能量。这些生产、输送、分配和消费电能的各种电气设备连接在一起而组成的整体称为电力系统。火电厂的、汽轮机、锅炉、供热管道和热用户，水电厂的水轮机和水库等则属于电能生产相尖的动力部分。电力系统中输送和分配电能的部分称为电力网，它包括升降变压器和各种电压等级的输电线路。在交流电力系统中，发电机、变压器、输配电设备都是三相的这些设备之间的连接状况，可以用电力系统接线图来表示。为了简单起见，电力系统接线图一般都是画成单线的。由于电工技术的发展，直流输电作为一种补充的输电方式得到了实际应用。 在交流电力系统内或者在两个交流电力系统之间嵌入直流输电系统，便构成了现代交直流联合系统。直流输电系统由换流设备、直流线路以及相尖的附属设备组成。电气设备都是按照指定的电压和频率来进行设计制造的，这个指定的电压和频率，称为电气设备的额定电压和额定频率。当电气设备在此电压和频率下运行时，将具有很好的技术性能和经济效果。那么对电力系统运行的基本要求是什么呢？电力系统是电能的生产、输送、分配和消费的各环节组成的一个整体。与别的工业系统相比，电力系统的运行具有如下的明显特点。（1） 电能不能大量储存。电能的生产、输送、分配和消费实际上是同时进行的。电力系统中，发电厂在任何时刻阀发出的功率等于该时刻用电设备所需的功率，输送和分配环节中的功率损失之和。（2） 电力系统的暂态过程非常短促。电力系统从一种运行状态到另一种运行状态的过渡极为迅速。（3） 与国民经济的各部门及人民日常生活有着极为密切的尖系。供电的突然中断会带来很严重的后果。对电力系统运行的基本要求是：（1）保证安全可靠的供电；（2）要有合乎要求的电能质量；（3）要有良好的经济性；（4）尽可能减小对生态环境的有害影响。保证安全可靠地发、供电是对电力系统运行的首要要求。在运行过程中，供电突然中断大多由事故引起。必须从各个方面采取措施以防止和减少事故的发生，例如，要严密监视设备的运行状态和认真维修设备以减少其事故，要不断提高运行人员的技术水平以防止人为事故。为了提高系统运行的安全可靠性，还必须配备足够的有功功率电源和无功功率电源；完善电力系统的结构，提高电力系统抵抗干扰的能力，增强系统运行的稳定性；利用计算机对系统运行进行安全监视和控制等。整个地提高电力系统的安全运行水平，就为保证对用户的部间断供电创造了最基本的条件。根据用户对供电可靠性的不同要求，目前我国将负荷分为以下三级：第一级负荷。对这一级负荷中断供电的后果是极为严重的。例如，可能发生危及人身安全的事故；使工业生产中的尖键设备遭到难以修复的损坏，以致生产秩序长期不能恢复正常，造成国民经济的重大的损失；使市政生活的重要部门发生混乱等。第二级负荷。对这一级负荷中断供电将造成大量减产，使城市中大量居民的正常活动受到影响等。第三级负荷。不属于第一、第二级，停电影响不大的其它负荷属于第三级负荷，如工厂的附属车间，小城镇和农村的公共负荷等。对这一级的短时供电中断不会造成重大的损失。对于以上三个级别的负荷，可以根据不同的具体情况分别采取适当的技术措施来满足他们对供电可靠性的要求。电压和频率是电气设备设计和制造的基本技术参数，也是衡量电能质量的两个基本的指标。我国采用的额定频率为50Hz，正常运行时允许的偏移为+-0.2到+-0.5HZ。用户供电电压的允许偏移对于35kV及以上电压等级为额定值得+-5%，10kV供电电压不超过4%,0・38kV电压不超过5%。电压和频率超出允许偏移时，不仅会造成废品和减产，还会影响用电设备的安全，严重时会危及整个电力系统的安全运行。频率主要决定于系统中的有功功率平衡，系统发出的有功功率不足，频率就偏低。电压则主要决定系统中的无功功率平衡，无功功率不足是电压就偏低。因此，要保证良好的电能质量，尖键在于系统发出的用功功率和无功率都应满足在额定频率和额定电压下的功率平衡要求。电源要配置得当，还要有适当的调整手段。对系统中的“谐波污染源”要进行有效的限制和治理。电能生产的规模很大，消耗的能源在国民经济能源总消耗中占的比重很大，而且电能又是国民经济的大多数生产部门的主要动力。因此，提高电能生产的经济性具有十分重要的意义。为了提高电力系统运行的经济性，必须尽量地降低发电厂的煤耗率（水耗率）。厂用电率和电力网的损耗率。这就是说，要就在电能的生产、输送和分配过程中减少耗费，提高效率。为此，应做好规划设计，合理利用能源；采用高效率低损耗设备；采取措施降低网损；实行经济调度等等。目前我国火电装机占总装机容量的70%以上，在今后相当长一段时间内火电厂发电用一次能源仍以煤炭为主，煤炭燃烧会产生大量的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、粉尘和废渣等，这些排放物都会对生态环境造成有害的影响。因此，限制污染物的排放量，使电能生产符合环境保护标准，也是对电力系统运行的一项基本要求。为了满足这些要求我们要做的事很多，我的设计主要是为保证线路的正常运行，在出现故障是能准确的找到在线路的什么位置，及时地排除故障，恢复电力系统的正常运行。电力系统的接线体厂的主接线、变电所的主接线和电力网的接线。这里对电力网的接线方式作简要的介绍。电力网的接线方式通常按供电可靠性分为无备用和有备用两类。无备用接线网络中，每一个负荷只能靠一条线路取得电能，单回路放射式、干线式和树状式。这类接线的特点是简单，设备费用较少，运行方便。缺点是供电可靠性比较低，任一段线路发生故障或检修时，都要中断部分用户的供电。在干线式和树状网络中，当线路较长时，线路末端电压往往偏低。在有备用的接线方式中，最简单的一类是在上述无备用网络中的每一段线路上都采用双回路。这类接线同样具有简单和运行方便的特点，而且供电可靠性和电压质量都有明显的提高，其缺点是设备费用增多。电力系统中各部分电力网担负着不同的职能，因此对其接线方式的要求也不一样。电力网按其职能可以分为输电网络和配电网络。输电网络的主要任务是，将大容量发电厂的电能可靠而经济地输送到负荷集中的地区。输电网络通常由电力系统中电压等级最高的一级或两级电力线路组成。系统中的区域发电厂（经升压站）和枢纽变电所通过输电网络相互联接。对输电网络接线方式的要求主要是，应有足够的可靠性，要满足电力系统运行稳定性的要求，要有助于实现系统的经济调度，要具有对运行方式变更和系统发展的适应性等。用于联接远离负荷中心地区的大型发电厂的输电干线和向缺乏电源的负荷集中地区供电的输电干线，通常采用双回路或多回路。位于负荷中心地区的大型发电厂和枢纽变电所一般是通过环行网络互联。配电网络的任务是分配电能。配电线路的额定电压一般为0・4~35kV,有些负荷密度较大的大城市也采用llOkV,以至220kV。配电网络的电源点是发电厂相应电压级的母线，负荷点则是低一级的变电所或者直接为用电设备。实际电力系统的配电网络比较复杂，往往是同接线方式的网络组成的。在选择接线方式时，必须考虑的主要因素是，满足用户对供电可靠性和电压质量的要求，运行要灵活方便，要有好的经济指标等等。一般要对多种可能的接线方式进行技术经济比较后才能确定。我在本设计中重点考虑的是输电网络。即输电网络上的两相短路接地故障。二、对短路的介绍电力系统正常运行的破坏多半是又短路故障引起的。发生短路时，系统从一种状态剧变到另一种状态，并伴随产生复杂的暂态现象，下面我们就来介绍一下短路。短路是电力系统的严重后果•所谓短路，是指一切的相与相之间或相与地（对于中性点接地的系统）发生通路的情况。电力系统在运行中，相与相之间或相与地（或中性线）之间发生非正常连接（即短路）时流过的电流。其值可远远大于额定电流，并取决于短路点距电源的电气距离。例如，在发电机端发生短路时，流过发电机的短路电流最大瞬时值可达额定电流的10〜15倍。大容量电力系统中，短路电流可达数万安。这会对电力系统的正常运行造成严重影响和后果。三相系统中发生的短路有4种基本类型：三相短路，两相短路，单相对地短路和两相对地短路。其中，除三相短路时，三相回路依旧对称，因而又称对称短路外，其余三类均属不对称短路。在中性点接地的电力网络中，以一相对地的短路故障最多，约占全部故障的90%。在中性点非直接接地的电力网络中，短路故障主要是各种相间短路发生短路时，电力系统从正常的稳定状态过渡到短路的稳定状态，一般需 3〜5秒。在这一暂态过程中，短路电流的变化很复杂。它有多种分量，其计算需采用电子计算机。在短路后约半个周波（0.01秒）时将出现短路电流的最大瞬时值，称为冲击电流。它会产生很大的电动力，其大小可用来校验电工设备在发生短路时机械应力的动稳定性。短路电流的分析、计算是电力系统分析的重要内容之一。它为电力系统的规划设计和运行中选择电工设备、整定继电保护、分析事故提供了有效手段。电力系统的运行经验表明，在各类型的短路中，单相短路占大多数，两相