电气工程基础1课件

第一章绪论第一节电力系统开展概况及前景第二节电力系统根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开展概况及前景我国电力系统的开展：我国发电装机容量的几大跨越：1987年，突破1亿kW；1995年3月，突破2亿kW；2000年4月，突破3亿kW；2004年5月，以三峡电站7号机组投产发电为标志，我国发电装机突破4亿kW；2005年10月突破了5亿kW；2006年更突破了6亿kW。年人均电量：表中，各国装机容量和发电量为1997年的数据,人口为1998年的数据；中国为2006年数据。国家人均电量kWh/人人均装机kW/人中国21550.47美国127112.89德国66931.46英国55141.18法国81182.12日本82771.99俄罗斯56891.47第二节电力系统根本概念一、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、电力系统的形成水库G~M~M~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？电力网：由变电所和不同电压等级输电线路组成的网络。(2006名)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。(2005单)动力系统：在电力系统的根底上，把发电厂的动力局部包含在内的系统。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110kV~35kV~35kV500kV220kV110kV10kV变电所A：枢纽变电所C：地方变电所D：终端变电所B：中间电力网：按电压等级的上下、供电范围大小的分类超高压远距离输电网：电压等级为330kV~500kV的网络区域电力网：电压等级在35kV以上〔一般为110kV~220kV〕地方电力网：电压等级在35kV及以下变电所：按其在电力系统中的地位分类枢纽变电所 中间变电所地区变电所 终端电站所三、电力系统的特点(2005以前)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V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……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(2005单)：一类负荷、二类负荷、三类负荷电力系统的地区性特点较强：开展各具特色。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。四、对电力系统的要求(2005以前)保证供电可靠保证良好的电能质量提高电力系统运行经济性第三节电能质量指标(2005以前)电能的质量指标主要包括：电压频率波形14012010080608090100110120寿命光通量发光效率电流电压/%寿命光通量发光效率电流/%14012010080608090100110120电压/%效率cos

电流/%电流效率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：电压质量标准：频率：频率偏差： ±0.2Hz〔≥3000MW系统〕 ±0.5Hz〔＜3000MW系统〕 国外： ±(0.1~0.2)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〕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%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。2．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23456789101112131415161718192021222324250.381078623962264419211628132411129.7188.6167.88.97.1146.512610043342134142411118.5167.1136.16.85.3104.79.04.34.93.97.43.66.810100262013208.5156.46.85.19.34.37.93.74.13.26.02.85.42.62.92.34.52.147125.18.83.84.13.15.62.64.72.22.51.93.61.73.21.51.81.42.71.32.56650016138.1135.49.34.14.33.35.92.75.02.32.62.03.81.83.41.61.91.52.81.42.6110750129.66.09.64.06.83.03.22.44.32.03.71.71.91.52.81.32.51.21.41.12.11.01.9注：220kV基准短路容量取2000MV•A。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、电压等级选择二、电气设备额定电压和最高电压

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。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。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2、3kV及以上系统的额定电压(2005单、2006单)电力线路额定电压： 等于电力系统的额定电压UN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%UN三、电压等级的选择U1IU2SZ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。6500600055005000450040003500300025002000150010005000100300500700900220kV3305007501000kV传输功率(MW)传输距离(km)图1-6220kV及以上电压等级的传输功率和传输距离 I∝〔U1－U2〕/Z S＝U2(U1－U2)/lz0 ≈10%UN2/lz0传输功率S、电压等级U、输电距离l之间的关系S＝Const，l∝U2l＝Const，S∝U2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一、概述接地(2006简)：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平安，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1：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。保护接地3：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局部接地，以保证工作人员接触时的平安。保护接零4：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，以实现对人身平安的保护作用。(2006名)防雷接地13：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。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平安诸方面综合考虑。负荷ABCCCCICa.电路图0UAUBUCIB0IC0IA0b.矢量图二、中性点不接地的电力系统UA＋UB＋UC＝0IA＋IB＋IC＝0

适用范围3kV~60kV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

-UAUC’UB’

-UAI’CBI’CC-I’CAICAICAICBICBICCICCIPE负荷ABCCCCUA’UB’UC’单相金属性接地故障时(A相)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。三相线电压仍然对称。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。0UBUAUC60

-UAUC’UB’

-UAI’CBI’CC-I’CA

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：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路。如果接地电流大于5A~10A，而小于30A，那么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〔2.5~3〕U，将危害整个电网的绝缘平安。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。0UAUBUC-UCU’AU’BILICICAICB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: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:IL＝UC/XL＝U/XL消弧线圈的补偿方式全补偿方式：按IL=IC选择消弧线圈的电感，使接地故障点电流为零，此即全补偿方式。欠补偿方式：按IL<IC选择消弧线圈的电感，此时接地故障点有未被补偿的电容电流流过。过补偿方式：按IL>IC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。消弧线圈容量的选择下述情况，应安装消弧线圈四、中性点直接接地的电