电气工程概论-课件

电气工程基础电气工程基础2024/7/91第一章第一章 电气工程概论电气工程概论n第一节第一节 电力系统的基本概念电力系统的基本概念n第二节第二节 电力系统的电压等级电力系统的电压等级n第三节第三节 电力系统中性点接地方式电力系统中性点接地方式2024/7/92第一节第一节 电力系统的基本概念电力系统的基本概念n一、电力系统的组成一、电力系统的组成n二、电力系统的特点二、电力系统的特点n三、电力系统运行的基本要求三、电力系统运行的基本要求n四、建立大型电力系统的优点四、建立大型电力系统的优点2024/7/93一、电力系统的组成一、电力系统的组成n电力系统就是由电力系统就是由发电厂发电厂、变电所变电所、输配电线路输配电线路和电力用户连接而成的统一整体，包含着电能和电力用户连接而成的统一整体，包含着电能的生产、输送、分配和使用。的生产、输送、分配和使用。n电力系统加上发电厂的动力部分，如汽轮机、电力系统加上发电厂的动力部分，如汽轮机、水轮机、锅炉、水库、反应堆等，称之为水轮机、锅炉、水库、反应堆等，称之为动力动力系统系统。图图1-1 电力网、电力系统和动力系统电力网、电力系统和动力系统2024/7/94图图1-1 1-1 电力网、电力系统和动力系统电力网、电力系统和动力系统2024/7/95n1.1.发电厂发电厂 生产电能的工厂，把不同形式的一次能源生产电能的工厂，把不同形式的一次能源转换成电能。转换成电能。分类：据所利用能源的种类不同，可将发电厂分类：据所利用能源的种类不同，可将发电厂分为火力发电厂、水力发电厂、核能发电厂、分为火力发电厂、水力发电厂、核能发电厂、风力发电厂、地热发电厂、太阳能发电厂和潮风力发电厂、地热发电厂、太阳能发电厂和潮汐发电厂等。汐发电厂等。发电厂举例发电厂举例2024/7/96n2.2.变电所变电所 变电所是联系发电厂和用户的中间环节，变电所是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。起着变换和分配电能的作用。根据变电所在电力系统中的地位，可分为以下根据变电所在电力系统中的地位，可分为以下几种：几种：1 1枢纽变电所枢纽变电所 2 2中间变电所中间变电所 3 3地区变电所地区变电所 4 4终端变电所终端变电所2024/7/97u1 1枢纽变电所枢纽变电所 联系电力系统各部分的中枢，由大电网供电，电压联系电力系统各部分的中枢，由大电网供电，电压等级较高，变压器容量大，进出线回路数多。等级较高，变压器容量大，进出线回路数多。其高压侧电压为其高压侧电压为330550kV330550kV，全所一旦停电，将引，全所一旦停电，将引起整个系统解列，甚至使部分系统瘫痪。起整个系统解列，甚至使部分系统瘫痪。u2 2中间变电所中间变电所 将发电厂、枢纽变电所及负荷中心联系起来，处于将发电厂、枢纽变电所及负荷中心联系起来，处于电源与负荷的中间位置。主要用以交换潮流或使长距离电源与负荷的中间位置。主要用以交换潮流或使长距离输电线路分段，同时降低电压给所在区域供电。输电线路分段，同时降低电压给所在区域供电。电压为电压为220330kV220330kV。全所一旦停电，将引起区域电。全所一旦停电，将引起区域电力系统解列。力系统解列。2024/7/98u3 3地区变电所地区变电所 地区变电所是一个地区或城市的主要变电所，高地区变电所是一个地区或城市的主要变电所，高压侧电压一般为压侧电压一般为110220kV110220kV。全所一旦停电，将使该地区中断供电。全所一旦停电，将使该地区中断供电。u4 4终端变电所终端变电所 终端变电所是电网的末端变电所，一般为降压变终端变电所是电网的末端变电所，一般为降压变电所，由地区变电所供电，高压侧电压为电所，由地区变电所供电，高压侧电压为10110kV10110kV。全所一旦停电，将使用户中断供电。全所一旦停电，将使用户中断供电。2024/7/99n3.3.电力网电力网 电力系统的重要组成部分，用于输送和分电力系统的重要组成部分，用于输送和分配电能。配电能。分类：一般按其供电范围的大小和电压等级的分类：一般按其供电范围的大小和电压等级的高低可分为高低可分为地方电力网地方电力网、区域电力网区域电力网和和超高压超高压远距离输电网远距离输电网三类。三类。电力网的分类电力网的分类如表如表1-1所示。所示。2024/7/910 表表1-1 1-1 电力网的分类电力网的分类类型型地方地方电力网力网区域区域电力网力网超高超高压远距离距离输电网网络输电范范围5050公里以内公里以内5050公里以外公里以外300300公里以上公里以上典型典型电压等等级(kV)(kV)1010、3535110110、220220330330、500500、750750主要功能主要功能分配分配电能能发电厂之厂之间的的互互联将将远区区电能能输送到送到负荷中心荷中心适用地区适用地区农村、城市、工村、城市、工矿区的配区的配电网网各省、各区内各省、各区内的的 互互联网网络跨省区、跨国家跨省区、跨国家的大型的大型电力网力网2024/7/911二、电力系统的特点二、电力系统的特点n1 1电能不能大量储存电能不能大量储存n2 2过渡过程十分短暂过渡过程十分短暂n3.3.电能生产与国计民生密切相关电能生产与国计民生密切相关n4.4.地区性特点较强地区性特点较强2024/7/912三、电力系统运行的基本要求三、电力系统运行的基本要求 终极目标终极目标:给用户提供充裕、安全、优质的电能。给用户提供充裕、安全、优质的电能。n1 1保证系统安全可靠的运行保证系统安全可靠的运行1.1.要求系统设备的运行具有足够的可靠性，加强对设备要求系统设备的运行具有足够的可靠性，加强对设备运行状态的监视和维修。运行状态的监视和维修。2.2.要完善电力系统结构，提高系统抗干扰的能力。要完善电力系统结构，提高系统抗干扰的能力。3.3.提高操作人员的技术水平和责任心，防止误操作事故提高操作人员的技术水平和责任心，防止误操作事故的发生，以及在事故发生后能够最快的缩小事故范围，的发生，以及在事故发生后能够最快的缩小事故范围，防止事故扩大。防止事故扩大。2024/7/913n2 2保证良好的电能质量保证良好的电能质量 衡量电能质量的主要指标有衡量电能质量的主要指标有电压电压、波形波形和和频率频率。p（1 1）电压）电压 电压质量一般用电压偏差、电压波动和闪变以及电压质量一般用电压偏差、电压波动和闪变以及三相电压不平衡度三个指标来衡量。三相电压不平衡度三个指标来衡量。（1-11-1）式中：式中：U%为电压偏差；为电压偏差；U U电网某点的实际运行电压；电网某点的实际运行电压；U UN N 为额定电压。为额定电压。我国规定的用户受电端的电压偏差见我国规定的用户受电端的电压偏差见表表1-21-2。2024/7/914线路路额定定电压电压允允许变化化范范围（%）线路路额定定电压电压允允许变化范化范围（%）35kV35kV及及以上以上5 5低低压照明照明+5-10+5-1010kV10kV及及以下以下7 7农业用用户+5-10+5-10表表1-2 1-2 用户供电电压允许变化范围用户供电电压允许变化范围2024/7/915电压波动电压波动是指电压在系统中作快速、短时的变是指电压在系统中作快速、短时的变化，变化更为剧烈的电压波动称为化，变化更为剧烈的电压波动称为闪变闪变。电压波动一般用电网某点电压最大值与最电压波动一般用电网某点电压最大值与最小值之差对电网额定电压的百分比表示，即小值之差对电网额定电压的百分比表示，即 （1-21-2）2024/7/916理想的三相交流电力系统中，三相电压应有相同的理想的三相交流电力系统中，三相电压应有相同的幅值，且顺时针按幅值，且顺时针按U U、V V、W W顺序互成顺序互成120120，这样的，这样的系统就是系统就是三相平衡的系统三相平衡的系统。电力系统实际运行中，由于三相负荷大小不等或系电力系统实际运行中，由于三相负荷大小不等或系统三相阻抗不对称等因素的存在，使得电力系统三统三相阻抗不对称等因素的存在，使得电力系统三相电压处于相电压处于不平衡运行状态不平衡运行状态。三相电压不平衡用电压负序分量（顺时针按三相电压不平衡用电压负序分量（顺时针按U U、W W、V V互成互成120120）有效值与正序分量有效值的百分比来表）有效值与正序分量有效值的百分比来表示，称为示，称为三相电压不平衡度三相电压不平衡度，即，即（1-31-3）2024/7/917p（2 2）频率）频率 电力系统运行时的频率与额定频率之差称为频率偏电力系统运行时的频率与额定频率之差称为频率偏差，是电能质量的又一个主要指标。差，是电能质量的又一个主要指标。我国电力系统采用的额定频率为我国电力系统采用的额定频率为50Hz50Hz，其允许偏差如表，其允许偏差如表1-31-3所示。所示。表表1-3 1-3 系统频率允许偏差系统频率允许偏差运行情况运行情况允允许频率偏率偏移移值（HzHz）允允许标准准时钟误差（差（s s）正常运行正常运行中、小系中、小系统大系大系统0.50.50.20.240403030事故运行事故运行30min30min以内以内15min15min以内以内决不允决不允许低于低于1 11.51.5-4-42024/7/918p（3 3）波形）波形 电力系统稳态运行时，其电压或电流波形电力系统稳态运行时，其电压或电流波形应为正弦波，但由于系统中谐波源的存在，如应为正弦波，但由于系统中谐波源的存在，如变频调速等产生大量的谐波，造成了正弦波形变频调速等产生大量的谐波，造成了正弦波形的畸变。的畸变。我国在我国在公用电网谐波公用电网谐波中规定了谐波电压的中规定了谐波电压的限制，如限制，如表表1-4 所示。所示。电能质量主要指标的影响因素、主要危害以及电能质量主要指标的影响因素、主要危害以及可采用的解决方法见表可采用的解决方法见表1-5。2024/7/919n3 3提高电力系统运行的经济性提高电力系统运行的经济性（1 1）在发电环节，要综合各类发电厂的运行特点，）在发电环节，要综合各类发电厂的运行特点，合理安排其发电顺序，实现电源的优化组合。合理安排其发电顺序，实现电源的优化组合。（2 2）在输送电能环节，要采取各种措施降低网络）在输送电能环节，要采取各种措施降低网络损耗，提高电能的传输效率。损耗，提高电能的传输效率。（3 3）结合本地区的区域特点，积极致力于新能源）结合本地区的区域特点，积极致力于新能源的开发和利用，减少电能的生产和输送成本。的开发和利用，减少电能的生产和输送成本。2024/7/920 建立大型电力系统有以下优点：建立大型电力系统有以下优点：1 1减少了系统中的总装机容量减少了系统中的总装机容量2 2提高供电的可靠性提高供电的可靠性3 3可以安装大容量的发电机组可以安装大容量的发电机组4 4可以合理利用一次能源，提高系统运行的经济性可以合理利用一次能源，提高系统运行的经济性四、建立大型电力系统的优点四、建立大型电力系统的优点2024/7/921第二节第二节 电力系统的电压等级电力系统的电压等级n一、电力系统的额定电压等级一、电力系统的额定电压等级n二、电压等级的选择二、电压等级的选择2024/7/922一、电力系统的额定电压等级一、电力系统的额定电压等级 额定电压就是发电机、变压器和电气设备额定电压就是发电机、变压器和电气设备等在正常运行时具有最大经济效益时的电压。等在正常运行时具有最大经济效益时的电压。n有利于：有利于：x1.1.电器制造业的生产标准化和系列化电器制造业的生产标准化和系列化x2.2.电器的互相连接和更换电器的互相连接和更换x3.3.设计的标准化和选型设计的标准化和选型x4.4.备件的生产和维修备件的生产和维修2024/7/923n1.电气设备的额定电压电气设备的额定电压 选择电气设备额定电压不低于电网的额定选择电气设备额定电压不低于电网的额定电压。电压。n 2.发电机的额定电压发电机的额定电压 根据电力系统运行中电能质量标准的要求，根据电力系统运行中电能质量标准的要求，正常情况下用户处的电压波动一般不得超过其正常情况下用户处的电压波动一般不得超过其额定电压的额定电压的5%。电网中各部分的电压分布大致情况如电网中各部分的电压分布大致情况如图图1-2所示所示 2024/7/924图图1-2 1-2 电力网中的电压分布电力网中的电压分布（a a）沿线）沿线abab的电压分布；（的电压分布；（b b）连接有升压、降压变压器沿线的电压分布）连接有升压、降压变压器沿线的电压分布 2024/7/925n3 3、变压器的额定电压、变压器的额定电压 变压器的额定电压分为一变压器的额定电压分为一次绕组额定电压次绕组额定电压和和二次绕组额定电压二次绕组额定电压 。接到电力网始端与发电机相连的变压器，接到电力网始端与发电机相连的变压器，采用高出电力网额定电压采用高出电力网额定电压5 5的电压作为该变的电压作为该变压器一次绕组的额定电压。压器一次绕组的额定电压。接到电力网受电端的变压器，其一次绕组接到电力网受电端的变压器，其一次绕组额定电压与电力网额定电压相等。额定电压与电力网额定电压相等。2024/7/926变压器变压器二次绕组的额定电压二次绕组的额定电压，是指变压器空载情况下，是指变压器空载情况下的额定电压。的额定电压。变压器带负载运行时，其一变压器带负载运行时，其一,二次绕组均有电压降，如二次绕组均有电压降，如按变压器满载时一、二次绕组压降为按变压器满载时一、二次绕组压降为5 5考虑，为使考虑，为使满载时二次绕组端电压仍高出电力网额定电压满载时二次绕组端电压仍高出电力网额定电压5 5，用于补偿线路的电压降用于补偿线路的电压降,则必须选变压器二次绕组的则必须选变压器二次绕组的额定电压比电力网额定电压高出额定电压比电力网额定电压高出1010。当变压器当变压器二次侧供电的线路很短二次侧供电的线路很短时，其线路压降很小，时，其线路压降很小，也可采用高出电力网额定电压也可采用高出电力网额定电压5%5%，作为该变压器二次，作为该变压器二次绕组的额定电压。绕组的额定电压。2024/7/927n例例1-1 电力系统接线如图电力系统接线如图1-3所示，图中标明了所示，图中标明了各级电力线路的额定电压，试求发电机和变压各级电力线路的额定电压，试求发电机和变压器绕组的额定电压。器绕组的额定电压。图图1-3 1-3 电力系统接线图电力系统接线图2024/7/928解：发电机解：发电机G G的额定电压为的额定电压为10.5kV10.5kV；变压器变压器T1T1：低压侧绕组额定电压为：低压侧绕组额定电压为10.5kV10.5kV，高，高压侧绕组的额定电压为压侧绕组的额定电压为242kV242kV；变压器变压器T2T2：高压侧绕组额定电压为：高压侧绕组额定电压为220kV220kV，中，中压侧绕组的额定电压为压侧绕组的额定电压为121kV121kV，低压侧绕组的，低压侧绕组的额定电压为额定电压为11kV11kV或或10.5kV10.5kV；2024/7/929变压器变压器T3T3：高压侧绕组额定电压为：高压侧绕组额定电压为110kV110kV，低压，低压侧绕组的额定电压为侧绕组的额定电压为38.5kV38.5kV；变压器变压器T4T4：高压侧绕组额定电压为：高压侧绕组额定电压为35kV35kV，低压，低压侧绕组的额定电压为侧绕组的额定电压为6.6kV6.6kV或或6.3kV6.3kV；变压器变压器T5T5：高压侧绕组额定电压为：高压侧绕组额定电压为10.5kV10.5kV，低，低压侧绕组的额定电压为压侧绕组的额定电压为400V400V。2024/7/930二、电压等级的选择二、电压等级的选择n在相同的输送功率和输送距离下，所选用的电在相同的输送功率和输送距离下，所选用的电压等级越高，线路中的电能损耗越小，但同时压等级越高，线路中的电能损耗越小，但同时电气设备的造价也会随之升高。电气设备的造价也会随之升高。n我国的电力网的额定电压、传输功率和传输距我国的电力网的额定电压、传输功率和传输距离之间的关系如表离之间的关系如表1-7所示。所示。2024/7/931第三节第三节 电力系统中性点接地方电力系统中性点接地方式式n一、中性点不接地一、中性点不接地n二、中性点经消弧线圈接地二、中性点经消弧线圈接地n三、中性点直接接地三、中性点直接接地n四、中性点经低电阻接地四、中性点经低电阻接地2024/7/932一、中性点不接地一、中性点不接地n1中性点不接地系统的正常运行中性点不接地系统的正常运行 图图1-41-4为中性点不接地系统正常运行的示意图。为中性点不接地系统正常运行的示意图。设三相电源电压设三相电源电压 、对称。每相导线的对对称。每相导线的对地电容分别用集中电容地电容分别用集中电容 、表示，并忽略导线间表示，并忽略导线间的分布电容。的分布电容。图图1-4 中性点不接地中性点不接地系统正常运行系统正常运行2024/7/933系统正常运行时，由系统正常运行时，由 ，三相，三相电压电压 、对称，所以三相导线的对地对称，所以三相导线的对地电容电流电容电流 、也是对称的，三相电也是对称的，三相电容电流之和等于零，即容电流之和等于零，即 （1-4）每相导线对地电容电流的值相等，即每相导线对地电容电流的值相等，即 （1-5）式中：式中：为电源相电压。为电源相电压。2024/7/934n2中性点不接地系统单相接地故障中性点不接地系统单相接地故障 当系统发生单相接地故障时，如图当系统发生单相接地故障时，如图1-51-5（a a）所）所.设设U U相单相接地，故障点相单相接地，故障点U U相的对地电压变为零相的对地电压变为零.图图1-5 1-5 中性点不接地系统中性点不接地系统U U相金属性接地相金属性接地（a a）原理接线图；）原理接线图；（b b）相量图）相量图2024/7/935中性点的电压，于是中性点的电压，于是 ，V V、W W相的对地电相的对地电压为压为 （1-61-6）式中：式中：a a为复数算子为复数算子，。2024/7/936由于由于U U相接地，其对地电容相接地，其对地电容C CU U被短接，所以被短接，所以U U相对相对地电容电流变为零。地电容电流变为零。V V、W W相对地电容电流分别为相对地电容电流分别为（1-71-7）(1-8(1-8）非故障相电流、流进地中后，经过非故障相电流、流进地中后，经过U U相接地点流回相接地点流回电网，该电容电流（即接地电流）为电网，该电容电流（即接地电流）为 （1-91-9）其大小为其大小为 （1-101-10）2024/7/937 当中性点不接地系统发生单相金属性接地时，当中性点不接地系统发生单相金属性接地时，有以下特点：有以下特点：q（1）中性点对地电压）中性点对地电压 与接地相正常时的电压大与接地相正常时的电压大小相等，方向相反小相等，方向相反.q（2）故障相的对地电压降为零）故障相的对地电压降为零.q（3）两健全的电容电流增大为正常时相对地电容）两健全的电容电流增大为正常时相对地电容电流的倍电流的倍.2024/7/938由于线路对地电容电流很难准确计算，所以单相接地电流由于线路对地电容电流很难准确计算，所以单相接地电流（电容电流）通常可按下列经验公式计算（电容电流）通常可按下列经验公式计算 （1-11）式中：式中：qIC为接地点流过的电容电流（为接地点流过的电容电流（A）；）；qUN为电网的额定线电压（为电网的额定线电压（kV）；）；qL1为同级电网具有电的直接联系的架空线路总长度（为同级电网具有电的直接联系的架空线路总长度（km）；）；qL2为同级电网具有电的直接联系的电缆线路总长度为同级电网具有电的直接联系的电缆线路总长度(km)。2024/7/939中性点不接地系统发生单相接地时，线电压中性点不接地系统发生单相接地时，线电压的大小和方向均不改变。的大小和方向均不改变。中性点不接地系统发生单相接地时，当接地中性点不接地系统发生单相接地时，当接地电流较大时，接地电流在故障处可产生稳定电流较大时，接地电流在故障处可产生稳定或间歇性的电弧。或间歇性的电弧。当单相接地电流大于规定值时，就要采用中当单相接地电流大于规定值时，就要采用中性点经消弧线圈接地。性点经消弧线圈接地。2024/7/940二、中性点经消弧线圈接地二、中性点经消弧线圈接地 消弧线圈是一个具有铁芯的可调电感线圈。消弧线圈是一个具有铁芯的可调电感线圈。如如图图1-6（a）所示。）所示。图图1-61-6中性点经消弧线圈接地中性点经消弧线圈接地 (a)(a)原理接线图；原理接线图；(b)(b)相量图相量图 2024/7/941当系统发生单相接地故障时，消弧线圈处于中当系统发生单相接地故障时，消弧线圈处于中性点电压性点电压 下，则有一感性电流下，则有一感性电流 流过线圈流过线圈 （1-12）其值的大小为其值的大小为 （1-13）滞后滞后 90，正好与相位相反，两者之和等，正好与相位相反，两者之和等于它们绝对值之差。电流、电压相量图如图于它们绝对值之差。电流、电压相量图如图1-6（b）所示。）所示。2024/7/942n 根据消弧线圈的电感电流对电网电容电流的补根据消弧线圈的电感电流对电网电容电流的补偿程度，可分为全补偿、欠补偿和过补偿偿程度，可分为全补偿、欠补偿和过补偿3种种不同的运行方式不同的运行方式:n1全补偿方式全补偿方式 若若IL=IC，接地电容电流将全部被电感电流，接地电容电流将全部被电感电流补偿，即补偿，即全补偿方式全补偿方式。这种补偿方式因感抗等于容抗，电力网将这种补偿方式因感抗等于容抗，电力网将发生谐振，产生危险的高电压和过电流，影响发生谐振，产生危险的高电压和过电流，影响系统安全运行。因此，一般系统都不允许采用系统安全运行。因此，一般系统都不允许采用完全补偿的方式。完全补偿的方式。2024/7/943n2欠补偿方式欠补偿方式 选择消弧线圈的电感，使选择消弧线圈的电感，使ILIC，称为过补偿，称为过补偿方式。方式。在过补偿方式下，即使电力网运行方式改在过补偿方式下，即使电力网运行方式改变而切除部分线路时，也不会发展为全补偿方变而切除部分线路时，也不会发展为全补偿方式。式。同时，由于消弧线圈有一定的裕度，今后同时，由于消弧线圈有一定的裕度，今后电力网发展，线路增多，原有消弧线圈还可以电力网发展，线路增多，原有消弧线圈还可以继续使用。因此，经消弧线圈接地的系统一般继续使用。因此，经消弧线圈接地的系统一般采用过补偿方式。采用过补偿方式。2024/7/945常把常把 称为称为消弧线圈的补偿度消弧线圈的补偿度，而而 称为称为脱谐度脱谐度。目前一般脱。目前一般脱谐度选在谐度选在10%左右。左右。消弧线圈的补偿容量消弧线圈的补偿容量S通常是根据该电网的接地通常是根据该电网的接地电容电流值电容电流值 IC 选择的。选择的。（1-14）式中：式中：UN为电网的额定电压。为电网的额定电压。2024/7/946中性点经消弧线圈接地系统的适用范围：凡不中性点经消弧线圈接地系统的适用范围：凡不符合中性点不接地要求的符合中性点不接地要求的360kV电网，均可电网，均可采用中性点经消弧线圈接地方式。采用中性点经消弧线圈接地方式。110kV电网可采用电网可采用,电压等级更高的电网不宜采电压等级更高的电网不宜采用。用。2024/7/947三、中性点直接接地三、中性点直接接地 图图1-7是中性点直接接地系统。是中性点直接接地系统。仍设仍设U相在相在k点单相接地，这时线路上将流过较大的单点单相接地，这时线路上将流过较大的单相接地电流相接地电流 ，因此中性点直接接地系统也称为大，因此中性点直接接地系统也称为大接地电流系统。接地电流系统。图图1-71-7中性点直接接地系统中性点直接接地系统2024/7/948中性点直接接地的电力系统发生单相接地时，中性点直接接地的电力系统发生单相接地时，中性点电位仍为零，非故障相对地电压基本不中性点电位仍为零，非故障相对地电压基本不变，因此电气设备的绝缘水平只要按电力网的变，因此电气设备的绝缘水平只要按电力网的相电压考虑，可以降低工程造价。相电压考虑，可以降低工程造价。中性点直接接地系统在发生单相接地时，接地中性点直接接地系统在发生单相接地时，接地电流电流 将很大将很大,必须安装保护装置，迅速切必须安装保护装置，迅速切断故障。断故障。2024/7/949四、中性点经低电阻接地四、中性点经低电阻接地n中性点经低电阻接地系统，单相接地时，短路电中性点经低电阻接地系统，单相接地时，短路电流较大，应设置有快速、有选择性的切除接地故流较大，应设置有快速、有选择性的切除接地故障的保护装置；中性点电压不等于零，两健全相障的保护装置；中性点电压不等于零，两健全相的电压可能升高，或产生串联谐振。的电压可能升高，或产生串联谐振。nRN可由下式计算可由下式计算 （1-15）式中：式中：Uph 为网络相电压。为网络相电压。2024/7/950n中性点经低电阻接地系统，单相接地时，短路中性点经低电阻接地系统，单相接地时，短路电流从数百至数千安不等，对电信系统也有影电流从数百至数千安不等，对电信系统也有影响，但比中性点直接接地系统小。响，但比中性点直接接地系统小。n中性点经低值电阻接地系统适用于城市以电缆中性点经低值电阻接地系统适用于城市以电缆为主、单相接地电流较大的为主、单相接地电流较大的635kV系统。系统。2024/7/951第四节第四节 电力负荷与负荷计算电力负荷与负荷计算n一、电力负荷的构成及其分级一、电力负荷的构成及其分级n二、电力系统负荷曲线二、电力系统负荷曲线n三、电力负荷计算三、电力负荷计算2024/7/952一、电力负荷的构成及其分级一、电力负荷的构成及其分级n电力系统的负荷是指电力系统的负荷是指电力系统中所有用电设备电力系统中所有用电设备消耗的功率总和消耗的功率总和。n一般用一般用有功功率有功功率P P、无功功率无功功率Q Q和和视在功率视在功率S S来来表示。表示。包括：包括：电厂消耗的负荷电厂消耗的负荷和和综合用电消耗综合用电消耗负荷负荷。2024/7/953n根据电力负荷对供电可靠性的要求以及中断供根据电力负荷对供电可靠性的要求以及中断供电在政治、经济上造成的损失和影响的程度不电在政治、经济上造成的损失和影响的程度不同，规定将负荷分为三级。同，规定将负荷分为三级。n1一级负荷一级负荷 由两个独立电源供电，即双电源供电网络。由两个独立电源供电，即双电源供电网络。n2二级负荷二级负荷 由两回线路供电由两回线路供电n3三级负荷三级负荷 单回线路供电单回线路供电2024/7/954二、电力系统负荷曲线二、电力系统负荷曲线n负荷曲线是指某一段时间内负荷随时间变化负荷曲线是指某一段时间内负荷随时间变化的曲线，反映用户用电的特点和规律。的曲线，反映用户用电的特点和规律。1.按负荷性质不同，可分为有功功率负荷曲线和无按负荷性质不同，可分为有功功率负荷曲线和无功功率负荷曲线。功功率负荷曲线。2.按负荷持续时间不同，可分为日负荷曲线、月负按负荷持续时间不同，可分为日负荷曲线、月负荷曲线和年负荷曲线。荷曲线和年负荷曲线。2024/7/955n1常用的负荷曲线常用的负荷曲线p（1）有功功率日负荷曲线和无功功率日负荷曲线。）有功功率日负荷曲线和无功功率日负荷曲线。日负荷曲线表明了系统在一天（日负荷曲线表明了系统在一天（24h）内负荷变）内负荷变动的情况，负荷曲线下所包围的面积表示一天动的情况，负荷曲线下所包围的面积表示一天24h内内所消耗的电能。所消耗的电能。图图1-8 电力系统的日电力系统的日负荷曲线负荷曲线（a）有功功率负荷）有功功率负荷（b）无功功率负荷）无功功率负荷2024/7/956图图1-9 1-9 电力系统最大有功功率年负荷曲线电力系统最大有功功率年负荷曲线 1-101-10年最大负荷和年最大负荷利用小时年最大负荷和年最大负荷利用小时p（2）有功功率年负荷曲线。）有功功率年负荷曲线。v 年负荷曲线：年负荷曲线：表示全年（表示全年（8760h）内负荷变动情况。）内负荷变动情况。v 年最大负荷曲线：年最大负荷曲线：表示一年中每日或每月最大负荷的变表示一年中每日或每月最大负荷的变动情况，如图动情况，如图1-9所示。所示。v 年持续负荷曲线：年持续负荷曲线：由一年中系统负荷按其数值大小及持由一年中系统负荷按其数值大小及持续时间顺序由大到小排列而成，如图续时间顺序由大到小排列而成，如图1-10所示。所示。2024/7/957n2与负荷曲线有关的参数与负荷曲线有关的参数p（1）年最大负荷）年最大负荷Pmax 年最大负荷年最大负荷Pmax是指全年中消耗电能最多是指全年中消耗电能最多的半小时的平均功率，也即是年负荷曲线上的的半小时的平均功率，也即是年负荷曲线上的最高点。又称半小时最大负荷最高点。又称半小时最大负荷P30。p（2）年最大负荷利用小时）年最大负荷利用小时Tmax 年最大负荷利用小时年最大负荷利用小时是指：假设负荷以年是指：假设负荷以年最大负荷持续运行一段时间消耗的电能恰好等最大负荷持续运行一段时间消耗的电能恰好等于该电力负荷全年实际负荷消耗的电能。这段于该电力负荷全年实际负荷消耗的电能。这段时间就是年最大负荷利用小时时间就是年最大负荷利用小时Tmax。2024/7/958如果负荷始终等于最大值如果负荷始终等于最大值Pmax，经过，经过Tmax小时后所小时后所消耗的电能恰好等于全年的消耗的电能恰好等于全年的实际消耗量。实际消耗量。以以W表示全年实际消耗的电表示全年实际消耗的电能，则有能，则有 （1-16）图图1-10 1-10 年最大负荷和年最大负荷和年最大负荷利用小时年最大负荷利用小时 2024/7/959根据电力系统实际运行经验，各类负荷的根据电力系统实际运行经验，各类负荷的Tmax大致有一个范围，见表大致有一个范围，见表1-8。表表1-81-8 各类用户负荷的年最大负荷利用小时各类用户负荷的年最大负荷利用小时T Tmaxmax值值负荷荷类型型T Tmaxmax（h h）负荷荷类型型T Tmaxmax（h h）户内照明及生活内照明及生活用用电2000300020003000三班制企三班制企业用用电6000700060007000一班制企一班制企业用用电1500220015002200农业灌灌溉用用电1000150010001500二班制企二班制企业用用电30004000300040002024/7/960p（3）平均负荷）平均负荷Pav和年平均负荷和年平均负荷平均负荷平均负荷就是指电力负荷在一定时间内消耗的功率的就是指电力负荷在一定时间内消耗的功率的平均值。平均值。如在如在t 这段时间内消耗的电能为这段时间内消耗的电能为Wt，则，则t时间内的时间内的平均负荷为：平均负荷为：（1-17）年平均负荷年平均负荷是指电力负荷在一年内消耗的功率的平均是指电力负荷在一年内消耗的功率的平均值。值。如用如用W表示全年实际消耗的电能，则年平均负表示全年实际消耗的电能，则年平均负荷为：荷为：（1-18）2024/7/961p（4 4）需要系数）需要系数K Kd d 需要系数需要系数K Kd d定义为定义为30min30min平均最大负荷平均最大负荷（P P3030）与用电设备的设备容量（）与用电设备的设备容量（P PN N）之比，因）之比，因为为P P3030=P=Pmaxmax，所以：，所以：（1-191-19）2024/7/962三、电力负荷计算三、电力负荷计算n计算负荷计算负荷=半小时最大负荷半小时最大负荷P30。n负荷计算的目的负荷计算的目的:根据计算负荷选择电气设备和根据计算负荷选择电气设备和导线，并进行保护的整定计算等。导线，并进行保护的整定计算等。2024/7/963n1估算法估算法p（1）单位产品耗电法）单位产品耗电法 若已知某车间或某若已知某车间或某企业的年生产量企业的年生产量m和每和每一产品的单位耗电量一产品的单位耗电量a（见表（见表1-9），），则企业全年电能则企业全年电能W为：为：（1-20）表表1-9 1-9 各种产品的单位耗电量各种产品的单位耗电量产品名称品名称单位位单位位产品耗品耗电量量（kWkWh h）有色金属有色金属锻造造吨吨60010006001000铸铁件件吨吨300300锻铁件件吨吨30803080拖拉机拖拉机台台5000800050008000汽汽车辆1500250015002500轴承承套套1414并并联电容器容器KvarKvar3 3电表表只只7 7变压器器kVAkVA2.52.5电动机机kWkW1414量具、刃具量具、刃具吨吨6300850063008500工作母机工作母机吨吨10001000重型机床重型机床吨吨160016002024/7/964 式中：式中：Tmax为年最为年最大负荷利用小时数，大负荷利用小时数，见表见表1-10。表表1-10 1-10 某些企业某些企业的年最大负荷利的年最大负荷利用小时数用小时数工厂工厂类别年最大年最大负荷利用小荷利用小时数（数（h h）有功有功负荷荷无功无功负荷荷重型机械制造厂重型机械制造厂3770377048404840机床厂机床厂4345434547504750工具厂工具厂4140414049604960滚珠珠轴承厂承厂5300530061306130启启动运运输设备厂厂3300330038803880汽汽车拖拉机厂拖拉机厂4960496052405240农业机械制造厂机械制造厂5330533042204220仪器制造厂器制造厂3080308031803180汽汽车修理厂修理厂4370437032003200车辆修理厂修理厂3560356036603660电器工厂器工厂4280428064206420金属加工厂金属加工厂4355435558805880有功计算负荷为有功计算负荷为2024/7/965p（2 2）车间生产面积负荷密）车间生产面积负荷密度法度法 若已知车间生产面积若已知车间生产面积S S（m2m2）和负荷密度指标）和负荷密度指标（kW/m2kW/m2）时，车间平均）时，车间平均负荷为负荷为 （1-221-22）负荷密度指标如表负荷密度指标如表1-111-11所示。所示。车间计算负荷车间计算负荷Pc为为 （1-23）式中：式中：为有功负荷系数。为有功负荷系数。表表1-11 1-11 车间低压负荷密度指标车间低压负荷密度指标车间类别负荷密度指荷密度指标（kW/mkW/m2 2）铸钢车间（不包（不包括括电弧炉）弧炉）0.0550.060.0550.06焊接接车间0.040.04铸铁车间0.060.06金工金工车间0.10.1木工木工车间0.660.66煤气站煤气站0.090.130.090.13锅炉房炉房0.150.20.150.2压缩空气站空气站0.150.20.150.22024/7/9662需要系数法需要系数法 根据已运行同类负荷的需要系数，由根据已运行同类负荷的需要系数，由 可求出计算负荷，即可求出计算负荷，即（1-24）式中：式中：PN为用电设备的设备容量；为用电设备的设备容量；Kd为需要系为需要系数，它意味着用电设备投入运行时从供电网络数，它意味着用电设备投入运行时从供电网络实际取用的功率与用电设备的容量之比。实际取用的功率与用电设备的容量之比。NNdPPPPKmax30=2024/7/967思考题与习题思考题与习题n1-1 什么叫电力系统、电力网及动力系统？什么叫电力系统、电力网及动力系统？n1-2 电能生产的主要特点是什么？对电力系统有那些电能生产的主要特点是什么？对电力系统有那些要求要求?n1-3 衡量电能质量的指标主要有哪些？简述它们对电衡量电能质量的指标主要有哪些？简述它们对电力系统的主要影响。力系统的主要影响。n1-4 一次能源的不同发电厂可分为几类？一次能源的不同发电厂可分为几类？n1-5 国电网的电压等级有哪些？发电机、变压器和用国电网的电压等级有哪些？发电机、变压器和用电设备的额定电压如何确定？电设备的额定电压如何确定？2024/7/968n1-6 确定图确定图1-11所示电力系统中发电机和变压所示电力系统中发电机和变压器的额定电压（图中标示出的是电力系统的额器的额定电压（图中标示出的是电力系统的额定电压，单位为定电压，单位为kV）。）。图图1-11 1-11 电力系统接线图电力系统接线图2024/7/969n1-7 中性点不接地三相系统中，发生单相接地故障时，中性点不接地三相系统中，发生单相接地故障时，电网的电压和电流如何变化？电网的电压和电流如何变化？n1-8 试述经消弧线圈接地系统的优缺点与适用范围？试述经消弧线圈接地系统的优缺点与适用范围？n1-9 消弧线圈为什么一般应当运行在过补偿状态？消弧线圈为什么一般应当运行在过补偿状态？n1-10 在什么情况下，配电网应当采用经小电阻接地？在什么情况下，配电网应当采用经小电阻接地？n1-11 试述中性点直接接地系统的优缺点及适用场合。试述中性点直接接地系统的优缺点及适用场合。n1-12 什么是电力系统的负荷曲线？最大负荷利用小时数什么是电力系统的负荷曲线？最大负荷利用小时数指的是什么？指的是什么？2024/7/970n1-13 负荷曲线与年负荷曲线在电力系统的设负荷曲线与年负荷曲线在电力系统的设计与运行中有哪些用途？计与运行中有哪些用途？n1-14 计算负荷的方法有哪些？计算负荷的方法有哪些？n1-15 某某10kV电网，架空线总长度电网，架空线总长度70km，电缆，电缆线路总长度线路总长度36km。试求此中性点不接地系统。试求此中性点不接地系统发生单相接地时的接地电容电流，并判断此系发生单相接地时的接地电容电流，并判断此系统的中性点需不需要改为消弧线圈接地。统的中性点需不需要改为消弧线圈接地。2024/7/971浙江北仑发电厂浙江北仑发电厂是我国目前最大的现代化火力发电厂，总装机容量为是我国目前最大的现代化火力发电厂，总装机容量为300万万千瓦千瓦(5600MW)，年发电量，年发电量167亿度，为浙江省各类发电厂发电总量的四分之亿度，为浙江省各类发电厂发电总量的四分之一，其中两台机组的发电量就能满足宁波市全部用电所需。一，其中两台机组的发电量就能满足宁波市全部用电所需。2024/7/972南美伊泰普水电站南美伊泰普水电站是二十世纪最大的水电站是二十世纪最大的水电站，位于巴西和巴拉，位于巴西和巴拉圭交界处的巴拉那河上，从圭交界处的巴拉那河上，从1974年年5月开始修建，于月开始修建，于1991年年5月竣工，月竣工，由巴西与巴拉圭共建。总装机容量由巴西与巴拉圭共建。总装机容量12.6GW（18700MW），年发电），年发电量量790亿度。水电站坝身长亿度。水电站坝身长7.7公里，坝高公里，坝高196米（相当于米（相当于65层楼的高层楼的高度）。度）。2024/7/973三峡双线五级船闸三峡双线五级船闸三峡船闸全长三峡船闸全长6.4公里，可通过万吨级公里，可通过万吨级船队，单向年通过能力船队，单向年通过能力5000万吨。船闸主万吨。船闸主体段闸首和闸室分南北两线，每线船闸主体段闸首和闸室分南北两线，每线船闸主体段由体段由6个闸首和个闸首和5个闸室组成，每个闸室个闸室组成，每个闸室长长280米、宽米、宽34米。而船闸人字门单扇门米。而船闸人字门单扇门宽宽20.2米，高米，高38.5米，厚度米，厚度3米，有两个篮米，有两个篮球场大。球场大。2024/7/974秦山核电站位秦山核电站位于东海之滨美丽富饶的杭州湾畔，是中国第一于东海之滨美丽富饶的杭州湾畔，是中国第一座依靠自己的力量设计、建造和运营管理的压水堆核电站，总装座依靠自己的力量设计、建造和运营管理的压水堆核电站，总装机容量机容量2300MW。1985年年3月动工，月动工，1991年年12月首次并网发电。月首次并网发电。它的建成使我国成为继美、英、法、前苏联、加拿大、瑞典之后它的建成使我国成为继美、英、法、前苏联、加拿大、瑞典之后世界上第七个能够自行设计、建造核电站的国家。世界上第七个能够自行设计、建造核电站的国家。2024/7/975达板城风力发电厂达板城风力发电厂装机容量装机容量7.23万千瓦，占全国的万千瓦，占全国的30%。2024/7/976表表1-4 1-4 谐波电压限值谐波电压限值电网网对称称电压（kVkV）电压总谐波畸波畸变率（率（%）各次各次谐波波电压含有率（含有率（%）奇次奇次偶次偶次0.380.386 61010353566661101105.05.04.04.04.04.03.03.03.03.02.02.04.04.03.23.23.23.22.42.42.42.41.61.62.02.01.61.61.61.61.21.21.21.20.80.82024/7/977