电力系统工程基础相关知识

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,电力系统工程基础,天津工程师范学院,杨耿煌,200,8,1,1.概论,2.电力负荷计算,3.电力网,4.短路电流及其计算,5.变电所的一次系统,6.电力系统继电保护,7.,变电站的监控系统和自动装置,8.,配电网自动化,9.,安全接地与电气照明,主要内容,2,1、概论-,1.1,电力系统的基本概念,发电,用电,输电,变电,配电,RTU,RTU,RTU,数据采集和传输,应用服务器,电 网 调 度,3,什么是电力系统？,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,4,什么是电力系统？,电力网,：,由,变电所,和不同电压等级,输电线路,组成的网络。,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。,发电厂,：生成电能,变电所,：变换和分配电能,输配电线路,：输送电能,用户,：消费电能,动力系统,：,在电力系统的基础上，把发电厂的动力部分（例如火力发电厂的锅炉、汽轮机和水力发电厂的水库、水轮机以及核动力发电厂的反应堆等）包含在内的系统。,5,电力系统示意图,超高压远距离输电网,地方电力网,区域电力网,110,kV,35,kV,35,kV,500,kV,220,kV,110,kV,10,kV,水力发电厂,火力发电厂,变电所,A：,枢纽,变电所,C：,地方,变电所,D：,终端,变电所,B：,中间,6,电力系统的组成,电力网,：,按电压等级的高低、供电范围的大小的分类,地方电力网,：电压等级在35,kV,及以下，供电半径在2050,km,以内,区域电力网,：电压等级在35,kV,以上（一般为110,kV220kV），,供电半径超过50,km，,联系较多发电厂的网络,超高压远距离输电网,：电压等级为330,kV500kV,的网络，其主要任务是把远处发电厂生产的电能输送到负荷中心，同时还联系若干区域电力网形成跨省、跨地区的大型电力系统,变电所,：,按其在电力系统中的地位分类,枢纽变电所：联系电力系统各部分的中枢位置,地区变电所：发电厂或区域变电所,终端电站所：电网的末端变电所,7,电力系统运行的特点,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,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： 一类负荷、 二类负荷、三类负荷,8,电力系统的要求和基本参数,供电可靠性；,良好的电能质量；,为用户提供充足的电能；,提高电力系统运行的经济性。,总装机容量：额定有功功率之和；,年发电量：所有发电机组全年发出电能的总和；,最大负荷：规定时间电力系统总有功功率负荷的最大值；,额定频率：,50Hz,。,9,1.2,发电厂,火力发电厂：,将煤、油、天然气或其它燃料的化学能转换成电能的工厂。,10,1.2,发电厂,核电厂：,均采用原子核裂变时释放出来的能量发电。,11,2 发电厂,水电厂：,利用水能发电,12,2 发电厂,风力发电厂,13,1.3 电力系统的电压和电能质量,电压质量标准：,14,电能的质量指标,频率：,额定频率,：50,Hz（,国外：50 或 60,Hz）,频率偏差,：0.2,Hz（3000MW,系统）,0.5,Hz（3000MW,系统）,国外：,(0.10.2),Hz,或,0.5,Hz,波形：,质量标准,：正弦波电压和电流,谐波的危害与抑制,：,15,电力系统的电压等级,16,电力系统的电压等级,U,1,I U,2,S,Z,S,= 3,U,2,I,17,1.,4,电力系统中性点运行方式,中性点：星型联结的变压器或发电机的中性点。,3,60kV,：中性点不接地；,3,10kV,单相接地时电容电流,30A,，或,35,60kV,单相接地时电容电流,10A,，中性点接消弧线圈；,110kV,及以上：直接接地,18,1.,5,我国电力工业发展概况与前景,跨省电力系统,5,个，独立省电力系统若干个,19,1.5我国,电力工业发展概况,20,1.5我国,电力工业发展概况,电力工业发展史上的第一：,火电：1882年上海杨树浦；水电：1912年云南石龙坝240,kW；,核电：1991年浙江秦山300,MW；,输电线路： 1974年甘肃刘家峡水电站陕西关中地区330,kV,交流，,1981年河南姚孟火电厂到武汉500,kV,交流，,1988年葛州坝水电站到上海南桥变电站500,kV,直流。,电力系统之最：,21,1.5 我国,电力工业发展概况,年人均电量：,我国：1000,kW.h,中等发达国家：7000,kW.h,北欧、美国：18000,kW.h,2002,年底全国发电装机容量达到,3.56,亿千瓦，发电量达到,16542,亿千瓦时，2004年底，全国发电装机442亿千瓦；2005年突破5亿千瓦，,年发电量预计2.4万亿千瓦时。,自1996年以来装机容量和发电量均居世界第二位。,22,第二章 电力负荷计算,电力负荷与负荷曲线,计算负荷及有关系数,确定计算负荷的方法,尖峰电流的计算方法,功率损耗与电能损耗的确定,无功补偿,23,2.1 电力负荷与负荷曲线,电力系统的总负荷就是系统中千万个用电设备消费功率的总和。它们大致分为异步电动机、同步电动机、电热电炉、整流设备、照明设备等几大类。,不同行业中，这些用电设备占的比重也不同。表,1,所示是几种工业部门用电设备比重的统计。,将各工业部门消费的功率与农业、交通运输和市政生活消费的功率相加就可得到电力系统的,综合用电负荷,。综合用电负荷加网络中损耗的功率为系统中各发电厂应供出的功率，因而称作电力系统的,供电负荷,。供电负荷再加各发电厂本身消费的功率,厂用电，为系统中各发电机应发出的功率，称作电力系统的,发电负荷,。,24,电力负荷分级,一级：人身、重大设备或政治、经济重大损失，2个独立电源；,二级：设备局部破坏、生产影响且不容易恢复，政治、经济较大损失，2回线或者专用供电线路；,三级：非一级和二级，可单回线路供电。,25,用电设备工作制,连续运行工作制,S,1,在恒定负载（如额定功率）下连续运行相当长时间，可以使设备达到热平衡的工作条件。这类工作制的用电设备长期连续运行，负荷比较稳定，如通风机、水泵、空气压缩机、电炉和照明等。,短时运行工作制：设备在额定工作电流恒定的一个工作周期内不会达到允许温升，而在两个工作周期之间的间歇又很长，能使设备冷却到环境温度值。如金属切削机床用的辅助机械（横梁升降、刀架快速移动装置等）、水闸用电机等，这类设备的数量很少。,26,用电设备工作制,断续周期工作制：暂载率（负荷持续率）,这类工作制的用电设备周期性的工作、停歇，反复运行，而且工作和停歇的时间都很短，周期一般不超过,10min,，使设备既不能在一个工作时间内升温到额定值，也不能在一个停歇时间内冷却到环境温度，如电焊机和电梯电动机等设备。断续周期工作制的用电设备可用“负荷持续率”（又称暂载率）来表征其工作性质。,负荷持续率为一个工作周期内工作时间与工作周期的百分比值，用 表示,式中,T,工作周期；,t,g,工作周期内的工作时间；,t,0,工作周期内的停歇时间。,27,负荷曲线,负荷曲线,是指在某一时间段内描绘负荷随时间的推移而变化的曲线。,按负荷性质可绘制有功和无功的负荷曲线；按负荷持续时间可绘制日、月和年的负荷曲线；按负荷在电力系统内的地点可绘制个别用户、电力线路、变电所、发电厂乃至整个地区、整个系统的负荷曲线。将这几方面负荷曲线综合在一起就可表明负荷曲线发与供的全部特性。,有的负荷曲线是按一定时间为间隔绘制出来的。但是逐点描绘的负荷曲线为依次连续的折线，不适于实际应用。为了计算简单起见，往往将逐点描绘的负荷曲线用,等效的阶梯曲线来代替,。,28,负荷曲线,有功功率负荷曲线,对电力系统的运行十分有用，电力系统的设计生产主要是建立在预测的有功负荷曲线的基础之上的。以下介绍几种典型的负荷曲线。,（一）日负荷曲线,日负荷曲线,表示一天,24h,内负荷变化的情况，如图,61,所示，此曲线可用于决定系统的日发电量。,29,负荷曲线,30,负荷曲线,（二）年最大负荷曲线,可根据典型日负荷曲线间接制成，表示从年初到年终的整个,1,年内的逐月（或逐日）综合最大负荷的变化情形，如图,2,所示。,（三）年负荷持续曲线,年负荷持续曲线是不分日月先后的界限，只按全年的负荷变化，根据各个不同的负荷值在一年中的累计持续时间而重新排列组成的，即反映了工厂全年负荷变动与负荷持续时间的关系,如图,3,所示。,31,负荷曲线,32,负荷曲线,负荷曲线的特征指标分析,分析负荷曲线可以了解负荷变动的规律。从工厂来说，可以合理地、有计划地安排车间、班次或大容量设备的用电时间，从而降低负荷高峰，填补负荷低谷，这种“削峰填谷”的办法可使负荷曲线比较平坦，调整负荷既提高了供电能力，也是节电的措施之一。,从负荷曲线上还可以求得一些有用的参数。,33,负荷曲线,（,1,）年最大负荷,Pmax,，负荷曲线上的最高点，见图。,（,2,）年最小负荷,Pmin,，负荷曲线上的最低点，见图。,（,3,）全年消耗的电量,A,Y,为,全日消耗的电量,A,D,为,34,负荷曲线,（,4,）年最大负荷利用小时数,Tmax,（,5,）,平均负荷,P,av,（,6,）,负荷率，平均负荷与最大负荷的比值,有功负荷率,无功负荷率,35,2.2,负荷计算的方法,所谓,计算负荷,，就是在已知用电设备性质、容量等条件的情况下，按照一定的方法和规律，通过计算确定的电力负荷。它包括有功计算负荷、无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流、尖峰电流等内容。,求计算负荷的这项工作称作为,负荷计算,。,36,2.3,负荷计算的方法,根据长期观察所测得的负荷曲线可以发现：对于同一类型的用电设备组、同一类型车间或同一类企业，其负荷曲线具有相似的形状。因此，典型负荷曲线就可作为负荷计算时各种必要系数的基本依据。利用这种系数，根据工厂所提供的用电设备容量、将其变换成电力设备所需要的假想负荷,计算负荷。,用此计算负荷选择供电系统中的导线和电缆截面积，确定变压器容量，为选择电气设备参数、整定保护装置动作值以及制定提高功率因素措施等提供了依据。,37,计算负荷的意义,“计算负荷”是按发热条件选择电气设备的一个假定负荷。,计算负荷产生的热效应需和实际变动负荷产生的最大热效应相等,。所以根据计算负荷来选择导线及设备，在实际运行中它们的最高温升就不会超过容许值。,通常我们把根据半小时（,30min,）的平均负荷所绘制的负荷曲线上的“最大负荷”称为“计算负荷”，并作为按发热条件选择电气设备的依据。,38,确定计算负荷的系数,比较、分析大量的负荷曲线，又可以发现同一类型的工业企业（或同一类型车间、设备）的负荷曲线，均有大致相似的形状。从中可发现数值较相近的系数。,1,、需要系数,K,d,在设备额定功率,P,N,已知的条件下，只要实测统计出用电设备组（车间、全厂）的计算负荷,P,ca,，即在典型的用电设备组负荷曲线上出现,30min,的最大负荷,P,max,，就可以求出需要系数,K,d,，定义如下：,39,确定计算负荷的系数,2,、利用系数,K,u,，利用系数可定义为：,3,、同时系数,有功同时系数：,无功同时系数：,40,2.4,尖峰电流的计算,持续12秒的短时最大负荷电流,单台用电设备的尖峰电流；,多台用电设备的尖峰电流；,用电设备同时起动的尖峰电流。,41,2.5,功率损耗和电能损耗计算,功率损耗：,线路变压器（分别包括有功功率和无功功率）；,电能损耗：,线路变压器（简单统计方法）；,线损率的计算。,42,2.6,企业计算负荷的确定,逐级计算法：企业的用电端开始，逐级上推，直至求出电源进线端的计算负荷；,用电设备组的计算负荷车间变压器低压母线车间变压器高压母线车间变电所高压母线总降压变电所出线总降压变电所低压母线企业总计算负荷。,需求系数法；,按年产量估算企业的计算负荷。,43,2.7,无功补偿,无功功率传输的问题；,线损增加；,压降增加；,浪费设备容量，降低供电能力；,发电机输出能力下降，发电效率下降。,节能、改善变配电设备运行、提高电能质量无功补偿，功率因数的提高程度（高压供电：,0.9,）,44,功率因素计算,瞬时功率因数，直接通过功率表、电压和电流表计；,均权功率因数：一定时间内功率因数的平均值；,最大负荷时的功率因数：计算功率。,45,提高功率因数的方法,提高自然功率：减少无功功率的需求量；,人工补偿：电容器；同步电机；同步调相机。,电容器补偿：,低压：三角形；高压：星形。,高压集中，低压分散，个别就地。,补偿容量的计算。,46,无功补偿的效益分析,线损下降的百分值；,变压器铜耗下降的百分值；,减少变压器容量值。,47,静态电容器的控制方法,昼夜时间划分：无功负荷的变化曲线，适用与负荷比较稳定，较有规律的场合；,母线电压的高低：起动元件,低电压或高电压继电器，这还涉及变压器的调压措施；,无功功率大小：起动元件,无功功率检测器；,功率因数的大小：起动元件相位监测器。,48,