电力系统分析第二章

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,*,第一章,电力系统概述和基本概念,第一章 电力系统概述和基本概念,第一节 电力系统概述,第二节 电力系统中性点及其接地方式,第一节 电力系统概述,一,、,电力系统的基本概念,图,1-1,动力系统、电力系统、和电力网络示意图,.,电力系统的基本概念,电力系统：是指由生产、输送、分配电能的设备，使用电,能的设备以及测量、继电保护、控制装置乃至能量管理系统所,组成的统一整体。,动力系统：在电力系统的基础上又加上动力设备，统称为,动力系统。,电力网络：电力系统中，各种电压等级的输配电力线路及,升降压变压器所成为的部分称为电力网络。,2.,电力系统的发展概况,1882,年，英国建成第一座发电厂，原始线路输送的是低压直,流电。,同年，法国人德普列茨提高了直流输电电压，被认为是世界,上第一个电力系统。,1891,年，第一条三相交流输电线路在德国运行，三相交流输,电使输送功率、输电电压、输电距离日益增大。,目前，大电力系统不断涌现，甚至出现全国性和国际性电力,系统。,我国已建成华东、东北、华中、华北、西北、华南六个跨省,电力系统，独立的省属电力系统还有山东、福建、海南、四,川和台湾系统。,3.,电力线路接线图,地理接线图,：按比例显示电力系统中各发电厂和变电所,相对地理位置，,它反映电力线路的路径和相互间的联接,，但不,能完全显示各电力元件间的连接情况。,电气接线图,：,显示系统中各电力元件之间的电气联系,，,但不能反映发电厂和变电所的相对地理位置。,根据电能生产、输送、消费的特殊性，对电力系统运行有,如下三点要求。,1.,保证可靠地持续供电,根据用户对用电可靠性的要求，将负荷分为三个等级：,第一级负荷,第二级负荷,第三级负荷,电力系统供电的可靠性，就是要保证一级负荷在任何情况下,都不停电，二级负荷尽量不停电，三级负荷可以停电。,二、对电力系统运行的基本要求,2.,保证良好的电能质量,良好的电能质量有三个指标：电压质量、频率质量和波形,质量。,电压偏移：一般不超过用电设备额定电压的,5%,。,频率偏移：一般不超过,0.2,0.5Hz,。,波形畸变率：指各次谐波有效值平方和的方根与基波有效值的百分比。,3.,提高系统运行的经济性,电力系统的经济指标一般是指火电厂的,煤耗,以及电厂的,厂,用电率,和电力网的,网损率,等。,环境保护问题,也将成为对电力系统运行的基本要求。,联合电力系统,是由若干单一系统互联组成，它容易满足对,电力系统运行的基本要求，但同时又必须在技术上采取措施，,以满足电力系统稳定性的要求。,1.,电力系统的电压等级,电力系统电压等级的确定主要从电力系统输送电能的经济,性，生产产品的系列性和经济性两个方面考虑。,说明：,用电设备的容许电压偏移一般为,5%,沿线路的电压降落一般为,10%,在额定负荷下，变压器内部的电压降落约为,5%,电力线路平均额定电压，是指电力线路首末端所接电气设,额定电压的平均值，即,U,av,=(U,N,+1.1U,N,)/2=1.05U,N,电力线路额定电压,三、电力系统的电压等级和负荷,表,1-1,额定电压及电力线路的平均额定电压（,KV,）,用电设备及电力线路的额定电压,电力线路的平均额定电压,同步发电机的额定电压,变压器的额定电压,一次绕组,二次绕组,3,6,10,15,20,35,60,110,154,220,330,500,3.15,6.3,10.5,15.75,21,37,63,115,162,230,345,525,3.15,6.3,10.5,15.75,3 3.15,6 6.3,10 10.5,15.75,20,35,60,110,154,220,330,500,3.15 3.3,6.3 6.6,10.5 11,22,38.5,66,121,169,242,345,525,用电设备的额定电压：与线路的额定电压相同。,发电机的额定电压：同步发电机往往接在线路始端，因此，,其额定电压比电力线路的额定电压高,5%,。,变压器的额定电压：一次侧相当于用电设备，其额定电压,等于线路的额定电压；二次侧相当于发电机，其额定电压,较线路额定电压高,10%,。,注意：,当一次侧直接和发电机相连时，其额定电压等于,发电机额定电压；,当变压器漏抗较小，或二次侧直接与用电设备相,连的厂用变压器，其额定电压可以只比线路电压高,5%,。,表,1-2,电力线路的额定电压与输送功率和输送距离的关系,额定电压,(kV),输送功率,(kW),输送距离,(km),额定电压,(kV),输送功率,(kW),输送距离,(km),3,1001000,13,60,350030000,30100,6,1001200,415,110,1000050000,50150,10,2002000,620,220,10000050000,100300,35,200010000,2050,500,、,330,、,220KV,一般用于大电力系统的主干线；,110KV,用于中、小电力系统的主干线及大电力系统的二次网络；,35KV,用于大城市或大工企业内部的网络，并广泛用于农村网络；,10KV,是最常用的低一级配电电压；,6KV,用于负荷中高压电动机占很大比重的网络；,3KV,仅限于工企业内部网络。,2.,电力系统的负荷,电力系统的总负荷：指系统中各个用电设备消耗功率的总和。,它们可分为动力负荷和照明负荷。,综合用电负荷：指工业、农业、交通运输、市政生活等各方,面消耗的功率之和。,供电负荷：指电力系统的综合用电负荷加上电力网的功率损,耗，即发电厂供出的负荷。,发电负荷：指发电负荷再加上发电厂厂用电，即发电机发出,的功率。,电力负荷曲线：指某一段时间内负荷随时间变化的规律的曲,线。,有功功率,(,无功功率,),日负荷曲线：,表明系统有功功率或无功,功率负荷在一天,24,小时的变化规律。,用途：制定各发电厂发电负荷计划及系统调度运行的依据。,注意：无功功率与有功功率最大负荷不一定同时出现。,有功功率年最大负荷曲线：,表示一年内每月最大有功功率负,荷变化的曲线。,用途：作为扩建发电机组，新建电厂以及安排全年发电设备,检修计划的依据。,年持续负荷曲线：,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面成的曲线。,用途：可靠性估算和电网规划与运行的能量损耗计算。,图,1-2,电力系统的日负荷曲线,（,a,）有功功率负荷；（,b,）无功功率负荷,10,20,30,40,50,60,70,80,90,100,0,4,8,12,16,20,24,t(h),P%,（,a,）,24,t(h),10,20,30,40,50,60,70,80,90,100,0,4,8,12,16,20,Q%,（,b,）,根据年持续负荷曲线，计算系统负荷全年消耗电量,W,最大负荷小时数,T,max,其中,P,max,为最大负荷,12,t(,月,),2,4,6,8,10,年初（冬季）,年中（夏季）,年末（冬季）,P,0,图,1-3,有功功率年最大曲线,P,t(h),8760,T,max,t,1,t,2,t,3,P,1,P,2,P,3,a,b,c,d,e,f,g,i,图,1-4,年持续负荷曲线,中性点经低电抗、中,低电阻接地方式,中性点有效接地方式,中性点全接地方式,中性点不接地方式,中性点经消弧线圈接地方式,中性点经高阻抗接地方式,第二节 电力系统中性点的接地方式,指星形连接的变压器或发电机的中性点,（需要断路器遮断单,相接地故障电流的）,（单相接地电弧能够,瞬间熄灭的）,2.,电力系统中性点不同接地方式的优缺点,大接地电流方式的电力系统 优点：快速切除故障，安全性好；经济性好 缺点：供电可靠性差,(2),小接地电流方式的电力系统 优点：供电可靠性高；安全性好 缺点：经济性差；易出现谐振电压,目前，在我国电力系统中，中性点接地方式：,330KV,和,500KV,系统,中性点全接地方式；,10KV,和,220KV,系统,中性点有效接地方式；,60KV,以下系统,中性点小电流接地方式；,其中,35,60KV,系统,经消弧线圈接地方式,3,10KV,系统,中性点不接地方式,一般认为,3,60KV,系统，当单相接地时电容电流超过,10A,，则中,性点应装消弧线圈。,二、消弧线圈的工作原理,C,B,A,N,C,a,C,b,C,c,N,A,B,C,图,1-5,中性点不接地系统的单相接地,（,a,）电流分布；（,b,）电压、电流相量关系,正常运行的电力系统为三相对称系统，各相对地电压相量,值分别为 、，而,N,对地电位 。那么每,相对地电容电流为 ，其中,U,为每相对地电压，,为每相对地电容。,中性点不接地电力系统单相接地时，如图,1-5(a),所示。,此时，相对地电压的变化及接地电流有以下情况：,当,A,相单相接地时，中性点电压为 ，则各相对地,电压变为,由 、产生的对地电容电流为 、，分别超前其对,地电压,90,0,，而入地总的电容电流为 。以上电压、电,流的相量图如图,1-5(b),所示。由此可见，由于,A,相接地，,A,相对,地电压为零，,B,、,C,两相对地电压的数值为 （,U,为相电压值）,升高为线电压值。而三相线电压并未变化。因此,中性点不接地,电力系统发生单相接地时，可以允许继续运行,2,小时,。,那么单相,接地电流的有效值为,即,单相接地电流值为正常时一相电容电流值的,3,倍,。,中性点不接地,电力系统发生单相接地时，有接地电流,Id,从,接地点流过，这是一个纯电容电流，而非短路电流，其值不,大。这个接地电流达到一定值时就要在接地点产生间歇性电,弧，使系统产生过电压，甚至会烧坏电气设备。为了减少接地,电流，使接地点的电弧易于熄灭，就需要在电力系统某些中性,点处装设消弧线圈,L,，以补偿接地电容电流。如图,1-6,所示。,C,B,A,N,C,a,C,b,C,c,L,N,C,图,1-6,中性点经消绵线圈接地时的单相接地,（,a,）电流分布；（,b,）电压、电流相量关系,全补偿：,当,I,L,=I,d,时，,I,jd,=0,。产生谐振过电压；,过补偿：当,I,L,I,d,时，,I,jd,为纯电感性。可以避免或减少谐振,过电压的产生，系统运行常采用这种方式；,欠补偿：当,I,L,I,d,时，,I,jd,为纯电容性。可能出现谐振过电压,现象。,当系统,A,相单相接地时，则消弧线圈,L,上的中性点对地电,压，可将,L,视为纯电感线圈，其电流滞后于电压,90,0,，,相量图如图,1-6,所示。,由图可见 与 方向恰为反相，接地点总电流,其绝对值 。由于,I,L,对,I,d,的抵消作用使,接地电流,I,jd,减少，以利于消弧，这就是消弧线圈的工作原理，,称为,I,L,对,I,d,的补偿作用。,三、消弧线圈的应用及自动跟踪控制,消弧线圈改变电抗的方式：,（,1,）无励磁式,（,2,）有载可调式,消弧线圈自动跟踪补偿控制的核心技术，是快速、准确、安,全、在线地测量补偿系统的电容电流问题。,