第一章电力系统基本概念

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,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,电力系统稳态分析,主讲 王帆,电气工程教研室,1、教材：东南大学 陈珩（第三版）,2、本课程前修课程、后续课程,前修课程：电路理论、电机学,后续课程：电力系统自动装置、继电保护、电力系统自动化,3,、考核方式：,笔试（闭卷，120分钟、卷面100分，占,60,），平时（主要是上课考勤记录、课堂练习、作业，占,40,）,前言,重点：,三大计算,1、,标幺值计算,2、稳态计算：潮流；调频、调压,3、暂态计算：故障；稳定性,第一章 电力系统的基本概念,11 电力系统概述,1,2,对电力系统运行的基本要求,1,3,结线方式和电压等级,1,4,课程的主要内容,11 电力系统概述,一、电力系统的形成和发展,工业,农业,商业,生活,发电,输电,配电,用电,电网,电力系统,11 电力系统概述,一、电力系统的形成和发展,1882,年，托马斯 爱迪生在新纽约城建造了世界上第一个公用发电系统。由蒸汽机驱动直流发电机，电压为,100VDC,，为,800,盏白炽灯提供电力。,1886,年美国西屋电气公司成立,一、电力系统的形成和发展,1883,年，,Stanley,发明了变压器,1885,年，特斯拉发明了交流电机，并成功地将它同变压器连接起来，实现了单相交流输电。,1893,年，特斯拉同西屋电气公司合作为当年在美国芝加哥举行的世界博览会建造了交流供电系统，并借世博会向世界展示了交流技术的优点,交流技术的优点,易于通过变压器升，降压。,适合长距离输电，传输损耗小,相应的交流开关等设备的安装简单，价格便宜,一、电力系统的形成和发展,1891,年，世界上第一台水轮发电机组在德国劳芬建成并向法兰克福 送电，传输电压,15kV-25kV,，传输距离,175km,，传输功率,172kW,1910,年，出现了真正意义上的独立电网，传输电压,110kV,。,1920,年，高压输电线路，电压达到,220kV,1957,年，欧洲第一条,380kV,高压输电线路于德国科隆和卢德维希堡之间投入使用,目前输电电压以超过,1000kV,，传输距离超过,1000km,，输送功率超过,5000MW,11 电力系统概述,二、电力系统的组成,1、,来源,火电：锅炉汽轮机发电机,水电：水库水轮机发电机,核电：核反应堆汽轮机发电机,其它：如风能、地热能、太阳能、潮汐等,11 电力系统概述,二、电力系统的组成,2、,基本概念,电力系统,是由,发电厂、变电所、输电线、配电系统及负荷,组成的。是现代社会中最重要、最庞杂的工程系统之一。,电力网络,是由,变压器、电力线路,等变换、输送、分配电能设备所组成的部分。,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。,11 电力系统概述,二、,电力系统的组成,2、基本概念,总装机容量,指该系统中实际安装的发电机组额定有功功率的总和，以千瓦（,KW）、,兆瓦（,MW）、,吉瓦（,GW）,为单位计。,年发电量,指该系统中所有发电机组全年实际发出电能的总和，以千瓦时（,KWh）、,兆瓦时（,MWh）、,吉瓦时（,GWh）,为单位计。,最大负荷,指规定时间内，电力系统总有功功率负荷的最大值，以千瓦（,KW）、,兆瓦（,MW）、,吉瓦（,GW）,为单位计。,11 电力系统概述,二、电力系统的组成,2、基本概念,额定频率,按国家标准规定，我国所有交流电力系统的额定功率为,50,Hz。,最高电压等级,是指该系统中最高的电压等级电力线路的额定电压。,地理接线图,主要显示系统中发电厂，变电所的地理位置，电力线路的路径，以及它们相互间的连接,电气接线图,主要显示系统中发电机，变压器，母线，断路器，电力线路等主要元器件之间的电气接线,11 电力系统概述,三、近代电力系统,电压、输送距离、输送功率；电源的构 成；负荷的构成；,高度自动化；,远距离大容量直流输电,11 电力系统概述,四、电力系统的发展趋势,智能化,以物理电网为基础，将现代先进的传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网,分布式,11 电力系统概述,四、电力系统的发展趋势,1,2,电力系统运行应满足的基本要求,特点,与国民经济及日常生活关系密切,电能不能大量储存,电能生产、输送、消费的整体环节不可分,割，工况的改变十分迅速,要求,安全 优质 经济,环保,1,2,电力系统运行应满足的基本要求,安全：,保证可靠的供电,措施,电源与电网的建设（西电东送全国联网）,SCADA,Supervisory Control And Data Acquisition,设备检修（计划检修状态检修）,人员素质,1,2,电力系统运行应满足的基本要求,优质,指标,电压：,35,kV 5%,6 10,kV 4%,380V 5%,（,无功功率）,频率：,0.2（3000,mw)0.5Hz(3000MW）,（有功功率）,谐波：波形畸变率,10kV 5%,10kV 4%,1,2,电力系统运行应满足的基本要求,负荷,（,一级,二级,三级,）,一级负荷：对这一级负荷中断供电，将造成人身事故，经济严重损失，人民生活发生混乱。,二级负荷：对这一级负荷中断供电，将造成大量减产，人民生活受影响。,三级负荷：所有不属于一、二级的负荷,。,1,2,电力系统运行应满足的基本要求,经济,EX:,一台600,MW,火电机组，年利用小时6000,h，,煤耗率320,g/kW.h，,煤价：300元/吨。,Sol：,年发电量：600000,kW6000h36,亿,kW.h,需标煤：36亿,kW.h320g/kW.h115.2,万吨标煤,燃料费：115.2万吨300元/吨34560万元,1%节约：燃料：1.152万吨标煤,燃料费：345.6万元,网损,煤耗率（水耗率）,1,2,电力系统运行应满足的基本要求,环保,火电厂装机,70,煤炭燃烧造成的污染,限制污染物的排放量,1,3,电力系统的结线方式和电压等级,放射式,干线式,树状,无备用结线,包括单回路放射式、干线式和链式网络,优点：简单、经济、运行方便,缺点：供电可靠性差,适用范围：二级负荷,一、结线方式,1,3,电力系统的结线方式和电压等级,环行网络,双端供电,有备用结线,包括双回路放射式、干线式和链式网络,优点：供电可靠性和电压质量高,缺点：不经济,适用范围：电压等级较高或重要的负荷,1,3,电力系统的结线方式和电压等级,二、电压等级及其适用范围,电压等级的选择,S,=3,U,2,I,I,（,U,1,U,2,）/,Z,传输功率,S,、,电压等级,U,、,输电距离,l,之间的关系,S,Const，,l,U,2,l,Const，,S,U,2,U,1,I U,2,S,Z,1、电力系统的额定电压等级,1,3,电力系统的结线方式和电压等级,1、电力系统的额定电压等级,1,3,电力系统的结线方式和电压等级,1、电力系统的额定电压等级,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%,。,1,3,电力系统的结线方式和电压等级,1、电力系统的额定电压等级,电力网络中电压分布采取的措施：,取用电设备的额定电压为线路额定电压，使所有设备能在接近它们的额定电压下运行；,取线路始端电压为额定电压的105%；,取发电机的额定电压为线路额定电压的105%；,变压器分升压变和降压变考虑一次侧接电源，取一次侧额定电压等于用电设备额定电压；二次侧接负荷，取二次侧额定电压等于线路额定电压,。,1,3,电力系统的结线方式和电压等级,1、电力系统的额定电压等级,变压器的电压等级,升压变压器（例如35/121，10.5/242）,二次侧（高压侧）接线路始端，向负荷供电，相当于发电机，应比线路的额定电压高5%，加上变压器内耗5%，所以二次侧额定电压等于,用电设备的额定电压110%。,直接和发电机相联的变压器,一次侧额定电压等于,发电机的额定电压即105,U,N,；,一次侧（低压侧）接电源，相当于用电设备，一次侧额定电压等于,用电设备的额定电压,U,N,；,1,3,电力系统的结线方式和电压等级,1、电力系统的额定电压等级,变压器的电压等级,降压变压器（110/38.5，220/38.5）,一次侧（高压侧）接线路末端，相当于用电设备，一次侧额定电压等于,用电设备的额定电压；,二次侧（低压侧）向负荷供电，相当于发电机，应比线路的额定电压高5%，加上变压器内耗5%，所以二次侧额定电压等于,用电设备的额定电压110%。,1,3,电力系统的结线方式和电压等级,2,、不同电压等级的适用范围,低于,110kV,的，电压等级应差,3,倍，,110kV,以上的，电压等级应差,2,倍左右,500,，,330,，,200,用于大电力系统的主干线,110,用于中小系统的主干线和大系统的二次网络,35kV,用于大城市，大工业企业的内部网络,10kV,最常用的配电网络,1,3,电力系统的结线方式和电压等级,三、电力系统中性点的运行方式,接地？,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安全，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,：,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,：,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部分接地，以保证工作人员接触时的安全。,（接地保护）,保护接零,：,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（也称零线）直接连接，以实现对人 身安全的保护作用。,防雷接地,：,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。,1,3,电力系统的结线方式和电压等级,三、电力系统中性点的运行方式,如何实现,工作接地？,电气设备（电力变压器、电压互感器或发电机）的中性点接地 又称为电力系统中性点接地。,电力系统的中性点：星形连接的变压器或发电机的中性点。,电力系统的,中性点接地方式,：,小电流接地：,中性点不接地（中性点绝缘）,中性点经消弧线圈接地,大接地电流：,中性点直接接地,中性点经电阻接地,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,确保人身安全,诸方面综合考虑。,1,3,电力系统的结线方式和电压等级,三、电力系统中性点的运行方式,1、,中性点,直接接地,负,荷,A,B,C,k,(1),I,k,(1),I,k,(1),特点,：,供电可靠性不如电力系统中性点不接地和经消弧线圈接地方式。,故障时：如发生接地故障，则构成 短路回路，接地相电流很大；,为提高供电可靠性，在线路上广泛安装三相或单相自动重合闸装置。,对地电压,U,N,，,电气设备的绝缘水平只需按电力网的相电压考虑，可以降低工程造价。,我国380/220,V,系统中一般都采用中性点直接接地方式，主要是从人身安全考虑问题。,适用范围,：,我国110,kV（,国外220,kV）,及以上电压等级的电力系统。,380/220,V,低压系统。,1,3,电力系统的结线方式和电压等级,三、电力系统中性点的运行方式,2、,中性点,不接地的电力系统,负,荷,A,B,C,C,C,C,I,C,a.,电路图,0,U,A,U,B,U,C,I,B0,I,C0,I,A0,b.,矢量图,正常运行时,U,A,U,B,U,C,0,I,A,I,B,I,C,0,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，