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1、,呼图壁热电厂,报告人：胡志光,单位：华北电力大学,第一章 电力系统的运行技术,电气设备及运行技术讲稿,基础知识：三相交流电路的基本概念,1.三相电压瞬时值表达式为,三相电源通常由三相同步发电机产生，三相绕组在空间互差。当转子以均匀角速度 转动时，在三相绕组中产生感应电压，从而形成对称三相电源。依次为A相、B相、C相。,2.时波形图与相量图,3.对称三相电源的特点,三角形连接,星形连接,三角形连接,4.三相电源的连接方式,5.三相负载的连接方式,星形连接,Y-接法,三相电路就是由对称三相电源和三相负载连接起来所组成的系统,Y Y 接法,-Y接法,-接法,Y0-Y0接法,三相四线制,三相三线制,
2、(1)Y连接相电压和线电压之间的关系,线电压对称(大小相等相位互差120o),结论：对Y接法的对称三相电源,(1)相电压对称，则线电压也对称。,(3)线电压相位超前对应相电压30o。,所谓的“对应”：对应相电压与线电压的第一个下标字母相同。,(2)线电压大小等于相电压的 倍，即。,(2)连接相电流和线电流之间的关系,线电流对称(大小相等相位互差120o),结论：对接法的对称三相负载,(1)相电流对称，则线电流也对称。,(3)线电流相位滞后对应相电流30o。,所谓的“对应”：对应线电流与相电流的第一个下标字母相同。,(2)线电流大小等于相电流的 倍，即。,6.三相电路的功率,三相电路的功率为各相
3、功率的总和,6.1 三相四线制的功率,根据相电压和相电流分别计算各相的功率，然后相加而得三相总功率。,（1）三相电路的有功功率,（2）三相电路的无功功率,（3）三相电路的视在功率,（4）三相电路的功率因数,注：三相电路不对称时，视在功率和功率因数只有计算意义，没有实际意义。,当三相电路对称时，各相功率相等，三相电路总有功功率、无功功率和视在功率等于单相功率的三倍，功率因数等于各相的功率因数，即,6.2 三相对称交流电路的功率,将相电压与线电压，相电流与线电流的关系代入到功率的计算式中，可得：,三角形接线：,星星接线：,注意！,两套公式中的 指的都是相电压和相电流之间的夹角,7.交流电路中的阻抗
4、,在三相交流电路中，总是按对称方式给出一相线路或绕组的阻抗Z。阻抗Z=R+j（XL-XC）,其中：（1）电阻R上的电压与电流同方向，且满足：（2）感抗XL=2fL=L上的电压超前电流90，且满足：（3）容抗XC=1/2fC=1/C上的电压滞后电流90，且满足：（4）电抗 X=XL-XC；（5）阻抗,第一节 电力系统概述,一、电力系统的组成及其优越性 1.电力系统的组成：由生产、输送、分配、消耗电能的发电机、变压器、电力线路和各种用电设备组成的统一整体就叫做电力系统。2.电力网：由升降压变压器和电力线路所组成的网络叫做电力网。主要承担输送电能任务的电网称为输电网。110220kV的输电网称为高压
5、输电网，330kV750kV的输电网称为超高压输电网1000kV及以上的输电网称为特高压输电网。主要承担分配电能任务的电网称为配电网。335kV的配电网称为高压配电网，380V(220V)的配电网称为低压配电网。3.动力系统：由电力系统和火电厂的锅炉、汽轮机、热力网和用热设备 组成的整体叫做动力系统。,4.大电力系统的优越性,（）提高供电可靠性和电能质量。（2）可减少系统的装机容量，提高设备利用率。（3）便于安装大机组，降低造价。（4）合理利用各种资源，提高运行的经济性。,1电力生产的特点（1）同时性；（2）快速性；（3）重要性；（4）区域性。,2.对电力系统的运行要求（1）满足用户的用电需求
6、；（2）保证供电的可靠性；（3）保证良好的电能质量；（4）保证运行的最大经济性。,二、电力生产的特点及对其要求,三、电力系统的电压等级,电力网各部分电压分布示意图,四、电力系统的负荷,1电力系统的负荷分类 电力系统的负荷是指电力系统中所有用电设备消耗功率的总和，它们又分为动力负荷（如：异步电动机、电热电炉、整流设备及照明负荷等）、综合用电负荷、供电负荷和发电负荷。电力系统的综合用电负荷是指工业、农业、交通运输、市政生活等各方面消耗功率之和。电力系统的供电负荷是指电力系统的综合用电负荷加上网损后的负荷。电力系统的发电负荷是指供电负荷再加上发电厂厂用电负荷，即发电机应发出的功率。,2负荷曲线 负荷
7、曲线是指某一段时间内负荷随时间变化的曲线。负荷曲线可按以下三种特征分类：（1）按负荷性质分为有功负荷曲线和无功负荷曲线。（2）按时间长短分为日负荷曲线和年负荷曲线。（3）按计量地点分为个别用户、电力线路、变电所、发电厂及整个电力系统的负荷曲线。,日负荷曲线,1短路的类型 三相系统中短路的基本类型及相应的代表符号为：三相短路k(3)、故障率为5%，两相短路k(2)、故障率为4%，单相短路k(1)、故障率为83%，两相接地短路k(1,1)、故障率为8%。如下图所示为各种短路的示意图。,五、电力系统短路的基本概念,2短路的原因,电力系统发生短路的主要原因是载流部分的绝缘破坏所致，一般可分为下列几种情
8、况：（1）载流部分过热使绝缘破坏，绝缘材料陈旧老化、污秽、机械损伤等。（2）设备缺陷未发现或未及时消除。（3）输电线路断线或倒杆，使导线接地或相碰。（4）工作人员误操作。（5）系统遭受某种过电压的冲击，致使某些性能变劣的绝缘部件击穿。（6）动物跨接到裸露导体上，或刮风、下雨、雾露、冰雹、地震、雷击等自然灾害。,短路电流曲线,3短路电流波形,（1）短路电流很大，将使导体严重发热，造成导体熔化和绝缘损坏，也可能烧坏周围的设备。（2）巨大的短路冲击电流还将产生很大的电动力作用于导体，可能使导体变形或损坏。（3）由于短路电流基本是感性电流，它会使电网电压降低，可能引起电压崩溃，造成大面积停电。（4）短
9、路时由于系统中功率分布的突然变化和电网电压的降低，可能导致并列运行的同步发电机组之间稳定性破坏。（5）巨大的短路电流将在周围空间产生很强的电磁场，尤其是不对称短路所产生的不平衡交变磁场，会对周围的通信网络，信号系统、晶闸管触发系统及控制系统产生干扰。,4短路的危害,（1）防止短路的发生。（2）限制短路电流。（3）正确选择电气设备。（4）快速切除故障。,5减少短路危害的措施,一、频率调整的必要性 1频率变化对用户的影响（1）大多数工业用户都使用异步电动机，而异步电动机的转速与系统频率有关。系统频率的变化将引起电动机转速的变化，从而影响产品质量。如纺织工业、造纸工业等，将由于频率的变化出现残次品。
10、（2）系统频率降低，将使电动机的出力下降，造成工厂减产、经济效益降低。（3）现代工业和国防等部门广泛使用计算机等电子设备，系统频率不稳定，将会影响电子设备的精确性。2频率变化对电力系统本身的影响（1）发电厂的厂用机械（水泵、风机等）是由异步电动机拖动的，系统频率降低，使厂用机械出力减少，从而危及发电设备的正常运行，严重时会造成系统“频率崩溃”。（2）系统在低频运行时，容易引起汽轮机叶片的共振，缩短汽轮机叶片的寿命，严重时会使叶片断裂。（3）系统频率降低时，异步电动机和变压器的励磁电流增大，引起系统无功不足，电压下降，给电压调整增加困难。,第二节 电力系统有功功率平衡和频率调整,二、电力系统有功
11、功率的平衡 1有功功率平衡 电力系统运行中，在任何时刻，所有发电厂发出的有功功率的总和（也称发电负荷）都是与系统的总负荷 在某一频率下相平衡。即：=为了保证良好的电能质量，电力系统的有功功率平衡应该在频率允许变化范围内的平衡，当系统频率的变化超出允许范围时，则应进行频率调整。2.系统的备用容量为了实现系统有功功率的平衡，系统应有一定的备用容量。系统的备用容量是指在系统最大负荷情况下，系统的可用电源容量大于发电负荷的部分。热备用容量一般取系统最大有功负荷的2%5%为宜。冷备用容量一般取系统最大有功负荷的3%6%为宜。,有功功率负荷的变动分类示意图：PL1第一种负荷变动；PL2第二种负荷变动；PL
12、3第三种负荷变动；PL实际综合负荷变动,3有功功率负荷的变动分类,三、系统负荷和电源的频率静态特性1系统负荷的频率静态特性,2发电机组的频率静态特性,离心飞摆式调速系统原理示意图1飞摆；2弹簧；3错油门；4油动机；5调频器,1.系统频率的一次调整 系统频率的一次调整（或称一次调频）是指由发电机组的调速器实现的，针对第一种负荷变动引起的频率偏移所进行的调整。,四、电力系统的频率调整,系统频率的二次调整（或称二次调频）是指由发电机的调频器（也称同步器）实现的，针对第二种负荷变动引起的频率偏移所进行的调整。,2系统频率的二次调整,五、调频电厂分类（1）主调频电厂，负责全系统的频率f=500.2Hz。
13、（2）辅助调频电厂，只在电力系统频率偏移超过500.2Hz时，才参加调频。（3）非调频电厂，在系统正常运行情况下，按照预定的日发电计划发电，只有在电力系统频率偏移超过500.5Hz时才参加调频。,3系统频率的三次调整 系统频率的三次调整（或称三次调频）是指由调度中心针对第三种负荷变化的预测，并按照最优化原则，向各发电厂下达的发电计划。,（1）当电力系统频率降低至49.5Hz以下时，如系统出力具有储备，例如机组未全投入或机组未带满负荷，则各发电厂的值班人员无须等待调度命令，应立即自行增加出力，直至频率恢复至49.5Hz以上或已达到该发电厂运行中机组的最大可能出力为止。（2）当系统频率高于50.5
14、Hz时，担任调频的第一、第二调频厂应首先降低出力，直至频率恢复至50.5Hz以下为止。如经过一定时间，频率不能恢复至50.5Hz以下，则其余发电厂应自行降低出力至频率恢复到50.5Hz以下为止。,六、系统频率的异常处理,一、电压调整的必要性1电压变化对用户的影响各种用电设备都是按照额定电压来设计制造的，这些设备在额定电压下运行能取得最佳效果，电压偏离额定值过多时，将对用户产生不良的影响。2电压变化对电力系统本身的影响 对电力系统而言，电压降低会使电网的电能损耗加大，电压过低时还可能危及电力系统运行的稳定性，甚至造成“电压崩溃”；而电压过高又威胁电气设备的绝缘，使电气设备产生过激磁。因此，保证系
15、统电压接近额定值是电力系统运行调整的基本任务之一。,第三节 电力系统无功功率平衡和电压调整,1无功功率的概念 用于能量交换，将电能转换为磁能，再将磁能转换为电能，周而复始，并没有消耗，这部分能量我们称为“无功功率”，没有这部分功率，就不能建立系统电压和磁场，电动机、变压器等设备就不能运转。2.无功电源分类（1）同步发电机；（2）同步调相机；（3）并联电力电容器；（4）静止无功补偿器（如图所示）。,二、电力系统无功功率的平衡,4无功功率的平衡 在电力系统中，无功功率平衡是针对某枢纽点在任意时刻某电压下，电源供应的无功功率QG与无功负荷消耗的无功功率QL的相平衡，其关系式与有功功率相似，如下式所示
16、：,3无功负荷分类,（1）异步电动机；（2）电抗器或电磁元件；（3）输电线路；（4）电力变压器。,无功功率平衡关系曲线,三、电压中枢点调压方式,电力系统中监视、控制和调整电压的母线称为电压中枢点。由于电力系统结构复杂，负荷多，如对每个用电设备的端电压都进行监视和调整，不仅没有可能，而且也没有必要。一般负荷都由这些中枢点供电，如能控制住这些点的电压偏移，也就控制住了系统中大部分负荷的电压偏移。于是，电力系统的电压调整问题，也就转变为保证各电压中枢点的电压偏移不超出给定范围的问题。电压中枢点调压方式有逆调压、恒调压、顺调压三种类型。,四、电力系统的调压措施1依靠改变发电机的励磁电流调压；2依靠改变
17、变压器变比调压；3依靠调相机、电容器组等无功补偿装置调压；4依靠改变输电线路的参数调压。,五、系统电压异常的处理 1中枢点电压过低的处理措施（1）令与低电压中枢点相邻近的发电厂和装有静止无功补偿器的变电站增加发电机和静止无功补偿器的无功出力，必要时可降低发电机有功出力（但频率要合格），以增加无功出力。但处理位于远距离送电的受端中枢点电压过低时，应考虑先增加受端发电厂的有功出力。（2）令其它乃至全系统的发电机和静止无功补偿器均加满无功出力，但注意不要使本来就高的中枢点电压超过允许值。若上述处理无效，中枢点电压仍然过低，则应限制用电，必要时可以拉闸限电。2拉闸限负荷的原则顺序（1）拉限电压低又超用
18、电的地区负荷；（2）拉限设备过载的供电区的负荷；（3）按事故拉闸顺序拉闸限电。,（1）令与高电压中枢点相邻近的发电厂和装有静止无功补偿器的变电站降低发电机和静止无功补偿器的无功出力至最底，静止无功补偿器可以改为吸收感性无功功率。（2）令其它乃至全系统的发电机和静止无功补偿器均降低无功出力直至最低，但不要使本来就低的中枢点电压低于允许值。（3）令与高电压中枢点相邻近的发电厂带轻负荷的部分机组停运。,3中枢点电压过高的处理措施,第四节 电力系统运行的稳定性,一、电力系统稳定概述 电力系统在运行过程中会受到各种各样的干扰，如短路故障、切除机组、负荷波动等等，既有大的干扰，也有小的干扰。为了便于分析，
19、通常将电力系统稳定性分为两类。(1)静态稳定性(小干扰下的稳定性)。当稳态运行的电力系统受到小的干扰后，能够回到与干扰前相同或相接近的稳态运行状态继续运行，则称该系统是静态稳定的，否则是静态不稳定的。(2)暂态稳定性(大干扰下的稳定性)。当稳态运行的电力系统受到大的干扰后，能够回到与干扰前相同或建立一个新的稳态运行状态，则称该系统是暂态稳定的，否则是暂态不稳定的。,二、电力系统的静态稳定 1简单电力系统的功角特性,I cos X=E0 sin,2静态稳定分析,（1）在a点运行情况分析。,（2）在b点运行情况分析。,3.静态稳定储备,电力系统的静态稳定度通常用静态稳定系数Kp表示，经验表明，正常
20、运行时，Kp不应低于15%，事故后或在特殊情况下，也不能低于10%。,三、电力系统的暂态稳定,1.短路前后X和PG的变化用X、X、X分别表示正常运行时、发生短路时和短路切除后发电机与系统之间的阻抗。用PIm、PIIm、PIIIm分别表示正常运行时、发生短路时和短路切除后发电机向系统传输的最大电磁功率。则有PIIIm PIIm成立。,2暂态稳定分析,（1）当短路故障切除较早时。,（2）当短路故障切除较迟时。,四、提高系统稳定的措施,（1）快速切除短路故障。（2）广泛采用自动重合闸。（3）使发电机强行励磁。（4）快速关闭调速汽门。（5）采取电气制动。（6）采用联锁切机。（7）正确选择系统接线方式和
21、运行方式。（8）尽量减少系统稳定破坏带来的损失和影响。,一、中性点不接地系统,第五节 电力系统中性点的接地方式,因为,所以,二、中性点经消弧线圈接地系统,当IL=Ik时，Ik=0，称为全补偿，但系统易产生谐振过电压，故不采用。当IL Ik时，Ik为纯电感性电流，称为过补偿，这是在电力系统中经常采用的补偿方式，可以避免或减少谐振过电压的产生。当ILIk时，Ik为纯电容性，称为欠补偿。当切除部分线路或系统频率下降时，会因Ik减少可能出现全补偿引起谐振过电压，故在电力系统中一般不采用。,三、中性点经电阻接地系统,1中性点经电阻接地分类,本厂厂用电6kV系统中性点就采用中电阻接地方式，接地电阻为36.
22、36，发电机中性点经单相变压器（20/0.24kV）接地，二次侧接0.5电阻。,2.中性点经电阻接地的优点(1)基本上消除了产生间歇电弧过电压的可能性，由于健全相过电压降低，发生异地两相接地的可能性也随之减少。(2)单相接地时电容充电的暂态过电流受到抑制。(3)使故障线路的自动检出较易实现。(4)能抑制谐振过电压。,四、中性点直接接地系统,目前在我国，110kV及以上电力系统采用中性点直接接地方式，对于66kV及以下系统，一般采用中性点不接地或经消弧线圈接地或经电阻的方式。对于低压用电系统，为了获得380V/220V两种供电电压，习惯上采用中性点直接接地，构成三相四线制供电方式。,六、目前我国
23、电力系统中性点的接地方式（1）对于6l0kV 系统，主要由电缆线路组成的电网，在电容电流超过7A 时，均采用中性点电阻接地，单相接地故障立即跳闸的接地方式。（2）对于1l0kV 及以上的系统，主要考虑降低设备绝缘水平，简化继电保护装置，一般均采用中性点直接接地的方式。并采用送电线路全线架设避雷线和装设自动重合闸装置等措施，以提高供电可靠性。（3）2060kV 的系统，是一种中间情况，一般一相接地时的电容电流不很大，网络不很复杂，设备绝缘水平的提高或降低对于造价影响不很显著，所以一般均采用中性点经消弧线圈接地的方式。（4）lkV 以下的电网的中性点采用不接地的方式运行。但电压为380220V 的三相四线制电网的中性点，则是为了适应受电器取得相电压的需要而直接接地。,2013年乌昌核心电网地理接线图,发电厂是电力系统的重要组成部分，发电厂的安全运行与电力系统紧密相关，了解电力系统的组成、特点、电压等级、接地方式、短路危害、有功功率和无功功率的平衡等基本概念，对发电厂和电力系统的安全、稳定、可靠运行具有重要的指导作用。电力系统涉及的内容很多，希望以上内容能起到抛砖引玉的作用，进一步提高运行维护水平。,本章结束语,本章放映结束,谢谢观看！,
