电力系统基础教程.ppt

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1、电力系统基础教程,第一章 绪 论1-1 电力系统基本概念,一、电力系统的形成与发展 电厂与负荷中心不在同一位置 供电可靠性要求，相互备用 电能质量 和降损要求 供给更多的负荷,第一章 绪 论1-1 电力系统基本概念,二、什么是电力系统？,第一章 绪 论1-1 电力系统基本概念,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、

2、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。,第一章 绪 论1-1 电力系统基本概念,第一章 绪 论1-1 电力系统基本概念,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35kV及以下，供电半径在2050km以内区域电力网：电压等级在35kV以上（一般为110kV220kV），供电半径超过50km，联系较多发电厂的网络超高压远距离输电网：电压等级为330kV500kV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：中间变电所：地

3、区变电所：终端电站所：,第一章 绪 论1-1 电力系统基本概念,三、电力系统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,第一章 绪 论1-1 电力系统基本概念,三、电力系统的特点过渡过程十分短暂：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、,第一章 绪 论1-1 电力系统基本概念,三、电力系统的特点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,第一章 绪 论1-1 电力系统基本概念,三、

4、电力系统的特点电力系统的地区性特点较强：发展各具特色。电力系统的规划设计、运行等不能盲目搬用其它系统的经验,第一章 绪 论1-1 电力系统基本概念,四、对电力系统的要求保证供电可靠（有）保证良好的电能质量（好）提高电力系统运行经济性（费用低）Exa：一台600MW火电机组，年利用小时6000h，煤耗率320g/kW.h，煤价：300元/吨。Sol：年发电量：600000kW6000h36亿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,第一章 绪 论1-2 电能的质量指标

5、,电能的质量指标主要包括：电压、频率、波形电压：必要性：,图1-3 照明负荷（白炽灯）的电压特性 图1-4 异步电动机的电压特性（图中的100%表示额定值）（图中的100%表示额定值）,第一章 绪 论1-2 电能的质量指标,电压质量标准：,第一章 绪 论1-2 电能的质量指标,频率：额定频率：50Hz（国外：50 或 60Hz）频率偏差：0.2Hz（3000MW系统）0.5Hz（3000MW系统）国外：(0.10.2)Hz 或 0.5Hz电钟时偏：30s（3000MW系统）1min（3000MW系统）波形：质量标准：正弦波电压和电流谐波的危害与抑制：,第一章 绪 论1-3 电力系统的电压等级,

6、一、电力系统的电压等级包括电力系统的额定电压和最高电压以及电气设备的额定电压和最高电压。电力系统的额定电压：由国家根据技术经济条件规定的电压等级标准，又称电力网的额定电压或线路的额定电压。电力系统的最高电压：电力系统正常运行时，在任何时间系统中任何一点上所出现的电压最高值。电气设备的额定电压：电气设备制造厂根据所规定的电气设备工作条件而确定的电压。电气设备的最高电压：考虑到设备的绝缘性能和与最高电压有关的其它性能（如变压器的激磁电流及电容器的损耗等）所确定的允许最高运行电压，其数值等于所在电力系统的最高电压值。,第一章 绪 论1-3 电力系统的电压等级,二、额定电压的规定1.低于3kV系统的额

7、定电压低于3kV交流三相/单相电力系统额定电压和电气设备额定电压,注：受电设备的额定电压电力系统的额定电压。直流系统的额定电压：100V以下的额定电压，受电设备与供电设备相同。对受电设备为110V、220V和440V的直流系统，供电设备的额定电压分别为115V、230V和460V。,第一章 绪 论1-3 电力系统的电压等级,2.3kV及以上系统的额定电压,用电设备的额定电压系统的额定电压Ue发电机的额定电压105%Ue变压器一次绕组相当 于用电设备 Ue变压器二次绕组相当 于发电设备110%Ue特例1：变压器一次绕组105%Ue特例2：变压器二次绕组105%Ue,第一章 绪 论1-3 电力系统

8、的电压等级,三、电压等级的选择,S=3U2II（U1U2）/Z传输功率S、电压等级U、输电距离l之间的关系SConst，l U2lConst，S U2参见表14。,第一章 绪 论1-4 电力系统中性点接地,一、概 述 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

9、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。,第一章 绪 论1-4 电力系统中性点接地,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、

10、继电保护以及确保人身安全诸方面综合考虑。,第一章 绪 论1-4 电力系统中性点接地,二、中性点不接地的电力系统 适用范围3kV60kV的电力系统 正常运行时,UAUBUC0IAIBIC0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，这说明没有电容电流经过大地流动。,第一章 绪 论1-4 电力系统中性点接地,单相金属性接地故障时(A相),第一章 绪 论1-4 电力系统中性点接地,中性点不接地系统单相接地故障的结论1：故障相对地电压降为零；非故障相对地电压升高为线电压，且相位相差600。因此，线路及各种电气设备的绝缘要按线电压设计，绝缘投资所占比重加大，显而易见，电

11、压等级越高绝缘投资越大。三相之间的线电压仍然对称，用户的三相用电设备仍能照常运行，但允许继续运行的时间不能超过2h。,第一章 绪 论1-4 电力系统中性点接地,接地故障电容电流IPE,第一章 绪 论1-4 电力系统中性点接地,中性点不接地系统单相接地故障的结论2：接地电流在故障处可能产生稳定的或间歇性的电弧。如果接地电流大于30A时，将形成稳定电弧，成为持续性电弧接地，这将烧毁电气设备和可能引起多相相间短路。如果接地电流大于5A10A，而小于30A，则有可能形成间歇性电弧；间歇性电弧容易引起弧光接地过电压，其幅值可达（2.53）U，将危害整个电网的绝缘安全。如果接地电流在5A以下，当电流经过零

12、值时，电弧就会自然熄灭。,第一章 绪 论1-4 电力系统中性点接地,三、中性点经消弧线圈接地的电力系统 消弧线圈？安装在变压器或发电机中性点与大地之间的具有气隙铁芯的电抗器。单相(C相)金属性接地故障,第一章 绪 论1-4 电力系统中性点接地,C相发生接地时，中性点电压变为-UC，在消弧线圈作用下，产生电感电流（滞后90），其数值为 ILUC/XLU/XL,消弧线圈的作用 当发生单相接地故障时，接地故障相与消弧线圈构成了另一个回路，接地故障相接地电流中增加了一个感性电流，它和装设消弧线圈前的容性电流的方向刚好相反，相互补偿，减少了接地故障点的故障电流，使电弧易于自行熄灭，从而避免了由此引起的各

13、种危害，提高了供电可靠性。,第一章 绪 论1-4 电力系统中性点接地,消弧线圈的补偿方式全补偿方式：按IL=IC选择消弧线圈的电感，使接地故障点电流为零，此即全补偿方式。这种补偿方式并不好，因为当感抗等于容抗时，电力网将发生谐振，产生危险的高电压或过电流，影响系统安全运行。,欠补偿方式：按ILIC选择消弧线圈的电感，此时接地故障点有剩余的电感电流流过。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，也不会发展成为全补偿方式，致使电力网发生谐振。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、对地电容增加后，原有消弧线圈还可继续使用。因此，实际上大多采用过补偿方式。,第一章 绪

14、 论1-4 电力系统中性点接地,消弧线圈容量的选择,有关安装消弧线圈规程,第一章 绪 论1-4 电力系统中性点接地,四、中性点直接接地的电力系统,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。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。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380/220V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110kV（国外220kV）及以上电压等级的电力系统。380/220V低压系统。,第一章 绪 论1-4 电力系统中性点接地,五、中性点经电阻接地的电力系统,适用范围：配网系

15、统（与中性点经消弧线圈接地、不接地比选）在我国城市配网系统中：全电缆出线变电站的单相接地故障电容电流超过30A时采用中性点经电阻接地；全架空线路出线变电站的单相接地故障电流超过10A时，采用中性点经消弧线圈接地；对电缆与架空线混合线路的单相接地故障电容电流超过10A时，可采用中性点经消弧线圈接地或采用中性点经电阻接地。,特点：降低工频过电压，抑制弧光过电压；消除铁磁谐振过电压，防止断线谐振过电压；设置零序保护动作跳闸；设置零序保护动作跳闸；避免发生高压触电事故；供电可靠性有保证。,第一章 绪 论1-5 电力工业发展概况及前景,一、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

16、浦；水电：1912年云南石龙坝240kW；核电：1991年浙江秦山300MW；输电线路：1974年甘肃刘家峡水电站陕西关中地区330kV交流，1981年河南姚孟火电厂到武汉500kV交流，1988年葛州坝水电站到上海南桥变电站500kV直流。电力系统之最：,第一章 绪 论1-5 电力工业发展概况及前景,我国电力系统的发展：,年人均电量：我国：1000kW.h中等发达国家：7000kW.h北欧、美国：18000kW.h,第一章 绪 论1-5 电力工业发展概况及前景,二、电力系统发展前景1.电力工业现代化超高压、大系统、大机组、大电厂、高度自动化以及核电技术和直流输电技术2.电力系统互联的效益与支

17、出各系统间电负荷的错峰效益提高供电可靠性、减少系统备用容量有利于安装单机容量较大的机组进行电网的经济调度进行水电跨流域调度调峰能力互相支援增加联络线和电网内部加强所需投资以及联络线的运行费用当系统间联系较弱时，有可能引起调频的复杂性和出现低频振荡增加了系统短路容量，并可能导致增加或调换已有设备增加联合电网的通讯和高度自动化的复杂性,第一章 绪 论1-5 电力工业发展概况及前景,3.电力市场基本特征：开放性 竞争性 计划性 协调性基本原则：公平 公开 公正4.IT技术在电力系统中的应用5.GPS系统在电力系统中的应用6.谐波治理,第二章 发电系统 2-1 能源及电能,一、能源的分类,一次能源和二

18、次能源常规能源和新能源再生能源与非再生能源含能体能源和过程性能源,第二章 发电系统 2-1 能源及电能,二、新能源,太阳能发电：地球表面一年从太阳获得的总能量约达61017kW.h，比全世界目前一年内利用各种能源的总和还大1万倍以上。风力发电：世界上风能总量约3500亿kW，相当于每年可发电3050亿万kWh。地热发电：地热资源分为干蒸汽田、湿蒸汽田、地热水和热岩层。海洋能发电：大范围有规律的动能（如潮汐、海流）和无规律的动能（如波浪能）以及海洋不同深度的温差（热能）。磁流体发电：它是利用高温等离子体流过与流动方向垂直的强磁场，在与等离子体流向和磁场都垂直的方向上产生了电动势，使回路中产生电流

19、的直接发电方式。氢能发电：核聚变能：轻核聚变所释放的能量十分巨大，如氘聚合成一公斤氦，所释放的能量相当于一万吨标准煤完全燃烧放出的能量。,第二章 发电系统 2-1 能源及电能,三、我国的能源资源及电网特点能源资源,电网特点（电力工业建设与发展的八字方针）西(部水)电东送 北(方)煤(电)南运,第二章 发电系统 2-2 火力发电厂,1.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。2.分类：按容量大小：大型电厂、中型电厂、小型电厂按燃料种类：燃煤、燃油、燃气按原动机：蒸汽轮机、燃气轮机按输出能量：凝汽式电厂和热电联产电厂按机组热力参数：低压、中压、高温高压 超高压、亚临界、超临

20、界电厂3.能量转换过程：燃料的化学能 热能 机械能 电能4.火电厂的组成火电厂由三大主机（锅炉，汽轮机，发电机）及其辅助设备组成。,第二章 发电系统 2-2 火力发电厂,5.火力发电厂的生产过程,煤从储煤厂用输煤皮带送到煤粉设备中磨成细粉并加热干燥，然后送进锅炉，与鼓风机吹进来的空气混合燃烧；燃烧发出的热量传给锅炉内的水，使其产生蒸汽。蒸汽送到汽轮机后逐级膨胀作功，驱动发电机发电。蒸汽在汽轮机内的压力和温度逐渐降低，最后进入冷凝器。凝结成的水再用水泵送到低压给水加热器，最后又送入锅炉。在冷凝过程中，蒸汽要把从锅炉吸取的热量的60%释放给冷却水，这就是凝汽式火电站最高热效率不超过40%的原因。,

21、第二章 发电系统 2-2 火力发电厂,6.火力发电厂的系统流程燃料供应及煤粉制备系统锅炉燃烧及除尘除灰系统热力系统循环水冷却系统汽水补充系统电气系统热力控制系统,第二章 发电系统 2-3 核电厂,当前投入使用核电站均采用原子核裂变时释放出来的能量发电。从已探明的能源储量来看，地球上的石油和天然气在今后几十年内将被耗尽，煤炭也只能再用几百年。但是可开发的核燃料所提供的裂变能可供人类用几千年，提供的聚变能则几乎是用之不竭。核能将成为重要的能源之一。,第二章 发电系统 2-4 水电厂,水力发电就是利用水能发电的一种方式。在天然河流上构筑堤坝，抬高水位，形成水库。上游水库中的水经进水口，压力水管进入水

22、轮机蜗壳，冲动水轮机转动，并带动同轴的发电机发出电力。作功后的尾水，经尾水管流至下游河道。,分类堤坝式引水式抽水蓄能,发电厂的分类：凝汽式、热电、水电、核电、抽水蓄能等基荷发电站：核电站、大型凝汽式电站、径流式水电站腰荷发电站：中型凝汽式电站、部分水电站、燃气蒸汽联合循环电站峰荷发电站：水电站、抽水蓄能电站、小型凝汽式电站、燃汽轮机电站一、火电厂火电机组的出力与发电量比较稳定。只要发电设备正常、燃料充足就可以按其额定装机容量发电。火电机组有最小技术出力限制。一般燃煤火电机组的最小技术出力不能低于其额定出力的7080%，这样就限制了它们的负荷调节能力。特殊设计的调峰火电机组的最小技术出力可以降低

23、到50%，但造价较高，并且对燃料的要求较高。火电机组启动技术复杂，且需耗费大量的燃料、电、化学水，因此，火电机组不宜经常启停。如5万kW的机组从冷态启动到带满负荷需要6h。火电机组负荷的调节速度非常缓慢，国产30万kW机组试验表明，改变负荷的速率仅为每分钟12%（一般在3%左右，不超过5%）。除坑口等电厂外，火电厂选址较灵活，有利于合理配置有功和无功电源。火电厂建设周期较短，投资较少，但运行费用较高。,第二章 发电系统 2-5 各类发电厂的技术经济特点,二、核电厂核电站需要连续地以额定功率运行，在电力系统中总是分担基荷（从技术上来看，核电站也可承担腰荷）。核电站大约每年要更换一次燃料，一般要停

24、运半个月左右（大亚湾核电站每年更换一次燃料，每次更换三分之一的燃料棒，加检修约需60天左右）。由于核电站主要设备及辅助设备极为复杂，检修时间较长，因此，在有核电站的电力系统中需要设置较大的发电机组备用容量，并要求有抽水蓄能机组进行调峰配合。核电站的主要优点是核燃料以少胜多。一座100万kW的压水堆核电站一年只需2530吨低浓铀作为燃料。而同容量的燃煤火电站一年需要约250万吨原煤。因此，正常运行时核电站的环境污染较小。,第二章 发电系统 2-5 各类发电厂的技术经济特点,三、水电厂水电站最突出的运行特点是其出力和发电量随天然径流量的情况而变化。因此，水电站的出力和发电量与水文条件及水流调节情况

25、有关。在丰水年电能有余，可能引起弃水；在枯水年则电能不足，可能导致发电容量空闲，用户停电。水电站有时还可能由于水头太低，使水轮发电机达不到其额定出力。水电站水头下降的原因，在低水头水电站（如葛洲坝），是由于洪水期天然流量过大而使下游水位猛涨；在中水头水电站，则是由于供水期末水库水位下降过低。水电站运行的另一特点是启停机迅速方便。从停机状态到满负荷运行需时仅12min。此外，水轮机出力在一定幅度变化时仍能维持较高的效率。因此，水电站适合在电力系统担任调峰和调频任务。水电站的发电能源是可再生能源水能。因此，水电站的运行成本几乎与其生产的电量无关。在一定时期内，当天然来水多时发电量亦多，而运行费用并

26、不显著增加。所以，水电站应充分利用天然来水所提供的能量。建设周期较长，单位投资较大，但运行成本较低，基本无污染。,第二章 发电系统 2-5 各类发电厂的技术经济特点,四、抽水蓄能电厂调峰填谷。承担系统备用容量，调频任务，调相任务。使水电站更好地发挥综合利用效益。水库具有综合利用效益的水电站其发电经常受到限制。例如担负灌溉用水时，在农田不用水的季节，水库应保留蓄水量以备以后灌溉之用，使发电量减小。如装设抽水蓄能机组，则该水电站每天仍可发电调峰，夜间再将水从下库抽到上库，使灌溉水量不受损失。目前工作水头在600m以下的抽水蓄能电站几乎全部采用可逆式机组，即其水轮机在抽水时工作在水泵状态，在发电时工

27、作在通常的水轮机状态。这种机组运行的灵活性有的已超过了常规水力发电机组，运行可靠性也大大提高。大中型抽水蓄能电厂建设周期较长（约8年），但投资较低（不高于同容量火电机组），运行费用较低。效率：6776。,第二章 发电系统 2-5 各类发电厂的技术经济特点,五、燃气 蒸气联合循环电厂整体煤气化燃气蒸汽联合循环（IGCC）以煤气化设备和燃气轮机取代锅炉，先将煤气化成可燃气体，在燃气轮机中燃烧，燃烧产生的高温度通过燃机作功，作功后排气的中、低温段能量用以产生蒸汽驱动汽轮机，从而实现煤的化学能的梯级利用，提高了联合循环的热效率，热效率可提高到4250%。为了提高热效率，必须提高燃气轮机入口初温，一般可

28、达100015000C。增压流化床燃烧燃气蒸汽联合循环（PFBCCC）由燃气轮机带动发电机和压气机，将空气压入增压沸腾床，沸腾床燃烧生成的烟气经除尘后进入燃气轮机，沸腾炉生成的蒸汽进入汽轮机发电，其中80%是蒸汽发电。若燃气轮机入口温度为90012500C，则发电效率可达4348%。主要优点：高发电效率与高可靠性。一般发电效率可达46%以上；快速启、停，具有良好的调峰能力；建设周期短，单位千瓦占地面积小，运行维护人员少；大气污染程度轻，耗水量少。如：对于800MW电站，联合循环电站排入大气中的有害物质SO2和NOx总量从常规燃煤电站的12th降到3 th。其中，SO2减少了90%，NOx减少了

29、50%，并且不再排出粉尘和氟。,第二章 发电系统 2-5 各类发电厂的技术经济特点,输变电设备包括变换电压的设备：如变压器。接通和开断电路的开关电器：如断路器，隔离开关，熔断器等。防御过电压，限制故障电流的电器：如避雷器、避雷针、避雷线、电抗器。无功补偿设备：如电力电容器，同步调相机，静止补偿器。载流导体：如母线，引线，电缆，架空线。接地装置；如变压器中性点接地、设备外壳接地、防雷接地等。电气主接线 发电厂和变电所中的一次设备，按照一定规律连接而成的电路，也称电气一次接线或一次系统。,第三章 输变电系统3-1 概 述,输电线路 开关电器高压断路器的基本参数额定开断电流INbr、全开断时间tab

30、、合闸时间ton额定动稳定电流（峰值）ies、热稳定电流It、自动重合闸性能 电流互感器运行特点：二次绕组不能开路二次接线：单相接线；星形接线；不完全星形接线,第三章 输变电系统3-2 输变电设备,电压互感器运行特点：二次绕组不能短路接线方式：,第三章 输变电系统3-2 输变电设备,一、电力系统接线和输变电网络接线 电力系统接线地理接线图：表明各发电厂、变电所的相对地理位置和它们之间的联接关系电气接线图：表明电力系统中各主要元部件之间和厂所之间的电气联接关系 输变电网络接线无备用：单回路放射式、干线式和链式网络等，每一负荷只能靠一条线路获得电能，又称开式网络。有备用：双回路式、单环式、双环式和

31、两端供电式等，每一个负荷点至少可以通过两条线路从不同方向取得电能，又称闭式网络。,第三章 输变电系统3-3 电气一次接线,二、电气主接线的基本接线形式有汇流母线：单母线、单母线分段，双母线，双母线分段；增设旁路母线或旁路隔离开关，一倍半断路器接线，变压器母线组接线等。无汇流母线：单元接线、桥形接线、角形接线等。几个基本概念：汇流母线：起汇集和分配电能的作用，也称汇流排。进、出线：进线指电源，出线指线路。断路器、隔离开关（母线、线路）、接地刀闸：,第三章 输变电系统3-3 电气一次接线,断路器与隔离开关的操作顺序：送电操作顺序：先合上断路器两侧的隔离开关，再投入断路器。停电检修操作顺序：先断开断

32、路器，再断开断路器两侧的隔离开关。待线路对方仃电后，再合上接地刀闸。,1.单母线接线接线图,第三章 输变电系统3-3 电气一次接线（A.有汇流母线接线）,特点简单、清晰、设备少。当母线故障或检修或母线隔离开关检修时，整个系数全部停电。断路器检修期间也必须停止该回路的供电。适用范围单电源的发电厂和变电所，且出线回路数少，用户对供电可靠性要求不高的场合。,2.单母线分段接线接线图,第三章 输变电系统3-3 电气一次接线（A.有汇流母线接线）,特点减少母线故障或检修时的停电范围。断路器检修期间必须停止该回路的供电。母线分段的数目，通常以23分段为宜，分段太多增加了分段断路器。适用范围610kV配电装

33、置出线6回及以上；35kV出线数为48回；110220kV出线数为34回。,3.单母线分段加装旁路母线接线接线图,第三章 输变电系统3-3 电气一次接线（A.有汇流母线接线）,旁路母线的作用不停电检修进出线断路器。操作方式（检修QF4，且WL4不停电）如A、B段经QF1和QS1、QS2并列运行，则闭合QS5断开QF1断开QS1闭合QS3闭合QF1使W3带电（不要首先闭合QS8）。此时若W3隐含故障，则由继电保护装置动作断开QF1。若W3充电正常，操作可以继续进行：合上QS8断开QF4。这时WL4由母线BQS2QF1QS3 W3QS8 WL4供电。并由QF1替代断路器QF4。QF4检修前，应把Q

34、S6、QS7断开。适用范围中小型发电厂和35110kV的变电所。,（分段断路器QF1兼旁母断路器）,4.双母线接线接线图 具有两组母线W1，W2。每一回路经一台断路器和两组隔离开关分别与两组母线连接，母线之间通过母线联络断路器QF（简称母联）连接。,第三章 输变电系统3-3 电气一次接线（A.有汇流母线接线）,运行方式母联QF断开，一组母线工作，另一组母线备用，全部进出线接于运行母线上。母联QF断开，进出线分别接于两组母线，两组母线分裂运行。母联QF闭合，电源和馈线平均分配在两组母线上。优点检修一组母线，可使回路供电不中断；一组母线故障，部分进出线会暂时停电。供电可靠，调度灵活，又便于扩建。,

35、第三章 输变电系统3-3 电气一次接线（A.有汇流母线接线）,双母线接线的倒母线操作闭合母联两侧的隔离开关QS1，QS2，合QF向备用母线充电；若备用母线带电后一切正常，下一步则先接通（一条或全部）回路接于备用母线侧的隔离开关，然后断开（该条或全部）回路接于工作母线上的隔离开关，这就是所谓的“先通后断”的原则；待全部回路操作完成后，断开母联断路器及其两侧的隔离开关。适用范围大中型发电厂和变电所。,5.双母线分段接线接线图,第三章 输变电系统3-3 电气一次接线（A.有汇流母线接线）,特点工作母线分成2段，即母线II，III段，备用母线I不分段，QF1，QF2为母联，QF3为分段断路器。正常工作

36、时，II，III段工作，I段备用，在分段回路中可接入分段电抗器L，当任一分段故障时，L限制相邻段供给的短路电流。适用范围610kV配电装置中；220kV电压进出线回路数甚多时，也采用双母线四分段的接线。,6.双母线带旁路母线接线接线图,第三章 输变电系统3-3 电气一次接线（A.有汇流母线接线）,母联兼作旁路断路器一组母线带旁路两组母线带旁路增设旁路跨条,7.一台半断路器接线接线图 在母线W1，W2之间，每串接有三台断路器，两条回路，每二台断路器之间引出一回线，故称为一台半断路器接线，又称二分之三接线。,第三章 输变电系统3-3 电气一次接线（A.有汇流母线接线）,特点具有较高的供电可靠性及运

37、行灵活性。母线故障，只跳开与此母线相连的断路器，任何回路不停电。隔离开关不作操作电器，减少了误操作的几率。使用设备较多，投资较大，二次控制接线和继电保护配置也比较复杂。适用范围大型电厂和变电所的超高压配电装置。,1.单元接线及扩大单元接线接线图a.单元接线,第三章 输变电系统3-3 电气一次接线（B.无汇流母线接线）,B.扩大单元接线,2.桥形接线接线图,第三章 输变电系统3-3 电气一次接线（B.无汇流母线接线）,内桥与外桥接线的比较,适用范围,3.角形接线接线图,第三章 输变电系统3-3 电气一次接线（B.无汇流母线接线）,第三章 输变电系统3-3 电气一次接线,三、发电厂及变电所的电气主

38、接线举例,发电厂主接线区域性电厂（p75 Fig3-24）：指坑口电厂和远离城市的大型水火电厂。这类电厂一般规模较大，设备年利用小时数高，生产的电能主要以升高电压送入电力系统，通常不设发电机电压母线。,地方性电厂：主要是热电厂和中小型电厂。大量电能以发电机电压馈送给地方用户，剩余功率以升高电压送入系统，设发电机电压母线。,第三章 输变电系统3-3 电气一次接线,第三章 输变电系统3-3 电气一次接线,变电所主接线,第三章 输变电系统3-5 保护接地及接零,一、保护接地的作用 保护接地：将电气设备金属外壳、金属构件或互感器的二次侧等接地，防备由于绝缘损坏而使外壳带危险电压后，以保护工作人员在接触

39、时的安全。,触电方式与带电部分直接接触；接地故障时，人处于接触电压和跨步电压的危险区；与带电部分间隔在安全距离之内。,第三章 输变电系统3-5 保护接地及接零,二、保护接地装置电阻的允许值 接触电压和跨步电压：接地电压：电气设备的接地体与零电位之间的电位差UE。,接触电压：当人触及带电的外壳，加于人手和脚之间的电压。跨步电压：当人在分布电位区域内跨开一步，两脚间（相距0.8米）所受到的电压。,第三章 输变电系统3-5 保护接地及接零,保护接地装置电阻的允许值大电流接地系统：单相接地时接地网电压不能超过2000V，故 RE2000/I。当I4000A时，可取 RE0.5。小接地电流系统：接地装置

40、仅用于高压设备时，接地电压不得超过250V，即 RE250/I。接地装置为高低压设备共用时，接地电压不超过120V，即 RE120/I。一般接地电阻应不超过10；1000V以下电网中接地电阻最好不超过4。,第三章 输变电系统3-5 保护接地及接零,三、发电厂和变电所接地装置四、保护接地和保护接零 IT接地方式,字母I为电源中性点不接地或经高阻抗接地，T为设备的金属外壳接地。其实质是通过降低接地电阻RE，限制故障设备外壳的接地电压UE的值，近似计算可得：,通常REZ，当RE10 时，接地电压可限值在安全范围内。,第三章 输变电系统3-5 保护接地及接零,TT接地方式,字母T T分别表示电源中性点

41、和设备的金属外壳接地。T T接地方式普遍用于高压系统中。但对有较大容量电器的低压系统则不妥。因为：,若相电压U=220V，r0=RE=4，接地电流 IE=27.5A，电压U0=UE=110V，接地电流不大。对较大容量的电器设备，接地电流可能小于负荷电流，当发生金属外壳接地时，由于保护整定值较大，熔断器或保护装置是不能正确选择动作的。对地电压将长期存在，对人身不安全。,第三章 输变电系统3-5 保护接地及接零,TN接地方式保护接零,字母T表示电源中性点接地，N表示零线，PE表示保护线。TN接地方式分为三类：1.TNS方式：,字母S表示N与PE分开，设备金属外壳与PE相连接，设备中性点与N连接，即

42、采用五线制供电。优点是PE中没有电流，故设备金属外壳对地电位为零。主要用于数据处理，精密检测，高层建筑的供电系统。,第三章 输变电系统3-5 保护接地及接零,TN接地方式保护接零 2.TNC方式：,字母C表示N与PE合并成为PEN，实际上是四线制供电方式。设备中性点和金属外壳都与N连接。正常时三相不平衡电流和谐波电流流过PEN，故设备金属外壳正常对地带有一定电压。通常用于一般供电场所。,第三章 输变电系统3-5 保护接地及接零,TN接地方式保护接零 3.TNCS方式：,一部分N与PE合并成PEN，一部分N与PE分开，是四线半制供电方式。当N与PE分开后不允许再合并。应用于环境较差的场所。,TN

43、接地方式的特点：若设备发生碰壳故障，就形成火线、金属外壳和N或PE的一个金属闭合回路，短路电流较大，能使保护装置迅速将故障切除。零线上不允许安装保护装置和熔断器，零线应多重接地。在同一台变压器供电的电网中，是不允许TT和TN方式混用。,第三章 输变电系统3-6 高压直流输电,本节自学，不作要求。,第四章 配电系统,本章自学，不作具体要求。,一、电力系统负荷的基本概念及其分类 电力系统负荷 分类：根据消耗功率的性质分：用电负荷、供电负荷、发电负荷按供电可靠性分：一类负荷、二类负荷、三类负荷根据用户在国民经济中的部门分：工业用电负荷农、林、牧、渔、水利用电负荷建筑业用电负荷交通运输、邮电通信用电负

44、荷商业、饮食、供销、仓储业用电负荷城乡居民生活用电负荷,第五章 电力系统负荷5-1 电力系统负荷及负荷曲线,二、电力系统负荷曲线的基本概念及其分类 电力系统负荷曲线 分类：按时间分类：日负荷曲线日平均负荷曲线日负荷持续曲线年负荷曲线历年负荷曲线其他，如：周负荷曲线，年持续负荷曲线等按用电特性分类：指根据部门分类的用户负荷曲线,第五章 电力系统负荷5-1 电力系统负荷及负荷曲线,三、电力系统日负荷曲线最小负荷最大负荷基荷峰荷腰荷四、年负荷曲线和年最大负荷利用小时数 年负荷曲线的用途 年最大负荷利用小时数Tmax 如果用户始终保持最大负荷值Pmax运行，经过Tmax小时后所消耗的电能恰好等于全年的

45、实际耗电量，则称Tmax为年最大负荷利用小时数。,第五章 电力系统负荷5-1 电力系统负荷及负荷曲线,电动机负荷 照明负荷 电加热负荷 炼钢电弧炉 电气化铁道,第五章 电力系统负荷5-2 电力系统典型负荷,第七章 电力系统的短路与潮流计算7-1 电力系统的短路故障,短路：电力系统中一切不正常的相与相之间或相与地之间发生通路的情况。一、短路的原因及其后果 短路的原因电气设备及载流导体因绝缘老化，或遭受机械损伤，或因雷击、过电压引起绝缘损坏；架空线路因大风或导线履冰引起电杆倒塌等，或因鸟兽跨接裸露导体等；电气设备因设计、安装及维护不良所致的设备缺陷引发的短路；运行人员违反安全操作规程而误操作，如带

46、负荷拉隔离开关，线路或设备检修后未拆除接地线就加上电压等。,第七章 电力系统的短路与潮流计算7-1 电力系统的短路故障,短路的后果强大的短路电流通过电气设备使发热急剧增加，短路持续时间较长时，足以使设备因过热而损坏甚至烧毁；巨大的短路电流将在电气设备的导体间产生很大的电动力，可能使导体变形、扭曲或损坏；短路将引起系统电压的突然大幅度下降，系统中主要负荷异步电动机将因转矩下降而减速或停转，造成产品报废甚至设备损坏；短路将引起系统中功率分布的突然变化，可能导致并列运行的发电厂失去同步，破坏系统的稳定性，造成大面积停电。这是短路所导致的最严重的后果。巨大的短路电流将在周围空间产生很强的电磁场，尤其是

47、不对称短路时，不平衡电流所产生的不平衡交变磁场，对周围的通信网络、信号系统、晶闸管触发系统及自动控制系统产生干扰。,第七章 电力系统的短路与潮流计算7-1 电力系统的短路故障,二、短路的类型 对称短路 三相短路 三相电流和电压仍是对称的,不对称短路：两相短路：,单相接地短路：,两相短路接地：,相间短路与接地短路：相间短路：三相短路、两相短路接地短路：单相接地短路、两相短路接地,第七章 电力系统的短路与潮流计算7-1 电力系统的短路故障,三、短路计算的目的和简化假设 计算短路电流的主要目的为选择和校验各种电气设备的机械稳定性和热稳定性提供依据，为此，计算短路冲击电流以校验设备的机械稳定性，计算短

48、路电流的周期分量以校验设备的热稳定性；为设计和选择发电厂和变电所的电气主接线提供必要的数据；为合理配置电力系统中各种继电保护和自动装置并正确整定其参数提供可靠的依据。简化假设负荷用恒定电抗表示或略去不计；认为系统中各元件参数恒定，在高压网络中不计元件的电阻和导纳，即各元件均用纯电抗表示，并认为系统中各发电机的电势同相位，从而避免了复数的运算；系统除不对称故障处出现局部不对称外，其余部分是三相对称的。,第七章 电力系统的短路与潮流计算7-2 无限大功率电源供电网络的三相短路,无限大功率电源：容量无限大，内阻抗为零。端电压保持恒定。短路计算中，当电源内阻抗不超过短路回路总阻抗的5%10%时，就可以

49、近似认为此电源为无限大功率电源。一、短路暂态过程分析 短路前,第七章 电力系统的短路与潮流计算7-2 无限大功率电源供电网络的三相短路,设在t=0秒发生三相短路时的微分方程,其解为：周期分量ip：,非周期分量inp：,Ta L/R,短路全电流表达式,第七章 电力系统的短路与潮流计算7-2 无限大功率电源供电网络的三相短路,短路前后瞬间电感中电流不能突变，故有,a相短路电流,第七章 电力系统的短路与潮流计算7-2 无限大功率电源供电网络的三相短路,二、短路冲击电流和最大有效值电流 短路冲击电流ish短路电流最大可能的瞬时值,当t0.01s时出现最大值：,出现条件：90 短路前空载（Im=0）合闸

50、角=0,冲击系数Ksh：,且有：1Ksh2 工程计算时：在发电机电压母线短路，取Ksh=1.9；在发电厂高压侧母线或发电机出线电抗器后发生短路时，Ksh=1.85；在其他地点短路时，Ksh=1.8,ish用途：校验电气设备和载流导体在短路时的电动力稳定度。,第七章 电力系统的短路与潮流计算7-2 无限大功率电源供电网络的三相短路,最大有效值电流Ish短路全电流的最大有效值,短路全电流的有效值It：是指以 t 时刻为中心的一周期内短路全电流瞬时值的均方根值，即,短路全电流的最大有效值Ish：出现在短路后的第一周期内，又称为冲击电流的有效值。,当Ksh=1.9时，Ish=1.62Ip；Ksh=1.