电力系统基本概念教材

《电力系统基本概念教材》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力系统基本概念教材（43页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、电 力 系 统 1 教材及参考资料 陈珩，电力系统稳态分析，中国电力出 版社，1995.1 华智明，电力系统稳态计算，重庆大学 出版社，1995.11 何仰赞等，电力系统分析（上、下册） ，华中理工大学出版 社，1994.5 2 第一章 电力系统的基本概念 基本内容： 近代电力系统的定义、基本参量和结线图 1）电力系统2）电力网络3）配电系统 对电力系统运行的基本要求-1）优质2）可靠3） 经济 各种结线方式的特点和各种电压等级的适用范围 中性点，电力元件的额定电压 电力系统工程学科和电力系统分析课程的内涵 我国电力工业和电力系统的现状与发展前景 难点：变压器的额定电压 3 第一节 电力系统概

2、述 一、电力系统的形成和发展 1) 1831年法拉第发现了电磁感应定律。在此基础 上，很快出现了原始的交流发电机、直流发电机和直流电 动机。 2) 1882年第一次出现了高压输电(15002000V)。 3) 1885年在制成变压器的基础上，实现了单相交 流输电。 4) 1891年在制成三相变压器和三相异步电动机的 基础上，实现了三相交流输电。 4 5) 1891年在法兰克福的国际电工技术展览会上， 在德国人奥斯卡冯密勒主持下展出的输电系统，奠定 了近代输电技术的基础。该系统包括发电机组（水轮机 ）、升压变压器、输电线路、降压变压器、负荷（异步 电动机和白炽灯），规模为25kV、230kVA、

3、178km 。后来运用三相交流制的发电厂迅速发展，而直流制不 久便被淘汰。汽轮发电机组又取代了以蒸汽机为原动机 的发电机组，发电厂之间出现了并列运行，输电电压、 输送距离和输送功率不断增大，更大规模的电力系统不 断涌现。 电力系统的发展经历了： 直流交流 单相三相 低压高压 5 二、近代电力系统 1) 近代电力系统现状 与100余年前电力系统的雏形相比，近代电力 系统不仅在输电电压、输送距离、输送功率等方 面有了千百倍的增长，而且在电源构成、负荷成 分等方面也有很大的变化；同时近代电力系统在 运行管理上实现了高度自动化。 当前世界上交流输电线路的输电电压已超过 1000kV，输送距离已超过10

4、00km，输送功率 已超过5000MW。而个别跨国电力系统中发电设 备的总容量则已超过400GW。 6 2)电力系统的定义 广义的电力系统应该是由锅炉、反应堆、汽 轮机、水轮机、发电机等生产电能的设备，变压 器、电力线路等变换、输送、分配电能的设备， 电动机、电热电炉、电灯等各种消耗电能的设备 ，以及未示于图1-1中的测量、保护、控制装置乃 至能量管理系统所组成 的统一整体，是一个十分 庞大而复杂的研究对象。（一般的电力系统不含 动力设备。） 电力系统中，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常称电力网络 ，即图1-1中虚线所框出的部分。 7 图1-1 电力系统和电力网络示

5、意图 8 三、电力系统的基本参量和结线图 1）总装机容量：指该系统中实际安装的发电机额定有 功功率的总和，以千瓦（kW）、兆瓦（MW）、吉瓦（ GW）计。 2）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，以兆瓦时（MWh）、吉瓦时（GWh） 、太瓦时（TWh）计。 3）最大负荷：指规定时间，如一天、一月或一年内， 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）计。 4）额定频率：国家标准规定，我国所有交流电力系统 的额定频率均为50Hz。国外则有额定频率为60Hz或 25Hz的电力系统。 9 5）最高电压等级：指该系统中最高电压等级 电力线路的额定电

6、压，以千伏（kV）计。 6）地理结线图：主要显示该系统中发电厂、 变电所的地理位置，电力线路的路径，以及它 们相互间的联结。地理结线图可获得对该系统 的宏观印象。但是由于地理结线图很难表示各 主要电机、电器间的联系，对该系统的进一步 了解，还需阅读电气结线图。 7）电气结线图：主要显示该系统中发电机、变 压器、母线、断路器、电力线路等主要电机、 电器、线路之间的电气结线。 10 第二节 我国电力工业和电力系统简介 一、我国电力工业概况 1882年:上海建了我国第一个电厂 1949年到目前:电力建设步伐加快，总装机容量 和年发电量都有很大增长。 目前:每年增长超过10%,但仍大面积缺电， 能源强

7、度高(单位产值消耗的能源高,能源利用率 低) 11 12 今后我国电力工业的发展方针有以下几个方面： 1）继续发展燃煤火电厂，并提高这类电厂的效 率。(环保问题)。淘汰小容量机组，建设大机组 。 2）加速水力资源的勘察和水电厂建设。(生态问 题) 3）加紧建设高压输电线路和电力系统。(资金,占 地问题) 4）及早掌握原子能发电技术，以创造条件建设 更多原子能发电厂。(安全问题)(必由之路) 5）因地制宜，利用其它再生能源发电。(补充,依 赖技术进步) 13 二、我国主要电力系统 14 我国电网组成： 1）国家电网公司 东北电网公司,华北电网公司,华东电网公司,华中电 网公司,西北电网公司 2)

8、 南方电网公司 由广东、云南、广西、贵州、海南五个省级电力公 司组成。 15 16 17 18 19 20 21 22 三、我国电力工业的发展前景 1) 装机容量和年发电量逐年递增，但滞后于国民经济的 发展，缺电问题严重 2) 全国性联合电力系统的出现。能源格局：原煤资源主 要在华北地区，分布在山西、内蒙古和陕西，约占总量 2/3，90%以上的水源在西部地区，电力发展策略：“西 电东送，北电南送”，将建设大量的超高压输电线路和直 流输电线路。 3) 三峡电厂全面建成，促成全国联网形成。26台机组 ，单台额定容量700MW。其规模，居世界水电厂之最 。 23 第三节 电力系统运行应满足的基本要求

9、 一、电能生产、输送、消费的特点 1电能与国民经济各个部门之间的关系都很密切 2电能不能大量储藏，必须时刻保持平衡 3生产、输送、消费电能各环节所组成的统一整体不 可分割 4电能生产、输送、消费工况的改变十分迅， 毫秒,纳秒级，要求高度自动化。 5对电能质量的要求颇为严格 电能质量指标：电压，频率，波形（无谐波） 24 二、对电力系统运行的基本要求 1）保证可靠地持续供电 按对供电可靠性的要求将负荷分为三级： 第一级负荷。对这一级负荷中断供电，将造成人 身事故、 设备损坏、将产生废品，使生成秩序长 期不能恢复，人民生活发生混乱等。 第二级负荷。对这一级负荷中断供电，将造成大 量减产，将使人民生

10、活受到影响等。 第三级负荷。所有不属于第一、二级的负荷，如 工厂的附属车间、小城镇等。 25 2）保证良好的电能质量 允许电压偏移为额定值的5%。 允许频率偏移为 0.20.5Hz。 波形质量则以畸变率是否超过给定值来衡 量。 畸变率（或正弦波形畸变率）:是指 各次谐波有效值平方和的方根值与基波有效 值的百分比。给定的允许畸变率常因供电电 压等级而异，例如，以380、220V供电时为 5%，以10kV供电时为4%，等等。 26 3)保证系统运行的经济性 火力发电：煤耗率=每发一度电所消耗的标 准煤重 水力发电：（减少用水等） 输电：线损率或网损率=电力网络中损耗的 电能与向电力 网络供应电能的

11、百分比。 经济性：降低上述值 27 三、电力系统的四个技术指标 1)发电设备利用率（或发电设备平均利用小时数） 发电设备全年所发电能与发电设备容量之比。 2)负荷率 全年平均负荷与最大负荷的百分比。 3)电压合格率 系统中所有电压监视点定时测得的合格电压次数与全 部测量次数的百分比。 4)频率合格率 系统频率合格的时间长度与全年时间长度的百分比。 提高技术指标的途径：建立联合电网 28 四、单一电力系统的联合 将单一系统联合，组成联合电力系统的优点有： 大大提高供电的可靠性，减少为防止设备事故引起供电中断而 设置的备用容量； 可更合理地调配用电，降低联合系统的最大负荷，提高发电设 备的利用率，

12、减少联合系统中发电设备的总容量； 可更合理地利用系统中各种类型的发电厂，从而提高运行的经 济性； 由于个别负荷在系统总负荷中所占比重的减小，其波动对系统 电能质量的影响也将减小； 联合电力系统容量很大，个别机组的开停甚至故障，对系统的 影响将减小从而可采用大容量、高效率的机组。 29 第四节 电力系统的结线方式和电压等级 一、几种典型结线方式的特点 电力系统的结线可分为：无备用和有备用两类 无备用结线包括单回路放射式、干线式和链式网络； 无备用结线的主要优点在于简单、经济、运行方便， 主要缺点是供电可靠性差； 有备用结线包括双回路放射式、干线式、链式以及环 式和两端供电网络。有备用结线的优点在

13、于供电可靠 性和电压质量高，缺点是可能不够经济。 30 图1-2 无备用结线方式 （b） （a） 放射式 （b） 干线式 （c）链式 31 图1-3 有备用结线方式 （a） 放射式； （b） 干线式； （c）链式； （d）环式； （e）两端供电式32 二、不同电压等级的适用范围 1）电力系统的额定电压等级 近代电力系统中，各部分电压等级之所以不同，是 因三相功率S和线电压U、线电流I之间的关系为 当输送功率一定时，输电电压愈高，电流愈小，导线等 载流部分的截面积愈小，投资愈小；但电压愈高，对绝 缘的要求愈高，杆塔、变压器、断路器等绝缘的投资也 愈大。综合考虑这些因素，对应于一定的输送功率和输

14、送距离应有一最合理的线路电压。 我国国家标准规定的标准电压（又称额定电压）见 课本表1-6所示Page-22。选择电力线路时，只能选用国 家规定的电压等级。 33 三、额定电压 线路的额定电压 线路的额定电压UN就是线路的平均电压（Ua+Ub）/2， 而各用电设备的额定电压则取与线路额定电压相等，使所有 用电设备能在接近它们的额定电压下运行。由于用电设备的 容许电压偏移一般为5%，而沿线路的电压降落一般为10% ，这就要求线路始端电压为额定值的 105%，以使其末端电压不低于额定值的95%。 2) 发电机的额定电压 发电机往往接在线路始端，因此，发电机的额定电压 为线路额定电压的 105%。

15、34 3) 变压器额定电压 变压器一次侧接电源，相当于用电设备，二次侧向负荷 供电，又相当于发电机。因此变压器一次侧额定电压应等 于用电设备额定电压（直接和发电机相联的变压器一次侧 额定电压应等于发电机额定电压），二次侧电压应较线路 额定电压高5%。但又因变压器二次侧电压规定为空载时的 电压，而额定负荷下变压器内部的电压降落约为5%。为使 正常运行时变压器二次侧电压较线路额定电压高5%，变压 器二次侧额定电压应较线路额定电压高10%。只有漏抗很小 的、二次侧直接与用电设备相联的和电压特别高的变压器 ，其二次侧额定电压才可能较线路额 定电压仅高5%。 35 四、不同电压等级的适用范围 1) 11

16、0kV以下的电压级差应超过三倍，如110、35、10kV； 110 kV以上的电压级差则以两倍左右为宜，如110，220 ，500 kV。500、330、220 kV多半用于大电力系统的主 干线；110 kV既用于中小电力系统的主干线，也用于大 电力系统的二次网络；35 kV既用于大城市或大工业企业 内部网络，也广泛用于农村网络；10 kV则是最常用的更 低一级配电电压；只有负荷中高压电动机的比重很大时 ，才考虑以6 kV配电的方案。显然，这种划分不是绝对 的，也不是一成不变的。 2) 额定电压与输送功率，输送距离的关系。总趋势是输送 功率越大，输送距离越远，电压等级越高。 36 五、电力系统中性点的运行方式 中性点：采用星形连接时，三相的直接连接点。电力系 统的中性点：星形联结变压器或发电机的中性点。 中性点的运行方式主要分两类，即直接接地和不直接接 地。 1) 直接接地系统供电可靠性低 因这种系统中一相接地时，出现了除中性点外的另一个