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1、武汉电力职业技术学院 尹传 烨tel:13469955326QQ:359441806电力工程概论 电力统系基本概念 发电厂和变电所的类型 电力系统的电压与电能质量 电力系统中性点运行方式 电网运行和调度知识一、电力网与电力系统电力系统:是指完成电能生产、输送、分配和消费的统一整体。从发电厂到用户的送电过程电力系统基本概念 火电厂水电厂 用户输电线路降压降压 变电站变电站升压升压 变电站变电站电力输送网络电力系统的组成 电力系统和电力网示意图电力系统的基本概念p电力系统:生产、输送、分配和消费电能的各种电气设备连接在一起而组成的整体。 p电 力 网:电力系统中输送和分配电能的部分， 包括升、降压
2、变压器和各种电压等级的 输电线路。 p动力部分:火电厂的汽轮机、锅炉、供热管道和热用户，水电厂的水轮机和水库等与 电能生产相关部分。通常将220kV及以上的电力线路称为输电线路，110kV及以下的电力线路称为配电线路。配电线路又分为高压配 电线路（110kV）、中压配电线路（635kV）和低压配电 线路（380/220V）。n地方电力网：电压为110kV以下的电力网（如35kV、10kV等）n区域电力网：电压为110kV以上的电力网（如220kV） n超高压远距离输电网：电压为330500kV及以上的电力网电力网：由不同电压等级的输电线路和变压器组成，可分 为地方电力网、区域电力网及超高压远距
3、离输电网三种类 型。 110kV属于地方网还是 区域网，要视其在电力 系统中的作用而定 二、建立大型电力系统的优点1可以减少系统的总装机容量。 2可以减少系统的备用容量。3可以提高供电可靠性。4可以安装大容量的机组。5可以合理利用动力资源，提高系统运行的经济性。目前，我国电力系统已形成东北、华北、华东、华中、西北 、南方共6个跨省电网，由两大集团分别管理。华中电网华东电网东北电网华北电网西北电网南方电网川渝电网2001年5月，华北与东北电网通过 500kV（高姜）线路实现了第一个 跨大区的交流联网； 2003年9月，500kV辛洹线投运，实 现了华北与华中电网的互联； 至此形成了东北、华北、华
4、中（包括 川渝）电网构成的交流同步电网。山东电网2002年5月，500kV万龙线 投运，实现了川渝与华中 联网；2004年，500kV江城直流投运， 华中与南方电网联网；1989年，500kV葛南线投运，实 现了华中华东电网的互联； 2005年3月，山东电网联入华北电网；2005年6月，华中与西北电网通过灵宝 背靠背直流联网。电网发展历程2. 年发电量：指系统中所有发电机组全年发出电能的总和，以 兆瓦时（MW）h计。3. 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，以兆瓦计。 4. 额定频率：50Hz5. 电压等级：指系统中电力线路的额定电压，以千伏（kV）计 。1MWh =103k
5、Wh （千度）， 1kWh=1度三、电力系统的基本参量 1. 总装机容量：指系统中所有机组额定有功功率的总和，以兆瓦（MW）。 1MW=103kW （1000千瓦）四、电力系统的特点1电能不能大量储存。 2电力系统的过渡过程十分短暂。3与国民经济各部门的关系密切。1保证供电的可靠性。2保证良好的电能质量。五、对电力系统的基本要求3为用户提供充足的电能。4提高电力系统运行的经济性。一、发电厂的类型1. 火力发电厂(目前最主要的电源，比例大于75%) 2. 水力发电厂(最重要的电源之一，比例大于10%) 3. 核电厂(最重要的电源之一，比例大于10%) 4. 其它新能源发电 l 太阳能发电 l 风
6、力发电 l 地热发电 l 潮汐发电发电厂和变电所的类型 变电所：是变换电压和接受分配电能的场所。分为区域变电 所、地区变电所和终端变电所等。配电所：只接受和分配电能，不变换电压。 电力用户：消耗电能，将电能转换成其他形式能量。2工业企业供电系统 n区域变电所：电压等级高，变压器容量大，进出线回路数多，由大电网 供电，高压侧电压为330750kV，全所停电后，将引起整个系统解列甚 至瓦解；n地区变电所：由发电厂或区域变电所供电，高压侧电压为110220kV， 全所停电后，将使该地区中断供电；n终端变电所：是电网的末端变电所，主要由地区变电所供电，其高压侧 为35110kV，全所停电后，将使用户中
7、断供电。 二、变电所的类型 配电所：只接受和分配电能，不变换电压。 工厂供配电系统：由总降压变电所、高压配电线路、车间变 电所、低压配电线路及用电设备组成。 电气设备都是按照指定的电压(频率)来进 行设计制造的，这个指定的电压(频率)， 称为电气设备的额定电压(额定频率)。 为什么需要确定额定电压？ l为了进行成批生产和实现设备的互换 l当电气设备在额定电压和频率下运行时， 将具有最好的技术性能和经济效果。电力系统的电压与电能质量表1-1 我国三相交流电力网和用电设备的额定电压kV分类电力网和用电设备的 额定电压发电机额定电压电力变压器额定电压一次绕组二次绕组 低压0.22/0.1270.23
8、0.22/0.1270.23/0.1330.38/0.220.400.38/0.220.40/0.230.66/0.380.690.66/0.380.69/0.40高压33.153及3.153.15及3.366.36及6.36.3及6.61010.510及10.510.5及1113.8，15.75，18，2013.8，15.75，18，20353538.5606066110110121220220242330330363500500550750750用电设备的额定电压：与同级电网的额定电压相同。发电机的额定电压：比 同级电网的额定电压高 出5%，用于补偿线路上的电压损失。一、各电气设备的额定电
9、压之间相互配合的问题 电力网的额定电压：我国高压电网的额定电压等级有交流 3kV、6 kV、10 kV、35 kV、63 kV、110 kV、220 kV、330 kV、500 kV、1000KV，直流500KV 、 1000KV等。图17 供电线路上的电压变化示意图图1-7为供电线路上的电压变化示意图。 变压器的二次绕组：对于用电设备而言，相当于电源。变压器的额定电压我国公布的三相交流系统的额定电压见表1-1。 变压器的一次绕组：相当于是用电设备，其额定电压应 与电网的额定电压相同。注意：当变压器一次绕组直接与发电机相连时，其额定电压应与发电机 的额定电压相同。u当变压器二次侧供电线路较长时
10、：应比同级电网额定电 压高10% u当变压器二次侧供电线路较短时：应比同级电网额定电 压高5%其中5%用于补偿变压器满 载供电时一、二次绕组上的 电压损失； 另外5%用于补 偿线路上的电压损失，用于 35kV及以上线路。 可以不考虑线路上的电 压损失，只需要补偿满 载时变压器绕组上的电 压损失即可，用于10kV 及以下线路。T1GT2 110kV10kV6kVM发电机G的额定电压：UNG=1.0510=10.5（kV） 变压器T1的额定电压： U1N=10.5（kV）U2N=1.1110=121（kV）变压器T1的变比为：10.5/121kV变压器T2的额定电压：U1N=110（kV）U2N=
11、1.056=6.3（kV）变压器T2的变比为：110/6.3kV例1-1 已知下图所示系统中电网的额定电压，试确定发电机和变压器的额定电压。变压器T1的一次绕组与 发电机直接相连，其一 次侧的额定电压应与发 电机的额定电压相同变压器T1的二次侧 供电距离较长，其 额定电压应比线路 额定电压高10%变压器T2的二次侧供 电距离较短，可不考 虑线路上的电压损失二、电压等级的选择 220 kV及以上：用于大型电力系统的主干线。 110kV：用于中小型电力系统的主干线。 35kV：用于大型工业企业内部电力网。 10kV：常用的高压配电电压，当6kV高压用电设备较多时，也可考虑用6kV配电。 3kV：仅
12、限于工业企业内部采用 。 380/220V：工业企业内部的低压配电电压。电力网的额定电压、传输功率和传输距离之间的关系见表1-2三、电能质量频率、 电压、 谐波 电压偏差是指用电设备的实际电压与额定电压之差， 用占额定电压的百分数来表示 指通过公用电网供给用户端的交流电能的品质。 频率偏差 额定频率：50Hz 允许偏差：正常允许偏差为0.2 Hz，当容量较小时可放宽 到0.5 Hz 电压偏差（移）1. 电能质量的概念电压波动电压波动是指电网电压短时、快速的变动，用电压最大 值与最小值之差对电网额定电压的百分比表示，即 谐波是指对周期性非正弦交流量进行傅里叶级数分解后所得到的频率为基波频率整数倍
13、的各次分量，通常称为高次谐波。 谐波产生的原因：是由于电力系统中存在各种非线性元件。 使变压器和电动机的铁芯损耗增加，引起局部 过热，同时振动和噪声增大，缩短使用寿命；使线路的功率损耗和电能损耗增加，并有可能 使电力线路出现电压谐振，产生过电压，击穿电气设备的绝缘；使电容器产生过负荷而影响其使用寿命；使继电保护及自动装置产生误动作；使变压器使计算电费用的感应式电能表的计量 不准；对附近的通信线路产生信号干扰，使数据传输 失真等。 谐波的危害 三相不平衡指三相系统中三相电压（或电流）的不平衡程度，用电压（或电流）负序分量有效值与正序分量有效值的百分比来 表示，即 使电动机产生一个反向转矩，降低输
14、出转矩，同时的总电 流增大，绕组温升增高，加速绝缘老化，缩短使用寿命。 使变压器的容量得不到充分利用。 使整流设备产生更多的高次谐波，进一步影响电能质量。 使作用于负序电流的继电保护装置产生误动和拒动 。 产生三相电压不平衡的原因：三相负荷不对称 。 三相电压不平衡的危害 暂时过电压和瞬态过电压 暂时过电压：包括工频过电压和谐振过电压，其特征为在其 持续时间范围内无衰减或弱衰减； 瞬态过电压：包括操作过电压和雷击过电压，其特征为振荡 或非振荡衰减，且衰减很快，持续时间只有几毫秒或几十微 秒。 过电压的危害：使电力设备故障、影响电力安全运行 。过电压是指峰值电压超过系统正常运行的最高峰值电压时的
15、工况。 2电能质量控制技术电能质量的传统控制技术：控制频率偏差、电压偏差、三 相电压不平衡以及保证供电的可靠性。电能质量的现代控制技术 柔性交流输电技术：又称为基于电力电子技术的灵活交流 输电系统，通过控制电力系统的基本参数来灵活控制系统潮 流，使电力传输容量更接近线路的热稳定极限。 柔性配电技术：将柔性交流输电系统中的现代电力电子技术及相关的检测和控制设备延伸应用于配电领域。我国电力系统中性点有三种运行方式：l中性点不接地l中性点经消弧线圈接地l中性点直接（或经低电阻）接地小电流接地系统大电流接地系统电力系统中性点运行方式 图 中性点不接地系统正常运行时的电路图和相量图 a）电路图 b）相量
16、图中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障时的电路图和相量图 a）电路图 b）相量图消弧线圈中性点直接接地系统的电力系统示意图电力网的接线无备用接线（a) 放射形 (b) 干线型 (c) 树型电力网的接线(a) 放射型 (b) 干线型 (c) 链型 (d) 环型供电网 (e) 多电源供电网有备用接线电力网的接线几种常用的有备用网络(a) 单电源环网 (b)双电源环网 (c) 两端供电网电力网的接线 按供电可靠性分 按职能分输电网络的电压等级与系统规模(容量和供电 范围)的对应关系有功功率平衡与频率的关系 系统频率的变化由作用于发电机转轴上的不平衡转矩所引起 频率偏移范围：50(0.20.5)HZ 低频运行的危害 影响用户的工作和产品质量，影响发电厂的安全 运
