第二章电力系统基本知识.

广东省南方电力职业培训学院高压理论官卫东第二章电力系统基本知识第一节电力系统概述第二节用电负荷第三节变、配电所第四节电能质量第五节电力系统短路概述第六节电力系统接地概述第一节电力系统概述1882年，英国建成第一座发电厂，原始线路输送的是低压直流电。同年，法国人德普列茨提高了直流输电电压（1000V)，被认为是世界上第一个电力系统。1891年，第一条三相交流输电线路在德国运行，三相交流输电使输送功率、输电电压、输电距离日益增大。目前，大电力系统不断涌现，甚至出现全国性和国际性电力系统。电力系统是由发电厂、输配电线路、变配电所和用电单位组成的整体。1.水电厂水力发电厂往往由大坝维持在高水位的水经压力水管进入螺旋形蜗壳推动水轮机转子旋转，将水能变为机械能，水轮机转子再带动发电机转子旋转发电，将机械能变成电能。一、电力系统及其组成长江三峡水电站伊泰普水电站一、电力系统及其组成2.火电厂以煤、石油、天然气等作为燃料，燃料燃烧时的化学能转换为热能，然后借助汽轮机等热力机械将热能变为机械能，并由汽轮机带动发电机将机械能变为电能，这种发电厂称火力发电厂。3.核电厂核电厂是指将核能转换为热能，用以产生供汽轮机用的蒸汽,汽轮机再带动发电机,构成了产生商用电力的电厂火电厂核电厂除了火电厂、水电厂、核电厂外还有地热电站、风力电站、潮汐电站自藕变压器10kV35kV110kV110kV110kV110kV110kV35kV380/220V10kV35kV10kV10kV10kV110kV220kV220kV35kV380/220V变电所5变电所4火力发电厂2变电所3变电所6火力发电厂1变电所2热电厂水力发电厂同步补偿机变电所1电力系统示意图一、电力系统及其组成一、电力系统及其组成大型电力系统主要在技术经济上具有下列优点：1.提高供电可靠性2.减少系统的备用容量3.降低系统的高峰负荷4.提高了供电质量5.有效利水力等一次动力资源的作用，特别能充分发挥水力发电厂的作用大型电力系统优点一、电力系统及其组成电力网输电网配电网将各种电压等级的输电线路及其联系的各级变、配电所组成的部分。电力网是以高压甚至超高电压将发电厂、变电所或变电所之间连接起来的送电网络，所以又称为电力网中的主网架。又称为电网中的主架网直接将电能输送到用户的网路一、电力系统及其组成高压输电网：220kV超高压输电网：330kV、500kV、750kV特高压输电网:1000kV及以上高压配电网：35~110kV及以上低压配电网:380/220V中压配电网:3kV~20kV电力网配电网输电网20kV中压配电有如下优越性：一、电力系统及其组成20kV取代10kV中压配电电压，原来线路导线线径不变，则升压后配电容量增加一倍。在负荷不变的情况下，电压损失只有10kV的25%，在负荷升高一倍的情况下，电压损失只有10kV的50%，供电电压半径可增加一倍，在负荷不变的情况下，损耗只有10kV的25%，降低了75%。当电压由10kV升压至20kV，在一定情况下，供电半径可增加1倍。1.提高了中压配电系统的容量2.降低了线路上的损失3.增大了中压配电网的供电半径4.降低线损二、电力生产的特点1.同时性2.集中性3.适用性4.先行性能的生产、输送、分配以及转换为其他形态能量的过程，是同时进行的。电能不能大量储存。电力生产是高度集中的、统一的。电能使用最方便，适用性最广泛。1）工农业生产提高，依靠劳动效率提高，要不断提高机械化和电气化水平；2）新型的、规模大的、耗电多的工业部门；3）农业、交通发展，广泛应用电能；4）生活水平、文化水平提高，使居民用电量增加电力生产的特点三、负荷曲线负荷曲线反映负荷随时间变化规律的曲线。横轴表示时间、纵轴表示负荷负荷曲线的作用它是安排发电计划、检修计划、基建计划、电力规划的重要参考依据最大最小Pmax为日最大负荷，俗称“峰”；Pmin为日最小负荷，俗称“谷”。第二节用电负荷用电负荷是指用户在每一时刻所消耗的功率（（kW）、容量（kVA）或电流（A））。一、用电负荷分类根据用户的重要程度和对供电可靠性的要求，将电力负荷分为三类：一类负荷、二类负荷、三类负荷。1)一类负荷1）供电中断供电将会造成人身伤。2）供电中断供电将会造成经济上的重大损失。3）供电中断供电将影响有重大的政治，经济意义。特别重要负荷——在一类负荷的中，当供电中断供电将发生中毒、爆炸、火灾等情况的负荷1.用电负荷的分类一、用电负荷分类2)二类负荷供电中断供电将会造成较大经济损失。供电中断供电将影响重要用电单位的正常工作3)三类负荷指不属于上述一类和二类负荷的其他负荷。二、各类负荷的供电要求2.用电负荷的供电要求1）一类负荷的供电要求一类负荷由两个独立电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。一类负荷中特别重要负荷，除两个独立电源供电外，还增设应急电源并不准其他负荷接入（1）独立于正常电源的发电机组，即与电网在电气上独立的电源。（2）供电网络中独立于正常电源的专用馈电线路。（3）蓄电池组。允许中断时间中为毫秒级的系统可选用蓄电池组不间断电源。应急电源有下列几种：2）二类负荷的供电要求3）三类负荷的供电要求二类负荷的供电系统宜采用双回路线供电。两回路线应尽量引自不同变压器或两段母线。三类负荷供电，一般不考虑特殊要求。二、各类负荷的供电要求第三节变、配电所定义：变配电所是电力网的线路连接点，是用于变换电压、交换功率和汇集、分配电能的设施。根据其在系统中的位置、性质、作用及控制方式等，可分为升压变电所、降压变电所、枢纽变电所、地区变电所、终端变电所，有人变电所和无人变电所。通常也按其最高一级电压来分类。变配电所中用来承担输送和分配电能任务的电路，称为一次电路或电气主接线。一次电路中所用的电气设备，称为一次设备。一、变、配电所常用的一次电气设备断路器隔离开关负荷开关电容器电抗器熔断器TQFQSQLCLFU电阻R一、变、配电所常用的一次电气设备1.主变压器在降压变电所是将高电压改变为低电压的电气设备。2.高压断路器高压断路器是变压器和高压线路的开关电器，它具有断合正常负荷电流和切断短路电流的功能，具有完善的灭弧装置。3.隔离开关隔离开关是隔离电源用的电器。没有特殊的灭弧装置，只能作为在无负荷电流的情况下进行分合操作，与断路器配合使用4.电压互感器将系统的高电压转变为低电压，供测量、保护、监控用。一、变、配电所常用的一次电气设备5.电流互感器将高压系统中的电流或低压系统中的大电流转变为标准的小电流，供测量、保护、监控用。6.熔断器当电路发生短路或过负荷时，熔断器能自动切断故障电路，从而使电气设备的到保护。7.负荷开关用来不频繁地接通和分断小容量的配电线路和负荷，起到隔离电源的作用。常与高压熔断器配合使用。一、变、配电所常用的一次电气设备主变压器一、变、配电所常用的一次电气设备高压断路器一、变、配电所常用的一次电气设备隔离开关一、变、配电所常用的一次电气设备电压互感器一、变、配电所常用的一次电气设备一、变、配电所常用的一次电气设备电流互感器一、变、配电所常用的一次电气设备高压熔断器一、变、配电所常用的一次电气设备负荷开关一、变、配电所常用的一次电气设备二、变、配电所常用的电气主接线1.高压配电所常用的电气主接线WL1QS1QF1WBQS2QF2QS3QF3QS4QF4QS5QF5QS5QF5WL5QS6QF6WL6WB1WL2QS21QF2WB2WL1QS11QF1QS12QS22QS3QF3WL3QS4QF4WL4WL2WL3WL4WL5QSQFQS单电源的高压配电所变主电路图双电源的高压配电所变主电路图二、变、配电所常用的电气主接线从图中可以看到，该配电所有一路电源进线WL1，四路出线WL2-WL5，每路出线装有断路器QF，担负电路的正常通断及在电路发生短路事故时自动切断电路的任务。断路器的电源侧都装有隔离开关QS（负荷侧无电源，故未装隔离开关）。隔离开关的主要作用是在断路器检修时，起隔离电源保证断路器检修安全。隔离开关无灭弧装置，因此，操作时禁止带负荷拉合。图中WB是母线，用来接收电能然后再分配，本图中母线不分段，是单母线接线，这种接线在母线检修时，配电所将全部停电。1）单电源的高压配电所电气主接线二、变、配电所常用的电气主接线2）双电源的高压配电所电气主接线从图可知，该配电所有两路电源进线WL1和WL2，断路器QF为分段断路器。出线有四条WL3-WL6。这类配电所可以一路电源供电，另一电源进线备用，两端母线并列运行，当工作电源断电时，可手动或自动地投入备用电源，即可恢复对整个恢复对整个配电所的供电。二、变、配电所常用的电气主接线二、变、配电所常用的电气主接线电气主接线的要求1）保证必要的供电可靠性和电能质量。2）具有一定的灵活性和方便性。3）具有经济性。4）具有发展和扩建的可能性。2.总降压变电所的电气主接线二、变、配电所常用的电气主接线QS1QF110kV单台变压器总降压变电所主电路图QS2QF235kV主进线WL4WL5内桥主接线1号电源TT1T210kV110kV1号电源QF1QF2外桥主接线1号电源T1T210kV110kV1号电源QF1QF2L1L2L1L2二、变、配电所常用的电气主接线1）单台变压器的总降压变电所主接线从图可知：高压35kV进线侧装有断路器QF1和隔离开关QS1，变压器电压侧电压为6~10kV，在变压器低压侧断路器QF2和隔离开关QS2。6~10kV出线上都装有断路器和隔离开关。这种接线中，高压为线路—变压器组接线。低压侧为单母线接线。其特点是结构简单，用的电气设备少，但供电可靠性差。任一元件发生故障或检修，整个变电所都将停电。这种主接线要根据用户负荷供电的要求情况进行选择。二、变、配电所常用的电气主接线1）单台变压器的总降压变电所主接线二、变、配电所常用的电气主接线2）双电源两台变压器的总降压变电所主接线1）内桥主接线内桥接线的桥断路器QF3接在变压器侧，变压器高压侧无断路器，只有隔离开关，而线路有断路器QF1和QF2。内桥接线的特点是：线路故障或检修，不影响变压器运行，而变压器故障或检修要影响相应的线路，线路要短时停电。二、变、配电所常用的电气主接线2）外桥主接线外侨接线的桥断路器QF3接在线路侧，变压器高压侧有断路器QF1和QF2，而线路上没有断路器。外侨接线的特点：变压器故障或检修不影响线路运行，而线路故障或检修要影响变压器，相应的变压器要短时停电。二、变、配电所常用的电气主接线由于线路故障和检修机会比变压器多，所以一般都选用内桥接线。三、用电区（或小型用户）变电所的电气主接线YY高压电缆进线无开关高压电缆进线装隔离开关高压电缆进线装隔离开关-熔断器（室内）高压电缆进线装跌落式熔断器（室外）高压架空进线装跌落式熔断器和避雷器（室外）高压架空进线装隔离开关-避雷器（室内）高压架空进线装隔离开关-熔断器和避雷器（室内）高压架空进线装负荷开关-避雷器（室内）车间变电所高压侧主接线YYYYYYYYYYYYYY1.有用户总降压变电所的用电区变电所电气主接线示例三、用电区（或小型用户）变电所的电气主接线2.无用户总降压变电所的用电区或小型用户变电所电气主接线示例10kVT1T210kV220V/380V220V/380V单台变压器变电所主电路图QF1QF210kV220V/380V10kVQF3QF4QF5WB1WB2双台变压器的用户变电所主电路图三、用电区（或小型用户）变电所的电气主接线1）高压侧采用隔离开关和熔断器或跌落式熔断器的变电所主接线。采用这种接线，变压器容量不能太大，而且在变压器低压侧必须装设带负荷操作的断路器。2）高压侧采用负荷开关和熔断器的变电所主接线。采用这种接线，变压器高压侧需装设负荷开关柜。3）高压侧采用隔离开关和断路器的变电所主接线。采用这种接线，供电可靠性高，但投资较前两种接线高。4）双台变压器的用电区变电所或小型用户变电所电气主接线。采用这种接线，变压器高低压侧开关都采用断路器。供电质量指电能质量与供电可靠性。电能质量包括电压、频率