电力综合自动化2章

1.电力系统:是指完成电能生产、输送、分配和消费的统一整体。图1-1从发电厂到用户的送电过程图1-2电力系统示意图工业企业供电系统通常将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（6～35kV）和低压配电线路（380/220V）。地方电力网：电压为110kV以下的电力网（如35kV、10kV等）区域电力网：电压为110kV以上的电力网（如220kV）超高压远距离输电网：电压为330～500kV及以上的电力网发电厂：生产电能，将一次能源转换成二次能源（电能），分为火、水、核、风、太阳、地热等发电厂。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电力系统与电力网比较示意图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。500kv330kv220kv火电厂水电厂核电厂变电站长江三角洲珠江三角洲地理接线图京津唐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、吉瓦时（GW·）h、太瓦时（TW·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（MW）、吉瓦（GW）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。1MW·h=103kW·h（千度），1GW·h=103MW·h（100万度）1TW·h=103GW·h（10亿度），1kW·h=1度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）、吉瓦（GW）计。1GW=103MW（10万千瓦）1MW=103kW（1000千瓦）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。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。变电所：是变换电压和接受分配电能的场所。分为枢纽变电所、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总降压变电所：将35～110kV的供电电压变换为6～10kV的高压配电电压，给厂区各车间变电所或高压电动机供电。枢纽变电所：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330～750kV，全所停电后，将引起整个系统解列甚至瓦解；地区变电所：由发电厂或区域变电所供电，高压侧电压为110～220kV，全所停电后，将使该地区中断供电；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35～110kV，全所停电后，将使用户中断供电。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。•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。电力系统的电压与电能质量电力系统的额定电压电力网的额定电压：我国高压电网的额定电压等级有3kV、6kV、10kV、35kV、63kV、110kV、220kV、330kV、500kV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。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0.22/0.1270.230.22/0.1270.23/0.1330.38/0.220.400.38/0.220.40/0.230.66/0.380.690.66/0.380.69/0.40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11—13.8，15.75，18，2013.8，15.75，18，20—35—3538.560—6066110—110121220—220242330—330363500—500550750—750—电压等级的选择220kV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电能质量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电能质量是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±0.2Hz，当容量较小时可放宽到±0.5Hz电压偏差%100%NNUUUU1.电能质量的概念电压偏差的危害白炽灯：电压低时，寿命延长，但发光效率降低，照度下降；电压高时，发光效率增加，但使用寿命大大缩短。，电压低时，转矩将急剧减小，电流由于2UM电动机：增大，使电动机绕组绝缘过热受损，缩短使用寿命。电压波动与闪变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%100%minmaxNUUUU电压波动产生的原因：是由负荷急剧变动引起的。闪变是指人眼对因电压波动引起灯闪的一种主观感觉，引起灯闪的电压称为闪变电压。使电动机无法正常起动，引起同步电动机转子振动；使某些电子设备无法正常工作；使照明灯发生明显的闪烁现象等。电压波动的危害谐波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%100%12UUU使电动机产生一个反向转矩，降低输出转矩，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。频率偏差：依靠电力系统的一、二次调频。电压偏差：配置充足的无功功率电源；改变发电机端电压、变压器变比、线路参数等。三相电压不平衡：合理分配不对称负荷；将不对称负荷分散接于不同的供电点；采用高一级电压供电；加装三相平衡装置等。供电可靠性：加强对设备质量缺陷的检测；强化安全生产教育；提前做好电气设备的检修维护工作；加强二次设备的管理、维护；提高系统的运行管理水平等。实施电网调度自动化、无功优化、负荷控制及许多新型调频、调压装置的开发和应用，减少频率和电压的偏差。加强城乡电网的建设和改造，提高电压质量。利用无源滤波器、静止无功补偿装置等，抑制谐波干扰、降低电压波动和闪变等。利用柔性交流输电技术，提高系统输电容量和提高暂态稳定性，对线路电压、阻抗、相位进行控制，实现控制潮流、阻尼振荡、提高系统稳定性。利用柔性配电技术，实现补偿谐波、抑制电压下跌等。电能质量的现代控制技术电力负荷的分级供电方式:由两个独立电源供电。1．一级负荷：中断供电将造成人身伤亡，重大设备损坏，重大产品报废，或在政治、经济上造成重大损失。2．二级负荷：中断供电将造成主要设备损坏，大量产品报废，重点企业大量减产，或在政治、经济上造成较大损失。供电方式:由双回路供电。3．三级负荷：所有不属于一、二级负荷的电力负荷。供电方式:对供电电源无特殊要求。无功功率补偿一、功率因数低的不良影响1．使供电网络中的功率损耗和电能损耗增大。2．使供电网络的电压损失增大，影响负荷端的电压质量。3．使供配电设备的容量不能得到充分利用，降低了供电能力。4．使发电机的出力下降，发电设备效率降低，发电成本提高。因为功率因数越低，在保证输送同样的有功功率时，系统中输送的总电流越大，从而使输电线路上的功率损耗和电能损耗增加。由于发电机、变压器都有一定的额定电压和额定电流，在正常情况下不允许超过额定值，根据，功率因数越低，输出的有功功率越小，使设备的容量不能得到充分利用，降低了供电能力。cos3UIP当有功功率保持不变时，功率因数越低，无功电流越大，对发电机转子的去磁效应越大，端电压越低，发电机就达不到预定的出力。由于，当P、R、X一定时，功率因数越低，Q越大，则越大。UNUQXPRU二、功率因数的计算1.瞬时功率因数：可由功率因数表（相位表）直接读出，或由电压表、电流表和功率表在同一时刻的读数按下式求出：UIP3cos指某一规定时间内，功率因数的平均值。其计算公式为：2.均权功率因数：22cosqpPav瞬时功率因数值代表某一瞬间状态的无功功率的变化情况。式中，Wp为某一时间内消耗的有功电能（kW·h）；Wq为同一时间内消耗的无功电能（kvar·h）。指在年最大负荷（即计算负荷）时的功率因数。其计算公式为：3.最大负荷时的功率因数：3030cosSP注意：在供电设计中考虑无功补偿时，严格地讲，应按均权功率因数否满足要求来计算，但为简便起见，常按最大负荷时的功率因数来计算补偿容量。我国供电部门每月向工业用户收取电费，就是按月均权功率因数的高低来调整的。并规定：高压供电的用户，其功率因数不应低于0.9，其他电力用户的功率因数不应低于0.85。若达不到以上要求，应进行人工补偿，否则要加收电费。三、提高功率因数的方法1.提高自然功率因数的方法不加任何补偿设备，采取措施减少供电系统中无功功率的需要量，称为提高自然功率因数。用小容量的电动机代替负荷不足的大容量电动机。正确选用感应电动机的型号和容量。当电动机的负荷系数KL＞70%时，可以不换；当KL＜40%时，必须换小电机；当40%＜KL＜70%时，则需经过技术经济比较后再进行更换。降低感应电动机的端电压就降低了感应电动机的无功功率需要量，从而可提高系统的功率因数。对负荷不足的电动机可用降低外加电压的办法提高功率因数。定子绕组的匝数不能减少。mdpΦkfWEU1144.4所以降低增加增加减小cos01IΦWm降低增加降低下降增加增加cosπ2(021mmmmmXUIWfXR）限制感应电动机的空载运行。提高感应电动机的检修质量。气隙δ不能增加。当变压器的负荷系数KL＜30%时，应考虑换小容量的变压器。合理使用变压