电力牵引供变电技术2

电力牵引供变电技术§1.2电力系统简介一、电力系统的组成电力系统（electricpowersystem）由若干发电、变电、输电、配电、用电和相应的辅助系统组成，将一次能源转换为电能并将其输送和分配到电力用户的一个统一系统。一、电力系统的组成1、发电厂发电厂（powerplant）利用自然界蕴藏的各种能源生产电能的工厂。按所使用能源的不同，发电厂可以分为：火力发电厂、水力发电厂、原子能发电厂、地热发电厂、潮汐发电厂、风力发电厂以及太阳能发电厂等。目前在电力系统中起主导作用的是火力、水力和原子能发电厂。1、发电厂水力发电厂利用水流的动能和势能来生产电能，简称水电厂。水流量的大小和水头的高低，决定了水流能量的大小。从能量转换的观点分析，其过程为：水能→机械能→电能。实现这一能量转换的生产方式，一般是在河流的上游筑坝，提高水位以造成较高的水头；建造相应的水工设施，以有效地获取集中的水流。水经引水机沟引入水电厂的水轮机，驱动水轮机转动，水能便被转换为水轮机的旋转机械能。与水轮机直接相连的发电机将机械能转换成电能，并由发电厂电气系统升压送入电网。1、发电厂火力发电厂利用煤、石油、天然气或其他燃料的化学能来生产电能，简称火电厂。从能量转换的观点分析，其基本过程是：化学能→热能→机械能→电能。世界上多数国家的火电厂以燃煤为主。煤粉和空气在电厂锅炉炉膛空间内悬浮并进行强烈的混合和氧化燃烧，燃料的化学能转化为热能。热能以辐射和热对流的方式传递给锅炉内的高压水介质，分阶段完成水的预热、汽化和过热过程，使水成为高压高温的过热水蒸气。水蒸气经管道有控制地送入汽轮机，由汽轮机实现蒸气热能向旋转机械能的转换。高速旋转的汽轮机转子通过联轴器拖动发电机发出电能，电能由发电厂电气系统升压送入电网。1、发电厂火电厂按燃料类别可分为燃煤式、燃油式、燃气式、废热式火电厂；按电厂功能可分为凝汽式电厂和热电厂。凝汽式电厂是单纯用来发电的电厂，一般建造在燃料基地或矿区附近，发出的电能用高压输电线路送往负荷中心。这样既免去了燃料的长途运输，提高了能量输送效益，又防止煤灰对城市环境的污染。建造在燃料基地或矿区附近的凝汽式电厂又称为坑口电厂，是今后兴建大型火电厂的主要方向。热电厂是既发电又兼供热的电厂、由于供热网络不能太长，一般都建造在大城市工业区的热能用户附近。1、发电厂火电厂的燃料属于消耗性能源，燃料燃烧产生环境污染，电能成本较水电厂高。但是火电厂的初期投资较水电厂小，布局比较灵活，装机容量可视需要而定。汽轮发电机组操作控制比较复杂，开停机时间长，因此在电力系统中易于带基本负荷和中间负荷，不易于担任系统中变化较大的尖峰负荷，否则不仅使煤耗增大而且会缩短机组寿命。1、发电厂原子能发电厂利用核能来生产电能，又称核电厂。原子核的各个核子（中子与质子）之间具有强大的结合力。重核分裂和轻核聚合时，都会放出巨大的能量，称为核能。目前在技术已比较成熟，形成规模投入运营的，只是重核裂变释放出的核能生产电能的原子能发电厂。从能量转换的观点分析，是由重核裂变核能→热能→机械能→电能的转换过程。1、发电厂列车电站发电设备安装在特种铁路车辆上的移动式发电站。它可按要求迅速转移到铁路能到达的任何地点，对当地进行紧急供电。施工电厂用于铁路、工矿的工程施工、野外作业时的发电厂。一般指利用柴油发电机的小型发电厂。自备电厂在电力系统供电范围内作为应急备用电源，或在电力系统输送不到的地方以及一些流动用户所采用的发电厂。一般采用柴油发电机组作为发电设备。1、发电厂发电厂将一次能源转换为电能，经过输电网和配电网将电能输送和分配至电力用户的用电设备，包括电力机车与动车组、铁路电力负荷和城市交通电力牵引设备。从而完成电能从生产到使用的整个完整过程。各类发电厂是电能生产的制造厂。2、电力网电力系统中输送、变换和分配电能的整个环节称为电力网（electricnetwork）。电力网是电力系统的重要组成部分。电力网包括输电网和配电网。输电网：将远离负荷中心的发电厂所发出的电能经过变压器升高电压并通过交流高压输电线输送到邻近负荷中心的枢纽变电所。同时，输电线还有联络相邻电力系统和联系相邻枢纽变电所的作用。中国电力系统采用220kV、330kV和500kV的超高压交流输电网，直流超高压输电线的最高电压为士500kV。它们的最大输电距离约达1000km，输送功率可达1000MW（500kV电压）。2、电力网配电网将电能从高压变电所直接分配到用户去的电力网。一般又将配电网分为高压、中压和低压配电网。在中国，高压配电网电压一般为35kV、65kV和110kV；中压配电网电压一般为6kV～10kV（国际上也有用20kV的）；低压配电网电压一般为三相四线制的380/220V。2、电力网输、配电网可按电压等级的高低分层，或按负荷密集的地哉分区。不同容量的发电厂和电力用户应分别接入不同电压等级的电力网。铁路电力牵引负荷由110kV~220kV电力网供电，城市交通电力牵引负荷由10kV~35kV配电网供电，铁路电力负荷则一般由10kV、35kV~110kV配电网供电。此外，电力系统还包括为保证其安全可靠运行的继电保护和安全自动装置、调自动化和通信等相应的辅助系统3、用户一级负荷重要负荷，这类负荷的供电中断将给国计民生造成重大损失。必须有两路以上的独立电源供电。二级负荷一般负荷，这类负荷的供电中断将给国计民生造成较大损失。应有两路电源供电，且当任一路电源失去后，能保证全部或大部分二级负荷的供电三级负荷次要负荷，不属于一、二级负荷的用户。通常用一路电源供电。4、电力系统的特点电力系统的特点电能与其他能量不同，一般不能大量储存，并且其生产过程是连续的，发、输、变、配电与用电在同一瞬间进行。由于电力负荷随季节、气候、社会活动、工农业生产的需要和人们生活习惯的不同而变化，为使电能生产与消费随时保持平衡，电力系统的发电容量和设备均需有相应的备用容量以适应电力负荷的变化、设备的事故或检修、水电因枯水或洪水而出力不足、火电降低出力等因素以及今后发展的备用等等。4、电力系统的特点因为整个电力系统在电磁上是互相藕合和连接的，所以在电力系统中，任何一点发生的故障现象，都会在瞬间影响和波及全系统，往往会引起连锁式的反应，导致事故的扩大，在严重的情况下会使系统发生大面积停电事故。因此在电力系统中要求进行快速的控制。4、电力系统的特点电力系统的优越性①能更经济合理地开发利用水力、火力和核能等一次能源，在便于获得一次能源的地方建造大型发电厂，以解决能源资源与负荷分布在地域间的不平衡；②由于存在供电地区的时差和季节差，各地区电力消费习惯的差别、负荷曲线不同等因素，电力系统的形成可以错开负荷高峰，减少系统总的负荷峰值和总的装机容量及备用容量；4、电力系统的特点电力系统的优越性③有利于采用大容量和标准化的发电机组和电力设备，可以节省建设投资和运行费用，以提高投资效益和运行经济性；④便于在电力系统发生故障时，各地区间电力的相互支援，提高系统运行的安全性；⑤便于集中管理，实现经济调度与电力的合理分配等。目前，世界上已出现了总装机容量达几亿千瓦，供电范围横跨几千公里的巨大电力系统。二、电能质量指标供电质量（qualityofpowersupply）提供合格、可靠电能的能力和程度。包括电能质量和供电可靠性两个方面。供电质量对工业和公用事业用户的安全生产、经济效益和人民生活有着很大的影响。供电质量恶化会引起用电设备的效率和功率因数降低，损耗增加，寿命缩短，产品品质下降，电子和自动化设备失灵等电能质量提供给用户的电能品质的优劣程度。通常以电压、频率和波形等指标来衡量。电压指电压偏差、电压波动和闪变、电压不平衡度等指标，频率指频率偏差，波形指电压正弦波形畸变率。1、供电频率我国电力系统的标称频率为50Hz，GB／T15945-1995《电能质量一电力系统频率允许偏差》中规定：电力系统正常频率偏差允许值为±0.2Hz，当系统容量较小时，偏差值可放宽到±0.5Hz，标准中没有说明系统容量大小的界限。在《全国供用电规则》中规定供电局供电频率的允许偏差：电网容量在300万千瓦及以上者为±0.2HZ；电网容量在300万千瓦以下者，为±0.5HZ。实际运行中，从全国各大电力系统运行看都保持在不大于±0.1HZ范围内。2、电压偏差供电系统在正常运行下，某一节点的实际电压与系统标称电压（通常，电力系统的额定电压（见电压等级）采用标称电压去描述，对电气设备则采用额定电压的术语，它们其实是同一个数值）之差对系统标称电压的百分数称为该节点的电压偏差，数学表达式为：电压偏差=（实际电压－系统标称电压）/系统标称电压×100%；35KV及以上供电电压的正负偏差的绝对值之和不超过标称电压的10%，10KV及以下三相供电电压允许偏差为标称电压的±7%，220V单相供电电压允许偏差为标称电压的＋7%、－10%；系统无功功率不平衡是引起系统电压偏离标称值的根本原因。2、电压偏差GBl2325－90《电能质量一供电电压允许偏差》中规定：35kV及以上供电电压正负偏差的绝对值之和不超过额定电压的10％；10kV及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的土7％；220V单相供电电压允许偏差为额定电压的+7％～10％。标准中供电电压为供电部门与用户产权分界处的电压或由供用电协议所规定的电能计量点的电压。确定允许电压偏差是一个综合的技术经济问题，允许的电压偏差小，有利于用电设备的安全、经济运行，但为此要在电网中增添更多的无功电源和调压设备，需要更多的投入。反过来如果扩大用电设备对电压的适应范围，提高设备在这方面的性能，往往也要增加设备投资。综合国外标准和我国国情制定的供电电压允许偏差的国家标准，能满足绝大部分用电设备的运行要求。3．电压的不对称和波形的非正弦性三相电压的不对称，会引起三相系统的零点偏移，直接影响电气设备的运行。GB／T15543-1995《电能质量一三相电压允许不平衡度》中规定：电力系统公共连接点正常电压不平衡度允许值为2％，短时不得超过4％。标准还规定对每个用户电压不平衡度的一般限值为1.3％。由于电力系统中大量的非线性元件的存在，会导致高次谐波的出现，使电压电流波形产生畸变，从而严重影响电气设备的运行。4、供电的可靠性供电的可靠性的衡量指标是以年平均供电小时占全年小时数的百分数表示。