电力系统分析1

第一章电力系统概述问题1.什么是电力系统？2.电力系统如何组成？如何表示？3.电力系统运行有何特点和要求？4.电力系统电压等级如何规定？5.电力系统的接线方式有哪些？6.电力系统中性点接地方式有哪些？§1-1电力系统的基本概念一、什么是电力系统？二、电力系统运行特点和要求经济性指标：煤耗、网损率、厂用电率§1-2电力系统的电压等级一、电力系统的电压等级包括电力系统的额定电压和最高电压以及电气设备的额定电压和最高电压。电力系统的额定电压：由国家根据技术经济条件规定的电压等级标准，又称电力网的额定电压或线路的额定电压。电力系统的最高电压：电力系统正常运行时，在任何时间系统中任何一点上所出现的电压最高值。电气设备的额定电压：电气设备制造厂根据所规定的电气设备工作条件而确定的电压。额定电压就是某一用电器（电动机、电灯等）、发电机和变压器等在正常运行时具有最大经济效益的电压。电气设备的最高电压：考虑到设备的绝缘性能和与最高电压有关的其它性能（如变压器的激磁电流及电容器的损耗等）所确定的允许最高运行电压，其数值等于所在电力系统的最高电压值。二、额定电压的规定1.低于3kV系统的额定电压低于3kV交流三相/单相电力系统额定电压和电气设备额定电压变压器额定电压/kV电力系统额定电压/kV发电机额定电压/kV一次绕组二次绕组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注：受电设备的额定电压＝电力系统的额定电压。直流系统的额定电压：100V以下的额定电压，受电设备与供电设备相同。对受电设备为110V、220V和440V的直流系统，供电设备的额定电压分别为115V、230V和460V。2.3kV及以上系统的额定电压电力变压器额定电压/kV电力系统额定电压/kV发电机额定电压/kV一次绕组二次绕组电气设备最高电压/kV33.153及3.153.15及3.33.666.306及6.306.3及6.67.21010.5010及10.510.5及11.012-13.8013.80--15.7515.75--18.018.0-2020.020.0-24-22.022.0--24.024.0-353538.540.560606672.5110110121126220220242252330330363363500500550550750--800用电设备的额定电压＝系统的额定电压Ue发电机的额定电压＝105%Ue变压器一次绕组相当于用电设备＝Ue变压器二次绕组相当于发电设备＝110%Ue特例1：变压器T直接与发电机相连，变压器一次绕组＝105%Ue特例2：T与用户直接连变压器二次绕组＝105%Ue3.例题：电力系统接线如图所示，电网各级电压已在图中标明。求：发电机、电动机以及变压器的额定电压。G：10.5KVM1：3KVM2：6KVT1：10.5/242KVT2：220/121/38.5KVT3：10.5/3.15KVT4：220/121KVT5：35/6.3KV§1-3电力系统的接线方式•电力系统的接线包括发电厂的主接线、变电所的主接线和电力网的接线。•电力系统的接线方式通常按供电可靠性分为无备用和有备用两类。•无备用接线的网络中，每一个负载只能靠一条线路取得电能，单回路放射式、干线式和链式网络即属于这一类。（a）放射式网络（b）干线式网络（c）链式网络无备用网络特点：•简单、设备费用较少、运行方便。•但是供电的可靠性比较低，在干线式和和链式网络中，当线路较长时，线路末端的电压往往偏低。•一般是开式网络。（负荷点只能沿唯一的路径取得电能的网络）有备用的接线方式中，有双回路、环形网络和两端供电网络。（a）双回路放射式有备用网络（c）两端供电网络（b）环形网络双回路特点：简单、运行方便、供电可靠性和电压质量都有明显的提高，缺点是设备费用增加很多。•环形网络是一类常见的有备用网络。优点：供电可靠性高，比较经济。缺点：运行调度比较复杂。•两端供电网络其供电可靠性相当于有两个电源的环形网络。•环形网络和两端供电网络又统称为闭式网络。电力网按其职能可以分为输电网络和配电网络输电网络的主要任务是，将大容量发电厂的电能可靠而经济地输送到负荷集中地区。输电网络通常由电力系统中电压等级最高的一级或两级电力线路组成。系统中的区域发电厂（经升压站）和枢纽变电所通过输电网络相互连接。对输电网络接线方式的要求主要是：应有足够的可靠性，要满足电力系统运行稳定性的要求，要有助于实现系统的经济调度，要具有对运行方式变更和系统发展的适应性等。•用于联接远离负荷中心地区的大型发电厂的输电干线和向缺乏电源的负荷集中地区供电的输电干线常采用双回路或多回路。位于负荷中心地区的大型发电厂和枢纽变电所一般是通过环形网络相互连接。•输电网络的电压等级要与系统的规模（容量和供电范围）相适应。额定电压kV输送容量MW输送距离km额定电压kV输送容量MW输送距离km30.1~1.01~311010~5050~15060.1~1.24~15220100~500100~300100.2~26~20330200~800200~600352~1020~505001000~1500150~850603.5~3030~1007502000~2500500以上表1-2各级电压单回路架空线路输送功率和输送距离的适宜范围。配电网络的主要任务是分配电能。配电线路的额定电压一般是0.4~35kV，有些负荷密度较大的大城市也采用110kV，以至220kV。配电网络的电源点是发电厂（或变电所）相应电压的母线，负荷点则是低一级的变电所或直接为用电设备。§1-4电力系统中性点接地电力系统的中性点定义：电力系统三相交流发电机、变压器接成星形连接绕组的公共点，称为电力系统中性点。如下图所示的N点：电力系统中性点接地方式定义：电力系统中性点与大地间的连接方式，称为电力系统中性点的接地方式。电力系统的中性点接地方式：小电流接地：中性点不接地（中性点绝缘）中性点经消弧线圈接地大接地电流：中性点直接接地中性点经电阻或电感接地注：我国广泛采用中性点不接地，直接接地和经消弧线圈接地三种接地方式。如何确定电力系统中性点接地方式？应从供电可靠性、内过电压、对通信线路的干扰、继电保护以及确保人身安全诸方面综合考虑。一、中性点不接地的电力系统适用范围3kV~60kV的电力系统正常运行时负荷ABCCCCICa.电路图UA＋UB＋UC＝0IA＋IB＋IC＝0结论：三相电压对称，三相导线对地电容电流也是对称的，三相电容电流相量之和为零，这说明没有电容电流经过大地流动。0UAUBUCIB0IC0IA0b.矢量图单相金属性接地故障时(A相)ICAICAICBICBICCICCIPECAACCBAABBAAAUUUUUUUUUUU)()(0)(0UBUAUC60-UAUC’UB’-UAI’CBI’CC-I’CA负荷ABCCCCUA’UB’UC’中性点不接地系统单相接地故障的结论1：故障相对地电压降为零；非故障相对地电压升高为线电压，且相位相差600。因此，线路及各种电气设备的绝缘要按线电压设计，绝缘投资所占比重加大，显而易见，电压等级越高绝缘投资越大。三相之间的线电压仍然对称，用户的三相用电设备仍能照常运行，但允许继续运行的时间不能超过2h。CAACCBAABBAAAUUUUUUUUUUU)()(0)(0UBUAUC60-UAUC’UB’-UAI’CBI’CC-I’CA二、中性点经消弧线圈接地的电力系统消弧线圈？安装在变压器或发电机中性点与大地之间的具有气隙铁芯的电抗器。单相(C相)金属性接地故障0UAUBUC-UCU’AU’BILICICAICB负荷ABCCCCILICICCICBICAICCICBICAIPELC相发生接地时，中性点电压变为-UC，在消弧线圈作用下，产生电感电流（滞后90°），其数值为IL＝UC/XL＝U/XL0UAUBUC-UCU’AU’BILICICAICB负荷ABCCCCILICICCICBICAICCICBICAIPEL消弧线圈的作用当发生单相接地故障时，接地故障相与消弧线圈构成了另一个回路，接地故障相接地电流中增加了一个感性电流，它和装设消弧线圈前的容性电流的方向刚好相反，相互补偿，减少了接地故障点的故障电流，使电弧易于自行熄灭，从而避免了由此引起的各种危害，提高了供电可靠性。消弧线圈的补偿方式全补偿方式：按IL=IC选择消弧线圈的电感，使接地故障点电流为零，此即全补偿方式。这种补偿方式并不好，因为当感抗等于容抗时，电力网将发生谐振，产生危险的高电压或过电流，影响系统安全运行。0UAUBUC-UCU’AU’BILICICAICB欠补偿方式：按ILIC选择消弧线圈的电感，此时接地故障点有未被补偿的电容电流流过。采用欠补偿方式时，当电力网运行方式改变而切除部分线路时，整个电力网对地电容将减少，有可能发展成为全补偿方式，导致电力网发生谐振，危及系统安全运行；另外，欠补偿方式容易引起铁磁谐振过电压等其它问题，所以很少被采用。过补偿方式：按ILIC选择消弧线圈的电感，此时接地故障点有剩余的电感电流流过。在过补偿方式下，即使电力网运行方式改变而切除部分线路时，也不会发展成为全补偿方式，致使电力网发生谐振。同时，由于消弧线圈有一定的裕度，今后电力网发展，线路增多、对地电容增加后，原有消弧线圈还可继续使用。因此，实际上大多采用过补偿方式。三、中性点直接接地的电力系统特点：供电可靠性不如电力系统中性点不接地和经消弧线圈接地方式。为提高供电可靠性，在线路上广泛安装三相或单相自动重合闸装置。电气设备的绝缘水平只需按电力网的相电压考虑，可以降低工程造价。负荷ABCk(1)Ik(1)Ik(1)我国380/220V系统中一般都采用中性点直接接地方式，主要是从人身安全考虑问题。适用范围：我国110kV（国外220kV）及以上电压等级的电力系统。380/220V低压系统。第一章作业•1-1动力系统、电力系统和电力网分别是如何构成的？•1-2简述电力系统的特点及运行要求。•1-3请回答如图所示电力系统的两个问题•（1）发电机G、变压器T1、T2、T3、T4、三相电动机M、单相电灯L等元件的额定电压。•（2）当变压器T1在+2.5%抽头处工作，T2在主抽头处工作，T3在-2.5%抽头处工作时，求这些变压器的实际变比。