电力系统基础-1

第一章电力系统的基本概念1.1电力系统的组成1.1.1电力系统(1)定义：由发电、变电、输电、配电、用电等设备和相应辅助设备、按规定的技术和经济要求组成的，将一次能源转换成电能并输送和分配到用户的一个统一系统。(2)组成：电力系统结线图举例水库GGGG--GGGXXMXMXG锅炉锅炉锅炉锅炉110kV110kV110kV220kV35kV10kV6kV380/220V380/220V电力网络（ElectricPowerGrid）电力系统(ElectricPowerSystem)动力系统(PowerSystem)第一章电力系统的基本概念1.1电力系统的组成1.1.1电力系统(2)组成：电力系统是由发电机、变压器、线路、负荷等4类设备组成的有机整体。其组成按照功能分3个层次：电力网络：升压变压器+输电线路+降压变压器+配电线路电力系统：发电机+电力网络+用电设备（用电负荷）动力系统：电力系统+发电厂动力部分（一次能源转换设备）第一章电力系统的基本概念1.1电力系统的组成1.1.1电力系统(3)电力系统各元件的作用：发电机：一次能源→电能变压器：升高、降低电压→升压变压器、降压变压器线路：输送、分配电能→输、配、供用电设备：电能→其它形式能量供不同用户使用(4)电力系统各元件的表示：文字符号：Generator、Transformer、PowerLine、PowerLoad图形符号：第一章电力系统的基本概念1.1电力系统的组成1.1.2电力网络(1)作用：输送、变换、分配电能(2)分类①按电压等级分类：低压电力网：0.38kV及以下中压电力网：3~10kV高压电力网：35~220kV超高压电力网：330~750kV特高压电力网：1000kV及以上第一章电力系统的基本概念1.1电力系统的组成1.1.2电力网络(2)分类②按功能分类：输电网：远方电厂→升压→负荷中心（枢纽变电站）；电压等级高、输送容量大、输送距离长配电网：将电能从高压变电所分配给用户；电压等级低、输送容量小、输送距离短③按地域覆盖范围分类：区域电力网、地方电力网农村电力网、城市电力网(3)说明：①电力网的分类是一个相对概念。②不同电网的运行特性、分析方法不尽相同。第一章电力系统的基本概念1.2电力系统的额定电压和额定频率1.2.1定义对电力系统及电力设备规定的正常工作电压和频率，称为额定电压和额定频率。当电气设备在此规定的电压和频率下运行时，将具有最好的技术性能和经济效果。1.2.2电力系统额定频率电力系统不同位置（设备）的运行电压可能各不相同，但一个互联的系统将是一个运行频率我国电力系统而定频率：工频，50Hz第一章电力系统的基本概念1.2电力系统的额定电压和额定频率1.2.3电力系统的额定电压等级(1)意义：为进行设备的成批、系列化生产及设备互换，必须规定额定电压标准——即规定的额定电压等级(2)标准额定电压的分类及适用范围：100V以下：蓄电池、安全照明500V以下：一般工、民用电气设备1000V以上：高压电气设备第一章电力系统的基本概念1.2电力系统的额定电压和额定频率1.2.3额定电压等级(3)我国电力系统电压等级低压：0.38kV中压：3kV6kV10kV13.8kV15.75kV18kV20kV（大型发电机出口电压）高压：35kV(60kV)110kV(154kV)220kV超高压：330kV500kV（±500kV）750kV特高压：1000kV±800kV(4)注意:①任何电气设备的额定电压必须是规定额定电压等级中的值②额定电压通常表示为三相系统的额定线电压例如:0.38kV为低压配电电压，其对应额定相电压为0.22kV(220V)第一章电力系统的基本概念1.2电力系统的额定电压和额定频率1.2.4电气设备额定电压的配合(1)基本原则：①一般允许电气设备正常运行电压为额定电压的0.95~1.05（电压偏移±5％），并尽量运行在额电压②线路电压损耗一般为10%(2)线路沿线电压的理想分布：Load首端末端0.95VN1.05VN第一章电力系统的基本概念1.2电力系统的额定电压和额定频率1.2.4电气设备额定电压的配合(3)各元件额定电压的配合①电力线路、用电设备的额定电压：规定为系统额定电压，称为“网络额定电压”，表示为VN②发电机额定电压：VGNG总处于线路首端，规定VGN=1.05VN③变压器额定电压：VTNT之受电侧为一次侧，相当于用电设备；供电侧为二次侧，相当于电源设备。规定：一次侧额定电压为受电时绕组额定线电压；二次侧额定电压为空载时绕组额定线电压——二次侧额定电压的规定，要考虑绕组电压损耗影响第一章电力系统的基本概念1.2电力系统的额定电压和额定频率1.2.4电气设备额定电压的配合(3)各元件额定电压的配合③变压器额定电压：VTN升压变压器：一次侧：直接接于发电机，VTN(1)=1.05VN二次侧：考虑带负荷运行时绕组漏抗电压损耗，VTN（2）≥1.05VN小型变压器——VTN（2）=1.05VN大、中型变压器——VTN（2）=1.10VN降升压变压器：一次侧：线路末端，相当于用电设备VTN(1)=1.0VN二次侧：与升压型变压器类似大、中型变压器——VTN（2）=1.10VN小型变压器——VTN（2）=1.05VN高压侧≥110kVVS%≥7%高压侧≤35kVVS%7%第一章电力系统的基本概念1.2电力系统的额定电压和额定频率1.2.4电气设备额定电压的配合——各元件额定电压的配合举例TX10kV18kV110kV10kV10kV35kV220kV500kV0.38kV0.38kVT1T2T3T4T5T6T7IMIMIM10.5kV18kV10.5kV10.5kV/242kV18kV/550kV500kV/242kV/38.5kV220kV/121kV/11kV110kV/11kV35kV/0.4kV10kV/0.4kV0.38kV10kV36.75kV第一章电力系统的基本概念1.2电力系统的额定电压和额定频率1.2.4电气设备额定电压的配合(4)变压器分接头①为满足电力系统的调压要求，电力变压器的绕组设有若干个分接抽头———分接头，相应绕组的中心抽头称之为主抽头。②变压器绕组额定电压，指主轴头对应的绕组额定电压。③分接头位置用“%”示出，表示抽头偏离主抽头的额定电压％④分接头的设置：双绕组变压器——分接头设在高压侧三绕组变压器——分接头分别设在高压侧和中压侧⑤分接头调节方式与个数:个数为奇数（含主抽头）A)无载调压变压器：分接头数少，调整范围小一般6300kVA以下，3个：1.05VTNVTN0.95VTN——(1±5%)or8000kVA以上，5个：1.05VTN1.025VTNVTN0.975VTN0.95VTN——(1±2×2.5%)B)有载调压变压器：分接头数多，调整范围大——如：1±9×1.5%第一章电力系统的基本概念1.2电力系统的额定电压和额定频率1.2.4电气设备额定电压的配合(4)变压器分接头举例——SF31500/220±2×2.5%10.5kV+5%,254kV+2.5%,248kV主抽头,242kV-2.5%,236kV-5%,230kV升压型kN=242kV/10.5kV11kV+5%,231kV+2.5%,225.5kV主抽头,220kV-2.5%,214.5kV-5%,209kV降压型kN=220kV/11kV第一章电力系统的基本概念1.2电力系统的额定电压和额定频率1.2.4电气设备额定电压的配合(4)变压器分接头⑥变压器变比A)额定变比：kN=高压侧额定电压/低压侧额定电压B)运行变比：k=高压侧分接头电压/低压侧额定电压C)标么变比：k*=k/kN(or：k*=k/kB——见2.6节)例：一台220/10kV升压型变压器，运行在+5％分接头则：kN=242kV/10.5kV；k=254kV/10.5kV；k*=1.05一台220/10kV降压型变压器，运行在+5％分接头则：kN=220kV/11kV；k=231kV/11kV；k*=1.05⑦变比与绕组匝数比的关系绕组接线组别为Y/Y：k＝W1/W2绕组接线组别为Y/Δ：12k=3W/W第一章电力系统的基本概念1.2电力系统的额定电压和额定频率1.2.4电气设备额定电压的配合(5)网络平均额定电压VN：5003302201103510630.38Vav：5253452301153710.56.33.150.4变压器平均变比kav：变压器两侧网络平均额定电压之比例：SF31500/220±2×2.5%，升压型、降压型变压器一律为：kav=230/10.5(6)不同电压等级的适用范围：电压等级越高，输电容量越大，输送距离越长输电网：220kV及以上配电网：110kV及以下第一章电力系统的基本概念1.3对电力系统运行的基本要求1.3.1电力系统运行的基本特点(1)电能不能大量存贮，产、送、配、用同时进行——“同时性”(2)受扰动后过渡过程非常短促——“瞬时性”(3)与国民经济、人民生活、社会稳定关系极为密切，供电的无计划（突然）中断带来的后果十分严重——“密切性”1.3.2对电力系统运行的基本要求(1)保证安全可靠供电→运行安全性/供电可靠性(2)保证符合要求的电能质量(3)保证良好的经济性(4)合理利用一次能源、保护环境、保证电力和国民经济稳定、协调和可持续发展第一章电力系统的基本概念1.4电力系统的接线方式1.4.1概述{电力系统接线方式发电厂变电所主接线电力网络接线线(电力系统结线)(1){电力系统结线图电气结线图地理结线图(2)注意：（3）电力系统结线方式的要求与分类①基本要求a)安全可靠、运行灵活、供电可靠性高b)电压损耗小，保证良好的电压质量c)经济性好（一次投资小；功率损耗低）d)考虑长远发展，滚动规划，分步实施②基本类型：a)无备用结线；b)有备用结线结线图一律用单线图表示三相系统第一章电力系统的基本概念1.4.2无备用结线方式放射式干线式树状式基本特点:每个负荷点单一电源。简单；投资省；运行方便。供电可靠性低；电压质量差；功率损耗大。统称“开式网”1.4.3有备用结线方式双回放射式双回干线式～～环网两端供电网基本特点:每个负荷点有2（多）个电源。供电可靠性高；电压质量好；功率损耗小。投资大；保护、运行调度复杂。统称“闭式网”(潮流计算中仅将环网、两端网称为闭式网)。第一章电力系统的基本概念1.4电力系统的接线方式1.4.4应用注意（1）科学规划，综合、充分论证——技术经济比较（2）不同结线方式的应用范围不一样——多电压等级的实际电网结线复杂，是多种结线方式的综合运用～～～第一章电力系统的基本概念1.5电力系统中性点运行方式简介(1)概念：星形接线的G、T中性点的接地方式——电力系统中性点运行方式。(2)方式:①中性点直接接地——也称为有效接地。中性点直接接地系统俗称为大接地电流系统②中性点非直接接地——也称为非有效接地。包括中性点不接地、消弧线圈接地、高阻抗接地中性点非直接接地系统俗称为小接地电流系统。第一章电力系统的基本概念1.5电力系统中性点运行方式简介(3)特点及适用范围：①中性点直接接地：可以降低绝缘水平要求（分级绝缘）；不存在接地过电压(谐振过电压)问题；接地短路时有大短路电流——完善继电保护，以提高供电可靠性和安全稳定水平。②中性点非直接接地：绝缘水平要求高（全绝缘）；存在接地过电压问题（谐振过电压问题）；可提高供电可靠性；不要求完善的继电保护装置。3～6kV系统接地电容电流≥30A10kV系统接地电容电流≥20A35~60kV系统接地电容电流≥10A经消弧线圈接地否则中性点可不接地应用于110kV及以上电压等级系统应用于60kV及以下电压等级系统——配电网发展：10kV配电网小电阻接地——不存在谐振过电压问题，但应当有较完善的保护第一章电力系统的基本概念1.5电力系统中性点运行方式简介(4)示例：220kV110kV10kV0.38kV第一章电力系统的基本概念1.6电力系统的发展趋势(1)发电：大机组、洁净能