第一章-电力牵引供电系统概述

第一章电力牵引供电系统概述•1.1电力牵引特点及发展概况(略)•1.2电力系统简介•1.3三相电力系统的中性点运行方式•1.4牵引供变电系统的组成•1.5牵引供电方式1.2电力系统简介一概述由于电能不能大量储存，电能的生产、传输、分配和使用就必须在同一时间内完成。这就需要将发电厂发出的电能通过输电线路、配电线路和变电站配送，将发电厂和用电设备连接在一起有机地联成一个“整体”。我们将这个由发电、送电、变电、配电和用电五个环节组成的“整体”称为电力系统。电力系统是由发电厂、输电网、配电网和电力用户组成的整体，是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。输电网和配电网统称为电网，是电力系统的重要组成部分。发电厂将一次能源转换成电能，经过电网将电能输送和分配到电力用户的用电设备，从而完成电能从生产到使用的整个过程。电力系统还包括保证其安全可靠运行的继电保护装置、安全自动装置、调度自动化系统和电力通信等相应的辅助系统（一般称为二次系统）。一概述图1电力系统示意图火力发电厂110kV220kV330kV500kV一次降压变电站35kV二次电压变电站10kV10kV工厂变压器台220V住宅380V/220V发电厂电力网电力用户二电力系统的组成发电厂是实现把其他形式的能源转化成电能的场所。现在我国的发电厂主要有火力发电厂、水力发电厂、核能发电厂等。此外，还有利用地热资源、再生资源（太阳光能，太阳热，风力，潮汐，波浪，海流等）其他形式的能源进行发电。1、火力发电厂2、水利发电厂3、核能发电厂4、地热发电厂5、潮汐发电厂6、风力发电厂：已接近常规电厂的造价，上网电价可降到4角左右。7、太阳能发电厂：高耗能、低效率。1.发电厂发电机基本工作原理2.电力网电力系统中连接发电厂和用户的中间环节称为电力网，它由各种电压等级的输配电线路和变电站组成。电力网按其功能可分为输电网和配电网。输电网是电力系统的主网，它是由35kV及以上的输电线和变电站组成配电网是由10kV及其以下的配电线路和配电变压器组成就我国目前绝大多数电网来说，高压电网指：110KV，220KV电网；超高压电网指330KV，500KV和750KV电网。特高压电网指的是以1000KV输电网为骨干网架，超高压输电网和高压输电网以及特高压直流输电（正负800KV），高压直流输电和配电网构成的现代化大电网。电力网按电压等级分为：低压电网——电压1KV以下中压员网——电压1-10KV高压电网——电压高于10KV，低于330KV超高压网——电压高于330KV，低于750KV特高压网——电压1000KV及其以上•输电网是电力系统中最高电压等级的电网，是电力系统中的主要网络（简称主网），起到电力系统骨架的作用，所以又可称为网架。在一个现代电力系统中既有超高压交流输电，又有超高压直流输电。这种输电系统通常称为交、直流混合输电系统。•配电网是将电能从枢纽变电站直接分配到用户区或用户的电网，它的作用是将电力分配到配电变电站后再向用户供电，也有一部分电力不经配电变电站，直接分配到大用户，由大用户的配电装置进行配电。(1)输电线路电力输送设备是由输电线路、变电站和配电线路等组成。输送电能通常采用三相三线制交流输电方式。采用高压、超高压远距离输电是各国普遍采用的途径。目前我国常用的输电电压等级有35kV，110kV，220kV，330kV，500kV等多种。输电过程中,一般将发电机组发出的6~10kV电压经升压变压器变为35~500kV高压，再利用降压变压起将35kV高压变为6~10kV高压。通过输电线可远距离将电能传送到各用户.(2)变电站变电站有升压变电站与降压变电站之分。根据供电的范围不同，变电站可分为一次（枢纽）变电站和二次变电站。一次变电站是从110kV以上的输电网受电，将电压降到35kV—110kV，供给一个大的区域用电。二次变电站，大多数从35—110V输电网络受电，将电压降到6—10kV，向较小范围供电。(3)配电线路配电的作用是将电能分配到各类用户。常用的配电电压有10kV或6kV高压和380/220V低压。由10kV或6kV高压供电的用户称为高压用户。由380/220V低压供电的用户称为低压用户。低压配电线路是指经配电变压器，将高压10kV降低到380/220V等级的线路。三用户一级负荷:指中断供电将造成人身伤亡者、重大的政治影响、重大的经济损失或公共场所秩序严重混乱的负荷。对一级负荷应有两个或以上独立电源供电。二级负荷:指中断供电将造较大的经济损失（如大量产品报废）或造成公共场所秩序混乱的负荷（如大型体育场馆、剧场等）。对二级负荷尽可能要有两个独立的电源供电。三级负荷:不属于一、二级负荷者是三级负荷。三级负荷对供电没有什么特别要求，可以非连续性地供电，如小市镇公共用电、机修车间等，通常用一个电源供电。1.3三相电力系统的中性点运行方式1、电力系统的中性点：发电机、变压器的中性点且指变压器Y形接线。2、运行方式共三种：中性点不接地运行方式中性点经消弧线圈接地运行方式中性点直接接地运行方式前两种接地系统统称为：小接地电流系统，后一种接地系统又称为：大接地电流系统。3、分析中性点运行方式的目的：运行方式的不同会影响运行的可靠性、设备的绝缘、通信的干扰、继电保护等目录一中性点不接地系统二中性点经消弧线圈接地系统三中性点直接接地系统四中性点不同接地方式的比较和应用范围一中性点不接地系统一中性点不接地系统1正常运行情况⒈简化等值电路图2-1正常运行时的中性点不接地的电力系统（a）电路图（b）相量图假设条件C—各相对比地之间是空气层，空气是绝缘介质，组成分散电容：图2-1为了方便讨论，认为：1、三相系统对称2、对地分散电容用集中电容表示,相间电容不予考虑3、当导线经过完全换位后，Cu=Cv=Cw=C分析：图2-11、三相系统对称时，三相电压对称,即2、由于Cu=Cv=Cw=C，则IcA=IcB=Icc=Ux/Xc＝也对称，即CBAUUU、、0CBANUUUUocCIcBIcAIcIxcu结论正常运行时：地中没有零序电容电流流过。中性点对地电位为零。2单相接地故障⒈简化等值电路假定C相完全接地，如下图。图2-2单相接地故障时的中性点不接地的电力系统（a）电路图（b）相量图分析：图2-2ACCAAUUUU)('BCCBBUUUU)('0)('CCCUUU)('.'.BCACCIII00.3333CCACCIIII电流情况：0'.CCI0'.'.3CBCACIII电压情况：结论接地故障相对地电压降低为零；非接地故障相电压升高为线电压（倍）且相位改变→绝缘水平按线电压设计（35KV及以下）中性点对地电压升为相值（方向与故障相电压相反，即-Ｕc）相对中性点电压和线电压仍不变→三相系统仍然对称，可以继续运行2h（供电可靠性提高）接地点流过的电容电流是正常每相对地电容电流的３倍，即Ｉc＝３Ｉco→故在接地点有电弧3单相接地时接地电流危害单相接地时的接地电流将在故障点形成电弧。当出现稳定电弧时可能烧坏电气设备，或引起两相或三相短路。尤其是电机或电器内部因绝缘损坏而造成一相导体与设备外壳之间接触产生稳定电弧时，更容易烧坏电机、电器或造成相间短路。接地电容电流的经验算法：Ic—中性点不接地系统地单相接地电容电流（A）U—电网额定线电压（Kv）L—同一电压U具有电气联系的架空线路或电缆线路总长度（km）350ULIc返回10ULIc架空线路电缆线路习题1、中性点不接地的电力系统发生单相接地故障时，各相对地电压有什么变化？单相接地电流有什么变化？性质如何？•1、中性点不接地的电力系统发生单相接地故障时，各相对地电压有什么变化？单相接地电流有什么变化？性质如何？•答：故障相电压等于0，非故障相电压升高倍。单相接地电流为一相对地电容电流的3倍，为容性电流。3•2、单相接地时接地电流可能产生的危害？2、单相接地时接地电流可能产生的危害？•单相接地电流为一相对地电容电流的3倍，单相接地时的接地电流将在故障点形成电弧。当出现稳定电弧时可能烧坏电气设备，或引起两相或三相短路。二中性点经消弧线圈接地系统问题的提出为什么要采用中性点经消弧线圈接地系统？中性点不接地电力网发生接地时，仍可继续运行2h，但若接地电流值过大，会产生持续性电弧，危胁设备，甚至产生三相或二相短路。二中性点经消弧线圈接地系统1消弧线圈的工作原理图2-3中性点经消弧线圈接地的电力系统（a）电路图（b）相量图1消弧线圈的工作原理1、正常运行时：中性点对地电位为零：UN=0消弧线圈中无电流：IL=0流过地中的电容电流为零：IC=02、单相接地时：中性点电位升高为相电压：消弧线圈中出现感性电流：与相差1800流过接地点电流：+（相互抵消）CNUULIcILIcI消弧线圈不起作用→实现补偿2补偿方式及选用1、全补偿:ＩL＝ＩC即１／ωＬ＝３ωＣ接地点电流为零缺点：XL=Xc，网络容易因不对称形成串联谐振过电压危及绝缘2、欠补偿:ＩL＜ＩC即１／ωＬ＜３ωＣ接地点为容性电流缺点：易发展成为全补偿方式,切除线路或频率下降可能谐振。3、过补偿:ＩL＞ＩC即１／ωＬ＞３ωＣ接地点为为感性电流注意：电感电流数值不能过大≯10A不采用少采用采用中性点经消弧线圈接地系统U相金属性接地电压变化特点:故障相对地电压变为零非故障相对地电压升高倍系统各相对地的绝缘水平也按线电压考虑33消弧线圈1、消弧线圈结构特点：①为了保持补偿电流与电压之间的线性关系，采用滞气隙铁芯②气隙沿整个铁芯均匀设置，以减少漏磁③为了绝缘及散热，铁芯和线圈都浸在油中④为适应系统中电容电流变化特点，消弧线圈中设有分接头（5～9个）2、补偿容量的选择：Ｑh.e≥1.35ＩcＵx3、消弧线圈的安装地点发电厂的发电机或厂变的中性点；变电所主变的中性点。4、适用范围：广泛应用在不适合采用中性点不接地的以架空线路为主体的3-60kV系统；个别雷害严重的地区110kV系统不得已采用。返回三中性点直接接地系统1简化等值电路假定C相完全接地，如下图。图2-4单相接地故障时的中性点直接接地的电力系统2.3.2单相接地时1、电压情况（C相）接地相电压降低→为0非接地相电压不变→为相电压中性点对地电压不变→为02、电流情况形成短路→危害大→装设继电保护→跳闸切除故障（供电可靠性降低），避免接地点的电弧持续。分析优点：1、不外加设备即可消弧2、降低电网对地绝缘，节省造价缺点：1、供电可靠性降低改进：装自动重合闸装置、加备用电源2、电流很大且单相磁场对弱电干扰改进：中性点经电抗器接地、仅部分中性点接地3、不产生过电压，设备绝缘水平低20％，造价低。结论返回中性点经小阻抗(小电阻或电抗器)接地着眼点是为了增大零序电抗，以限制单相短路电流四中性点不同接地方式的比较和应用范围1、供电可靠性经消弧线圈接地不接地直接接地2、过电压与绝缘水平大接地→相电压小接地→线电压3、继电保护大接地→灵敏、可靠小接地→不灵敏4、对通信的干扰大接地→电流大、干扰大小接地→电流小，干扰小5、系统稳定性1中性点不同接地方式的比较小接地系统优先小接地系统优先小接地系统优先大接地系统优先大接地系统优先110kv及以上——直接接地20~60kvI10A——中性点不接地I10A——中性点经消弧线圈接地10kvI20A——中性点不接地I20A——中性点经消弧线圈接地3~6kvI30A——中性点不接地I30A——中性点经消弧线圈接地1kv及以下——直接接地2中性点运行方式的应用范围返回•1．消弧线圈的补偿运行方式有三种：__________运行方式和__________方式和__________方式，一般应采用__________运行方式。•2.在35KV系统中，电容电流大于____A，在10KV系统中，电容电流大于______A，应采用中性点_______