电力工程1

电力工程基础张晓英一、关于电力工程基础1.设置背景2.本课程特点、前修课程、后续课程特点：前修课程：电路理论、电机学后续课程：电力系统自动化3.学习方式、要求4.考核方式：笔试（闭卷，80％），平时（20％）二、教学内容及学时安排第一章绪论（2-3学时）电力系统基本概念、电能质量指标、电压等级、电力负荷的等级与分类、电能生产过程、电力系统发展概况等第二章电力系统稳态运行分析与计算（8学时）元件一相等值电路的概念、架空输电线路的正序参数及等值电路、变压器的正序参数及等值电路、电力网的潮流计算和电能损耗计算第三章电力系统的短路电流计算（12学时）短路故障、无限大功率电源供电网络的三相短路、网络简化与转移电抗的计算、有限容量系统供电网络三相短路电流的实用计算、各序网络的建立、不对称短路的计算第四章发电厂及变电站的一次系统（6学时）一次设备、主接线、配电装置第五章电气设备的选择（4学时）电气设备选择的条件、高压断路器、隔离开关、电抗器、母线选择第六章继电保护（10学时）基础知识、线路的电流保护、电网的距离保护、变压器继电保护第七章过电压及接地（4学时）雷电过电压及防雷、操作过电压、电力系统接地三、参考书目1、吴希再等《电力工程》华中科技大学出版社2、何仰赞等.《电力系统分析》.华中科技3、张炜.《电力系统分析》.水利水电出版社4、牟道槐.《发电厂变电站电气部分》.重庆大学出版社5、王安定.《电力系统继电保护原理》.西安交通大学出版社6、徐政.《电力系统分析学习指导》.机械工业出版社第一章绪论§1-1电力系统基本概念一、什么是电力系统？水库G~M~M~电力网电力系统动力系统发电厂水轮机发电机变电所升压变压器输电线路变电所降压变压器用户用电设备第一章绪论§1-1电力系统基本概念电力网：由变电所和不同电压等级输电线路组成的网络。电力系统：由发电机、变压器、输电线路以及用电设备（或发电厂、变电所、输配电线路以及用户），按照一定的经济和技术要求组成的统一整体。发电厂：生成电能变电所：变换和分配电能输配电线路：输送电能用户：消费电能动力系统：在电力系统的基础上，把发电厂的动力部分（例如火力发电厂的锅炉、汽轮机和水力发电厂的水库、水轮机以及核动力发电厂的反应堆等）包含在内的系统。第一章绪论§1-1电力系统基本概念超高压远距离输电网地方电力网区域电力网110kV~35kV~35kV500kV220kV110kV10kV水力发电厂火力发电厂变电所A：枢纽变电所C：地方变电所D：终端变电所B：中间第一章绪论§1-1电力系统基本概念电力网：按电压等级的高低、供电范围的大小的分类地方电力网：电压等级在35kV及以下，供电半径在20~50km以内区域电力网：电压等级在35kV以上（一般为110kV~220kV），供电半径超过50km，联系较多发电厂的网络超高压远距离输电网：电压等级为330kV~500kV的网络，其主要任务是把远处发电厂生产的电能输送到负荷中心，同时还联系若干区域电力网形成跨省、跨地区的大型电力系统变电所：按其在电力系统中的地位分类枢纽变电所：中间变电所：地区变电所：终端变电所：第一章绪论§1-1电力系统基本概念二、电力系统的特点电能不易存储：电能的生产、变换、输送、分配和使用是同时进行的。P发P用＋P频率fQ发Q用＋Q电压V过渡过程十分短暂：控制操作自动化程度高。必须借助自动装置对电力系统进行控制：第一章绪论§1-1电力系统基本概念结构复杂、地区性特点强：各个电力系统的电源结构与资源分布情况和特点有关，而负荷结构却与工业布局、城市规划、电气化水平等有关，至于输电线路的电压等级、线路配置等则与电源与负荷间的距离、负荷的集中程度等有关，因而各个电力系统的组成也不尽相同。电能生产与国民经济各部门和人民生活有着极为密切的关系：社会政治经济影响巨大。第一章绪论§1-1电力系统基本概念三、对电力系统的要求保证供电可靠：保证一定的备用、加强监控等保证良好的电能质量：指标有电压、频率和波形提高电力系统运行经济性：费用低四、电力负荷（定义、分类、负荷曲线）（见书6-9页）第一章绪论§1-1电力系统基本概念五、各类发电厂1.火力发电厂将煤、油、天然气或其它燃料的化学能转换成电能的工厂。（1）.分类：按容量大小：大型电厂、中型电厂、小型电厂按燃料种类：燃煤、燃油、燃气按原动机：蒸汽轮机、燃气轮机按输出能量：凝汽式电厂和热电联产电厂（2）.能量转换过程：燃料的化学能热能机械能电能（3）.火电厂的组成火电厂由三大主机（锅炉，汽轮机，发电机）及其辅助设备组成。第一章绪论§1-2电能的质量指标电能的质量指标主要包括：电压、频率、波形电压：必要性：14012010080608090100110120寿命光通量发光效率电流电压/%寿命光通量发光效率电流/%14012010080608090100110120电压/%效率cos电流/%电流效率cos图1-3照明负荷（白炽灯）的电压特性图1-4异步电动机的电压特性（图中的100%表示额定值）（图中的100%表示额定值）第一章绪论§1-2电能的质量指标电压质量标准：名称允许限值说明供电电压允许偏差35kV及以上为正负偏差绝对值之和不超过10%；10kV及以下三相供电为7%；220V单相供电为+7%，-10%衡量点为供用电产权分界处或电能计量点电压允许波动和闪变1．电压波动：10kV及以下2.5%;35kV~110kV为2%；220kV及以上1.6%2．闪变V10：对照明要求较高,0.4%(推荐值);一般照明负荷,0.6%(推荐值)衡量点为电网公共连接点(PCC)，取实测95%概率值；给出闪变电压限值和频度的关系曲线，可以根据电压波动曲线查得允许值，并给出算例；对测量方法和测量仪器作出基本规定三相供电电压允许不平衡度正常允许2%，短时不超过4%；每个用户一般不得超过1.3%各级电压要求一样；衡量点为PCC，取实测95%概率值或日累计超标不超过72min，且每30min中超标不超过5min；对测量方法和测量仪器作出规定；提供不平衡度算法第一章绪论§1-2电能的质量指标频率：额定频率：50Hz（国外：50或60Hz）频率偏差：±0.2Hz（≥3000MW系统）±0.5Hz（＜3000MW系统）国外：±(0.1~0.2)Hz或±0.5Hz电钟时偏：±30s（≥3000MW系统）±1min（＜3000MW系统）波形：质量标准：正弦波电压和电流谐波的危害与抑制：第一章绪论§1-3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。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。第一章绪论§1-3电力系统的电压等级二、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。第一章绪论§1-3电力系统的电压等级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%Ue第一章绪论§1-3电力系统的电压等级3.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第一章绪论§1-4电力工业发展概况及前景一、电力工业发展概况电力工业发展史上的第一：火电：1882年上海杨树浦.；水电：1912年云南石龙坝240kW；核电：1991年浙江秦山300MW；输电线路：1974年甘肃刘家峡水电站陕西关中地区330kV交流，1981年河南姚孟火电厂到武汉500kV交流，1988年葛州坝水电站到上海南桥变电站±500kV直流。电力系统之最：类别中国世界火电单机（MW）600（900）1300水电单机（MW）700～800700～800交流输电线路（kV）500＞1000直流输电线路（kV）±500±750第一章绪论§1-4电力工业发展概况及前景我国电力系统的发展：年份装机容量（万kW）年发电量（亿kWh）1949184.8643.119871000049601995210001000020003000013000200135300（2003.2.18）14780年人均电量：我国：1000kW.h中等发达国家：7000kW.h北欧、美国：18000kW.h