第1章 电力系统的基本概念

第1章电力系统的基本概念本章提示1.1电力系统的组成和特点1.2电力系统的电压等级降规定1.3电力系统的接线方式1.4电力线路的结构小结本章提示电力系统、动力系统、电力网的基本概念；发电机、变压器额定电压的确定；架空线路的结构，架空线路导线型号的表示法。1.1电力系统的组成和特点1.1.1电力系统的组成1.1.2电力系统运行应满足的基本要求能源的分类：一次能源:自然界存在的能源如:炭、石油、天然气、水力等1.1电力系统的组成和特点二次能源：由一次能源转换而成如：电能1.1电力系统的组成和特点能源的转换与传输：发电厂：把其他形式的能量转换成电能变压器：改变电压等级输电线路：输送电能用电设备：把电能转换成适合用户需要的其他形式的能量基本概念：1、电力系统2、电力网3、动力系统1.1.1电力系统的组成电力网电力系统动力系统动力部分负荷发电机1.1.1电力系统的组成图1.1动力系统、电力系统和电力网的示意图电力系统：把这些生产、输送、分配和消费电能的各种电气设备连接在一起而组成的整体称为电力系统，它包括从发电、变电、输电、配电直到用电这样一个全过程。动力系统:电力系统加上发电厂的动力部分，就称为动力系统。1.1.1电力系统的组成火电厂的动力部分包括汽轮机、锅炉、供热管道和热用户，水电厂的动力部分包括水库和水轮机，核电厂的动力部分包括反应堆和汽轮机。电力网：电力系统中输送和分配电能的部分称为电力网，它包括升、降压变压器和各种电压的输电线路。可见，电力系统是动力系统的一部分，电力网又是电力系统的一部分。1、电力系统的特点（1）电能与国民经济各部门及人民日常生活关系密切1.1.2电力系统运行应满足的基本要求（2）电能不能大量储存（3）电力系统暂态过程非常短暂2、电力系统运行的基本要求（1）保证安全可靠的供电1.1.2电力系统运行应满足的基本要求（2）保证良好的电能质量（3）保证电力系统运行的经济性(4)环保（1）保证安全可靠的供电第一级负荷：对这一级负荷中断供电将会造成人身事故、设备损坏、大量废品，导致生产秩序长期不能恢复，市政生活混乱。1.1.2电力系统运行应满足的基本要求第二级负荷：对这一级负荷中断供电将造成大量减产，影响人民生活。第三级负荷：不属于第一、第二级，停电影响不大的其他负荷。（2）保证良好的电能质量1）频率fN=50±0.2Hz1.1.2电力系统运行应满足的基本要求2)电压偏移不超过0.1UN3）波形1）煤耗：发电厂生产1KWh电能所消耗的标准煤量。(3)保证电力系统运行的经济性1.1.2电力系统运行应满足的基本要求2）网损率：电力网中损耗的电量占向电力网供电量的百分比。3）厂用电率：发电厂自用电量占发电量的百分比。1.2.1电力系统的额定电压1.2电力系统的电压等级和规定1.2.2电力网电压等级的选择1、电力系统的额定电压1.2.1电力系统的额定电压2、电力网电压等级的选择1、网络额定电压电力线路的额定电压和用电设备的额定电压相等，这一电压即称为电网的额定电压。我国的网络额定电压有：3KV、6KV、10KV、35KV、60KV、110KV、220KV、330KV、500KV1.2.1电力系统的额定电压2、发电机的额定电压发电机的额定电压比电网的额定电压高5%。UN1.05UN1.0UN1.05UN0.95UN1.2.1电力系统的额定电压变压器的额定电压一次绕组：1.0UN变压器一次绕组直接与发电机联接时，1.05UN1.2.1电力系统的额定电压二次绕组：1.1UN内阻抗小于7.5％的小型变压器和供电距离很短的变压器，1.05UN例题1.1电力系统接线图如图1.2所示，图中标明了各级电力线路的额定电压。试求发电机和变压器绕组的额定电压。图1.2例1.1的附图解：发电机G的额定电压为10.5KV。变压器T1:低压侧额定电压为10.5KV,高压侧额定电压为242KV；变压器T2:高压侧额定电压为220KV，中压侧额定电压为121KV，低压侧额定电压为38.5KV；变压器T3:高压侧额定电压为110KV,低压侧额定电压为11KV；变压器T4:高压侧额定电压为35KV，低压侧额定电压为6.6KV；变压器T5:高压侧额定电压为10.5KV,低压侧额定电压为3.15KV。1.2.1电力系统的额定电压讨论：前提：输电距离L一定输送功率P一定P+jQL1.2.2电力网电压等级的选择电压等级高优点：因为所以，导线截面小，节省有色金属缺点：绝缘要求高，网络投资增加cosUIPIURIP21.2.2电力网电压等级的选择额定电压（KV）输送容量（MW）输送距离（Km）适用地区0.380.1以下0.6以下低压动力与三相照明30.1～1.01～3高压电动机60.1～1.24～15发电机电压、高压电动机100.2～2.06～20配电线路、高压电机352.0～1020～50县级输电网、用户配电网11010～5050～150地区级输电网、用户配电网220100～500100～300省、区级输电网330200～1000200～600省、区级输电网、联合系统输电网5001000～1500150～850省、区级输电网、联合系统输电网7502000～2500500以上联合系统输电网1.2.2电力网电压等级的选择表1.2各级电压架空线路与输送容量、输送距离的关系1.3电力系统的接线方式1.3.1电力系统接线图1.3.2电力系统的接线方式1、电力系统电气结线图图中较详地表示出电力系统各主要元件之间的电气联系，但不能反映各发电厂、变电所的相对地理位置。1.3.1电力系统接线图2、电力系统地理结线图图中各发电厂、变电所相对地理位置和线路路径都按一定比例画出，但各主要元件较详细的电气联系却难以表示。1.3.1电力系统接线图1、按供电可靠性分类1.3.2电力系统的接线方式（1）无备用结线任何一个变电站（用户）都只能从一条线路取得电能的电力网络。有单回路放射式、干线式、链式。无备用结线有备用结线优点：结线简单、投资少、运行维护方便；缺点：供电可靠性较低，当干线式、链式线路长时，末端电压可能偏低。单回路放射式单回路干线式单回路链式无备用结线1.3.2电力系统的接线方式（2）有备用结线任何一个变电站（用户）可以从两条及两条以上的线路取得电能的电力网络。有:双回路放射式、干线式、链式，环形供电网络，和两端供电网络。1.3.2电力系统的接线方式1）双回路放射式、干线式、链式优点：结线简单，运行方便，供电可靠性和电压,质量高。缺点：设备投资大。双回路放射式双回路干线式双回路链式1.3.2电力系统的接线方式2）环形供电网优点：供电可靠性高，投资少。缺点：运行调度复杂；开环运行时，某些线路可能过负荷、某些负荷点电压质量不能满足要求。环形供电网1.3.2电力系统的接线方式3）两端供电网优点：供电可靠性高，投资少。缺点：运行调度复杂。1.3.2电力系统的接线方式2、按负荷取得电能的方向分类（1）开式网络凡变电站（用户）只能从一个方向取得电能的网络，叫做开式网络。有单、双回路放射式、干线式和链式。1.3.2电力系统的接线方式（2）闭式网络凡变电站（用户）可以从两个或两个以上的方向取得电能的网络，叫做闭式网络。有环形网络、两端供电网络。对电力网络接线方式的选择，要考虑以下几个方面：（1）必须保证用户供电的可靠性；1.3.2电力系统的接线方式（2）必须能灵活的适应各种可能的运行方式；（3）应力求节约设备材料，减少投资与运行费用；（4）应保证在各种运行方式下运行人员能安全的操作。1.4电力线路的结构1.4.1架空线路的结构1.4.2电缆线路的结构1.4.1架空线路的结构架空线路由导线、避雷线（又称架空地线）、杆塔、绝缘子和金具等元件组成如图1.6所示。图1.6架空线路1、导线（1）作用：传导电流，输送电能1.4.1架空线路的结构（2）常用材料：铜、铝、钢、铝合金（3）结构：单股导线、单金属多股绞线、钢芯铝绞线、扩径导线、空心导线、分裂导线（4）型号:LJ—35铝绞线LGJ—185钢芯铝绞线LGJQ—300轻型钢芯铝绞线LGJJ—400加强型钢芯铝绞线钢芯铝绞线广泛用于35KV及以上电压线路为防止电晕和减小线路感抗，220KV以上线路常采用扩:径导线、空心导线、分裂导线1.4.1架空线路的结构图1.7导线的断面图2、避雷线（1）作用保护导线不受直接雷击（2）结构架设在杆塔顶部常采用钢绞线、铝包钢线1.4.1架空线路的结构3、杆塔（1）作用支持导线和避雷线，并使之保持一定的安全距离1.4.1架空线路的结构（2）分类1）按所用材料分类木杆、铁塔、钢筋混凝土杆2）按用途分类直线杆塔、耐张杆塔、转角杆塔、终端杆塔、换位杆塔图1.8架空线路的一个耐张段1.4.1架空线路的结构4、绝缘子（2）分类针式绝缘子悬式绝缘子瓷横担等1.4.1架空线路的结构（1）作用使导线与杆塔间保持绝缘针式绝缘子用于电压不超过35KV线路上1.4.1架空线路的结构图1.10绝缘子悬式绝缘子用于电压为35KV及以上线路上瓷横担用于35KV及以下线路上5、金具（1）作用起悬挂、耐张、固定、防震、连接等作用1.4.1架空线路的结构（2）分类悬垂线夹、耐张线夹、接续金具、防震金具1、导体2、绝缘层3、包护层1.4.2电缆线路的结构图1.11常用电缆的构造1、导体铝或铜的单股或多股线，通常用多股线根据电缆中导体数目的不同，可分为单心、三心、四心电缆1.4.2电缆线路的结构•图1.11常用电缆的构造2、绝缘层作用：用来使导体间及导体与保护包层间相互绝缘1.4.2电缆线路的结构3、包护层内包护：保护绝缘不受损伤，防止绝缘油外溢和水分侵入1.4.2电缆线路的结构外包护：防止外界的机械损伤和化学腐蚀小结电力系统是发、送、变、配、用电各个环节的各种电气设备组成的整体。电力系统中输送和分配电能的部分叫做电力网。为了使电力设备生产实现标准化和系列化，方便运行、维修，各种电力设备都规定有额定电压，当电力设备在额定电压下运行时，其技术性能和经济效益最好。