(完整版)电力系统基础知识

第一章电力系统基本知识本章要点•重点：电力系统组成及分类；.变配电一次设备及电气主接线；衡量电能质量的基本参数；短路及其危害，限制短路的措施；中性点的运行方式。•难点：中性点的运行方式，限制短路的方法。内容纲要•第一节电力系统的组成及特点•第二节发电厂的类型和变电所的类型•第三节电力负荷•第四节变、配电所•第五节电力系统短路•第六节电力系统中性点接地方式第一节电力系统的组成及特点见习一个电力系统变电站大型工厂商店学校小型电能用户输电线厂水力发电变电站小型配电站配电站住宅乡村第一节电力系统组成及特点简单电力系统电能的输送和分配发电厂主传输线500kV升压降压电压分配10kV降压变电站三相单相单相第一节电力系统组成及特点MMMM锅炉水库锅炉锅炉动力系统电力系统电力网图1-1动力系统、电力系统及电力网示意图热力网0.38/0.22kV0.38/0.22kV6kV10kV110kV110kV220kV110kV110kV220kV35kV35kV一、电力系统的组成第一节电力系统组成及特点名词解释•发电厂：将一次能源转换成电能的场所。有火力、水力、核能发电厂等•变电所：接受电能、变换电压和分配电能的场所。•配电所：仅用于接受和分配电能的场所。•换流站：交、直流相互转换的场所。•电力线路：将发电厂、变电所和电能用户连接起来，完成输送电能和分配电能的任务•电能用户：所有消耗电能的用电设备或用电单位。第一节电力系统组成及特点三大系统的联系与区别电力系统：由发电厂、变电所、输配电线路及用户等所组成的统一整体。动力系统：电力系统+原动力部分（如水库、水轮机、锅炉、核反应堆、汽轮机等）。电力网：变电所、输电线路。第一节电力系统组成及特点工厂供电简单电力系统第一节电力系统组成及特点工厂供配电系统由总降变电所、高压配电所、配电线路、车间变电所和用电设备组成。第一节电力系统组成及特点•总降压变电所：将35-110KV的外部供电电源降到6-10KV给高压配电所、车间变电所、高压用电设备供电。一般大型企业都设之。•高压配电所：接受6-10KV电压，再分配。一般负荷分散、厂区大的大型企业需设置。•配电线路：分6-10KV厂内高压配电线路和380/220V厂内低压配电线路。•车间变电所：6-10KV降到380/220V，给用电设备供电。第一节电力系统组成及特点电力系统为什么要联网？MMMM锅炉水库锅炉锅炉动力系统电力系统电力网图1-1动力系统、电力系统及电力网示意图热力网0.38/0.22kV0.38/0.22kV6kV10kV110kV110kV220kV110kV110kV220kV35kV35kV第一节电力系统组成及特点大型电力系统的优点减少装机容量；有利于装设大机组；充分利用水力等一次动力资源；提高供电可靠性；提高电能质量；减少系统的峰谷差；提高运行的经济性。联网的缺点？第一节电力系统组成及特点国家电网区域电网（大区网）省级电网地方电网用户管理：MMMM锅炉水库锅炉锅炉动力系统电力系统电力网图1-1动力系统、电力系统及电力网示意图热力网0.38/0.22kV0.38/0.22kV6kV10kV110kV110kV220kV110kV110kV220kV35kV35kV电力系统管理第一节电力系统组成及特点二、电力系统的特点电能的生产输送及使用的连续性；与生产及人民生活的密切相关性；过渡过程的短暂性。第一节电力系统组成及特点三、对电力系统的基本要求对电力系统的基本要求：最大限度地满足用户的用电需要；安全可靠的供电；保证良好的电能质量；提高电力系统运行的经济性。第一节电力系统组成及特点2.保证良好的电能质量电能质量指标：电压质量、频率质量和波形质量、三相不平衡度，等。电压偏移：1）35kV及以上电压供电的，电压正、负偏差的绝对值之和不超过额定值的10%；2)10KV及以下三相供电的，允许偏差为额定值的±7%；3）220V单相供电的，允许偏差为额定值的+7%，-10%。相应规程规定的第一节电力系统组成及特点2.保证良好的电能质量频率偏移：一般不超过±0.2~0.5Hz。电压总谐波畸变率：见GB/T14549-1993,不在此赘述。300万KW为分界线；容量越大，允许偏差越小三相电压不平衡度：1)正常允许2%，短时不超过4%；2）接于公共连接点的每个用户一般不得超过1.3%第一节电力系统组成及特点3.提高系统运行的经济性电力系统的经济指标一般是指火电厂的煤耗以及电厂的厂用电率和电力网的网损率等。第一节电力系统组成及特点第二节发电厂的类型和变电所的类型返回下一页上一页下一节1.火力发电（thermalpowergeneration）能量转换过程:化学能→热能→机械能→电能一、发电厂的类型～1234567蒸汽动力发电厂原理图1－锅炉；2－汽轮机；3－发电机；4－凝汽器；5－凝结水泵；6－回热加热器；7－给水泵第二节发电厂的类型和变电所的类型蒸汽管道汽轮机储煤场烟囱输煤皮带升压站锅炉江河或水库冷凝器发电机冷却水火电厂生产系统包括：制粉系统、供气系统、给水系统、冷却系统锅炉、汽轮机和发电机是火力发电厂的三大核心设备。第二节发电厂的类型和变电所的类型图1-2火力发电厂生产过程示意图火电厂生产系统包括：制粉系统供气系统给水系统冷却系统锅炉、汽轮机和发电机是火力发电厂的三大核心设备。第二节发电厂的类型和变电所的类型2.水力发电（waterpowergeneration）水电厂按照取水的方式可分为坝式水电厂、引水式水电厂、混合式水电厂和抽水蓄能电厂等。能量转换过程：水能→机械能→电能第二节发电厂的类型和变电所的类型第二节发电厂的类型和变电所的类型河床式水电站示意图第二节发电厂的类型和变电所的类型引水式水电站示意图特点：有引水明渠或隧道。第二节发电厂的类型和变电所的类型抽水蓄能式水电站作用：用作削峰填谷电源，具有调频、调相、负荷备用、事故备用的功能。第二节发电厂的类型和变电所的类型3.核电厂（waterpowergeneration）核电厂根据原子反应堆型式不同可分为几种类型，目前使用较为广泛的是轻水堆型，包括沸水堆和压水堆型。能量转换过程:原子能→热能→机械能→电能第二节发电厂的类型和变电所的类型热交换器反应堆核心控制棒将热量带出反应堆的冷却剂汽轮发电机组冷凝器电能冷却塔排出的余热第二节发电厂的类型和变电所的类型压水堆核电厂发电方式示意图第二节发电厂的类型和变电所的类型4.风力发电（windpowergeneration)风力发电机示意图能量转换过程：风能→机械能→电能第二节发电厂的类型和变电所的类型独立运行的风力发电系统控制器逆变器交流负载直流负载蓄电池组耗能负载风力发电机组交流负载为什么不直接接发电机？第二节发电厂的类型和变电所的类型太阳能电池发电系统控制器逆变器交流负载直流负载蓄电池组太阳电池方阵5.太阳能发电（solarpowergeneration)能解释本图的原理吗？能量转换：太阳辐射的热能→电能利用太阳热能直接发电第二节发电厂的类型和变电所的类型典型太阳能热发电系统原理图G太阳锅炉蓄热器锅炉汽轮发电机组凝汽器给水泵凝结水泵能量转换：太阳辐射的热能→介质热能→机械能→电能利用太阳热能间接发电常规燃料锅炉（辅助能源系统）第二节发电厂的类型和变电所的类型塔式太阳能发电系统原理图1－定日镜；2－接收器；3－塔；4－热盐槽；5－冷盐槽6－蒸汽发生器；7－汽轮发电机组；8－凝汽器载热工质为熔盐双工质系统载热工质为蒸汽第二节发电厂的类型和变电所的类型枢纽变电所终端变电所地区变电所中间变电所火电厂水电厂500kV220kV110kV10kV110kV35kV35kV220kV图1-4发电厂及变电所类型二、变电所的类型第二节发电厂的类型和变电所的类型1.枢纽变电所---汇集多个大型发电厂电能各再分配的重要任务。高压侧一般为330～1000KV，且有大量110～220KV出线。2.中间变电所---作为长距离输电线路的分段，起“承上启下”作用。3.地区变电所---以对地区或城市供电为主。高压侧一般为110～220KV。4.终端变电所---电网末端变电所，接近负荷点。高压侧一般为35～110KV，经降压后直接向用户变、配电所供电。第二节发电厂的类型和变电所的类型5.工厂供配电系统－－由总降变电所、高压配电所、配电线路、车间变电所和用电设备组成。第二节发电厂的类型和变电所的类型第三节电力负荷一、电力负荷：使用电能的单位称为电力用户。用电的类型主要有工业用电、农业用电与生活用电等。电力用户用电设备所消耗的功率称为负荷。电力用户的负荷按其对供电可靠性的要求可分为三级：一级负荷（也称一类负荷，对应一类用户）；二级负荷（也称二类负荷，对应二类用户）；三级负荷（也称三类负荷，对应三类用户）I类厂用负荷：划分：凡是属于短时（手动切换恢复供电所需要的时间）停电会造成：①主辅设备损坏；②危及人身安全；③主机停运；④发电量大量下降，情况之一的厂用负荷。供电要求：①设有两套设备互为备用，分别接到有两个独立电源的母线上，（当一个电源断电后，另一个电源就立即自动投入；电机可靠自启动）；②一套设备，两个独立电源，电源可自动投入第三节电力负荷Ⅱ类厂用负荷：划分：允许短时停电（几秒至几分钟），恢复供电后，不致造成生产紊乱的厂用负荷。供电要求：①一般它们均应由两段母线供电，并可采用手动切换；②两个独立电源，手动或自动切换Ⅲ类厂用负荷：⑴划分：较长时间停电，不会直接影响生产，仅造成生产上不方便的厂用负荷。⑵供电要求：通常它们由一个电源供电，但在大型发电厂，也常采用两路电源供电。第三节电力负荷有功功率(无功功率)日负荷曲线：表明系统有功功率或无功功率负荷在一天24小时的变化规律。二、负荷曲线及其用途电力负荷曲线：指某一段时间内负荷随时间变化的规律的曲线。用途：制定各发电厂发电负荷计划及系统调度运行的依据。注意：无功功率与有功功率最大负荷不一定同时出现。第三节电力负荷电力系统的日负荷曲线（a）有功功率负荷；（b）无功功率负荷100200300400500600700800900…04812162024t(h)P（MW)（a）24t(h)100200300400500600700800900…048121620Q(MVAR)（b）日最大负荷（尖峰负荷）日最小负荷（低谷负荷）基荷第三节电力负荷有功功率年最大负荷曲线：表示一年内每月最大有功功率负荷变化的曲线。用途：作为扩建发电机组，新建电厂以及安排全年发电设备检修计划的依据。0612（月）P(MW)装机容量新装机检修设备容量图1-12有功功率年最大负荷曲线第三节电力负荷年持续负荷曲线：由一年中系统负荷按其数值大小及持续时间顺序由大到小排列面成的曲线。用途：可靠性估算和电网规划与运行的能量损耗计算。Pt(h)8760Tmaxt1t2t3P1P2P3abcdefgi年持续负荷曲线Pmax注意正确理解第三节电力负荷根据年持续负荷曲线，计算系统负荷全年消耗电量A87600PdtAmaxmaxmax87600PPdtPAT最大负荷小时数Tmax其中Pmax为最大负荷Pt(h)8760Tmaxt1t2t3P1P2P3abcdefgi年持续负荷曲线Pmax重要概念！第三节电力负荷第四节变、配电所一．变、配电所常用的一次设备（1）概念:直接参与生产、转换、输送和分配电能的电气设备称为一次设备（2）分类:1）能量转换设备:发电机、变压器、电动机2）开关设备：用于电路的接通和开断。断路器、熔断器、负荷开关、隔离开关3）载流导体：母线、裸导线和电缆等4）绝缘设备：支持和固定裸载流导体，使之与地或装置中不同电位的载流导体绝缘。支柱式、套管式、盘形悬式。5）互感器:获得系统或设备运行信息的设备。电压互感器和电流互感等6）防过压设备：避雷线、避雷针、避雷器7）接地装置：电力系统中性点工作接地或保护接地。8）限流设备：限制短路电流。普通电抗器、分裂电抗器等9）补偿及补偿设备：补偿系统的无功功率。调相机、电力电容器、消弧线圈、并联电抗器第四节变、配电所二．二次设备对电气一次设备及系统的工