电力系统分析电子教案

一、重点与难点：重点：1）介绍电能变换和电源构成。2）介绍新能源技术及我国电网的发展蓝图。3）理解同一标称电压下，不同电气设备的额定电压有可能不同。4）熟悉中性点接地方式及运行特点。难点：1）小电流接地系统的特点与运行。二、习题：习题集1-1、1-2课时单元：1（一）、教学内容1－1电力工业概况1831年法拉第电磁感应定律，为发电机的发明创造了前提条件。1875年法国巴黎火车站1879年第一座试验电厂1882年爱迪生小型电力系统pearlstreet有6台直流发电机，59个用户，电压等级kV110。1884年，出现变压器1889年波特兰1897年犹他州交流最高电压等级kV1050，出现在前苏联和巴西，直流最高等级为500kV，电网规模不断扩大，如美加同一电网。描述电网的主要参数：1．总装机容量。电力系统的总装机容量指该系统中实际安装的发电机组额定有功功率的总和，以千瓦)kW(、兆瓦)MW(、吉瓦)W(G计。2．年发电量。指该系统所有发电机组全年实际发出电能的总和，以兆瓦时（hMW）、吉瓦时（hGW）太瓦时（hTW）计。3．最大负荷。指规定时间，如一天、一月或一年内，电力系统总有功功率负荷的最大值，以千瓦)kW(、兆瓦)MW(、吉瓦)GW(计。4．额定频率。按国家标准规定，我国所有交流电力系统的额定频率均为Hz50。5．最高电压等级。同一电力系统中电力线路往往有几种不同电压等级。所谓最高电压等级，是指该系统中最高电压等级电力线路的额定电压，以千伏)kV(计。6．地理接线图。电力系统的地理接线图主要显示该系统中发电厂、变电所的地理位置，电力线路的路径，以及它们相互间的连接。7．电气接线图。电力系统的电气接线图主要显示该系统中发电机、变压器、母线、断路器、电力线路之间的电气接线。1－2我国电力工业和电力系统简介一、基本发展史1882年，英国人在中国成立了上海电气公司。1911年，杨树浦发电厂动工，1913年开始发电，到1924年，共有12台发电机，装机MW121。1949年以前，有kV220，kV154等电压等级。1981年，建成平顶山－武汉，我国第一条kV500交流输电线路。1989年，建成第一条500kV高压直流输电线路，葛洲坝－上海。二、我国主要电力系统简介至今，已建成的跨省电力系统有五个，即华东系统、东北系统、华中系统、华北系统和西北系统。另外，还有南方电网、川渝电网、山东电网、福建电网、海南电网、西藏电网、新疆电网和台湾电网。1－3电力系统的基本特点要求一、电力系统特点1．电能不能大量存储。发电、变电、输电和用电同时进行。2．电力系统暂态过程非常短。3．电力系统的发展和国民经济的发展密切相关。4．电力系统电能质量要求高，对电压、频率、波形都有严格的国家标准。二、对电力系统运行的基本要求1．保证可靠持续运行的基本要求。2．保证良好的电能质量。3．保证系统运行的经济性。综上所述，对电力系统运行的基本要求就是向用户提供优质、可靠、经济的电能。1．习题集1-1课时单元：2（一）、教学内容1－4电力系统的接线方式一、电力系统的接线形式1．无备用接线方式：负荷只能从一个电源获得电能―开式接线，主要优点在于简单、经济、运行方便，主要缺点是供电可靠性差。2．有备用接线方式：负荷可以从两个或两个以上电源获得电能―闭式接线。有两端供电、环式、链式等。优点在于供电可靠性和电压质量高，缺点是不够经济。二、电压等级1．我国规定的额定电压等级有(单位：KV)用电设备交流发电机线电压变压器一次绕组变压器二次绕组3610--351102203305003.156.310.515.753及3.156及6.310及10.515.75351102203305003.15及3.36.3及6.610.5及11.0--38.5121242363550额定电压的确定1）输电线路的额定电压等于我国规定的额定电压等级。2）发电机的额定电压比用电设备的额定电压高5%。3）变压器一次绕组额定电压等于用电设备的额定电压,二次绕组额定电压高于用电设备的额定电压的10%倍。特殊：与发电机直接相连的升压变压器一次绕组电压与发电机相等；直接与用电设备相连的变压器二次绕组电压比用电设备的额定电压高5%。原因：1）输电线路有10%的电压降落。发电机、变压器有5%的电压降落。2）用电设备的电压偏移要求不超过±5%。例：标出图中各设备的额定电压？（注：图中所注电压是线路的额定电压）2．不同电压等级的适用范围根据S=UI，输送一定功率时，电压高，电流小，材料投资少，绝缘投资大；电压低，电流大，绝缘投资少，材料投资大。所以，输送一定的功率有一个合适的电压。低压网：1KV以下；中压网：1KV～10KV；高压网：35KV～330KV；超高压网：三.电力系统中性点运行方式1）小电流接地系统中性点不接地系统，如果发生单相接地故障，非故障相电压升高至原来的3倍，对绝缘要求高（不适应电压等级高的系统，适用于kV110以下系统）。2）大电流系统中性点接地：kV110及以上系统1－5电力系统发展的主要趋势1．高参数：高温、高压、超临界、单机容量2．大容量远距离高压输电、大系统互联3．高度自动化4．电力市场化5.分布式发电1－6电力学科范畴及本课程主要内容一、日有功负荷曲线负荷低谷；尖峰负荷；最大负荷maxP，最小负荷maxP；基本负荷的概念。二、年最大负荷曲线它反映从年初到年终整个一年内的逐月(或逐日)综合最大负荷的变化规律。三、年持续负荷曲线年持续负荷曲线是根据全年的负荷变化按照其大小及在一年中累计的持续运行时间排列组成的，电能W：87600PdtW年最大负荷利用小时数：max87600maxmaxPPdtPWTmaxT的物理意义为：当用户始终保持最大负荷maxP运行时，经过maxTh所消耗的电能恰好等于其全年的实际总耗电量。可以按式maxTWmaxP近似地求出该负荷全年使用的电能。这种方法在电网计算时是常用的。根据需要，有时还需要制定日无功负荷曲线、日电压变化曲线、月最大负荷曲线等。七、习题：习题集2-1-1、2-1-2、2-1-6、2-2-1、2-2-2、2-2-3、2-2-4、2-2-5、2-3-1、2-3-2、2-4-1、2-4-3课时单元：4（一）、教学内容2－3电力线路的参数和数学模型一、电力线路的结构电力线路按结构可分为架空线路和电缆线路。架空线路是由导线、避雷线、杆塔、绝缘子和金具构成。它们的作用。1．导线和避雷线导线和避雷线除了要求有良好的导电性能外，还必须具有较高的机械强度和耐化学腐蚀的能力。目前常用的导线材料有铝、铜、钢、铝合金。广泛采用钢芯铝绞线LGJ.。为了减小电晕损耗或线路电抗，对电压在220kV以上的输电线还常常采用分裂导线或扩径导线。2．杆塔按受力的特点分为直线杆塔、耐张杆塔、转角杆塔和直线转角杆塔、终端杆塔、换位杆塔及跨越杆塔等；架空线路的三相导线的换位.3．绝缘子绝缘子是用来支持和悬挂导线并使之与杆塔绝缘的。架空线路上所用的绝缘子主要有针式和悬式两种，在个别情况下也有用瓷横担绝缘子等型式。4．金具架空线路的金具有悬垂线夹、耐张线夹、接续金具、联结金具、保护金具等几大类。二、电缆的结构电缆线路的造价比架空线路要高，电压愈高，两者的差价也愈大。另外，电缆线路的故障点的确定和检修比架空线路要复杂得多。优点，如不需要在地面上架设杆塔，节省土地占用面积；供电可靠，极少受外力破坏和气象条件的影响；对人身较安全等。1．电缆的构造电缆的构造一般包括导体、绝缘层和保护包皮三部分。二、电力线路的阻抗1．电阻直流电路中导体的电阻可按下式计算：lSR修正以后的电阻率，应考虑到下面三个因素：(1)绞线中线股的实际长度要比导线的长度长2％-3％。(2)导线和电缆的实际截面比额定截面要小。（3）集肤效应。电阻一般查表。20120tarrt(2-3)2．线路的电抗41102lg6.42rmrDfx其中3cabcabmDDDDmD为三相导线的几何平均距离，简称几何均距(cm或mm)，如将f=50，1r代人，可得：0157.0lg1445.01rDxm分裂导线减小了每相导线的电抗。nrDxm0157.0lg1445.01(2-7)双回输电线路的总电抗为单回线并联。3．线路的电导由沿绝缘子的泄漏电流和电晕现象决定。电晕现象，电晕的危害。线路的电导32110UPgg(2-10)4．线路的电纳61110lg58.72rDfCbm(2-12)（四）、作业：习题集2-1-1、2-1-2、2-1-6（一）、教学内容2－2变压器的参数和数学模型一、双绕组变压器的参数和数学模型1．电阻221000NNkTSUPR（注意单位的变换）2．电抗NNKKNNTSUUUIUX100%100%323．电导4．电纳20100%NNTUSIB主要介绍参数的推导过程。（四）、作业：习题集2-2-1、2-2-2课时单元：6（一）、教学内容二、三绕组变压器的参数和数学模型三绕组变压器三绕组的容量比有不同的组合，且各绕组在铁芯上的排列又有不同方式，所以存在一些归算问题。(一)容量比100/100/1001.电阻)(21)32()13()21(1kkkkPPPP)(21)13()32()21(2kkkkPPPP)(21)21()13()32(3kkkkPPPP201000NTUPG短路损耗1kP、2kP、3kP由铭牌给出则按与双绕组变压器相似的公式计算各绕组电阻22111000NNkTSUPR22221000NNkTSUPR22331000NNkTSUPR2．电抗由各绕组两两之间的短路电压Uk（1－2）％、Uk（2－3）％、Uk（3－1）％求出各绕组的短路电压%)%%(21%)32()13()21(1kkkkUUUU%)%%(21%)13()32()21(2kkkkUUUU%)%%(21%)21()13()32(3kkkkUUUU再按与双绕组相似的计算公式求各绕组的电抗22111000%NNkTSUUX22221000%NNkTSUUX22331000%NNkTSUUX导纳的计算与双绕组相同。（二）、容量比100/100/50Pk(1-3)=P’k(1-3)(IN/IN/2)2=4P’k(1-3)Pk(2-3)=P’k(2-3)(IN/IN/2)2=4P’k(2-3)有时，电压也未归算，则：Uk(1-3)%=U’k(1-3)%(IN/IN/2)=2U’k(1-3)%Uk(2-3)%=U’k(2-3)%(IN/IN/2)=2U’k(2-3)注意：1、有时厂家给出的数据是已经折算好的，不必再折算。2、新标准中厂家仅提供一个最大短路损耗Pkmax。22max%)100(2000NNkTSUPR%)100(%)50(2TTRR3、三绕组变压器按其三个绕组在铁芯上排列方式的不同，有两种不同的结构，即升压结构和降压结构。三、自耦变压器的参数和数学模型就端点而言，自耦变压器完全等同于普通变压器（画图），而自耦变压器的实验也和普通变压器相同，故自耦变压器的参数计算和等值电路和普通变压器相同。特殊的是容量归算问题：因为自耦变压器的第三绕组的容量总小于变压器的额定容量。有时厂家提供的实验数据中不仅短路损耗Pk甚至电压百分值Uk％也是未经归算的数值，因此也需要归算。课时单元：7（一）、教学内容2－5电力网络的数学模型一、标么制及其应用1.有名制和标么制标么制的定义、优点。a:线电压和相电压的标么值数值相等。b.三相功率和单相功率的标么值数值相等。五个基准值中只有两个可以任意选择，其余三个派生。通常是，先选定三相功率和线电压的基准值SB、UB。然后求出每相阻抗、导纳和线电流的基准值。2.基准值之间的标么值换算对于不同基准值之间的标么值要进行换算，例如，某发电机的同步电抗标么值xd是以电机自身的NS、NU为基准，若待计算的电力网络基准为BS、BU，则必须