第1章電力系統(tǒng)的基本知識(shí)(電力系統(tǒng)分析-穩(wěn)態(tài)部分)

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1、,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析,1、教材：東南大學(xué) 陳珩（第二版）,2、本課程特點(diǎn)、前修課程、后續(xù)課程,特點(diǎn)：,前修課程：電路理論、電機(jī)學(xué),后續(xù)課程：電力系統(tǒng)分析、繼電保護(hù)、電力系統(tǒng)自動(dòng)化,3、教學(xué)參考書,4、考核方式：,筆試（閉卷，120分鐘、卷面100分，占70），平時(shí)（主要是上課考勤記錄、課堂練習(xí)、作業(yè)，占20），實(shí)驗(yàn)（10,）,前言,特點(diǎn),電能不能大量存儲(chǔ)；,過渡過程十分短暫；,電能生產(chǎn)與國民經(jīng)濟(jì)各部門和人民生活有著極為密切的關(guān)系；,電力系統(tǒng)的地區(qū)性特點(diǎn)較強(qiáng),現(xiàn)代控制理論（作支撐）,微機(jī)原理應(yīng)用（作硬件）,數(shù)據(jù)

2、庫應(yīng)用（作軟件）,專業(yè)課：電力系統(tǒng)分析、繼電保 護(hù)原理（微機(jī)保護(hù)）、發(fā)電廠電氣部分、高電壓技術(shù)等,來進(jìn)行計(jì)算機(jī)控制,前言,電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析（一）,電力系統(tǒng)分析,正常穩(wěn)態(tài)分析,計(jì)算（,U、I、P、Q、,f,）,運(yùn)行調(diào)整和優(yōu)化,電力系統(tǒng)的基本概念,各元件的特性和模型,潮流計(jì)算,調(diào)頻,調(diào)壓,經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,電力系統(tǒng)暫態(tài)分析（二）,電磁暫態(tài)分析（故障分析）,正常穩(wěn)態(tài)分析（穩(wěn)定性分析）,發(fā)電機(jī)的電磁暫態(tài)分析,對(duì)稱故障（三相短路）,不對(duì)稱短路,靜態(tài),暫態(tài),前言,主要內(nèi)容,前言,重點(diǎn)：,三大計(jì)算,1、,標(biāo)幺值計(jì)算,2、穩(wěn)態(tài)計(jì)算：潮流；調(diào)頻、調(diào)壓,3、暫態(tài)計(jì)算：故障；穩(wěn)定性,第一章 電力系統(tǒng)的基本概念,11 電力系

3、統(tǒng)概述,12 我國電力工業(yè)和電力系統(tǒng)簡(jiǎn)介,13 對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求,14 結(jié)線方式和電壓等級(jí),15 課程的主要內(nèi)容,第一章 電力系統(tǒng)的基本概念,重點(diǎn),及,難點(diǎn),：,重點(diǎn)：,1、電力系統(tǒng)的基本概念,2、電力系統(tǒng)的基本要求,3、電能質(zhì)量,4、結(jié)線方式,5、電壓等級(jí),難點(diǎn)：,1、電能質(zhì)量,2、電壓等級(jí),11 電力系統(tǒng)概述,一、電力系統(tǒng)的組成,工業(yè),農(nóng)業(yè),商業(yè),生活,發(fā)電,輸電,配電,用電,電網(wǎng),電力系統(tǒng),11 電力系統(tǒng)概述,一、電力系統(tǒng)的組成,1、,來源,火電：鍋爐汽輪機(jī)發(fā)電機(jī),水電：水庫水輪機(jī)發(fā)電機(jī),核電：核反應(yīng)堆汽輪機(jī)發(fā)電機(jī),其它：如風(fēng)能、地?zé)崮?、太陽能、潮汐?11 電力系統(tǒng)概述,一、電

4、力系統(tǒng)的組成,2、,基本概念,電力系統(tǒng),是由,發(fā)電廠、變電所、輸電線、配電系統(tǒng)及負(fù)荷,組成的。是現(xiàn)代社會(huì)中最重要、最龐雜的工程系統(tǒng)之一。,電力網(wǎng)絡(luò),是由,變壓器、電力線路,等變換、輸送、分配電能設(shè)備所組成的部分。,動(dòng)力系統(tǒng),在電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，把發(fā)電廠的動(dòng)力部分（例如火力發(fā)電廠的鍋爐、汽輪機(jī)和水力發(fā)電廠的水庫、水輪機(jī)以及核動(dòng)力發(fā)電廠的反應(yīng)堆等）包含在內(nèi)的系統(tǒng)。,11 電力系統(tǒng)概述,一、電力系統(tǒng)的組成,2、基本概念,總裝機(jī)容量,指該系統(tǒng)中實(shí)際安裝的發(fā)電機(jī)組額定有功功率的總和，以千瓦（,KW）、,兆瓦（,MW）、,吉瓦（,GW）,為單位計(jì)。,年發(fā)電量,指該系統(tǒng)中所有發(fā)電機(jī)組全年實(shí)際發(fā)出電能的總和，

5、以千瓦時(shí)（,KWh）、,兆瓦時(shí)（,MWh,）、,吉瓦時(shí)（,GWh,）,為單位計(jì)。,最大負(fù)荷,指規(guī)定時(shí)間內(nèi)，電力系統(tǒng)總有功功率負(fù)荷的最大值，以千瓦（,KW）、,兆瓦（,MW）、,吉瓦（,GW）,為單位計(jì)。,11 電力系統(tǒng)概述,一、電力系統(tǒng)的組成,2、基本概念,額定頻率,按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，我國所有交流電力系統(tǒng)的額定功率為,50,Hz。,最高電壓等級(jí),是指該系統(tǒng)中最高的電壓等級(jí)電力線路的額定電壓。,11 電力系統(tǒng)概述,二、近代電力系統(tǒng),電壓、輸送距離、輸送功率；電源的構(gòu) 成；負(fù)荷的構(gòu)成；,高度自動(dòng)化；,遠(yuǎn)距離大容量直流輸電,12 我國電力工業(yè)和電力系統(tǒng)簡(jiǎn)介,一、我國電力工業(yè)概況及今后發(fā)展電力工業(yè)的方針

6、,二、我國主要電力系統(tǒng)概述,三、我國電力工業(yè)的發(fā)展前景,13電力系統(tǒng)運(yùn)行應(yīng)滿足的基本要求,特點(diǎn),電能不能大量?jī)?chǔ)存,暫態(tài)過程非常短促,與國民經(jīng)濟(jì)及日常生活關(guān)系密切,要求,安全 優(yōu)質(zhì) 經(jīng)濟(jì),環(huán)保,13電力系統(tǒng)運(yùn)行應(yīng)滿足的基本要求,安全：,保證可靠的供電,措施,電源與電網(wǎng)的建設(shè)（西電東送全國聯(lián)網(wǎng)）,SCADA,設(shè)備檢修（計(jì)劃?rùn)z修狀態(tài)檢修）,人員素質(zhì),13電力系統(tǒng)運(yùn)行應(yīng)滿足的基本要求,優(yōu)質(zhì),指標(biāo),電壓：,35,kV 5%,10kV 7%,6 10,kV 4%,380V 5%,（,無功功率）,頻率：,0.2（3000,mw)0.5Hz(3000MW）,（有功功率）,諧波：負(fù)荷,諧波,13電力系統(tǒng)運(yùn)行應(yīng)滿

7、足的基本要求,負(fù)荷,（,一級(jí),二級(jí),三級(jí),）,一級(jí)負(fù)荷：對(duì)這一級(jí)負(fù)荷中斷供電，將造成人身事故，經(jīng)濟(jì)嚴(yán)重?fù)p失，人民生活發(fā)生混亂。,二級(jí)負(fù)荷：對(duì)這一級(jí)負(fù)荷中斷供電，將造成大量減產(chǎn)，人民生活受影響。,三級(jí)負(fù)荷：所有不屬于一、二級(jí)的負(fù)荷,。,13電力系統(tǒng)運(yùn)行應(yīng)滿足的基本要求,經(jīng)濟(jì),EX:,一臺(tái)600,MW,火電機(jī)組，年利用小時(shí)6000,h，,煤耗率320,g/kW.h，,煤價(jià)：300元/噸。,Sol：,年發(fā)電量：600000,kW6000h36,億,kW.h,需標(biāo)煤：36億,kW.h320g/kW.h115.2,萬噸標(biāo)煤,燃料費(fèi)：115.2萬噸300元/噸34560萬元,1%節(jié)約：燃料：1.152萬噸

8、標(biāo)煤,燃料費(fèi)：345.6萬元,廠用電率,網(wǎng)損,煤耗率（水耗率）,13電力系統(tǒng)運(yùn)行應(yīng)滿足的基本要求,環(huán)保,火電廠裝機(jī),70,煤炭燃燒造成的污染,限制污染物的排放量,14 電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí),放射式,干線式,樹狀,無備用結(jié)線,包括單回路放射式、干線式和鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò),優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、運(yùn)行方便,缺點(diǎn)：供電可靠性差,適用范圍：二級(jí)負(fù)荷,一、結(jié)線方式,14 電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí),環(huán)行網(wǎng)絡(luò),雙端供電,有備用結(jié)線,包括雙回路放射式、干線式和鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò),優(yōu)點(diǎn)：供電可靠性和電壓質(zhì)量高,缺點(diǎn)：不經(jīng)濟(jì),適用范圍：電壓等級(jí)較高或重要的負(fù)荷,14 電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí),二、電壓等級(jí)及其適用范圍,1、

9、電力系統(tǒng)的額定電壓等級(jí),電壓等級(jí)的選擇,S,=3,U,2,I,I,（,U,1,U,2,）/,Z,傳輸功率,S,、,電壓等級(jí),U,、,輸電距離,l,之間的關(guān)系,S,Const，,l,U,2,l,Const，,S,U,2,U,1,I U,2,S,Z,14 電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí),1、電力系統(tǒng)的額定電壓等級(jí),14 電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí),二、電壓等級(jí)及其適用范圍,說明：,用電設(shè)備的容許電壓偏移一般為,5%,；,沿線路的電壓降落一般為,10%,；,在額定負(fù)荷下，變壓器內(nèi)部的電壓降落約為,5%,。,14 電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí),二、電壓等級(jí)及其適用范圍,電力網(wǎng)絡(luò)中電壓分布采取的措施：,

10、取用電設(shè)備的額定電壓為線路額定電壓，使所有設(shè)備能在接近它們的額定電壓下運(yùn)行；,取線路始端電壓為額定電壓的105%；,取發(fā)電機(jī)的額定電壓為線路額定電壓的105%；,變壓器分升壓變和降壓變考慮一次側(cè)接電源，取一次側(cè)額定電壓等于用電設(shè)備額定電壓；二次側(cè)接負(fù)荷，取二次側(cè)額定電壓等于線路額定電壓,。,14 電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí),二、電壓等級(jí)及其適用范圍,變壓器的電壓等級(jí),升壓變壓器（例如35/121，10.5/242）,二次側(cè)（高壓側(cè)）接線路始端，向負(fù)荷供電，相當(dāng)于發(fā)電機(jī)，應(yīng)比線路的額定電壓高5%，加上變壓器內(nèi)耗5%，所以二次側(cè)額定電壓等于,用電設(shè)備的額定電壓110%。,直接和發(fā)電機(jī)相聯(lián)的變壓器

11、,一次側(cè)額定電壓等于,發(fā)電機(jī)的額定電壓即105,U,N,；,一次側(cè)（低壓側(cè)）接電源，相當(dāng)于用電設(shè)備，一次側(cè)額定電壓等于,用電設(shè)備的額定電壓,U,N,；,14 電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí),二、電壓等級(jí)及其適用范圍,變壓器的電壓等級(jí),降壓變壓器（110/38.5，220/38.5）,一次側(cè)（高壓側(cè)）接線路末端，相當(dāng)于用電設(shè)備，一次側(cè)額定電壓等于,用電設(shè)備的額定電壓；,二次側(cè)（低壓側(cè)）向負(fù)荷供電，相當(dāng)于發(fā)電機(jī)，應(yīng)比線路的額定電壓高5%，加上變壓器內(nèi)耗5%，所以二次側(cè)額定電壓等于,用電設(shè)備的額定電壓110%。,14 電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí),三、電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式,接地？,為了保證電力網(wǎng)或

12、電氣設(shè)備的正常運(yùn)行和工作人員的人身安全，人為地使電力網(wǎng)及其某個(gè)設(shè)備的某一特定地點(diǎn)通過導(dǎo)體與大地作良好的連接。,接地分類,：,工作接地,：,為了保證電氣設(shè)備在正?；虬l(fā)生故障情況下可靠地工作而采取的接地。,保護(hù)接地,：,將一切正常工作時(shí)不帶電而在絕緣損壞時(shí)可能帶電的金屬部分接地，以保證工作人員接觸時(shí)的安全。,（接地保護(hù)）,保護(hù)接零,：,在中性點(diǎn)直接接地的低壓電力網(wǎng)中，把電氣設(shè)備的外殼與接地中性線（也稱零線）直接連接，以實(shí)現(xiàn)對(duì)人 身安全的保護(hù)作用。,防雷接地,：,為消除大氣過電壓對(duì)電氣設(shè)備的威脅，而對(duì)過電壓保護(hù)裝置采取的接地措施。,防靜電接地,：,對(duì)生產(chǎn)過程中有可能積蓄電荷的設(shè)備所采取的接地。,14

13、 電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí),三、電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式,如何實(shí)現(xiàn),工作接地？,電氣設(shè)備（電力變壓器、電壓互感器或發(fā)電機(jī)）的中性點(diǎn)接地 又稱為電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地。,電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)：星形連接的變壓器或發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)。,電力系統(tǒng)的,中性點(diǎn)接地方式,：,小電流接地：,中性點(diǎn)不接地（中性點(diǎn)絕緣）,中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地,大接地電流：,中性點(diǎn)直接接地,中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地,如何確定,電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式？,應(yīng)從,供電可靠性,、,內(nèi)過電壓,、,對(duì)通信線路的干擾,、,繼電保護(hù),以及,確保人身安全,諸方面綜合考慮。,14 電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí),三、電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式,1、,中性點(diǎn),直接接地,負(fù)

14、,荷,A,B,C,k,(1),I,k,(1),I,k,(1),特點(diǎn),：,供電可靠性不如電力系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地和經(jīng)消弧線圈接地方式。,故障時(shí)：如發(fā)生接地故障，則構(gòu)成 短路回路，接地相電流很大；,為提高供電可靠性，在線路上廣泛安裝三相或單相自動(dòng)重合閘裝置。,對(duì)地電壓,U,N,，,電氣設(shè)備的絕緣水平只需按電力網(wǎng)的相電壓考慮，可以降低工程造價(jià)。,我國380/220,V,系統(tǒng)中一般都采用中性點(diǎn)直接接地方式，主要是從人身安全考慮問題。,適用范圍,：,我國110,kV（,國外220,kV）,及以上電壓等級(jí)的電力系統(tǒng)。,380/220,V,低壓系統(tǒng)。,14 電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí),三、電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行

15、方式,2、,中性點(diǎn),不接地的電力系統(tǒng),負(fù),荷,A,B,C,C,C,C,I,C,a.,電路圖,0,U,A,U,B,U,C,I,B0,I,C0,I,A0,b.,矢量圖,正常運(yùn)行時(shí),U,A,U,B,U,C,0,I,A,I,B,I,C,0,結(jié)論,：,三相電壓對(duì)稱，三相導(dǎo)線對(duì)地電容電流也是對(duì)稱的，三相電容電流相量之和為零，這說明沒有電容電流經(jīng)過大地流動(dòng)。,適用范圍,3,kV60kV,的電力系統(tǒng),14 電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí),三、電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式,單相金屬性接地故障時(shí)(,A,相),0,U,B,U,A,U,C,60,-,U,A,U,C,U,B,-U,A,I,CB,I,CC,-,I,CA,I,C

16、A,I,CA,I,CB,I,CB,I,CC,I,CC,I,PE,負(fù),荷,A,B,C,C,C,C,U,A,U,B,U,C,14 電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí),三、電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式,0,U,B,U,A,U,C,60,-,U,A,U,C,U,B,-U,A,I,CB,I,CC,-,I,CA,中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地故障的,結(jié)論1,：,故障相對(duì)地電壓降為零；非故障相對(duì)地電壓升高為線電壓，且相位相差60,0,。因此，線路及各種電氣設(shè)備的絕緣要按線電壓設(shè)計(jì)，絕緣投資所占比重加大，顯而易見，電壓等級(jí)越高絕緣投資越大。,三相之間的線電壓仍然對(duì)稱，用戶的三相用電設(shè)備仍能照常運(yùn)行，但允許繼續(xù)運(yùn)行的時(shí)間不能超過2,h。,14 電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí),三、電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式,接地故障電容電流,I,PE,0,U,B,U,A,U,C,60,-,U,A,U,C,U,B,-U,A,I,CB,I,CC,-,I,CA,14 電力系統(tǒng)的結(jié)線方式和電壓等級(jí),三、電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式,中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地故障的,結(jié)論2,：,接地電流在故障處可能產(chǎn)生穩(wěn)定的或間歇性的電弧。,如果接地電流大于30,A,時(shí)，