電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析

1－1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)1－1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－發(fā)電機水電：水庫－水輪機－發(fā)電機核電：核反應堆－汽輪機－發(fā)電機其它：如風能、地熱能、太陽能、潮汐等1－1電力系統(tǒng)概述一、電力系統(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)及負荷組成的。是現(xiàn)代社會中最重要、最龐雜的工程系統(tǒng)之一。電力網(wǎng)絡——是由變壓器、電力線路等變換、輸送、分配電能設備所組成的部分。動力系統(tǒng)——在電力系統(tǒng)的基礎上，把發(fā)電廠的動力部分（例如火力發(fā)電廠的鍋爐、汽輪機和水力發(fā)電廠的水庫、水輪機以及核動力發(fā)電廠的反應堆等）包含在內的系統(tǒng)。1－1電力系統(tǒng)概述一、電力系統(tǒng)的組成2、基本概念總裝機容量——指該系統(tǒng)中實際安裝的發(fā)電機組額定有功功率的總和，以千瓦（KW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）為單位計。年發(fā)電量——指該系統(tǒng)中所有發(fā)電機組全年實際發(fā)出電能的總和，以千瓦時（KWh）、兆瓦時（MWh）、吉瓦時（GWh）為單位計。

最大負荷——指規(guī)定時間內，電力系統(tǒng)總有功功率負荷的最大值，以千瓦（KW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）為單位計。1－1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——按國家標準規(guī)定，我國所有交流電力系統(tǒng)的額定功率為50Hz。最高電壓等級——是指該系統(tǒng)中最高的電壓等級電力線路的額定電壓。1－1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；電源的構成；負荷的構成；高度自動化；遠距離大容量直流輸電1－2我國電力工業(yè)和電力系統(tǒng)簡介一、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1－3電力系統(tǒng)運行應滿足的基本要求特點

電能不能大量儲存暫態(tài)過程非常短促與國民經(jīng)濟及日常生活關系密切要求

安全優(yōu)質經(jīng)濟

環(huán)保1－3電力系統(tǒng)運行應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（西電東送全國聯(lián)網(wǎng)）

SCADA

設備檢修（計劃檢修→狀態(tài)檢修）人員素質1－3電力系統(tǒng)運行應滿足的基本要求優(yōu)質指標電壓：≥35kV±5%

≤10kV±7%

6~10kV≤4%

380V≤5%（無功功率）頻率：±0.2（≥3000mw)~0.5Hz(≤3000MW）

（有功功率）諧波：負荷諧波1－3電力系統(tǒng)運行應滿足的基本要求負荷（一級

二級

三級）一級負荷：對這一級負荷中斷供電，將造成人身事故，經(jīng)濟嚴重損失，人民生活發(fā)生混亂。二級負荷：對這一級負荷中斷供電，將造成大量減產(chǎn)，人民生活受影響。三級負荷：所有不屬于一、二級的負荷。1－3電力系統(tǒng)運行應滿足的基本要求經(jīng)濟EX:一臺600MW火電機組，年利用小時6000h，煤耗率320g/kW.h，煤價：300元/噸。Sol： 年發(fā)電量： 600000kW×6000h＝36億kW.h

需標煤： 36億kW.h×320g/kW.h＝115.2萬噸標煤 燃料費： 115.2萬噸×300元/噸＝34560萬元1%節(jié)約：燃料： 1.152萬噸標煤 燃料費： 345.6萬元廠用電率網(wǎng)損煤耗率（水耗率）1－3電力系統(tǒng)運行應滿足的基本要求環(huán)?；痣姀S裝機＞70％

煤炭燃燒造成的污染限制污染物的排放量1－4電力系統(tǒng)的結線方式和電壓等級放射式干線式樹狀無備用結線包括單回路放射式、干線式和鏈式網(wǎng)絡優(yōu)點：簡單、經(jīng)濟、運行方便缺點：供電可靠性差

適用范圍：二級負荷一、結線方式1－4電力系統(tǒng)的結線方式和電壓等級環(huán)行網(wǎng)絡雙端供電有備用結線包括雙回路放射式、干線式和鏈式網(wǎng)絡

優(yōu)點：供電可靠性和電壓質量高缺點：不經(jīng)濟適用范圍：電壓等級較高或重要的負荷1－4電力系統(tǒng)的結線方式和電壓等級二、電壓等級及其適用范圍1、電力系統(tǒng)的額定電壓等級電壓等級的選擇S=√3U2II∝（U1－U2）/Z傳輸功率S、電壓等級U、輸電距離l之間的關系S＝Const，l∝U2l＝Const，S∝U2U1IU2SZ1－4電力系統(tǒng)的結線方式和電壓等級1、電力系統(tǒng)的額定電壓等級1－4電力系統(tǒng)的結線方式和電壓等級二、電壓等級及其適用范圍說明：用電設備的容許電壓偏移一般為±5%；沿線路的電壓降落一般為10%；在額定負荷下，變壓器內部的電壓降落約為5%。1－4電力系統(tǒng)的結線方式和電壓等級二、電壓等級及其適用范圍電力網(wǎng)絡中電壓分布采取的措施：取用電設備的額定電壓為線路額定電壓，使所有設備能在接近它們的額定電壓下運行；取線路始端電壓為額定電壓的105%；取發(fā)電機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接電源，取一次側額定電壓等于用電設備額定電壓；二次側接負荷，取二次側額定電壓等于線路額定電壓。

1－4電力系統(tǒng)的結線方式和電壓等級二、電壓等級及其適用范圍變壓器的電壓等級升壓變壓器（例如35/121，10.5/242）二次側（高壓側）接線路始端，向負荷供電，相當于發(fā)電機，應比線路的額定電壓高5%，加上變壓器內耗5%，所以二次側額定電壓等于用電設備的額定電壓110%。直接和發(fā)電機相聯(lián)的變壓器一次側額定電壓等于發(fā)電機的額定電壓即105％UN；一次側（低壓側）接電源，相當于用電設備，一次側額定電壓等于用電設備的額定電壓UN；1－4電力系統(tǒng)的結線方式和電壓等級二、電壓等級及其適用范圍變壓器的電壓等級降壓變壓器（110/38.5，220/38.5）一次側（高壓側）接線路末端，相當于用電設備，一次側額定電壓等于用電設備的額定電壓；二次側（低壓側）向負荷供電，相當于發(fā)電機，應比線路的額定電壓高5%，加上變壓器內耗5%，所以二次側額定電壓等于用電設備的額定電壓110%。1－4電力系統(tǒng)的結線方式和電壓等級三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式

接地？為了保證電力網(wǎng)或電氣設備的正常運行和工作人員的人身安全，人為地使電力網(wǎng)及其某個設備的某一特定地點通過導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。保護接地：將一切正常工作時不帶電而在絕緣損壞時可能帶電的金屬部分接地，以保證工作人員接觸時的安全。（接地保護）保護接零：在中性點直接接地的低壓電力網(wǎng)中，把電氣設備的外殼與接地中性線（也稱零線）直接連接，以實現(xiàn)對人身安全的保護作用。防雷接地：為消除大氣過電壓對電氣設備的威脅，而對過電壓保護裝置采取的接地措施。防靜電接地：對生產(chǎn)過程中有可能積蓄電荷的設備所采取的接地。1－4電力系統(tǒng)的結線方式和電壓等級三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式

如何實現(xiàn)工作接地？電氣設備（電力變壓器、電壓互感器或發(fā)電機）的中性點接地——又稱為電力系統(tǒng)中性點接地。電力系統(tǒng)的中性點：星形連接的變壓器或發(fā)電機的中性點。電力系統(tǒng)的中性點接地方式：小電流接地：中性點不接地（中性點絕緣）中性點經(jīng)消弧線圈接地大接地電流：中性點直接接地中性點經(jīng)電阻接地

如何確定電力系統(tǒng)中性點接地方式？應從供電可靠性、內過電壓、對通信線路的干擾、繼電保護以及確保人身安全諸方面綜合考慮。1－4電力系統(tǒng)的結線方式和電壓等級三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式

1、中性點直接接地負荷ABCk(1)Ik(1)Ik(1)

特點：供電可靠性不如電力系統(tǒng)中性點不接地和經(jīng)消弧線圈接地方式。故障時：如發(fā)生接地故障，則構成短路回路，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重合閘裝置。對地電壓＝UN，電氣設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。我國380/220V系統(tǒng)中一般都采用中性點直接接地方式，主要是從人身安全考慮問題。適用范圍：我國110kV（國外220kV）及以上電壓等級的電力系統(tǒng)。380/220V低壓系統(tǒng)。1－4電力系統(tǒng)的結線方式和電壓等級三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式

2、中性點不接地的電力系統(tǒng)負荷ABCCCCICa.電路圖0UAUBUCIB0IC0IA0b.矢量圖正常運行時UA＋UB＋UC＝0IA＋IB＋IC＝0結論：三相電壓對稱，三相導線對地電容電流也是對稱的，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。適用范圍3kV~60kV的電力系統(tǒng)1－4電力系統(tǒng)的結線方式和電壓等級三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式單相金屬性接地故障時(A相)0UBUAUC60

-UAUC’UB’

-UA

I’CBI’CC-I’CAICAICAICBICBICCICCIPE負荷ABCCCCUA’UB’UC’1－4電力系統(tǒng)的結線方式和電壓等級三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式0UBUAUC60

-UAUC’UB’

-UAI’CBI’CC-I’CA中性點不接地系統(tǒng)單相接地故障的結論1

：

故障相對地電壓降為零；非故障相對地電壓升高為線電壓，且相位相差600。因此，線路及各種電氣設備的絕緣要按線電壓設計，絕緣投資所占比重加大，顯而易見，電壓等級越高絕緣投資越大。三相之間的線電壓仍然對稱，用戶的三相用電設備仍能照常運行，但允許繼續(xù)運行的時間不能超過2h。1－4電力系統(tǒng)的結線方式和電壓等級三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式

接地故障電容電流IPE0UBUAUC60

-UAUC’UB’

-UA

I’CBI’CC-I’CA1－4電力系統(tǒng)的結線方式和電壓等級三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式中性點不接地系統(tǒng)單相接地故障的結論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30A時，將形成穩(wěn)定電弧，成為持續(xù)性電弧接地，這將燒毀電氣設備和可能引起多相相間短路。如果接地電流大于5A~10A，而小于30A，則有可能形成間歇性電??；間歇性電弧容易引起弧光接地過電壓，其幅值可達（2.5~3）U

，將危害整個電網(wǎng)的絕緣安全。如果接地電流在5A以下，當電流經(jīng)過零值時，電弧就會自然熄滅。1－4電力系統(tǒng)的結線方式和電壓等級三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式3、中性點經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng)

消弧線圈？

安裝在變壓器或發(fā)電機中性點與大地之間的具有氣隙鐵芯的電抗器。單相(C相)金屬性接地故障負荷ABCCCCILICICCICBICAICCICBICAIPEL0UAUBUC-UCU’AU’BILICICAICB1－4電力系統(tǒng)的結線方式和電壓等級三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式

C相發(fā)生接地時，中性點電壓變?yōu)?UC，在消弧線圈作用下，產(chǎn)生電感電流（滯后90°），其數(shù)值為

IL＝UC

/XL＝U/XL消弧線圈的作用當發(fā)生單相接地故障時，接地故障相與消弧線圈構成了另一個回路，接地故障相接地電流中增加了一個感性電流，它和裝設消弧線圈前的容性電流的方向剛好相反，相互補償，減少了接地故障點的故障電流，使電弧易于自行熄滅，從而避免了由此引起的各種危害，提高了供電可靠性。負荷ABCCCCILICICCICBICAICCICBICAIPEL0UAUBUC-UCU’AU’BILICICAICB

消弧線圈的補償方式欠補償方式：按IL<IC選擇消弧線圈的電感，此時接地故障點有未被補償?shù)碾娙蓦娏髁鬟^。

采用欠補償方式時，當電力網(wǎng)運行方式改變而切除部分線路時，整個電力網(wǎng)對地電容將減少，有可能發(fā)展成為全補償方式，導致電力網(wǎng)發(fā)生諧振，危及系統(tǒng)安全運行；另外，欠補償方式容易引起鐵磁諧振過電壓等其它問題，所以很少被采用。過補償方式：按IL>IC選擇消弧線圈的電感，此時接地故障點有剩余的電感電流流過。

在過補償方式下，即使電力網(wǎng)運行方式改變而切除部分線路時，也不會發(fā)展成為全補償方式，致使電力網(wǎng)發(fā)生諧振。同時，由于消弧線圈有一定的裕度，今后電力網(wǎng)發(fā)展，線路增多、對地電容增加后，原有消弧線圈還可繼續(xù)使用。因此，實際上大多采用過補償方式。1－4電力系統(tǒng)的結線方式和電壓等級三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式0UAUBUC-UCU’AU’BILICICAICB全補償方式：按IL=IC選擇消弧線圈的電感，使接地故障點電流為零，此即全補償方式。

這種補償方式并不好，因為當感抗等于容抗時，電力網(wǎng)將發(fā)生諧振，產(chǎn)生危險的高電壓或過電流，影響系統(tǒng)安全運行。1－4電力系統(tǒng)的結線方式和電壓等級三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式消弧線圈容量的選擇有關安裝消弧線圈規(guī)程1－4電力系統(tǒng)的結線方式和電壓等級三、電力系統(tǒng)中性點的運行方式4、中性點經(jīng)電阻接地的電力系統(tǒng)特點：降低工頻過電壓，抑制弧光過電壓；消除鐵磁諧振過電壓，防止斷線諧振過電壓；設置零序保護動作跳閘；設置零序保護動作跳閘；避免發(fā)生高壓觸電事故；供電可靠性有保證。適用范圍：配網(wǎng)系統(tǒng)（與中性點經(jīng)消弧線圈接地、不接地比選）在我國城市配網(wǎng)系統(tǒng)中：全電纜出線變電站的單相接地故障電容電流超過30A時采用中性點經(jīng)電阻接地；全架空線路出線變電站的單相接地故障電流超過10A時，采用中性點經(jīng)