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电力系统与电网电力系统与电网制作制作 刘新宇刘新宇20122012年年0202月月一、 电力系统的构成 二、电力系统的划分 三、电力系统运行的特点 四、电力系统的额定电压 五、电力系统的中性点运行方式 六、供电质量 七、变电所 八、电源(发电厂) 九、中国的电力 十、10KV变配电所的主接线一、电力系统的构成一、电力系统的构成 一个完整的电力系统由分布各地的 各种类型的发电厂、升压和降压变电 所、输电线路及电力用户组成,它们 分别完成电能的生产、电压变换、电 能的输配及使用。发电发电用电用电输电输电变电变电配电配电RTURTURTURTURTURTU数据采集和传输应用服务器应用服务器电电 网网 调调 度度二电力网、电力系统和动力 系统的划分电力网:由输电设备、变电设备和配电设备组成的 网络。电力系统:在电力网的基础上加上发电设备。动力系统:在电力系统的基础上,把发电厂的动力 部分(例如火力发电厂的锅炉、汽轮机和水力发电 厂的水库、水轮机以及核动力发电厂的反应堆等) 包含在内的系统。三电力系统运行的特点一是经济总量大。目前,我国电力行业的资产规 模已超过2万多亿,占整个国有资产总量的四分之一, 电力生产直接影响着国民经济的健康发展。二是同时性,电能不能大量存储,各环节组成的 统一整体不可分割,过渡过程非常迅速,瞬间生产的 电力必须等于瞬间取用的电力,所以电力生产的发电 、输电、配电到用户的每一环节都非常重要。三是集中性,电力生产是高度集中、统一的三是集中性,电力生产是高度集中、统一的 ,无论多少个发电厂、供电公司,电网必须统,无论多少个发电厂、供电公司,电网必须统 一调度、统一管理标准,统一管理办法一调度、统一管理标准,统一管理办法; ;安全生安全生 产,组织纪律,职业品德等都有严格的要求。产,组织纪律,职业品德等都有严格的要求。四是适用性,电力行业的服务对象是全方位四是适用性,电力行业的服务对象是全方位 的,涉及到全社会所有人群,电能质量、电价的,涉及到全社会所有人群,电能质量、电价 水平与广大电力用户的利益密切相关。水平与广大电力用户的利益密切相关。五是先行性,国民经济发展电力必须先行五是先行性,国民经济发展电力必须先行 。图图1 1、 电力系统的组成示意图电力系统的组成示意图四、电力系统的额定电压 电网电压是有等级的,电网的额定电压等级是 根据国民经济发展的需要、技术经济的合理性以 及电气设备的制造水平等因素,经全面分析论证 ,由国家统一制定和颁布的。我们国家电力系统的电压等级有220/380V、3 kV、6 kV、10 kV、20 kV、35 kV、66 kV、110 kV、220 kV、330 kV、500 kV。随着标准化的 要求越来越高,3 kV、6 kV、20 kV、66 kV也很 少使用。供电系统以10 kV、35 kV、为主。输配 电系统以110 kV以上为主。发电机过去有6 kV与 10 kV两种,现在以10 kV为主,低压用户均是 220/380V。用电设备的额定电压和电网的额定电 压一致。实际上,由于电网中有电压损 失,致使各点实际电压偏离额定值,为 了保证用电设备的良好运行,显然,用 电设备应具有比电网电压允许偏差更宽 的正常工作电压范围。发电机的额定电压一般比同级电网额 定电压要高出5%,用于补偿电网上的电 压损失。 变压器的额定电压分为一次和二次绕组 。对于一次绕组,当变压器接于电网末端 时,性质上等同于电网上的一个负荷(如工 厂降压变压器),故其额定电压与电网一致 ,当变压器接于发电机引出端时(如发电厂 升压变压器),则其额定电压应与发电机额 定电压相同。对于二次绕组,考虑到变压 器承载时自身电压损失(按5%计),变压器 二次绕组额定电压应比电网额定电压高5% ,当二次侧输电距离较长时,还应考虑到 线路电压损失(按5%计),此时, 二次绕组 额定电压应比电网额定电压高10%。 五、电力系统的中性点运行方式 在电力系统中,中性点直接接地或中 性点经小阻抗(小电阻)接地的系统称为 大电流接地系统,中性点不接地或中性点 经消弧线圈接地的系统称为小电流接地系 统。中性点的运行方式主要取决于单相接 地时电气设备绝缘要求及供电可靠性。图 2列出了常用的中性点运行方式。图中, 电容C为输电线路对地分布电容。 图2、 电力系统中性点运行方式 A、中性点直接接地; b、中性点不接地;C、中性点经消弧线圈接地; d、中性点经小电阻接地。各种运行方式优缺点比较中性点直接接地方式:当发生一相对地绝缘破坏 时,即构成单相短路,供电中断,可靠性降低。但是 ,该方式下非故障相对地电压不变,电气设备绝缘水 平可按相电压考虑。我们国家的220V/380V和110KV 以上级系统,都采用中性点直接接地,以大电流接地 方式运行。中性点不接地或经电抗、电阻接地方式:当发生 单相接地故障时,线电压不变,而非故障相对地电压 升高到原来相电压的3倍,供电不中断,可靠性高 。 我们国家的10KV和35KV系统,都采用中性点不 接地或经消弧线圈接地,以小电流接地方式运行。六、供电质量决定用户供电质量的指标为电压、频率和可靠性 。1电压:理想的供电电压应该是幅值恒为额定值的三 相对称正弦电压。由于供电系统存在阻抗、用电 负荷的变化和用电负荷的性质等因素,实际供电 电压无论是在幅值上、波形上还是三相对称性上 都与理想电压之间存在着偏差。(1)电压偏差:电压偏差是指电网实际电压 与额定电压之差,实际电压偏高或偏低对用电设 备的良好运行都有影响。国家标准规定电压偏差允许值为:a、35千伏及以上电压供电的,电压正 负偏差的绝对值之和不超过额定电压的 10%;b、10千伏及以下三相供电的,电压允 许偏差为额定电压的7%。220伏单相供电的,电压允许偏差为额 定电压的+7%、-10%。计算公式电压偏差()(实际电压一额定电压) 额定电压X100 (2)电压波动和闪变:在某一时段内,电 压急剧变化偏离额定值的现象称为电压波 动。当电弧炉等大容量冲击性负荷运行时 ,剧烈变化的负荷电流将引起线路压降的 变化,从而导致电网发生电压波动。由电 压波动引起的灯光闪烁,光通量急剧波动 ,对人眼脑的刺激现象称为电压闪变。(3 3)高次谐波:高次谐波的产生,是非线高次谐波:高次谐波的产生,是非线 性电气设备接到电网中投入运行,使电网电性电气设备接到电网中投入运行,使电网电 压、电流波形发生不同程度畸变,偏离了正压、电流波形发生不同程度畸变,偏离了正 弦波。高次谐波除电力系统自身背景谐波外弦波。高次谐波除电力系统自身背景谐波外 ,主要是用户方面的大功率变流设备、电弧,主要是用户方面的大功率变流设备、电弧 炉等非线性用电设备所引起。高次谐波的存炉等非线性用电设备所引起。高次谐波的存 在降导致供电系统能耗增大、电气设备绝缘在降导致供电系统能耗增大、电气设备绝缘 老化加快,并且干扰自动化装置和通信设施老化加快,并且干扰自动化装置和通信设施 的正常工作。的正常工作。2供电频率允许偏差电网中发电机发出的正弦交流电每秒中 交变的次数称为频率,我国规定的标准频 率50HZ.我国国标规定,电力系统正常频率偏差 允许值为0.1Hz,实际执行中,当系统容 量小于300Mv时,偏差值可以放宽到 0.5Hz。3供电可靠率供电可靠率是指供电企业某一统计期内 对用户停电的时间和次数,直接反映供电 企业的持续供电能力。供电可靠率反映了电力工业对国民经济电能需 求的满足程度,已经成为衡量一个国家经济发达 程度的标准之一;供电可靠性可以用如下一系列 年指标加以衡量:供电可靠率、用户平均停电时 间、用户平均停电次数、用户平均故障停电次数 等。国家规定的城市供电可靠率是9996/100。即 用户年平均停电时间不超过3.5小时;我国供电可靠率目前一般城市地区达到了3个9 即99.9%以上,用户年平均停电时间不超过9小时 ;重要城市中心地区达到了4个9,即99.99%以上 ,用户年平均停电时间不超过53分钟。计算公式供电可靠率(0/0)=年供电小时8760-年停电小 时/8760X100O/0用电负荷分类:用电负荷:用户的用电设备在某一时刻实际取用的 功率的总和。电力负荷分类的方法比较多,最有意义的是按电力 系统中负荷发生的时间对负荷分类和根据突然中断供电 所造成的损失程度分类。按时间对负荷分类1、高峰负荷:是指电网或用户在一天时间内所发生 的最大负荷值。一般选一天24小时中最高的一个小时的 平均负荷为最高负荷,通常还有1个月的日高峰负荷、 一年的月高峰负荷等。2、最低负荷:是指电网或用户在一天24小时内发生 的用电量最低的负荷。 通常还有1个月的日最低负荷、 一年的月最低负荷等。3、平均负荷:是指电网或用户在某一段确定时间阶段 内的平均小时用电量。 按中断供电造成的损失程度分类1、一级负荷:突然停电将造成人身 伤亡或引起对周围环境的严重污染, 造成经济上的巨大损失,如重要的大 型设备损坏,重要产品或重要原料生 产的产品大量报废,连续生产过程被 打乱,需要很长时间才能恢复生产; 以及突然停电会造成社会秩序严重混 乱或在政治上造成重大不良影响,如 重要交通和通信枢纽、国际社交场所 等的用电负荷。2、二级负荷:突然停电将在经济上造 成较大损失,如生产的主要设备损坏,产 品大量报废或减产,连续生产过程需较长 时间才能恢复;以及突然停电会造成社会 秩序混乱或在政治上造成较大影响,如交 通和通信枢纽、城市主要水源,广播电视 、商贸中心等的用电负荷。3、三级负荷:不属于一级和二级负荷 者。七、变电所七、变电所变电所是联接电力系统的中间环节,用以汇集电 源,升降电压和分配电力。变电所的主接线变电所的主接线是电气设备的主体,由其把发电 机、变压器、断路器、隔离开关等电气设备通过母线 、导线有机的连接起来,并配置各种互感器、避雷器 等保护测量电器,构成汇集和分配电能的系统。变电 所主接线的形式与变电所设备的选择、布置、运行的 可靠性和经济性以及继电保护的配置都有密切的关系 ,它是变电所设计的重要环节。在拟定变电所主接线 方案时,应满足可靠、简单、安全、运行灵活、经济 合理、操作维护方 便和适应发展等基本要求。八、电源八、电源电源主要由发电机产生,目前世界上的发电方式主要有 火力发电、水力发电和核电。其它小容量的有风能、地热能 、太阳能、潮汐等。1、火电:利用煤、石油和天然气等化石燃料所含能量发 电的方式统称为火力发电。按发电方式,火力发电分为燃煤汽轮机发电、燃油汽轮机 发电、燃气蒸汽联合循环发电和内燃机发电等。火力发电厂简称火电厂,是利用煤、石油、天然气或其他 燃料的化学能生产电能的工厂。火电厂主要组成为:(1)、锅炉及附属设备, 确保燃料的化学能转化为热能。(2)、汽轮机及附属设备,确保热能变为机械能。(3)、发电机及励磁机,确保机械能变为电能。(4)、主变压器, 把电能提升为高压电输送给输电线路。火力发电的优势是:早期建设成本低,发电 量稳定,一年四季均匀生产,所以在世界各国的 电力生产中都占主要地位,一般在70 %左右。 火力发电的缺点是:所用的煤、油、气等是不可 再生资源,虽然储量多,始终会枯竭,污染严重 。一方面是煤炭资源丰富,二一方面是其它资 源转换为油、气、化学能等成本高,我们国家火 电是以煤电为主,油、气、化学能等火电是限制 性的计划性发展。火力发电的优势是:早期建设成本低,发电 量稳定,一年四季均匀生产,所以在世界各国的 电力生产中都占主要地位,一般在70 %左右。 火力发电的缺点是:所用的煤、油、气等是不可 再生资源,虽然储量多,始终会枯竭,污染严重 。一方面是煤炭资源丰富,二一方面是其它资 源转换为油、气、化学能等成本高,我们国家火 电是以煤电为主,油、气、化学能等火电是限制 性的计划性发展。2、水电:水力发电是利用循环的水资源进行,主要 利用阶梯交接、河流落差大的优势,以产生强大的水能 动力,用于发电,属于生态环保发电类型。水电最大的优势是
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