1、电力系统工程基础天津工程师范学院 杨耿煌 1电力系统工程基础相关知识第1页n1.概论n2.电力负荷计算n3.电力网n4.短路电流及其计算n5.变电所一次系统n6.电力系统继电保护n7.变电站监控系统和自动装置n8.配电网自动化n9.安全接地与电气照明主要内容主要内容2电力系统工程基础相关知识第2页1、概论、概论-1.1电力系统基本概念电力系统基本概念发电发电发电发电用电用电用电用电输电输电输电输电变电变电变电变电配电配电配电配电RTURTURTURTURTURTU数据采集和传输数据采集和传输应用服务器应用服务器应用服务器应用服务器电电电电 网网网网 调调调调 度度度度3电力系统工程基础相关知识
2、第3页什么是电力系统？什么是电力系统？水库GMM电力网电力系统动力系统发电厂水轮机 发电机变电所升压变压器输电线路变电所降压变压器用户用电设备4电力系统工程基础相关知识第4页什么是电力系统？什么是电力系统？电力网：由变电所和不一样电压等级输电线路组成网络。电力系统：由发电机、变压器、输电线路以及用电设备（或发电厂、变电所、输配电线路以及用户），按照一定规律连接而组成统一整体。发电厂：生成电能变电所：变换和分配电能输配电线路：输送电能用户：消费电能 动力系统：在电力系统基础上，把发电厂动力部分（比如火力发电厂锅炉、汽轮机和水力发电厂水库、水轮机以及核动力发电厂反应堆等）包含在内系统。5电力系统工
3、程基础相关知识第5页电力系统示意图超高压远距离输电网地方电力网区域电力网110kV35kV35kV500kV220kV110kV10 kV水力发电厂火力发电厂变电所A：枢纽变电所C：地方变电所D：终端变电所B：中间6电力系统工程基础相关知识第6页电力系统组成 电力网：按电压等级高低、供电范围大小分类地方电力网：电压等级在35kV及以下，供电半径在2050km以内区域电力网：电压等级在35kV以上（普通为110kV220kV），供电半径超出50km，联络较多发电厂网络超高压远距离输电网：电压等级为330kV500kV网络，其主要任务是把远处发电厂生产电能输送到负荷中心，同时还联络若干区域电力网形
4、成跨省、跨地域大型电力系统 变电所：按其在电力系统中地位分类枢纽变电所：联络电力系统各部分中枢位置地域变电所：发电厂或区域变电所终端电站所：电网末端变电所7电力系统工程基础相关知识第7页电力系统运行特点电能不能大量存放：电能生产、变换、输送、分配和使用是同时进行。P发 P用P 频率f Q发 Q用Q 电压V过渡过程十分短暂：控制操作自动化程度高。必须借助自动装置对电力系统进行控制：继电保护装置、远动装置、减载装置、同期装置、励磁装置、电能生产与国民经济各部门和人民生活有着极为亲密关系：社会政治经济影响巨大。负荷分类：一类负荷、二类负荷、三类负荷8电力系统工程基础相关知识第8页电力系统要求和基本参
5、数供电可靠性；良好电能质量；为用户提供充分电能；提升电力系统运行经济性。总装机容量：额定有功功率之和；年发电量：全部发电机组整年发出电能总和；最大负荷：要求时间电力系统总有功功率负荷最大值；额定频率：50Hz。9电力系统工程基础相关知识第9页1.2 发电厂火力发电厂：将煤、油、天然气或其它燃料化学能转换成电能工厂。10电力系统工程基础相关知识第10页1.2 发电厂 核电厂：均采取原子核裂变时释放出来能量发电。11电力系统工程基础相关知识第11页2 发电厂水电厂：利用水能发电12电力系统工程基础相关知识第12页2 发电厂风力发电厂13电力系统工程基础相关知识第13页1.3 电力系统电压和电能质量
6、电压质量标准：14电力系统工程基础相关知识第14页电能质量指标频率：额定频率：50Hz（国外：50 或 60Hz）频率偏差：0.2Hz（3000MW系统）0.5Hz（3000MW系统）国外：(0.10.2)Hz 或 0.5Hz波形：质量标准：正弦波电压和电流谐波危害与抑制：15电力系统工程基础相关知识第15页电力系统电压等级16电力系统工程基础相关知识第16页电力系统电压等级U1I U2SZS=3U2I17电力系统工程基础相关知识第17页1.4 电力系统中性点运行方式中性点：星型联结变压器或发电机中性点。360kV：中性点不接地；310kV单相接地时电容电流30A，或3560kV单相接地时电容
7、电流10A，中性点接消弧线圈；110kV及以上：直接接地18电力系统工程基础相关知识第18页1.5 我国电力工业发展概况与前景跨省电力系统5个，独立省电力系统若干个19电力系统工程基础相关知识第19页1.5我国电力工业发展概况20电力系统工程基础相关知识第20页1.5我国电力工业发展概况电力工业发展史上第一：火电：1882年上海杨树浦；水电：19云南石龙坝240kW；核电：1991年浙江秦山300MW；输电线路：1974年甘肃刘家峡水电站陕西关中地域330kV交流，1981年河南姚孟火电厂到武汉500kV交流，1988年葛州坝水电站到上海南桥变电站500kV直流。电力系统之最：21电力系统工程
8、基础相关知识第21页1.5 我国电力工业发展概况年人均电量：我国：1000kW.h中等发达国家：7000kW.h北欧、美国：18000kW.h底全国发电装机容量到达3.56亿千瓦，发电量到达16542亿千瓦时，年底，全国发电装机442亿千瓦；20突破5亿千瓦，年发电量预计2.4万亿千瓦时。自1996年以来装机容量和发电量均居世界第二位。22电力系统工程基础相关知识第22页第二章 电力负荷计算n电力负荷与负荷曲线n计算负荷及相关系数n确定计算负荷方法n尖峰电流计算方法n功率损耗与电能损耗确实定n无功赔偿 23电力系统工程基础相关知识第23页2.1 电力负荷与负荷曲线n电力系统总负荷就是系统中千万
9、个用电设备消费功率总和。它们大致分为异步电动机、同时电动机、电热电炉、整流设备、照明设备等几大类。n不一样行业中，这些用电设备占比重也不一样。表1所表示是几个工业部门用电设备比重统计。n将各工业部门消费功率与农业、交通运输和市政生活消费功率相加就可得到电力系统综适用电负荷。综适用电负荷加网络中损耗功率为系统中各发电厂应供出功率，因而称作电力系统供电负荷。供电负荷再加各发电厂本身消费功率厂用电，为系统中各发电机应发出功率，称作电力系统发电负荷。24电力系统工程基础相关知识第24页电力负荷分级n一级：人身、重大设备或政治、经济重大损失，2个独立电源；n二级：设备局部破坏、生产影响且不轻易恢复，政治
10、、经济较大损失，2回线或者专用供电线路；n三级：非一级和二级，可单回线路供电。25电力系统工程基础相关知识第25页用电设备工作制n连续运行工作制S1 在恒定负载（如额定功率）下连续运行相当长时间，能够使设备到达热平衡工作条件。这类工作制用电设备长久连续运行，负荷比较稳定，如通风机、水泵、空气压缩机、电炉和照明等。n短时运行工作制：设备在额定工作电流恒定一个工作周期内不会到达允许温升，而在两个工作周期之间间歇又很长，能使设备冷却到环境温度值。如金属切削机床用辅助机械（横梁升降、刀架快速移动装置等）、水闸用电机等，这类设备数量极少。26电力系统工程基础相关知识第26页用电设备工作制 断续周期工作制
11、：暂载率（负荷连续率）这类工作制用电设备周期性工作、停歇，重复运行，而且工作和停歇时间都很短，周期普通不超出10min，使设备既不能在一个工作时间内升温到额定值，也不能在一个停歇时间内冷却到环境温度，如电焊机和电梯电动机等设备。断续周期工作制用电设备可用“负荷连续率”（又称暂载率）来表征其工作性质。负荷连续率为一个工作周期内工作时间与工作周期百分比值，用 表示式中 T工作周期；tg工作周期内工作时间；t0工作周期内停歇时间。27电力系统工程基础相关知识第27页负荷曲线n负荷曲线是指在某一时间段内描绘负荷随时间推移而改变曲线。n按负荷性质可绘制有功和无功负荷曲线；按负荷连续时间可绘制日、月和年负
12、荷曲线；按负荷在电力系统内地点可绘制个别用户、电力线路、变电所、发电厂乃至整个地域、整个系统负荷曲线。将这几方面负荷曲线综合在一起就可表明负荷曲线发与供全部特征。n有负荷曲线是按一定时间为间隔绘制出来。不过逐点描绘负荷曲线为依次连续折线，不适于实际应用。为了计算简单起见，往往将逐点描绘负荷曲线用等效阶梯曲线来代替。28电力系统工程基础相关知识第28页负荷曲线n有功功率负荷曲线对电力系统运行十分有用，电力系统设计生产主要是建立在预测有功负荷曲线基础之上。以下介绍几个经典负荷曲线。n（一）日负荷曲线n日负荷曲线表示一天24h内负荷改变情况，如图61所表示，此曲线可用于决定系统日发电量。29电力系统
13、工程基础相关知识第29页负荷曲线30电力系统工程基础相关知识第30页负荷曲线n（二）年最大负荷曲线n可依据经典日负荷曲线间接制成，表示从年初到年底整个1年内逐月（或逐日）综合最大负荷改变情形，如图2所表示。n（三）年负荷连续曲线n年负荷连续曲线是不分日月先后界限，只按整年负荷改变，依据各个不一样负荷值在一年中累计连续时间而重新排列组成，即反应了工厂整年负荷变动与负荷连续时间关系,如图3所表示。31电力系统工程基础相关知识第31页负荷曲线32电力系统工程基础相关知识第32页负荷曲线n负荷曲线特征指标分析负荷曲线特征指标分析n分析负荷曲线能够了解负荷变动规律。从工厂来说，能够合理地、有计划地安排车
14、间、班次或大容量设备用电时间，从而降低负荷高峰，填补负荷低谷，这种“削峰填谷”方法可使负荷曲线比较平坦，调整负荷既提升了供电能力，也是节电方法之一。n从负荷曲线上还能够求得一些有用参数。33电力系统工程基础相关知识第33页负荷曲线n（1）年最大负荷Pmax，负荷曲线上最高点，见图。n（2）年最小负荷Pmin，负荷曲线上最低点，见图。n（3）整年消耗电量AY为 全日消耗电量AD为34电力系统工程基础相关知识第34页负荷曲线（4）年最大负荷利用小时数Tmax n（5）平均负荷Pav（6）负荷率，平均负荷与最大负荷比值有功负荷率无功负荷率35电力系统工程基础相关知识第35页2.2 负荷计算方法负荷计
15、算方法n所谓计算负荷，就是在已知用电设备性质、容量等条件情况下，按照一定方法和规律，经过计算确定电力负荷。它包含有功计算负荷、无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流、尖峰电流等内容。n求计算负荷这项工作称作为负荷计算。36电力系统工程基础相关知识第36页2.3 负荷计算方法负荷计算方法n依据长久观察所测得负荷曲线能够发觉：对于同一类型用电设备组、同一类型车间或同一类企业，其负荷曲线含有相同形状。所以，经典负荷曲线就可作为负荷计算时各种必要系数基本依据。利用这种系数，依据工厂所提供用电设备容量、将其变换成电力设备所需要假想负荷计算负荷。n用此计算负荷选择供电系统中导线和电缆截面积，确定变压器容量，
16、为选择电气设备参数、整定保护装置动作值以及制订提升功率原因办法等提供了依据。37电力系统工程基础相关知识第37页计算负荷意义计算负荷意义n“计算负荷计算负荷”是按发烧条件选择电气设是按发烧条件选择电气设备一个假定负荷。备一个假定负荷。计算负荷产生热效应计算负荷产生热效应需和实际变动负荷产生最大热效应相等需和实际变动负荷产生最大热效应相等。所以依据计算负荷来选择导线及设备，所以依据计算负荷来选择导线及设备，在实际运行中它们最高温升就不会超出在实际运行中它们最高温升就不会超出允许值。允许值。n通常我们把依据半小时（通常我们把依据半小时（30min）平均）平均负荷所绘制负荷曲线上负荷所绘制负荷曲线上
17、“最大负荷最大负荷”称称为为“计算负荷计算负荷”，并作为按发烧条件选，并作为按发烧条件选择电气设备依据。择电气设备依据。38电力系统工程基础相关知识第38页确定计算负荷系数确定计算负荷系数n比较、分析大量负荷曲线，又能够发觉同一类型工业企业（或同一类型车间、设备）负荷曲线，都有大致相同形状。从中可发觉数值较相近系数。n1、需要系数Kdn在设备额定功率PN已知条件下，只要实测统计出用电设备组（车间、全厂）计算负荷Pca，即在经典用电设备组负荷曲线上出现30min最大负荷Pmax，就能够求出需要系数Kd，定义以下：39电力系统工程基础相关知识第39页确定计算负荷系数确定计算负荷系数n2、利用系数K
18、u，利用系数可定义为：3、同时系数有功同时系数：无功同时系数：40电力系统工程基础相关知识第40页2.4 尖峰电流计算尖峰电流计算n连续12秒短时最大负荷电流n单台用电设备尖峰电流；n多台用电设备尖峰电流；n用电设备同时起动尖峰电流。41电力系统工程基础相关知识第41页2.5 功率损耗和电能损耗计算功率损耗和电能损耗计算n功率损耗：n线路变压器（分别包含有功功率和无功功率）；n电能损耗：n线路变压器（简单统计方法）；n线损率计算。42电力系统工程基础相关知识第42页2.6 企业计算负荷确定n逐层计算法：企业用电端开始，逐层上推，直至求出电源进线端计算负荷；用电设备组计算负荷车间变压器低压母线车
19、间变压器高压母线车间变电所高压母线总降压变电所出线总降压变电所低压母线企业总计算负荷。n需求系数法；n按年产量估算企业计算负荷。43电力系统工程基础相关知识第43页2.7 无功赔偿无功赔偿n无功功率传输问题；线损增加；压降增加；浪费设备容量，降低供电能力；发电机输出能力下降，发电效率下降。n节能、改进变配电设备运行、提升电能质量无功赔偿，功率因数提升程度（高压供电：0.9）44电力系统工程基础相关知识第44页功率原因计算n瞬时功率因数，直接经过功率表、电压和电流表计；n均权功率因数：一定时间内功率因数平均值；n最大负荷时功率因数：计算功率。45电力系统工程基础相关知识第45页提升功率因数方法n提升自然功率：降低无功功率需求量；n人工赔偿：电容器；同时电机；同时调相机。n电容器赔偿：n低压：三角形；高压：星形。n高压集中，低压分散，个别就地。n赔偿容量计算。46电力系统工程基础相关知识第46页无功赔偿效益分析n线损下降百分值；n变压器铜耗下降百分值；n降低变压器容量值。47电力系统工程基础相关知识第47页静态电容器控制方法n昼夜时间划分：无功负荷改变曲线，适用与负荷比较稳定，较有规律场所；n母线电压高低：起动元件低电压或高电压继电器，这还包括变压器调压办法；n无功功率大小：起动元件无功功率检测器；n功率因数大小：起动元件相位监测器。48电力系统工程基础相关知识第48页
