第一章电力系统基础知识.docx

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1、课程名称课题课 型周 次学 时授课时间月 日月 日月 日月 日月 日班级人数教学目的【学问目的】1. 2.【实力目的】1. 2. 【德育目的】1. 2.教学重点教学难点教学方法教具/设备作 业教学后记授课老师年 月 日审 签年 月 日电力系统根底学问继电疼惜、自动装置对电力系统起到疼惜和平安限制的作用，因此首先应明确所要疼惜和限制对象的相关状况，涉及的内容包括：电力系统的构成，电力系统中性点接地方式及其特点，电力系统短路电流计算及其相关概念。这是学习继电疼惜、自动装置等本书内容的根底。第一节 电力系统根本概念 一、电力系统构成 电力系统是由发电厂、变电站(所)、送电线路、配电线路、电力用户组成

2、的整体。其中，联络发电厂及用户的中间环节称为电力网，主要由送电线路、变电所、配电所和配电线路组成，如图1-1中的虚框所示。电力系统和动力设备组成了动力系统，动力设备包括锅炉、汽轮机、水轮机等。在电力系统中，各种电气设备多是三相的，且三相系统根本上呈现或设计为对称形式，所以可以将三相电力系统用单相图表述。动力系统、电力系统及电力网之间的关系示意图如图1所示。图1-1 动力系统、电力系统及电力网示意图 须要指出的是，为了保证电力系统一次电力设施的正常运行，还须要配置继电疼惜、自动装置、计量装置、通信和电网调度自动化设施等。 电力系统主要组成部分和电气设备的作用如下。 (1)发电厂。发电厂是把各种自

3、然能源转换成电能的工厂。自然能源也称为一次能源，例如煤炭、石油、自然气、水力、风力、太阳能等，依据发电厂运用的一次能源不同，发电厂分为火力发电厂(一次能源为煤炭、石油或自然气)、水力发屯厂、风力发电厂等。 (2)变电站(所)。变电站是电力系统中联络发电厂及用户的中间环节，具有聚集电能和支配电能、变换电压和交换功率等功能，是一个装有多种电气设备的场所。依据在电力系统中所起的作用，可分为升压变电站和降压变电站；依据设备安装位置，可分为户外变电站、户内变电站、半户外变电站和地下变电站。 变电站内一次电气设备主要有变压器、断路器、隔分开关、避雷器、电流互感器、电压互感器、高压熔断器、负荷开关等。变电站

4、内还装备有继电疼惜和自动装置、测量仪表、自动限制系统及远动通信装置等。 (3)输电网。输电网是通过高压、超高压输电线将发电厂及变电站、变电站及变电站连接起来，完成电能传输的电力网络，又称为电力网中的主网架。 (4)配电网。配电网是从输电网或地区发电厂承受电能，通过配电设施将电能支配给用户的电力网。配电设施包括配电线路、配电变压器、配电设备等。配电网依据电压等级，可分为高压配电网、中压配电网和低压配电网；依据地域效劳对象，可分为城市配电网和农村配电网；依据配电线路类型，可分为架空配电网和电缆配电网。 我国配电网电压等级划分为，高压配电网电压：35、66、110；中压配电网电压：10(20)；低压

5、配电网电压：380220V。 (5)负荷。电力负荷是用户的用电设备或用电单位总体所消耗的功率，可以表示为功率()、容量()或电流(A)。发电厂对外供电所担当的负荷的总和称为供电负荷，包括这一时刻用电负荷(用户在某一时刻对电力系统的功率需求)以及能量在传输过程中的功率损失(网损)。 (6)变压器。变压器利用电磁感应原理，把一种沟通电压和电流转换成一样频率的另一种或几种沟通电压和电流。在电力系统中，由于传输电能和用户用电的须要，无论是发电厂还是变电站，都可以看到各种型式和不同容量的电力变压器。 (7)断路器。断路器是一种开关设备，既能关合、承载、开断运行回路的负荷电流，又能关合、承载、开断短路等异

6、样电流。断路器的形式较多，构造也不尽一样，但从原理上看，均由动触头、静触头、灭弧装置、操动机构、绝缘支架等构成。 (8)隔分开关。隔分开关是将电气设备及电源进展电气隔离或连接的设备，因为没有特别的灭弧装置，一般只能在无负荷电流的状况下进展分、合操作，及断路器协作运用。隔分开关由导电回路、绝缘支架、操作系统及底座支架等组成。 (9)负荷开关。负荷开关是另一种开关设备，既能关合、承载、开断运行线路的正常电流(包括规定的过载电流)，并能关合、承载短路等异样电流，但不能开断短路故障电流。负荷开关可以看成是断路器功能的简化，或隔分开关功能的延长。负荷开关由灭弧装置、操动机构和绝缘支架等组成。 (10)主

7、接线。主接线是以电源和引出线为根本环节，以母线为中间环节构成的电能通路。变电站主接线将变压器、断路器、隔分开关、互感器、母线等一次电气设备，依据确定的依次连接，实现聚集和支配电能，按有无汇流母线分为有母线接线和无母线接线两大类。变电站主接线图一般用单线图表示。 (11)互感器。互感器有电流互感器()和电压互感器()。电流互感器是种变流设备，将沟通一次侧大电流转换成二次电流，供给测量、疼惜等二次设备运用，一般二次额定电流为5A或1A；电压互感器是种变压设备，将沟通一交侧高电压转换成二次电压，供给限制、测量、疼惜等二次设备运用，般二次额定的相电压为100。 二、电力系统中性点运行方式 电力系统中性

8、点运行方式即中性点接地方式，是指电力系统中发电机或变压器的中性点的接地方式，是一种工作接地。目前，我国电力系统中性点接地方式分为中性点干脆接地及非干脆接地两大类，具体有；中性点不接地、经电阻接地、经电抗接地、经消弧线圈接地和干脆接地等。 1中性点干脆接地方式中性点干脆接地是指电力系统中至少有一个中性点干脆及接地设施相连接，如图1-2中的N点接地，通常应用于500、330、220、110电网。 中性点干脆接地系统保持接地中性点零电位，发生单相接地故障时如图1-2所示，非故障相对地电压数值变更较小。由于高压、尤其是超高压电力变压器中性点的绝缘程度、电气设备的绝缘程度都相对较低，承受中性点干脆接地方

9、式，对保证变压器及其电气设备的平安尤其重要。但由于中性点干脆接地，及短路点构成干脆短路通路，故障相电流很大，造成接于故障相的电气设备过电流。为此，须要通过继电疼惜和断路器动作，切断短路电流。 2中性点不接地方式中性点不接地系统指电力系统中性点不接地。中性点不接地系统发生单相接地故障时如图1-3所示，中性点电压发生位移，但是三相之间的线电压照旧对称，且数值不变；由于没有干脆的短路通路，接地故障电流由线路和设备对地分布电容回路供给，是容性电流，通常数值不大，一般不须要立即停电，可以带故障运行一段时间(一般不超过2h)；但非故障相对地电压上升，数值最大为额定相电压的倍，因此用电设备的绝缘程度须要按线

10、电压考虑。中性点不接地方式具有跳闸次数少的优点，因此普遍应用于接地电容电流不大的系统，例如66、35电网。“一低两高三不变当中性点不接地系统发生一相接地状况时,该相的对地电压变低,甚至为零,此为一低;此时其它两相的对地电压上升,最大可为系统线电压.此为两高;由于中性点没有接地,此时接地相没有形成电流通路,接地时三相对地电流根本不变(从前有每相的对地电容电流,一般很小)当为三不变了.正因如此,线电压是确定不变的了。3中性点经消弧线圈接地方式 当电网的电容电流不大时，单相接地故障点的电弧可以自行熄灭；假设电容电流较大，接地故障点的电弧不会自行熄灭，并且产生间歇性电弧，引起过电压，可能导致绝缘损坏，

11、使故障扩大。因目前，10电网承受的中性点接地低值电阻一般为10。 对于6和10主要由架空线构成的系统，单相接地故障电流较小时(接地故障电流小于10A)，为了防止谐振、间歇性电弧接地过电压等对设备的损害，可以承受中性点经高值电阻接地。此时发生单相接地故障时，不立即跳闸，可运行一段时间。 第二节 电力系统短路故障一、短路的一般概念电力系统应当正常不连续地供电，保证用户消费和生活的正常进展。但是当发生短路故障时，可能破坏电力系统正常运行，从而影响用户的消费和生活。 “短路是指电力系统中相及相之间或相及地之间，通过电弧或其他较小阻抗形成的一种非正常连接。电力系统中发生短路的缘由有多种，归纳如下： 1)

12、电气设备绝缘损坏。其缘由有设计不合理、安装不合格、维护不当等，还有外界缘由如架空线断线、倒杆及挖沟时损坏电缆、雷击或过电压等。 2)运行人员误操作。如带负荷拉合隔分开关(刀闸)、带地线合闸、误将带地线的设备投入等。 3)其他缘由。如鸟兽跨接导体造成短路等。电力系统短路的根本类型有：三相短路、两相短路、单相接地短路、两相接地短路等。各种短路故障示意图和代表符号如表1-1所示，其中三相短路为对称短路，其他为不对称短路。 运行阅历和统计数据说明，电力系统中各种短路故障发生的几率是不同的，其中发生三相短路的几率最少，发生单相接地短路的几率最大。 在实际工程问题中，常常须要计算短路电流，计算中涉及到如下

13、概念： (1)无限大容量系统。无限大容量电力系统指，容量相对于被供电系统容量大得多的电力系统，其特征是，当被供电系统中负荷变动甚至发生短路故障，电力系统母线电压及频率根本维持不变。一般，电力系统等值电源阻抗不超过短路电路阻抗的510，或电力系统容量超过被供电系统容量50倍时，可视为无限大容量电力系统，简称无限大系统或无穷大系统。实际应用中对11配电网，可将供电变压器看作无穷大系统对11配电网供电。 (2)短路电流周期重量。电力系统发生短路故障时，及正常负荷状态相比，供电回路的阻抗大为减小，因此出现数值很大的短路电流。明显，短路电流的大小由电源电压和短路回路阻抗确定，电源电压是正弦周期重量，及之

14、对应，产生的是短路电流中的周期重量。在计算中，通常求取的就是这个短路电流周期重量，即在非周期重量衰减完毕后的稳态短路电流。 (3)短路电流非周期重量。电力系统正常运行时，线路和设备上流过负荷电流，当发生短路时，在短路回路中将流过短路电流。由于短路回路存在电感，导致电流不能突变，因此，在电流变更的过渡过程中，将出现一个随时间衰减的非周期重量电流，即短路电流中的非周期重量。倍。 二、三相对称短路 在电力系统的各种短路故障中，虽然三相短路发生的几率最小，但其对电力系统的影响和危害最大。无穷大系统发生三相短路示意图如图1-9所示。 三相短路时，三相照旧对称，三相的短路回路完全一样，短路电流相等，相位互

15、差120o因此只计算一相即可。依据电路计算原理，承受知名值计算三相短路电流周期重量如下： 1-1式中三相短路电流周期重量有效值；等值电源线电动势，实际计算时可承受平均额定电压；短路回路总电抗，通常计算时不考虑回路的电阻。例1-1 某电力系统如图1-10所示，在母线B和母线C分别发生三相短路，试求短路点的短路电流周期重量。等值电源电抗为，线路单位电抗为，变压器T1、T2的额定容量为1000、短路电压为解：1母线B三相短路。2母线C三相短路。计算时须要将等值电源电抗和线路电抗折算到0.4侧，并计算变压器电抗具体阐述请参考电力系统故障分析计算的有关书籍。三、不对称短路电力系统不对称短路包括两相短路、

16、两相接地短路和单相接地短路。一序重量的概念当电力系统发生不对称短路时，三相不再对称，三相的电流和电压数值也不再相等。假设将此不对称的电流或电压进展分解，可以分解出正序重量、负序重量，对于接地短路还有零序重量，分别用下标1、2和0表示。以电流为例，各序重量电流相量图如图1-11所示，对于工频50，正序电流三相对称，即大小相等，相位互差120o；负序电流三相对称，即大小相等，相位互差120o；但相序及正序电流相反；零序电流三相大小相等，相位一样。三相短路电流为1-2可得零序电流为用瞬时值表示为明显，电力系统正常运行时仅有正序重量。二短路电流1、两相短路无穷大系统供电发生两相短路示意图如图1-12所

17、示。电力系统发生两相短路，经故障相和短路点构成短路回路，由故障相电源的线电动抛产生短路电流，流过故障线路，非故障线路没有短路电流，因此出现三相不对称。不在计负荷电流的状况下，三相的短路电流分别为 1-4 可见两相短路时的特点是，三相不对称，出现负序电流；只有故障相存在短路电流，且两相的短路电流数值相等，相位相反。依据图1-12，短路电流数值可计算如上： 1-5式中两相短路电流周期重量有效值。等值电源线电动势，实际计算进可以承受平均额定电压；一相短路回路总电抗。将式1-5及式1-1比较可得 1-6式1-6说明，两相短路电流数值为同一地点三相短路电流的0.866倍，在实际计算中，常常求出三相短路电

18、流后，干脆用以上关系得到两相短路电流。2、单相接地短路1中性点干脆接地系统。中性点干脆接地的无穷大系统供电，发生A相单相接地短路示意图如图1-13所示。中性点干脆接地电力系统发生单相接地时，经干脆接地的中性点、故障相和短路点构成短路回路，由故障相电源电动势产生短路电流，流过故障线路，非故障线路没有短路电流，因此出现三相不对称，在不计负荷电流的状况下，三相的短路电流分别为 1-7可见单相接地短路时的特点是，三相不对称，出现负序电流和零序电流；故障相存在短路电流，在图1-13b中的数值为3I。关于单相接地短路电流计算及两相接地短路问题须要用到复合序网等概念，在此不作介绍。2中性点不接地系统。中性点不接地的无穷大系统供电，发生单相接相短路时的特点和短路电流分布见第三章的第三节。三短路特征依据以上分析，归纳不对称短路的部分特征如表1-2。表1-2 不对称短路部分特征短路类型两相短路单相接地短路中性点干脆接地系统两相接地短路对称性三相不对称三相不对称三相不对称负序电流有负序电流有负序电流有负序电流零序电流无零序电流有零序电流有零序电流