电力系统基础知识(经典浓缩)教程文件.ppt

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1、电力系统基础知识(经典浓缩)1 1、动力系统、动力系统、动力系统、动力系统:原动机原动机原动机原动机2 2、电力系统：电厂、电力系统：电厂、电力系统：电厂、电力系统：电厂+电力网电力网电力网电力网+用户用户用户用户 3 3、电力网、电力网、电力网、电力网:送电送电送电送电+变电变电变电变电+配电配电配电配电1 1、定义、定义、定义、定义一、电力系统概述一、电力系统概述超高压变电所超高压变电所一次变电所一次变电所TPC6.9/13.8 167KVA*火力发电厂 配電變電所配電變電所水力发电厂核能发电厂二次变电所二次变电所发电系统供电系統业务系統特高压用户 161KV配电变电所特高压用户 69KV

2、高压用戶22/11KV低压用戶220/110V161/22KV69/11KV345/161KV161/69KV(生产)(输送)(配售)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电力系统基础知识电力系统=发电厂+变电站（所）+输电线路（送电线路+配电线路）+电力用户电力网=送电线路+变电所+配电所+配电线路电力网=变压+输电线路+用户动力系统=电力系统+动力装置（锅炉、汽轮机、水轮机）电力系统的示意图电力系统的示意图水力水力发电厂发电厂升压变电所升压变电所220kV地区枢纽所地区枢纽所10kV至至用用户户配配电电所所10kV10kV升压升压变电所变电所220

3、kV220kV220kV输电线路输电线路220kV35kV35kV负荷负荷变电所变电所35kV火力火力发电厂发电厂10kV 为保证供电为保证供电的可靠性和安的可靠性和安全连续性，电全连续性，电力系统将各地力系统将各地区、各种类型区、各种类型的发电机变压的发电机变压器、输电线、器、输电线、配电和用电设配电和用电设备等连成一个备等连成一个环形整体。环形整体。电力系统基础知识n主接线：以电源和引出线为基本环节，以母线为中间环节构成的电能通路对主接线的基本要求：1.满足用电要求；2.接线简单；3.运行经济、可靠；4.操作方便、运行灵活；5.设备选择合理；6.便于维护检修；7.故障处理能保证安全；特点特

4、点：1、接线简单，设备少；、接线简单，设备少；2、节省投资；、节省投资；3、操作方便；、操作方便；4、维护简单；、维护简单；5、检修需要全部停电、检修需要全部停电线路变压器组接线线路变压器组接线(2)(2)单母线接线单母线接线1 1单母线接线：单母线接线：特点：特点：1.接线简单；接线简单；2.操作方便；操作方便；3.投资节省。投资节省。适用于适用于10KV系统系统 0.4KV系统系统(2)(2)单母线接线单母线接线2 2(3)(3)双母线接线双母线接线供电容量大；供电容量大；用于供电回路多的站；用于供电回路多的站；供电可靠性高；供电可靠性高；运行灵活性大；运行灵活性大；投资高；投资高；操作步

5、骤复杂；操作步骤复杂；占地面积大占地面积大适用于：适用于：110KV110KV以上的变电站以上的变电站(3)(3)双母线接线双母线接线双母线接线：解决了母线检修检修问题双母线接线：解决了母线检修检修问题(3)(3)双母线接线双母线接线 带旁路带旁路双母线接线：解决了母线检修检修问题双母线接线：解决了母线检修检修问题旁路母线：解决开关检修的问题旁路母线：解决开关检修的问题无母线主接线单母分段内桥接下电力系统基础知识n电力系统基本概念n电力系统的构成：n发电厂：把各种天然能源转换成电能的工厂。变电站：电力系统中联系发电厂与用户的中间环节，具有汇集电能和分配电能、变换电压和交换功率等功能。变电站：升

6、压变电站 降压变电站户内 户外 半户外 地下变电站电力系统基础知识n输电网：通过高压、超高压输电线将发电厂、变电站连接起来，完成电能传输的网络。n配电网：从输电网或地区发电厂接受电能，通过配电设施将电能分配给用户的电网。我国电网电压等级划分：输电网：500kV、330kV、220kV配电网：110kV、66kV、35kV、10（20）kV、6kV、380（220）V电力系统基础知识n变压器：利用电磁感应原理，把一种交流电压和电流转换成相同频率的另一种或几种交流电压和电流n断路器：能够关合、承载、开断运行或故障时电流的开关设备n隔离开关：将电气设备与电源进行电气隔离或连接的设备电力系统基础知识n

7、负荷开关：能够关合、承载、开断正常电流，并能关合、承载短路电流，但不能开断短路故障电流的开关设备n电流互感器（TA）：能将交流一次侧的大电流转换成二次电流，供给二次设备使用n电压互感器（TV）：能将交流一次侧的高电压转换成二次电压，供给二次设备使用电力系统基础知识二、电力系统中性点运行方式n发电机或变压器的中性点的接地方式，是一种工作接地。n我国电力系统中性点接地方式：1、中性点直接接地2、中性点不接地3、中性点非直接接地：经电阻接地、经电抗接地、消弧线圈接地等。电力系统基础知识1、中性点直接接地 电力系统中至少有一个中性点直接与接地设施相连接 通常应用于 500kV、330kV、220kV、

8、110kV 电网。电力系统基础知识1、中性点直接接地 中性点直接接地系统，中性点保持零电位，发生单相接地故障时，非故障相对地电压数值变化较小。中性点直接接地系统单相接地示意图中性点直接接地系统单相接地示意图CBA 变压器绕组变压器绕组L1EAEBECI I I Ik k k kU UA A、U UB B基本不变基本不变电力系统基础知识1、中性点直接接地n高压、尤其是超高压电力变压器中性点、电气设备的绝缘水平都相对较低，采用中性点直接接地方式，对保证变压器及其电气设备的安全很其重要。n中性点直接接地，与短路点构成直接短路通路，接地故障相电流很大。n电气设备的绝缘按相电压考虑。优点：1、不外加设备

9、即可消弧，由保护跳闸切除故障2、降低电网对地绝缘，按相电压考虑，节省造价缺点：1、供电可靠性降低改进：装自动重合闸装置、装备用电源自动投入2、电流很大改进：中性点经电抗器接地 、仅部分中性点接地应用：110KV及以上电网电力系统基础知识2、中性点不接地方式 指电力系统中性点不接地中性点不接地系统单相接地示意图中性点不接地系统单相接地示意图CBA 变压器绕组变压器绕组L1EAEBECU UA A、U UB B升高到线电压升高到线电压电力系统基础知识2、中性点不接地系统发生单相接地故障时n中性点电压发生位移，但是三相之间的线电压仍然对称，且数值不变；n非故障相对地电压升高，数值最大为额定相电压的3

10、倍，因此用电设备的绝缘水平按线电压考虑。n没有直接的短路通路，接地故障电流由线路和设备对地分布电容回路提供，是较小的容性电流，可以继续运行12小时。（提高了供电可靠性）电力系统基础知识3、中性点经消弧线圈接地n如果电网分布电容较大，电容电流较大，接地故障点的电弧不会自行熄灭，可能导致绝缘损坏，使故障扩大。n消弧线圈又称消弧电抗器或接地故障补偿装置。n规程规定：35kV电网中接地电流大于10A 610kV电网中接地电流大于30A 发电机直配网络中接地电流大于5A 中性点需经消弧线圈接地电力系统基础知识3、中性点经消弧线圈接地时，发生单相接地故障，产生感性电流（称为补偿电流）IL流过故障点，补偿故

11、障点的容性电流，使总故障电流数值减小。n目的：减小单相接地故障电流，促进电弧自行熄灭，避免发展成相间短路或烧断导线。电力系统基础知识n中性点经消弧线圈接地中性点经消弧线圈接地系统单相接地示意图中性点经消弧线圈接地系统单相接地示意图CBA 变压器绕组变压器绕组L1EAEBECU UA A、U UB B稍有升高稍有升高欠补偿：ILIC，现场常用补偿方式ICIL电力系统基础知识4、中性点经电阻接地方式 配电网分布电容较大，则中性点经低值电阻（小电阻）接地方式，断路器瞬时跳闸切除故障 配电网分布电容较小，则中性点经高值电阻接地方式，此时发生单相接地故障时，不立即跳闸，可运行一段时间 电力系统基础知识5

12、、低压配电网接地方式 低压配电网指220380V 网络，采用中性点直接接地方式。并且引出中性线（N）、保护线（PE）或保护中性线（PEN）。保护线是保障人身安全，防止发生触电事故用的中性线。保护中性线兼有中性线和保护线的功能，通常称为“零线”或“地线”。低压系统接地分为TN、TT、IT三类：1、第一个字母第一个字母：电力系统中性点对地关系；T-中性点直接接地 I-中性点不接地或经阻抗接地2、第二个字母第二个字母：设备外露可导电部分对地关系 T-独立于系统而直接接地 N-与系统接地点进行电气连接中性线N：接地保护线PE；保障人身安全，防止发生触电事故220、380V网络中性线N：接地保护线PE；

13、保障人身安全，防止发生触电事故220、380V网络中性线N：接地保护中性线PEN：兼有中性线和保护线的功能，有时称为零线或地线按保护接地方式分为：TN系统 TT系统 IT系统TT系统:所有设备的外露可导电部分均各自经保护线PE单独接地；TN系统:所有设备的外露可导电部分均接公共保护线PE、或接保护中性线PEN；TN-S;TN-C;TN-C-SIT系统:所有设备的外露可导电部分均各自经保护线PE单独接地,电源中性点不接地或经电抗接地，且通常不引出中性线NTNS系统配电变压器的中性点直接接地（电力系统有一点直接接地）它所供电的低压系统中的用电设备防触电保护措施采用保护接零的。（电气装置的外露可接近

14、导体通过保护线与该接地点相连接。）且中性线与保护线是分开的。（三相五线制、U、V、W、三相、中性线、保护线、）特点：特点：整个系统的中性线整个系统的中性线N N与保护线与保护线PEPE是分开的。是分开的。避免由于中性线断开而造成的危害；（只有保护线避免由于中性线断开而造成的危害；（只有保护线PEPE断开且有断开且有一台设备相线碰壳时才有危险）一台设备相线碰壳时才有危险）增加一根导线，工程费用增大；增加一根导线，工程费用增大；厂矿企业和城市宜采用。厂矿企业和城市宜采用。TNC系统配电变压器的中性点直接接地（电力系统有一点直接接地）它所供电的低压系统中的用电设备防触电保护措施采用保护接零的。（电气

15、装置的外露可接近导体通过保护线与该接地点相连接。）且中性线与保护线是合一的。特点：整个系统的中性线特点：整个系统的中性线特点：整个系统的中性线特点：整个系统的中性线N N与保护线与保护线与保护线与保护线PEPE是合一的。是合一的。是合一的。是合一的。TNCS系统配电变压器的中性点直接接地（电力系统有一点直接接地）它所供电的低压系统中的用电设备防触电保护措施采用保护接零的。（电气装置的外露可接近导体、通过保护线与该接地点相连接。）中性线与保护线在一部分线路中是合一的、中性线与保护线在一部分线路中是分开的。特点：特点：特点：特点：系统中有一部分线路的中性线系统中有一部分线路的中性线系统中有一部分线

16、路的中性线系统中有一部分线路的中性线N N N N与保护线与保护线与保护线与保护线PEPEPEPE是合一的。是合一的。是合一的。是合一的。前端用前端用前端用前端用TN-CTN-CTN-CTN-C系统，给一般三相负荷供电；系统，给一般三相负荷供电；系统，给一般三相负荷供电；系统，给一般三相负荷供电；末端用末端用末端用末端用TN-STN-STN-STN-S系统，给少量不平衡负荷或对安全较高的设备供电。系统，给少量不平衡负荷或对安全较高的设备供电。系统，给少量不平衡负荷或对安全较高的设备供电。系统，给少量不平衡负荷或对安全较高的设备供电。2、TT系统 配电变压器的中性点直接接地（电力系统中有一点直接

17、接地）它所供电的低压系统中的用电设备防触电保护措施采用保护接地的。（电气装置的外露可接近导体、通过保护接地线接至与电力系统接地点无关的接地极。）特点：特点：系统有一点直接接地；电气装置的外露可接近导体，通过保护接地系统有一点直接接地；电气装置的外露可接近导体，通过保护接地系统有一点直接接地；电气装置的外露可接近导体，通过保护接地系统有一点直接接地；电气装置的外露可接近导体，通过保护接地线接到与系统接地点无关的接地极。线接到与系统接地点无关的接地极。线接到与系统接地点无关的接地极。线接到与系统接地点无关的接地极。当设备碰壳当设备碰壳当设备碰壳当设备碰壳，形成单相接地形成单相接地形成单相接地形成单

18、相接地，使回路上的过流保护动作使回路上的过流保护动作使回路上的过流保护动作使回路上的过流保护动作，切除故障；切除故障；切除故障；切除故障；该保护有局限性，在系统内设漏电保护器；该保护有局限性，在系统内设漏电保护器；该保护有局限性，在系统内设漏电保护器；该保护有局限性，在系统内设漏电保护器；农村低压电网宜采用这种接地方式农村低压电网宜采用这种接地方式农村低压电网宜采用这种接地方式农村低压电网宜采用这种接地方式3、IT系统 配电变压器的中性点不接地或经阻抗接地（电力系统与大地间不直接连接）它所供电的低压系统中的用电设备防触电保护措施采用保护接地的。（电气装置的外露可接近导体、通过保护接地线与接地极

19、连接。）在同一低压系统中保护接地、保护接零不能混用。（低压运行系统不能混）特点：系统与大地不直接连接，电气装置的外露可接近导体，通过保护系统与大地不直接连接，电气装置的外露可接近导体，通过保护接地线与接地极连接。接地线与接地极连接。设备漏电设备漏电外壳带电外壳带电中性点不接地中性点不接地漏电流很小漏电流很小可以运行；可以运行；适用于对安全的特殊要求或纯排灌的动力系统适用于对安全的特殊要求或纯排灌的动力系统；1.1.要求各相对地绝缘良好，正常时各相泄漏电流小于要求各相对地绝缘良好，正常时各相泄漏电流小于30mA30mA；2.2.不得从变压器再引出不得从变压器再引出220V220V单相电源；单相电

20、源；3.3.为防止为防止B B过电压，过电压，B B中性点及各回路终端相线应装过压装置。中性点及各回路终端相线应装过压装置。短路：指电力系统中除正常连接之外相与相之间或相与地之间，通过电弧或其他较小阻抗形成的一种非正常连接。n短路的原因：电气设备绝缘损坏 运行人员误操作 其他原因，如鸟兽跨接导体造成 短路等第二节 电力系统短路故障电力系统基础知识n短路的基本类型n单相接地短路（k（1）n两相接地短路（k（1.1）n两相短路（k（2）n三相短路（k（3）n运行经验和统计数据表明，发生三相短路的几率最少，发生单相接地短路的几率最大。5%10%20%65%几率仅出现正序分量K(3）三相短路出现正、负

21、序分量K(2）两相短路出现正、负、零序分量K(1.1）两相接地短路出现正、负、零序分量K(1）单相接地短路电力系统基础知识n短路计算涉及的概念n无限大容量系统（无穷大系统）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基本维持不变。一般Xs5%10%X。或Ss50S供。电力系统基础知识n短路电流周期分量 电力系统发生短路故障时，产生的短路电流中的周期分量。即在非周期分量衰减完毕后的稳态短路电流。n短路电流非周期分量 故障时，在电流变化的过渡过程中，将出现一个随时间衰减的非周期分量电流。n短路冲击电流 短路全电流中的最大瞬时值称

22、为短路冲击电流其解就是短路的全电流，它由两部分组其解就是短路的全电流，它由两部分组成：成：周期分量周期分量和和非周期分量非周期分量一般电力系统中，短路回路的感抗比电阻大得多，即一般电力系统中，短路回路的感抗比电阻大得多，即 ，故，故可近似认为可近似认为 。因此，非周期电流有最大值的条件为：短路。因此，非周期电流有最大值的条件为：短路前电路空载（前电路空载（Im=0),并且短路发生时，电源电势过零（并且短路发生时，电源电势过零（0）。）。n在电力系统的各种短路故障中，三相短路对电力系统的影响和危害最大。n三相短路时，三相仍然对称，三相的短路电流相等，相位互差 120，因此只计算一相即可。n计算公

23、式如下：二、三相对称短路电力系统基础知识n例1-1线路阻抗 Xl=0.4*L变压器阻抗归算两相短路、两相接地短路和单相接地短路。n序分量的概念n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。n将此不对称的电流或电压进行分解，可以分解出正序分量、负序分量，对于接地短路还有零序分量，分别用下标1、2和0表示。三 不对称短路电力系统基础知识n正序电流三相对称，即大小相等，相位互差120n负序电流三相对称，即大小相等，相位互差 120 但相序与正序电流相反n零序电流三相大小相等，相位相同电力系统基础知识n短路电流n零序电流电力系统正常运行时仅有正序分量三 不对称短路当发生除

24、三相短路以外的其他三种短路均为不对称短路。三相电流、电压均不对称，可用对称分量法求解。电力系统基础知识n短路电流n两相短路 边界条件：故障相电流大小相等，相位相反 非故障相故障电流为零 三相不对称，有负序分量存在 没有零序分量电力系统基础知识n两相短路计算n公式：n与三相短路电流的关系：电力系统基础知识n单相接地短路n单相接地短路考虑两种情况：中性点直接接地系统和中性点不接地系统n中性点直接接地系统，由于有电流通路，因此单相接地电流较大n中性点不接地系统，由于仅有容性电流，故障电流较小，一般允许继续运行12小时。电力系统基础知识n中性点直接接地系统n边界条件：n非故障相故障电流为零n三相不对称

25、n故障相电流为3倍的零序分量，3I0电力系统基础知识n中性点不接地系统n特点n故障相对地电压为零，其它两相电压升高为线电压，中性点发生位移n全系统出现零序点电压n非故障线路流过本线路非故障相电容电流，电压滞后电流90n故障线路零序电流等于全系统非故障线路对地电容电流之和，电压超前电流90电力系统基础知识n各种短路特征短路电流的最大瞬时值在短路发生短路电流的最大瞬时值在短路发生后约半个周期时出现。这个时间约后约半个周期时出现。这个时间约为为0.01秒，秒，k k k kimimimim为冲击系数为冲击系数为冲击系数为冲击系数,实用计算时，短路发生在实用计算时，短路发生在实用计算时，短路发生在实用计算时，短路发生在发电机电压母发电机电压母发电机电压母发电机电压母线线线线时时时时k k k kimimimim1.91.91.91.9；短路发生在；短路发生在；短路发生在；短路发生在发电厂高压母线发电厂高压母线发电厂高压母线发电厂高压母线时时时时k k k kimimimim1.851.851.851.85；在；在；在；在其它地点其它地点其它地点其它地点短路短路短路短路k k k kimimimim1.81.81.81.8。总结与复习此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢