《电力系统工程基础》(控制篇)_XXXX0615
合集下载
电力工程基础ppt课件全文编辑修改
电力工程基础
第二章 电气设备的原理与功能
②用压缩空气或六氟化硫气体吹弧 将20个左右大气压的压缩空气或5个大气压左右的六
氟化硫气体（SF6）先储存在专门的储气罐中，断路器分 闸时产生电弧，随后打开喷口，用具有一定压力的气体 吹弧。
③产气管吹弧 产气管由纤维、塑料等有机固体材料制成，电弧燃
烧时与管的内壁紧密接触，在高温作用下，一部分管壁 材料迅速分解为氢气、二氧化碳等，这些气体在管内受 热膨胀，增高压力，向管的端部形成吹弧。
电力工程基础
第二章 电气设备的原理与功能
电力工程基础
第二章 电气设备的原理与功能
8. 交流电弧的特性
在交流电路中，电流瞬时值随时间变化，因而电弧的温 度、直径以及电弧电压也随时间变化，电弧的这种特性称为 动特性。由于弧柱的受热升温或散热降温都有一定过程，跟 不上快速变化的电流，所以电弧温度的变化总滞后于电流的 变化，这种现象称为电弧的热惯性。
d——三角形连接， 例 YNd11
电力工程基础
第二章 电气设备的原理与功能
2 性能参数 （1）变压器负载运行，二次侧端电压变化率∆u%。
变压器外特性
电力工程基础
（2）变压器损耗Σp。
第二章 电气设备的原理与功能
（3）变压器效率η。
电力工程基础
（四）变压器分类
第二章 电气设备的原理与功能
电力工程基础
（5）阻抗电压（短路电压），通常以额定电压的百分数表示Uk % 由变压器短路试验获得，其反映在变压器在额定负载下运行时， 漏阻抗压降的大小，相应的有短路损耗Pk
（6）空载电流，通常以额定电流的百分数表示 I0 % 由变压器空载试验获得，相应的有空载损耗P0
（7）连接组号
电力工程基础(第3版)孙丽华(电子课件)第1章
秦山核电站
大亚湾核电站
核电迅速发展的原因 ➢核电是一种新型的巨大能源。
由双回路系统构成， 两个回路各自独立循 环，不会造成设备的 放射性污染
➢煤、石油等火电燃料储量有限，不可再生。
➢发达国家的水资源已基本殆尽。
➢一些资源贫乏国家“能源危机”，不得不发展核电。
2020/3/16
河北科技大学电气工程学院
河北科技大学电气工程学院
16
我国能源发展战略 ➢有序开发水电 ➢优化发展煤电 ➢大力推进核电 ➢适度发展天然气发电 ➢积极发展新能源发电������
二、变电所的类型 变电所：由电力变压器和配电装置所组成，起着 变换电压、交换和分配电能的作用。
2020/3/16
河北科技大学电气工程学院
17
➢枢纽变电所：高压侧电压为330～750kV 。 ➢中间变电所：高压侧电压为220～330kV。 ➢地区变电所：高压侧电压为110～220kV 。 ➢终端变电所：高压侧为10～110kV 。
2020/3/16
河北科技大学电气工程学院
10
➢鼓励热电联产。 ➢加强煤炭基地的矿口电厂建设。 2．水力发电厂 能量转换过程：水的位能→机械能→电能。
水电厂的总发电功率： P 9.8QH
水电厂的分类 坝后式：如三门峡、刘家峡、
堤坝式
丹江口、三峡水电站
引水式 河床式：如葛洲坝水电站
混合式
图1-1 从发电厂到用户的送电过程
2020/3/16
河北科技大学电气工程学院
3
工业企 业
供电系 统
图1-2 电力系统示意图
2020/3/16
河北科技大学电气工程学院
4
➢发电厂：生产电能，将一次能源转换成二次能源， 分为火、水、核、风、太阳、地热等发电厂。
电力系统分析理论-5
异步电动机：电压低，定子电流显著增大，温升，加速 绝缘老化，烧电机；电压高，破坏绝缘。
电热设备：电压低，大大降低发热量。 照明设备：电压低，发光不足；电压高，影响寿命。 家用电器（如电视）：电压低，图像不稳定；电压高， 影响显像管寿命。 电子设备、精密仪器：对电压都极其敏感，要求更高， 电压质量已成为现代企业投资环境的重要因素
《电力系统工程基础》 第五章无功功率和电压调整
电压偏移对电力系统自身的影响 • 电压低：功率损耗、电能损耗增大，危及电
力系统运行稳定性 • 电压高：破坏设备绝缘、超高压网络电晕损
耗
《电力系统工程基础》 第五章无功功率和电压调整
5.1.2 电力系统允许的电压偏移
电压偏移的原因：
（1）负荷的随时变化 （2）运行方式的改变 （3）电力系统中每一元件都有可能产生电压降落
第五章无功功率和电压调整
电容器可按三角形和星形接法并联接在变电所母线 上，只能提供无功功率，不能吸收无功功率。
QC U 2 / XC U 2C
优点：组合灵活，可分散、集中，可分相补偿； 投资少、有功损耗少(额定容量的0.3-0.5%)
缺点：输出不连续，调节特性差；电压下降时急 剧下降, 不利于电压稳定。
2019/9/2
SCU-SEEI-Tqliu
9
《电力系统工程基础》 第五章无功功率和电压调整
无功负荷：
QD SD sinD
以滞后功率因数运行的用电设备（主要是异 步电动机）所吸收的无功部分。一般综合负荷的 功率因数为0.6~0.9
各种用电设备中，除相对很小的白炽灯照明 负荷只消耗有功功率、为数不多的同步电动机可 发出一部分无功功率外，大多数都要消耗无功功 率。因此，无论工业或农业用户都以滞后功率因 数运行，其值约为0.6~0.9，其中，较大的数值 对应于采用大容量同步电动机的场合。负荷取用 的无功约为其有功的0.5～1.3 。
电热设备：电压低，大大降低发热量。 照明设备：电压低，发光不足；电压高，影响寿命。 家用电器（如电视）：电压低，图像不稳定；电压高， 影响显像管寿命。 电子设备、精密仪器：对电压都极其敏感，要求更高， 电压质量已成为现代企业投资环境的重要因素
《电力系统工程基础》 第五章无功功率和电压调整
电压偏移对电力系统自身的影响 • 电压低：功率损耗、电能损耗增大，危及电
力系统运行稳定性 • 电压高：破坏设备绝缘、超高压网络电晕损
耗
《电力系统工程基础》 第五章无功功率和电压调整
5.1.2 电力系统允许的电压偏移
电压偏移的原因：
（1）负荷的随时变化 （2）运行方式的改变 （3）电力系统中每一元件都有可能产生电压降落
第五章无功功率和电压调整
电容器可按三角形和星形接法并联接在变电所母线 上，只能提供无功功率，不能吸收无功功率。
QC U 2 / XC U 2C
优点：组合灵活，可分散、集中，可分相补偿； 投资少、有功损耗少(额定容量的0.3-0.5%)
缺点：输出不连续，调节特性差；电压下降时急 剧下降, 不利于电压稳定。
2019/9/2
SCU-SEEI-Tqliu
9
《电力系统工程基础》 第五章无功功率和电压调整
无功负荷：
QD SD sinD
以滞后功率因数运行的用电设备（主要是异 步电动机）所吸收的无功部分。一般综合负荷的 功率因数为0.6~0.9
各种用电设备中，除相对很小的白炽灯照明 负荷只消耗有功功率、为数不多的同步电动机可 发出一部分无功功率外，大多数都要消耗无功功 率。因此，无论工业或农业用户都以滞后功率因 数运行，其值约为0.6~0.9，其中，较大的数值 对应于采用大容量同步电动机的场合。负荷取用 的无功约为其有功的0.5～1.3 。
书本说明电力系统工程基础--华中科技大学出版社-....doc
书本说明：《电力系统工程基础》－－华中科技大学出版社－－主编：熊信银张步涵第一章绪论电力系统：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），按照一定的规律连接而组成的统一整体。
电能的质量指标主要包括：电压，频率，波形电力系统中性点接地接地：为了保证电力网或电气设备的正常运行和工作人员的人身安全，人为地使电力网及其某个设备的某一特定地点通过导体与大地作良好的连接。
电力系统的中性点：星形连接的变压器或发电机的中性点。
电力系统的中性点接地方式：小电流接地：★中性点不接地（中性点绝缘）适用范围3kV~60kV的电力系统★中性点经消弧线圈接地消弧线圈：安装在变压器或发电机中性点与大地之间的具有气隙铁芯的电抗器作用：它和装设消弧线圈前的容性电流的方向刚好相反，相互补偿，减少了接地故障点的故障电流，补偿方式：大多采用过补偿方式。
大接地电流：★中性点直接接地380/220V系统中一般都采用中性点直接接地方式，主要是从人身安全考虑问题。
★中性点经电阻接地适用范围：配网系统第二章发电系统火电厂由三大主机（锅炉，汽轮机，发电机）及其辅助设备组成。
第三章输变电系统第一节概述输变电系统: 包括变电所和输电线路★电气主接线发电厂和变电所中的一次设备，按照一定规律连接而成的电路，称为电气主接线，也称为电气一次接线或一次系统。
★一次设备发电厂或变电所中直接通过大电流或接于高电压上的电气设备称为电气主设备或一次设备。
★二次设备发电厂或变电所中用于对一次设备或系统进行监视、测量、保护和控制的电气设备称为二次设备，由二次设备构成的系统称为二次系统。
第二节输变电设备★电流互感器运行特点：二次绕组不能开路，二次侧必须接地二次接线：单相接线；星形接线；不完全星形接线★电压互感器运行特点：二次绕组不能短路，二次侧必须接地分为电磁式和电容式两种第三节电气一次接线(重点)第一大类有汇流母线接线1. 单母线接线简单、清晰、设备少2. 单母线分段接线减少母线故障或检修时的停电范围3. 单母线分段加装旁路母线接线旁路母线的作用是不停电检修进出线断路器4. 双母线接线具有两组母线W1，W25. 双母线分段接线工作母线分成2段，即母线II，III段，备用母线I不分段6. 双母线带旁路母线接线任一进出线的断路器检修时可不停电7. 一台半断路器接线在母线W1，W2之间，每串接有三台断路器，两条回路，每二台断路器之间引出一回线，故称为一台半断路器接线，又称二分之三接线。
最全的电力工程基础知识(PPT82页)
值，以MW、GW计。
4. 额定频率：50Hz
5. 最高电压等级：指系统中最高电压等级线路的额定电压，
以kV计 。
9
2020/4/9
四、电力系统的特点
1．电能不能大量储存。 2．电力系统的过渡过程十分短暂。 3．与国民经济各部门的关系密切。
五、对电力系统的基本要求
1．保证供电的可靠性。 2．保证良好的电能质量。 3．为用户提供充足的电能。 4．提高电力系统运行的经济性。
全所停电后，将使该地区中断供电；
2终．端工变业电所企：业是供电电网的系末统端变电所，主要由地区变电所供电，其高压侧
为10～110kV，全所停电后，将使用户中断供电。
工厂供配电系统由总降压变电所、高压配电线路、车间变电
所、低压配电线路及用电设备组成。
➢总降压变电所：将35～110kV的供电电压变换为6～10kV的 高压配电电压，给厂区各车间变电所或高压电动机供电。
2．水电厂的总发电功率： P 9.8QH
3．水电厂的分类 ➢堤坝式水电厂 ✓坝后式：如三门峡、刘家峡、丹江口、三峡水电站 ✓河床式：如葛洲坝水电站 ➢引水式水电厂 ➢抽水蓄能电站
4．水电厂的组成：水库、水轮1机4 、电力系统
2020/4/9
1.2 发电厂的生产过程
5．水电厂的生产过程（见图1-4）
图1-6为供电线路上的 电压变化示意图。
24 图1-6 供电线路上的电压变化示意20图20/4/9
1.3 电力系统的电压与电能质量
变压器的额定电压
➢变压器其载的中供一电5%次时用绕一于、组补二：偿次相变绕压当组器于上满的是用电设备，其额定电压应
与电网的电额压定损电失；压另相外同5。%用于补
偿线路上的电压损失，用于
《电力系统工程基础》(控制篇)
P
P′0 P0 P′L B′ PL A′ 0 Q′ A B Q PG f′0 f0 f ΔPL ΔPG ΔPL0
– 负荷调节效应: ΔPL = KL Δf < 0
– 负荷实际增量: ΔPL0+ ΔPL = ΔPL0 + KL Δf
– 发电机功率增量: ΔPG = –KG Δf
– 依据有功平衡，有：ΔPL0+ ΔPL = ΔPG
– 电力系统运行的安全性是指应付各种可能的扰动 以保持电力系统连续运行的能力。
山东大学电气工程学院
具体而言，电力系统的正常运行必须满足两个条
件（约束）：
– 有功、无功功率的平衡（等式约束）；
– 电能质量和设备的运行状态（即频率、电压、元件电
流、机组功率、功角等）不应超出允许要求的范围
（不等式约束）。
原动机或电源频率特性的斜率。
KG K G* PG MW / Hz f P f G N K G f N / PGN PGN f
PG
3 2 1
PGN
0
fN
f0
f
– 标志着随频率的升降发电机组发出功率减少或增加的多寡。
山东大学电气工程学院
– 发电机调差系数：单位调节功率的倒数。
i 1 n
– 当n台机组仅有m台参加调整时：
KGN KG1 KG 2 ... K m KGi
i 1 m
山东大学电气工程学院
– 需要注意的是，KS* ≠ KG* + KL* – ΔPL0 = ΔPG – ΔPL = −( KG + KL ) Δf = −( KG * PGN / f N + KL* PLN / f N ) Δf
电机的单位调节功率或调速器的调差系数。
P′0 P0 P′L B′ PL A′ 0 Q′ A B Q PG f′0 f0 f ΔPL ΔPG ΔPL0
– 负荷调节效应: ΔPL = KL Δf < 0
– 负荷实际增量: ΔPL0+ ΔPL = ΔPL0 + KL Δf
– 发电机功率增量: ΔPG = –KG Δf
– 依据有功平衡，有：ΔPL0+ ΔPL = ΔPG
– 电力系统运行的安全性是指应付各种可能的扰动 以保持电力系统连续运行的能力。
山东大学电气工程学院
具体而言，电力系统的正常运行必须满足两个条
件（约束）：
– 有功、无功功率的平衡（等式约束）；
– 电能质量和设备的运行状态（即频率、电压、元件电
流、机组功率、功角等）不应超出允许要求的范围
（不等式约束）。
原动机或电源频率特性的斜率。
KG K G* PG MW / Hz f P f G N K G f N / PGN PGN f
PG
3 2 1
PGN
0
fN
f0
f
– 标志着随频率的升降发电机组发出功率减少或增加的多寡。
山东大学电气工程学院
– 发电机调差系数：单位调节功率的倒数。
i 1 n
– 当n台机组仅有m台参加调整时：
KGN KG1 KG 2 ... K m KGi
i 1 m
山东大学电气工程学院
– 需要注意的是，KS* ≠ KG* + KL* – ΔPL0 = ΔPG – ΔPL = −( KG + KL ) Δf = −( KG * PGN / f N + KL* PLN / f N ) Δf
电机的单位调节功率或调速器的调差系数。
电力系统工程基础复习要点
第四章 配电系统
配电网的概念：发电厂生产的电能输送到负荷中心后，由电压等级较低的网络把电能分配到不同 电压等级的用户。这种主要起分配电能作用的网络称为配电网 配电网构成：架空线路或电缆配电线路、配电所或柱上降压变压器直接接入用户所构成。 配电网分类： 高压配电网 （35～220KV） 、 中压配电网 （6～10KV） 、 低压配电网 （220～660V） 。 配电网的质量指标 1. 供电可靠性：是指对用户连续供电的可靠程度。可靠性的评估指标：供电的可靠率、用户平 均停电时间、用户平均停电次数等。 2.网损率：配电网在运行时,电流或功率通过输电线路和变压器要产生电能损耗。用网损率来衡 量电能损耗的大小。 3.电压波动和闪变电压波动：指电网电压的快速变动或电压包络线的周期性变动。闪变电压： 闪变是指人眼对灯闪的主观感觉。引起灯光（照度）闪变的波动电压。 4.电压合格率：指电力系统某点电压在统计时间内电压合格的时间占总时间的百分比。 5.自动化程度： 第二节 配电网主接线 一、城网接线方式 1. 110kV（ 220 kV）电网的接线方式 （1）双“T”接线（2）3“T”接线（3）环式接线（4）放射式接线 2、 35kV（ 110 kV）电网的接线方式： （1）点网（SNW）系统： （2）“4*6”联络网络接线： 3、 10 kV 电网的接线方式： 树干式接线 放射式接线 环型接线 双干线接线双端接线 二、农网主接线 分有备用接线和无备用接线两种 无备用接线：用户只能从一个方向获取电能的接线方式。可用放射式、干线式、树枝式接线。 有备用接线：用户能从两个或两个以上方向获取电能的接线方式。可用双回式、环型网、两端供 电接线形式。 一般采用无备用接线形式，重要用户采用有备用接线形式。应根据农网实际供电情况，选择合理 的接线形式。
第1章电力工程基础
14
5.3 联合电力系统
负荷的不断增长和电源建设的发展， 以及负荷和能源资源分布的不均衡，使得 一个又一个电网与邻近的电网互联，是历 史发展的必然趋势。
15
5.4 电力市场
所谓电力市场既是电能生产与运营的 组织、指挥、控制和管理中心，也是电能 商品集中交易与结算的场所。也就是说， 电力市场是依法成立的，采用经济手段， 本着公平竞争、自愿互利的原则，对电力 系统中发电、输电、供电和用户等进行协 调和运行管理的机构。
25
4.电力系统的中性点接地方式
电力系统的中性点是指发电机、变压器的三相绕 组接成星形的公共接点。 1）.不接地 小接地电流系统 2）.中性点经消弧线圈接地 3）.中性点直接接地
大接地电流系统
26
中性点不接地系统
1.正常运行情况
中性点不接地系统的等值电路
27
2.单相接地故障
28
中性点经消弧线圈接地系统
a. 运行的安全可靠性 b.电能质量 c.电力工业必须优先发展 d.运行的经济性
19
第三节 电力系统的负荷
根据供电的可靠性，电力负荷分为：
1. 一级负荷 2. 二级负荷
3. 三级负荷
！规定：当电力不足时，应考虑切断三级负荷， 保证一、二级负荷。
20
第四节 电力系统的接线方式 和额定电压
1.接线方式的选择要求
12
5.1做好电力规划，加强电网建设
电力工业是能源工业、基础工业，在 国家建设和国民经济发展中占据十分重要 的地位，是实现国家现代化的战略重点。
13
5.2电力工业现代化
在21世纪中叶基本实现社会主义现代 化是我国社会主义建设的战略目标，也是 全国人民在新时期的总任务。实现社会主 义现代化，就是要逐步用当代先进的科学 技术来武装我国的农业、工业、国防和科 学技术事业，使之达到国际先进水平。工 业要现代化，作为基础和先行工业的电力 工业，更要实现现代化。
5.3 联合电力系统
负荷的不断增长和电源建设的发展， 以及负荷和能源资源分布的不均衡，使得 一个又一个电网与邻近的电网互联，是历 史发展的必然趋势。
15
5.4 电力市场
所谓电力市场既是电能生产与运营的 组织、指挥、控制和管理中心，也是电能 商品集中交易与结算的场所。也就是说， 电力市场是依法成立的，采用经济手段， 本着公平竞争、自愿互利的原则，对电力 系统中发电、输电、供电和用户等进行协 调和运行管理的机构。
25
4.电力系统的中性点接地方式
电力系统的中性点是指发电机、变压器的三相绕 组接成星形的公共接点。 1）.不接地 小接地电流系统 2）.中性点经消弧线圈接地 3）.中性点直接接地
大接地电流系统
26
中性点不接地系统
1.正常运行情况
中性点不接地系统的等值电路
27
2.单相接地故障
28
中性点经消弧线圈接地系统
a. 运行的安全可靠性 b.电能质量 c.电力工业必须优先发展 d.运行的经济性
19
第三节 电力系统的负荷
根据供电的可靠性，电力负荷分为：
1. 一级负荷 2. 二级负荷
3. 三级负荷
！规定：当电力不足时，应考虑切断三级负荷， 保证一、二级负荷。
20
第四节 电力系统的接线方式 和额定电压
1.接线方式的选择要求
12
5.1做好电力规划，加强电网建设
电力工业是能源工业、基础工业，在 国家建设和国民经济发展中占据十分重要 的地位，是实现国家现代化的战略重点。
13
5.2电力工业现代化
在21世纪中叶基本实现社会主义现代 化是我国社会主义建设的战略目标，也是 全国人民在新时期的总任务。实现社会主 义现代化，就是要逐步用当代先进的科学 技术来武装我国的农业、工业、国防和科 学技术事业，使之达到国际先进水平。工 业要现代化，作为基础和先行工业的电力 工业，更要实现现代化。
电力工程课件14 第六章 电力系统继电保护(5-9)
说明：当变压器电源侧为小接地电流系统时，保护可采用两相 式接线；当电源侧为大接地电流系统时，可采用三相式或两相 三继电器式接线。
22
6.7 电力变压器的保护
四、变压器的纵联差动保护
❖正常运行或外部短路
时（k1点）：
保
IK I1 I2 0
护 范
围 继电器不动作。
❖内部短路时（k2点） IK I1 I2 或
11
6.6 距离保护简介
❖第III段：保护范围较长，包括本线路和下一线路全长乃至 更远，其动作时限应比下一线路第III段的动作时限大 t 。
图6-40 距离保护的时限特性
12
6.6 距离保护简介
三、距离保护的主要组成元件
三段式距离保护装置的简化逻辑框图如图6-41所示。
➢起动元件：采用过电流继电器或
动作时限 ：保护装置可不带时限或带0.1～0.2s的短时限。
26
6.9 电力电容器的保护
三、电容器组的横差保护
横差保护的接线 ➢中性线电流平衡保护：主要用于保护双星形接线电容器 组的内部故障，其原理接线图如图6-61所示。
图6-61 电容器中性线电流平衡保护原理接线图
27
6.9 电力电容器的保护
二、瓦斯保护 油浸式变压器内部故障的一种保护装置。 故障点电流和电弧作用，变压器油和其他绝 缘材料受热分解，产生气体。 气体继电器，实现瓦斯保护。
图6-43 瓦斯继电器安装示意图
1—变压器油箱 2—连接管
3—气体继电器 4—油枕
21
6.7 电力变压器的保护
三、电流速断保护
对于容量较小的变压器，应在电源侧装设电流速断保护。
学习这种比 较的思路
17
第六章 电力系统继电保护
22
6.7 电力变压器的保护
四、变压器的纵联差动保护
❖正常运行或外部短路
时（k1点）：
保
IK I1 I2 0
护 范
围 继电器不动作。
❖内部短路时（k2点） IK I1 I2 或
11
6.6 距离保护简介
❖第III段：保护范围较长，包括本线路和下一线路全长乃至 更远，其动作时限应比下一线路第III段的动作时限大 t 。
图6-40 距离保护的时限特性
12
6.6 距离保护简介
三、距离保护的主要组成元件
三段式距离保护装置的简化逻辑框图如图6-41所示。
➢起动元件：采用过电流继电器或
动作时限 ：保护装置可不带时限或带0.1～0.2s的短时限。
26
6.9 电力电容器的保护
三、电容器组的横差保护
横差保护的接线 ➢中性线电流平衡保护：主要用于保护双星形接线电容器 组的内部故障，其原理接线图如图6-61所示。
图6-61 电容器中性线电流平衡保护原理接线图
27
6.9 电力电容器的保护
二、瓦斯保护 油浸式变压器内部故障的一种保护装置。 故障点电流和电弧作用，变压器油和其他绝 缘材料受热分解，产生气体。 气体继电器，实现瓦斯保护。
图6-43 瓦斯继电器安装示意图
1—变压器油箱 2—连接管
3—气体继电器 4—油枕
21
6.7 电力变压器的保护
三、电流速断保护
对于容量较小的变压器，应在电源侧装设电流速断保护。
学习这种比 较的思路
17
第六章 电力系统继电保护
电力工程基础第5章.
说明：不带灭弧罩的刀开关只能在无负荷下操作，可作低压隔 离开关使用；带灭弧罩的刀开关能通断一定的负荷电流。
2017/12/23
24
3．低压负荷开关 由低压刀开关与低压熔断器串联组合而成，具有带灭弧 罩的刀开关和熔断器的双重功能，既可以带负荷操作，又能 进行短路保护。
常用的低压负荷开关有HH和HK两种系列: HH系列：为封闭式负荷开关，外装铁壳，俗称铁壳开关；
绝缘应安全可靠；
有足够的动稳定性和热稳定性； 有足够的开断能力； 动作速度快，熄弧时间短。
2017/12/23 9
3. 高压断路器的类型 油断路器 多油断路器：油既作为灭弧介质，又作绝缘介质 少油断路器：油只作为灭弧介质 图5-5 是SN10-10型少油 断路器的外形结构图。
少油断路器优点：用油量少、
一、开关电器的灭弧原理
1．电弧的产生：是触头间中性质点被游离的结果。
产生电弧的游离方式有：
高电场发射 热电发射 碰撞游离
热游离
2017/12/23 5
2．电弧的熄灭 电弧熄灭的条件：使触头间电弧中的去游离率大于游离
率，即使离子消失的速度大于离子产生的速度。 去游离的主要方式有：
复合：指正、负带电质点重新结合为中性质点。 扩散：指电弧中的带电质点向周围介质扩散开去。
优点：断流能力强、灭弧速度快、电绝缘性能 好、检修周期长、没有燃烧爆炸危险等。
缺点：要求加工精度高，密封性能好，价格较
昂贵。
图5-6 LW36-126型SF6断路器
2017/12/23 11
真空断路器： 利用真空作为灭弧介质和绝缘介质 的，其触头装在真空灭弧室内。图5-7 为真空断路器灭弧室的结构。
负荷开关的分类：
按安装地点分：户内式和户外式；
2017/12/23
24
3．低压负荷开关 由低压刀开关与低压熔断器串联组合而成，具有带灭弧 罩的刀开关和熔断器的双重功能，既可以带负荷操作，又能 进行短路保护。
常用的低压负荷开关有HH和HK两种系列: HH系列：为封闭式负荷开关，外装铁壳，俗称铁壳开关；
绝缘应安全可靠；
有足够的动稳定性和热稳定性； 有足够的开断能力； 动作速度快，熄弧时间短。
2017/12/23 9
3. 高压断路器的类型 油断路器 多油断路器：油既作为灭弧介质，又作绝缘介质 少油断路器：油只作为灭弧介质 图5-5 是SN10-10型少油 断路器的外形结构图。
少油断路器优点：用油量少、
一、开关电器的灭弧原理
1．电弧的产生：是触头间中性质点被游离的结果。
产生电弧的游离方式有：
高电场发射 热电发射 碰撞游离
热游离
2017/12/23 5
2．电弧的熄灭 电弧熄灭的条件：使触头间电弧中的去游离率大于游离
率，即使离子消失的速度大于离子产生的速度。 去游离的主要方式有：
复合：指正、负带电质点重新结合为中性质点。 扩散：指电弧中的带电质点向周围介质扩散开去。
优点：断流能力强、灭弧速度快、电绝缘性能 好、检修周期长、没有燃烧爆炸危险等。
缺点：要求加工精度高，密封性能好，价格较
昂贵。
图5-6 LW36-126型SF6断路器
2017/12/23 11
真空断路器： 利用真空作为灭弧介质和绝缘介质 的，其触头装在真空灭弧室内。图5-7 为真空断路器灭弧室的结构。
负荷开关的分类：
按安装地点分：户内式和户外式；
电气工程基础 控制篇
采用二阶耗量特性函数时，上述为(n+1)x(n+1)线性方程组
可采用线性代数方法直接求解
电气工程基础-控制篇
电力系统有功经济调度 李常刚 PhD Email: lichgang@ Work: 81696140
15.4 电力系统的优化调度
在竞争激烈的市场环境下，电力公司可以通过经济运行来
降低成本，Байду номын сангаас高竞争力（与传统方式比） 经济性可言
供不应求：若所有机组必须满载才能满足负荷需求，则无
供大于求：事实上，可用的发电容量总大于系统负荷，有
多种可行的发电组合，有经济性优化的空间
经济调度（ Economic
Dispatch ： ED ）：在满足安全和电能 质量的前提下，合理利用能源和设备，以最低的发电成本 （或燃料费用）保证对用户可靠地供电。
分类：有功ED和无功ED
电气工程基础—控制篇
F dF W dW or P dP P dP
电气工程基础—控制篇
或
耗量微增率：耗量特性上某点切线的斜率，它表示在该点
F
tg
P
3
0
耗量特性曲线
Fi ( PGi ) a bPGi cPGi 2
系数均为正值。其物理意义
F
耗量特性曲线一般是近似的二次曲线，即：
证明：带等式约束的多元函数求极值问题，可用拉格朗日
乘子法来求解，构造L函数（λ为L乘子）：
L Fi ( PGi ) ( PGi PL )
n n i 1 i 1
L取极值必要条件：（高等数学）
dFi ( PGi ) L 0 P dP Gi Gi n P P 0 Gi L i 1
电力系统工程基础相关知识
一次绕组 二次绕组
3 及 3.15 6 及 6.30 10 及 10.5
13.80 15.75 18.0 20.0 22.0 24.0
35 60 110 220 330 500 -
3.15 及 3.3 6.3 及 6.6 10.5 及 11.0
38.5 66 121 242 363 550 -
电气设备 最高电压
之和不超过 10%； 10kV 及以下三相供电为7%；
衡量点为供用电产权分界处或电能计量点
220V 单相供电为+7%，-10%
1．电压波动： 10kV 及以下 2.5%; 35kV~110kV 为 2%； 220kV 及以上 1.6% 2．闪变V10： 对照明要求较高,0.4%(推荐值); 一般照明负荷,0.6%(推荐值)
（或发电厂、变电所、输配电线路以及用户），按照一定的规 律连接而组成的统一整体。
➢ 发电厂： ➢ 变电所： ➢ 输配电线路： ➢ 用户：
生成电能 变换和分配电能 输送电能 消费电能
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。
10
1.2 发电厂
核电厂：均采用原子核裂变时释放出来的能量发电。
11
2 发电厂
水电厂：利用水能发电
12
2 发电厂
风力发电厂
13
1.3 电力系统的电压和电能质量
电压质量标准：
名称 供电电 压允许
偏差
电压允 许波动 和闪变
三相供 电电压 允许不 平衡度
允许限值
说明
35kV 及以上为正负偏差绝对值
衡量点为电网公共连接点(PCC)，取实 测 95%概率值；
《电力系统基础》PPT课件
（2）中性点接地方式 110kV及以上电压等 级，中性点接地；
ZX Y
A 中性点
B
110kV以下电压等级， 中性点不接地或经消 弧线圈接地。
ZX Y
C A
中性点
2021/7/10
B
34
C
四川省电力公司
中性点接地或不接地？
主要考虑因素： ➢110kV以上电网，绝缘投资与运行维
护费用考虑要接地。 ➢10kV、35kV电网，供电可靠性考虑
（1）电压等级分类 低压：单相220V，三相380V。 高压：6，10，35，110，220； 超高压：330，500，750kV交流： ±500kV直流 特高压：1000kV交流； ±800kV直流。
2021/7/10 21
四川省电力公司
1、电力系统的电压等级
（2）电压等级选择配合规律 110kV以上，相邻电压比为2： 110kV以下，相邻电压比为3；
库尔勒变
吐鲁番变 350 360
100
344
哈密350 敦煌 350
安西 452
酒泉
张掖
阜新
华北
480
480
300
本溪
蒙西煤电4
唐山
蒙西煤电2
蒙西
450 北京东
150
蒙西煤电3
蒙西煤电6
100
420
陕北 蒙西煤电1
280 石家庄
120 天津 300
沿海电源
西北 西藏
× 460
羊曲 40
230
班多
拉西瓦
（5）电力生产的实时性。 电网事故发展迅速，涉及面大，需要实时安 全监视。
（6）电力生产的随机性。 负荷变化、异常情况及事故发生的随机性； 电能质量的变化随机；控制措施和方法适应 随机性。
电力系统基础ppt课件
Dsb DS d ,
Dsb 3 DS d 2 ,
Dsb 4 DS d 3
分裂导线的等值电感按下式计算：
L 0 ln Deq
2
Dsb
输电线的等值电抗可以统一表达为：
x 0.1445lg Deq / km DS (Dsb )
●讨论：
1）由于Dsb>>DS,分裂导线等值电抗 较小，所以超高压输电线常采取分裂导 线；
1、电阻的计算
r0
s
－导线的电阻率，对于铜导线：18.8 • mm2 / km ；
对于铝导线：31.5 • mm2 / km。 S－导线载流部分的标称截面积，单位：mm2 。
2、电感的计算：
根据电磁场理论的基本知识，
L
i
，
M AB
AB
iB
对于非铁磁材料制成的圆柱形导线，
单导线自感：L 0 (ln 2l 1)H / m 2 Ds
La
Lb
Lc
0 2
ln Deq Ds
其中，三相导线互几何均距
Deq 3 D D D 12 23 31
电力系统中，220KV以上的输电线长采 取分裂导线。具体说来，220KV线路不 分或双分，330KV线路双分裂，500KV 线路三分裂或四分裂，如图示：
d
d: 分裂间距
d
d
双分、三分和四分裂导线的自几何均距分别定义为：
2) 导线间距、导线截面的尺寸会影响 Deq，Ds，Dsb等的数值，从而影响输 电线的等值电抗大小，但由于它们均位 于电抗表达式的对数符号内，故影响不 显著。
3、电容和电纳的计算：
●三相输电线等值电容：
C
0.0241 lg Deq (D)
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
电力系统工程基础--控制篇
主要内容
▪ 第15章 电力系统的运行与控制 ▪ 第16章 电力系统电能质量与可靠性
第15章 电力系统的运行与控制
– 15.1 电力系统运行的安全性 – 15.2 电力系统的有功与频率控制 – 15.3 电力系统的电压控制 – 15.4 电力系统的优化调度 – 15.5 电力系统运行的自动化
紧急控制
恢复控制 恢复状态
崩溃状态
供电恢复
偶然扰动状态转移 安全控制状态转移
▪ 正常状态: 分为安全/不安全正常状态 ▪ 预防控制：使系统从不安全正常状态转移到安全正
常状态的控制。
▪ 紧急状态: 满足第一个条件，不满足第二个条件。
– 静态情况下，表现为过载或电压越限，允许时间较长，通 过校正控制使系统返回正常状态；
件（约束）：
– 有功、无功功率的平衡（等式约束）；
– 电能质量和设备的运行状态（即频率、电压、元件电 流、机组功率、功角等）不应超出允许要求的范围 （不等式约束）。
▪ 应付的手段：电力系统的运行调度与调节、保护、
控制，用户侧管理等。
15.1.2 电力系统安全性的防御
▪ 电力系统运行的监测
– 任务：向调度控制中心提供实时运行的相关信息。主要包 括母线电压，线路电流\有功\无功，断路器、隔离开关的 状态，系统频率，机组功率，变压器分接头位置等。
– 对于稳定性破坏性质的，功角不断增大，频率或电压不断 下降，允许时间较短，通过紧急控制，如切机、解列、切 负荷使系统进入恢复状态
▪ 恢复状态: 第一个条件不满足，第二个条件满足。启
动机组、系统并列等，使系统重新进入正常状态
15.1.3 电力系统的安全准则
▪ 为了实现电力系统的安全、稳定运行，电力系统运
行各部门（规划、计划、设计、建设、生产运行和 科研试验等）都有自己的安全准则
▪ 安全准则随技术、经济水平的发展而不断修正
– 《电力系统安全稳定导则》 81年版、DL 755-2001 – 《电力系统技术导则》 SD 131-84 – 《电力系统设计技术规程》SDJ161-85
15.2 电力系统的有功与频率控制
f fNf0 f0fN
PG
PG
PGN0 PGN
%f PGN 100 f0fN100
PGN
fNPG
fN
– 发电机的单位调节功率与调差系数的关系：
K G 1fN P G N % 1 0 0 , K G *1 % 1 0 0
0
– 发电机的单位调节功率是可以整定的：
15.1 电力系统运行的安全性
15.1 电力系统运行的安全性
▪ 15.1.1 电力系统运行安全性的定义
500MW
机机组组11
25500MW
700MW
250MW
机机组组22
1200MW
– 电力系统运行的安全性是指应付各种可能的扰动 以保持电力系统连续运行的能力。
▪ 具体而言，电力系统的正常运行必须满足两个条
– 事故备用：适应发电设备发生偶然事故时的备用，一般为 最大负荷的5~10%，分冷、热备用；
– 检修备用：满足检修需要而设置的备用（有时不设）；
– 国民经济（发展）备用：计及负荷超计划增长而设置的备 用，一般为最大负荷的3~5%。
15.2.2 有功功率负荷变动及控制
▪ 三类负荷变化
– 1、周期短（＜10s）、幅度小，偶然性极大； – 2、周期较长（10s~3min） 、幅度较大。如电炉、压延机
▪ 预想事故评估
– 预想事故评估：在完成电力系统状态估计的基础上，对预 想的事故集（contingencies）进行分析。
– 电力系统的运行状态分类
正常状态：安全正常状态、不安全正常状态 紧急状态 崩溃状态 恢复状态
电力系统运行状态的转化过程
正常状态
安全状态
预想事故
预防控制
不安全状态
校正控制 紧急状态
设备的故障不确定；机组必须定期检修
备用容量的分类
▪ 按投入时间（工作方式）分
– 热备用：运转中的发电设备可能发的最大功率与发电负荷 之差（旋转备用）；
– 冷备用：未运转的、但能随时启动的发电设备可能发的最 大功率（不含检修中的设备）；
▪ 按用途分
– 负荷备用：适应负荷短时波动、一日内计划的负荷增加， 一般为最大负荷的2~5%；
– 作用：依据收集的信息，判断系统的运行状态，为调度人 员及时作出相关的控制决策提供辅助手段。
– 手段：数据采集与监视控制系统（supervisory control and data acquisition，SCADA），完成电力系统的状态估计 （state estimation，SE），预想事故评估（static security assessment / dynamic security assessment，SA/DSA）等。
– 近似直线族（一次、二次调频） – 发电机的单位调节功率：发电机组
原动机或电源频率特性的斜率。3 NhomakorabeaPG
2 1
PGN
KG
PG f
MW / Hz
KG*
PG fN PGN f
KG fN
/ PGN
0
fN f0 f
– 标志着随频率的升降发电机组发出功率减少或增加的多寡。
– 发电机调差系数：单位调节功率的倒数。
15.2.1 有功功率平衡与备用
▪ 全系统的有功平衡
– 运行中： ∑PG= ∑PD + ∑PL – 规划设计： ∑PN= ∑PG + ∑PR
▪ 系统电源容量（∑PN ）: 可投入发电设备的可用功率
之和
▪ 系统的备用容量（ ∑PR ） :系统电源容量大于发电负
荷的部分
▪ 设置备用的目的：系统的最大负荷不确定；发输电
械、电力机车等带有冲击性的负荷变动。 – 3、周期长（>3min）、幅度大。主要是由生产、生活、
气象等变化引起的负荷变动。基本上可预测，并由负荷曲 线反映。
– 电网频率 f 是发电机转速ω的体现，当发电机PM与PE（+ 有功损耗）平衡时，ω和 f 不变。
– 负荷随机变化，PE随机变化。 – 不可能严格保证任何时刻额定频率，频率偏移不可避免，
需要合理规定允许的偏移范围。
– 我国目前：50Hz±(0.2~0.5)Hz，发达国家：±0.1Hz。
▪ 控制方式
– 控制原则为有功功率的平衡，实质上调整发电机输出功率 – 频率的一次调整：调速器
– 频率的二次调整：调频器
– 频率的三次调整：依负荷曲线，在发电厂、机组间经济合 理地分配
发电机组功频静态特性
主要内容
▪ 第15章 电力系统的运行与控制 ▪ 第16章 电力系统电能质量与可靠性
第15章 电力系统的运行与控制
– 15.1 电力系统运行的安全性 – 15.2 电力系统的有功与频率控制 – 15.3 电力系统的电压控制 – 15.4 电力系统的优化调度 – 15.5 电力系统运行的自动化
紧急控制
恢复控制 恢复状态
崩溃状态
供电恢复
偶然扰动状态转移 安全控制状态转移
▪ 正常状态: 分为安全/不安全正常状态 ▪ 预防控制：使系统从不安全正常状态转移到安全正
常状态的控制。
▪ 紧急状态: 满足第一个条件，不满足第二个条件。
– 静态情况下，表现为过载或电压越限，允许时间较长，通 过校正控制使系统返回正常状态；
件（约束）：
– 有功、无功功率的平衡（等式约束）；
– 电能质量和设备的运行状态（即频率、电压、元件电 流、机组功率、功角等）不应超出允许要求的范围 （不等式约束）。
▪ 应付的手段：电力系统的运行调度与调节、保护、
控制，用户侧管理等。
15.1.2 电力系统安全性的防御
▪ 电力系统运行的监测
– 任务：向调度控制中心提供实时运行的相关信息。主要包 括母线电压，线路电流\有功\无功，断路器、隔离开关的 状态，系统频率，机组功率，变压器分接头位置等。
– 对于稳定性破坏性质的，功角不断增大，频率或电压不断 下降，允许时间较短，通过紧急控制，如切机、解列、切 负荷使系统进入恢复状态
▪ 恢复状态: 第一个条件不满足，第二个条件满足。启
动机组、系统并列等，使系统重新进入正常状态
15.1.3 电力系统的安全准则
▪ 为了实现电力系统的安全、稳定运行，电力系统运
行各部门（规划、计划、设计、建设、生产运行和 科研试验等）都有自己的安全准则
▪ 安全准则随技术、经济水平的发展而不断修正
– 《电力系统安全稳定导则》 81年版、DL 755-2001 – 《电力系统技术导则》 SD 131-84 – 《电力系统设计技术规程》SDJ161-85
15.2 电力系统的有功与频率控制
f fNf0 f0fN
PG
PG
PGN0 PGN
%f PGN 100 f0fN100
PGN
fNPG
fN
– 发电机的单位调节功率与调差系数的关系：
K G 1fN P G N % 1 0 0 , K G *1 % 1 0 0
0
– 发电机的单位调节功率是可以整定的：
15.1 电力系统运行的安全性
15.1 电力系统运行的安全性
▪ 15.1.1 电力系统运行安全性的定义
500MW
机机组组11
25500MW
700MW
250MW
机机组组22
1200MW
– 电力系统运行的安全性是指应付各种可能的扰动 以保持电力系统连续运行的能力。
▪ 具体而言，电力系统的正常运行必须满足两个条
– 事故备用：适应发电设备发生偶然事故时的备用，一般为 最大负荷的5~10%，分冷、热备用；
– 检修备用：满足检修需要而设置的备用（有时不设）；
– 国民经济（发展）备用：计及负荷超计划增长而设置的备 用，一般为最大负荷的3~5%。
15.2.2 有功功率负荷变动及控制
▪ 三类负荷变化
– 1、周期短（＜10s）、幅度小，偶然性极大； – 2、周期较长（10s~3min） 、幅度较大。如电炉、压延机
▪ 预想事故评估
– 预想事故评估：在完成电力系统状态估计的基础上，对预 想的事故集（contingencies）进行分析。
– 电力系统的运行状态分类
正常状态：安全正常状态、不安全正常状态 紧急状态 崩溃状态 恢复状态
电力系统运行状态的转化过程
正常状态
安全状态
预想事故
预防控制
不安全状态
校正控制 紧急状态
设备的故障不确定；机组必须定期检修
备用容量的分类
▪ 按投入时间（工作方式）分
– 热备用：运转中的发电设备可能发的最大功率与发电负荷 之差（旋转备用）；
– 冷备用：未运转的、但能随时启动的发电设备可能发的最 大功率（不含检修中的设备）；
▪ 按用途分
– 负荷备用：适应负荷短时波动、一日内计划的负荷增加， 一般为最大负荷的2~5%；
– 作用：依据收集的信息，判断系统的运行状态，为调度人 员及时作出相关的控制决策提供辅助手段。
– 手段：数据采集与监视控制系统（supervisory control and data acquisition，SCADA），完成电力系统的状态估计 （state estimation，SE），预想事故评估（static security assessment / dynamic security assessment，SA/DSA）等。
– 近似直线族（一次、二次调频） – 发电机的单位调节功率：发电机组
原动机或电源频率特性的斜率。3 NhomakorabeaPG
2 1
PGN
KG
PG f
MW / Hz
KG*
PG fN PGN f
KG fN
/ PGN
0
fN f0 f
– 标志着随频率的升降发电机组发出功率减少或增加的多寡。
– 发电机调差系数：单位调节功率的倒数。
15.2.1 有功功率平衡与备用
▪ 全系统的有功平衡
– 运行中： ∑PG= ∑PD + ∑PL – 规划设计： ∑PN= ∑PG + ∑PR
▪ 系统电源容量（∑PN ）: 可投入发电设备的可用功率
之和
▪ 系统的备用容量（ ∑PR ） :系统电源容量大于发电负
荷的部分
▪ 设置备用的目的：系统的最大负荷不确定；发输电
械、电力机车等带有冲击性的负荷变动。 – 3、周期长（>3min）、幅度大。主要是由生产、生活、
气象等变化引起的负荷变动。基本上可预测，并由负荷曲 线反映。
– 电网频率 f 是发电机转速ω的体现，当发电机PM与PE（+ 有功损耗）平衡时，ω和 f 不变。
– 负荷随机变化，PE随机变化。 – 不可能严格保证任何时刻额定频率，频率偏移不可避免，
需要合理规定允许的偏移范围。
– 我国目前：50Hz±(0.2~0.5)Hz，发达国家：±0.1Hz。
▪ 控制方式
– 控制原则为有功功率的平衡，实质上调整发电机输出功率 – 频率的一次调整：调速器
– 频率的二次调整：调频器
– 频率的三次调整：依负荷曲线，在发电厂、机组间经济合 理地分配
发电机组功频静态特性