第4章电力系统.ppt
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1、建筑电气,第 4 章电力系统,4.2 负荷分级、供电要求及质量,4.3 变电所的建设,第4章 电力系统,4.1 电力系统的组成,4.4 电力系统的主要电气设备,4.5 电力系统的一次接线,4.6 电力系统的二次接线,了解电力系统的组成、电力负荷的分级、变电所的分类及功能。,本章要求:,第4章 电力系统,掌握各级负荷的供电要求及电能质量、电力系统中的一些主要电气设备作用和正确使用的方法。,掌握电力系统一次接线的概念、基本要求。,掌握电力系统的一次接线图的各种形式和倒闸操作过程。,了解电力系统二次接线的单元接线图,互联接线图,端子接线图和电缆配置图。,4.1 电力系统的组成,电力系统就是将生产电能
2、的发电机、输送电能的电力线路、分配电能的变压器以及消耗电能的各种负荷组成一个整体,对电能进行不间断的生产和分配的系统。,电力系统的主要环节(1),发电厂(站):指将其他形式的能量转换成电能的场所。一般根据所使用的能源的不同,将电厂分为火力发电厂、水力发电站、核电站、潮汐电站、风力发电站。,电力系统的主要环节(2),电力网:将输送、变换、分配电能的各种变电所和各电压等级的电力线路构成的网络称为电力网。根据电压等级的不同,电力网可分为:低 压 电 网:1kV及以下 高 压 电 网:3kV330kV 超高压电网:330kV1000kV 特高压电网:1000kV以上,电力系统-由发电、输电和配电系统组
3、成。电力网-输、配电线路和变电所,即连接发电厂和用户的中间环节。包括输电网和配电网两大部分。输电网由35kv及以上的输电线路和与其相连接的变电所组成的网络,输电网的作用是将电力输送到各个地区或直接送给大型用户。配电网-由10kv及以下的配电线路和配电变压器所组成,它的作用是将电力分配到给类用户。,配电线路直接供电给用户的线路。用户电压如果是380220V,则称为低压配电线路。把电压降为380220V的用户变压器称为用户配电变压器。如果用户是高压电气设备,这时的供电线路称为高压配电线路,连接用户配电变压器及其前级变电所的线路也称为高压配电线路。,以上所指的低压,是指lkV以下的电压。1kV及以上
4、的电压称为高压。一般还把3、6、10kV等级的电压称为配电电压,把这些等级的电压的降压变压器称为配电变压器,接在35kV及其以上电压等级的变压器称为主变压器。,电力网的电压等级,电力网的电压等级是比较多的,不同的电压等级有不同的作用。从输电的角度看,电压 越高则输送的距离就越远,传输的容量越大,电能的损耗就越小;但电压越高,要求绝缘水平也越高,因而造价也越高。电压的等级也不宜太多,否则输变电容量重复太多,也不易实现电机、变压器及其他用电设备的生产标准化,电网的接线也比较复杂零乱。,电压等级:电力系统及电力设备的额定电压级别系列。,1.额定电压:能使各种电气设备、电器等正常工作的电压,此时其技术
5、性能和经济效果最好。2.额定电压等级:由国家规定的各种标准额定电压。作用:便于各种电力设备生产制造标准化和系列化。,目前我国常用的电压等级:220V、380V、6KV、10KV、35KV、110KV、220KV、330KV、500KV。,我国规定安全电压为:36v、24v、12v三种。,2009年1月6日,千伏晋东南南阳荆门特高压交流试验示范工程投入商业运行。起于山西晋东南(长治)变电站,经河南南阳开关站,止于湖北荆门变电站,全长640km。这项工程是目前世界上运行电压等级最高、技术水平最先进、我国具有完全自主知识产权的交流输变电工程,也是我国发展特高压输电技术的起步工程、首个建成投运的特高压
6、工程。,2010年8月12日,国家电网公司宣布晋东南南阳荆门特高压交流试验示范工程已通过国家验收这意味着特高压已不再停留在“试验”和“示范”阶段。我国电网将正式步入“特高压”时代,后续工程的核准和建设步伐有望加快。,在这项特高压交流输电示范工程成功运行年半之后,2010年7月8日,向家坝上海千伏特高压直流输电示范工程成功投入运行。至此,我国开始进入特高压交、直流混合时代,特高压电网建设的准备工作已经全部就绪。,向家坝上海千伏特:该工程是世界上电压等级最高、输送容量最大、送电距离最远、技术水平最先进的高压直流输电工程。工程途径:四川、重庆、湖南、湖北、安徽、浙江、江苏、上海8个省市。,目前我国电
7、压等级最高的直流输电项目为800千伏特高压工程,但新疆等巨型能源基地距负荷中心超过2700公里,如果采用800千伏特高压直流输电技术,电力外送损耗可能超过10%,因而不是最优的技术方案。而采用1000千伏特高压直流输电就能有效解决电力外送技术瓶颈。这也将是世界上电压等级最高、输送容量最大、送电距离最远的直流输电工程。中国乃至世界首条1000千伏特高压直流输电线路最快有望在“十二五”期间兴建。,我国研制成功世界最高电压等级高压交流变压器 我国具有完全自主知识产权和核心技术的世界最高电压等级和最大容量的兆伏安千伏特高压交流变压器,2008年月日在河北省保定市的天威保变公司研制成功。,特高压输电技术
8、和相应的设备制造技术是世界电力科技领域和电工设备制造领域的前沿技术。特高压线路输送功率是千伏线路的倍,但电力损耗仅为它的四分之一,单位占地面积仅为它的三分之一,综合造价是它的四分之三。发展特高压电网可以解决我国现有千伏电网输送能力不足的问题,提高输电效率、减少投资成本、节约土地资源。,电力系统的主要环节(3),变电所:指进行电压变换和汇集、分配电能的场所。,4.2 负荷分级、供电要求及质量,4.2.1 电力负荷的分级,电力系统运行的最基本要求是供电的可靠性,但有些负荷也不是绝对不能停电的,为了正确地反映电力负荷对供电可靠性要求的界限,恰当选择供电方式,提高电网运行的经济效率,将负荷分为三级。,
9、根据不同负荷对供电可靠性的要求分三级。一级负荷 二级负荷 三级负荷,1、一级负荷,(1)中断供电将造成人员伤亡及重要设备损坏(2)中断供电将造成重大政治影响(3)中断供电将造成重大经济损失(4)中断供电将造成公共场所的秩序严重混乱(5)发生中毒、引发火灾及爆炸等严重事故,2、二级负荷,(1)中断供电将造成大量减产(2)中断供电将产生大量废品(3)破坏大量居民的正常生活(4)中断供电将造成公共场所秩序混乱(交通秩序混换),4.2.2 各级负荷的供电要求,一级负荷:必须由两个独立电源供电,且不会同时丢失。,特别重要的负荷,还应增设应急电源。常用应急电源:(1)静态交流不间断电源装置(允许中断供电:
10、毫秒级)UPS EPS,特点:(1)效率高、体积小(2)无噪声、振动(3)可靠性高、维护费用低(4)容量相对较小(5)用于电能质量要求高的场所,(2)带有自动投入装置的独立于正常电源的专门馈电线路(允许中断供电1.5s以上),(3)快速自动起动的柴油发电机(允许中断供电 15s以上),二级负荷:应由两个独立电源供电,只有一个独立 电源时,采用两回供电线路。,三级负荷:对供电无特殊要求,一般采用单一回路供电。,4.2.3 电能质量,电能质量:是指用电点的电压、频率与规范标准的偏离程度。电能质量的不合格将导致用电设备不能正常工作,并严重影响其寿命甚至危及运行的安全。,1.电压偏移:指用电设备的实际
11、端电压偏离其额定电压的百分数。,产生的原因:系统滞后的无功功率所引起的系统电压损失。,电压幅值允许变化范围:,危害:对设备有较大的冲击,减少寿命(U)影响生产效率和产品质量(U),2.电压波动:指电压在短时间内的快速变动情况,通常以电压幅度波动值来衡量电压波动的程度。,产生的原因:由于用户负荷的剧烈变化所引起的。如:大型可控硅整流装置、电焊机、碎石机,危害:上下波动造成转子振动、照明灯光的闪烁,3.频率偏差:指实际频率与电网的标准频率的差值。,产生的原因:系统有功功率不平衡是产生频率偏差的根本原因。,危害:频率变化对电力系统运行的稳定性造成很大的影响。频率降低,电动机速度降低,因而将影响工厂产
12、品的产量和质量。,4.3 变电所的建设,变电所担负着从电力系统接受电能,经过变压,然后分配电能的任务。变电所是供电系统枢纽,因此是供电系统中极其重要的组成部分。,组成:变压器、配电装置、保护和控制设备、测量 仪表等有关建筑物。,4.3.1 变电所的分类及功能,按在系统中所处的地位,发电厂变电所,枢纽变电所,中间变电所,地区变电所,终端变电所,按其变压器及高低压开关设备安装位置,室内型,半室内型(低压配电设备在室内),室外型,双杆式,地台式,按用途分,升或降压变电所,工矿企业变电所,农村变电所,整流变电所,成套变电站(组合式变电站):变压器箱、高压设备箱、低压设备箱,优点:现场安装方便、便于搬运
13、、占地面积小;便于深入负荷中心、从而减少电能损耗、电 压损失;节约有色金属、提高经济效益。,4.3.2 变电所位置的选择,(1)尽量靠近负荷中心,距离功率较大的负荷点一般不超过300m,降低电能损耗,节约输电线用量。(2)尽量靠近电源侧。(3)考虑运输方便,特别是变压器、高低压开关柜、配电屏。(4)进出线方便。(5)变电所不宜建在剧烈振动、潮湿、有腐蚀气体的场所。,4.3.3 变电所的总体布置要求,4.4 电力系统的主要电气设备,电力系统的主要电气设备有变压器、开关电器、限流电器、互感器及导体与绝缘子等。,4.4.1 变压器,在电力系统中,变压器使用的数量大,应用非常广泛。因此在电力系统中变压
14、器数量、容量及形式的选择相当重要。,变压器的分类:按相数:单相、三相按作用:降压、升压、整流等按绝缘绕组类型:油浸式、干式、充气式按冷却方式:自冷干式、风冷干式、自冷 油浸式、风冷油浸式、水冷油浸式,低损耗电力变压器 S7、S9 系列低损耗变压器即低损耗非晶合金配电变压器是二十世纪八十年代初期在美国发展起来的一种新型节能型变压器。,非晶合金是一种与传统硅钢片结构完全不同的材料,具有低铁损、高导磁率、高电阻率等特性。当磁密度相同时,低损变压器铁芯损耗只有传统硅钢片变压器损耗的2535%。,630kVA、10kV低损耗变压器与传统变压器标准损耗值对比,阻抗电压百分比又称短路电压百分比,表明变压器内
15、阻抗的大小。对于双绕组变压器来说,当副边被人为的短路,原边施加一个降低了的电压,待原边和副边的电流都达到额定值时,这个原边降低了的电压的数值,成为阻抗电压或短路电压。把这个数值与额定电压相比用百分数表示,即为该台双绕组变压器的阻抗电压百分比数。变压器的短路电压百分比是一个很重要的数值,是计算短路电流的依据。他表明变压器在满载(额定负荷)运行时变压器本身的阻抗压降大小,对于变压器二次测发生突然短路时,将会产生多大的短路电流有决定性的意义,对于变压器并联运行也有重要的意义。阻抗电压百分比的大小,与变压器的容量有关。当变压器容量小时,阻抗电压百分比数也小;变压器容量大时,阻抗电压百分比数应较大。我国
16、生产的电力变压器,阻抗电压百分比一般在424%的范围内。,4.4.2 开关电器,一、高压开关电器,在电力系统中,将电能接通、断开或转换高压电路的电器统称为“高压开关电器。”经常使用的高压开关电器主要有:熔断器、断路器、隔离开关、负荷开关。,概念:当有过电流流过时,元件会由于本身发热而熔断,并借助灭弧介质的作用,使其连接的电路断开,从而保护电力线路和电气设备。按结构和动作原理分为:限流式熔断器和跌落式熔断器。,1.熔断器,1)限流式 熔断器(RU)组成:熔丝磁管、石英砂及联结附件等。结构图:,(1)熄弧能力强,可在短路电流达到最大峰值前约0.01s内使其减至零,使电弧熄灭。因此可限制短路电流,降
17、低对电气设备的动、热稳定性的要求。(2)由于电弧电流被强迫过零,容易产生过电压。需要将过电压限制在2.5倍额定电压下。采用变截面熔体,使各段熔体的熔化时间错开,达到适当延长熔化时间并限制过电压的目的。,1)限流式熔断器,(3)开断电路时无游离气体排出,广泛用于室内配电装置中。RN1系列的IN20200A型,供高压线路和设备的短路过载保护用。RN2系列专门作为电压互感器的短路保护用。,限流式熔断器,2)RW4系列户外跌落式熔断器(FD),正常情况下,其利用熔丝将由动触头组成的熔丝管上的活动关节拉紧,使熔断器保持在通路状态。故障使熔丝产生高温电弧使熔丝管内产生大量的气体,引起管内压力升高,气体高速
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