电气工程基础电气工程

电气工程基础 电气工程基础 13.113.1 电力系统基本知识电力系统基本知识 要求：了解电力系统运行特点和基本要求；掌握电能质量的各项指标；了解电 力系统中各种结线方式及特点；掌握我国规定的网络额定电压与发电机、变压 器等元件的额定电压；了解电力网络中性点运行方式及对应的电压等级。 要求：了解电力系统运行特点和基本要求；掌握电能质量的各项指标；了解电 力系统中各种结线方式及特点；掌握我国规定的网络额定电压与发电机、变压 器等元件的额定电压；了解电力网络中性点运行方式及对应的电压等级。 13.1.1 电力系统运行特点和基本要求 13.1.1 电力系统运行特点和基本要求 1 1 电力系统运行的特点 电力系统运行的特点 （1） 电能不能大量存储电能不能大量存储。因而电能的生产、输送、分配和消费实际上是同 时进行的。 任何时刻发电机所发出的功率等于用电设备所消耗的功率与输 送和分配环节中功率损耗之和。 （2） 电力系统的暂态过程非常短促电力系统的暂态过程非常短促。从一种运行状态到另一种运行状态 的过渡极为迅速，以毫秒甚至微秒计。 （3） 与国民经济与人民生活密切相关与国民经济与人民生活密切相关。供电的突然中断会造成很大的损 失以致严重的后果。 2 对电力系统运行的基本要求对电力系统运行的基本要求 （1） 保证安全可靠供电保证安全可靠供电。要最大限度地满足用户用电的要求，对负荷按照 不同级别分别采取适当的技术措施来满足它们对供电可靠性的要求。 （2） 保证电能的质量保证电能的质量（电压、频率和谐波） 。 （3） 要有良好的经济性要有良好的经济性（降低网损、降低煤耗等） 。 （4） 电能生产要符合环境保护标准电能生产要符合环境保护标准，限制二氧化碳、二氧化硫等污染物 的排放量。 13.1.213.1.2 电能质量各项指标电能质量各项指标 （1） 电压幅值电压幅值。 对于 35kV 及以上电压级允许变化范围为额定值的±5， 10kV 及以下电压级允许变化范围为±7。电动机：±5；照明：3 2.5; 农电：+7.5%-10%。 （2）频率频率。 我国电力系统的额定频率为 50Hz， 正常运行时允许的偏移为±0.2 ±0.5Hz。 （3）谐波谐波。为保证电压质量，要求电压为正弦波形，但由于某种原因总会产生 一些谐波，会造成电压波形的畸变。为此对电压正弦波形畸变率也有限制（波形 畸变率是指各次谐波有效值平方和的方根对基波有效值的百分比） ，对于 110kV 及以上供电电压不超过 2，3560kV 供电电压不超过 3，610kV 供电电压 不超过 4，0.38kV 电压不超过 5。 13.1.313.1.3 电力系统中各种结线方式及特点电力系统中各种结线方式及特点 电力系统的结线包括发电厂、变电所的主结线和电力网络的结线。发电厂、 变电所的主结线一般有单母线、 单母线分段、 双母线、 双母线带旁路母线， 桥式、 角行等结线方式。电力网的结线通常按可靠性分为无备用和有备用两类。 1无备用结线每一个负荷只能靠一条线路取得电能。优点是设备费用小， 缺点是可靠性差。无备用结线主要有以下三种方式： （1）放射式 放射式 （2）干线式 干线式 （3）树状网络树状网络 图 13.11 几种无备用结线 2有备用结线负荷可以从两条及以上线路取得电能。优点是可靠性高，缺 点是设备费用高。主要有以下三种方式： （1）双回线双回线 （2）环网环网 （3）两端供电两端供电 图 13.12 几种有备用结线 13.1.413.1.4 我国电力系统的额定电压 我国电力系统的额定电压 以下所说的额定电压均指额定线电压。 1 网络的额定电压 1 网络的额定电压 网络的额定电压等于用户设备的额定电压，也等于母线的额定电压，也等于 线路的额定电压，也就是我们通常所说的额定电压。具体数值见表 131 的第一 列。 2 2 发电机的额定电压发电机的额定电压 发电机通常运行在比网络额定电压高 5的状态下，所以发电机的额定电压 规定比网络额定电压高 5。具体数值见表 131 的第二列。 3 3 变压器的额定电压变压器的额定电压 根据功率的流向功率的流向， 规定接受功率接受功率的一侧为一次绕组一次绕组， 输出功率输出功率的一侧为二次二次 绕组绕组。故双绕组升压变压器，低压绕组为一次绕组，高压绕组为二次绕组；双绕 组降压变压器，高压绕组为一次绕组，低压绕组为二次绕组。 （1） 变压器一次绕组相当于用电设备，故其额定电压等于网络的额定电压，但 当直接与发电机连接时，就等于发电机的额定电压。 （2） 变压器二次绕组相当于供电设备，再考虑到变压器内部的电压损耗，故： a）当变压器的短路电压小于 7或直接与用户连接时，则二次绕组额定 电压比网络的高 5。 b）当变压器的短路电压大于等于 7时，则二次绕组额定电压比网络的 高 10。 变压器二次绕组的额定电压见表 131 的第四列 表 13.11 我国电力系统的额定电压我国电力系统的额定电压（单位 kV） 变压器额定电压 变压器额定电压 网络额定电压 网络额定电压 发电机额定电压 发电机额定电压 一次绕组 一次绕组 二次绕组 二次绕组 3 3 6 6 10 10 3.15 3.15 6.3 6.3 10.5 10.5 3 及 3.15 3 及 3.15 6 及 6.3 6 及 6.3 10 及 10.5 10 及 10.5 3.15 及 3.3 3.15 及 3.3 6.3 及 6.6 6.3 及 6.6 10.5 及 11 10.5 及 11 13.8 13.8 15.75 15.75 18 18 20 20 13.8 13.8 15.75 15.75 18 18 20 20 35 35 110 110 220 220 330 330 500 500 35 35 110 110 220 220 330 330 500 500 38.5 38.5 121 121 242 242 363 363 550 550 4 4 我国电力系统的平均额定电压我国电力系统的平均额定电压 电力系统的平均额定电压 NavN VV05 . 1 ，并适当取整，具体为 3.15，6.3，10.5，37，115，230，345，525kV。 3.15，6.3，10.5，37，115，230，345，525kV。 5 5 变压器的分接头及其变比变压器的分接头及其变比 为了调节电压， 变压器的高压绕组以及三绕组变压器的中压绕组一般有不同 的分接头抽头，用百分数表示，即表示分接头电压与主抽头电压的差值为主抽头 电压的百分之几。变压器的变比有： 额定变比：主抽头额定电压之比。 额定变比：主抽头额定电压之比。 实际变比：实际所接分接头的额定电压之比。 实际变比：实际所接分接头的额定电压之比。 【例例 13.11】电力系统的部分接线示于例图 13.11，各电压级的额定电压及 功率输送方向已标明在图中。试求： （1） 发电机及各变压器高、低压绕组的额定电压； （2） 各变压器的额定变比； （3） 设变压器 T1 工作于5抽头，T2 和 T4 工作于主抽头，T3 工作 于2.5抽头时，各变压器的实际变比。 例图 13.11 解： （1）G：10.5kV T1：低 10.5kV，高 242 kV T2：高 220 kV，中 121 kV，低 38.5 kV T3：高 35 kV，低 10.5 kV T4：高 220 kV，低 121 kV （2）T1：242/10.5 T2：220/121, 220/38.5, 121/38.5 T3：35/10.5 T4：220/121 （3）T1：242（10.05）/10.5 T2 与 T4：同（2） T3：35（10.025）/10.5 6 6 额定电压与输电距离和传输功率的关系额定电压与输电距离和传输功率的关系 传输功率一定，电压高，电流小；反之电压低，电流大。电压高，绝缘要加 强；电流大，导线截面要大；二者都要投资，需要进行经济技术比较来决定。 传输功率一定，电压高，电流小；反之电压低，电流大。电压高，绝缘要加 强；电流大，导线截面要大；二者都要投资，需要进行经济技术比较来决定。 电压等级 kv 输送容量 电压等级 kv 输送容量 MW 输送距离输送距离 KM 3 0.11 13 6 0.11.2 415 10 0.22 620 35 215 2050 110 1050 50150 220 100500 100300 330 200800 200600 500 10001500 150850 750 20002500 500以上 13.1.513.1.5 电力网络中性点运行方式及对应的电压等级 电力网络中性点运行方式及对应的电压等级 电力网络中性点是指星形接线的变压器或发电机的中性点。 中性点的运行方 式或称接地方式可分为两大类： 中性点的运行方 式或称接地方式可分为两大类： （1）中性点直接接地； （2）中性点不接地或经 消弧线圈接地。 （1）中性点直接接地； （2）中性点不接地或经 消弧线圈接地。 1 1 中性点直接接地的电力网络 中性点直接接地的电力网络 中性点直接接地的电力网络，其优点其优点：首先安全性好安全性好，因为系统单相接地时 即为单相短路，保护装置可以立即动作切除故障；其次是经济性经济性好好，因中性点直 接接地系统在任何情况下，中性点电压不会升高，且不会出现系统单相接地时电 弧过电压问题，这样网络绝缘水平可按相电压考虑。其缺点是其缺点是：供电可靠性差供电可靠性差。 目前我国 110kV 及以上电力网络采用中性点直接接地方式。 2 2 中性点不接地的电力网络中性点不接地的电力网络 中性点不接地的电力网络， 其优点是供电可靠性高其优点是供电可靠性高， 因为电力网络发生单相 接地时，接地电流只是网络电容电流，比较小，不是单相短路，故接地时保护装 置不作用于跳闸，只给出信号，电网可继续运行 2 小时，故提高了供电可靠性。 缺点是经济性差缺点是经济性差， 因不接地网络发生单相接地时， 使不接地相对地电压变为了线 电压，故系统的绝缘水平应按线电压设计，费用较高。此外，中性点不接地系统 发生单相接地时，易出现电弧引起的谐振过电压。为了使电弧容易熄灭，在电容 电流较大的 35kV 或 10kV 电网，采用中性点经消弧线圈（电感线圈）接地中性点经消弧线圈（电感线圈）接地。不接 地方式一般用在 35kV 及以下电网，在电容电流较大的 10kV 和 35kV 电网也采用 中性点经消弧线圈接地的方式。 13.213.2 电力线路、变压器的参数与等值电路电力线路、变压器的参数与等值电路 要求：了解输电线路电阻、电抗、电导和电纳四个参数所表征的物理意义及输 电线路的等值电路；了解应用普通双绕组、三绕组变压器空载与短路试验数据 计算变压器参数及制定其等值电路；了解电网等值电路中有名值和标幺值参数 的简单计算。 要求：了解输电线路电阻、电抗、电导和电纳四个参数所表征的物理意义及输 电线路的等值电路；了解应用普通双绕组、三绕组变压器空载与短路试验数据 计算变压器参数及制定其等值电路；了解电网等值电路中有名值和标幺值参数 的简单计算。 13.2.113.2.1 输电线路的参数计算及其等值电路输电线路的参数计算及其等值电路 13.2.1.113.2.1.1 输电线路的参数计算 输电线路的参数计算 r） 1 1 电阻电阻（ 直流电阻： s r = 式中：为导线的电阻率（） ； kmmm / 2 s为导线载流部分的标