1、電工學(xué)及電器設(shè)備第1頁，共34頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)54分，星期五電力工業(yè)發(fā)展概況 世界第一座發(fā)電廠是1875年巴黎北火車站建成，直流發(fā)電機(jī)，做照明用。 我國(guó)第一座火電12kW1882年7月26日下午7時(shí)，上海外灘至虹口的6.4公里電線上也亮起了15盞電燈，標(biāo)志著中國(guó)電力工業(yè)從這里起步。（從美國(guó)引進(jìn)16馬力蒸汽機(jī)發(fā)電）。 第一座水電2240kW昆明滇池石龍壩（1912年） （1）18821949年：185萬千瓦、43億千瓦時(shí)，居25位、進(jìn)口設(shè)備、集中沿海。110kV線路2條共72萬kW。 （2）19491978年：5712萬kW、2566億千瓦時(shí)，分別居8、7位。 （3）197819

2、95年：總裝機(jī)容量突破2億千瓦；1996年居第2位；2000年總裝機(jī)容量突破3億千瓦； 2004年底發(fā)電裝機(jī)容量達(dá) 4.4億 kW，僅次于美國(guó)的8.9億kW；年發(fā)電量達(dá) 21870 億 kW.h，均居世界第 2 位。第2頁，共34頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)54分，星期五世界發(fā)電分類構(gòu)成圖第3頁，共34頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)54分，星期五9-1 電力系統(tǒng)及電力系統(tǒng)的額定電壓一、發(fā)電廠的類型電力系統(tǒng)及電力網(wǎng)按其所取用的能源的形式分：火力水力原子能太陽能、地?zé)帷L(fēng)力、潮汐、 沼氣發(fā)電廠(heat power)(water power)(atomic energy)把其他形式的一次能源

3、轉(zhuǎn)變成二次能源的一種特殊工廠按供電范圍和建設(shè)地點(diǎn)分:（1）區(qū)域性電廠：無發(fā)電機(jī)電壓用戶。（2）地區(qū)性電廠：直接供本地區(qū)用電。（3）自備專用電廠：專為大型企業(yè)服務(wù)。類 型solar energyterrestrial heatwind powertidal energy methane第4頁，共34頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)54分，星期五變電所的作用：（1）改變電壓（2）接受分配電能（3）把不同電壓等級(jí)的網(wǎng)絡(luò)連接起來變電所：1. 系統(tǒng)樞紐變電所：位于系統(tǒng)的樞紐點(diǎn)，停電后將引起系統(tǒng)解裂。（330-500kV）2. 中間變電所：起中間環(huán)節(jié)的作用。停電后將引起區(qū)域網(wǎng)解裂。（220-330kV)以

4、對(duì)地區(qū)用戶供電為主。（110-220kV)3. 地區(qū)變電所：(substation)4. 終端變電所：接近負(fù)荷點(diǎn)，高壓側(cè)高電壓為10-110kV。5. 企業(yè)變電所：工礦企業(yè)專用變電所，電壓為35-220kV。匯集電源、升降電壓和分配電力的場(chǎng)所，是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)。第5頁，共34頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)54分，星期五電力系統(tǒng):(Electric power system) 由發(fā)電機(jī)、配電裝置、升壓和降壓變電所、電力線路及電能用戶所組成的整體。電力網(wǎng)：(Power network) 電力系統(tǒng)中由各類升降壓變電所各級(jí)電壓的輸配電線路和變電所組成的電能傳輸和分配的網(wǎng)絡(luò)。 鍋爐汽輪機(jī)G

5、QFQSWBFUTVTWB發(fā)電廠電氣部分第6頁，共34頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)54分，星期五電力系統(tǒng)的示意圖水力發(fā)電廠升壓變電所220kV地區(qū)樞紐所10kV至用戶配電所10kV10kV升壓變電所220kV220kV220kV輸電線路220kV35kV35kV負(fù)荷變電所35kV火力發(fā)電廠10kV 為保證供電的可靠性和安全連續(xù)性，電力系統(tǒng)將各地區(qū)、各種類型的發(fā)電機(jī)變壓器、輸電線、配電和用電設(shè)備等連成一個(gè)環(huán)形整體。第7頁，共34頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)54分，星期五電力系統(tǒng)構(gòu)成原動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)輸、配電線路升、降壓變壓器電力用戶電力系統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)電力網(wǎng) 現(xiàn)今我國(guó)有五個(gè)區(qū)域電網(wǎng)（每個(gè)覆蓋一些省

6、區(qū)）和十二個(gè)省網(wǎng)。五個(gè)區(qū)域網(wǎng)是東北、華北、華東、華中及西北電網(wǎng)。 第8頁，共34頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)54分，星期五圖1-5從發(fā)電廠到用戶的送電過程（二）電力生產(chǎn)的特點(diǎn) 電力是一種特殊商品。電力生產(chǎn)具有不同于一般商品的下列特點(diǎn)： （1）同時(shí)性（2）集中性（3）快速性（4）先行性（三）電力系統(tǒng)、電力網(wǎng)及動(dòng)力系統(tǒng)的概念第9頁，共34頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)54分，星期五組成電力系統(tǒng)運(yùn)行的優(yōu)越性： 1. 減少系統(tǒng)中的總裝機(jī)容量； 2. 可以裝設(shè)大容量機(jī)組； 3. 充分利用能源，提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性； 4. 提高供電的可靠性； 5. 提高供電電能質(zhì)量。電力系統(tǒng)運(yùn)行的特點(diǎn)：1. 生產(chǎn)、分配、

7、輸送、再分配具有同時(shí)性； 2. 正常輸電過程和故障過程都非常迅速；3. 電力系統(tǒng)的地區(qū)性特點(diǎn)較強(qiáng)，組成情況不盡相同；4. 電能生產(chǎn)與國(guó)民經(jīng)濟(jì)、人民生活的關(guān)系密切。對(duì)電力系統(tǒng)的基本要求：1. 保證供電的安全可靠性 （、類負(fù)荷）；2. 保證電能的良好質(zhì)量；3. 保證足夠的發(fā)電功率和發(fā)電量；4. 保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性；5. 保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。第10頁，共34頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)54分，星期五二、 電力系統(tǒng)的額定電壓額定電壓：電氣設(shè)備的額定電壓是按長(zhǎng)期正常工作時(shí)具有最大經(jīng)濟(jì)效果所規(guī)定的電壓。1000V以上為高壓，以下為低壓。為使電氣設(shè)備實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化生產(chǎn)，國(guó)家規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)電壓

8、系列如表9-1所示。(rated voltage)電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)及其適用范圍 制定標(biāo)準(zhǔn)電壓的依據(jù) ：三相功率正比于線電壓及線電流。當(dāng)輸送功率一定時(shí)，輸電電壓愈高，則輸送電流愈小，因而所用導(dǎo)線截面積愈小；但電壓愈高對(duì)絕緣的要求愈高，桿塔、變壓器、斷路器的絕緣投資也愈大。因而對(duì)應(yīng)于一定的輸送功率與輸送距離應(yīng)有一最佳的輸電電壓。但從設(shè)備制造的經(jīng)濟(jì)性以及運(yùn)用時(shí)便于代換，必須規(guī)格化、系列化，且等級(jí)不宜過多。 第11頁，共34頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)54分，星期五我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：6、10、35、（60）、110、（154）、220、330和500kV 線路額定電壓即線路的平均電壓 UWe=(

9、UaUb)/2 。 各用電設(shè)備的額定電壓取與線路的額定電壓相等。從而使所有用電設(shè)備在額定電壓的附近處運(yùn)行。 用電設(shè)備容許的電壓偏移一般為5%，沿線電壓降落一般為10%，因而要求線路始端電壓為額定值的1.05倍，并使末端電壓不低于額定值的0.95倍。 abUU=10%Ue第12頁，共34頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)54分，星期五1）可直配發(fā)電機(jī)（100MW） G.e1.05w.e （0.4、6.3、10.5）。2）不可直配發(fā)電機(jī)（100MW） 13.8、15.75、18、20kV等四種。 發(fā)電機(jī)額定電壓 發(fā)電機(jī)通常接于線路始端，因此發(fā)電機(jī)的額定電壓為線路額定電壓的1.05倍 UGe UWe（

10、15）1. 用電設(shè)備和電力網(wǎng)的額定電壓 我國(guó)用電設(shè)備的額定電壓與電力網(wǎng)的額定電壓是相等的。 Ue= (Ua+Ub)/2， 5%第13頁，共34頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)54分，星期五 3. 變壓器額定電壓 變壓器具有電源和負(fù)荷的雙重地位，它的一次側(cè)是接受電能的，相當(dāng)于用電設(shè)備；二次側(cè)是送出電能的，相當(dāng)于電源。變壓器一次側(cè)額定電壓取等同于用電設(shè)備額定電壓，對(duì)于直接和發(fā)電機(jī)相聯(lián)的變壓器，其一次側(cè)額定電壓等于發(fā)電機(jī)的額定電壓。 二次側(cè)電壓應(yīng)比線路額定電壓高5% ，因變壓器二次側(cè)額定電壓規(guī)定為空載時(shí)的電壓，而額定負(fù)荷下變壓器內(nèi)部電壓降落約為5%。為使正常時(shí)變壓器二次側(cè)電壓較線路額定電壓高5%，變

11、壓器二次側(cè)額定電壓取比線路額定電壓高10%。 1）一次繞組 不與發(fā)電機(jī)直接相連（降壓變） T1.ew.e 與發(fā)電機(jī)直接相連（升壓變、廠用變） T1.eG.e1.05w.e 2）二次繞組 (指空載值) d7.5 或高壓側(cè)為35kV及以上 T2.e1.10w.e d7.5 或高壓側(cè)為35kV以下或短線路 T2.e1.05w.e 第14頁，共34頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)54分，星期五表9-1 我國(guó)交流電力網(wǎng)和電氣設(shè)備的額定電壓（線間電壓，單位kV）用電設(shè)備額定電壓與電力網(wǎng)額定電壓 發(fā)電機(jī)額定電壓 變壓器額定電壓 原邊繞組 副邊繞組接電力網(wǎng) 接發(fā)電機(jī) 0.220.230.220.230.230

12、.380.400.380.400.4033.1533.153.15、3.366.366.36.3、6.6 1010.51010.510.5、11 353538.5 606066110110121220220242330330363 500500550750750825 第15頁，共34頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)54分，星期五電力系統(tǒng)的額定電壓GT110KVT4T2T3D1220KV110KV6KV35KV3KV10.5KV10.5KV/242KV10.5KV/3.15KV220KV/121KV/38.5KV35KV/6.6KV 圖中給出的為電力網(wǎng)的額定電壓，試確定圖中變壓器的額定電壓第1

13、6頁，共34頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)54分，星期五短路的基本類型有三相短路(a)、兩相短路(b)、單相短路(c,d)和兩相接地短路(e,f)。 一、短路的概念及短路的基本類型 短路指相線與相線以及在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中與地之間不通過負(fù)荷，發(fā)生了直接連接的故障。是指供電系統(tǒng)中不同電位的導(dǎo)電部分（各相導(dǎo)體、地線等）之間發(fā)生的低阻性短接。 9.2 電力系統(tǒng)短路的基本概念 占短路故障5%占短路故障10%-15%三相短路兩相短路第17頁，共34頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)54分，星期五(c,d)單相短路占短路故障65%-70%(e,f)兩相接地短路占短路故障10%-20%第18頁，共34頁，

14、2022年，5月20日，4點(diǎn)54分，星期五二、短路及其原因、后果 原因： 1.造成短路的主要原因是電氣設(shè)備載流部分的絕緣損壞 絕緣損壞的原因：絕緣老化 機(jī)械損傷 大氣過電壓 操作過電壓 設(shè)計(jì)安裝不合理 設(shè)備質(zhì)量差 2.輸電線路斷線、倒桿、人員誤操作、鳥獸跨越裸導(dǎo)體。 后果： 1. 電流增大 在供電系統(tǒng)中發(fā)生短路故障后，短路電流往往要比正常負(fù)荷電流大許多倍，有時(shí)高達(dá)幾萬到幾十萬安培。 2.電壓降低 第19頁，共34頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)54分，星期五危害：1.短路電流很大，產(chǎn)生的熱量很大，使過流設(shè)備溫度急劇上升，會(huì)使絕緣老化或損壞；2.短路電流產(chǎn)生的電動(dòng)力，會(huì)使設(shè)備載流部分變形或損壞；

15、3.短路會(huì)使系統(tǒng)電壓驟降，影響系統(tǒng)其他設(shè)備的正常運(yùn)行；4.嚴(yán)重的短路會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性；5.短路還會(huì)造成停電；6.不對(duì)稱短路的短路電流會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的不平衡交變磁場(chǎng)，對(duì)通信和電子設(shè)備等產(chǎn)生電磁干擾等。 進(jìn)行電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需 進(jìn)行短路計(jì)算，其目的是正確選擇和檢驗(yàn)電氣設(shè)備及其保護(hù)裝置。三相短路電流是選擇和檢驗(yàn)電氣設(shè)備的基本依據(jù)。另外還要用到不對(duì)稱短路的短路電流、短路沖擊電流、穩(wěn)態(tài)短路電流等。第20頁，共34頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)54分，星期五目前主要采用的有三種：1. 中性點(diǎn)不接地2. 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地3. 中性點(diǎn)直接接地 （1、2 統(tǒng)稱為中性點(diǎn)非直接接地， 亦稱小接地電流系統(tǒng)） （大接

16、地電流系統(tǒng)）9.3 電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式一、電力系統(tǒng)中性點(diǎn)及其運(yùn)行方式的概念電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)： 泛指系統(tǒng)中星形連接的發(fā)電機(jī)和變壓器的中性點(diǎn)。電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式有： 不接地、經(jīng)電阻接地、經(jīng)消弧線圈接地、經(jīng)電抗接地、直接接地 中性點(diǎn)運(yùn)行方式的是個(gè)比較復(fù)雜的技術(shù)經(jīng)濟(jì)問題（可靠性、過電壓、絕緣配合、裝置動(dòng)作、弱電干擾及系統(tǒng)穩(wěn)定）。第21頁，共34頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)54分，星期五二、中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)（中性點(diǎn)絕緣）1.正常運(yùn)行情況 （1）簡(jiǎn)化等值電路如圖a，假定條件：系統(tǒng)對(duì)稱；對(duì)地電容用集中電容表示，對(duì)稱分布；忽略不計(jì)相間電容。（2）電壓及電流關(guān)系分析 節(jié)點(diǎn)電壓定律N0，相量圖：上

17、圖b （3）結(jié)論 電源中性點(diǎn)與地同電位，各相的相電壓等于各相的對(duì)地電壓（不大的中性點(diǎn)位移電壓略）；各相對(duì)地電容電流的大小相等， Ic0 xc，它們的相量和為零，地中沒有電容電流通過。第22頁，共34頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)54分，星期五2. 單相接地故障 （1）簡(jiǎn)化等值電路 假定C相完全接地（金屬性接地），如下圖。（2）電壓及電流關(guān)系分析N負(fù)荷ABC第23頁，共34頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)54分，星期五單相接地后，中性點(diǎn)N對(duì)地電壓變?yōu)閯tA相對(duì)地電壓則B相對(duì)地電壓B、C相間電壓為即：大小為三倍的相電壓接地電流為由相量圖看：三相的線電壓保持對(duì)稱且大小不變A、B相間電壓為此時(shí)，A、C

18、相間電壓為第24頁，共34頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)54分，星期五綜上，該運(yùn)行方式在發(fā)生單相接地故障時(shí)： （假設(shè)C相接地，接地電阻為零）（1）中性點(diǎn)對(duì)地電壓為故障相電壓： ，線電壓保持不變（3）接地電流為容性，等于正常時(shí)一相對(duì)地電容電的3倍（2）A、B兩相對(duì)地電壓升高了 倍；即Ic IcAIc的計(jì)算： 架空線路：Ic350 （A） 電纜線路：Ic / 10 (A) 式中， U電網(wǎng)的線電壓，kV； L有電的直接聯(lián)系的線路長(zhǎng)度，km第25頁，共34頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)54分，星期五說明： 接地電流產(chǎn)生的弧光接地： Ic A：為瞬時(shí)性電弧自然熄滅； Ic 30A：穩(wěn)定燃燒電弧燒毀設(shè)

19、備多相短路； Ic =10A：間歇性電弧串聯(lián)諧振過電壓， 高達(dá) 2.53.5 Ul 。 可以繼續(xù)工作（不超過二小時(shí)），但應(yīng)采取必要措 施。用戶承受的線電壓正常；系統(tǒng)按線電壓絕緣（造價(jià)高）；一次繞組為額定相電壓的電壓互感器飽和，超過 二小時(shí)易燒毀。 措施：通過監(jiān)察裝置發(fā)現(xiàn)、尋找、排除接地故障。 不完全接地 均比完全接地略有變化第26頁，共34頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)54分，星期五 （2）3-10kV系統(tǒng)當(dāng)接地電流 30A時(shí)；3. 適用范圍： （1）電壓在500V以下的三相三線制系統(tǒng)； （3）20-60kV系統(tǒng)當(dāng)接地電流10A時(shí)； （4）與發(fā)電機(jī)有直接電氣聯(lián)系的3-20kV系統(tǒng)，如要求發(fā)電

20、機(jī)帶 內(nèi)部單相接地故障運(yùn)行，當(dāng)接地電流 5A時(shí)。第27頁，共34頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)54分，星期五三、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)1.消弧線圈的工作原理 消弧線圈是具有可調(diào)節(jié)電抗的接地電抗器，是帶鐵芯的電感線圈，一端接至變壓器或接地變壓器中性點(diǎn)，另一端接地，當(dāng)三相線路發(fā)生單相接地故障時(shí)，產(chǎn)生電感電流，補(bǔ)償因線路對(duì)地電容產(chǎn)生的電容電流，使故障處不發(fā)生持續(xù)電弧，不致擴(kuò)大故障范圍，提高供電系統(tǒng)的安全性和可靠性。 消弧線圈的電抗或電流由無載或有載分接開關(guān)來調(diào)節(jié)。單相油浸式，帶分段氣隙鐵芯， 分接頭有檔， 型號(hào)XDJ(L)-35。第28頁，共34頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)54分，星期五 N

21、負(fù)荷ABC2.電壓及電流關(guān)系分析(1)正常工作情況： 中性點(diǎn)電壓為0，消弧線圈上沒有電流。(2)單相接地故障 (如C相完全接地) 電壓關(guān)系與不接地系統(tǒng)相同； 此時(shí)消弧線圈中有電感電流IL流過， 在接地處與接地電容電流IC相抵消 而實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。第29頁，共34頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)54分，星期五2.適用范圍 35kV及以下接地電流凡不滿足中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)規(guī)定值時(shí)采用； 個(gè)別雷害嚴(yán)重的地區(qū)110kV系統(tǒng)不得已采用。3.補(bǔ)償方式(1) 完全補(bǔ)償 ILIC； 易形成串聯(lián)諧振過電壓危及設(shè)備絕緣，一般不采用。 (2) 欠補(bǔ)償 ILIC； 切除部分線路或系統(tǒng)頻率下降可能變成完全補(bǔ)償，形成串聯(lián)諧振，在電網(wǎng)中一般不采用。(3) 過補(bǔ)償 ILIC10A； 一般裝在電網(wǎng)中變壓器中性點(diǎn)的消弧線圈以及具有直配線的發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的消弧線圈均采用此方式。4.消弧線圈的安裝地點(diǎn) 發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)或廠用變的中性點(diǎn)；變電所主變的中性點(diǎn)。 第30頁，共34頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)54分，星期五發(fā)電廠主變壓器的中性點(diǎn)消弧線圈 第31頁，共34頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)54分，星期五四、中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)1. 中性點(diǎn)的電位始終為地的零電位。3. 單相接地時(shí)形成短路，接地電流很大（短路電流），巨大的短路電流使繼電保護(hù)動(dòng)作，斷路器迅速切除接地故障部分，避