電力系統(tǒng)講義

1、第一部分：電力系統(tǒng)基礎(chǔ)一、電力系統(tǒng)的組成圖（略）1、電力系統(tǒng)：是由生產(chǎn)、輸送、分配和消耗電能的所有電氣設(shè)備所組成的統(tǒng)一整體。一次系統(tǒng)：生產(chǎn)電能的發(fā)電機(jī)、輸送和分配電能的變壓器和電力線路以及消耗電能的各種用 電設(shè)備（如電動(dòng)機(jī)等）。一次設(shè)備（略）二次系統(tǒng)：繼電保護(hù)裝置、安全自動(dòng)裝置、通信設(shè)備和調(diào)度自動(dòng)化等輔助系統(tǒng)。二次設(shè)備：（略）2、電力網(wǎng)：是電力系統(tǒng)中除去發(fā)電機(jī)和用戶，剩余的變壓器和電力線路所組成的輸送、分 配電能的網(wǎng)絡(luò)。電力網(wǎng)：按電壓等級(jí)分類：低壓網(wǎng)：電壓等級(jí)在1kV以下；中壓網(wǎng)：110kV；高壓網(wǎng)：高于 10kV、35kV、（66kV）、110kV、220kV；超高壓網(wǎng)：330kV、500k

2、V、500kV、 750kV；特高壓網(wǎng)：1000kV、800kV直流等特高壓及以上。3、動(dòng)力系統(tǒng)：是電力系統(tǒng)再加上電廠的原動(dòng)機(jī)等動(dòng)力部分。動(dòng)力部分主要有：火電廠的鍋爐和汽輪機(jī)等；水電廠的水和水輪機(jī)等；原子能電廠的反應(yīng)堆 等；風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的風(fēng)機(jī)等。電力系統(tǒng)的相關(guān)基本概念：送電線路（輸電線路）：是發(fā)電廠向電力負(fù)荷中心輸送電能及電力負(fù)荷中心之間互相聯(lián)絡(luò)的 長(zhǎng)距離線路。配電線路：是負(fù)責(zé)電能分配任務(wù)的線路。區(qū)域電力網(wǎng)：一般將電壓在110kV以上，供電范圍較廣，輸送功率較大的電力網(wǎng)稱為區(qū)域 電力網(wǎng)。地方電力網(wǎng)：電壓在110kV及以下，供電距離較短，輸送功率較小的電力網(wǎng)稱為地方電力 網(wǎng)。配電網(wǎng)：電壓在10kV

3、及其以下的電力網(wǎng)稱為配電網(wǎng)。開式電力網(wǎng)：凡用戶只能從單方向得到電能的電力網(wǎng)。閉式電力網(wǎng)：凡用戶可以從兩個(gè)或兩個(gè)方向得到電能的電力網(wǎng)。4、電力系統(tǒng)運(yùn)行的特點(diǎn)（1）電能不能大量存儲(chǔ)。由于目前還沒有大量存儲(chǔ)電能的好方法，因而電能的生產(chǎn)、輸送、 分配和消費(fèi)實(shí)際上是同時(shí)進(jìn)行的，即電力生產(chǎn)的同時(shí)性。任何時(shí)刻發(fā)電機(jī)所送出的功率等于 用電設(shè)備所消耗的功率與輸送過程中產(chǎn)生的功率損耗之和。（2）電力生產(chǎn)的快速性。電能輸送過程迅速，其傳輸速度與光速相同，每秒達(dá)到30萬公里， 即使相距幾萬公里，發(fā)、輸、用基本上都是同時(shí)完成的。電力系統(tǒng)的暫態(tài)過程非常短促。從 一種運(yùn)行狀態(tài)到另一種運(yùn)行狀態(tài)的過渡極為迅速，以毫秒甚至微秒計(jì)

4、。（3）與國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活密切相關(guān)。當(dāng)今社會(huì)一切廠礦企業(yè)、事業(yè)單位和人民生活均離 不開電能，供電的突然中斷會(huì)造成很大的損失以致嚴(yán)重的后果。電力系統(tǒng)運(yùn)行的特點(diǎn)：同時(shí)性、集中性、適用性、先行性二、電力系統(tǒng)的額定電壓與額定頻率1、額定頻率電力系統(tǒng)中的許多用電設(shè)備的運(yùn)行狀況都同頻率有密切的關(guān)系，尤其是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，因此 必需規(guī)定運(yùn)行頻率。世界各國(guó)所規(guī)定的頻率并不完全相同，目前，主要有50Hz（赫茲）和60Hz兩種。我國(guó)電力系統(tǒng)的額定頻率規(guī)定為50Hz，也就是工業(yè)用電的標(biāo)準(zhǔn)頻率，簡(jiǎn)稱工頻。說明：1）頻率是指電力系統(tǒng)中同步發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流正弦波基波電壓的頻率。2）頻率的質(zhì)量：我國(guó)電力系統(tǒng)交流電壓、電流的

5、額定頻率為50Hz，當(dāng)系統(tǒng)容量較大時(shí)頻 率允許偏差值為0.2Hz。當(dāng)系統(tǒng)容量較小時(shí)，偏差值可以放寬到土 0.5Hz。2、額定電壓我國(guó)輸電網(wǎng)的電壓等級(jí)一般在220-1000kV之間，基本屬于高壓、超高壓和特高壓的范疇。而配電網(wǎng)的電壓等級(jí)一般選為110kV （或35kV）及以下，大致涵蓋了低壓、中壓和高壓的 各種電壓等級(jí)。說明：為使互聯(lián)的各電氣設(shè)備都能運(yùn)行在較有利的電壓下，各設(shè)備的額定電壓應(yīng)相互配合。一般把電力線路和用電設(shè)備的額定電壓稱為系統(tǒng)（網(wǎng)絡(luò)）的額定電壓UN （線電壓），常包 括 3，6，10，35，110，220，330，500，750，1000kV。（需要記住）即：網(wǎng)絡(luò)的額定電壓等于用戶

6、設(shè)備的額定電壓，也等于母線的額定電壓，也等于線路的額定 電壓，也就是我們通常所說的額定電壓。1、額定電壓一發(fā)電機(jī)與變壓器為了調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際電壓，發(fā)電機(jī)通常運(yùn)行在比網(wǎng)絡(luò)額定電壓高5%的狀態(tài)下，所以發(fā)電機(jī) 的額定電壓規(guī)定比網(wǎng)絡(luò)額定電壓高5%。根據(jù)功率的流向規(guī)定：接受功率的一側(cè)為一次繞組，輸出功率的一側(cè)為二次繞組。故：對(duì)于雙繞組升壓變壓器，低壓繞組為一次繞組，高壓繞組為二次繞組；對(duì)于雙繞組降壓變壓器，高壓繞組為一次繞組，低壓繞組為二次繞組。1）變壓器變壓器的一次繞組相當(dāng)于用電設(shè)備，故其額定電壓等于網(wǎng)絡(luò)的額定電壓。注意：當(dāng)直接與發(fā)電機(jī)連接時(shí)應(yīng)與發(fā)電機(jī)的額定電壓相一致，因而就等于發(fā)電機(jī)的額定電壓。 變壓

7、器的二次繞組相當(dāng)于供電設(shè)備，再考慮到變壓器內(nèi)部繞組的等值阻抗所引起的電壓損 耗，故：3IUa）當(dāng)變壓器的短路電壓小于7%或直接與用戶連接時(shí)，則二次繞組額定電壓比網(wǎng)絡(luò)的高5%。b）當(dāng)變壓器的短路電壓大于等于7%時(shí)，則二次繞組額定電壓比網(wǎng)絡(luò)的高10%。2、線路、受電設(shè)備額定電壓的確定：線路的額定電壓規(guī)定與受電設(shè)備的額定電壓相同，這樣所有接在線路上的受電設(shè)備都可在額 定電壓附近運(yùn)行。受電設(shè)備的允許電壓偏移為5%，沿線路的電壓損耗為10%，即線路首端的電壓為額定電 壓的1.05倍，末端電壓就不會(huì)低于額定電壓的0.95倍，各受電設(shè)備就能在允許電壓范圍內(nèi) 運(yùn)行。3、額定電壓計(jì)算（略）4、各級(jí)電壓電力網(wǎng)的適

8、用范圍因三相功率S與U、I之間的關(guān)系為S=即輸送功率一定時(shí)，輸電電壓愈高，電流愈小，可采用較小截面的導(dǎo)線。但電壓愈高對(duì)絕緣 的要求愈高，電氣設(shè)備的絕緣投資就愈大。三、電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的五項(xiàng)指標(biāo)頻率、電壓、波形、電壓波動(dòng)和閃變、三相電壓不平衡度。說明：電能質(zhì)量不完全取決于電力生產(chǎn)部門，有的質(zhì)量指標(biāo)如諧波、電壓波動(dòng)和閃變、三相 電壓不平衡度等往往是由于用戶干擾所決定的。1、電壓質(zhì)量電力系統(tǒng)電壓和無功電力技術(shù)導(dǎo)則（施行）中規(guī)定了電壓允許偏差值。（1）用戶受電端的電壓允許偏差值1）35kV及以上供電和對(duì)電壓質(zhì)量有特殊要求的用戶電壓偏移為5%。2）10kV及以下高壓供電和低壓用戶為7%。3）低壓照明用戶為5

9、%T0%。（2）發(fā)電廠和變電所的母線電壓允許偏差值（略）電壓閃變的指標(biāo)是建立在電壓波動(dòng)基礎(chǔ)之上的，即是對(duì)一段時(shí)間的電壓波動(dòng)信號(hào)進(jìn)行數(shù)學(xué)處 理得出的。電壓閃變是電能質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，隨著功率波動(dòng)性負(fù)荷的大量使用，電壓閃變?cè)斐傻奈：?程度越來越嚴(yán)重。電壓在系統(tǒng)電網(wǎng)中作快速、短時(shí)的變化叫電壓波動(dòng)，變化更為劇烈的電壓波動(dòng)稱為電壓閃變。電壓波動(dòng)允許值：額定電壓/kV電壓波動(dòng)允許值/% TOC o 1-5 h z 10及以下2.5 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 351102220及以上1.62、波形質(zhì)量波形畸變率衡量是指各次諧波有效值的平方和的方根與

10、基波的有效值的百分比。波形畸變?cè)颍?）系統(tǒng)中存在非線性阻抗特性的供用電設(shè)備產(chǎn)生諧波源。如變頻調(diào)速裝置、感應(yīng)爐、電抗 器、變壓器以及電視機(jī)、微波爐等。2）目前最主要的諧波源來自容量不斷增大的大型的晶閘管整流裝置和大型電弧爐的運(yùn)行。抑制高次諧波或電壓的主要措施：限制接入系統(tǒng)的變流設(shè)備及交流調(diào)壓設(shè)備的容量，提高供電電壓或單獨(dú)供電。技術(shù)上采取方法：1）增加整流器的相數(shù)，對(duì)整流變壓器采用Y,d或D，y接線，裝設(shè)分流的無源濾波器，消 除或吸收高次諧波，避免高次諧波電流流入到電力系統(tǒng)中。2）對(duì)大型的非線性設(shè)備，裝設(shè)靜止無功補(bǔ)償裝置（SVC），以吸收其產(chǎn)生的無功功率。3）國(guó)內(nèi)外在研制有源交流濾波裝置（即諧波

11、抵消裝置）四、供電可靠性1、用戶停電的時(shí)間和次數(shù)2、利用年供電可靠率考核3、性質(zhì)不同用電負(fù)荷要求不同供電可靠率是指供電企業(yè)某一統(tǒng)計(jì)期內(nèi)對(duì)用戶停電的時(shí)間和次數(shù)，直接反映供電企業(yè)的持續(xù) 供電能力。供電可靠率反映了電力工業(yè)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)電能需求的滿足程度，已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家經(jīng) 濟(jì)發(fā)達(dá)程度的標(biāo)準(zhǔn)之一；供電可靠性可以用如下一系列年指標(biāo)加以衡量：供電可靠率、用戶 平均停電時(shí)間、用戶平均停電次數(shù)、用戶平均故障停電次數(shù)等。國(guó)家規(guī)定的城市供電可靠率是99. 96/100。即用戶年平均停電時(shí)間不超過3.5小時(shí)； 供電可靠率：我國(guó)供電可靠率目前一般城市地區(qū)達(dá)到了 3個(gè)9 （即99.9%）以上，用戶年 平均停電時(shí)間不超

12、過9小時(shí)；重要城市中心地區(qū)達(dá)到了 4個(gè)9（即99.99%）以上，用戶年平均停電時(shí)間不超過53分鐘。計(jì)算公式供電可靠率（%） =8760 （年供電小時(shí)）-年停電小時(shí)/8760最后乘以100%五、電力系統(tǒng)的接線方式1、各種接線方式及特點(diǎn)電力系統(tǒng)的接線包括發(fā)電廠、變電所的主接線和電力網(wǎng)絡(luò)的接線。電力網(wǎng)的接線通常按可靠 性分為無備用和有備用。1）無備用接線一一每一個(gè)負(fù)荷只能靠一條線路取得電能。優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備費(fèi)用小，缺點(diǎn)是可靠 性差。無備用接線主要有以下三種方式：（略）（1）放射式（2）干線式（3）樹狀網(wǎng)絡(luò)2）有備用接線一一負(fù)荷可以從兩條及以上線路取得電能。優(yōu)點(diǎn)是可靠性高，缺點(diǎn)是設(shè)備費(fèi) 用高，且運(yùn)行調(diào)度復(fù)雜

13、。主要有以下三種方式：（1）雙回線（2）環(huán)網(wǎng)（3）兩端供電舉例說明電力系統(tǒng)接線方式在實(shí)際中應(yīng)用：（略）六、電力系統(tǒng)負(fù)荷1、負(fù)荷的組成電力系統(tǒng)負(fù)荷（綜合用電負(fù)荷）：系統(tǒng)中所有電力用戶的用電設(shè)備所消耗的電功率總和。主要用電設(shè)備：異步機(jī)、同步機(jī)、電熱裝置、整流裝置、照明設(shè)備等。電力系統(tǒng)的供電負(fù)荷：電力系統(tǒng)的綜合用電負(fù)荷加上電力網(wǎng)的功率損耗。電力系統(tǒng)的發(fā)電負(fù)荷：電力系統(tǒng)的供電負(fù)荷再加上發(fā)電廠廠用電消耗的功率。2、電力負(fù)荷組成電力負(fù)荷、用電負(fù)荷、線路損失負(fù)荷、供電負(fù)荷3、電力系統(tǒng)負(fù)荷的分類及特點(diǎn)負(fù)荷發(fā)生時(shí)間不同、物理性能、用途、供電可靠性、用電特性供電可靠性分：1）一級(jí)負(fù)荷：突然停電將造成人身傷亡或引起對(duì)周圍環(huán)境的嚴(yán)重污染，造成經(jīng)濟(jì)上的巨大 損失，如重要的大型設(shè)備損壞，重要產(chǎn)品或重要原料生產(chǎn)的產(chǎn)品大量報(bào)廢，連續(xù)生產(chǎn)過程被 打亂，需要很長(zhǎng)時(shí)間才能恢復(fù)生產(chǎn)；以及突然停電會(huì)造成社會(huì)秩序嚴(yán)重混亂或在政治上造成 重