電氣工程專業(yè)基礎(chǔ)

4電氣工程基礎(chǔ)北京建筑工程學(xué)院電氣工程與自動(dòng)化系李英姿2004年3月全國(guó)注冊(cè)電氣工程師考試——專業(yè)基礎(chǔ)部分4.1電力系統(tǒng)基本知識(shí)

考試大綱1.1了解電力系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)和基本要求1.2掌握電能質(zhì)量的各項(xiàng)指標(biāo)1.3了解電力系統(tǒng)中各種結(jié)線方式及特點(diǎn)1.4掌握我國(guó)規(guī)定的網(wǎng)絡(luò)額定電壓與發(fā)電機(jī)、變壓器等元件的額定電壓1.5了解電力網(wǎng)絡(luò)中性點(diǎn)運(yùn)行方式及對(duì)應(yīng)的電壓等級(jí)4.1.1電力系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)和基本要求

1．電力系統(tǒng)的組成由發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)、升壓及降壓變電設(shè)備、電力網(wǎng)及電能用戶（用電設(shè)備）組成的系統(tǒng)統(tǒng)稱為電力系統(tǒng)。

（1）發(fā)電廠：生產(chǎn)電能。（2）電力網(wǎng)：變換電壓、傳送電能。

由變電所和電力線路組成。（3）配電系統(tǒng)：將系統(tǒng)的電能傳輸給電力用戶。（4）電力用戶：高壓用戶額定電壓在1kV以上，低壓用戶額定電壓在1kV以下。（5）用電設(shè)備：消耗電能。4.1.1電力系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)和基本要求

2．電能的特點(diǎn)（1）電能不能儲(chǔ)存電能的生產(chǎn)、輸送、分配和使用同時(shí)完成。

（2）暫態(tài)過程非常迅速電能以電磁波的形式傳播，傳播速度為300km／ms。

（3）和國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門間的關(guān)系密切。4.1.1電力系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)和基本要求3．對(duì)電力系統(tǒng)提出的要求（1）保證供電可靠性

（2）保證電能質(zhì)量

（3）提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性（4）環(huán)境保護(hù)問題

4.1.2衡量電能質(zhì)量的指標(biāo)

1．電壓偏差（移）電壓偏差（移）指當(dāng)供配電系統(tǒng)改變運(yùn)行方式或負(fù)荷緩慢地變化使供配電系統(tǒng)各點(diǎn)的電壓也隨之改變，各點(diǎn)的實(shí)際電壓與系統(tǒng)額定電壓之差，通常用與系統(tǒng)額定電壓的百分比值數(shù)表示。用公式表示為

（4-1-1）式中——用電設(shè)備的額定電壓，kV；——用電設(shè)備的實(shí)際端電壓，kV。4.1.2衡量電能質(zhì)量的指標(biāo)2．電壓波動(dòng)一系列的電壓變動(dòng)或電壓包絡(luò)線的周期性變動(dòng)，電壓的最大值與最小值之差與系統(tǒng)額定電壓的比值以百分?jǐn)?shù)表示，其變化速度等于或大于每秒0.2％時(shí)稱為電壓波動(dòng)。波動(dòng)的幅值為：

（4-1-2）式中——用電設(shè)備端電壓的最大波動(dòng)值，kV；——用電設(shè)備端電壓的最小波動(dòng)值，kV。

4.1.2衡量電能質(zhì)量的指標(biāo)3．電壓閃變負(fù)荷急劇的波動(dòng)造成供配電系統(tǒng)瞬時(shí)電壓升高，照度隨之急劇變化，使人眼對(duì)燈閃感到不適，這種現(xiàn)象稱為電壓閃變。4．不對(duì)稱度不對(duì)稱度是衡量多相負(fù)荷平衡狀態(tài)的指標(biāo)，多相系統(tǒng)的電壓負(fù)序分量與電壓正序分量之比值稱為電壓的不對(duì)稱度，電流負(fù)序分量與電流正序分量之比值稱為電流的不對(duì)稱度，均以百分?jǐn)?shù)表示。

4.1.2衡量電能質(zhì)量的指標(biāo)5．正弦波形畸變率當(dāng)網(wǎng)絡(luò)電壓波形中出現(xiàn)諧波（有時(shí)為非諧波）時(shí)網(wǎng)絡(luò)電壓波形就要發(fā)生畸變。諧波干擾是由于非線性系統(tǒng)引起的。它產(chǎn)生出不同于網(wǎng)絡(luò)頻率的電壓波，或者具有非正弦形的電流波。（1）n次諧波電壓、電流含有率

（4-1-3）4.1.2衡量電能質(zhì)量的指標(biāo)5．正弦波形畸變率（2）電壓、電流總諧波畸變率（4-1-4）式中、——n次諧波電壓、電流的方均根值，kV、A；、——基波電壓（50Hz）、電流的方均根值，kV、A。4.1.2衡量量電電能能質(zhì)質(zhì)量量的的指指標(biāo)標(biāo)（3）諧諧波波電電壓壓的的總總平平均均畸畸變變系系數(shù)數(shù)（4-1-5）式中中———諧波波電電壓壓的的總總平平均均畸畸變變系系數(shù)數(shù)；；———變化化時(shí)時(shí)間間，，＝＝3s；———n次諧諧波波電電壓壓的的方方均均根根值值，kV；4.1.2衡量量電電能能質(zhì)質(zhì)量量的的指指標(biāo)標(biāo)6．頻頻率率偏偏差差頻率率偏偏差差是是指指供供電電的的實(shí)實(shí)際際頻頻率率與與電電網(wǎng)網(wǎng)的的額額定定頻頻率率的的差差值值。。我國(guó)國(guó)電電網(wǎng)網(wǎng)的的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)頻頻率率為為50Hz，又叫叫工工頻頻。。頻率率偏偏差差一一般般不不超超過過±0.25Hz，當(dāng)電電網(wǎng)網(wǎng)容容量量大大于于3000MW時(shí)，，頻頻率率偏偏差差不不超超過過±0.2Hz。調(diào)整整頻頻率率的的辦辦法法是是增增大大或或減減小小電電力力系系統(tǒng)統(tǒng)發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī)有有功功功功率率。。4.1.2衡量量電電能能質(zhì)質(zhì)量量的的指指標(biāo)標(biāo)7．供供電電可可靠靠性性供電電可可靠靠性性指指標(biāo)標(biāo)是是根根據(jù)據(jù)用用電電負(fù)負(fù)荷荷的的等等級(jí)級(jí)要要求求制制定定的的。。衡量量供供電電可可靠靠性性的的指指標(biāo)標(biāo)，，用用全全年年平平均均供供電電時(shí)時(shí)間間占占全全年年時(shí)時(shí)間間百百分分?jǐn)?shù)數(shù)表表示示。。4.1.3電網(wǎng)網(wǎng)接接線線方方式式與與特特點(diǎn)點(diǎn)電力力系系統(tǒng)統(tǒng)的的接接線線方方式式大大致致分分為為兩兩大大類類：：（1）無(wú)無(wú)備備用用電電源源接接線線（2）有有備備用用電電源源接接線線具體體表表現(xiàn)現(xiàn)型型式式有有（1）放放射射式式（2）樹樹干干式式（3）混混合合式式（4）環(huán)環(huán)網(wǎng)網(wǎng)式式4.1.3電網(wǎng)網(wǎng)接接線線方方式式與與特特點(diǎn)點(diǎn)1．無(wú)無(wú)備備用用接接線線（（開開式式電電力力網(wǎng)網(wǎng)））方方式式無(wú)備備用用接接線線包包括括：：（1）單單回回放放射射式式（2）樹樹干干式式（3）鏈鏈?zhǔn)绞骄W(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)a）放射射式式b）干線線式式c）鏈?zhǔn)绞?.1.3電網(wǎng)網(wǎng)接接線線方方式式與與特特點(diǎn)點(diǎn)2．有備用接線線（閉式電力力網(wǎng)）方式有備用接線方方式包括（1）雙回放射式式（2）樹干式（3）鏈?zhǔn)剑?）環(huán)式（5）兩端供電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)a）放射式b）干線式c）鏈?zhǔn)絛）環(huán)式e）兩端供電網(wǎng)絡(luò)絡(luò)4.1.3電網(wǎng)接線方式式與特點(diǎn)有備用接線的的雙回放射式式、樹干式和和鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)用用于一、二級(jí)級(jí)負(fù)荷。環(huán)式接線，供供電經(jīng)濟(jì)、可可靠，但運(yùn)行行調(diào)度復(fù)雜，，線路發(fā)生故故障切除后，，由于功率重重新分配，可可能導(dǎo)致線路路過載或電壓壓質(zhì)量降低。。兩端供電接線線方式必須有有兩個(gè)獨(dú)立的的電源。4.1.4額定電壓1.電網(wǎng)的額定電電壓線路首末兩端端電壓的平均均值應(yīng)等于電電網(wǎng)額定電壓壓。此電壓做為確確定其他電力力設(shè)備額定電電壓的依據(jù)。。2.用電設(shè)備的額額定電壓用電設(shè)備的額額定電壓等于于電網(wǎng)額定電電壓。3.發(fā)電機(jī)的額定定電壓發(fā)電機(jī)的額定定電壓規(guī)定比比同級(jí)電網(wǎng)電電壓高5％。補(bǔ)償電壓壓損失。4.1.4額定電壓4.電力變壓器的的額定電壓電力變壓器的的一次繞組的的額定電壓根根據(jù)連接情況況不同分為兩兩種：當(dāng)變壓壓器直接與發(fā)發(fā)電機(jī)相連時(shí)時(shí)，其一次繞繞組的額定電電壓與發(fā)電機(jī)機(jī)的額定電壓壓相同，即高高出同級(jí)電網(wǎng)網(wǎng)額定電壓5％；當(dāng)變壓器直接接與電網(wǎng)相連連時(shí)，其一次次繞組的額定定電壓與電網(wǎng)網(wǎng)的額定電壓壓相同，即等等于同級(jí)電網(wǎng)網(wǎng)額定電壓。。4.1.4額定電壓電力變壓器的的二次繞組的的額定電壓是是指一次繞組組在額定電壓壓作用下，二二次繞組的空空載電壓。當(dāng)變壓器滿載載時(shí)，變壓器器的一、二次次繞組的阻抗抗將引起變壓壓器自身的電電壓降（大約約相當(dāng)于電網(wǎng)網(wǎng)額定電壓的的5％），從而使使二次繞組的的端電壓小于于空載電壓。。為了彌補(bǔ)線線路中的電壓壓損失，變壓壓器的二次繞繞組的額定電電壓應(yīng)高于電電網(wǎng)額定電壓壓5％，因此變壓壓器二次繞組組的額定電壓壓規(guī)定比同級(jí)級(jí)電網(wǎng)額定電電壓高10％；若變壓器靠近近用戶，供電電半徑較小時(shí)時(shí)，由于線路路較短，線路路的電壓損失失可以忽略不不計(jì)，這時(shí)變變壓器的二次次繞組的額定定電壓應(yīng)高于于電網(wǎng)額定電電壓5％，用以補(bǔ)償償變壓器自身身的電壓損失失。4.1.5電力系統(tǒng)的中中性點(diǎn)運(yùn)行方方式1．中性點(diǎn)不接接地系統(tǒng)系統(tǒng)中性點(diǎn)不不接地是指系系統(tǒng)中性點(diǎn)對(duì)對(duì)地絕緣。當(dāng)當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單單相接地故障障后系統(tǒng)的三三相對(duì)稱關(guān)系系并未破壞，，僅中性點(diǎn)及及各相對(duì)地電電壓發(fā)生變化化，中性點(diǎn)的的電壓上升到到相電壓，非非故障相對(duì)地地電壓值增大大為倍相電壓壓，故對(duì)于該該中性點(diǎn)不接接地系統(tǒng)可以以帶故障繼續(xù)續(xù)運(yùn)行2小時(shí)。故障相相接地點(diǎn)的對(duì)對(duì)地故障電流流為正常運(yùn)行行時(shí)對(duì)地電容容電流的3倍。在我國(guó)配電網(wǎng)網(wǎng)電壓在10～35kV之間的架空線線路多采用此此接地方式。。4.1.5電力系統(tǒng)的中中性點(diǎn)運(yùn)行方方式2．中性點(diǎn)直接接接地系統(tǒng)系統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)經(jīng)一無(wú)阻抗（（金屬性）接接地線接地的的方式成為中中性點(diǎn)直接接接地。此接地系統(tǒng)一一般應(yīng)用在接接有單相負(fù)載載的低壓（380/220V）配電系統(tǒng)和電電力系統(tǒng)高壓壓（110kV以上）輸電線線路上。4.1.5電力系統(tǒng)的中中性點(diǎn)運(yùn)行方方式3．中性點(diǎn)經(jīng)阻阻抗接地系統(tǒng)統(tǒng)在系統(tǒng)中性點(diǎn)點(diǎn)與大地之間間用一阻抗相相連的接地方方式稱為中性性點(diǎn)經(jīng)阻抗接接地。根據(jù)接接地電阻器電電阻值的大小小，接地系統(tǒng)統(tǒng)分為高電阻阻接地和低電電阻接地。（1）高電阻接地地：此種方式式接地電流較較小，通常在在5～10A范圍內(nèi)，但至至少應(yīng)等于系系統(tǒng)對(duì)地的總總電容電流。。保護(hù)方式需需要配合接地地指示器或警警報(bào)器，保證證故障時(shí)線路路立即跳脫。。（2）低電阻接地地：增大接地地短路電流，，使保護(hù)迅速速動(dòng)作，切除除故障線路。。電阻值的大大小，必須使使系統(tǒng)具有足足夠的最小接接地故障電流流（大約400A以上），保證證接地繼電器器準(zhǔn)確動(dòng)作。。目前我國(guó)大城城市10kV配電網(wǎng)的接地地方式大多采采用經(jīng)低電阻阻接地的方式式。思考題、習(xí)題題1-1．電力網(wǎng)、電電力系統(tǒng)和動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)的定定義是什么？？1-2．對(duì)電力系統(tǒng)統(tǒng)運(yùn)行的基本本要求是什么么？1-3．電力系統(tǒng)的的電氣接線圖和地理理接線圖有何何區(qū)別？1-4．何為電力系系統(tǒng)的中性點(diǎn)？其運(yùn)運(yùn)行方式如何何？它們有什什么特點(diǎn)？我我國(guó)電力系統(tǒng)統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行行情況如何？？1-5．中性點(diǎn)不接地地的電力系統(tǒng)統(tǒng)發(fā)生單相接接地故障時(shí)，，各相對(duì)地電電壓有什么變變化？單相接接地電流的性性質(zhì)如何？怎怎樣計(jì)算？1-6．消弧線圈的的工作原理是是什么？補(bǔ)償償方式有哪些些？電力系統(tǒng)統(tǒng)一般采用哪哪種補(bǔ)償方式式？為什么？？思考題、習(xí)題題1-7．電力系統(tǒng)的的額定電壓是是如何確定的的？系統(tǒng)各元元件的額定電電壓如何確定定？1-8．