電力系統(tǒng)基礎(chǔ)知識

電力系統(tǒng)基礎(chǔ)知識繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置對電力系統(tǒng)起到保護(hù)和安全控制的作用，因此首先應(yīng)明確所要保護(hù)和控制對象的相關(guān)情況，涉及的內(nèi)容包括：電力系統(tǒng)的構(gòu)成，電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式及其特點(diǎn)，電力系統(tǒng)短路電流計(jì)算及其相關(guān)概念。這是學(xué)習(xí)繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置等本書內(nèi)容的基礎(chǔ)。第一節(jié)電力系統(tǒng)基本概念一、電力系統(tǒng)構(gòu)成電力系統(tǒng)是由發(fā)電廠、變電站（所）、送電線路、配電線路、電力用戶組成的整體。其中，聯(lián)系發(fā)電廠與用戶的中間環(huán)節(jié)稱為電力網(wǎng)，主要由送電線路、變電所、配電所和配電線路組成，如圖1-1中的虛框所示。電力系統(tǒng)和動(dòng)力設(shè)備組成了動(dòng)力系統(tǒng)，動(dòng)力設(shè)備包括鍋爐、汽輪機(jī)、水輪機(jī)等。在電力系統(tǒng)中，各種電氣設(shè)備多是三相的，且三相系統(tǒng)基本上呈現(xiàn)或設(shè)計(jì)為對稱形式，所以可以將三相電力系統(tǒng)用單相圖表述。動(dòng)力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)及電力網(wǎng)之間的關(guān)系示意圖如圖1-1所示。3￥0/220VI圖1-13￥0/220VI圖1-1動(dòng)力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)及電力網(wǎng)示意圖G股電軌G）調(diào)相機(jī)?肛訕JL色電燈需要指出的是，為了保證電力系統(tǒng)一次電力設(shè)施的正常運(yùn)行，還需要配置繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置、計(jì)量裝置、通信和電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化設(shè)施等。電力系統(tǒng)主要組成部分和電氣設(shè)備的作用如下。發(fā)電廠。發(fā)電廠是把各種天然能源轉(zhuǎn)換成電能的工廠。天然能源也稱為一次能源，例如煤炭、石油、天然氣、水力、風(fēng)力、太陽能等，根據(jù)發(fā)電廠使用的一次能源不同，發(fā)電廠分為火力發(fā)電廠(一次能源為煤炭、石油或天然氣)、水力發(fā)屯廠、風(fēng)力發(fā)電廠等。變電站(所)。變電站是電力系統(tǒng)中聯(lián)系發(fā)電廠與用戶的中間環(huán)節(jié)，具有匯集電能和分配電能、變換電壓和交換功率等功能，是一個(gè)裝有多種電氣設(shè)備的場所。根據(jù)在電力系統(tǒng)中所起的作用，可分為升壓變電站和降壓變電站；根據(jù)設(shè)備安裝位置，可分為戶外變電站、戶內(nèi)變電站、半戶外變電站和地下變電站。變電站內(nèi)一次電氣設(shè)備主要有變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、避雷器、電流互感器、電壓互感器、高壓熔斷器、負(fù)荷開關(guān)等。變電站內(nèi)還配備有繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置、測量儀表、自動(dòng)控制系統(tǒng)及遠(yuǎn)動(dòng)通信裝置等。輸電網(wǎng)。輸電網(wǎng)是通過高壓、超高壓輸電線將發(fā)電廠與變電站、變電站與變電站連接起來，完成電能傳輸?shù)碾娏W(wǎng)絡(luò)，又稱為電力網(wǎng)中的主網(wǎng)架。配電網(wǎng)。配電網(wǎng)是從輸電網(wǎng)或地區(qū)發(fā)電廠接受電能，通過配電設(shè)施將電能分配給用戶的電力網(wǎng)。配電設(shè)施包括配電線路、配電變壓器、配電設(shè)備等。配電網(wǎng)按照電壓等級，可分為高壓配電網(wǎng)、中壓配電網(wǎng)和低壓配電網(wǎng)；按照地域服務(wù)對象，可分為城市配電網(wǎng)和農(nóng)村配電網(wǎng)；按照配電線路類型，可分為架空配電網(wǎng)和電纜配電網(wǎng)。我國配電網(wǎng)電壓等級劃分為，高壓配電網(wǎng)電壓：35kV、66kY、llOkV；中壓配電網(wǎng)電壓：10(20)kV；低壓配電網(wǎng)電壓：380/220V。負(fù)荷。電力負(fù)荷是用戶的用電設(shè)備或用電單位總體所消耗的功率，可以表示為功率(kW)、容量(kVA)或電流(A)。發(fā)電廠對外供電所承擔(dān)的負(fù)荷的總和稱為供電負(fù)荷，包括這一時(shí)刻用電負(fù)荷(用戶在某一時(shí)刻對電力系統(tǒng)的功率需求)以及能量在傳輸過程中的功率損失(網(wǎng)損)。變壓器。變壓器利用電磁感應(yīng)原理，把一種交流電壓和電流轉(zhuǎn)換成相同頻率的另一種或幾種交流電壓和電流。在電力系統(tǒng)中，由于傳輸電能和用戶用電的需要，無論是發(fā)電廠還是變電站，都可以看到各種型式和不同容量的電力變壓器。斷路器。斷路器是一種開關(guān)設(shè)備，既能關(guān)合、承載、開斷運(yùn)行回路的負(fù)荷電流，又能關(guān)合、承載、開斷短路等異常電流。斷路器的形式較多，結(jié)構(gòu)也不盡相同，但從原理上看，均由動(dòng)觸頭、靜觸頭、滅弧裝置、操動(dòng)機(jī)構(gòu)、絕緣支架等構(gòu)成。隔離開關(guān)。隔離開關(guān)是將電氣設(shè)備與電源進(jìn)行電氣隔離或連接的設(shè)備，因?yàn)闆]有特殊的滅弧裝置，一般只能在無負(fù)荷電流的情況下進(jìn)行分、合操作，與斷路器配合使用。隔離開關(guān)由導(dǎo)電回路、絕緣支架、操作系統(tǒng)及底座支架等組成。負(fù)荷開關(guān)。負(fù)荷開關(guān)是另一種開關(guān)設(shè)備，既能關(guān)合、承載、開斷運(yùn)行線路的正常電流(包括規(guī)定的過載電流)，并能關(guān)合、承載短路等異常電流，但不能開斷短路故障電流。負(fù)荷開關(guān)可以看成是斷路器功能的簡化，或隔離開關(guān)功能的延伸。負(fù)荷開關(guān)由滅弧裝置、操動(dòng)機(jī)構(gòu)和絕緣支架等組成。主接線。主接線是以電源和引出線為基本環(huán)節(jié)，以母線為中間環(huán)節(jié)構(gòu)成的電能通路。變電站主接線將變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、互感器、母線等一次電氣設(shè)備，按照一定的順序連接，實(shí)現(xiàn)匯集和分配電能，按有無匯流母線分為有母線接線和無母線接線兩大類。變電站主接線圖一般用單線圖表示?；ジ衅??；ジ衅饔须娏骰ジ衅?TA)和電壓互感器(TV)。電流互感器是一種變流設(shè)備，將交流一次側(cè)大電流轉(zhuǎn)換成二次電流，供給測量、保護(hù)等二次設(shè)備使用，一般二次額定電流為5A或1A；電壓互感器是一種變壓設(shè)備，將交流一交側(cè)高電壓轉(zhuǎn)換成二次電壓，供給控制、測量、保護(hù)等二次設(shè)備使用，—般二次額定的相電壓為100A/3V。二、電力系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式電力系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式即中性點(diǎn)接地方式，是指電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)或變壓器的中性點(diǎn)的接地方式，是一種工作接地。目前，我國電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式分為中性點(diǎn)直接接地與非直接接地兩大類，具體有中性點(diǎn)不接地、經(jīng)電阻接地、經(jīng)電抗接地、經(jīng)消弧線圈接地和直接接地等。1．中性點(diǎn)直接接地方式中性點(diǎn)直接接地是指電力系統(tǒng)中至少有一個(gè)中性點(diǎn)直接與接地設(shè)施相連接，如圖1-2中的N點(diǎn)接地，通常應(yīng)用于500kV、330kV、220kV、110kV電網(wǎng)。圖卜2中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)單相接地故障中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)保持接地中性點(diǎn)零電位，發(fā)生單相接地故障時(shí)如圖1-2所示，非故障相對地電壓數(shù)值變化較小。由于高壓、尤其是超高壓電力變壓器中性點(diǎn)的絕緣水平、電氣設(shè)備的絕緣水平都相對較低，采用中性點(diǎn)直接接地方式，對保證變壓器及其電氣設(shè)備的安全尤其重要。但由于中性點(diǎn)直接接地，與短路點(diǎn)構(gòu)成直接短路通路，故障相電流很大，造成接于故障相的電氣設(shè)備過電流。為此，需要通過繼電保護(hù)和斷路器動(dòng)作，切斷短路電流。2．中性點(diǎn)不接地方式中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)指電力系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地。中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)如圖1-3所示，中性點(diǎn)電壓發(fā)生位移，但是三相之間的線電壓仍然對稱，且數(shù)值不變；由于沒有直接的短路通路，接地故障電流由線路和設(shè)備對地分布電容回路提供，是容性電流，通常數(shù)值不大，一般不需要立即停電，可以帶故障運(yùn)行一段時(shí)間（一般不超過2h）；但非故障相對地電壓升高，數(shù)值最大為額定相電壓的＜3倍，因此用電設(shè)備的絕緣水平需要按線電壓考慮。中性點(diǎn)不接地方式具有跳閘次數(shù)少的優(yōu)點(diǎn)，因此普遍應(yīng)用于接地電容電流不大的系統(tǒng)，例如66kV、35kV電網(wǎng)。圖中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地放障一低兩高三不變”當(dāng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生一相接地情況時(shí),該相的對地電壓變低,甚至為零,此為一低;此時(shí)其它兩相的對地電壓升高,最大可為系統(tǒng)線電壓.此為兩高;由于中性點(diǎn)沒有接地,此時(shí)接地相沒有形成電流通路,接地時(shí)三相對地電流基本不變（先前有每相的對地電容電流,一般很小）當(dāng)為三不變了.正因如此,線電壓是肯定不變的了。3．中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式當(dāng)電網(wǎng)的電容電流不大時(shí)，單相接地故障點(diǎn)的電弧可以自行熄滅；如果電容電流較大，接地故障點(diǎn)的電弧不會(huì)自行熄滅，并且產(chǎn)生間歇性電弧，引起過電壓，可能導(dǎo)