電力系統(tǒng)很基礎(chǔ)的知識(shí)

韓學(xué)志20010年6月電力系統(tǒng)根底知識(shí)一、電力系統(tǒng)根本概念電力系統(tǒng)由各級(jí)電壓的電力線路將一些發(fā)電廠、變電所和電力用戶聯(lián)絡(luò)起來(lái)的一個(gè)發(fā)電、輸電、變電、配電和用電的整體。包括發(fā)電機(jī)、變壓器、斷路器、母線、架空線、電纜、配電安裝、受電安裝等設(shè)備，以及為保證這些設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)所需的繼電維護(hù)和平安自動(dòng)安裝、計(jì)量安裝、電力通訊設(shè)備、電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化設(shè)備等。1/10/2024〔1〕發(fā)電廠：消費(fèi)電能?！?〕電力網(wǎng)：變換電壓、傳送電能，由變電站和電力線路組成?！?〕配電系統(tǒng)：將系統(tǒng)的電能傳輸給電力用戶?！?〕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?！?〕用電設(shè)備：耗費(fèi)電能。1/10/2024電力網(wǎng)〔電網(wǎng)〕將電力系統(tǒng)中各電壓等級(jí)的電力線路和各種類型的變電站銜接起來(lái)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，以及為保證這些設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)所需的繼電維護(hù)和平安自動(dòng)安裝、計(jì)量安裝、電力通訊設(shè)備、電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化設(shè)備等。通常以電壓等級(jí)來(lái)區(qū)分電網(wǎng)或系統(tǒng)，如10kV電網(wǎng)或10kV系統(tǒng)。電路中的元件按特性分為電阻、電容和電感:1/10/2024電阻一種根本電路元件，主要把吸收的電能轉(zhuǎn)化成熱能，流過(guò)電阻元件的電流與其兩端的電壓相位一樣。

表達(dá)式+-R+-R相量方式+1+jO相量圖1/10/2024電容一種儲(chǔ)能元件，在交流電路中不斷進(jìn)展充放電，電容電流相位超前于其兩端電壓相位90o。表達(dá)式C+-相量方式C+-+1+jO相量圖1/10/2024電感一種儲(chǔ)能元件，經(jīng)過(guò)電磁感應(yīng)不斷進(jìn)展電能和磁能的相互轉(zhuǎn)化，電感電流相位滯后于其兩端電壓相位90o。L+-相量方式L+-+1+jO相量圖表達(dá)式1/10/2024阻抗電阻、電容和電感對(duì)電流所起的作用稱為電阻、容抗和感抗。

L+-阻抗模|Z|=U/I阻抗角電壓超前于電流的相位差阻抗Z的復(fù)數(shù)方式為Z=R+jX實(shí)部為電阻，虛部為電抗1/10/2024R、L、C對(duì)應(yīng)的阻抗分別為：感抗和容抗感抗容抗1/10/2024RLC串聯(lián)電路假設(shè)L內(nèi)部為RLC串聯(lián)電路，那么阻抗Z為RX|Z|阻抗三角形1/10/2024當(dāng)X>0，稱Z呈感性；當(dāng)X<0，稱Z呈容性；當(dāng)X=0，稱Z呈阻性電路的性質(zhì)Z=R+jX1/10/2024三相電路1、對(duì)稱三相電源對(duì)稱三相電源是由3個(gè)等幅值、同頻率、初相依次相差120°的正弦電壓源銜接成星形或三角形組成的電源。+-A-+B+-CNN+---++ABC星形接法三角形接法1/10/2024三相電壓、、的相位從越前到滯后的次序稱為相序。正序：A-B-C〔或B-C-A，或C-A-B〕；負(fù)序：A-C-B〔或C-B-A，或B-A-C〕；零序：、、之間的相位差為360o，即同相位。1/10/2024星形接法中，電壓源的參考方向是以中點(diǎn)處為負(fù)；三角形接法中，電壓源的銜接是依次相接構(gòu)成一個(gè)回路，假設(shè)接錯(cuò)，將能夠構(gòu)成很大的環(huán)形電流。3個(gè)電源依次稱為A相、B相和C相，它們的電壓為：=0Ou1/10/2024二、對(duì)電力系統(tǒng)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)轉(zhuǎn)的經(jīng)濟(jì)性〔4〕環(huán)境維護(hù)問(wèn)題1/10/2024供電可靠性供電可靠性目的是根據(jù)用電負(fù)荷的等級(jí)要求制定的。一級(jí)負(fù)荷：兩個(gè)電源+應(yīng)急電源二級(jí)負(fù)荷：兩個(gè)電源三級(jí)負(fù)荷衡量供電可靠性的目的，用全年平均供電時(shí)間占全年時(shí)間百分?jǐn)?shù)表示。1/10/2024電能質(zhì)量1．電壓偏向〔移〕電壓偏向〔移〕指當(dāng)供配電系統(tǒng)改動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)方式或負(fù)荷緩慢地變化使供配電系統(tǒng)各點(diǎn)的電壓也隨之改動(dòng)，各點(diǎn)的實(shí)踐電壓與系統(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

式中——用電設(shè)備的額定電壓，kV；——用電設(shè)備的實(shí)踐端電壓，kV。1/10/20242．電壓動(dòng)搖一系列的電壓變動(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)稱為電壓動(dòng)搖。動(dòng)搖的幅值為：

式中——用電設(shè)備端電壓的最大動(dòng)搖值，kV；——用電設(shè)備端電壓的最小動(dòng)搖值，kV1/10/20243．電壓閃變負(fù)荷急劇的動(dòng)搖呵斥供配電系統(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，這種景象稱為電壓閃變。4．不對(duì)稱度不對(duì)稱度是衡量多相負(fù)荷平衡形狀的目的，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。1/10/20245．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

1/10/2024〔2〕電壓、電流總諧波畸變率式中、——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。1/10/20246．頻率偏向頻率偏向是指供電的實(shí)踐頻率與電網(wǎng)的額定頻率的差值。我國(guó)電網(wǎng)的規(guī)范頻率為50Hz，又叫工頻。頻率偏向普通不超越±0.25Hz，當(dāng)電網(wǎng)容量大于3000MW時(shí)，頻率偏向不超越±0.2Hz。調(diào)整頻率的方法是增大或減小電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)有功功率。1/10/2024三、電網(wǎng)接線方式與特點(diǎn)電力系統(tǒng)的接線方式大致分為兩大類：〔1〕無(wú)備用電源接線〔2〕有備用電源接線詳細(xì)表現(xiàn)型式有〔1〕放射式〔2〕樹干式〔3〕混合式〔4〕環(huán)網(wǎng)式1/10/20241．無(wú)備用接線〔開(kāi)式電力網(wǎng)〕方式無(wú)備用接線包括：〔a〕單回放射式〔b〕樹干式〔c〕鏈?zhǔn)絘〕放射式b〕樹干式c〕鏈?zhǔn)?/10/20242．有備用接線〔閉式電力網(wǎng)〕方式有備用接線方式包括〔a〕雙回放射式〔b〕樹干式〔c〕鏈?zhǔn)健瞕〕環(huán)式〔e〕兩端供電網(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)

1/10/2024有備用接線的雙回放射式、樹干式和鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)用于一、二級(jí)負(fù)荷。環(huán)式接線，供電經(jīng)濟(jì)、可靠，但運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)度復(fù)雜，線路發(fā)生缺點(diǎn)切除后，由于功率重新分配，能夠?qū)е戮€路過(guò)載或電壓質(zhì)量降低。兩端供電接線方式必需有兩個(gè)獨(dú)立的電源。1/10/2024四、額定電壓1.電網(wǎng)的額定電壓線路首末兩端電壓的平均值應(yīng)等于電網(wǎng)額定電壓。此電壓做為確定其他電力設(shè)備額定電壓的根據(jù)。2.用電設(shè)備的額定電壓用電設(shè)備的額定電壓等于電網(wǎng)額定電壓。3.發(fā)電機(jī)的額定電壓發(fā)電機(jī)的額定電壓規(guī)定比同級(jí)電網(wǎng)電壓高5％，補(bǔ)償電壓損失。1/10/20244.電力變壓器的額定電壓電力變壓器的一次繞組的額定電壓根據(jù)銜接情況不同分為兩種：當(dāng)變壓器直接與發(fā)電機(jī)相連時(shí)，其一次繞組的額定電壓與發(fā)電機(jī)的額定電壓一樣，即高出同級(jí)電網(wǎng)額定電壓5％；當(dāng)變壓器直接與電網(wǎng)相連時(shí)，其一次繞組的額定電壓與電網(wǎng)的額定電壓一樣，即等于同級(jí)電網(wǎng)額定電壓。1/10/2024電力變壓器的二次繞組的額定電壓是指一次繞組在額定電壓作用下，二次繞組的空載電壓。當(dāng)變壓器滿載時(shí)，變壓器的一、二次繞組的阻抗將引起變壓器本身的電壓降〔大約相當(dāng)于電網(wǎng)額定電壓的5％〕，從而使二次繞組的端電壓小于空載電壓。為了彌補(bǔ)線路中的電壓損失，變壓器的二次繞組的額定電壓應(yīng)高于電網(wǎng)額定電壓5％，因此變壓器二次繞組的額定電壓規(guī)定比同級(jí)電網(wǎng)額定電壓高10％；假設(shè)變壓器接近用戶，供電半徑較小時(shí)，由于線路較短，線路的電壓損失可以忽略不計(jì)，這時(shí)變壓器的二次繞組的額定電壓應(yīng)高于電網(wǎng)額定電壓5％，用以補(bǔ)償變壓器本身的電壓損失。1/10/2024五、電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)方式電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)是指三相電力系統(tǒng)中繞組或線圈采用星形銜接的電力設(shè)備〔發(fā)電機(jī)、變壓器等〕各相的銜接公共點(diǎn)〔電壓平衡點(diǎn)〕，其對(duì)地電位在電力系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)為零或接近于零。在電力系統(tǒng)中，系統(tǒng)中性點(diǎn)是針對(duì)發(fā)電機(jī)和變壓器而言1/10/2024對(duì)輸變電及配電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，中性點(diǎn)接地方式就是變壓器中性點(diǎn)的接地方式，它是根據(jù)變壓器的絕緣程度及電力系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的需求來(lái)決議的。中性點(diǎn)接地方式有兩大類:1、中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)；2、中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)。采用最廣泛的是：a、中性點(diǎn)不接地b、中性點(diǎn)經(jīng)過(guò)消弧線圈或高阻抗接地c、中性點(diǎn)直接接地前兩種亦稱為小接地電流系統(tǒng)1/10/2024中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)中性點(diǎn)直接接地或經(jīng)低阻抗接地特點(diǎn)：?jiǎn)蜗嘟拥囟搪冯娏鞔?，需迅速跳閘，經(jīng)過(guò)自動(dòng)重合閘提高供電可靠性。相對(duì)地絕緣可按相對(duì)地電壓思索。經(jīng)濟(jì)效益顯著普通運(yùn)用在接有單相負(fù)載的低壓〔380/220V〕配電系統(tǒng)和110kV及以上系統(tǒng)。1/10/2024中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈或高阻抗接地系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，相電壓是對(duì)稱的，三相的對(duì)地電容電流也是平衡的，三相的電容電流的相量和為零，沒(méi)有電流在地中流動(dòng)。各相對(duì)地的電壓，就等于各相的相電壓。1/10/2024當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，例如C相接地，這時(shí)中性點(diǎn)發(fā)生位移，C相對(duì)地電壓為零，而A相和B相對(duì)地電壓、變成、，即C相接地時(shí)，完好的A、B兩相對(duì)地電壓都由原來(lái)的相電壓升高到線電壓〔原對(duì)地電壓的倍〕。1/10/2024C相接地時(shí)，系統(tǒng)的接地電流〔電容電流〕應(yīng)為A、B兩相對(duì)地電容電流之和，即且超前90o；而在量值上，即一相接地的電容電流為正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)每相對(duì)地電容電流的3倍。單相接地電容電流閱歷公式：為同一電壓的具有電的聯(lián)絡(luò)的架空線路總長(zhǎng)度〔單位為km〕；為同一電壓的具有電的聯(lián)絡(luò)的電纜線路總長(zhǎng)度〔單位為km〕。1/10/2024當(dāng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時(shí)，系統(tǒng)中接在相間電壓〔線電壓〕上的負(fù)載的供電并未遭到破壞，可以繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，但是這種電網(wǎng)長(zhǎng)期在單相接地的形狀下運(yùn)轉(zhuǎn)，也是不能允許的，由于這時(shí)非缺點(diǎn)相電壓升高至倍，絕緣薄弱點(diǎn)很能夠被擊穿，引起兩相接地短路，將嚴(yán)重地?fù)p壞電氣設(shè)備。所以，在中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)中，必需設(shè)專門的監(jiān)察安裝，以便使運(yùn)轉(zhuǎn)人員及時(shí)地發(fā)現(xiàn)單相接地缺點(diǎn)，從而切除電網(wǎng)中的缺點(diǎn)部分。1/10/2024在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，當(dāng)接地點(diǎn)的電容電流較大時(shí)，在接地點(diǎn)引起的電弧就很難自行熄滅。在接地處還能夠出現(xiàn)所謂間隙電弧，即周期地熄滅與重燃的電弧，構(gòu)成弧光接地。由于電網(wǎng)是一個(gè)具有電感和電容的振蕩回路，間歇電弧將引起相對(duì)地的諧振過(guò)電壓，其數(shù)值可達(dá)2.5-3倍的相電壓。這種過(guò)電壓會(huì)傳輸?shù)脚c接地點(diǎn)有直接電銜接的整個(gè)電網(wǎng)上，更容易引起另一相對(duì)地?fù)舸?，而?gòu)成兩相接地短路。在電壓為3-10kV的電力網(wǎng)中，單相接地時(shí)的電容電流不允許大于30A，否那么，電弧不能自行熄滅。在20-66kV電壓級(jí)的電力網(wǎng)中，間歇電弧所引起的過(guò)電壓，數(shù)值更大，對(duì)于設(shè)備絕緣更為危險(xiǎn)，而且由于電壓較高，電弧更難自行熄滅。因此，在這些電網(wǎng)中，規(guī)定單相接地時(shí)的電容電流不得大于10A。1/10/2024當(dāng)單相接地電容電流超越了上述的允許值時(shí),可以用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的方法來(lái)處理，該系統(tǒng)即稱為中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)采用過(guò)補(bǔ)償方式,即使系統(tǒng)的電容電流忽然的減少(如某回線路切除)也不會(huì)引起諧振，而是離諧振點(diǎn)更遠(yuǎn)。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，流過(guò)接地點(diǎn)的電流是電容電流與流過(guò)消弧線圈的電感電流之和。由于滯后90o，所以與在接地點(diǎn)相互補(bǔ)償。當(dāng)兩者量值差小于發(fā)生電弧的最小電流時(shí)，電弧就不會(huì)發(fā)生，從而防止諧振過(guò)電壓的發(fā)生。1/10/2024中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地缺點(diǎn)時(shí)，不構(gòu)成短路回路，接地相電流不大，不用立刻切除接地相，所以這種系統(tǒng)供電可靠性高，但對(duì)絕緣程度的要求也高，各相對(duì)地絕緣必需按線電壓設(shè)計(jì)。由于單相接地電流往往比正常負(fù)荷電流小很多，要實(shí)現(xiàn)有選擇性的接地維護(hù)就比較困難，靈敏度不高。1/10/2024注：中性點(diǎn)經(jīng)阻抗接地系統(tǒng)在系統(tǒng)中性點(diǎn)與大地之間