電力系統(tǒng)概述

第一章電力系統(tǒng)基本知識

考試大綱1.1了解電力系統(tǒng)運行特點和基本要求1.2掌握電能質(zhì)量的各項指標1.3了解電力系統(tǒng)中各種結(jié)線方式及特點1.4掌握我國規(guī)定的網(wǎng)絡額定電壓與發(fā)電機、變壓器等元件的額定電壓1.5了解電力網(wǎng)絡中性點運行方式及對應的電壓等級1一、電力系統(tǒng)知識介紹

（一）電力系統(tǒng)基本概念

1、電力系統(tǒng)組成：

電能是一種十分重要的二次能源，它能方便、經(jīng)濟地從蘊藏于自然界中的一次能源（如：煤炭、石油、天然氣、水力、核燃料、風能等）轉(zhuǎn)換而來，并且可以轉(zhuǎn)換為其它能量供人們使用。

電能是由發(fā)電廠生產(chǎn)的，大容量發(fā)電廠往往建在燃料，水力資源豐富的地方，而用戶往往遠離發(fā)電廠需要建設(shè)較長的輸電線路進行輸電，建設(shè)升壓和降壓變電所進行變電，通過配電線路向各類用戶配電，

電力系統(tǒng)——是由發(fā)電、輸電、變電、配電和用電連接成的統(tǒng)一整體。是現(xiàn)代社會中最重要、最龐雜的工程系統(tǒng)之一。

電力網(wǎng)——其中輸電、變電、配電所組成的部分。它包括升、降壓變壓器和各種電壓的輸電線路。它的任務就是把遠處發(fā)電廠生產(chǎn)的電能輸送到負荷中心，同時還聯(lián)系區(qū)域電力網(wǎng)行程跨省，跨地區(qū)的大電力系統(tǒng)，如我國的東北、華北、華中、華東、西北和南方等電力網(wǎng)，就屬于這種類型。

動力系統(tǒng)——在電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，把發(fā)電廠的動力部分（例如火力發(fā)電廠的鍋爐、汽輪機和水力發(fā)電廠的水庫、水輪機以及核動力發(fā)電廠的反應堆等）包含在內(nèi)的系統(tǒng)。

2電力系統(tǒng)示意圖342、電力系統(tǒng)的組成

由發(fā)電廠的發(fā)電機、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)：分為輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)。輸電網(wǎng)：是以高壓甚至超高電壓將發(fā)電廠、變電所或變電所之間連接起來的輸電網(wǎng)絡，所以又稱為電力網(wǎng)中的主網(wǎng)架。配電網(wǎng)：直接將電能送到用戶的網(wǎng)絡。它的作用是將電能分配給各類不同的用戶，變換電壓、傳送電能。配電網(wǎng)的電壓因用戶的需要而定，因此，配電網(wǎng)中又分為：

高壓配電網(wǎng)：110KV及以上電壓、中壓配電網(wǎng)：（35KV）10KV、6KV、3KV低壓配電網(wǎng)：220V、380V。（3）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。（4）用電設(shè)備：消耗電能。53、電力系統(tǒng)的額定電壓

電網(wǎng)電壓是有等級的，電網(wǎng)的額定電壓等級是根據(jù)國民經(jīng)濟發(fā)展的需要、技術(shù)經(jīng)濟的合理性以及電氣設(shè)備的制造水平等因素，經(jīng)全面分析論證，由國家統(tǒng)一制定和頒布的。

我們國家電力系統(tǒng)的電壓等級有220/380V、3kV、6kV、10kV、20kV、35kV、66kV、110kV、220kV、330kV、500kV。隨著標準化的要求越來越高，3kV、6kV、20kV、66kV也很少使用。供電系統(tǒng)以10kV、35kV、為主。輸配電系統(tǒng)以110kV以上為主。發(fā)電機過去有6kV與10kV兩種，現(xiàn)在以10kV為主，低壓用戶均是220/380V。

用電設(shè)備的額定電壓和電網(wǎng)的額定電壓一致。實際上，由于電網(wǎng)中有電壓損失，致使各點實際電壓偏離額定值，為了保證用電設(shè)備的良好運行，顯然，用電設(shè)備應具有比電網(wǎng)電壓允許偏差更寬的正常工作電壓范圍。發(fā)電機的額定電壓一般比同級電網(wǎng)額定電壓要高出5%，用于補償電網(wǎng)上的電壓損失。

變壓器的額定電壓分為一次和二次繞組。對于一次繞組，當變壓器接于電網(wǎng)末端時，性質(zhì)上等同于電網(wǎng)上的一個負荷(如工廠降壓變壓器)，故其額定電壓與電網(wǎng)一致，當變壓器接于發(fā)電機引出端時(如發(fā)電廠升壓變壓器)，則其額定電壓應與發(fā)電機額定電壓相同，比同級電網(wǎng)額定電壓要高出5%。對于二次繞組，考慮到變壓器承載時自身電壓損失(按5%計)，變壓器二次繞組額定電壓應比電網(wǎng)額定電壓高5%，當二次側(cè)輸電距離較長時，還應考慮到線路電壓損失(按5%計)，此時，二次繞組額定電壓應比電網(wǎng)額定電壓高10%。

6二）大型電力系統(tǒng)優(yōu)點：1、提高供電可靠性2、減少系統(tǒng)的備用容量3、降低系統(tǒng)的高峰負荷4、提高了供電質(zhì)量5、便于利用大型動力資源

三）電力生產(chǎn)的特點

一是同時性，電能不能大量存儲，各環(huán)節(jié)組成的統(tǒng)一整體不可分割，過渡過程非常迅速，瞬間生產(chǎn)的電力必須等于瞬間取用的電力，所以電力生產(chǎn)的的發(fā)電、輸電、配電到用戶的每一環(huán)節(jié)都非常重要。

二是集中性，電力生產(chǎn)是高度集中、統(tǒng)一的，無論多少個發(fā)電廠、供電公司，電網(wǎng)必須統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一管理標準，統(tǒng)一管理辦法;安全生產(chǎn)，組織紀律，職業(yè)品德等都有嚴格的要求。

三是適用性，電力行業(yè)的服務對象是全方位的，涉及到全社會所有人群，電能質(zhì)量、電價水平與廣大電力用戶的利益密切相關(guān)。

四是先行性，國民經(jīng)濟發(fā)展電力必須先行。7二電力負荷

二）、分類

電力負荷分類的方法比較多，最有意義的是按電力系統(tǒng)中負荷發(fā)生的時間對負荷分類和根據(jù)突然中斷供電所造成的損失程度分類。

按時間對負荷分類

1、高峰負荷：是指電網(wǎng)或用戶在一天時間內(nèi)所發(fā)生的最大負荷值。一般選一天24小時中最高的一個小時的平均負荷為最高負荷，分為日和晚高峰負荷。

2、低谷負荷：是指電網(wǎng)或用戶在一天24小時內(nèi)發(fā)生的用電量最低的負荷。

為了合理使用電能應盡量減少發(fā)生低谷負荷的時間。對于電力系統(tǒng)來說，峰、谷負荷差越小，用電越趨近合理。

3、平均負荷：是指電網(wǎng)或用戶在某一段確定時間階段內(nèi)的平均小時用電量。常用日平均負荷。

概念：是指用電設(shè)備或用電單位所消耗的功率、容量、或電流。一）、組成：1.用電負荷：用戶的用戶在某一時刻實際取用的功率的總和。2.線路損耗（線損）：電能從發(fā)電廠到用戶輸送過程中的損耗。3.供電負荷：發(fā)電廠對外供電時承擔的全部負荷。用電負荷+線損8

按中斷供電造成的損失程度分類電力負荷應根據(jù)對供電可靠性的要求及中斷供電在政治、經(jīng)濟上所造成損失或影響的程度進行分級，并應符合下列規(guī)定：一、符合下列情況之一時，應為一級負荷：

1．中斷供電將造成人身傷亡時。

2．中斷供電將在政治、經(jīng)濟上造成重大損失時。例如：重大設(shè)備損壞、重大產(chǎn)品報廢、用重要原料生產(chǎn)的產(chǎn)品大量報廢、國民經(jīng)濟中重點企業(yè)的連續(xù)生產(chǎn)過程被打亂需要長時間才能恢復等。

3．中斷供電將影響有重大政治、經(jīng)濟意義的用電單位的正常工作。例如：重要交通樞紐、重要通信樞紐、重要賓館、大型體育場館、經(jīng)常用于國際活動的大量人員集中的公共場所等用電單位中的重要電力負荷。在一級負荷中，當中斷供電將發(fā)生中毒、爆炸和火災等情況的負荷，以及特別重要場所的不允許中斷供電的負荷，應視為特別重要的負荷。

二、符合下列情況之一時，應為二級負荷：

1．中斷供電將在政治、經(jīng)濟上造成較大損失時。例如：主要設(shè)備損壞、大量產(chǎn)品報廢、連續(xù)生產(chǎn)過程被打亂需較長時間才能恢復、重點企業(yè)大量減產(chǎn)等。

2．中斷供電將影響重要用電單位的正常工作。例如：交通樞紐、通信樞紐等用電單位中的重要電力負荷，以及中斷供電將造成大型影劇院、大型商場等較多人員集中的重要的公共場所秩序混亂。

三、不屬于一級和二級負荷者應為三級負荷。對于一級負荷至少有2個以上獨立電源供電。9三．對電力系統(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)運行的經(jīng)濟性（4）環(huán)境保護問題10三供電質(zhì)量

供電質(zhì)量指電能質(zhì)量和供電可靠性。一）電能質(zhì)量：供給用戶電能品質(zhì)的優(yōu)劣程度。主要包括電壓和頻率質(zhì)量。

理想的供電電壓應該是幅值恒為額定值的三相對稱正弦電壓。由于供電系統(tǒng)存在阻抗、用電負荷的變化和用電負荷的性質(zhì)等因素，實際供電電壓無論是在幅值上、波形上還是三相對稱性上都與理想電壓之間存在著偏差。

衡量電壓質(zhì)量的指標為：電壓允許偏差、電壓允許波動與閃變、公用電網(wǎng)諧波、三相不平衡度。衡量頻率質(zhì)量的指標為頻率允許偏差。

111．電壓偏差（移）：

在某一時段內(nèi)，電壓幅值緩慢變化而偏離額定值的程度。以實際電壓與系統(tǒng)額定電壓之差與系統(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)備的實際端電壓，kV。實際電壓偏高或偏低對用電設(shè)備的良好運行都有影響：

1）對異步電動機：M∝∪2，電壓過低，將導致轉(zhuǎn)矩大大的下降，使電機堵轉(zhuǎn)或不能起動，導致電流增大，可能燒壞電機；電壓過高，絕緣老化加快，縮短壽命。2）對照明負載：電壓降低，發(fā)光效率和光通量下降；電壓升高，壽命將大為減少。如白熾燈電壓低于10%，發(fā)光效率和光通量下降30%。電壓升高10%，壽命減少50%。

由于電壓變化不僅影響用電負荷的正常工作。而且給發(fā)電廠和電力系統(tǒng)本身造成較大威脅，國家標準規(guī)定電壓偏差允許值為：

a、35千伏及以上電壓供電的，電壓正負偏差的絕對值之和不超過額定電壓的±5%；

b、10千伏及以下三相供電的，電壓允許偏差為額定電壓的±7%。

c、220伏單相供電的，電壓允許偏差為額定電壓的+7%、-10%。

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2．電壓波動與閃變1）電壓波動：在某一時段內(nèi)，電壓幅值急劇變化而偏離額定值的現(xiàn)象（變化的速率大于1%）。以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數(shù)表示：式中——用電設(shè)備端電壓的最大波動值，kV；——用電設(shè)備端電壓的最小波動值，kV。

當電弧爐等大容量沖擊性負荷運行時，劇烈變化的負荷電流將引起線路壓降的變化，從而導致電網(wǎng)發(fā)生電壓波動。

國家標準規(guī)定對電壓波動的允許值為：

10KV及以下為2.5%

35至110KV為2%

220KV及以上為1.6%

2）電壓閃變負荷急劇的波動造成供配電系統(tǒng)瞬時電壓升高，照度隨之急劇變化，使人眼對燈閃感到不適，這種現(xiàn)象稱為電壓閃變。13

3．公用電網(wǎng)諧波

當網(wǎng)絡電壓波形中出現(xiàn)諧波（有時為非諧波）時網(wǎng)絡電壓波形就要發(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)絡頻率的電壓波，或者具有非正弦形的電流波。

4．頻率偏差

電網(wǎng)中發(fā)電機發(fā)出的正弦交流電每秒中交變的次數(shù)稱為頻率，我國規(guī)定的標準頻率50HZ.又叫工頻。頻率偏差是指供電的實際頻率與電網(wǎng)的額定頻率的差值。

頻率偏差一般不超過±0.2Hz，當電網(wǎng)容量大于3000MW時，頻率偏差不超過±0.5Hz。調(diào)整頻率的辦法是增大或減小電力系統(tǒng)發(fā)電機有功功率。

5、三相不對稱：

三相電壓不對稱指三個相電壓的幅值和相位關(guān)系上存在偏差。三相不對稱主要由系統(tǒng)運行參數(shù)不對稱、三相用電負荷不對稱等因素引起。供電系統(tǒng)的不對稱運行，對用電設(shè)備及供配電系統(tǒng)都有危害，低壓系統(tǒng)的不對稱運行還會導致中性點偏移，從而危及人身和設(shè)備安全。

電力系統(tǒng)公共連接點正常運行方式下不平衡度國家規(guī)定的允許值為2％，短時不得超過4％，單個用戶不得超過1．3％

14二）供電可靠性

供電可靠性是指供電企業(yè)某一統(tǒng)計期內(nèi)對用戶停電的時間和次數(shù)，直接反映供電企業(yè)的持續(xù)供電能力。不同負荷等級對供電可靠性是不同的。

供電可靠性反映了電力工業(yè)對國民經(jīng)濟電能需求的滿足程度，已經(jīng)成為衡量一個國家經(jīng)濟發(fā)達程度的標準之一；供電可靠性可以用年供電可靠率加以衡量：供電可靠率（%）=8760N（年供電小時）-年停電小時N1/8760N*100%

國家規(guī)定的城市供電可靠率是99．96%。即用戶年平均停電時間不超過3.5小時；我國供電可靠率目前一般城市地區(qū)達到了3個9（即99.9%）以上，用戶年平均停電時間不超過9小時；重要城市中心地區(qū)達到了4個9（即99.99%）以上，用戶年平均停電時間不超過53分鐘。

要提高供電可靠率就是盡量減少停電時間，停電時間包括事故停電、計劃檢修停電及臨時性停電。15五電力系統(tǒng)中性點運行方式電力系統(tǒng)電源中性點的不同運行方式，對電力系統(tǒng)的運行特別是在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時有明顯的影響，而且將影響系統(tǒng)二次側(cè)的繼電保護及監(jiān)測儀表的選擇與運行。種類：中性點不接地系統(tǒng)、中性點經(jīng)阻抗接地系統(tǒng)、中性點直接接地系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中，中性點直接接地或中性點經(jīng)小阻抗（小電阻）接地的系統(tǒng)稱為大電流接地系統(tǒng)，中性點不接地或中性點經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)稱為小電流接地系統(tǒng)。在電力系統(tǒng)中，中性點直接接地或中性點經(jīng)小阻抗（小電阻）接地的系統(tǒng)稱為大電流接地系統(tǒng)，中性點不接地或中性點經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)稱為小電流接地系統(tǒng)。中性點的運行方式主要取決于單相接地時電氣設(shè)備絕緣要求及供電可靠性。

在電力系統(tǒng)中將變壓器、發(fā)電機中性點接地稱為工作接地。16正常運行：電壓、電流對稱。單相接地：另兩相對地電壓升高為原來的根號3倍。單相接地電容電流為正常運行時相線對地電容電流的3倍。1、中性點不接地的電力系統(tǒng)中性點不接地系統(tǒng)當單相對地時，對地相電壓為0（完全接地），非故障相對地電壓升高1.732倍（線電壓），但系統(tǒng)的三個線電壓均未變化，因此系統(tǒng)中的設(shè)備，尤其是三相設(shè)備仍可照常運行，但如果另一相又發(fā)生接地故障，將產(chǎn)生很大的短路電流，損壞線路和設(shè)備。因此，我國有關(guān)規(guī)程規(guī)定：中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，可允許暫時運行2h,但必須同時通過系統(tǒng)中裝設(shè)的單相接地保護或絕緣監(jiān)察裝置發(fā)出報警信號或指示，以提醒值班人員注意，采取措施，查找和消除故障，2小時后，若故障未消除，則應該切除故障線路，以防故障擴大。110KV及以上系統(tǒng)為了限制過電壓水平，以降低設(shè)備絕緣造價，不允許變壓器中性點不接地運行.都是為了降低對絕緣的要求.均做中性點直接接地。172、中性點經(jīng)消弧線圈接地正常運行：三相電壓、電流對稱單相接地：另兩相對地電壓升高為原來的根號3倍，減小了接地電流。在單相接地電容電流大于一定值的電力系統(tǒng)中，電源中性點必須采取經(jīng)消弧線圈接地的運行方式。在中性點不接地系統(tǒng)中，如接地電容電流過大（如3-10KV系統(tǒng)中接地電流大于30A，20KV及以上大于10A），將在接地點產(chǎn)生斷續(xù)電弧，由于電路中有R、L、C，因此發(fā)生一相弧光接地時，就形成一個RLC串聯(lián)諧振電路，從而使線路出現(xiàn)危險過電壓，有可能擊穿線路上絕緣薄弱地點。為了消除斷續(xù)電弧，系統(tǒng)中性點可采用經(jīng)消弧線圈接地。消弧線圈實際上就是一個鐵芯線圈，其電阻很小，感抗很大，相當電感。消弧線圈裝在系統(tǒng)中發(fā)電機或變壓器的中性點與大地之間，正常運行時，中性點的對地電壓為零，消弧線圈中沒有電流通過。當系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，通過接地點的電流為接地電容電流和消弧線圈電流之和，由于IC比IL超前90度，IL比IC滯后90度，因此IL和IC相互空間補償，從而使接地點的電流減小到小于生弧電流，接地點就不會產(chǎn)生電弧，也就不會也現(xiàn)電壓諧振現(xiàn)象。35KV系統(tǒng)使用183、中性點直接接地或低阻接地的電力系統(tǒng)正常運行：三相電壓、電流對稱單相接地：另外兩相對地電壓不變，單相接地后即通過接地中性點形成單相短路。單相短路電流比線路的正常負荷電流大得多，因此在此系統(tǒng)發(fā)生單相短路時保護裝置應動作于跳閘，切除短路故障。110KV以上的超高壓采用該系統(tǒng)很有經(jīng)濟價值。一般110kV及以上系統(tǒng)或380/220V使用中性點直接接地各種運行方式優(yōu)缺點比較

中性點直接接地方式：當發(fā)生一相對地絕緣破壞時，即構(gòu)成單相短路，供電中斷，可靠性降低。但是，該方式下非故障相對地電壓不變，電氣設(shè)備絕緣水平可按相電壓考慮。