供配电系统-01第一章 概述

1、第一章 概述第一节 电力系统和供配电系统一、电力系统基本概念电力系统是随着电力工业的发展逐步形成的，电力系统是由各种类型发电厂中的发电机、各种电压等级的变压器及输、配电线路，用户的各类型用电设备组成的包含有一次系统、二次系统的复杂的有机整体。电力系统是人类所能制造的最复杂的系统之一。电力系统通常是由发电机、变压器、电力线路、用电设备等组成的三相交流系统。如图1-1表示一个简单的电力系统。图1-1电力系统示意图电力系统中的电气设备也称电力系统的元件。发电机产生电能，升压变压器把发电机发出的低压电能变换为高压电能，输电线路输送电能，降压变压器把电网络中的高压电能变换为低压电能，便于用户使用，用户将

2、电能转换成其他形式的能而加以利用。这样一个由产生、输送、分配和使用电能的各子系统所连接起来的有机整体称为电力系统。电力系统的组成示意图如图1-2所示。图1-2 电力系统示意图1发电厂根据产生电能的一次能源不同，电力系统中发电厂主要分为：火力发电厂、水力发电厂、核电站、风电场、太阳能电站等。火力发电厂利用燃烧化石燃料(煤、石油、天然气等)所得到的热能发电。火力发电的发电机组有两种主要形式：利用锅炉产生高温高压蒸汽冲动汽轮机旋转带动发电机发电，称为汽轮发电机组，燃料进入燃气轮机将热能直接转换为机械能驱动发电机发电，称为燃气轮机发电机组。火力发电厂通常是指以汽轮发电机组为主的发电厂，如凝汽式火力发电

3、厂(steam power plant)。此类火力发电厂中做过功的蒸汽排入凝汽器冷凝成水，重新送回锅炉。在凝汽器中大量的热量被循环水带走，所以效率很低，只有30%40%。所谓热电厂(thermal plant)是指装有供热式汽轮发电机的发电厂，热电厂不仅发电，还向附近的企业等供热。热电厂汽轮机中一部分做过功的蒸汽从中间断抽出供给热力用户，或经热交换器将水加热后把热水供给用户。效率高达60%70%。热能利用率较高。图1-3为凝汽式火力发电厂。我国火力发电厂燃料以煤炭为主，而且热效率不高。节能与减排在火力发电厂显得十分重要且潜力巨大。图1-3 凝汽式火力发电厂水力发电厂将水的位能和动能转变成电能。

4、水力发电的基本生产过程是：从河流高处或水库内引水，利用水的压力或流速冲动水轮机旋转，将水能转变成机械能，然后水轮机带动发电机旋转，将机械能转变成电能。水利发电厂容量取决于上下游水位差（水头）和流量大小。水力发电机组承受变动负荷的能力较好，且启动快，电力系统中发生事故时可充分发挥备用功能。按水头形成方式分为1）堤坝式水电厂。在河床上游建水坝蓄水，形成发电水头。如坝后式水电厂、河床式水电厂。2）引水式水电厂。电厂建在山区水流湍急的河道上，或河床坡度较陡的地方，由引水道形成水头，不修坝或只修低堰。3）混合式水电厂。水头由坝和引水道共同形成。图1-4为坝后式水力发电厂。图1-4 坝后式水力发电厂图1-

5、5 抽水蓄能电站另外再介绍一下可以调节电力平衡的抽水蓄能电站(pumped storage power station)，它是为了解决电网高峰、低谷之间供需矛盾而产生的，是间接储存电能的一种方式。抽水蓄能电厂站工作原理见图1-5所示。抽水蓄能电站设有上、下两个水库，利用电力系统用电低谷时的剩余电力，将下水库的水抽存到上水库中，到电力系统的高峰负荷时，再从上水库放水发电。抽水蓄能电站是电力系统惟一能填谷的调峰电源,并具有紧急事故备用、调峰、调频、调相的效用，可以提高电力系统的可靠性。抽水蓄能电站按水流情况可分为3类： 3（1）纯抽水蓄能电站，上水库没有天然径流来源，抽水与发电的水量相等，循环使用

6、；（2）混合式抽水蓄能电站，上水库有天然径流来源，既利用天然径流发电，又利用由下水库抽水蓄能发电；（3）调水式抽水蓄能电站，从位于一条河流的下水库抽水至上水库，再由上水库向另一条河流的下水库放水发电。我国早在20世纪80年代前后即在北京、华东、广东等电网中建设了大型抽水蓄能式电厂，预期在一些经济发达地区或缺乏水电的系统，今后还将建设一些抽水蓄能电厂。据规划，“十一五”期间，全国将有10多座抽水蓄能电厂建成投产，总装机达1000万kW以上。核能发电是利用原子反应堆中核燃料(例如铀)裂变所放出的热能产生蒸汽(代替了火力发电厂中的锅炉)驱动汽轮机再带动发电机旋转发电。以核能发电为主的发电厂称为核能发

7、电厂,简称核电站。根据核反应堆的类型,核电站可分为压水堆式、沸水堆式、气冷堆式、重水堆式、快中子增殖堆式等。核电厂站的建设费用高，燃料费用便宜。核电站生产过程如图1-6所示。图1-6核电站生产过程 1-核反应堆 2-稳压器3-蒸汽发生器 4-汽轮发电机 5-给水加热泵 6-给水泵 7-主循环泵风力发电是利用风力吹动建造在塔顶上的大型桨叶旋转带动发电机发电。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，风速达约3m/s时，便可以开始发电。 风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染。一般由数

8、座、十数座甚至数十座风力发电机组成的发电场地称为风力发电厂。中国的风电资源不仅丰富，而且分布基本均匀。这些为风能的集中开发利用提供了极大的便利。其他电源形式还有太阳能发电、潮汐发电、地热发电、燃料电池等。2变电站变电站是变换电能电压和接受分配电能的场所，是联系发电厂和电力用户的中间枢纽。电力网中的变电所除有升压和降压之分外，还可分为枢纽变电所、区域变电所、中间变电所及终端变电所等。升压变电所一般和大型发电厂结合在一起，把电能电压升高后，再进行长距离输送。枢纽变电所一般都汇聚多个电源和大容量联络线，且容量大，处于电力系统的中枢位置，地位重要。中间变电所处于电源与负荷中心之间，可以转送或抽引一部分

9、负荷。终端变电所一般都是降压变电所，只负责对一个局部区域 4负荷供电而不承担功率转送任务。还有一种不改变电能电压仅用以接受电能和分配电能的站（所），电压等级高的输电网中称为开关站，中低压配电网中称配电站或开闭所。工业企业等大型电力用户有自己的变电站称总降压变电所，总降压变电所的下一级变电所称车间变电所。如图1-1中所示。在直流输电系统中还必须配有换流站，换流站仅用以把交流电能变换成直流电能。换流站分整流站和逆变站。3电力网电力网按其供电容量和供电范围的大小以及电压等级的不同分为地方电网、区域电网以及超高压远距离输电网络等三种类型。地方电网是指电压不超过110kV、输电距离几十公里以内的电力网，

10、主要分布在城市、工矿区、农村等，又称配电网。区域电力网则把范围较大的发电厂联系起来，且输电线路较长、用户类型较多。区域电网主要是电压为220KV的电力网。随着经济发展和城市规模的扩大220kV线路进市区也很多见。超高压远距离输电网络主要由330kV500kV及以上电压的输电线路组成，负责将远距离电源中心的电能输送到负荷中心区。同时超高压电网往往还联系几个区域电力网以形成跨省、跨地区的互联电网，甚至形成跨国电网。4电力用户凡取用电能的所有单位均称为电力用户，如工业用户、农业用户、市政商业用户和居民用户，其中工业企业用电量约占我国全年总发电量的64%，是最大的电力用户。到2006年底全国各类电力用

11、户已超过2.3亿户。10kV及以上用户近100万户。电力用户量大、面广，且高度分散。电力法规定，供电企业应当保证供给用户的电能质量符合国家标准。对公用供电设施引起的供电质量问题，应当及时处理。电力用户应当按照国家核准的电价和用电计量装置的记录，按时交纳电费。二、电力系统的发展1电源的发展从电源发展角度，目前我国的电力结构当中，燃煤的机组占了75左右。未来要着力提高可再生能源、清洁能源和新能源在整个电力装机中所占的比例。在优化火电的同时，加快发展水电，积极发展核电，大力发展可再生能源。国际上对能源资源利用，一般都优先考虑开发本国的水能资源。我国以 “优先发展水电”的方针，加快发展水电。我国目前的

12、水能资源开发程度依然很低，在可开发利用的有3.7亿kW水电资源中，目前已开发的仅亿kW，预计到2020年水电可达2.45亿kW。在我国，核电站的建设比较晚。迄今，在全世界的总装机容量中，核电占了约16%，而我国核电仅占1.6%，今后核电的增长潜力巨大。目前除自主建成的秦山核电站之外，还有容量更大的与国外合作建设的大亚湾、岭澳、田湾等核电站。同时在建和规划的核电站也不少，有广东的阳江核电站、浙江的三门核电站等，2008年在福建宁德建设的核电站是我国首个海岛核电站。由于我国的能量资源在地区上分布不均匀，今后在一些经济发达地区，预期还将建设一批大型核电站。据规划，到2020年我国核电装机容量将达到3

13、600万kW，约占当时全国装机容量的4%。风能作为可再生资源，具有很好的开发前景。我国的风电从零开始起步，目前已经取得了可喜的成就。到2006年，中国新增风电装机134万kW，占全球新增装机的8.9%，同比增长165.83%。如果能一直维持这个增长，预计至2010年，我国风电累计装机可以达到2024万kW，2020年可以达到2.25亿kW。据初步预测，到2010年，全社会用电量将达到3万亿kWh，发电装机容量将达到7亿kW；到2020年，全 5社会用电量将达到4.5万亿kWh，发电装机容量将达到9.5亿kW。从我国能源资源特点来看，优先发展水电是必须坚持的能源发展方针。2高压直流输电直流输电是

14、将交流电经换流装置变换成直流电（整流）输送到受端后再将直流电变换成交流电（逆变）的输电方式。高压直流输电技术兴起自20世纪50年代，随着晶闸管技术的发展和现代电网发展的需要，80年代高压直流输电技术发展迅速，已经成为成熟的输电技术。迈入90年代以后，随着电力电子技术、计算机技术和控制理论的迅速发展，使得高压直流输电技术日益完善，可靠性得到提高。世界上已成功投运高压直流工程60多项。我国直流输电技术同样是在80年代得到发展，目前已拥有 500 kV高压直流输电线路多条，如：葛洲坝-上海（简称葛上线）、天生桥-广州（天广线）、三峡-常州（三常线）、三峡-广东（三广线）、贵州-广东（贵广线）等。直流

15、输电技术适合远距离、大容量输送电能，可以输送电能到2000 km以外。一项直流工程输电能力可超过300万kW，适合电力系统之间的网络互联及巨型水电、火电基地的电力外送等。这些，恰是我国电网发展中所需要的。3高压交流输电除高压直流输电外，我国开展了高压、特高压交流输电研究和建设。2005年9月我国在西北地区（青海官厅兰州东）建成了一条750kV高压交流输电线路，全度为140.7km。按照计划，国家电网今后几年将建成两条1000kV特高压交流输变电工程：一是陕北-晋东南-南阳-荆门-武汉的中线工程；二是淮南-皖南-浙北-上海的东线工程。到2020年，我国特高压电网将基本建成，输送电量将达到2亿kW

16、以上，占全国装机总容量的25%。我国电力系统的发展和电网建设已经进入快车道，2010年前，我国南方电网将建成世界上第一条特高压直流输电工程云南至广东的±800 kV特高压直流输电线路，目前项目已于2006年开工建设，2009年单极投产。另外，我国还将建设金沙江一期（溪洛渡、向家坝水电站）及锦屏（四川）一、二级水电站的配套工程，包括建设向家坝上海、溪洛渡左株州（湖南）、溪洛渡右浙西、锦屏苏南四条±800kV直流输电线路，以及相应的送、受端换流站工程。四条±800kV直流输电线路长度分别为2143km、975km、1730km、2356km，涉及四川、贵州、湖南、江西

17、、安徽、浙江、江苏和上海七省一市，工程计划于2008年陆续开工，20112016年全部建成投产。三、供配电系统供配电系统的主要功能是从输电网接受电能，然后逐级分配电能或就地消费，即将高压电能降低至既方便运行又适合用户需要的各种电压，组成多层次的配电网，向各类电力用户供电。配电网按电压等级分为：高压配电网、中压配电网和低压配电网；按供电的区域和对象分为：城市配电网和农村配电网。1配电网的特点（1）配电网中负荷相对集中，负荷密度高且发展速度快，配电网规划、建设要有一定的预期；（2）配电网中用户对供电质量要求高；（3）在电网安全与经济运行合理平衡的条件下要求供电有较高的可靠性；（4）配电网接线复杂；

18、（5）配电网的自动化较为完善；（6）城市配电网等设施满足占地小、容量大、安全可靠、维管量小以及满足城市景观要求，城市中心 6区广泛使用地下电力电缆线路。2配电网的运行指标配电网运行的主要性能指标有：（1）供电可靠率。供电可靠率是指供电企业对用户可靠供电水平的一个衡量指标。这个指标的提高不仅表明平均停电时间的降低，同时还具有显著的经济效益。中国电力企业联合会公布的数据显示：2007年上半年全国平均供电可靠率达到99.91%，这也意味着中国城镇居民用电平均停电时间从10年前的94小时降到了8小时左右。（2）电能质量。配电网要保证供配电的电能质量，一般有电压偏差、频率偏差、谐波、电压波动和闪变、三相

19、电压不平衡度等电能质量指标。随着用户对电能质量要求的提高，暂时过电压和瞬态过电压、电压暂降、波形缺口等也正逐渐被视为电能质量指标。（3）线损率。配电网线损率是供电企业的一项综合性技术经济指标，它反映了配电网的规划建设、生产技术和运营管理水平。目前我国输电线损率比国际先进水平高2%到2.5%。降低配电网线损率，是电力企业节能减排的重要任务之一。除上述指标外，提高配电网的自动化水平、提高供配电设备完好率、注重环境保护等也是配电网运行的性能指标。3工厂供配电系统电能的使用主要集中在工业用电、商业用电和居民用电。通常将向工业企业供电的供配电系统称为工厂供配电系统。工厂供配电系统由总降压变电所、高压配电

20、线路、车间变电所、低压配电线路及用电设备组成。下面主要介绍图1-7中所示工厂供配电系统。图1-7工厂供配电系统（1）总降压变电所。一般大中型工业企业内均设有总降压变电所，负责将35110kV的外部供电电源变换为610kV的厂区高压配电电源，给厂区各车间变电所或高压电动机供电。总降压变电所的数量取决于企业内供电范围和供电容量。在中小型企业中一般只建立一个总降压变电所，对一般小型企业也可以不建总降压变电所，而由相邻企业供电或者几个小型企业联合建立一个共用的总降压变电所。（2）车间变电所。在一个生产车间内，根据生产规模，用电设备的多少和用电量的大小等情况，可设立一个或多个车间变电所。由车间变电所将6

21、10kV的电压降为380/220V，再通过车间低压配电线路，给车间用电设备供电。（3）配电线路。配电线路分为厂区高压配电线路和车间低压配电线路。厂区高压配电线路将总降变电所、车间变电所和高压用电设备连接起来。车间低压配电线路主要用以向低压用电设备供应电能。近年来我国城网建设速度加快以适应城市电网电力负荷增长迅猛的需要。一些大城市已建成220kV外环网，甚至一些负荷增长快的城市，已建成500kV外环网，并建成220kV、110kV城市变电站，使高压深入市区供电。第二节 电力系统的特点与电能质量一、电力系统的特点电能是二次能源。电能与化学能、核能等一次能源相比有其特殊性。电能在自然界不是以其可以利

22、用的形式存在，而必须由一次能源如：化石性燃料（煤炭、石油、天然气等）、水能、核能、风能等转换而来。电能不能以自身的形态存储，电能的存储必须转化成其他形式的能量如：水能（抽水蓄能电站）、动能（飞轮）、化学能（蓄电池）等。近年出现了一些新的电能存储形式如：超导储能、燃料电池储能等。尽管如此 仍未能解决经济、高效地大容量存储电能的问题。电能的优点在于安全、清洁、能够很容易的转换为其他形态的能量。随着经济的发展和科技的进步，电能的利用越来越广泛。电能具有易于传输、方便控制、利用环保的优点，所以电能的利用几乎遍及所有领域。由于电能生产的固有特性决定了电力系统具有以下特点：1发电与用电同时实现由于电能难于

23、存储，电力系统运行时就要求经常保持电源和负荷间的功率平衡；由于发电与用电同时实现，则电力系统中的各环节间联系紧密。不论变换能量的原动机或发电机，或输送、分配电能的变压器、输配电线路以及用电设备等，只要其中任何一个元件故障，都将影响电力系统的正常工作。2与社会、经济生活关系紧密现代工业、农业、交通运输等广泛依靠电力来进行生产，其它第三产业同样依靠电力进行经济活动。在人们的日常生活中广泛使用各类家用电器。随着科学技术的进步，社会、经济生活中的各个环节的电气化、自动化、信息化程度越来越高，对电能的依赖程度也越来越高。因此电力系统故障不仅影响人们的日常生活、造成经济损失，甚至会酿成及其严重的社会性灾难

24、。曾经发生的大停电事故证实了这一点。3暂态过程迅速电是以光速传输的，电力系统的运行方式发生变化时，系统的电磁暂态过程和机电暂态过程都很迅速。电力系统暂态过程的时间尺度往往只能用微秒（µs ）、毫秒（ms）、甚至用纳秒（ns）。电力系统中的正常调整和切换、故障时的切除和故障后的恢复等一系列操作，仅仅靠人工手动操作是无法达到满意效果的，甚至是不可能的。只有采用信息技术、自动化技术，配合各种自动装置才能保证迅速、准确地完成各项调整和切换操作任务。4电力系统发展是持续扩展和完善的过程经济发展，电力先行。由于电力需求的持续增长，所以电力系统也随之不断扩展和完善。许多新开发的电力能源中心往往远离

25、负荷中心，需要建设高电压、大容量的输电线路来提高电网的输电能力。电力系统是不断地在原有系统上增加新设备来发展和完善的。二、对电力系统的基本要求根据电力系统的特点，决定了如下对电力系统的基本要求。1保证可靠持续的供电最大限度的满足电力用户的用电需求，可靠持续的供电，是电力系统运行中十分重要的任务。保证可靠持续的供电，首先要保证系统各元件的工作可靠性，要求对电力设备除正常运行维护外，还应进行定期的检修试验。系统还要确保有足够的备用容量，以便在检修或事故等情况下使用。另外，电力系统要提高运行水平，防止误操作的发生，在事故发生后应尽量采取措施以防止事故扩大。特别是在事故发生后，对于某些重要用户（矿井、

26、连续生产的化工厂、钢铁厂、市政中心、电视新闻中心、交通枢纽、医院等）仍要保证供电不发生中断。而对于一些次要用户，可以容许不同程度的短时停电。2保证良好的电能质量电能是商品，作为商品质量是至关重要的。目前电能质量指标主要有：电压偏差、频率偏差、谐波、三相不平衡度、电压波动和闪变、暂时过电压和瞬态过电压等。电网实际电压与额定电压之差称为电压偏差，实际电压偏高或偏低对用电设备的良好运行都有影响当电能供需不平衡时，系统频率就会偏离其标准值。频率偏差不仅影响设备的工作状态、产品的产量和质量，更严重地影响到电力系统的稳定运行。当电网电压波形发生非正弦畸变时，电压中出现高次谐波。高次谐波的产生，除电力系统自

27、身的背景谐波外，在用户方面主要由大功率交变设备、电弧炉等非线性用电设备所引起。高次谐波的存在将导致供配电系统能耗增大、电气设备尤其是静电电容器过流及绝缘老化加快，并会干扰自动化装置和通信设施的正常工作。电网电压方均根值随时间的变化称为电压波动，由电压引起的灯光闪烁对人眼脑产生的刺激效应称为电压闪变。当电弧炉等大量冲击性负荷运行时，剧烈变化的负荷电流将引起线路的闪变，从而导致电网发生电压波动。电压波动不仅引起灯光闪烁，还会使电动机转速脉动、电子仪器工作失常等。三相电压不对称指三个相电压幅值和相位关系上存在偏差。三相不平衡主要由电力系统运行参数不对称、三相用电负荷不对称等因素引起的。供配电系统的不

28、对称运行，对用电设备及供配电系统都有危害，低压系统的不对称运行还会导致中性点偏移，从而危及人身和设备安全。良好的电能质量，能促使用电设备发挥最佳的技术经济性能，但是电压质量不合格，不仅要影响用电设备的正常工作，而且对电力系统本身也有很大的危害。因此保证良好的电能质量是电力系统的重要任务。3保证电力系统经济运行电力系统经济运行就是在保证电力系统安全、可靠的生产、输送和分配电能过程中，高效率、低损耗，最大限度的降低电能的生产、输送和分配成本。节能减排，是我们的国策，更是电力企业的一项重要任务。降低能源消耗，减少电能损失不仅意味着电力企业成本降低，经济效益的提高，还将减少温室气体排放，改善大气环境。

29、三、电能质量电能质量（Power Quality）问题是自电力工业诞生就存在的一个传统问题。影响电能质量的因素有电力生产方面的，也有电力负荷方面的。电能质量好坏关系到国民经济整体效益，也是电力工业水平的标志。电能质量指标随着科学技术的进步，是在发展和变化的。目前电能质量指标主要有：电压偏差、频率偏差、谐波、三相不平衡度、电压波动和闪变、暂时过电压和瞬态过电压等。1电压偏差电压偏差 （deviation of voltage ），为电力系统正常运行的电压偏移用U%表示。计算公式如下：U(%)=式中：U实测电压 ；UN系统标称电压 。表1-1供电电压允许偏差（国家标准GB/T 12325-2003

30、规定）U-UN10%0 （1-1） UN当电力系统的电压偏差超过规定的范围时，对照明设备的发光和寿命；电动机的力矩、转速、发热、工效以及产品质量；变压器的发热、温升、损耗；并联电容器无功出力、寿命；家用电器如电视机的视感、寿命等均造成影响，还将造成电子计算机和控制设备工作不正常；工业设备（如电解、电热）效率降低；电力系统稳定性降低，线损增加。2电压波动在某一时间段内，电压急剧变化而偏离标称电压（额定电压）的现象称为电压波动（voltage fluctuation）。生产（或运行）过程中从供电网中取用快速变动功率的负荷，称为波动负荷。如：炼钢电弧炉、轧机、电弧焊机等。波动负荷是造成电压波动的主要

31、原因。国家标准GB 12326-2000中把电压波动定义为：“指电压方均根值一系列的变动或连续的变化”。还定义电压变动特性（relative voltage change characteristic）：d (t)。d (t)为电压方均根值变动的时间函数，以系统标称电压的百分数表示。描述电压波动可用电压变动值：d ，及电压波动频度：r 。（d：公共连接点的相邻最大与最小的电压方均根值之差对电网标称电压的百分值。即电压变动特性 d (t)上，相邻两个极值电压之差。 r ： 单位时间内电压变动的次数（电压由大到小或由小到大各算一次变动）。同一方向的若干次变动，如间隔时间小于30 ms，则算一次变动

32、。电压变动的计算：d式中： Sl100%Ssc (1-2)Sl负荷容量的变化量；Ssc考察点（一般为公共连接点）的短路容量。 10若已知负荷的有功功率变化量Pl及无功功率变化量Ql，则电压波动为:d=式中：RLPl+XLQl100%2UN（1-3）RL、XL分别为电网的电阻和电抗；UN考察点标称电压。表1-2给出电压变动限值。表1-2 电压变动限值（国家标准GB12326-2000规定）周期性电压急剧变化引起电光源光通量急剧波动而造成人眼视觉不舒服的现象称为闪变。描述闪变主要有短时间闪变值pst及长时间闪变值pLt。（pst：衡量短时间（10min）内闪变强弱的一个统计量值, pst =1为闪

33、变引起视感刺激性的通常限值。pLt：为长时间闪变值（2h）。表1-3给出了闪变限值。表1-3 闪变限值（国家标准GB12326-2000规定） 3频率偏差我国电力系统的额定频率为50Hz。频率偏差（ frequency deviation） 是指系统频率的实际值和标称值之差。国家标准GB/T 15945-1995规定：电力系统正常频率偏差允许值为±0.2Hz，当系统容量较小时 偏差值可以放宽到±0.5Hz；用户冲击负荷引起的系统频率变动一般不得超过±0.2Hz。4电压正弦波畸变率理想情况电网的交流电压波型应是标准的正弦波，但电网中大量的电力电子设备及非线性负荷，对

34、电网造成谐波污染。把向公用电网注入谐波电流或在公用电网中产生谐波电压的电气设备称为谐波源。电网中存在的谐波源使电网电压含有谐波成分，这种现象称为电压正弦波畸变。用电压总谐波畸变率THDU（total harmonic distortion ）表示。THDU=(Uh=22)hU1100%（1-4）式中：Uh第 h 次谐波电压(方均根值) ；U1基波电压(方均根值)。表1-4为公用电网谐波电压(相电压)限值。表1-4 公用电网谐波电压(相电压) （GB/T14549-93规定 ）5三相不平衡度不平衡度（unbalance factor），用电压或电流负序分量与正序分量的方均根值百分比表示。电压或电

35、流不平衡度分别用u或 i表示。u=式中：U2100%U1（1-5 ）U1三相电压的正序分量方均根值；U2三相电压的负序分量方均根值。三相电压允许不平衡度，在国家标准GB/T 15543-1995中规定：正常允许2% ，短时不超过4% 。每个用户不得超过1.3%。现代电力负荷中，电力电子技术得到了广泛应用，由于其非线性、冲击性以及不平衡等用电特性引起电能质量的恶化。衡量电能质量的主要是衡量电压质量、频率质量。实际上电能质量就是供电电压特性，即关系到用电设备工作（或运行）的供电电压各种指标偏离理想值（额定值或标称值）的程度。因电力负荷引起的谐波、不对称等稳态电能质量问题已经为人们所熟悉，经过多年研

36、究实践，我国已取得很大进展。另外随着现代电力负荷对电能质量的新要求，暂时过电压和瞬态过电压、电压暂降和短时供电中断等动态电能质量问题及其危害人们还比较陌生，研究和实践刚刚起步。电能质量的问题在空间上、时间上是不断变化的，同时需要电力企业和电力用户共同合作来维护，才能保证更好的供用电环境和良好的电能质量。第三节 电力系统电压电力系统的电压包括电力系统中各级电力网的标称电压及各种供、用电设备和额定电压。所谓某电力网（系统）是指联结在一个共同的标称电压下工作的导线（线路）和设备的组合。电力网的标称电压（ nominal voltage）是电力网被指定的电压。电气设备的额定电压，就是能使电气设备长期运

37、行时获得最好经济效益的电压，它是根据国民经济发展的需要，考虑经济技术上的合理以及电机、电器制造水平和发展趋势等因素，经全面分析研究而制定的。国家标准GB 156-93中规定的3kV及以上的三相交流电网标称电压和电气设备的最高工作电压，如表1-5所示。表1-5 电网标称电压和电气设备的最高工作电压（kV）注： 电气设备的额定电压可从表中选取，由产品标准确定。一、用电设备用电设备的额定电压和电网的标称电压一致。实际上，由于电网中有电压损失，致使各点实际电压偏离标称电压。为了保证用电设备的良好运行，国家对各级电网电压的偏差均有严格规定。显然，用电设备应具有比电网电压允许偏差更宽的正常工作电压范围。二

38、、发电机发电机为供电设备，接于供电系统首端。所以发电机的额定电压一般比同级电网的标称电压高出5%，用于补偿线路上的电压损失。三、变压器变压器的一次绕组相当于用电设备，其额定电压与电网标称电压相等。但当变压器一次绕组直接与发电机相连时，变压器一次绕组的额定电压与发电机额定电压相等。变压器的二次绕组对于用电设备而言，相当于供电设备，其额定电压有两种情况：第一种情况比用电设备额定电压高10%。其中5%用于补偿变压器满载供电时，一、二次绕组上的电压损失；另外5%用于补偿线路上的电压损失，因此适用于变压器供电距离较长时的情况。第二种情况比用电设备额定电压高5%。当变压器供电距离较短时，可以不考虑线路上的

39、电压损失，只需要补偿满载时变压器绕组上的电压损失即可。四、线路的平均额定电压由于线路上分布阻抗的存在，线路上的各点电压值是不一样的。在计算短路电流时，为了简化计算，习惯上用线路的平均额定电压Uav（average rated voltage）来表示线路的电压。线路的平均额定电压指线路始端最大电压（变压器空载电压）和末端用电设备额定电压的平均值。由于线路始端最大电压比电网标称电压高10%，因而线路的平均额定电压比电网标称电压高5%。各级Uav分别为： 0.4，3.15，6.3，10.5，37，69.3，115，230，346，525kV。【例1-1】 已知图1-8所示系统中电网的标称电压，试确定

40、发电机和变压器的额定电压。图1-8【例1-1】图解：发电机G的额定电压：UN·10=10.5（kV） G=1.05UN·L1=1.05×变压器T1的额定电压：由于变压器T1的一次绕组与发电机直接相连，所以其一次绕组的额定电压取发电机的额定电压，即U1N·T1=UN.G=10.5（kV）U2N·110=121(kV) T1=1.1UN·L2=1.1×变压器T2的额定电压：U1N·T2=UN·L2=110（kV）U2N·6=6.3(kV) T2=1.05UN·L3=1.05×第四

41、节 电力系统的中性点运行方式在电力系统中，当变压器或发电机的三相绕组为星形连接时，其中性点可有三种运行方式：中性点直接接地、中性点不接地和中性点经消弧线圈接地。中性点直接接地系统常称大电流接地系统，中性点不接地系统和中性点经消弧线圈接地系统称小电流接地系统。中性点运行方式的选择主要取决于单相接地时电气设备绝缘及供电可靠性要求。我国360kV系统，为提高供电可靠性，一般采用中性点不接地运行方式。当310kV系统接地电流大于30A，3560kV系统接地电流大于10A时，应采用中性点经消弧线圈接地的运行方式。110kV及以上系统为降低设备绝缘要求，1kV以下低压系统考虑单相负荷的使用和人身安全，通常

42、采用中性点直接接地运行方式。一、中性点直接接地方式中性点直接接地系统发生一相对地绝缘破坏时，即构成单相接地短路，将产生很大的故障相电流和零序电流，继电保护装置动作，供电中断，可靠性降低。但是，该方式下非故障相对地电压不变，电气设备绝缘水平可按相电压考虑。图1-9为中性点直接接地系统的单相接地。在我国110kV 及以上电压等级的电力网均属于大电流接地系统。ABC图1-9中性点直接接地系统的单相接地二、中性点不接地方式中性点不接地系统在正常运行时，各相对地分布电容相同，三相对地电容电流对称且其和为零，各相对地分布电压为相电压。图1-10所示为发生单相接地故障时（C相在K点发生金属性接地）的情况。A

43、BCU（a）图1-10 中性点不接地系统的单相接地（a）电路图；（b）向量图（b）（1）故障相对地电压、中性点对地电压、非故障相对地电压分别为UKC=0（1-6）=-U UOC （1-7）UKA=UA+UO=UA-UC=UCe-j150.（1-8） （1-9）UKB=UB+UO=UB-UC=UCe+j150以上分析表明，中性点不接地系统发生单相接地故障时，线电压不变，而非故障相对地电压升高到原来相电压的倍。（2）故障发生后，由于非故障相对地电压升高了，其对地电容电流也随之相应地增大，而故障相对地电容被短接，其对地电容电流为零。即+I +I =I +I =-I ICACBCCCACBC （1-1

44、0）式中：=jCU e-j1500=3CU e-j600ICAACC （1-11）+j1500-j1200 ICB=jCBUBe=3CUCe （1-12）IC即为流过接地点的电流IE，可得：=3CU (e-j600+e-j1200)=j3CU IECC （1-13）由上式可见，在中性点不接地的电力系统中，单相接地后单相接地电流等于正常时单相对地电容电流的三倍，因此，对中性点不接地系统应注意：1）电气设备对地绝缘要求必须按线电压数值来考虑。2）在中性点不接地系统中发生单相接地时，虽各相对地电压发生了变化，但各相间电压并未改变， 其三相线电压仍然是三相对称的，因此 ，中性点不接地系统单相接地时仍可

45、继续工作，但为了防止非故障相中再有一相发生接地，造成两相短路，供电规程规定单相接地后继续运行时间不得超过2小时。三、中性点经消弧线圈接地方式如前所述，当中性点不接地运行方式单相接地电流超过规定值时，为了避免产生断续电弧，中性点应经消弧线圈接地，以减小接地电弧电流，使电弧容易熄灭。ABCU（a）从图1-11中可以看出，当中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地时，消弧线圈所产生的电感电流恰好与接地电容电流方向相反，适当调节这个电流可使其与接地点的电容电流互相补偿，使得总的接地电流变得很小或近于零，从而有利于消除接地点的电弧以及由此引起的其它危害，消弧线圈也因此得名。由图1-11有：（b）图1-11中性点经消弧线圈接地电力系统的单相接地（a）电路图；（b）向量图+I