第二篇电力系统基础知识

1、第二篇 电力系统基础知识第一章 电力系统和发电厂概述第一节 电力系统的概念为了提高供电的可靠性和经济性，目前，都尽量将许多发电厂用电网联接起来并列运行。1、 电力系统由发电厂（热力、水动部分除外）、电力网、变电所及电力用户组成的统一整体，称为电力系统。一、电力系统的基本概念通常，电能由发电厂供给，为了经济起见，发电厂多建立在动力资源丰富的地方。这样离工业企业就可能相距很远，这样就产生了电能的输送问题；电能输送到工矿企业后，由于生产厂房和车间分布很广，因而产生了电能分配问题。电力主要来自火力和水利发电厂。为了是工业布局更加合理，常需要将发电厂建造在动力资源如水、煤、石油丰富的地区。但由于用电的分

2、散性，或者受地理及历史条件的限值，可能会使负荷中心与动力资源相隔很远，这样就必须将电能经变压器升高电压后，由输电线路输送到遥远的用户处，因此便有必要在发电厂与用户之间建立升压和降压变电所。此外，为了供电的可靠性性和经济性，还须将各发电厂用电力网联起来并列运行。电力网是电力系统的一部分，它是有各类变电所和各种不同电压等级的线路联接起来组成的统一网络。它是联系发电厂和用户的中间环节。电力网的作用是将电能从发电厂输送并分配到用户处。通常，把发电厂生产的电能直接分配电能给用户，或由降压变电所分配给用户的10KV及以下电力线路，称为配电线路；而把电压在35KV及以上的高压电力线路称为送电线路。电力用户在

3、电力系统中，一切消费电能的用电设备均称为电力用户。用电设备按其用途可分为：动力用电设备（如电动机等）、工艺用电设备（如电解、冶炼、电焊、热处理等设备）、电热用电设备（电炉、干燥箱、空调等）、照明用电设备和试验用电设备等，它们分别将电能转换为机械能、热能和光能等不同形式的适于生产需要的能量。电力系统是动力系统的一部分，它是由发电厂的发电机及配电装置、升压及降压变电所、输配电线路及用户的用电设备所组成。电力系统的作用是使个发电厂、变电所并列运行，从而提高整个系统运行的可靠性和经济性。电能生产的特点是电能不能大量储藏，生产分配和消费具有同时性，其中任一供用电设备发生故障，都将影响电能的生产与供应。其

4、次电力系统的电磁变化过程非常迅速，因此必须采用各种自动装置。第三电力工业和国民经济各部门之间有着极其密切的关系，因此要求电力系统中发电设备的容量，总要比电力系统目前实际需要的负荷大一些。根据以上电力生产的特点，电力系统的运行必须满足下列基本要求：一、 保证对用户供电的可靠性，根据对供电持续性的要求，可把用户分为三级。一级负荷：如停止供电，将危机生命，损坏设备，产生废品，使生产过程混乱，给国民经济带来重大损失，或者使市政生活发生重大混乱。二级负荷：如停止供电，将造成大量减产，工人及机械设备停止工作，工业企业内部运输停顿，以及城市大量居民的正常活动受到影响。三级负荷：所有不属于一级及二级的负荷，如

5、非连续生产的车间及辅助车间和小城镇用电等。二、保证电能的良好质量，即保证系统中的频率和电压在一定的允许变动范围以内。三、保证运行的最大经济性，电力系统运行有三个主要经济指标，即生产每度电的能源消耗（如煤耗率等），生产每度电的自用电率，以及供配每度电在电力网中的电能损耗（线损率）。提高运行经济性，就是在生产和供配某一定数量的电能时，使上列三个指标达到最小。发电厂、变电所及用户的用电用热设备，其相互间以电力网及热力网连接起来的总体，叫做动力系统，如图1-1所示。动力系统热能用户Q电力系统电力网电能用户B1B2XF图1-1 动力系统示意图Q汽轮机；F发电机；B1升压变压器；B2降压变压器；X输电线路

6、二、电力网的额定电压电力系统中有各种不同等级的电压。当发电机发出来的电能需要输出到相当远的距离时，先用升压变压器变成35千伏或110千伏、220千伏、330千伏等的高压。因为输送同样容量的电能时，提高电压，输送线路中的电流便会减小，这样便可将电能损失降低。然后再将高压电送到地区变电所，经降压变压器再变成610千伏等，以供给用户用电。电气设备如果采用任意电压，势必使得制造厂家不可能标准化的大量生产。因此，电气设备须按标准化电压进行制造。受电器（如电动机、白炽灯等）、发电机和变压器等正常运行并具有最经济的效果时的电压，称为它们的额定电压。关于电力网的额定电压等级，1956年我国已规定了统一的标准（

7、对三相工频交流额定电压，此电压一律指线电压），如表1-1所示。受电器的额定电压等于电力网的额定电压。表1-1 电力网额定电压等级网络额定电压（kv）发电机电压（kv）变压器（kv）网络额定电压（kv）发电机电压（kv）变压器（kv）一次侧二次侧一次侧二次侧0.220.230.220.231010.51010.510.5110.380.400.380.403513.83538.533.1533.153.153.311015.7511012166.366.36.36.622018.002202422431FU2U1Ue+5%-5%B1B3B4B2负荷图12 电力网中电压的变化F发电机；B1升压变压

8、器；B2、B3、B4降压变压器；1、2、3、4受电器如图1-2所示，设发电机F是在额定电压下运行的。由于线路中有电压降落，所以受电器14将受到不同的电压，线路始端的电压U1比末端电压U2要高些。设直线U1、U2代表电压的变化规律。由于生产的标准化，不可能按照上述直线所示的所有电压来制造受电器。此外，电力网中各点的电压，也并不是恒定的，它随着日夜寒暑的不同而变化。那么究竟受电器应按U1与U2间的哪一个电压制造才会运行的最好呢？由于所有的受电器的端电压与额定电压之差愈小时，它们就会运行得愈好，因此显然应该采取线路端电压U1与末端电压U2的算术平均值Ue=作为受电器的额定电压，这个电压就是电力网的额

9、定电压。电力网中的电压降落一般约为10%，用电设备一本允许在额定电压的±5%范围内变化，所以线路始端的电压一般比电力网的额定电压高5%，二线路末端的电压则比电力网的额定电压低5%，从而可以保证在线路降落10%时，各受电器得到正常的运行。发电机额定电压比接入的电力网的额定电压要高出5%，因需考虑到网络中电压降落的影响。例如10千伏电网中，发电机的额定电压为10.5千伏。如图1-2所示，变压器B2在空载情况下副边的额定电压，应比电力网的额定电压高10%。这是因为变压器副边的额定电压是在空载下测定的，当满载时，由于变压器本身的电压降落，副边的端电压将比空载时约降低5%，再加上供电线路的电压

10、损失5%，故变压器副边的额定电压应比电力网的额定电压高10%。如35千伏电网中，变压器副边的额定电压应采用38.5千伏。但当变压器副边供电线路很短时，由于线路的电压损失比较小，则变压器副边的额定电压比电力网的额定电压高5%即可，如6千伏电网中，可采用6.3千伏作为变压器副边的额定电压。变压器原边的电压与电力网的额定电压相等。因为接到电力网的变压器B3B4可以当做受电器看待，它的原边是直接接在电网上的，所以原边额定电压必须和电网的额定电压相等（指降压变压器）。三、电力系统接线电气运行人员必须对本场的电气接线和本电厂所在的电力系统的接线有清楚的了解，因为任何运行方式的变化都会和电气接线分不开的，而

11、运行方式则是运行人员在正常运行及事故状态下分析和处理各种事故的基本依据。凡是电力系统元件的规定符号并按实际接线顺序把把它们连接起来的接线图，称为电力系统接线图，如图1-3所示。在这种电力系统接线图中，只画出电路中的次要设备，并将三相系统用单线表示，以使系统简化。图1-3 电力系统原理性电路图第二节 电气运行的一般知识一、发电厂与变电所主要电气设备发电厂与变电所的主要工作是生产和分配电能，这就需要有直接生产和输配电能的设备，包括发电机、变压器、断路器、隔离开关、自动开关、接触器、刀闸开关、熔断器、母线和电力电缆等。通常将承受动力电压和动力电流的设备，统称为一次设备。另外，一次设备还包括避雷器、电

12、压互感器、电力互感器等。为了保证一次设备正常可靠地运行，就必须装设对一次设备进行控制、测量、监察以及在发生故障时能迅速切除故障的继电保护装置、自动控制和信号装置等设备，如继电器，测量仪表，控制、自动及信号装置，控制电缆等，这些电气设备称为二次设备。发电厂电气部分是由发电机、变压器、高低压配电装置、输电线路及厂用电系统组成。主要作用如下：（1）发电机：将机械能转换为电能。（2）变压器：将发电机输出的电能的电压升高或降低。（3）高低压配电装置：它是主接线的要求，由开关设备、保护测量电器、母线和必要的辅助建筑构成的总体，其作用是在正常时用来接收和分配电能，在系统故障时迅速切断故障部分，恢复正常运行。

13、（4）输电线路：向用户输送电能和与系统联络，以保证供电的可靠性。（5）厂用电系统：供给发电厂生产用电、照明、机修等的自用电。二、电气运行的一般知识（一）电气运行组织电力系统是一个有机的整体，系统中任一个主要设备运行情况的改变，均将影响整个电力系统，因此设置调度机构和调度员来统一指挥电力系统的运行。值班调度员是系统运行中技术上的领导人，他可以直接对所管辖系统内发电厂、变电所的运行领导人发布命令。在发电厂中，燃料、锅炉、汽机、化学和电气分场有值班人员，各班都设有班长，在同一值内负责领导各运行班的是值长。电气运行值班人员有：班长、副班长、值班电工、厂用值班电工、值班员及副值班员。值班人员在行政关系上

14、属于分场或工区领导，在运行等技术关系上执行值班领导人员的命令。（二）电气运行工作的主要任务电气运行的主要任务就是保证电力生产的安全运行和经济运行。电力生产的特点是连续生产，发电、供电、用电同时完成。所以电力系统的安全生产是十分重要的，发生重大事故，不仅使本企业的设备和人身受到损害，而且直接影响到用户，甚至造成国民经济的严重损失。安全生产是指在保证经济、满发和正常供电的前提下电力生产必须做到安全发电和供电，才能降低成本，即降低电厂的煤耗、厂用电率和输电线路的损失。并要大力推广计划用电和节约用电，降低单位产品的耗电量，坚决克服浪费现象，做到少用电，多生产。为了保证经济运行，在运行方面要做到“四勤”

15、：（1）勤联系。如负荷增加或减少时，电气、锅炉、汽机运行值班人员要及时联系，相互调整负荷；（2）勤调整。对负荷、汽温、汽压、周波、电压、风煤量配合比要勤调整，以保持运行稳定；（3）勤分析。如对气温、汽压及负荷之间的变化关系进行分析，又如对电压、电流及负荷之间的变化关系进行分析，通过分析能帮助运行人员掌握运行情况，积累运行经验和发现运行工作的优缺点；（4）勤检查。检查设备的运行情况，发现设备缺陷应及时消除，确保安全经济运行。（三）值班人员的任务及要求1、值班人员的任务值班员在工作期间，应严肃认真执行有关规程制度及上级值班人员的要求，进行最经济和最安全的设备运行工作。其任务如下：（1）值班人员在接

16、班前30分钟，到主控室听取交班班长对其设备运行情况的介绍，其后按交接班规定中的检查项目到现场检查设备运行情况和检修以及安全措施是否正确，并了解新设备的缺陷情况；在接班前的接班会上向上班班长汇报并接受班长布置的任务；然后进行交接班并且在接班簿上签字；（2）在值班时间内，抄录发电机、变压器、送电线路等主控室内全部表计指示的数值；（3）监盘操作。即监视、调整设备的各项运行参数在规定范围内；（4）在值班领导人的监护下，进行系统的倒闸操作；（5）在发生事故时，根据值班领导人的命令，迅速处理事故；（6）为检修人员办理工作票的开工和结束手续；（7）每班按规程规定对不同设备进行定期检查；（8）进行消除设备缺陷

17、工作；（9）做好备品（如熔断器）、安全用具、图纸、资料及测量仪表的保管工作；（10）在交班前一小时，做好运行日志记录及清洁工作；（11）交班时，向接班人讲解本班设备运行情况和注意事项。2、对电气值班人员的技术要求（1）熟悉发电厂的接线系统及其正常运行方式，如主系统、厂用电系统、照明系统、直流系统；（2）熟悉发电厂各电气设备的规范、用途、特性及发电机与变压器的冷却方式等；（3）熟悉配电盘上的信号与中央信号装置以及所有表计；（4）熟悉发电机、变压器、出线及电动机的继电保护和自动装置；（5）熟悉电气安全规程及运行规程；（6）了解发电厂的全部生产过程；（7）掌握安全工具和测量仪表的使用，包括摇表、钳形

18、电流表、万能表等。第三节 电力系统运行的特点和要求3.1电力系统运行的特点电力系统的运行与其它工业生产相比，具有以下特点：1、电能不能大量储存 电能的生产、输送、分配和消费，实际上是同时进行的。即在电力系统中，发电厂任何时刻生产的电能，必须等于同一时刻用电设备所消费的电能与电力系统本身所消耗的电能之和。2、电力系统的暂态过程非常短促 发电机、变压器、电力线路和电动机等设备的投入和切除，都是在一瞬间完成的。电能从一地点输送到另一地点所需要的时间，仅千分之几秒甚至百万分之几秒。电力系统由一种运行状态转换到另一种运行状态的过渡过程也是非常短促的。3、与国民经济各部门及人民生活有极为密切的关系 供电中断常带来严重的损失和后果。电力系统的优点1、提高系统运行的可靠性当任一电厂事故停电时，系统中的其它电厂可以继续供电，使供电的可靠性大大提高。2、提高系统运行的经济性可以充分利用动力资源和充分发挥各类电厂的作用。例如，在丰水期间，可让水电厂多发电，火电厂少发电，以节省燃料。在枯水期间，可让水电厂少发电，担任尖峰负荷，让火电厂担任基本负荷。这样，可以使水电与火电相配合，互相调剂，充分发挥各类电厂的作用，有利于电网的安全，经济、稳定的运行。3、节省投资及