电力系统概论

1、苏州大学城市轨道交通学院苏州大学城市轨道交通学院 范臻范臻1.2 电力系统的额定电压是由各种电压等级的电力线路，是由各种电压等级的电力线路，将各发电厂、变电所和电能用户连在一起而构成的将各发电厂、变电所和电能用户连在一起而构成的发电发电、输电输电、变电变电、配电配电和和用电用电的统一整体。的统一整体。 是将自然界蕴藏是将自然界蕴藏的各种天然能源（一次能源）转换成电能（二次能的各种天然能源（一次能源）转换成电能（二次能源）的工厂。源）的工厂。 按照所利用的一次能源介质不同，发电厂分为按照所利用的一次能源介质不同，发电厂分为水力发电厂、火力发电厂、核能发电厂、地热发电水力发电厂、火力发电厂、核能发

2、电厂、地热发电厂、风力发电厂、太阳能发电厂和海洋能（潮汐）厂、风力发电厂、太阳能发电厂和海洋能（潮汐）发电厂等，正在研究的还有磁流体发电和氢能发电发电厂等，正在研究的还有磁流体发电和氢能发电等。我国目前主要是以火力发电厂、水力发电厂和等。我国目前主要是以火力发电厂、水力发电厂和核能发电厂为主。核能发电厂为主。 水力发电厂水力发电厂 水力发电厂简称水力发电厂简称“水电厂水电厂”或或“水电站水电站”。它。它利用水流的位能来生产电能。利用水流的位能来生产电能。水电站的能量转换过程水流位能机械能电能水轮机发电机 火力发电厂和热电厂火力发电厂和热电厂 火力发电厂简称火力发电厂简称“火电厂火电厂”或或“火

3、电站火电站”。 火电厂的能量转换过程 机械能电能热能燃料化学能汽轮机发电机锅炉 核能发电厂核能发电厂 核能发电厂又称核能发电厂又称“核电站核电站”。是利用原子核的裂。是利用原子核的裂变能（即变能（即“核能核能”）来生产电能的电站。它的生产）来生产电能的电站。它的生产过程与火电厂基本相同。过程与火电厂基本相同。 核电站的能量转换过程 核裂变能核反应堆机械能电能热能汽轮机发电机32台单机容量70万千瓦的水轮发电机组，总装机容量2,250万千瓦太阳能发电太阳能发电 以地热、风力、潮汐、太阳能等为一次能源的发电厂以地热、风力、潮汐、太阳能等为一次能源的发电厂（站）容量较小，分布在离这些一次能源较近的区

4、域，（站）容量较小，分布在离这些一次能源较近的区域，发电量占总发电量的极小一部分。发电量占总发电量的极小一部分。地热能发电地热能发电（substationsubstation）和配电所（）和配电所（distribution distribution station)station)变电所：变电所： 接受电能、变换电压、分配电能的场所，接受电能、变换电压、分配电能的场所，是联系发电厂和电能用户的中间枢纽。是联系发电厂和电能用户的中间枢纽。配电所：配电所：只接受电能、分配电能，不承担变换电压只接受电能、分配电能，不承担变换电压的场所。的场所。变流所（换流站）：变流所（换流站）：将交流电能转换成直流

5、电能，将交流电能转换成直流电能，或进行相反转换的变电场所。或进行相反转换的变电场所。 对于用户来说，电源来自变配电所。对于用户来说，电源来自变配电所。 变电所有升压和降压变电所。升压变电所一般变电所有升压和降压变电所。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；降压变电所多设在用电区域，将进行长距离输送；降压变电所多设在用电区域，将电压适当降低后，对某地区或某用户供电。电压适当降低后，对某地区或某用户供电。降压变降压变电所按其所处的地位和作用，分为枢纽变电所、中电所按其所处的地位和作用，分为枢纽变电所、中间变电所、区域变

6、电所、终端变电所以及工业企业间变电所、区域变电所、终端变电所以及工业企业的总降压变电所和车间变电所等。的总降压变电所和车间变电所等。1 1） 枢纽变电所枢纽变电所 枢纽变电所位于电力系统的枢纽点，枢纽变电所位于电力系统的枢纽点，电压等级电压等级高，连接电力系统高压和中压的几个部分，汇集着高，连接电力系统高压和中压的几个部分，汇集着多个电源，出线回路多，变电容量大，多个电源，出线回路多，变电容量大， 供电范围供电范围广，在系统中处于举足轻重的地位。全所停电后，广，在系统中处于举足轻重的地位。全所停电后，将引起系统解列，造成大区域停电，甚至造成电力将引起系统解列，造成大区域停电，甚至造成电力系统瓦

7、解，使供电系统的运行处于瘫痪状态。系统瓦解，使供电系统的运行处于瘫痪状态。枢纽枢纽变电所的电压等级一般有三个（三圈变压器），变电所的电压等级一般有三个（三圈变压器），500kV/220kV/110kV。2 2） 中间变电所中间变电所 中间变电所位于电力系统主干环行线路或系统中间变电所位于电力系统主干环行线路或系统主要干线的接口处，主要干线的接口处，电压等级一般为电压等级一般为330330220kV220kV，汇集汇集2 23 3个电源和若干线路，高压侧以交换功率为个电源和若干线路，高压侧以交换功率为主，或使长距离输电线路分段，且同时降压向地区主，或使长距离输电线路分段，且同时降压向地区用户供电

8、。这样的变电所全所停电后，将引起区域用户供电。这样的变电所全所停电后，将引起区域网络的解列，造成大面积停电。网络的解列，造成大面积停电。 3 3） 区域变电所区域变电所 区域变电所是以对地区用户供电为主的变电所，区域变电所是以对地区用户供电为主的变电所，是一个地区和一个中、小城市的主要变电所，是一个地区和一个中、小城市的主要变电所，区域区域变电所的电压等级一般也有三个（三圈变压器），变电所的电压等级一般也有三个（三圈变压器），220kV/110kV/35KV220kV/110kV/35KV或或110KV/35KV/10KV110KV/35KV/10KV。 4 4） 终端变电所终端变电所 终端变

9、电所位于配电线路的终端，接近负荷终端变电所位于配电线路的终端，接近负荷点，经降压后向用户直接供电，点，经降压后向用户直接供电，大多为两个电压大多为两个电压等级（双圈变压器），等级（双圈变压器），110KV/10KV110KV/10KV或或35KV/10KV35KV/10KV。5 5） 企业总降压变电所企业总降压变电所 企业总降压变电所是大、中型工矿企业的专用企业总降压变电所是大、中型工矿企业的专用变电所，负责变电所，负责将将3535110kV110kV的外部供电电压变换为的外部供电电压变换为6 610kV10kV的厂区高压配电电压的厂区高压配电电压，给厂区各车间变电，给厂区各车间变电所或高压电

10、动机供电。所或高压电动机供电。 6 6） 车间变电所车间变电所 车间变电所将车间变电所将6 610kV10kV的电压降为的电压降为380/220V380/220V，再通过车间低压配电线路，给车间用电设备供电。再通过车间低压配电线路，给车间用电设备供电。3 3电力网电力网（electrical power networkelectrical power network） 简称电网，是电力系统中不包括发电厂及负荷简称电网，是电力系统中不包括发电厂及负荷的电力输送与分配网络，是连接发电厂和用户的中的电力输送与分配网络，是连接发电厂和用户的中间环节，由各种电压等级的输配电线路和变配电所间环节，由各种电

11、压等级的输配电线路和变配电所组成，起到组成，起到输送输送、变换变换和和分配电能分配电能的作用。的作用。 习惯上，电网或系统往往以电压等级来区分，习惯上，电网或系统往往以电压等级来区分，如说如说10KV10KV电网或电网或10KV10KV系统。这里所指的电网或系统，系统。这里所指的电网或系统，实际上是指某一电压级的相互联系的整个电力线路。实际上是指某一电压级的相互联系的整个电力线路。动力系统：动力系统：指电力系统加上发电厂的指电力系统加上发电厂的“动力部动力部分分”。所谓。所谓“动力部分动力部分”，包括水力发电厂的水，包括水力发电厂的水库、水轮机，火力电厂的锅炉、汽轮机，以及核库、水轮机，火力电

12、厂的锅炉、汽轮机，以及核电厂的反应堆等。电厂的反应堆等。 所以，所以，电力网是电力系统的一个组成部分，电力网是电力系统的一个组成部分，而电力系统又是动力系统的一个组成部分，而电力系统又是动力系统的一个组成部分，这三这三者的关系见下图：者的关系见下图： 按电压等级的高低，电力网可分为：按电压等级的高低，电力网可分为：1KV1KV及其以下的低及其以下的低电压网，电压网，3 3330KV330KV的高电压网，的高电压网，330KV330KV1000KV1000KV的超高电压的超高电压网和网和1000KV1000KV以上的特高电压网。以上的特高电压网。 通常又将通常又将220KV220KV及以上的电力

13、线路称为及以上的电力线路称为输电线路输电线路，110KV110KV及以下的电力线路称为及以下的电力线路称为配电线路配电线路。配电线路又分为高压配电。配电线路又分为高压配电线路（线路（110KV110KV、66KV66KV、35KV35KV）、中压配电线路（）、中压配电线路（20KV20KV、10KV10KV、6KV6KV）和低压配电线路（）和低压配电线路（380/220V380/220V） 按电力网接线方式或结构，电力网可分为：开式网（一按电力网接线方式或结构，电力网可分为：开式网（一端电源供电的电力网）和闭式网（两端及多端电源供电的电端电源供电的电力网）和闭式网（两端及多端电源供电的电力网）

14、。力网）。 按供电范围，电力网可分为：按供电范围，电力网可分为：区域电网区域电网（220KV220KV及以上，及以上，输送功率大，传输距离长，范围广，主要供电给大型区域性输送功率大，传输距离长，范围广，主要供电给大型区域性变电所）和变电所）和地方电网地方电网（最高电压一般不超过（最高电压一般不超过110KV110KV，输送功，输送功率小，传输距离短，范围小，主要供电给地方负荷。工厂供率小，传输距离短，范围小，主要供电给地方负荷。工厂供电系统就属于地方电网的一种）。电系统就属于地方电网的一种）。4 4电能用户电能用户 凡取用电能的所有单位均称为电能用户凡取用电能的所有单位均称为电能用户 ，是，是

15、电力系统中应用电能的最终环节，如工业用户、农电力系统中应用电能的最终环节，如工业用户、农业用户和居民用户等。其中工业企业用电量约占我业用户和居民用户等。其中工业企业用电量约占我国全年总发电量的国全年总发电量的64%64%，是最大的电能用户。从供，是最大的电能用户。从供电的角度讲，总供电容量不超过电的角度讲，总供电容量不超过1000kVA1000kVA的为小型的为小型用户；超过用户；超过1000kVA1000kVA而少于而少于10000kVA10000kVA的为中型用户；的为中型用户；超过超过10000kVA10000kVA的为大型用户。的为大型用户。 下图是某电力系统示意图，此系统中有一个水下

16、图是某电力系统示意图，此系统中有一个水力发电厂和一个火力发电厂，水电厂发出的电经升力发电厂和一个火力发电厂，水电厂发出的电经升压变压器升压到压变压器升压到500KV500KV，再用，再用500KV500KV超高压输电线路超高压输电线路远距离输电至枢纽变电所（远距离输电至枢纽变电所（a a）；火力发电厂发出）；火力发电厂发出的电经升压变压器升压到的电经升压变压器升压到220KV220KV，再用，再用220KV220KV高压输高压输电线路输电至中间变电所（电线路输电至中间变电所（b b），三条），三条220KV220KV的电力的电力网构成环形，提高了供电可靠性。网构成环形，提高了供电可靠性。 供配

17、电系统是电力系统的一个重要组成部分，供配电系统是电力系统的一个重要组成部分，是电力系统中是电力系统中110KV110KV及以下电压等级，对某地区或及以下电压等级，对某地区或某工业企业进行供配电的系统。某工业企业进行供配电的系统。 电能的使用主要集中在工业用电、商业用电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，将向商业和居民供电的统称为工厂供配电系统，将向商业和居民供电的供配电系统称为民用供配电系统。以下主要介绍供配电系统称为民用供配电系统。以下主要介绍下图所示工厂供配电系统的组成。下图所示工厂

18、供配电系统的组成。 工厂供配电系统由总降压变电所、高压配电线路、车间工厂供配电系统由总降压变电所、高压配电线路、车间变电所、低压配电线路及用电设备组成。变电所、低压配电线路及用电设备组成。 1 1总降压变电所总降压变电所 总降压变电所负责将总降压变电所负责将3535110kV110kV的外部供电电压变换为的外部供电电压变换为6 610kV10kV的厂区高压配电电压，给厂区各车间变电所或高压的厂区高压配电电压，给厂区各车间变电所或高压电动机供电。电动机供电。 2 2车间变电所车间变电所 车间变电所将车间变电所将6 610kV10kV的电压降为的电压降为380/220V380/220V，再通过车，

19、再通过车间低压配电线路，给车间用电设备供电。间低压配电线路，给车间用电设备供电。 3 3配电线路配电线路 配电线路分为厂区高压配电线路和车间低压配电线路。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压变电所、车间变电所和高压用电厂区高压配电线路将总降压变电所、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。供应电能。 额定电压额定电压是指能使电气设备长期运行时获得最好经济效是指能使电气设备长期运行时获得最好经济效果的电压。它是根据国民经济发展的需要，考虑经济技术上果的电压。它是根据国

20、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。分析研究而制定的。 电力系统的额定电压包括电力系统中各种发电、供电、电力系统的额定电压包括电力系统中各种发电、供电、用电设备的额定电压。用电设备的额定电压。 GB/T156-2007 GB/T156-2007标准电压标准电压规定了规定了我国三相交流系统的标称电压和高于我国三相交流系统的标称电压和高于1000V1000V三相交流系统的三相交流系统的最高电压。最高电压。标称电压标称电压是系统设计选定的电压，又称额定电压；是系统设计选定的电压，又称

21、额定电压；系统最高电压系统最高电压是指在正常运行条件下是指在正常运行条件下, ,在系统的任何时间和在系统的任何时间和任何点上出现的电压的最高值。它不包括电压瞬变，比如，任何点上出现的电压的最高值。它不包括电压瞬变，比如，由于系统的开关操作及暂态的电压波动所出现的电压值。由于系统的开关操作及暂态的电压波动所出现的电压值。1.2 1.2 电力系统的额定电压电力系统的额定电压表表1-1 1-1 我国三相交流系统的标称电压、最高电压和电力设备的额定电压我国三相交流系统的标称电压、最高电压和电力设备的额定电压(kV)(kV)分类分类 系统标称电压系统标称电压( (额定电压额定电压) ) 系统最高电压系统

22、最高电压 发电机额定电压发电机额定电压 电力变压器额定电压电力变压器额定电压 一次绕组一次绕组 二次绕组二次绕组 低低压压 0.380.380.660.661 1（1.141.14）0.40.40.69 0.69 0.22/0.380.22/0.380.38/0.66 0.38/0.66 0.23/0.40.23/0.40.4/0.69 0.4/0.69 高高压压 3 3（3.33.3）6 61010202035356666110110220220330330500 500 750750100010003.63.67.27.21212242440.540.572.572.5126(123)12

23、6(123)252(245)252(245)363363550550800800110011003.153.156.36.310.510.513.813.8，15.75 15.75 ， 18 182020，22 22 ，2424，2626 3 3，3.153.156 6，6.36.31010，10.510.513.813.8，15.75 15.75 ，1818，2020，22 22 ，2424，2626202035356666110110220220330330500 500 750750100010003.153.15，3.33.36.36.3，6.66.610.510.5，11112121

24、，222238.538.572.672.6121121242242363363550 550 820820110011001 1额定电压的国家标准额定电压的国家标准(GB/T156-2007)(GB/T156-2007) 2 2电力系统各部分额定电压的规定电力系统各部分额定电压的规定（1 1）电力线路（或电网）的额定电压）电力线路（或电网）的额定电压: : 电网额定电压等级是国家根据国民经济发展的电网额定电压等级是国家根据国民经济发展的需要和电力工业的水平，经全面经济分析后确定的。需要和电力工业的水平，经全面经济分析后确定的。它是确定各类电力设备额定电压的基本依据。它是确定各类电力设备额定电压

25、的基本依据。 根据根据城市电力网规划设计导则城市电力网规划设计导则规定，我国规定，我国电力网各级额定电压（标称电压）为：电力网各级额定电压（标称电压）为：输电网：输电网： 500KV500KV、330KV330KV、220KV220KV高压配电网：（高压配电网：（220KV220KV）、）、110KV110KV、66KV66KV、35KV35KV中压配电网：（中压配电网：（35KV35KV）、）、20KV20KV、10KV10KV、6KV6KV低压配电网：低压配电网：0.38KV0.38KV、0.22KV0.22KV（2 2）用电设备的额定电压）用电设备的额定电压 用电设备的额定电压规定与同级

26、电力线路（电用电设备的额定电压规定与同级电力线路（电网）的额定电压相同。网）的额定电压相同。 由于电网中有电压损失，致使电网各点实际电由于电网中有电压损失，致使电网各点实际电压偏离额定值。因此通常用线路首端与末端的算术压偏离额定值。因此通常用线路首端与末端的算术平均值作为用电设备的额定电压，这个电压也是电平均值作为用电设备的额定电压，这个电压也是电网的额定电压。为了保证用电设备的良好运行，国网的额定电压。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设备应具有比电网电压允许偏差

27、更宽的正常工作电压范围。电压范围。（3 3）发电机的额定电压）发电机的额定电压 由于电力线路允许的电压偏差一般为由于电力线路允许的电压偏差一般为5%5%，即整个线，即整个线路从首端至末端允许有路从首端至末端允许有10%10%的电压损耗。为了维持线路的平的电压损耗。为了维持线路的平均电压为额定值，首端（电源端）的电压应较线路额定电均电压为额定值，首端（电源端）的电压应较线路额定电压高压高5%5%，而末端则可较线路额定电压低，而末端则可较线路额定电压低5%5%，所以，所以发电机的发电机的额定电压应高于同级线路额定电压的额定电压应高于同级线路额定电压的5%5%，用于补偿线路上，用于补偿线路上的电压损

28、失。的电压损失。 （4 4）电力变压器的额定电压：）电力变压器的额定电压： 电力变压器一次绕组是接受电能的，相当于用电力变压器一次绕组是接受电能的，相当于用电设备；二次绕组是送出电能的，相当于发电机，电设备；二次绕组是送出电能的，相当于发电机，因此对其额定电压的规定有所不同。因此对其额定电压的规定有所不同。1）电力变压器一次绕组的额定电压）电力变压器一次绕组的额定电压 : 有两种情况：有两种情况：A、当电力变压器直接与发电机相连当电力变压器直接与发电机相连，如上图中的，如上图中的变压器变压器T1，一次绕组的额定电压应与发电机额定电一次绕组的额定电压应与发电机额定电压相同，即高于同级线路额定电压

29、压相同，即高于同级线路额定电压5%。B、当变压器不与发电机相连，而是连接在线路上当变压器不与发电机相连，而是连接在线路上，如上图中的变压器如上图中的变压器T2，则可将变压器看作是线路上，则可将变压器看作是线路上的用电设备，因此其的用电设备，因此其一次绕组的额定电压应与线路一次绕组的额定电压应与线路额定电压相同。额定电压相同。2 2）变压器二次绕组的额定电压）变压器二次绕组的额定电压 变压器二次绕组的额定电压，是指变压器一变压器二次绕组的额定电压，是指变压器一次绕组接上额定电压而二次绕组开路时的电压，次绕组接上额定电压而二次绕组开路时的电压，即空载电压。即空载电压。 而变压器在满载运行时，二次绕

30、组内约有而变压器在满载运行时，二次绕组内约有5%5%的阻抗电压降。的阻抗电压降。 因此分两种情况讨论：因此分两种情况讨论：A A、变压器二次侧供电线路很长变压器二次侧供电线路很长（例如较大容量的高压线路），（例如较大容量的高压线路），如上图中的变压器如上图中的变压器T1T1，变压器二次绕组额定电压要比线路额变压器二次绕组额定电压要比线路额定电压高定电压高10%10%。原因：一方面要考虑补偿变压器二次绕组本身原因：一方面要考虑补偿变压器二次绕组本身5%5%的阻抗电压的阻抗电压降，另一方面还要考虑变压器满载时输出的二次电压要满足降，另一方面还要考虑变压器满载时输出的二次电压要满足线路首端应高于线路

31、额定电压的线路首端应高于线路额定电压的5%5%，以补偿线路上的电压损，以补偿线路上的电压损耗。耗。B B、变压器二次侧供电线路不长变压器二次侧供电线路不长（例如为低压线路或直接供电（例如为低压线路或直接供电给高、低压用电设备的线路），如上图中变压器给高、低压用电设备的线路），如上图中变压器T2T2，变压器二变压器二次绕组的额定电压，只需高于其所接线路额定电压次绕组的额定电压，只需高于其所接线路额定电压5%5%。原因：仅考虑补偿变压器内部原因：仅考虑补偿变压器内部5%5%的阻抗电压降，不必考虑线路的阻抗电压降，不必考虑线路上的电压损耗。上的电压损耗。 发电机发电机G G的额定电压的额定电压：UN

32、G=1.05UNL1=1.0510=10.5（kV） 变压器变压器T1的额定电压：的额定电压： U1NT1=UN.G=10.5（kV） U2NT1=1.1UNL2=1.1110=121(kV)变压器变压器T1的变比为：的变比为：10.5/121kV变压器变压器T2的额定电压：的额定电压：U1NT2=UNL2=110（kV） U2NT2=1.05UNL3=1.056=6.3(kV)变压器变压器T2的变比为：的变比为：110/6.3kV变压器直接与电动机相连，供电距离较短，可以不考虑线路上的电压损失。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 电力系统的中性点

33、是指发电机或变压器的中性点。电力系统的中性点是指发电机或变压器的中性点。当变压器或发电机的三相绕组为星形连接时，其中性点当变压器或发电机的三相绕组为星形连接时，其中性点有四种运行方式：有四种运行方式：1.1.中性点不接地的电力系统中性点不接地的电力系统 指系统中电源的中性点对地绝缘。我国指系统中电源的中性点对地绝缘。我国3 366kV66kV系系 统，一般采用中性点不接地的运行方式。统，一般采用中性点不接地的运行方式。图图1.71.7正常运行时中性点不接地的电力系统正常运行时中性点不接地的电力系统a a） 电路图电路图 b b） 相量图相量图 图图1.3.11.3.1为电源中性点不接地的电力系

34、统在正常运行时为电源中性点不接地的电力系统在正常运行时的电路图和相量图。为了讨论问题简化起见，假设图示三的电路图和相量图。为了讨论问题简化起见，假设图示三相系统的电源电压和线路参数相系统的电源电压和线路参数R R、L L、C C 都是对称的，而且都是对称的，而且将相线与大地之间存在的分布电容用一个集中电容将相线与大地之间存在的分布电容用一个集中电容C C 来表来表示，而相线之间存在的电容因对讨论的问题没有影响则予示，而相线之间存在的电容因对讨论的问题没有影响则予以略去。以略去。 (1)(1)系统正常运行时，三个相的相电压系统正常运行时，三个相的相电压 、 、 是对称的，是对称的，三个相的对地电

35、容电流三个相的对地电容电流 也是平衡的，如图所示。因此三也是平衡的，如图所示。因此三个相的电容电流的相量和为零，地中没有电流流过。各相个相的电容电流的相量和为零，地中没有电流流过。各相的对地电压，就是各相的相电压。的对地电压，就是各相的相电压。AUBUCUCOI(2)(2)当系统发生单相接地故障时，假设是当系统发生单相接地故障时，假设是C C相接地，如下图相接地，如下图a a所示。这时所示。这时C C相对地电压为零，即相对地电压为零，即 ，而，而A A相对地电压相对地电压 ，B B相对地电压相对地电压 ，如，如下图下图b b所示。由该相量图可知，所示。由该相量图可知，C C相接地时，完好的相接

36、地时，完好的A A、B B两相对地电压都两相对地电压都由原来的相电压升高到线电压，即升高为原对地电压的由原来的相电压升高到线电压，即升高为原对地电压的 倍。但系统线倍。但系统线电压无论是相位还是量值均未发生变化，其三相线电压仍然是对称的，电压无论是相位还是量值均未发生变化，其三相线电压仍然是对称的，系统中的三相设备仍能照常运行。系统中的三相设备仍能照常运行。()OCACKAAAUUUUUU 0KCCoUUU()OCBCKBBBUUUUUU 3（3 3）当）当C C相接地时，系统的接地电流（电容电流）相接地时，系统的接地电流（电容电流） 应为应为A A、B B两相对地电容电流之和，即两相对地电容

37、电流之和，即 。由图由图b b的相量图可知，在相位上的相量图可知，在相位上 超前超前 9090；而在量值上，由于而在量值上，由于 ，而而 ，因此，因此 ， 即单相接地电容电流为系统正常运行时相线对地即单相接地电容电流为系统正常运行时相线对地电容电流的电容电流的3 3倍。倍。CI()CCACBIII CICU3CCAII/3/3CAKACACCOIUXUXI3CCOII 确定中性点不接地系统的单相接地电容电流的经验公式：确定中性点不接地系统的单相接地电容电流的经验公式：式中式中, , 为系统的单相接地电容电流（为系统的单相接地电容电流（A A）；）； 为系统的额定为系统的额定电压（电压（kVkV

38、）; ; 为同一电压为同一电压 具有电气联系的架空线路总长具有电气联系的架空线路总长度（度（kmkm）；）； 为同一电压为同一电压 的具有电气联系的电缆线路总的具有电气联系的电缆线路总长度（长度（kmkm）。）。350)35(cabohNCllUICINUohlNUcablNU（5 5）中性点不接地系统一般都装有单相接地保护装置或绝）中性点不接地系统一般都装有单相接地保护装置或绝缘监测装置，在系统发生接地故障时，会及时发出警报，提缘监测装置，在系统发生接地故障时，会及时发出警报，提醒工作人员尽快排除故障。同时，在可能的情况下，应把负醒工作人员尽快排除故障。同时，在可能的情况下，应把负荷转移到备

39、用线路上去。荷转移到备用线路上去。 注意：注意：A,A,中性点不接地系统中，电气设备对地绝缘要求必须按线中性点不接地系统中，电气设备对地绝缘要求必须按线电压数值来考虑。电压数值来考虑。B,B,中性点不接地系统发生单相接地时，因其线电压仍然对中性点不接地系统发生单相接地时，因其线电压仍然对称，故可继续运行，但为了防止非故障相中再有一相发生称，故可继续运行，但为了防止非故障相中再有一相发生接地，造成两相短路，我国电力规程规定，中性点不接地接地，造成两相短路，我国电力规程规定，中性点不接地的电力系统发生单相接地故障时，单相接地运行时间的电力系统发生单相接地故障时，单相接地运行时间不应不应超过超过2

40、2小时。小时。Why?2.2.中性点经消弧线圈接地的电力系统中性点经消弧线圈接地的电力系统 消弧消弧 线圈线圈 中性点不接地的电力系统有一种故障情况比较危险，即在发生单相接地中性点不接地的电力系统有一种故障情况比较危险，即在发生单相接地故障时如果接地电流较大，将在接地故障点出现断续电弧。由于电力线路既故障时如果接地电流较大，将在接地故障点出现断续电弧。由于电力线路既有电阻有电阻、电感、电感，又有电容，又有电容，因此在发生单相弧光接地时，可形成一个，因此在发生单相弧光接地时，可形成一个的串联谐振电路，从而使线路上出现危险的过电压（可达相电压的串联谐振电路，从而使线路上出现危险的过电压（可达相电压

41、的的2.52.53 3倍），这可能导致线路上绝缘薄弱地点的绝缘击穿。为了防止单相倍），这可能导致线路上绝缘薄弱地点的绝缘击穿。为了防止单相接地时接地点出现断续电弧，引起谐振过电压，在单相接地电容电流大于一接地时接地点出现断续电弧，引起谐振过电压，在单相接地电容电流大于一定值时定值时(3(310KV10KV系统中，接地电流大于系统中，接地电流大于30A30A；20KV20KV及以上系统中，接地电流及以上系统中，接地电流大于大于10A)10A)，电力系统中性点必须采取经消弧线圈接地的运行方式。，电力系统中性点必须采取经消弧线圈接地的运行方式。 当中心点经消弧线圈接地系统发生单相接地时，当中心点经消

42、弧线圈接地系统发生单相接地时，消弧线圈产生的电感电流与接地电容电流方向相反，消弧线圈产生的电感电流与接地电容电流方向相反，适当调节这个电感适当调节这个电感电流可使其与接地点的电容电流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小或接近于零，从互相补偿，使得总的接地电流变小或接近于零，从而有利于消除接地点的电弧以及由此引起的其他危而有利于消除接地点的电弧以及由此引起的其他危害，消弧线圈也因此得名。害，消弧线圈也因此得名。 中性点经消弧线圈接地系统，发生单相接地故中性点经消弧线圈接地系统，发生单相接地故障时的特点与中性点不接地系统相同。障时的特点与中性点不接地系统相同。3.3.中性点直

43、接接地的电力系统中性点直接接地的电力系统 图图1.3.41.3.4一相接地时的中性点直接接地系统一相接地时的中性点直接接地系统 指系统中电源的中性点经一无阻抗（金属性）接地线直指系统中电源的中性点经一无阻抗（金属性）接地线直接与大地连接，中性点电位为地电位，正常运行时中性点没接与大地连接，中性点电位为地电位，正常运行时中性点没有电流通过。有电流通过。 当系统发生单相接地时，就构成单相短路，短当系统发生单相接地时，就构成单相短路，短路电流很大，会使线路上的保护装置动作，切除路电流很大，会使线路上的保护装置动作，切除故障。其它两完好相的对地电压不会升高，因此，故障。其它两完好相的对地电压不会升高，

44、因此，该系统中的供电设备的绝缘只需按相电压考虑，该系统中的供电设备的绝缘只需按相电压考虑，而无需按线电压考虑。而无需按线电压考虑。 我国采用中性点直接接地的电力系统有：我国采用中性点直接接地的电力系统有：（1 1）110KV110KV及以上的超高压系统及以上的超高压系统（2 2）380/220V380/220V低压配电系统低压配电系统 4. 中性点经低电阻接地的电力系统中性点经低电阻接地的电力系统（1 1）中性点经低电阻接地系统产生的背景）中性点经低电阻接地系统产生的背景 现代化大、中型城市在电网改造中大量采用电缆线路现代化大、中型城市在电网改造中大量采用电缆线路代替架空线路，而电缆线路的单相

45、接地电容电流远比架空代替架空线路，而电缆线路的单相接地电容电流远比架空线路的大（由前述单相接地电容电流经验公式可看出）。线路的大（由前述单相接地电容电流经验公式可看出）。因此，即使采用中心点经消弧线圈接地的方式往往也无法因此，即使采用中心点经消弧线圈接地的方式往往也无法在发生接地故障时完全消除故障点的电弧；而间歇性电弧在发生接地故障时完全消除故障点的电弧；而间歇性电弧及谐振引起的过电压会损坏供配电设备和线路，从而导致及谐振引起的过电压会损坏供配电设备和线路，从而导致供电的中断。因此我国一些大城市的供电的中断。因此我国一些大城市的10kV10kV系统采用了中性系统采用了中性点经低电阻接地的方式。

46、该方式具有切除单相接地故障快、点经低电阻接地的方式。该方式具有切除单相接地故障快、过电压水平低的优点。例如，北京市四环路以内地区的变过电压水平低的优点。例如，北京市四环路以内地区的变电站，电站，10kV10kV系统中性点均采用经低电阻接地方式。系统中性点均采用经低电阻接地方式。 （2）中性点经低电阻接地系统的作用介绍）中性点经低电阻接地系统的作用介绍 它接近于中性点直接接地的运行方式，必须装设动它接近于中性点直接接地的运行方式，必须装设动作于跳闸的单相接地故障保护。在系统发生单相接地时，作于跳闸的单相接地故障保护。在系统发生单相接地时，保护装置会迅速动作，切除故障线路，通过备用电源的保护装置会

47、迅速动作，切除故障线路，通过备用电源的自动投入，恢复对重要负荷的供电。由于这类城市电网，自动投入，恢复对重要负荷的供电。由于这类城市电网，通常都采用环网供电方式，而且保护装置完善，因此供通常都采用环网供电方式，而且保护装置完善，因此供电可靠性是相当高的。适用于以电缆线路为主，不容易电可靠性是相当高的。适用于以电缆线路为主，不容易发生瞬时性单相接地故障且系统电容电流比较大的城市发生瞬时性单相接地故障且系统电容电流比较大的城市电网、发电厂用电系统及企业配电系统。电网、发电厂用电系统及企业配电系统。 小结：小结：电力系统的中性点运行方式，对于供电力系统的中性点运行方式，对于供电可靠性、过电压、绝缘配

48、合、短路电流、继电电可靠性、过电压、绝缘配合、短路电流、继电保护、系统稳定性以及对弱电系统的干扰等诸方保护、系统稳定性以及对弱电系统的干扰等诸方面都有不同程度的影响，特别是在系统发生单相面都有不同程度的影响，特别是在系统发生单相接地故障时，有明显的影响。因此，电力系统的接地故障时，有明显的影响。因此，电力系统的中性点运行方式，应依据国家的有关规定，并根中性点运行方式，应依据国家的有关规定，并根据实际情况而确定。据实际情况而确定。 频率的质量是以频率偏差来衡量。我国采用的额定频率频率的质量是以频率偏差来衡量。我国采用的额定频率为为5050赫兹。在正常情况下，频率的允许偏差，根据电网的装赫兹。在正

49、常情况下，频率的允许偏差，根据电网的装机容量而定；事故情况下，频率允许偏差更大。频率的允许机容量而定；事故情况下，频率允许偏差更大。频率的允许偏差见下表：偏差见下表： 衡量电能质量的基本指标：衡量电能质量的基本指标：电压、频率和波形电压、频率和波形1.4.1 1.4.1 频率频率 电压质量对各类用电设备的工作性能、使用寿命、电压质量对各类用电设备的工作性能、使用寿命、安全及经济运行都有直接的影响。安全及经济运行都有直接的影响。 频率的调整主要依靠发电厂来调节发电机的转速，频率的调整主要依靠发电厂来调节发电机的转速，对于工业与民用建筑供电系统来说，提高电能质量主要对于工业与民用建筑供电系统来说，

50、提高电能质量主要是提高是提高电压质量电压质量的问题。的问题。1.4.2 1.4.2 电压质量电压质量 电压质量不只是指对额定电压来说就是电压偏高或电压质量不只是指对额定电压来说就是电压偏高或偏低，即电压偏差的问题，而且包括电压波动以及电压偏低，即电压偏差的问题，而且包括电压波动以及电压波形是否畸变，即所含高次谐波是否超过规定标准的问波形是否畸变，即所含高次谐波是否超过规定标准的问题。题。 100%NNUUUU1 1，电压偏差，电压偏差 电压偏差又称电压偏移，是指用电电压偏差又称电压偏移，是指用电设备端电压设备端电压U U与用电设备额定电压与用电设备额定电压U UN N之差对额定电压之差对额定电

51、压U UN N的百分数，即的百分数，即 设备在线路上工作地点的不同、供配电系统运设备在线路上工作地点的不同、供配电系统运行方式的改变以及负荷缓慢地变化都会使供配电系行方式的改变以及负荷缓慢地变化都会使供配电系统各点的实际电压发生变化，从而引起电压偏差。统各点的实际电压发生变化，从而引起电压偏差。 对感应电动机的影响：对感应电动机的影响：由于电动机转矩与电压的平方成正由于电动机转矩与电压的平方成正比，当电压出现正偏差时，电动机接线端电压升高，激磁电比，当电压出现正偏差时，电动机接线端电压升高，激磁电流和温升增加，绝缘受到过电压和过热的威胁；当电压出现流和温升增加，绝缘受到过电压和过热的威胁；当电

52、压出现负偏差时，转矩下降转速降低，同时负荷电流会增加，都将负偏差时，转矩下降转速降低，同时负荷电流会增加，都将影响电动机的使用寿命。影响电动机的使用寿命。 对照明设备的影响：对照明设备的影响：照明设备的发光效率与电压的关系极照明设备的发光效率与电压的关系极大，当电压降低时会引起照明设备的效率降低，造成照度不大，当电压降低时会引起照明设备的效率降低，造成照度不足，影响照明效果，同时还会导致气体放电光源的照明器不足，影响照明效果，同时还会导致气体放电光源的照明器不能正常点燃；当电压偏高时，光源寿命缩短很多。能正常点燃；当电压偏高时，光源寿命缩短很多。电压偏差对系统和用户的影响电压偏差对系统和用户的

53、影响 对电子设备的影响：对电子设备的影响：对于大规模自动控制系统对于大规模自动控制系统计算中心来说，电压偏差会造成系统的工作紊乱，计算中心来说，电压偏差会造成系统的工作紊乱，数据损坏；对于精密机床、机器人等，电压偏差可数据损坏；对于精密机床、机器人等，电压偏差可能造成无法保持对其驱动过程的精确控制。能造成无法保持对其驱动过程的精确控制。 对无功补偿的影响对无功补偿的影响: : 电压过低会引起补偿电容电压过低会引起补偿电容器组输出无功减少，不能满足补偿要求。器组输出无功减少，不能满足补偿要求。 电压偏差允许值电压偏差允许值 GB/T12325-2008GB/T12325-2008电能质量电能质量

54、 供电电压偏差供电电压偏差规定了规定了我国供电电压偏差的限值为：我国供电电压偏差的限值为： 35KV35KV及以上电压供电电压正负偏差绝对值之和不超过额及以上电压供电电压正负偏差绝对值之和不超过额定电压的定电压的10%10% 20KV20KV及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的7%7% 220V220V单相供电电压允许偏差为单相供电电压允许偏差为+7%+7%、-10%-10% GB50052-2009 GB50052-2009供配电系统设计规范供配电系统设计规范规定：规定： 正常运行情况下，用户设备端子处电压偏差允许值正常运行情况下，用户设备端子处电压偏

55、差允许值应符合下列要求：应符合下列要求： 电动机电动机: :5%5% 照明灯照明灯: :一般场所一般场所5%5%；在视觉要求较高的场；在视觉要求较高的场所所+5%+5%，-2.5%-2.5%；对于远离变电所的小面积一般工作；对于远离变电所的小面积一般工作场所，难于满足上述要求时，可为场所，难于满足上述要求时，可为+5%+5%、-10%-10%；应；应急照明、道路照明和警卫照明等为急照明、道路照明和警卫照明等为+5%+5%、-10%-10% 其它用电设备其它用电设备: :无特殊规定时无特殊规定时5%5% 电压调整措施电压调整措施 为了减小电压偏差，保证用电设备在最佳状态下运行，为了减小电压偏差，

56、保证用电设备在最佳状态下运行，供配电系统必须采用相应的电压调整措施：供配电系统必须采用相应的电压调整措施： 合理选择变压器的电压分接头或采用有载调压变压器。合理选择变压器的电压分接头或采用有载调压变压器。 降低系统阻抗降低系统阻抗 尽量使系统的三相负荷均衡，以减小电压偏移。尽量使系统的三相负荷均衡，以减小电压偏移。 合理地改变供配电系统的运行方式，以调整电压偏移。合理地改变供配电系统的运行方式，以调整电压偏移。 采用无功功率补偿装置，提高功率因数，降低电压损采用无功功率补偿装置，提高功率因数，降低电压损耗，缩小电压偏移范围。耗，缩小电压偏移范围。 2 2，电压波动和闪变，电压波动和闪变 电网电

57、压在短时间内急剧变化而偏离额定值电网电压在短时间内急剧变化而偏离额定值的现象，称为电压波动。的现象，称为电压波动。 周期性电压急剧变化引起电光源光通量急剧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的视觉感官不舒适的现象，称为闪波动而造成人的视觉感官不舒适的现象，称为闪变。变。 电压波动是指电网电压有效值的连续快速变电压波动是指电网电压有效值的连续快速变动，即每秒电压有效值的变化大于或等于动，即每秒电压有效值的变化大于或等于0.2% UN 。 电压波动值，以用户公共供电点在时间特性电压波动值，以用户公共供电点在时间特性曲线上相邻的最大与最小的电压有效值曲线上相邻的最大与最小的电压有效值U

58、 max与与U min之差，与电网额定电压之差，与电网额定电压UN的百分值来表示，即的百分值来表示，即maxmin%100%NUUUU 电压波动是由于负荷急剧变动的冲击性负荷引起的。电压波动是由于负荷急剧变动的冲击性负荷引起的。负荷的急剧变动，使电网的电压损耗也相应变动，从而使负荷的急剧变动，使电网的电压损耗也相应变动，从而使用户公共供电点的电压出现波动现象。例如电动机的起动，用户公共供电点的电压出现波动现象。例如电动机的起动，电焊机的工作，特别是大型电弧炉和大型轧钢机等冲击性电焊机的工作，特别是大型电弧炉和大型轧钢机等冲击性负荷的投入运行，均会引起电网电压的波动。负荷的投入运行，均会引起电网

59、电压的波动。 电压波动可影响电动机的正常起动，甚至使电动机无电压波动可影响电动机的正常起动，甚至使电动机无法起动；会引起同步电动机的转子振动；使电子设备和电法起动；会引起同步电动机的转子振动；使电子设备和电子计算机无法正常工作；可使照明灯光发生明显的闪变，子计算机无法正常工作；可使照明灯光发生明显的闪变，严重影响视觉，使人无法正常工作和学习。因此，国家标严重影响视觉，使人无法正常工作和学习。因此，国家标准准GB123262008GB123262008电能质量电能质量电压波动和闪变电压波动和闪变规定了规定了电力系统不同电压等级下的电压波动和闪变的限值。（教电力系统不同电压等级下的电压波动和闪变的

60、限值。（教材表材表1-41-4、表、表1-51-5、表、表1-61-6） 电压波动和闪变的限制措施：电压波动和闪变的限制措施： 对负荷变动剧烈的大型电气设备，采用专用对负荷变动剧烈的大型电气设备，采用专用线路或专用变压器单独供电线路或专用变压器单独供电 增大供电容量，降低共用配电线路阻抗增大供电容量，降低共用配电线路阻抗 提高供电电压提高供电电压 增加短路容量增加短路容量 采用静止型无功功率补偿装置（采用静止型无功功率补偿装置（SVC)SVC)，吸收，吸收随机变化的冲击无功功率和动态谐波电流随机变化的冲击无功功率和动态谐波电流 3 3，波形畸变，波形畸变 电压波形的质量主要是以正弦电压波形畸变