电气工程专业基础

4电气工程基础北京建筑工程学院电气工程与自动化系李英姿2004年3月全国注册电气工程师考试——专业基础部分4.1电力系统基本知识

考试大纲1.1了解电力系统运行特点和基本要求1.2掌握电能质量的各项指标1.3了解电力系统中各种结线方式及特点1.4掌握我国规定的网络额定电压与发电机、变压器等元件的额定电压1.5了解电力网络中性点运行方式及对应的电压等级4.1.1电力系统运行特点和基本要求

1．电力系统的组成由发电厂的发电机、升压及降压变电设备、电力网及电能用户（用电设备）组成的系统统称为电力系统。

（1）发电厂：生产电能。（2）电力网：变换电压、传送电能。

由变电所和电力线路组成。（3）配电系统：将系统的电能传输给电力用户。（4）电力用户：高压用户额定电压在1kV以上，低压用户额定电压在1kV以下。（5）用电设备：消耗电能。4.1.1电力系统运行特点和基本要求

2．电能的特点（1）电能不能储存电能的生产、输送、分配和使用同时完成。

（2）暂态过程非常迅速电能以电磁波的形式传播，传播速度为300km／ms。

（3）和国民经济各部门间的关系密切。4.1.1电力系统运行特点和基本要求3．对电力系统提出的要求（1）保证供电可靠性

（2）保证电能质量

（3）提高电力系统运行的经济性（4）环境保护问题

4.1.2衡量电能质量的指标

1．电压偏差（移）电压偏差（移）指当供配电系统改变运行方式或负荷缓慢地变化使供配电系统各点的电压也随之改变，各点的实际电压与系统额定电压之差，通常用与系统额定电压的百分比值数表示。用公式表示为

（4-1-1）式中——用电设备的额定电压，kV；——用电设备的实际端电压，kV。4.1.2衡量电能质量的指标2．电压波动一系列的电压变动或电压包络线的周期性变动，电压的最大值与最小值之差与系统额定电压的比值以百分数表示，其变化速度等于或大于每秒0.2％时称为电压波动。波动的幅值为：

（4-1-2）式中——用电设备端电压的最大波动值，kV；——用电设备端电压的最小波动值，kV。

4.1.2衡量电能质量的指标3．电压闪变负荷急剧的波动造成供配电系统瞬时电压升高，照度随之急剧变化，使人眼对灯闪感到不适，这种现象称为电压闪变。4．不对称度不对称度是衡量多相负荷平衡状态的指标，多相系统的电压负序分量与电压正序分量之比值称为电压的不对称度，电流负序分量与电流正序分量之比值称为电流的不对称度，均以百分数表示。

4.1.2衡量电能质量的指标5．正弦波形畸变率当网络电压波形中出现谐波（有时为非谐波）时网络电压波形就要发生畸变。谐波干扰是由于非线性系统引起的。它产生出不同于网络频率的电压波，或者具有非正弦形的电流波。（1）n次谐波电压、电流含有率

（4-1-3）4.1.2衡量电能质量的指标5．正弦波形畸变率（2）电压、电流总谐波畸变率（4-1-4）式中、——n次谐波电压、电流的方均根值，kV、A；、——基波电压（50Hz）、电流的方均根值，kV、A。4.1.2衡量量电电能能质质量量的的指指标标（3）谐谐波波电电压压的的总总平平均均畸畸变变系系数数（4-1-5）式中中———谐波波电电压压的的总总平平均均畸畸变变系系数数；；———变化化时时间间，，＝＝3s；———n次谐谐波波电电压压的的方方均均根根值值，kV；4.1.2衡量量电电能能质质量量的的指指标标6．频频率率偏偏差差频率率偏偏差差是是指指供供电电的的实实际际频频率率与与电电网网的的额额定定频频率率的的差差值值。。我国国电电网网的的标标准准频频率率为为50Hz，又叫叫工工频频。。频率率偏偏差差一一般般不不超超过过±0.25Hz，当电电网网容容量量大大于于3000MW时，，频频率率偏偏差差不不超超过过±0.2Hz。调整整频频率率的的办办法法是是增增大大或或减减小小电电力力系系统统发发电电机机有有功功功功率率。。4.1.2衡量量电电能能质质量量的的指指标标7．供供电电可可靠靠性性供电电可可靠靠性性指指标标是是根根据据用用电电负负荷荷的的等等级级要要求求制制定定的的。。衡量量供供电电可可靠靠性性的的指指标标，，用用全全年年平平均均供供电电时时间间占占全全年年时时间间百百分分数数表表示示。。4.1.3电网网接接线线方方式式与与特特点点电力力系系统统的的接接线线方方式式大大致致分分为为两两大大类类：：（1）无无备备用用电电源源接接线线（2）有有备备用用电电源源接接线线具体体表表现现型型式式有有（1）放放射射式式（2）树树干干式式（3）混混合合式式（4）环环网网式式4.1.3电网网接接线线方方式式与与特特点点1．无无备备用用接接线线（（开开式式电电力力网网））方方式式无备备用用接接线线包包括括：：（1）单单回回放放射射式式（2）树树干干式式（3）链链式式网网络络a）放射射式式b）干线线式式c）链式式4.1.3电网网接接线线方方式式与与特特点点2．有备用接线线（闭式电力力网）方式有备用接线方方式包括（1）双回放射式式（2）树干式（3）链式（4）环式（5）两端供电网网络a）放射式b）干线式c）链式d）环式e）两端供电网络络4.1.3电网接线方式式与特点有备用接线的的双回放射式式、树干式和和链式网络用用于一、二级级负荷。环式接线，供供电经济、可可靠，但运行行调度复杂，，线路发生故故障切除后，，由于功率重重新分配，可可能导致线路路过载或电压压质量降低。。两端供电接线线方式必须有有两个独立的的电源。4.1.4额定电压1.电网的额定电电压线路首末两端端电压的平均均值应等于电电网额定电压压。此电压做为确确定其他电力力设备额定电电压的依据。。2.用电设备的额额定电压用电设备的额额定电压等于于电网额定电电压。3.发电机的额定定电压发电机的额定定电压规定比比同级电网电电压高5％。补偿电压压损失。4.1.4额定电压4.电力变压器的的额定电压电力变压器的的一次绕组的的额定电压根根据连接情况况不同分为两两种：当变压压器直接与发发电机相连时时，其一次绕绕组的额定电电压与发电机机的额定电压压相同，即高高出同级电网网额定电压5％；当变压器直接接与电网相连连时，其一次次绕组的额定定电压与电网网的额定电压压相同，即等等于同级电网网额定电压。。4.1.4额定电压电力变压器的的二次绕组的的额定电压是是指一次绕组组在额定电压压作用下，二二次绕组的空空载电压。当变压器满载载时，变压器器的一、二次次绕组的阻抗抗将引起变压压器自身的电电压降（大约约相当于电网网额定电压的的5％），从而使使二次绕组的的端电压小于于空载电压。。为了弥补线线路中的电压压损失，变压压器的二次绕绕组的额定电电压应高于电电网额定电压压5％，因此变压压器二次绕组组的额定电压压规定比同级级电网额定电电压高10％；若变压器靠近近用户，供电电半径较小时时，由于线路路较短，线路路的电压损失失可以忽略不不计，这时变变压器的二次次绕组的额定定电压应高于于电网额定电电压5％，用以补偿偿变压器自身身的电压损失失。4.1.5电力系统的中中性点运行方方式1．中性点不接接地系统系统中性点不不接地是指系系统中性点对对地绝缘。当当系统发生单单相接地故障障后系统的三三相对称关系系并未破坏，，仅中性点及及各相对地电电压发生变化化，中性点的的电压上升到到相电压，非非故障相对地地电压值增大大为倍相电压压，故对于该该中性点不接接地系统可以以带故障继续续运行2小时。故障相相接地点的对对地故障电流流为正常运行行时对地电容容电流的3倍。在我国配电网网电压在10～35kV之间的架空线线路多采用此此接地方式。。4.1.5电力系统的中中性点运行方方式2．中性点直接接接地系统系统中性点经经一无阻抗（（金属性）接接地线接地的的方式成为中中性点直接接接地。此接地系统一一般应用在接接有单相负载载的低压（380/220V）配电系统和电电力系统高压压（110kV以上）输电线线路上。4.1.5电力系统的中中性点运行方方式3．中性点经阻阻抗接地系统统在系统中性点点与大地之间间用一阻抗相相连的接地方方式称为中性性点经阻抗接接地。根据接接地电阻器电电阻值的大小小，接地系统统分为高电阻阻接地和低电电阻接地。（1）高电阻接地地：此种方式式接地电流较较小，通常在在5～10A范围内，但至至少应等于系系统对地的总总电容电流。。保护方式需需要配合接地地指示器或警警报器，保证证故障时线路路立即跳脱。。（2）低电阻接地地：增大接地地短路电流，，使保护迅速速动作，切除除故障线路。。电阻值的大大小，必须使使系统具有足足够的最小接接地故障电流流（大约400A以上），保证证接地继电器器准确动作。。目前我国大城城市10kV配电网的接地地方式大多采采用经低电阻阻接地的方式式。思考题、习题题1-1．电力网、电电力系统和动动力系统的定定义是什么？？1-2．对电力系统统运行的基本本要求是什么么？1-3．电力系统的的电气接线图和地理理接线图有何何区别？1-4．何为电力系系统的中性点？其运运行方式如何何？它们有什什么特点？我我国电力系统统中性点运行行情况如何？？1-5．中性点不接地地的电力系统统发生单相接接地故障时，，各相对地电电压有什么变变化？单相接接地电流的性性质如何？怎怎样计算？1-6．消弧线圈的的工作原理是是什么？补偿偿方式有哪些些？电力系统统一般采用哪哪种补偿方式式？为什么？？思考题、习题题1-7．电力系统的的额定电压是是如何确定的的？系统各元元件的额定电电压如何确定定？1-8．