电力系统的基本慨念

电力系统的基本慨念

讲课人:詹乐贵

概论1.电力系统的组成

2.电力系统专业术语3.电力系统的额定电压和额定频率

4.对电力系统运行的基本要求

5.电力系统的接线方式6.小结7.习题

概论电能是现代社会中最重要，也是最方便的能源．电能具有许多优点：它可以方便地转化为别种形式的能．如，机槭能、热能、光能、化学能等．电能生产的种类很多，有热能发电、水能发电、核能发电、风能发电以及其他（化学能、太阳能）发电形式。1.电力系统的组成(一)电力生产、传输、消费发电厂用以将热能、核能、水能、太阳能、风能等转换为电能电能经传输送到负荷终端再根据用户的需要转化为机械能、热能、光能、化学能满足人们的社会需求和生活需求便于传输，便于能量转换电能清洁、卫生。电厂远离城市，是一种环保型二次能源（二）变电站变电站是电能的集散地，是电压变换、电能传输分配的中心。电能在变电站汇集、联络、分配、将电压升高便于传输，将电压降低便于使用。变电站的电压等级：750kV、500kV、330kV、220kV、110kV、66kV、35kV、10kV、6kV通常有一次变和二次变之分，110kV及以上变电所称一次变，35kV（66kV）变电所称二次变。（三）变电站设备基本结构由一次设备（变压变流设备、开关设备、导线）和二次设备（计量检测保护控制设备）组成。一次设备主要包括：进出线、母线、变压器、电抗器、隔离开关、断路器、开关柜、避雷器、电压电流互感器、电容补偿装置。二次设备主要包括：一次设备及输电线路的继电保护装置、监测控制装置，测量计量装置等。变电站还应配备通讯调度设备。（四）户内、户外变电站户内、户外式变电站的区别通常是将高低压配电装置布置在户内，还是布置在户外。而变压器一般都是放置在户外（在城市中心区域，也有把变压器布置在户内的）。户内式变电站占地面积小，结构紧凑，外貌美观、设备防污秽能力强，但造价高，通常分布在城市周围或市区内；户外式变电站则完全相反。（五）输电线路各电厂所发出的电能通过输电线路与电网连接。通过变电站升（降）电压，各电压等级输电线路所形成的电网把电能传输到各地的负荷中心强大的电网使电力供应更加安全可靠

发电厂把别种形式的能量转换成电能,电能经过变压器和不同电压等级的输电线路输送并被分配给用户、在通过各种用电设备转换成适合用户需要的别种能量.

这些生产、输送、分配和消费电能的各种电气设备连接在一起而组成的整体称为电力系统.(如图)

火电厂的汽轮机、锅炉、供热管道和热用户,水电厂的水轮机和水库等属于与电能生产相关的动力部分.

电力系统中输送和分配电能的部分称为电力网.

由于电工技术的发展,直流输电作为一种补充的输电方式得到了实际应用.在交流电力系统内或者在两个交流电力系统之间嵌入直流输电系统,便构成了现代交直流联合系统.

直流输电系统由换流设备、直流线路以及相关的附属设备组成.(如图)直流系统正极、负极接地对运行有很多危害：直流系统正极接地会造成保护误动作，因为一般跳闸均接在负极电源上，若这些回路再发生接地或绝缘不良，就会引起保护误动作。直流负极接地与直流正极接地相同，如回路中再有一点接地，就会有可能造成保护误动。若两点接地恰好将跳闸或合闸回路短路，还有可能烧坏继电器触头。

2.电力系统专业术语

额定电压（RatedVoltage）：维持设备正常工作的工作电压，以有效值表示，单位：V（伏特）或kv（千伏）。额定电流（RatedCurrent）：设备在正常工作条件下所能承受的最大电流，以有效值表示，单位：A（安培）。额定频率（RatedFrequency）：也叫工频，交流电在单位时间内交变的周期数，单位：Hz（赫兹）。我国电网频率为50Hz。额定容量（RatedCapacity）：在正常工作条件下，设备（系统）输入、输出电能的能力。一般来说，此值表示设备（系统）的输入、输出定值；单位可以是W（瓦特），也可以是VA（伏安），常用KW（千瓦）或KVA（千伏安）。线电压（LineVoltage或PhasetoPhaseVoltage）：通常供电方式采用三相三线制、三相四线制、三相五线制，三相电主要用于工、农业中功率较大的电器设备。三相一般用L1、L2、L3表示，对于电机类产品则用U、V、W表示，零线（中性线）用N表示，接地线一般用PE表示，PE与N并非同一点。相电压（PhasetpGroundVoltage）：线电压是指相对相之间的电压，相电压相线对中性线之间的电压。例如：380V/220V，前者是线电压，后者是相电压，两者相差√3倍。工频耐压（ACWithstandVoltage）：设备、系统在额定频率下所能承受而不损坏的电压耐受强度。可分为干耐受和湿耐受，一般情况下，工频耐受电压的时间为1分钟（60秒），由系统的操作过电压决定。视在功率：指设备所能输入、输出的总功率，包括有功功率和无功功率，通常用“S”表示，单位：VA（伏安）或KVA（千伏安）。有功功率：视在功率中用来做功的分量，用“P”表示，单位：W（瓦）。无功功率：视在功率中用来建立电磁场的分量，用“Q”表示，单位：Var（乏）。功率因数：是指电力系统或设备的有功功率占视在功率的比率，用CosΦ表示，分滞后和超前两种。一般的配电网络均为滞后，而调相机及电容器为超前。无功补偿：为了提高用电设备的效率，利用电容器对电网的功率因数进行修正的一种手段，无功补偿有集中补偿和分散补偿两种，多数采用集中补偿，大型设备和特殊设备一般采用分散补偿。系统接地方式：是指供电、配电系统的中性点接地方式。主要分为大电流接地和小电流接地方式，大电流接地方式是指中性点直接接地，小电流接地方式是指中性点不接地或经消弧线圈、电阻等元件接地。在我国，400V和110kV以上等级的电力系统绝大部分采用中性点直接接地方式，即大电流接地方式；6kV至60kV系统大部分采用中性点不直接接地或不接地方式，即小电流接地方式。供电可靠性：是指供电的可靠程度。计算公式为：供电可靠率=1-用户全年停电时间/365×24，目前我国要求可靠率为99.99%，即全年停电时间不超过52分钟；发达国家要求为99.999%，即全年停电时间不超过5分钟。雷电冲击耐压（BIL）：设备、系统所能承受而不损坏的模拟雷电冲击实验电压，用以衡量系统、设备对冲击电压的耐受强度。热稳定电流：设备所能耐受的短路最大电流（（有效值），持续时间2~4秒。电流波形是对称的，考核的是设备所能承受最大热效应的能力，即在设备通过所规定的大电流时，不会造成设备各部件过热、甚至烧毁；单位：KA动稳定电流：设备所能耐受的最大电流峰值，持续时间为几个周波。电流波形是不对称的，IEC及中国国家标准规定其值为热稳定电流的2.5倍，考核的是设备所能承受最大电动力的能力，单位：KA。短时耐受电流：即为热稳定电流；单位：KA。

3.电力系统的额定电压和额定频率

电气设备都是按照指定的电压和频率来进行设计制造的,这个指定的电压和频率,称为电气设备的额定电压和额定频率.当电气设备在此电压和频率下运行时,将具有最好的技术性能和经济效果.

电力线路的额定电压和系统的额定电压相等,有时把它们称为网络的额定电压.如220kV网络等等.

变压器在电力系统中传输功率的方向,我们规定变压器接受功率一侧的绕组为一次绕组,输出功率一侧的绕组为二次绕组.

一次绕组的作用相当于受电设备,其额定电压与系统的额定电压相等.

二次绕组的作用相当于供电设备,考虑其内部电压损耗,额定电压规定比系统的额定电压高10%.(如图)

电压和频率是电气设备和制造的基本技术参数,也是衡量电能质量的两个基本指标.我国采用的额定频率为50Hz,正常运行时允许的偏移为士0.2%~士0.5%Hz.用户供电电压的允许偏移对于35kV及以上电压级为额定值的士5%,10kV及以下电压级为士7%.

频率主要决定于系统中的有功功率平衡,系统发出的有功功率不足,频率就偏低.电压则主要取决于系统中的无功功率平衡,无功功率不足时,电压就偏低.

对电力系统运行的基本要求:

(1)保证安全可靠的供电

(2)要有合乎要求的电能质量

(3)要有良好的经济性

(4)尽可能减少对生态环境的有害影响

我国将负荷分为以下三级:

第一级,对这一级负荷中断供电的后果是极为严重的.

第二级,对这一级负荷中断供电将造成大量减产,使城市中大量居民的正常活动受到影响等.

第三级,不属于第一、第二级的,停电影响不大的其他负荷都属于第三级负荷.

5.电力系统的接线方式

电力网的接线方式通常按供电可靠性分为无备用和有备用两类.无备用接线的网络中,每一个负荷只能靠一条线路取得电能(如图)

这类接线的特点是简单,设备费用较少,运行方便.缺点是供电的可靠性比较低.

每一个负荷都只能沿唯一的路径取得电能的网络,称为开式网络.

在有备用的接线方式中,最简单的一类是在无备用网络的每一段线路上都采用双回路.(如图)

由一个或几个电源点和一个或几个负荷点通过线路连接而成的环形网络.(如图)

另一种常见的有备用接线方式是两端供电网络(如图),其供电可靠性相当于两个电源的环形网络.

环形网络和两端供电网络中每一个负荷点至少通过两条线路从不同的方向取得电能,具有这种接线特点的网络又统称为闭式网络.

电力网按其职能可以分为输电网络和配电网络

输电网络的主要任务是,将大容量发电厂的电能可靠而经济地输送到负荷集中地区.输电网络通常由电力系统中电压等级最高的一级或两级电力线路组成.

配电网络的任务是分配电能.配电线路的额定电压一般为0.4~35kV,有些负荷密度较大的大城市也采用110kV,以至220kV.

6.小