第1章电力系统的基本概念

电力系统分析电力系统稳态分析电力系统稳态分析第一章电力系统的基本概念

第二章电力系统各元件的特性和数学模型第三章简单电力网络的计算和分析第四章复杂电力系统潮流的计算机算法第五章电力系统的有功功率和频率调整第六章电力系统的无功功率和电压调整第一章电力系统的基本概念第一节电力系统概述一、电力系统的形成和发展

DC以爱迪生为代表AC以G.威斯汀豪斯为代表AC/DC混合现代电力系统

第一节电力系统概述1880年至1882年间，爱迪生设计了电灯插座、电钮、保险丝、电流切断器、电表、挂灯，还设计了主线和支线系统，又制成了当时世界上容量最大的发电机，并在纽约建立第一座发电厂，开辟了第一个民用照明系统。第一节电力系统概述西屋电气公司（WestinghouseElectricCorporation）

1886年1月8日，由G.威斯汀豪斯在美国宾夕法尼亚州创立。西屋电气公司1886年在美国建立了第一座交流发电厂，1890年建立了第一条交流输电线路，1895年在尼亚加拉瀑布安装了第一台水轮发电机（5000千瓦），1900年制造出美国第一台汽轮发电机。1955年试制成超临界、二次再热汽轮发电机，1957年建成了美国第一座商用核电站。大古力水电站的巨型水电机组也是西屋电气公司制造。公司还最早制成500千伏六氟化硫断路器,70年代制成1100千伏安变压器,此外还在世界上率先生产低损耗非晶态合金配电变压器。第一节电力系统概述二、近代电力系统（1）什么是电力系统？

所谓电力系统就是由大量的发电机、变压器、电力线路和负荷组成的旨在生产、传输、分配和消费电能的各种电气设备按一定方式连成的整体。第一节电力系统概述（2）电力系统的组成煤、油、水、风、核、太阳能、垃圾、地热、潮汐…升压输电降压配电转换负荷电能升压降压输电第一节电力系统概述

根据结构的不同，可分为：一次系统：发电机、变压器、电力线路和负荷二次系统：继电保护、通信和调度控制系统

根据功能的不同，可分为：输电网：将发电厂发出的电能传输到负荷中心配电网：将电能分配给用户第一节电力系统概述图1－3电力系统和电力网络示意图第一节电力系统概述第一节电力系统概述三、电力系统的基本参量和结线图总装机容量：系统中实际安装的发电机组额定有功功率的总和。（2012年超1144GW）年发电量：系统中所有发电机组全年实际发出电能的总和。（2012年达49591亿千瓦时

）最大负荷：规定时间内电力系统总有功功率负荷的最大值第一节电力系统概述额定频率：（50Hz）最高电压等级：（AC750/1000，DC500/800）地理接线图：反映各发电厂、变电所的相对地理位置以及电力线路的路径。电气接线图：反映元件之间的电气联系。第一节电力系统概述图1－4电力系统的地理接线图第一节电力系统概述图1－4电力系统的地理接线图第二节电力系统运行应满足的基本要求一、电能生产、输送、消费的特点

1.重要性

如果说石油是现代国家最脆弱的血管，那么电力就是现代国家最脆弱的神经！第二节电力系统运行应满足的基本要求2.

同时性3.整体性

电能不能大量储存，其生产、传输、分配和消费是同时进行的。

生产、输送、消费电能各环节所组成的统一整体不可分割。第二节电力系统运行应满足的基本要求4.

快速性5.严格性电能的传播速度接近于光速。电能质量的好坏直接关系到国民经济的总体效益。第二节电力系统运行应满足的基本要求二、电力系统运行的基本要求1.安全可靠持续供电一级负荷停电会造成人身事故、设备损坏人民生活发生混乱。第二节电力系统运行应满足的基本要求二级负荷停电会造成大量减产，使人民生活受到影响。三级负荷所有非一、二类负荷。第二节电力系统运行应满足的基本要求2.优质1）电压正常允许偏移±

5%UN2）频率正常允许偏移±

0.2Hz3）波形没有大的畸变(正弦波)

畸变率：各次谐波有效值平方和的方根值与基波有效值的百分比。4）三相对称第二节电力系统运行应满足的基本要求3.经济煤耗率：生产1kW٠h电能所消耗的标准煤重。标准煤——发热量为29.31MJ/kg的煤。线损率：电网中损耗的电能与向电网供应的电能之百分比。第三节电力系统的结线方式和电压等级一、几种典型结线方式的特点第三节电力系统的结线方式和电压等级第三节电力系统的结线方式和电压等级包括单回路放射式、干线式和链式网络简单结线优点：简单、经济、运行方便

（无备用）缺点：供电可靠性差适用范围：二、三级负荷

包括双回路放射式、干线式和链式网络

复杂结线优点：供电可靠性和电压质量高

（有备用）缺点：投资大适用范围：电压等级较高或重要的负荷第三节电力系统的结线方式和电压等级二、不同电压等级的适用范围1.电力系统的额定电压等级为什么要规定电力系统的电压等级？综合考虑导线载流部分截面大小和绝缘等要求，对应一定的输送功率和输送距离有一最合理的线路电压。注：，输送功率一定时，电压越高，电流越小。第三节电力系统的结线方式和电压等级从设备制造商的角度考虑，为保证产品的系列性，规定了电力系统的电压等级：

0.38kV、3kV、6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV第三节电力系统的结线方式和电压等级第三节电力系统的结线方式和电压等级用电设备的额定电压：UN发电机的额定电压UGN：UN（1+5%

）接在线路的首端，通常还带有一定量的地方负荷第三节电力系统的结线方式和电压等级线路的额定电压：线路始端和末端的平均电压=UN用电设备的容许电压偏移一般为±5%沿线路的电压降落一般为10%U1=UN(1+5%)，U2=UN(1-5%)1.05UN0.95UN第三节电力系统的结线方式和电压等级变压器的额定电压在额定负荷下，变压器内部的电压降落约为5%一次侧是接受电能的，相当于用电设备二次侧送出电能的，相当于发电机一次侧：U1N=UN(降压变压器或中间联络变压器)

U1N=UGN=(1+5%)UN(直接和发电机相连变压器)二次侧：U2N=(1+10%)UN(空载)

U2N=(1+5%)UN(负载)第三节电力系统的结线方式和电压等级我国规定的1kV以上的电力系统额定电压标准用电设备额定电压交流发电机额定电压交流变压器额定电压用电设备额定电压交流发电机额定电压交流变压器额定电压一次绕组二次绕组一次绕组二次绕组33.153,3.153.15,3.3110－11012166.36,6.36.3,6.6(154)(154)(169)1010.510,10.510.5,11220－220242－15.7515.75－330－33036335－3538.5500－500－(60)(60)(66)以上所指额定电压均为线电压第三节电力系统的结线方式和电压等级例1－110.5kV10.5/121kV110/38.5kV35/11kV第三节电力系统的结线方式和电压等级平均额定电压大约为电网额定电压UN的1.05倍;一般在标么值计算中采用，可以使计算简单，且误差不大。1.3电力系统的额定频率和额定电压和额定电压对应的平均额定电压（kV）额定电压UN361035平均额定电压UavN3.156.310.537额定电压UN110220330500平均额定电压UavN115230345525第三节电力系统的结线方式和电压等级2.不同电压等级的适用范围一般：750kV以上——特高压输电线路

330～750kV——超高压输电线路

220kV——高压输电线路

35～110kV——高压配电线路

10kV——中压配电线路

380/220kV——低压配电线路第三节电力系统的结线方式和电压等级表1－2采用架空线时与各额定电压等级相适应的输送容量和输送距离线路电压（kV）输送容量（MVA）输送距离（km）线路电压（kV）输送容量（MVA）输送距离（km）30.1～1.01～311010～5050～15060.1～1.24～15220100～500100～300100.2～2.06～20330200～800200～600352～1020～505001000～1500250～850603.5～3030～1007502000～2500500以上第三节电力系统的结线方式和电压等级第三节电力系统的结线方式和电压等级3.电力系统中性点的运行方式电力系统的中性点：发电机和星形接线变压器的中性点电力系统中性点接地方式的形式：大接地电流方式（直接接地）：需要断路器遮断单相接地故障电流。小接地电流方式（非直接接地）：单相接地电弧能够瞬间自行熄灭。第三节电力系统的结线方式和电压等级大接地电流方式中性点有效接地方式（x0/x1≤3和r0/x1≤1）中性点全接地方式中性点经低电抗、中电阻和低电阻接地方式小接地电流方式中性点不接地方式中性点经消弧线圈接地方式中性点经高阻抗接地方式第三节电力系统的结线方式和电压等级（1）

中性点直接接地系统acbn钳位作用第三节电力系统的结线方式和电压等级中性点直接接地方式的特点发生单相接地立即切除故障，安全性好供电可靠性低，如发生接地故障，则构成短路回路，接地相电流很大各相对地的绝缘水平决定于相电压一般用于110kV及以上电网第三节电力系统的结线方式和电压等级（2）中性点不接地系统Xcacbnn(a)电流分布；(b)电势、电流的相量关系第三节电力系统的结线方式和电压等级正常运行

a、电源各相电流分别等于负荷电流及相对地电容电流的向量和。

b、因为三相对地电容电流的大小相等，相位差120°，故其向量和为零，地中无电容电流通过，中性点电位为零。第三节电力系统的结线方式和电压等级单相接地故障

a、故障相对地电压为零；

b、非故障相（B、C相）对地电压值由相电压升至线电压；

c、中性点对地电压由零升至相电压

第三节电力系统的结线方式和电压等级设A相完全接地，A相对地电压等于零，中性点对地电压U0等于

B相对地电压

C相对地电压第三节电力系统的结线方式和电压等级（B、C相）对地电压值由相电压升至线电压,故对地电容电流也升至倍。

接地电流等于正常运行时一相对地电容电流的三倍。第三节电力系统的结线方式和电压等级

n（3）中性点经消弧线圈接地系统acbn(a)电流分布；(b)电势、电流的相量关系第三节电力系统的结线方式和电压等级

消弧线圈是带间隙铁芯的电感线圈，可用以补偿电容电流。

接地电容电流近似计算：架空线IC=UL/350电缆IC=UL/10注：L为电压等级U的线路总长度第三节电力系统的结线方式和电压等级(1)全补偿（2）欠补偿——产生串联谐振（3）过补偿

——线路切除或频率降低易变成全补偿——实用脱谐度补偿方式第三节电力系统的结线方式和电压等级中性点不接地方式的特点供电可靠性高，如发生接地故障，不必切除接地相，但非接地相对地电压升高为倍相电压各相对地的绝缘水平决定于线电压，绝缘费用高一般用于60kV以下系统第三节电力系统的结线方式和电压等级一般认为，对3～60kV网络容性电流超过如下数值时，中性点应装设消弧线圈。3～6kV30A