第一章电力系统基本概念

第一章电力系统的基本概念1-1电力系统概述1-2电力系统的特点和运行要求1-3电力系统的接线方式和电压等级1-4三相电力系统的中性点运行方式1o电力系统的组成？2o电力系统的特点？3o系统电压等级？4o

各设备额定电压？5o中性点运行方式？需

掌

握

的

问

题第一章电力系统的基本概念升压变压器高压输电网降压变压器火电厂用户风电场水电厂电力系统的组成1-1电力系统概述一、电力系统的组成

（1）电力系统：生产、输送、分配与消费电能的系统。包括：发电机、电力网和用电设备组成。（2）电力网：电力系统中输送与分配电能的部分。（3）动力系统：动力部分与电力系统组成的整体。1．电力系统的发展历程

2．中国电力系统的发展现状

二、电力工业发展概况1.电力系统的发展历程（1）电力系统的出现与发展1831年法拉第发现了电磁感应定律低压直流1882年在法国首先实现了电压在1kv以上的直流输电，输送功率只有1.5kW，但传输距离达到57km，形成了世界上第一个完整的电力系统，它包含发电、输电和用电。在1891年制成三相变压器和三相异步电动机的基础上，首次在德国实现了三相交流输电，它由95V、230kVA的水轮发电机，经变压器升压至15200V，将功率传送到178km以外的法兰克福，然后用两台变压器降压至112V，分别供给照明负荷和一台异步电动机驱动75kW的水泵，从而形成了现代电力系统的雏形。三相交流制取代了以前的直流系统电压愈来愈高、容量和规模愈来愈大的区域性、地区性、全国性甚至跨国性的电力系统直流？交流？（2）特高压（1000kV以上）输电的出现与展望习惯上，1～100kV为高压，100～1000kV为超高压，1000kV以上为特高压。20世纪60年代国际上开始特高压输电的研究1985年苏联1228km的1150kV,但至今运行于500kV20世纪90年代日本300km的1000kV，但至今运行于500kV目前国际上实际投运的最高电压等级750kV(加、美、俄、巴西、南非等国）我国晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程，世界上第一条投入商业化运行的1000千伏输电线路

高压？（3）直流输电、紧凑型输电和灵活交流输电直流输电在远距离输电中具有优越性，我国已有多条±800kV输电线路。高自然功率的紧凑型输电线路（俄罗斯、巴西），我国500kV紧凑型输电线路北京昌平到房山。灵活输电又称柔性输电可以跟灵活的调节电网功率，国外已有较广泛应用。其他：超导输电、低温输电、多相输电。2.中国电力工业的发展现状（1）根据国家电力公司正式公布的数据，解放后50年来全国总装机容量和年发电量的增长情况分别如图1和图2所示。图1.1949–1998年全国总装机容量变化情况图2.1949–1998年全国年发电量变化情况（2）中国电力系统格局电网公司

1）国家电网公司成立于2002年12月29日.2006年中国电力生产情况全国发电量达到28344亿千瓦时。

华北电网（山东，北京，河北，山西，天津）

华东电网（上海，江苏，浙江，安徽，福建）

华中电网（河南、湖北、湖南、江西、四川、重庆）

东北电网（辽宁，吉林，黑龙江，内蒙古的赤峰和通辽）

西北电网（陕西，甘肃，宁夏，新疆，青海）

2）南方电网公司于2002年12月29日成立。下设两个分公司和五个全资子公司，分别是超高压输变电公司、电力财务公司，广东、云南、广西、贵州和海南电网公司。

发电集团华能、国电、大唐、华电、中电投五大国有发电集团1．稳态：正常的、变化相对比较缓慢以至可以忽略的运行状态运行变量与时间t无关，描述其特征可用代数方程2．暂态：非正常的、变化较大以至引起系统从一个稳定运行状态到向另一个稳定运行状态过渡的运行状态运行变量与时间t有关，描述其特性要用微分方程三、电力系统的运行状态表征运行状态的参数：电压U、电流I、功率P&Q、频率f一、电力系统的运行特点1-2电力系统的特点和运行要求

与国民经济各个部门、国防和日常生活之间的关系都很密切电能不能大量储存

电能的生产、输送、分配和使用同时进行电力系统的暂态过程十分迅速

过电压暂态过程只有微秒到毫秒数量级发生故障到系统失去稳定性几秒事故引起系统全面瓦解以分钟计对电能质量的要求比较严格

频率、电压偏移、电压波形二、对电力系统运行的基本要求保证系统运行的安全可靠性

系统必须有足够的电源容量和合理布局电网结构合理必要时采取提高稳定性的措施

第一级负荷、第二级负荷、第三级负荷

保证良好的电能质量保证系统运行的经济性环保问题1-3电力系统的接线方式和电压等级一.电力系统的电气连接方式图1无备用接线方式（a）放射式（b）干线式样（c）链式图2有备用接线方式（a）放射式样（b）干线式（c）链式（d）环式（e）两端供电网络二、电力系统的额定电压和额定电压等级1.电力输送中电压与输送容量的关系

S一定时，U越高，I越小，导线等载流部分的截面积越小

，投资越小，电能损耗越小；U越高，对绝缘要求高，杆塔、变压器、断路器等绝缘投资大。对应于一定的输送功率和输送距离应有一最合理的线路电压。但从设备制造角度和电力工业发展，国家标准规定标准电压等级所谓额定电压，就是发电机、变压器和电气设备等在正常运行时具有最大经济效益时的电压。国家规定了标准电压等级系列，有利于电器制造业的生产标准化和系列化有利于设计的标准化和选型有利于电器的互相连接和更换有利于备件的生产和维修等应选择最合适的额定电压等级。除西北地区外：500kV,220kV,110kV,35kV,10kV西北地区：750kV,330kV,220kV,10kV,35kV,10kV.

220kV及以上：大电力系统的主干线；

110kV：中小系统的主干线、大系统的二次网络；

35kV：大城市或大工业企业内部网络、农村网络；

10kV：更低一级配电电压；

3kV（6kV）：工业企业内部（高压电动机比重大）

各电压等级的输电能力见下表2.

额定电压等级：各级电压架空线路的输送能力说明：(1)用电设备的容许电压偏移一般为±5%；(2)沿线路的电压降落一般为10%；(3)在额定负荷下，变压器内部的电压降落约为5%。3.电力网中的电压分布及电气设备的额定电压电气设备的额定电压用电设备的额定电压：规定为系统额定电压，使所有设备能在接近它们的额定电压下运行；线路：等于系统的额定电压（线路始端电压Va为额定电压的105%，则末端电压Vb为额定电压的95%）。VN=（Va+Vb）/2发电机：规定为系统额定电压的105%

4.

变压器一次侧：相当于用电设备，其额定电压与系统相同；与发电机直接相连时，则与发电机相同二次侧（空载电压）：相当于电源，其额定电压应比系统高5%，考虑变压器额定负载运行时内部的电压损耗（5%），实际应定为比线路高10%。只有漏抗很小的、二次侧直接与用电设备相联的和电压特别高的变压器，其二次侧额定电压才可能较线路额定电压仅高5%GUaUNUNUbabT1T2UNUN95%UN95%UN105%UNcd电压沿功率流动方向在电网的分布示意高(中)压绕组若干分接头，额定电压？变比计算？220kV升压变压器降压变压器？高(中)压绕组若干分接头，额定电压为主分接头的空载电压；实际变比则按实际接头计算典型例题:(1)确定各设备额定电压;(2)若T1工作于+2.5%抽头,T2工作于主抽头,T3工作于-5%抽头,求各变压器变比.10.5kV10.5kV121kV38.5kV110kV11kV35kV作业：如下图所示，（1）确定发电机G、变压器T1～T4、线路L1～L3、电动机M等元件的额定电压。（2）当变压器T1在+2.5%抽头处工作、T3在－2.5%抽头处工作时，试求这两个变压器的实际变比。1-4三相电力系统中性点运行方式发电机定子绕组Y联结的中性点：一种是不接地另一种是为了防护定子绕组过电压而采用经过避雷器接地。避雷器内部有气隙，所以正常运行和不接地一样。变压器Y接法线圈的中性点：不接地，10~35kV系统多属这类情况。经过一个线性电抗线圈，即消弧线圈接地，10~63kV系统有这种方式。直接接地，110kV及以上电压系统1.中性点不接地系统

正常运行分析：（1）线电压与相电压关系；（2）中性点电位；（3）对地电容电流与相电压关系在正常运行时，各相对地电压、、是对称的，其值为相电压中性点电压为零各相对地电容相同（设线路单位长度电容为，线路长度为l

），电容电流对称且超前相电压90°，其值为，故三相电容电流矢量和为零。单相（C相）接地分析：（1）中性点对地电位；（2）非接地相对地电位；（3）对地电容电流当发生一相接地故障时，故障相对地电压为零中性点电位为C相电压的负值非故障相对地电压将升高至原来相电压的倍线电压在大小和相位上都没有变化故障相对地电容被短接，非故障相由于对地电压的升高其电容电流升至原来电容电流的倍。此时，流经故障点的电流为非故障相A、B两相电容电流的矢量和，其有效值为

以上分析表明，中性点不接地系统发生单相接地故障时：故障相电压为零，非故障相对地电压升高到原来相电压的倍，线间电压不变，流过故障点的电流为正常情况下每一相对地电容电流的3倍。因为线电压不变，所以单相故障时允许继续运行2-3小时采用中性点不接地系统运行方式时：1）电气设备对地绝缘要求必须按线电压数值来考虑。2）若单相接地电容电流超过规定值，会产生稳定电弧致使电网出现暂态过电压，危及电气设备安全。这时应采取中性点经消弧线圈（或电阻）接地的运行方式。2.中性点经消弧线圈接地消弧线圈实际上是一个铁心可调的电感线圈，安装在变压器或发电机中性点与大地之间。系统发生单相接地故障时，接地故障相与消弧线圈构成了另一个回路，接地电流中增加了一个感性电流IL，它和装设消弧线圈前的电容电流方向相反，相互补偿，减小了接地点的故障电流，使电弧易于自行熄灭，提高了供电可靠性。中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障时，与中性点不接地的系统一样，非故障相电压仍升高倍，三相导线之间的线电压仍然平衡，电力系统可以继续运行。中性点经消弧线圈接地的应用：

对3-60kV网络，容性电流超过下列数值时，中性点应装设消弧线圈。3~6kV电力网(接地电流>30A)10kV电力网(接地电流>20A)35~60kV电力网(接地电流>10A)

3.中性点直接接地系统缺点:供电可靠性低。当发生一相对地绝缘破坏时，除中性点外出现另一个接地点，构成短路回路，接地相电流很大，必须迅速切除接地相甚至三相。优点：非故障相对地电压不变，电气设备绝缘水平可按相电压考虑。系统中发生一相接地的特点比较

中性点不接地中性点直接接地电流中性点电压非故障相电压线电压接地点的电容电流是正常运行时一相对地电容电流的3倍故障相电流和流入故障点的电流很大中性点电压升高为相电压故障相和中性点电压为零非故障相对地电压仍为相电压非故障相对地电