第一章 电力系统概述和基本概念

西安建筑科技大学《电力系统分析》机电学院电气工程教研室电力系统元件模型及参数计算电力网的电压和功率分布电力系统的电压和频率调整稳态分析故障分析稳定性分析《电力系统分析》课程结构电力系统的三相短路电力系统的不对称故障电力系统的机电特性电力系统的暂态稳定电力系统的静态稳定第一章电力系统概述和基本概念

第一节电力系统概述 第三节电力系统中性点的接地方式第一节电力系统概述一、电力系统简介和发展二、电力系统运行的基本要求三、电力系统的电压等级和负荷

电力系统

发电输送--分配用户

发电机变压器--输电线路用电设备

电网一、电力系统简介和发展图1-1动力系统、电力系统和电力网络示意图总装机容量：系统中实际安装的发电机组额定有功功率的总和。单位：千瓦（KW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）。年发电量：系统中所有发电机组全年实际发出电能的总和。单位：千瓦时（KWh）、兆瓦时（MWh）、吉瓦时（GWh）。最大负荷：电力系统总有功功率负荷的最大值。最高电压等级：系统中最高电压等级电力线路的额定电压。电力系统基本参量高压输电的发展历程关于特高压（1000kV以上）输电习惯上，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研究；1985年原苏联建成1228km的1150kV线路，但至今仍处于降压运行中；20世纪90年代日本建成300km的1000kV试验线路，至今也处于降压运行中；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，我国西北750kV）。直流输电在远距离输电中具有优越性（对比交流输电），我国已有多条±800kV和±500kV输电线路。中国电力工业的发展（1）发电量：1980年以来，平均年增长率9％，现为世界第二位。（2）装机容量：居世界第二位。（3）电压等级、输电线路长度与变电设备容量除西北地区以外：交流：500kV,220kV,110kV,35kV,10kV

直流：±800kV，±500kV西北地区：

750kV,330kV,220kV,110kV,35kV,10kV电力系统的运行特点：1、电能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；2、电能不能大量的存贮；3、电力系统的暂态过程非常短促；4、对电能质量的要求比较严格。二、对电力系统运行的基本要求1、保证系统运行的安全可靠；2、保证良好的电能质量；3、保证系统运行的经济性4、环境保护系统运行的基本要求1、保证可靠持续供电负荷分级：按对供电可靠性的要求将负荷分为三级一级负荷：对这一级负荷中断供电，将造成人身事故，经济严重损失，人民生活发生混乱。二级负荷：对这一级负荷中断供电，将造成大量减产，人民生活受影响。三级负荷：所有不属于一、二级的负荷电力系统的两种接线方式无备用接线方式（a）放射式（b）干线式样（c）链式有备用接线方式（a）放射式样（b）干线式（c）链式（d）环式（e）两端供电网络2、保证良好的电能质量电能质量的三个指标电压偏移：5%频率偏移：0.2-0.5Hz。波形畸变率：不超过限制值

3、提高系统运行的经济性

4、环境保护1、电力系统的电压等级2、电力系统的负荷三、电力系统电压等级和负荷1、电力系统的电压等级说明：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%。电力网络中电压分布1、取用电设备的额定电压为线路额定电压，使所有设备能在接近它们的额定电压下运行；2、取线路始端电压为额定电压的105%；3、取发电机的额定电压为线路额定电压的105%；4、电力线路平均额定电压：5、变压器（1）一次侧接电源，相当于用电设备，一次侧额定电压等于用电设备的额定电压；（2）直接和发电机相联的变压器，一次侧额定电压等于发电机的额定电压；（3）二次侧向负荷供电，相当于电源，应比线路的额定电压高5%，加上变压器内耗5%，所以二次侧额定电压为用电设备额定电压的110%。（1）负荷：系统中所有电力用户的用电设备所消耗的电功率总和，也称电力系统的综合用电负荷，是所有用户的负荷总加。（2）负荷分类（按负荷性质分类）：工业、农业、交通运输业、商业、生活等。（3）供电负荷：综合用电负荷加上电力网的功率损耗。（4）发电负荷：供电负荷加上发电厂厂用电消耗的功率。2、电力系统的负荷负荷曲线：用曲线描述某一时间段内负荷随时间变化的规律

（1）日负荷曲线：表明系统有功功率或无功功率负荷在一天24小时内的变化规律。一天的总耗电量日平均负荷食品工业负荷曲线农村加工负荷曲线市政生活负荷曲线钢铁工业负荷曲线（2）有功功率年最大负荷曲线：表示一年内每月最大有功功率负荷变化曲线。全年耗电量

（3）年持续负荷曲线：按一年中系统负荷的数值大小及其持续小时数顺序排列绘制而成t1PPmaxP1P2P3tt3t28760Tmax最大负荷利用小时数Tmax

第二节电力系统中性点的接地方式 一、电力系统中性点及其接地方式 二、消弧线圈的工作原理 三、消弧线圈的应用及自动跟踪控制一、电力系统中性点及其接地方式电力系统中性点：变压器星形接线、发电机中性点接地涉及的问题：

绝缘水平、供电可靠性、继电保护、电压等级、系统结构、系统稳定性。电力系统中性点接地方式：两类大接地电流方式、小接地电流方式1、大接地电流方式：需要断路器切断单相接地故障电流。

1）中性点有效接地方式；2）中性点全接地方式；3）中性点经低电抗、中电阻和低电阻接地方式。2、小接地电流方式：单相接地电弧能够瞬间自行熄灭。1）中性点不接地方式；2）中性点经消弧线圈接地；3）中性点经高阻抗接地方式。电力系统中性点接地方式大接地电流方式

优点：安全性好（单相接地断路器快速切断）；经济性好（中性点电压不会升高、接地时不会出现电弧引起的过电压、对绝缘水平要求低）

缺点：供电可靠性低（单相接地断路器快速切断，提高供电可靠性需增加自动重合闸装置）小接地电流方式

优点：供电可靠性高（单相接地不形成短路，如发生接地故障，不必切除接地相）。

缺点：经济性差（单相接地时不接地相对地电压增高，绝缘费用大）。110kV以上系统采用大电流接地方式：

1）110kV及220kV，中性点有效接地方式；2）330kV以上，中性点全接地。

60kV以下系统采用小电流接地方式：

1）3-10kV系统，中性点不接地方式；2）35-60kV系统，中性点经消弧线圈接地。不同电压等级中性点接地方式消弧线圈的工作原理

针对中性点不接地系统1、正常运行情况考虑以下几个问题：（1）线电压与相电压关系（3）；（2）中性点电位（UN=0）；（3）对地电容电流与相电压关系（Ic-0=UC0）。2、单相（A相）接地运行情况考虑以下几个问题：（1）中性点对地电位（UN=-Ua）；（2）相电压（Ua=0、Ub=Ub+UN、Uc=Uc+UN）；（3）线电压（线电压不变）；（4）对地电容电流（入地总电容电流为Id=Ib+Ic）。3、单相接地情况电流性质：（1）单相接地电流值为正常时单相电容电流值的3倍；（2）电流为纯电容电流，非短路电流；（3）电流升高到一定值，将在接地点产生间歇性电弧（间歇性电弧将导致过电压，影响系统稳定性，甚至会损坏设备）。解决方法：中性点装设消弧线圈消弧线圈的工作原理

Id超前UN，IL落后UN关于补偿方式问题的分析：（1）全补偿：IL=Id（问题，产生谐振过电压）；（2）欠补偿：IL<Id（