第一章电力系统组成

第一章电力系统组成第一页，共五十一页，编辑于2023年，星期四主要介绍电力设备（包括变压器、高压断路器、隔离开关、互感器、避雷器、绝缘子、电力电缆、电力电容器）的基本构造、工作原理及应用范围，各种高压电力设备的运行维护；配、用电设备的接地保护。主要内容：第1章电力系统组成第2章电力变压器第3章开关设备第4章互感器第5章电力电容器第6章避雷器第7章绝缘子第8章配、用电设备的接地一、课程内容2第二页，共五十一页，编辑于2023年，星期四授课与自学结合成绩评定：平时成绩40%+大作业60%二、课程形式3第三页，共五十一页，编辑于2023年，星期四《高电压设备》第1章电力系统概述第1节电力系统的构成第2节电力系统的额定电压第3节电力线路接线方式第4节电力网主要电气设备第四页，共五十一页，编辑于2023年，星期四（1）电力系统是发电机、变压器、输电线路、用电设备(负荷)组成的网络，它包括通过电的或机械的方式连接在网络中的所有设备。（2）由发电厂、输电线路、变电所、配电线路和用户等五部分组成的发电、输电、变电、配电和用电的一个整体。（3）广义的电力系统应该是由锅炉、反应堆、汽轮机、水轮机、发电机等生产电能的设备，变压器、电力线路等交换、输送电能的设备，电动机、电热电炉、电灯等各种消耗电能的设备，以及测量、保护、控制装置及能量管理系统所组成的统一整体。1.电力系统的概念第1节电力系统的构成5第五页，共五十一页，编辑于2023年，星期四（4）电力系统既包括将一次能源转换为电能的发电、输电、配电、用电的一次系统，又包括保证其安全可靠运行的继电保护、自动装置、调度自动化和通讯等辅助系统（二次系统）。一次系统如何组成？发电机：电能生产，一次能源转换成二次能源(电能)，火/水/核/风/太阳/地热等电力网络（输配电系统）：电能输送和分配，包括：输电网（输电系统）和配电网（配电系统）。负荷（用户）：电能消费，将电能转换成其他形式能量，电动机/照明/电炉等。二次系统如何组成？6第六页，共五十一页，编辑于2023年，星期四

20世纪中叶以来出现的大电力系统，是一切工业系统中，规模最大、层次复杂、资金和技术密集的人造复合系统，是人类工程科学史上最重要的成就之一。现代电力系统由电力流、信息流、货币流构成2.电力系统的构成7第七页，共五十一页，编辑于2023年，星期四电力流：由高压设备（如发电机、变压器、输电线路以及其它配电装置）构成（一次系统），实现电能的转化和变换、电能传输、分配、使用。信息流：由传感器、通信网络和计算机构成的，旨在电力系统可靠、稳定、安全和经济运行的监控、保护、自动控制、调度自动化等（二次系统）

；货币流：电能的市场行为交易活动。

8第八页，共五十一页，编辑于2023年，星期四9第九页，共五十一页，编辑于2023年，星期四10第十页，共五十一页，编辑于2023年，星期四新疆西藏南方电网华中电网华东电网西北电网华北电网东北电网全国电网互联格局灵宝直流德宝直流葛南直流龙政直流宜华直流复奉直流500千伏辛洹线500千伏高姜双回线江城直流1000千伏特高压11第十一页，共五十一页，编辑于2023年，星期四likai民丰樊城南昌梦山罗坊白河谭家湾太白南充广安四川重湖庆湖北南江西河南乐平临巴奉节赣州丰城进贤鹰潭荆门云田艾家冲湘潭三板溪五强溪金竹山石门鹅城长沙岗市沙坪二滩东坡尖山紫坪铺龙王石坪陈家桥洪沟75珞璜石板菁郑州姚孟祥符仓颉获嘉嵩山牡丹嘉和邙山洹安塔铺马寺邵陵葛换江陵左二左一龙泉斗笠双河宜都孝感玉贤凤道观河南桥咸宁华新木兰阳逻灵宝三门峡辛安沁北多宝山群英嵖岈周湾绿城磁湖文山襄樊隔葛右一右二渔峡恩施张家坝兴隆水布娅南天普提蜀州雅安石棉九龙河广安黄岩75长阳铺黄金埠板桥75丰鹤复兴泸州庄周浉河安源牌楼船山鹤岭星城昆山大吉益阳徐府长寿巴南75隆盛75彭水茂县万县洛热香山陕州鸭河政平十堰光谷白黑麋峰宗元艳山红黔东信州九龙石丹景达州宝泉朝阳开火花都龙岗华豫南阳西长治永修大荆门2009年华中电网500kV系统接线图抚州苏耽井冈山钢都博爱鲁阳彰德官渡周口12第十二页，共五十一页，编辑于2023年，星期四第2节电力系统的额定电压电力系统的电压是有等级的，电力系统的额定电压包括电力系统中各种发电、供电、用电设备的额定电压。额定电压是能使电气设备长期运行在经济效果最好的电压，它是国家根据国民经济发展的需要，电力工业的水平和发展趋势，经全面技术经济分析后确定的。我国规定的三相交流电网和电力设备的额定电压。13第十三页，共五十一页，编辑于2023年，星期四电力系统的标准额定电压14第十四页，共五十一页，编辑于2023年，星期四1)线路的额定电压电力线路的额定电压和电力系统的额定电压相等。线路输送功率时，沿线路的电压分布往往是始端高于末端。线路的额定电压实际就是线路的平均电压，即线路始端电压和末端电压的算术平均值。2、电气设备的额定电压与线路额定电压关系15第十五页，共五十一页，编辑于2023年，星期四2）、用电设备的额定电压

用电设备的额定电压取与线路额定电压相等，使所有用电设备能在接近它们的额定电压下运行。

用电设备的容许电压偏移一般为±5%，而沿线路的电压降落一般为10%。这就要求线路始端电压为额定电压的105%，以使其末端电压不低于额定电压的95%。16第十六页，共五十一页，编辑于2023年，星期四3)发电机的额定电压发电机往往接在线路始端，因此发电机的额定电压为线路额定电压的105%。4)变压器的额定电压（1）变压器一次侧接电源，相当于用电设备，变压器一次侧额定电压应等于用电设备额定电压。17第十七页，共五十一页，编辑于2023年，星期四（2）变压器二次侧额定电压应较线路额定电压高10%（二次侧相当于发电机；内部阻抗约有５％的电压降）。只有漏抗很小时，二次侧直接与用电设备相联或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%。18第十八页，共五十一页，编辑于2023年，星期四5)如何确定额定电压?（原则）线路（电网）额定电压=用电设备额定电压发电机额定电压=105%线路额定电压升压变压器额定电压：一次侧=线路额定电压=发电机额定电压(与发电机相联：105%）二次侧=110%线路额定电压降压变压器额定电压：一次侧=线路额定电压二次侧=110%（或105%）线路额定电压19第十九页，共五十一页，编辑于2023年，星期四例1-1已知下图所示系统中线路的额定电压，试求发电机和变压器的额定电压。解：发电机G的额定电压:UN.G=1.05UN.1WL=1.05×6=6.3kV

变压器1T的额定电压:UIN.IT=UN.G=6.3kVU2N.2T=1.1UN.2WL=1.1×110=121kV1T额定电压:

6.3/121kV

变压器2T的额定电压:UIN.IT=UN.2WL=110kVU2N.2T=1.05UN.3WL=1.05×10=10.5kV2T的额定电压:110/10.5kV20第二十页，共五十一页，编辑于2023年，星期四国家制定了适合我国国情的一系列标准电压21第二十一页，共五十一页，编辑于2023年，星期四☆西北750千伏输变电示范工程已于2005年9月正式投产。世界上相同电压等级海拔最高的输变电工程。☆晋东南-南阳-荆门1000千伏特高压输电线路2009年1月投产。世界上最高电压等级的商用输变电工程。再建：1000千伏交流线路：淮南—上海

锡盟—南京陕北—长沙800千伏直流线路：云南—广东向家坝—上海22第二十二页，共五十一页，编辑于2023年，星期四1)、主接线及其基本要求电气主接线——由电气设备通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络，又称为一次接线或主接线。电气主接线的基本要求——可靠性、灵活性、经济性。（1）满足用户或电力系统对供电可靠性和电能质量要求；（2）具有一定的灵活性；（3）接线简单、清晰，操作维护方便；（4）技术先进，经济合理；（5）便于发展和扩展。1.电气主接线第3节电力网常用的主要电气设备

23第二十三页，共五十一页，编辑于2023年，星期四2)、主接线的基本形式主接线有汇流母线的接线形式无汇流母线的接线形式单母线接线双母线接线桥型接线单元接线角型接线单母线单母线分段单母线分段带旁路母线普通双母线双母线分段双母线分段带旁路母线一台半（3／2）断路器4／3接线变压器母线组24第二十四页，共五十一页，编辑于2023年，星期四3)、主接线的基本知识主接线一般采用单线主接线图中常用的元件隔离开关隔离开关（带接地刀闸）断路器线路电缆25第二十五页，共五十一页，编辑于2023年，星期四(1)单母线接线倒闸操作：接通电路时：合母线隔离开关QS21合线路隔离开关QS22投入断路器QF2切断电路时：断开断路器QF2断线路隔离开关QS22断母线隔离开关QS21特点：接线简单、操作方便、设备少、经济性好、扩建方便可靠性差调度不方便1)有汇流母线的电气主接线26第二十六页，共五十一页，编辑于2023年，星期四(2)双母线接线具有两组母线，每回线路都经一台断路器和两组隔离开关分别与两组母线连接，母线之间通过母联断路器连接。27第二十七页，共五十一页，编辑于2023年，星期四双母线接线的优点：（1）供电可靠——通过两组母线、隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不致供电中断；一组母线故障后能迅速恢复供电，检修任一回路的母线隔离开关，只停该回路。（2）调度灵活——各个电源和负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应系统各种运行方式调度和潮流变化的需要。（3）扩建方便。（4）便于试验——当个别回路需要单独进行试验时，可将该回路分开，单独接至一组母线上。双母线接线的缺点：（1）增加一组母线且使每回路增加一组隔离开关。（2）当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，易误操作。（3）检修出线断路器时，该回路停电。28第二十八页，共五十一页，编辑于2023年，星期四每两个回路用三台断路器串成一串接在两组母线上完整串运行——两组母线和同一串的三台断路器都投入工作，形成多环路状供电。不完整串运行——一串中任一台断路器退出运行。3/2接线的特点：任一母线故障或检修，不用停电；任一断路器检修也不引起停电；两组母线同时故障（一组母线检修另一组母线故障）功率仍能继续输送。(3)一台半断路器接线（3/2接线）29第二十九页，共五十一页，编辑于2023年，星期四(1)单元接线几个元件直接串联，其间没有横向联系的接线称为单元接线。2)无汇流母线的电气主接线30第三十页，共五十一页，编辑于2023年，星期四3）水电厂接线图31第三十一页，共五十一页，编辑于2023年，星期四高压放射式接线是指变配电所高压母线上引出的一回线路直接向一个车间变电所或高压用电设备供电，沿线不支接其他负荷。

（1）放射式接线

该接线引出线发生故障时互不影响，供电可靠性高，一般情况下，其有色金属消耗量较多，采用的开关设备也较多，故投资较大。多用于用电设备容量大，或负荷性质重复，特别是大型设备的供电。高压放射式接线低压放射式接线

4.配电线路接线32第三十二页，共五十一页，编辑于2023年，星期四（2）树干式接线树干式接线是指由变配电所高压母线上或低压配电屏引出的配电干线上，沿线支接了几个车间变电所或负荷点的接线方式。

该接线与放射式接线相反，引出线和有色金属消耗量少，节约投资，但供电可靠性差，适用于供电容量较小且分布均匀的用电设备。高压树干式接线

低压树干式接线

33第三十三页，共五十一页，编辑于2023年，星期四（3）环形接线高压环行接线

低压环行接线

是树干式接线的改进，两路树干式接线联接起来就构成了环形接线。

这种接线运行灵活，供电可靠性高。由于闭环运行时继电保护整定较复杂，同时也为避免环形线路上发生故障时影响整个电网，因此大多数环形线路采用“开环”运行方式，即环形线路中有一处开关是断开的。在现代化城市配电网中这种接线应用较广。配电系统的高压接线实际上往往是几种接线方式的组合，究竟采用什么接线方式，应根据具体情况，对供电可靠性的要求，经技术经济综合比较后才能确定。一般地说，配电系统宜优先考虑采用放射式，对于供电可靠性要求不高的辅助生产区和生活住宅区，可考虑采用树干式或环形配电。34第三十四页，共五十一页，编辑于2023年，星期四(1)变压器电磁感应原理制成的电气设备，具有变换电压、变换电流和变换阻抗的作用。

用途分：用于远距离输配电的电力变压器，用于局部照明和控制用的控制变压器，用于调节电压的自耦调压器，用于传递信号用的耦合变压器，测量用的仪用变压器，电加工用的电焊变压器等。绕组形式分：双绕组变压器、三绕组变压器、自耦变压器等。

相数分：单相变压器和三相变压器等。冷却方式分：为油浸式变压器和干式变压器等。2.电力网常用的主要电气设备

35第三十五页，共五十一页，编辑于2023年，星期四220kV浸油式变压器36第三十六页，共五十一页，编辑于2023年，星期四浸油式电力变压器37第三十七页，共五十一页，编辑于2023年，星期四干式电力变压器38第三十八页，共五十一页，编辑于2023年，星期四2.高压断路器

1.

作用：正常工作时断开和接通负荷电流；短路时断开短路电流。

2.

图形符号：3.

文字符号：QF4.

型号：

5.

种类和结构

①少油断路器

油仅作灭弧介质

②SF6断路器

利用SF6气体作为绝缘和灭弧介质

③真空断路器

“真空”作为绝缘和灭弧介质39第三十九页，共五十一页，编辑于2023年，星期四3.高压隔离开关

1.作用：正常时隔离电源，保证人身和设备安全。

2.图形符号：

3.文字符号：QS

4.型号：

5.种类和结构

户内式：GN24

户外式：GW10-35/40040第四十页，共五十一页，编辑于2023年，星期四4.高压负荷开关1.

作用：通断负荷电流和过负荷电流。

2.

图形符号：

3.

文字符号：QL

4.

型号：

5.

种类和结构

户内式：FN3-10RT户外式：FW8-10/40041第四十一页，共五十一页，编辑于2023年，星期四5.高压熔断器1.作用：过载、短路保护。2.图形符号：3.文字符号：FU4.型号：

5.种类和结构（1）RN系列

RN1型用于电力变压器和电力线路短路保护，RN2型用于电压互感器的短路保护。主要由熔管、触头座、动作指示器、绝缘子和底板构成。熔管一般为瓷质管，熔丝由单根或多根镀银的细铜丝并联绕成螺旋状，熔丝埋放在石英砂中，熔丝上焊有小锡球。（2）RW系列

用于配电变压器或电力线路的短路保护和过负荷保护。

其结构主要由上静触头、上动触头、熔管、熔丝、下动触头、下静触头、瓷安装板等组成。熔断器42第四十二页，共五十一页，编辑于2023年，星期四6.互感器1).

作用：(1)将高电压、高电流变换成低电压、小电流供仪表、继电器使用；

(2)隔离电源保证人身、仪表安全；

(3)使仪表、继电器制造标准化。2).电流互感器(1）图形符号：(2）文字符号：TA(3）型号：

(4）工作原理：一、二次饶组与一、二次电路串联，工作时接近于短路状态。

电流互感器的变流比用Ki表示，则43第四十三页，共五十一页，编辑于2023年，星期四3).电压互感器(1）图形符号：(2）文字符号：TV(3）型号：(4）工作原理：一、二次饶组与一、二次电路并联，工作时接近于断路状态。

电压互感器的变压比用Ku表示

44第四十四页，共五十一页，编辑于2023年，星期四7.避雷器

1.作用：用于保护电力系统中电气设备的绝缘免受沿线路传来的雷电过电压或由操作引起的内部过电压的损害。2.图形符号：

3.文字符号:F4.种类:(1)保护间隙避雷器

(2)管型避雷器

(3)阀型避雷器（有普通阀型避雷器FS、FZ型和磁吹阀型避雷器）

(4)氧化锌避雷器具有良好的非线性、动作迅速、残压低、通流容量大、无续流、结构简单可靠性高、耐污能力强等优点。45第四十五页，共五十一页，编辑于2023年，星期四8.高压开关柜1.

作用：按一定的线路方案将有关一次设备和二次设备组装在柜内，节约空间、安装方便。2.

种类和结构

固定式

移开式

表4-3主要高压开关柜型号及外型尺寸型号结构额定电压(kV)宽×深×高(mm)JYN1-35金属封闭户内移开式351818×2400×2925GFC-15（F）防误型固定封闭式手车式10800×1500(2100)×2200KYN-10金属铠装户内移开式10800×1500(1660)×2200KGN-10金属铠装户内固定式101180×1600×2800XGN2-12箱型固定式101200×1200×2650注：括号内数字适用于架空进（出）线柜。46第四十六页，共五十一页，编辑于2023年，星期四9.低压电气设备

1).低压配电屏(1)作用：按一定的线路方案将有关低压设备组装在一起的成套配电装置。(2)种类：低压抽屉式开关柜GCL1、GCK1系列低压固定开关柜PGL1、PGL