电力系统概述

第一章电力系统基本知识

考试大纲1.1了解电力系统运行特点和基本要求1.2掌握电能质量的各项指标1.3了解电力系统中各种结线方式及特点1.4掌握我国规定的网络额定电压与发电机、变压器等元件的额定电压1.5了解电力网络中性点运行方式及对应的电压等级1一、电力系统知识介绍

（一）电力系统基本概念

1、电力系统组成：

电能是一种十分重要的二次能源，它能方便、经济地从蕴藏于自然界中的一次能源（如：煤炭、石油、天然气、水力、核燃料、风能等）转换而来，并且可以转换为其它能量供人们使用。

电能是由发电厂生产的，大容量发电厂往往建在燃料，水力资源丰富的地方，而用户往往远离发电厂需要建设较长的输电线路进行输电，建设升压和降压变电所进行变电，通过配电线路向各类用户配电，

电力系统——是由发电、输电、变电、配电和用电连接成的统一整体。是现代社会中最重要、最庞杂的工程系统之一。

电力网——其中输电、变电、配电所组成的部分。它包括升、降压变压器和各种电压的输电线路。它的任务就是把远处发电厂生产的电能输送到负荷中心，同时还联系区域电力网行程跨省，跨地区的大电力系统，如我国的东北、华北、华中、华东、西北和南方等电力网，就属于这种类型。

动力系统——在电力系统的基础上，把发电厂的动力部分（例如火力发电厂的锅炉、汽轮机和水力发电厂的水库、水轮机以及核动力发电厂的反应堆等）包含在内的系统。

2电力系统示意图342、电力系统的组成

由发电厂的发电机、升压及降压变电设备、电力网及电能用户（用电设备）组成的系统统称为电力系统。（1）发电厂：生产电能。（2）电力网：分为输电网和配电网。输电网：是以高压甚至超高电压将发电厂、变电所或变电所之间连接起来的输电网络，所以又称为电力网中的主网架。配电网：直接将电能送到用户的网络。它的作用是将电能分配给各类不同的用户，变换电压、传送电能。配电网的电压因用户的需要而定，因此，配电网中又分为：

高压配电网：110KV及以上电压、中压配电网：（35KV）10KV、6KV、3KV低压配电网：220V、380V。（3）电力用户：高压用户额定电压在1kV以上，低压用户额定电压在1kV以下。（4）用电设备：消耗电能。53、电力系统的额定电压

电网电压是有等级的，电网的额定电压等级是根据国民经济发展的需要、技术经济的合理性以及电气设备的制造水平等因素，经全面分析论证，由国家统一制定和颁布的。

我们国家电力系统的电压等级有220/380V、3kV、6kV、10kV、20kV、35kV、66kV、110kV、220kV、330kV、500kV。随着标准化的要求越来越高，3kV、6kV、20kV、66kV也很少使用。供电系统以10kV、35kV、为主。输配电系统以110kV以上为主。发电机过去有6kV与10kV两种，现在以10kV为主，低压用户均是220/380V。

用电设备的额定电压和电网的额定电压一致。实际上，由于电网中有电压损失，致使各点实际电压偏离额定值，为了保证用电设备的良好运行，显然，用电设备应具有比电网电压允许偏差更宽的正常工作电压范围。发电机的额定电压一般比同级电网额定电压要高出5%，用于补偿电网上的电压损失。

变压器的额定电压分为一次和二次绕组。对于一次绕组，当变压器接于电网末端时，性质上等同于电网上的一个负荷(如工厂降压变压器)，故其额定电压与电网一致，当变压器接于发电机引出端时(如发电厂升压变压器)，则其额定电压应与发电机额定电压相同，比同级电网额定电压要高出5%。对于二次绕组，考虑到变压器承载时自身电压损失(按5%计)，变压器二次绕组额定电压应比电网额定电压高5%，当二次侧输电距离较长时，还应考虑到线路电压损失(按5%计)，此时，二次绕组额定电压应比电网额定电压高10%。

6二）大型电力系统优点：1、提高供电可靠性2、减少系统的备用容量3、降低系统的高峰负荷4、提高了供电质量5、便于利用大型动力资源

三）电力生产的特点

一是同时性，电能不能大量存储，各环节组成的统一整体不可分割，过渡过程非常迅速，瞬间生产的电力必须等于瞬间取用的电力，所以电力生产的的发电、输电、配电到用户的每一环节都非常重要。

二是集中性，电力生产是高度集中、统一的，无论多少个发电厂、供电公司，电网必须统一调度、统一管理标准，统一管理办法;安全生产，组织纪律，职业品德等都有严格的要求。

三是适用性，电力行业的服务对象是全方位的，涉及到全社会所有人群，电能质量、电价水平与广大电力用户的利益密切相关。

四是先行性，国民经济发展电力必须先行。7二电力负荷

二）、分类

电力负荷分类的方法比较多，最有意义的是按电力系统中负荷发生的时间对负荷分类和根据突然中断供电所造成的损失程度分类。

按时间对负荷分类

1、高峰负荷：是指电网或用户在一天时间内所发生的最大负荷值。一般选一天24小时中最高的一个小时的平均负荷为最高负荷，分为日和晚高峰负荷。

2、低谷负荷：是指电网或用户在一天24小时内发生的用电量最低的负荷。

为了合理使用电能应尽量减少发生低谷负荷的时间。对于电力系统来说，峰、谷负荷差越小，用电越趋近合理。

3、平均负荷：是指电网或用户在某一段确定时间阶段内的平均小时用电量。常用日平均负荷。

概念：是指用电设备或用电单位所消耗的功率、容量、或电流。一）、组成：1.用电负荷：用户的用户在某一时刻实际取用的功率的总和。2.线路损耗（线损）：电能从发电厂到用户输送过程中的损耗。3.供电负荷：发电厂对外供电时承担的全部负荷。用电负荷+线损8

按中断供电造成的损失程度分类电力负荷应根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成损失或影响的程度进行分级，并应符合下列规定：一、符合下列情况之一时，应为一级负荷：

1．中断供电将造成人身伤亡时。

2．中断供电将在政治、经济上造成重大损失时。例如：重大设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废、国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等。

3．中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作。例如：重要交通枢纽、重要通信枢纽、重要宾馆、大型体育场馆、经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位中的重要电力负荷。在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。

二、符合下列情况之一时，应为二级负荷：

1．中断供电将在政治、经济上造成较大损失时。例如：主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等。

2．中断供电将影响重要用电单位的正常工作。例如：交通枢纽、通信枢纽等用电单位中的重要电力负荷，以及中断供电将造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要的公共场所秩序混乱。

三、不属于一级和二级负荷者应为三级负荷。对于一级负荷至少有2个以上独立电源供电。9三．对电力系统提出的要求（1）保证供电可靠性（2）保证电能质量（3）提高电力系统运行的经济性（4）环境保护问题10三供电质量

供电质量指电能质量和供电可靠性。一）电能质量：供给用户电能品质的优劣程度。主要包括电压和频率质量。

理想的供电电压应该是幅值恒为额定值的三相对称正弦电压。由于供电系统存在阻抗、用电负荷的变化和用电负荷的性质等因素，实际供电电压无论是在幅值上、波形上还是三相对称性上都与理想电压之间存在着偏差。

衡量电压质量的指标为：电压允许偏差、电压允许波动与闪变、公用电网谐波、三相不平衡度。衡量频率质量的指标为频率允许偏差。

111．电压偏差（移）：

在某一时段内，电压幅值缓慢变化而偏离额定值的程度。以实际电压与系统额定电压之差与系统额定电压的百分比值数表示。用公式表示为

式中——用电设备的额定电压，KV——用电设备的实际端电压，kV。实际电压偏高或偏低对用电设备的良好运行都有影响：

1）对异步电动机：M∝∪2，电压过低，将导致转矩大大的下降，使电机堵转或不能起动，导致电流增大，可能烧坏电机；电压过高，绝缘老化加快，缩短寿命。2）对照明负载：电压降低，发光效率和光通量下降；电压升高，寿命将大为减少。如白炽灯电压低于10%，发光效率和光通量下降30%。电压升高10%，寿命减少50%。

由于电压变化不仅影响用电负荷的正常工作。而且给发电厂和电力系统本身造成较大威胁，国家标准规定电压偏差允许值为：

a、35千伏及以上电压供电的，电压正负偏差的绝对值之和不超过额定电压的±5%；

b、10千伏及以下三相供电的，电压允许偏差为额定电压的±7%。

c、220伏单相供电的，电压允许偏差为额定电压的+7%、-10%。

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2．电压波动与闪变1）电压波动：在某一时段内，电压幅值急剧变化而偏离额定值的现象（变化的速率大于1%）。以电压的最大值与最小值之差与系统额定电压的比值以百分数表示：式中——用电设备端电压的最大波动值，kV；——用电设备端电压的最小波动值，kV。

当电弧炉等大容量冲击性负荷运行时，剧烈变化的负荷电流将引起线路压降的变化，从而导致电网发生电压波动。

国家标准规定对电压波动的允许值为：

10KV及以下为2.5%

35至110KV为2%

220KV及以上为1.6%

2）电压闪变负荷急剧的波动造成供配电系统瞬时电压升高，照度随之急剧变化，使人眼对灯闪感到不适，这种现象称为电压闪变。13

3．公用电网谐波

当网络电压波形中出现谐波（有时为非谐波）时网络电压波形就要发生畸变。谐波干扰是由于非线性系统引起的。它产生出不同于网络频率的电压波，或者具有非正弦形的电流波。

4．频率偏差

电网中发电机发出的正弦交流电每秒中交变的次数称为频率，我国规定的标准频率50HZ.又叫工频。频率偏差是指供电的实际频率与电网的额定频率的差值。

频率偏差一般不超过±0.2Hz，当电网容量大于3000MW时，频率偏差不超过±0.5Hz。调整频率的办法是增大或减小电力系统发电机有功功率。

5、三相不对称：

三相电压不对称指三个相电压的幅值和相位关系上存在偏差。三相不对称主要由系统运行参数不对称、三相用电负荷不对称等因素引起。供电系统的不对称运行，对用电设备及供配电系统都有危害，低压系统的不对称运行还会导致中性点偏移，从而危及人身和设备安全。

电力系统公共连接点正常运行方式下不平衡度国家规定的允许值为2％，短时不得超过4％，单个用户不得超过1．3％

14二）供电可靠性

供电可靠性是指供电企业某一统计期内对用户停电的时间和次数，直接反映供电企业的持续供电能力。不同负荷等级对供电可靠性是不同的。

供电可靠性反映了电力工业对国民经济电能需求的满足程度，已经成为衡量一个国家经济发达程度的标准之一；供电可靠性可以用年供电可靠率加以衡量：供电可靠率（%）=8760N（年供电小时）-年停电小时N1/8760N*100%

国家规定的城市供电可靠率是99．96%。即用户年平均停电时间不超过3.5小时；我国供电可靠率目前一般城市地区达到了3个9（即99.9%）以上，用户年平均停电时间不超过9小时；重要城市中心地区达到了4个9（即99.99%）以上，用户年平均停电时间不超过53分钟。

要提高供电可靠率就是尽量减少停电时间，停电时间包括事故停电、计划检修停电及临时性停电。15五电力系统中性点运行方式电力系统电源中性点的不同运行方式，对电力系统的运行特别是在系统发生单相接地故障时有明显的影响，而且将影响系统二次侧的继电保护及监测仪表的选择与运行。种类：中性点不接地系统、中性点经阻抗接地系统、中性点直接接地系统在电力系统中，中性点直接接地或中性点经小阻抗（小电阻）接地的系统称为大电流接地系统，中性点不接地或中性点经消弧线圈接地的系统称为小电流接地系统。在电力系统中，中性点直接接地或中性点经小阻抗（小电阻）接地的系统称为大电流接地系统，中性点不接地或中性点经消弧线圈接地的系统称为小电流接地系统。中性点的运行方式主要取决于单相接地时电气设备绝缘要求及供电可靠性。

在电力系统中将变压器、发电机中性点接地称为工作接地。16正常运行：电压、电流对称。单相接地：另两相对地电压升高为原来的根号3倍。单相接地电容电流为正常运行时相线对地电容电流的3倍。1、中性点不接地的电力系统中性点不接地系统当单相对地时，对地相电压为0（完全接地），非故障相对地电压升高1.732倍（线电压），但系统的三个线电压均未变化，因此系统中的设备，尤其是三相设备仍可照常运行，但如果另一相又发生接地故障，将产生很大的短路电流，损坏线路和设备。因此，我国有关规程规定：中性点不接地系统发生单相接地故障时，可允许暂时运行2h,但必须同时通过系统中装设的单相接地保护或绝缘监察装置发出报警信号或指示，以提醒值班人员注意，采取措施，查找和消除故障，2小时后，若故障未消除，则应该切除故障线路，以防故障扩大。110KV及以上系统为了限制过电压水平，以降低设备绝缘造价，不允许变压器中性点不接地运行.都是为了降低对绝缘的要求.均做中性点直接接地。172、中性点经消弧线圈接地正常运行：三相电压、电流对称单相接地：另两相对地电压升高为原来的根号3倍，减小了接地电流。在单相接地电容电流大于一定值的电力系统中，电源中性点必须采取经消弧线圈接地的运行方式。在中性点不接地系统中，如接地电容电流过大（如3-10KV系统中接地电流大于30A，20KV及以上大于10A），将在接地点产生断续电弧，由于电路中有R、L、C，因此发生一相弧光接地时，就形成一个RLC串联谐振电路，从而使线路出现危险过电压，有可能击穿线路上绝缘薄弱地点。为了消除断续电弧，系统中性点可采用经消弧线圈接地。消弧线圈实际上就是一个铁芯线圈，其电阻很小，感抗很大，相当电感。消弧线圈装在系统中发电机或变压器的中性点与大地之间，正常运行时，中性点的对地电压为零，消弧线圈中没有电流通过。当系统发生单相接地时，通过接地点的电流为接地电容电流和消弧线圈电流之和，由于IC比IL超前90度，IL比IC滞后90度，因此IL和IC相互空间补偿，从而使接地点的电流减小到小于生弧电流，接地点就不会产生电弧，也就不会也现电压谐振现象。35KV系统使用183、中性点直接接地或低阻接地的电力系统正常运行：三相电压、电流对称单相接地：另外两相对地电压不变，单相接地后即通过接地中性点形成单相短路。单相短路电流比线路的正常负荷电流大得多，因此在此系统发生单相短路时保护装置应动作于跳闸，切除短路故障。110KV以上的超高压采用该系统很有经济价值。一般110kV及以上系统或380/220V使用中性点直接接地各种运行方式优缺点比较

中性点直接接地方式：当发生一相对地绝缘破坏时，即构成单相短路，供电中断，可靠性降低。但是，该方式下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。