电力系统及主系统图的绘制

电力系统及主系统图绘制

第一节电力系统的组成及特点

一、电力系统的组成

现在大部分国家的动力资源和电力负荷中心相距较远。如水利资源是集中在

江河流域水位落差较大的地方，热力资源又集中在煤、石油和其它热源的产地，

而大的电力负荷中心则多集中在工业区和大城市。因此发电厂和负荷中心之间，

往往相距很远，为了保证供电可靠、经济合理，就必须用输电线路将电能输送到

很远的用户，并将孤立运行的发电厂用电力线路连接起来，即首先在一个地区内

互相连接，再发展到地区和地区之间互相连接，以组成统一的电力系统。

下图为简单的电力系统和电力网示意图。通常将发电厂（动力部分和电气部

分）、变电所到用电设备、用热设备之间用电力网和热力网联接起来的整体，叫做

动力系统。动力系统中的电气部分，即发电机、配电装置、升压和降压变电所、

电力线路以及用电设备所组成的整体，就叫做电力系统。电力系统中，由送变电

设备及各种不同电压等级的电力线路所组成的部分，叫做电力网。

动力at分发电机电力网受电设务

/---Z-、，■"-八~~、-----------

380/220V

火（一，/I22OkV

汽轮机

货机发电机（—3220kV

热of

10kV

蒸汽管路气

为水

5OOkV

发s发电机

电

厂

动力系统

电力系统和电力网示意图

1—升压变乐器：2-降压变压器；3一负荷：4―电动机，5—电灯

电力线路是电力系统的重要组成部分，它担负着输送和分配电能的任务。由

电源向电力负荷中心输送电能的线路，称为输电线路或送电线路。主要担负分配

电能任务的线路，称为配电线路。

为了研究和计算方便，通常将电力网分为地方电力网和区域电力网。一般将

电压在HOkV以上，供电范围较广，输送功率较大的电力网称为区域性电力网；

电压在UOkV及其以下供电距离较短，输送功率较小的电力网称为地方电力网；

对于电压在35OkV及其以下的电力网，则称为配电网。但这种划分，其间也不存

在严格的界限。

按电力网本身的结构方式，又可分为开式电力网和闭式电力网。凡用户只能

从单方向得到电能的电力网称为开式电力网；凡用户可以从两个及两个以上方向

同时得到电能的电力网就称为闭式电力网。

根据电压等级的高低，一般可将电力网分为低压、高压、超高压和特高压几

种。电压在IkV以下的电力网称低压电网；电压在IkV至330kV之间的电力网称

高压电网，330kV以上到lOOOkV以下的电力网称为超高压电网；lOOOkV及其以上

的电力网称为特高压电网。

二、电力系统的特点

一般将发电厂、电力网和用户组成的整体称为电力系统。若将两个或法个以

上的小型电力系统并联运行，便组成了地区性的电力系统。进一步把这些地区性

的电力系统连接起来，就组成了联合电力系统。组成联合的电力系统在技术上和

经济上都有很大的优越性，归纳起来，有如下几个方面。

1.提高供电的可靠性和电能质量

由孤立发电厂供电时，在电厂内很难建立起足够的备用容量。因此，当有的

机组检修，另一机组发生故障时，就会影响对用户的连续供电。但在联合电力系

统中，即可建立足够的备用容量，备用机组的台数较多。这样，个别机组发生故

障对系统的影响较少，而几台机组同时发生故障的机会也很少，因此提高了供电

的可靠性。

由于联合电力系统容量较大，个别负荷的变动，即使是较大的冲击负荷，也

不会造成电压和频率的明显变化，从而保证了电能质量。

2.可减少系统的装机容量，提高设备利用率

由于不同地区之间，东西有时差，南北有季节差，再加上负荷性质的不同，

所以电力系统中各个用户的最大负荷出现的时间就不同。因而在联合电力系统中,

综合起来的最大负荷，将小于各个用户最大负荷相加的总和。由于系统中最高负

荷的降低，相应地就可以减少系统中总的装机容量。

为了保证供电的可靠性，必须在发电厂内建立起必要的备用容量。对于孤立

运行的电力系统，必须建立起备用容量，其数值通常等于该系统总容的10%至

15%,且不小于一台最大机组的容量。在联合电力系统中，各电厂的机组可错开

时间进行检修，当某些电厂的机组发生故障时，系统中其它机组支援，这样系统

中的总备用容量比各个孤立系统备用容量的总和减少一些。

因此，组成联合电力系统后，在用电量一定时，可以减少总的装机容量。在

总的装机容量一定时，可以提高设备的利用率，增加供电量。

3.便于安装大型机组、降低造价

系统中火电机组的经济装机容量与电力系统总容量及负荷增长速度等因素有

关。一般在100万kW及其以上的电力系统中，最经济的机组容量应为系统容量的

6%〜10%左右1000万kW及其以上的电力系统中，最经济的机组容量为系统容量

的4%〜6%左右，对于容量较小的电力系统，当负荷增长较快时，最经济的机组

容量为系统容量的20%左右。机组容量小于这个比例时不经济，超过这个比例会

造成运行和检修的困难。由于联合电力系统容量大，按照比例可装设容量较大的

机组，而大型机组每千瓦设备的投资和生产每千瓦时电能的燃料消耗以及维修费

用，都比装设小机组便宜，因而可节约基建投资、减少煤耗、降低成本和提高劳

动生产率。

4.充分利用各种动力资源，提高运行的经济性'

有很多能源，如风力、潮汐、太阳能和原子能等都可以用于发电，如果这些

电站与系统联接，将被充分利用。

水利资源取决于河流的水文情况，受气候条件的影响很大。若水电站孤立运

行，使水利资源不能得到充分利用。如果与电力系统相联接，由于电力系统有很

多火力发电厂，这样在丰水期可让水电站满发，而减少火力发电厂的负荷；在枯

水期则让火力发电厂担负基本负荷，而让水电站担负尖峰负荷。此外，火力发电

厂之间还可以经常使高效率和运行最经济的发电机组多带负荷；效率很低或燃烧

优质煤的机组少带负荷。这样就可以充分利用水利资源，降低火力发电厂的煤耗,

从而降低了电能成本，提高运行的经济性。

以上这些优点，说明了建立联合电力系统的必要性。随着我国电力工业的迅

速发展，目前已建成了国家电网、南方电网联合电力系统，并将逐步建成全国统

一的电力系统。

第二节额定电压及额定电压的选择

一、额定电压

能使发电机、变压器以及各种电力设备长期正常工作的最高电压叫做这些电

力设备的额定电压。各种电气设备在额定电压下运行时，其技术性能和经济效果

最好。国家根据国民经济发展的需要，为了使电力设备生产实现标准化和系列化,

规定了电力设备的统一额定电压等级。现将输配电线路中常用的交流电力设备的

额定电压列入卜表中。

力网中，发电机的额定电压为10.5kV。如果线路首端电压比电力网的额定电压高

5%,则末端电压比电力网额定电压低5%,这样就保证了电力设备的端电压不超出

额定电压±5%的允许变化范围。

变压器的初级绕组接受电能相当于受电设备，它的额定电压应等于受电设备

的额定电压(即等于电力网的额定电压以)。但是有些直接与发电机连接的变压器,

它的初级绕组的额定电压与发电机相同，即比电力网额定电压高5%；变压器的次

级绕组，是处于下一级送电线路的首端，相当于发电机，它的额定电压比电力网

的额定电压高出5%。由于变压器次级绕组的额定电压是指空载情况的电压值。故

当变压器有载运行时，其次级绕组将产生5%的电压损耗。为了使次级绕组的实际

输出电压比电网额定电压高出5%,因而对短路电压较大的变压器(包括高压侧电

压为35kV以上的变压器和35kV以下而其短路电后为7.5%以上的变压器)，其次

级绕组的额定电压应比电力网额定电压高出10%。这样，即可保证线路首端1、3

的电压比电力网额定电压高5%,末端电压比电力网额定电压低5%,以满足电能

质量的要求。

此外，在变压器的高压绕组上具有改变变压比的分接头，可根据电力网电压

损耗的大小及变电站对实际电压的要求，进行电压调整。

二、额定电压的选择

(-)电压选择的基木原则

在进行电力网电气计算时，首先应确定电力网的额定电压。己知，三相交流

电的线电流，、功率P和线电压的关系，当输送容量一定时，线路电压越高，电流

就越小。电压高不仅可以使用较小的导线截面，而且可以降低线路的功率损耗和

电能损耗。这样看来，似乎线路的电压越高就越节省，实际不然，若电压过高…

线路的绝缘就越要加强，用于绝缘方面的投资也就越大。

因此，电力网电压的选择是一个涉及面很广的综合性问题，除考虑输送容量、

输送距离、运行方式等各种因素外，还应根据一次能源的分布，电源及工业布局

等远景发展情况，进行全面的技术经济比较，其选择基本原则是：

(1)选定的电压等级应符合国家电压标准，我国目前现行的电力网额定电压标

准为：

3、6、10、35、60、110、220、330、500(kV)

(2)电压等级的选挎应满足近期过渡的可能性，同时也能适应远景规划发展的

需要。故在选择电压等级时，应了解一次能源的分布和工业布局，考虑电力负荷

的增长和新建的电厂容量。

(3)同一地区，同一电力网内，电压等级应少，以减少重复容量；各级电压问

的级差不宜太小，按国内外的经验，电压等级差一般为2〜3倍。例如，UOkV及

其以上的电力网电压等级为110/220/500kV或110/330/750kV)；110kV及其

以下的电力网电压等级为10/35/HOkVo

(4)在选择电力网电压等级时应考虑到与主系统及地区系统联网的可能性。在

选择大容量发电厂向系统送电电压时，应考虑是采用单回线还是采用多回线送电。

若采用单回线送电时，应选择高一级电压；采用多回线送电时，可采用低一级电

压。

(5)在实际应用中，照明电力网及容量为50至100kW的动力设备，其电压采

用380/220V；对于厂矿企业大型动力设备，如200kW及其以上的电动机可日6〜

10kV电网供电；大城市及矿区电力网采用的电压为35〜llOkV。

(二)输送容量和输送距离的关系

在下表中。列出由实际经验所得到的各级电压送电线路的输送容量和距离。

各级电压线路的输送容量和距商

线路电压触容皆雕磔或路电压输送容量输媪离

(kV)(MW)(km)(kV)(MW)(km)

___________...________________一_____-

t1

0.38以下0・6以F1352.0-1020-50

30.1-1.01311010-5050750

60.1*1,24*15220100-500100*301

100.2-2.06-2033020U-1000200-600

-------------------------1

用负荷距(即线路有功负荷和线路长度的乘积)的方法，根据负荷大小、功率

因数、导线型号、电压等级、电压损耗即可从相关表中计算出相应的输送距离。

第三节电力系统基本要求及电能的质量指标

一、电能在生产技术上的主要特点

(1)电能的生产、输送，分配和使用是在同一瞬间完成的。电能不能贮存，也

不容许间断，发电厂的发电量，决定于用户的需求，发电和用电是平衡的。正因

为如此，电力系统每个环节中，任何一部分或任何一点发生故障或运行方式发生

变化，都会破坏局部供电，甚至影响整个电力系统电能的生产和供应。

(2)电力系统的电磁过渡过程(例如发生突然短路、稳定运行破坏等过程)非常

迅速，因而电能的生产靠人工操作和调整是达不到满意的效果，甚至是不可能的。

必须采取专用的自动装置才能迅速而准确地完成电能生产的任务，因而对电力系

统自动化的程度要求要高。

(3)电力工业和国民经济各部门以及人民生活关系极其密切，电能的不足或停

止供应，会直接影响国民经济的发展和人民的正常生活，甚至造成生产停顿和生

产设备的损坏。

二、电力系统的基本要求及电能的质量指标

(一)保证供电的可靠性

为了保证电力系统对用户供电的可靠性，首先必须保证电力系统每个设备和

元件运行可靠。因此，要求对电力系统中各个设备均要经常进行监视、维护、定

期运行试验和检修，使设备处于完好的运行状态，并应在系统中建立必要的备用

容量以备急需。

由于电力工业与国民经济各个部门紧密相联，供电的停顿将会引起生产的停

顿和人民生活秩序的破坏，甚至会造成人身和设备的损伤。因此，电力系统应尽

可能保证对用户连续不断的供电。

对于供电可靠性的评价指标，DL/T836-2003《供电系统用户供电可靠性评

价规程》有明确的规定，这里对几个主要指标作简要介绍。

(1)用户平均停电时间。指用户在统计期间内的平均停电小时数，计算方

法见下式。

Z(每次停电持续时间x每次停电用户数)

用户平均停电时间二

总用户数

(2)供电可靠率。指在统计期间内，对用户有效供电时间总小时数与统计期间小

时数的比值，计算方法见下1

供电—［一用就嚣黑间

X1OO%

(3)用户平均停电次数。指供电用户在统计期间内的平均停电次数，计算方法见

下式。

用户平均停电次数N每篝髅户数

(4)系统停电等效小时数。指在统计期间内，因系统对用户停电的影响等效成全系统

(全部用户)停电的等效小时数，计算方法见式

Z(每次停电容量x每次停电时间)

系统停电等效小时数=

系统供电总容量

目前我国电力工业还不能满足国民经济发展的需要，因此必须实行计划用电。

为了实行计划用电，根据用户对供电可靠性的要求，将电力负荷分为三类。

I类：突然停电，将造成人身伤亡和重大设备损坏，给国民经济带来重大损失

和造成严重政治影响的用户。

n类：突然停电，将引起主要设备损坏，产生大量废品、大量减产的用户。

如纺织厂、化工厂等。

in类：所有不属于I、n类负荷的用户。

对于I类负荷，应由两个独立电源供电，以保证供电持续性，其中一个应为

备用电源，备用电源可以是柴油发电机、蓄电池组等。对于【I类负荷，应尽量由

不同变压器或两段母线供电。对于in类负荷则无特殊要求。如果由于某些原因，

电力系统稳定运行，与对用户的持续供电发生矛盾时，为了保证电能质量，应根

据负荷性质，采取适当措施，有计划地将部分不重要的用户或负荷加以切除。

(二)保证电能质量

电能是电网企业供给电力用户的特殊商品，也是一种使用最为广泛的清洁能

源。电能质量的指标若偏离正常水平过大，一方面会给电力系统中发电、输电和

配电设备带来不同程度的危害，另一方面会对电力用户造成重大影响，如中断生

产流程、影响敏感加工设备，进而造成停工、废料与产量损失等，给用户带来经

济损失。

从20世纪90年代以来，我国先后组织制定并颁布了多项电能质量的国家标

准，如GB/T12325—2008《电能质量供电电压偏差》、GB/T15945—2008《电

能质量电力系统频率偏差》、GB/T14549—1993《电能质量公用电网谐波》、

GB/T15543—2008《电能质量三相电压不平衡》、GB/T12326—2008《电能质量

电压波动和闪变》、GB/T18481—2001《电能质量暂时过电压和瞬态过电压》

等。这些标准对电压偏差、频率偏差、公用电网诸波、电压不平衡度、电压波动

和闪变、暂时过电压和瞬态过电压等方面的指标进行了如下规定。

(1)电压偏差。指电力系统正常运行的电压偏差，计算方法见下式。

由“•儡卡(。八实测电压一标称系统电压1Ano/

电压偏差(％)=-----七“LL----------X100%

标称系统电压

标准中规定：35千伏及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过标称系

统电压的10%；10千伏及以下三相供电电压允许偏差为标称系统电压的_L7%；

220伏单相供电电压允许偏差为标称系统电压的TO%至+7%。

(2)频率偏差。指电力系统频率的实际值和标称值之差。电力系统正常运

行条件下频率偏差限值为±0.2赫。当系统容量较小时，偏差限值可以放宽到±0.5赫。

(3)公用电网谐波。标准中规定了公用电网谐波电压(相电压)的限值，见二表。

公用电网谐波电压(相电压)限值

电网标称m电压总咕浓喻支率各次淋波电IR含有率(％)

(千伏》(%)奇次偶次

0.385.04.02.0

6

4.03.21.6

10

35

3.02.41.2

66

11O2.01.60.8

⑷电压不平衡度。指三相电力系统中三相不平衡的程度。用电压负序基波或零序

基波分量与正序基波分量的方均根值百分比表示。标准中规定电力系统公共连接点电压不

平衡度限值，电网正常运行时，负序电压不平衡度不超过2%,短时不得超过4%；接于

公共节点的每个用户引起该点负序电压不平衡度允许值一般为1.3%,短时不超过2.6%。

(5)电压波动和闪变。指由波动负荷引起的公共连接点电压的快速变动及由此可能引

起人对灯闪的明显感觉。由波动负荷引起的电力系统公共连接点的电压变动限值和变动频

度与电压等级有关。而闪变限值根据用户负荷大小、其协议用电容量占供电容量的匕例以

及系统电压，分别按三级作不同的规定和处理。

(6)暂时过电压和瞬态过电压。暂时过电压指在给定安装点上持续时间较长的不衰减

或弱衰减的(以工频或其一定的倍数、分数)振荡的过电压；瞬态过电压指持续时间数毫秒

或更短，通常带有强阻尼的振荡或非振荡的一种过电压。

电力供应的持续性和电能质量等可靠供电问题虽然最终体现在用户侧，但是受到从

发电、输电、配电到用电各环节的影响，任何一个环节出现问题都有可能影响用户的供电

可靠性。根据统计，诸如雷击、严重覆冰等恶劣天气引起的跳闸、线路倒塔和断线，以及

偷盗线路塔材等人为破坏等，是影响供电可靠性的主要因素。

电压和频率是衡量电能质量的重要指标。电压和频率的过高或过低将影响工

厂企业正

常生产，影响电力系统的稳定，下面将讨论电压和频率变化时的危害。

电压变动超出容许范围时的危害性：

经验证明，电压在额定电压±5%内变化，不会给电力系统和用户带来不利的

影响。若超出额定电压±5%的范围，将给电力系统和用户带来极大的危害。

电压过高将使发电机、变压器以其他带铁芯的电气设备铁芯中的磁通密度增

大，铁芯损耗增加，造成铁芯发热，无功损耗增加电压过高，使发电机、电动机

等电气设备绝缘老化，甚至击穿；电压过高，使白炽灯寿命缩短。若电压升高5%,

灯泡寿命缩短一半。电压过低使电动机运行情况恶化。因为电动机的电磁转矩正

比于电压的平方，当电压下降，转矩降低更为严重。当电压降低额定电压的30%〜

40%左右，经1s转矩崩溃，电动机自动停转，正在启动的电动机，由于电源电压

降低可能启动不起来，使电动机定子电流增加，运行中温度升高，甚至将电动机

烧毁。电压过低使照明设备不能正常发光。若电压降低5%,白炽灯的发光效率约

降低18%；电源电压降低10%时，发光效率约降低35%。

电压过低使电力网中的功率损耗和电能损耗增加。当线路输送功率不变时，

由于电压降低，使电流增大；网损也相应增太。

电压过低使电力设备容量不能充分利用。若电压降低到额定值的80%时，线

路和变压器的电能输送的容量只为额定值的64%。

频率变动超出允许范围的危害性：

频率的变化，不仅严重影响电力用户的正常工作，而且对发电厂和电力系统

本身也有严重危害。

频率过高使发电机转速增加，这是因为发电机转子的转速与频率成正比。由

于转子的转速增加，使其离心力增加，转子机械强度受到威胁，对安全运行十分

不利。

频率过低，发电机的出力就要受到限制，影响电力系统安全运行，这是因为:

(1)发电机的通风是靠转子端部的风扇来进行的，当频率过低时，转子转速降

低，风扇转速随之下降，使发电机的通风量减少，因而造成铁芯和绕组的温度升

高，这样只能用减负荷的办法使温度降低。

(2)发电机的感应电势与频率和磁通成正比。如果频率降低，要保持母线电压

不变，就必须增加磁通，也就是增加励磁电流，势必使转子绕组温升增加。为了

避免转子过热也只有减负荷。

(3)汽轮机在低速下运行时，若发电机输出功率不变，汽轮机叶片就要过负荷。

当叶片过负荷严重时，机组会产生较大的振动，影响叶片的寿命。特别是当叶片

振动频率接近或等于叶片的固有频率时，可能产生共振，至使叶片折断。为了保

证叶片安全也只有减负荷。

(4)当频率降低时，发电厂中水、风，煤系统中的电动机转速都降低，严重影

响发电机出力，影响电力系统安全运行。

由于频率降低，用户所有电动机转速降低，因而所带动的机械的生产率降低,

这将会影响冶金、化工、机械、纺织等行业的产品质量和产量。

根据有关规定，我国电力系统额定频率为50H%,其变化范围：电网容量在300

万kW及其以上的系统中，不得超过±0.2Hz；电网容量在不足300万即的系统中，

不得超过±0.5Hzo

电能质量标准，除电压和频率外，还有电压波形；由于现代用电设备，如轧

钢机、电弧炉、电焊机、可控硅控制的电动机、整流装置、电气化铁路等都是电

网的谐波源，对电网的电能质量影响很大，会造成电网电压的畸变，也就是谐波

对电网的污染。根据富里哀变换，非正弦电压可以分解为基波电压(50Hz)和系列

谐波电压(频率为基波的整倍数)。当谐波超过规定的极限值时.将对发供电设备，

继电保护及自动装置、用户的用电设备、通信线路都会产生不同程度的危害，严

重影响用户的正常生产，并危及电力系统的安全、经济运行。

(三)保证电力系统运行的经济性

提高电力系统运行的经济性，就是使电力系统在运行中耗费少、效率高、成

本低，其主要以如下三个经济指标来衡量。

(1)标准耗煤量。指每千瓦时电能所消耗的标准煤量，(按规定发热量为

29310kJ/kg的煤为标准煤)。

(2)厂用电率。指发电厂在电力生产过程中耗用的电量与发电量之百分比。目

前我国火电厂的厂用电率在6%〜10%之间。

(3)线路损耗率。指电能在各级电网环节中的损耗量占供电量之百分比。目前

我国各级电网的线损率约在3%〜10%之间。

在运行中应该力争将全电力系统的各项经济指标降低到最小。

为保证向用户提供可靠、优质、经济的电能，首先要做到安全生产和安全用

电。

第四节电力系统中性点的运行方式

电力系统中性点是指三相绕组作星形连接的变压器或发电机的中性点。电力

系统中性点与大地间的电气连接方式，称为电力系统中性点接地方式(即中性点运

行方式)O电力系统中性点的运行方式可分为中性点非有效接地和中性点有效接地

两大类。中性点非有效接地包括中性点不接地、中性点经消弧线圈接地和中性点

经高电阻接地三种，当发生单相接地时，接地电流被限制到较小数值，故又称为

小接地电流系统；而中性点有效接地包括中性点直接接地和中性点经小阻抗接地

两种，因发生单相接地时接地电流很大，故又称为大接地电流系统。我国电力系

统广泛采用的中性点接地方式主要有中性点不接地、中性点经消弧线圈接地及中

性点直接接地三种。

电力系统中性点的运行方式不同，其技术特性和工作条件也不同，此外还与

故障分析、继电保护配置、绝缘配合等均密切相关。采用哪一种中性点运行方式,

直接影响到电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、电网的造价以及对通

信线路的干扰程度。

一、中性点不接地系统

中性点不接地的电力系统正常时的电路图和相量图如下图所示。三相线路的

相间及相与地间都存在着分布电容，这里只考虑相与地间的分布电容，且用集中

电容C来表示，如图⑸所示。

1.正常运行

系统正常运行时，三相相电压是对称的，三相的对地电容电流也是对称的，

如图(b)所示。这时三相的对地电容电流的相量和为零，因此大地中没有电流流

过。其各相对地电压均为相电压。

正常运行时的中性点不接地系统

(a)ltlWjffl和耀图

2.单相接地故障

当系统发生单相接地故障时，如假设C相发生金属接地，其接地电阻为零，

如下图（a）所示，这时C相对地电压为零，而非故障相A、B相的对地电压在相位

发生单相接地故障时的中性点不接地系统

（a）电路图Mb）和就图

如图（b）所示，c相接地故障时，非故障相A相和B相对地电压值升高到百倍，变

为线电压。因此，这种系统设备的相绝缘不能只按相电压来考虑，而要按线电压

来考虑。

C相接地时，系统的接地电流（接地电容电流）。为A、B两相对地电容电流之

和。

由图（b）的相量图可知，/c在相位上正好超前Uc相电压901

系统单相接地时的接地电容电流为正常运行时每相对地电容电流的3倍。

当系统某一相发生故障，而故障相通过一定的阻抗接地时，称为不完全接地。

此时，接地相电压大于零而小于相电压，非故障相对地电压则大于相电压而小于

线电压。接地电流也比完全接地时小。其具体的电压、电流值与故障相接地电阻

值有关。

单相接地故障时，由于线电压保持不变，电力用户没有受到影响，因而提高

了供电可靠性。理论上长期带单相接地故障运行不会危及电网绝缘，但实际上是

不允许过分长期带单相接地运行的，因为非故障相电压升高到线电压，长期运行

时可能在绝缘薄弱处发生绝缘破坏而造成相问短路。

因此，为防止由于接地点的电弧及伴随产生的过电压使系统由单相接地故障

发展为多相接地故障，致使故障范围扩大，在这种系统中必须装设交流绝缘监察

装置。当发生单相接地故障时，该装置能发出报警信号或指示，以提醒运行值班

人员注意，并及时采取措施，查找和消除接地故障；如有备用线路，则可将重要

负荷转移到备用线路上.当危及人身和设备安全时，单相接地保护应动作于跳闸。

电力系统的有关规程规定：在中性点不接地的三相系统中发生单相接地时，

允许继续运行的时间不得超过2h,并要加强监视。

因为非故障相的对地电压升高到线电压，所以在这种系统中，电气设备和线

路的对地绝缘必须按能承受线电压考虑设计，这将增加相应的投资。

二、中性点经消弧线圈接地系统

中性点不接地系统具有单相接地故障时可继续给用户供电的优点，即供电可

靠性比较高。但有一种情况比较危险，即在发生单相接地时，如果接地电流较大,

将在接地点产生断续电弧。这就可能使线路发生谐振过电压现象，因此中性点不

接地不宜用于单相接地电流较大的系统。为了克服这个缺点，可将电力系统的中

性点经消弧线圈接地。

1.消弧线圈的结构及工作原理

消弧线圈熨际上是一种带有铁芯的电感线圈，其电阻很小，感抗很大，其铁

芯柱有很多间隙，能避免磁饱和，使消弧线圈有一个稳定的电抗值。

消弧线圈有多种类型，包括离线分级调匝式、在线分级调匝式、气隙可调铁

芯式、气隙可调柱塞式、直流偏磁式、直流磁阀式、调容式和五柱式等。

系统正常运行时，中性点电位为零，没有电流流过消弧线圈。

当系统发生单相接地时，流过接地点的总电流是接地电容电流/c与流过消弧

线圈的电感电流/L的相量和。由于超前Uc90',而/L滞后Uc90'，如下图（b）

所示，所以八和/c在接地点互相补偿，可使接地电流小于最小生弧电流，从而

消除接地点的电弧以及由此引起的各种危害。

中性点经消弧线圈接地的电力系统

（a）电路图Mb）相量:图

另外，当电流过零电弧熄灭后，消弧线圈还可减小故障相电压的恢复速度，

从而减小了电弧重燃的可能性，有利于单相接地故障的消除。

中性点经消弧线圈接地的系统发生单相接地故障时，与中性点不接地的系统

中发生单相接地故障时样，接地相对地电压为零，非故障相对地电压升高到6

倍。由于相间电压没有改变，因此三相设备仍可以正常运行。但也不能这样长期

运行，必须装设单相接地保护或绝缘监察装置，在单相接地时予以报警，以提醒

运行值班人员注意，并及时采取措施，查找和消除故障，如必要时将重要负荷转

移到备用线路上。

2.消弧线圈的补偿方式

(1)完全补偿

完全补偿简称全补偿，是使电感电流等于接地电容电流的补偿方式，接地处

电流为零。从消弧角度来看，完全补偿方式十分理想，但实际上却存在着严重问

题。因为正常运行时，在某些条件下，如线路三相的对地电容不完全相等或断路

器三相触头不同时合闸时，在中性点与地之间会出现一定的电压，此电压作用在

消弧线圈通过大地与三相对地电容构成的串联回路中，此时感抗XL与容抗Xc相等,

满足谐振条件，易形成串联谐振，产生谐振过电压，危及系统的绝缘，因此在实

际电力工程中通常不采用完全补偿方式。

(2)欠补偿

欠补偿是使电感电流小于接地的电容电流的补偿方式，此时接地点尚有未补

偿的电容性电流。欠补偿方式也较少采用，其原因是在检修、因事故切除部分线

路或系统频率降低等情况下，可能使系统接近或达到全补偿，以致出现串联谐振

过电压。

(3)过补偿

过补偿是使电感电流大于接地的电容电流的补偿方式，此时接地点处尚有多

余的电感性电流。过补偿可避免谐振过电压的产生，因此得到广泛应用。但过补

偿接地处的电感电流也不能超过规定值，否则电弧将不能可靠地熄灭。因此，消

弧线圈应设有分接头，用以调整线圈的匝数，改变电感值的大小，从而调节消弧

线圈的补偿电流，以适应系统运行方式的变化，达到消弧的目的。

根据相关规程规定，消弧线圈一般采用接近诸振的过补偿方式。与中性点不

接地系统一样，中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障时，允许运行时间

不超过2h,在这段时间内，运行人员应尽快采取措施，查出接地点并将它消除；

如果在这段时间内无法消除接地点，应将接地的部分线路停电，其停电范围越小

越好。

在正常运行时，如果中性点的位移电压过高，即使采用了消弧线圈，在发生

单相接地时，接地电弧也难以熄灭。因此，要求中性点经消弧线圈接地的系统，

在正常运行时其中性点的位移电压不应超过额定和电压的15%,接地后的残余电

流值不能超过5〜10A,否则接地处的电弧不能自行熄灭。

三、中性点直接接地系统

随着电力系统输电电压的增高和输电距离的不断增长，单相接地电流也随之

增大，中性点不接地或经消弧线圈接地的运行方式已不能满足高压系统正常、安

全、经济运行的要求。针对这些情况，电力系统中性点可采用直接接地的方式运

行，即中性点直接与大地相连。

1.中性点直接接地系统的工作原理

下图所示为中性点直接接地系统的工作原理图。

中性点直接接地系统的工作原理图

正常运行时，由于三相系统对称，中性点的电压为零，中性点没有电流流过。

当系统中发生单相接地时，由于接地相直接通过大地与电源构成单相回路，故称

这种故障为单相短路。单相短路电流IK很大，此时继电保护装置应立即动作，使

断路器断开，迅速切除故障部分，以保证不会产生稳定电弧或间歇电弧，系统其

他部分仍能正常运行。

2.中性点直接接电系统的特点

中性点直接接地系统中发生单相接地时，相间电压的对称关系被破坏，但未

发生接地故障的两完好相的对地电压不会升高，仍维持相电压。因此，中性点直

接接地系统中的供电设备的相绝缘只需按相电压来考虑°这对llOkV及以卜的高

压系统来说，具有显著的经济技术价值，因为高压电器特别是超高压电器，其绝

缘问题是影响电器设计制造的关键问题。电器绝缘要求的降低，直接降低了电器

的造价，同时也改善了电器性能。

中性点直接接地系统中发生单相接地即形成单相短路，必须立即断开电路，

这样造成的后果是短期停电（重合闸成功），或者是长期停电（永久性故障，则重合

闸不成功）。此外，在短路过程中，巨大的短路电流引起的电动力和热效应可能使

一些电气设备造成损坏。一些断路器由于切断短路电流的次数增加，会增加其维

护检修的工作量。

中性点直接接地系统中发生单相接地故障时，大的接地电流对邻近的通信线

路干扰大，感应电压可能危及工作人员安全或引起信号装置误动作，因此，电力

线和通信线间必须保持一定的距离。

此外，中性点直接接地系统发生单相接地时，由于接地电流很大，电压的剧

烈下降、线路的突然切除可能导致系统稳定性的破坏。

四、中性点不同接地方式的应用范围

选择电力系统中性点接地方式是一个综合性问题，它与电压等级、单相接地

短路电流、过电压水平及保护配置有关，直接影响电网的绝缘水平、系统供电的

可靠性和连续性、主变压器和发电机的安全以及对通信线路的干扰。实际电力系

统中，不同中性点接地方式应用范围大致如下：

(1)3〜10kV系统电压不高，绝缘费用在总投资中所占比重不大，同时这个电

压等级配电线路总长度长，雷击瞬间跳闸事故多，因而要着重考虑供电可靠性问

题。一般多采用中性点不接地系统，仅在线路长或有电缆线路而且单相接见电流

越限(单相接地电流大于30A)时，才采用经消弧线圈接地运行方式。当发电机或调

相机直接接在3〜20kV电网中时，为了避免因电机内部故障产生电弧烧坏电机，

若单相接地电流大于5A,也应装消弧线圈。

(2)35-66kV系统和3〜10kV系统相似，降低绝缘水平时经济价值不甚显著。

同时，这个电压等级都未全线架设避雷线，雷击事故较多，供电可靠性也是其主

要考虑的问题。虽然可采用中性点不接地系统，但由于35〜66kV系统电网线路总

长度一般都超过100km,单相接地电流超过限制，因此多采用经消弧线圈接地方式。

(3)110kV及以上系统，其绝缘费用在总投资中所占比重较大，供电可靠性可

通过全线架设避雷线和采用自动重合闸加以改善。因此，我国UOkV及以上系统

广泛采用中性点直接接地运行方式。

此外，电压在500V以下的三相三线制系统多采用中性点不接地运行方式，220

/380V三相四线制系统多采用中性点直接接地运行方式。

第五节主系统图的绘制方法及要求

一、对电气主接线的墓本要求

发电厂的电弋主接线是冷发电厂的一次高压电与设备采用特定的图形符号和文字符号.

谢1连接线蛆成的接受和分配电能的电路.也称•次传线或电气主系统.用一次电气设备特

定的图形符号和文字符号符发电机、变压器、母线、开关电器测兔电器、保护电器、输电

线部等有关巾气设备,按T作航序抒列,详细及示•次电气设备的纲成和在接大系的单线接

制礼称为电气主接线图：衣21为发电厂一次电气谀备在电气主接线图中沿川的图形符号

和文字符号。

表M发电厂一次电气也各在电气主接线图中常用图形符号和文字行号

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消址线网

火化诃取

双珑虻、：统到

电庄£席赫

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发由「的电气主接线能够宜接反映发电I.的建法规投、发电厂在也力系统中的地位、发

电厂的进出线网路数、系统电压等级、设备特点及负荷性质等情况，并对电力系统的安全、

经济运行.刻电力系统的稳定和网度的艮活性.以及刈发电厂的电气设备选择、配电装置的

布置、妹电保护及控制方式等都有术大的影响。因此,发电厂的电气主接线应满足卜列基本

要求。

1.运行的里靠性

发、供电的安全可堀性，如电力生•产和分配的第要求・主接线必须首先给予满足eW

为电能的发、送、用必须在同•时刻进行，所以电力系统中任何一个环竹故障-都将影响到

整体“事故停电不仅是电力部门的损失,更严重的是会造成国民经济各部门的损失，一台

100MW的发电机约停电11).国民经济损失达几十万兀u此外♦一此部门的停电还会造成人

员伤亡.具有重要•地位的发电J发生事故时・在严申:情况下可能会导致全系统性事故c所

以，主接线若不能保证安全可驱地［作，发电厂就很卷完成生产和揄送数量和质星均符合要

求的电能；

主接线的可貂性并不是绝对的，同样形式的主接线对某些发电厂来说是可养的・但对另

一些发电厂就不能满足可靠性要求.所以在分析主接线的可生性时，不能脱离发电厂在系统

中的地位、作用以及川户的负荷性质等。

2.具有一定的炙活性

主接线不但在正常运行情况下,能根据调度的要求，灵活地改变运行方式，达到调偿的

目的；而「I在各种事故或设备检修时,能尽快地退出设备、切除故障•使P?也时间最短、影

响范围最小，并且在检幡设备时能保证检修人员的安全。

3.操作应尽可能简品、方便

生接线应简单清晰、操作方便，尽可能使操作步骤简单•便于运行人员掌握,复杂的拯

线不仅不便于操作,还往往会造成人员误操作而发生枭放。狙接线过于箭单.不但不能满足

运行方式的需要，而H也会给运行池成不便•或造成不必要的停电、

4.经济上令理

2.双百拄按段

图2-3为双母线接线.它有两组母

线，•组为工作母线。•阻为备用母线。

施一电源和每一出线都经一台断路器fil

两组隔离开关分别号两组即线相连,任

•组母线都可以是工作的或备用的,这

止与单母线接线的根本大别-两组件浅

之间湎过母线联络断路器（简称母联版

跻器）QFC连接.有两组用•线后，使运

行的可靠性和灵活性大为提高、

双母线接线的优点区：①检修母线

时,电簿和出线可维可工作,不公中断

图2-3双母线接线

时用户供电，②检修任•母战隔离开关

时,只需断开这一回路3④工作母线故陵时，所有回路能迅速恢包工作。④在特殊需要时.

可用个别囿路接在备用母线I.单独J1作成试验.⑤双母线接线运行方式比较灵活.⑥便于扩

建，但是内线接线也看•些缺点.它的主:要缺点是，①倒母线的操作过程比较复杂.容易造

成误操作.②I作H线故障时.将造成短时（转换母线时间）全部进出线停电，⑤在检修任

一线路断胳器时•用用仅断路邓代杵该断蹿器工作前,该网路需短时停电，中山线隔离开关

数目大大增加,配电装置布置发架，投资和占面积增大.

尽管双母线接战存在上述缺点，但U单母线接线和1匕其优点是显著的，因此。双母线

接线在发电1中得到广广泛的应用。为广等小母线故障的影响范上,可将双母线分段；为不

停电检修出线断路麻,可增设旁路母线「

双一线接线可退用母联断路耨临时代替出线断路器工作,但出线数微多时.母城断用

器经常被占用,降低了双年线工作的叫根性和灵活性。为此可设设旁路丹线，忤127（Q为

带旁路母线WBp的双母线接线关于旁路号线的「作特点.前面已讨论过,为了诫少浙储

器的数目,可不设专用的旁路断路器,而用母联断路器Q口兼作旁络断路器,其接线如图

图2T仰力路母我的双号线接线

⑴用旁珞母线火却的双修线接心⑹与⑷飞作田联所用器使川时为削'上线帝必

6U施用-然触凝母联斯路叁QFc最切粘⑹否理内时联新ftmQPca力就的按战

⑻(M(c)

图26发出机业绕机•图21桥形接线

生声器单元接线G)内Kh(上外桥।(。双桥燃

桥形接线采用的设备少・接线清晰简单,但可东性小梧.只适用「进出线何路数较少、输

电线路较短的发电厂或公电所・以及作为最终将发爬为中母线分段或双母战的初期接线方式。

6,角形戋场

母线用合成环形，并拉回路数利用断路器分段.即构成角形接线，向形接线中，断路器

数等于同路数，II.每条I可路都与两台新格器相连接，检修任•台断路器都不致中断供电，隔

离开关作为闻离电源的器件,只TF隹检修设备月才起隔周月源之用,从而具有较高的可貂性

和灵活性。图28(n)为一角形接线；图2-8(1))为四角形接线；图2K(c)为五加形接

WLI

图2E内形接线

龟):角形接线,(b)三角彤帙坎：S)五九匕接线

线.为阴止在捡修某断路器出现开环运行时，希好又发生另断路器故障,造成系统解列或

分成两部分运行.甚至造成停电事故，一般应将电源q假线网路相互交样布置.如四角形接

线按对用原则接线，将会提高供电可靠性c

三、大型火电厂主接线的特点

大型火电厂是指单机容易为2D0MW及以1：、总装机容毋为1000MW及以上的电厂,

这类火电厂上要:用于发电,多为凝汽式火电厂.其主接城特点如下：

（1）在系统中地位重要，上要求抵基本负荷，负荷曲线平检.设备利用小时数高,发展

可能性大，因此.其主接线要求较高。

：2）不设发电机电压母线，发电机与主攵压器（双线组变1k器或分裂变压器）采用简单

可靠的单元接线,发电机JHI至主变压器低压喇之间采用封闭母线，除广用电外，绝大部分

电能H接川220kV及以上的1〜2种升高也用送人系统,附近用户则由地区供电系统供电，

（3）1|高电氏部分为220kV及以上，220kV配电装置一般采用双母线杵旁路母线、双

母线分段带旁路外线接线•接入220kV配电装置的单机容景•般不出过3C0MW；330〜

SQOkV配电装置.当选出线数为6回及以上时,采用台半断路器接线；220kVq330〜

500kV配电装置之间一般用自楣变压器快络。

（4）从整体卜若，这类电厂的主接线较荷单、清晰,且一般均为屋外配电装置.

图2・9为某大用火电厂的电气主接线图,该发电厂花4X3C0MW及2X5OOMW共6台

发电机，分别芍6台双绕组主变压器接成单元接线，其中2个单元接个220kV配电装置,4

个单元接到500kV配电装置；220kV为布£用旁路断路器的权母线带旁路接线；50CkV为

4Hl卜

40MVA

50MVA40MVA

3DDMW-nMVA不■<

<EX»6(K»MW

图2d，星大型火电厂的电气主搂线图

43

作电源时.起岳侪作川，又称事故备用电源，电厂的主要电气设备在正常运行时由工作电源供

电,只行为工作电源消失埼，才自动切换到始功电源或备用电源,因此，启动电源实质上也是一

个备川电源「府于捻）VW及以匕人型机3，，启动电源兼作由故备用电源，统称启动/帮用电源.

后加备川电源的引接应保泣其独立性，并口!!而足够的供电容也最好能。电力系统

紧密联系，在全J序电恬况卜仍能尽快从系统费得厂用电源、以下至高压厂用启动/篇用电

源最常她的引接方式：

⑴从发电机电为母线的不同分段上.通过厂用备用变压器（或电抗器）引接。

（2）从与电力系统联系紫楮的最低♦级电压母线引接.这样.有可能因采用电长等级较

高的高，年厂川变压器.使高压配电装置投资增加.口供电可靠性也相应提高，

（3）从联络变^器的低叫第115接,但应保证在搬I!全件情况下.能够次得足够的电源容吊.

（|）、"技术经济合理时•可由外部电网引接专用线路.经过厂用价用变压器求得独立的

备用电源或启动电源U

低J旬用备川电源侬均从即K厂川母线的不同分段卜.引接.经低压厂用备用变压器荻

得低压厂用备用电源,-

在火电厂中,高、.低压启动，备用电源的数中与发电厂装机台数、单机容SL主接线形

式及控制方」弋等囚京有关，一般皮表2-3原则配置s

表2-3