电力系统基础知识

电力系统的基础知识

一、电力系统的构成

一个完整的电力系统由分布各地的各种类型的发电厂、升压和降压变电所、输电线路及电力用户组成，它们分别完成电能的生产、电压变换、电能的输配及使用。

二．电力网、电力系统和动力系统的划分

电力网：由输电设备、变电设备和配电设备组成的网络。

电力系统：在电力网的基础上加上发电设备。

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。

三．电力系统运行的特点

一是经济总量大。目前，我国电力行业的资产规模已超过2万多亿，占整个国有资产总量的四分之一，电力生产直接影响着国民经济的健康发展。

二是同时性，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。

三是集中性，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。

四是适用性，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。

五是先行性，国民经济发展电力必须先行。

四、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。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%。

五、电力系统的中性点运行方式

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。

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。我们国家的220V/380V和110KV以上级系统，都采用中性点直接接地，以大电流接地方式运行。

中性点不接地或经消弧线圈接地方式：当发生单相接地故障时，线电压不变，而非故障相对地电压升高到原来相电压的√3倍，供电不中断，可靠性高。我们国家的10KV和35KV系统，都采用中性点不接地或经消弧线圈接地，以小电流接地方式运行。

六、供电质量

决定用户供电质量的指标为电压、频率和可靠性。

1．电压

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。

（1）电压偏差：电压偏差是指电网实际电压与额定电压之差，实际电压偏高或偏低对用电设备的良好运行都有影响。

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±10%；

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%。

计算公式

电压偏差(％)＝(实际电压一额定电压)／额定电压，最后乘以100％

（2）电压波动和闪变：在某一时段内，电压急剧变化偏离额定值的现象称为电压波动。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。由电压波动引起的灯光闪烁，光通量急剧波动，对人眼脑的刺激现象称为电压闪变。

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%

（3）高次谐波：高次谐波的产生，是非线性电气设备接到电网中投入运行，使电网电压、电流波形发生不同程度畸变，偏离了正弦波。

高次谐波除电力系统自身背景谐波外，主要是用户方面的大功率变流设备、电弧炉等非线性用电设备所引起。高次谐波的存在降导致供电系统能耗增大、电气设备绝缘老化加快，并且干扰自动化装置和通信设施的正常工作。

（4）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％占总量的40/0。

4、风电的优势是环保，缺点是占地面积大，发电不稳定，不能建大中型发电厂，所以风力发电发展非常迟缓，到现在全国装机容量不到50万千瓦，最大发电机组仅750千瓦。

核电的相关报道

1985年中国开始兴建第一座核电站——浙江秦山核电站，容量30万千瓦，压水堆型，自行设计、制造、施工，部分设备进口。1991年12月15日并网发电，1994年4月1日商业运行，1995年7月1日通过国家验收。目前正扩建二期工程二台国产60万千瓦核电机组，和三期工程二台自加拿大引进的重水堆型70万千瓦核电机组。

广东深圳大亚湾核电站，是中国兴建的第二座大型核电站，引进英、法两国设备，安装二台90万千瓦压水堆型核电机组。1988年8月8日浇注第一罐混凝土，1993年8月31日一号机组平网发电，1994年2月1日商业运行；二号机组于1994年5月6日商业运行。目前在建的项目有：大亚湾第二核电站—岭澳核电站，安装四台压水堆型100万千瓦核电机组；江苏连云港核电站，由俄罗斯引进二台100万千瓦核电机组；广东省规划建设第三座核电站，即阳江核电站，安装6台100万千瓦核电机组。

目前中国核电装机容量仅占全国发电装机容量的0.76%，发电量仅占总发电量的1.2%。

风电的相关报道

中国风力资源约为2.53亿千瓦，可开发量达1.6亿千瓦。1998年末，全国近20个风电场，装机总容量为22.36万千瓦。目前全国最大，也是亚洲最大的风电场是新疆达坂城风力发电场，装有300、500、600千瓦风电机组共111台，总容量5.75万千瓦。内蒙古辉腾锡勒风电场，装有42台600千瓦及10台550千瓦风电机组，总容量3.07万千瓦。浙江临海括苍山风电场，装有33台600千瓦风电机组，总容量1.98万千瓦。目前中国风电装机容量仅占可开发量的千分之一点四，有广阔的发展前景。

地热发电的相关报道

中国地热资源也很丰富，且分布面甚广。第一座地热电站建于广东丰顺县邓屋村于1970年建成，机组容量100千瓦。1971年至1975年在湖南省宁乡县灰场镇建成300千瓦地热电站。目前中国最大的地热电站是西藏羊八井地热电站，装机总容量达2.518万千瓦，1975年开始兴建，1977年一号机1000千瓦机组发电，以后续建7台3000千瓦和1台3180千瓦地热机组，至1992年全部建成。西藏那曲地热电厂系联合国开发署援建项目，安装3台1000千瓦地热机组，于1992年全部建成。

潮汐能发电的相关报道

中国拥有500千瓦以上的潮汐能电源点有191处，可开发的潮汐电站装机总容量可达2158万千瓦，年发电量可达619亿千瓦时，主要分布在杭州湾、长江北口、浙江乐清湾三大地区。中国第一座潮汐电站是1959年9月建成的浙江临海潮汐电站，安装2台60千瓦机组。中国最大的潮汐电站是浙江温岭县江厦潮汐试验电站，总容量3900千瓦，一号机500千瓦于1980年5月4日发电。目前中国已建成7座潮汐电站，最大的装机5000千瓦和3座波力实验电站40千瓦。正在兴建2座波力试验电站，装机容量200千瓦和潮汐电站一座70千瓦。

太阳能发电的相关报道

中国第一座大功率的太阳能发电站建于内蒙古巴林右旗古力古台村，功率560瓦，于1982年10月11日投运。在西藏已建成二座10千瓦、一座20千瓦和一座25千瓦的光伏电池电站。中国最大的太阳能光能发电站，建于海拔4300米的西藏革吉县，总功率10088瓦。正计划在拉萨兴建一座3.5万千瓦的太阳能发电站。

九、中国的电力起步

1879年，美国的著名发明家爱迪生发明了电灯，很快把神秘的电和人类的生活联系了起来。

19世纪90年代，三相交流输电系统研制成功，并很快取代了直流输电，成为电力系统大发展的里程碑，吹响了工业革命的号角。

清光绪五年四月初八（1879年5月28日），上海公共租界工部局电气工程师毕晓浦，在虹口乍浦路的一座仓库里，用7.46千瓦的蒸汽机带动自激式直流发电机，将发出的电能点燃碳极弧光灯。这是中华大地上点亮的第一盏电灯。

1882年，英国人在上海南京路创办了上海第一家发电厂，容量12千瓦，这就是中国的第一座发电厂。这座电厂的出现，比全球率先使用弧光灯的巴黎北火车站电厂晚7年，比伦敦霍尔蓬高架路电厂晚6个月，却比纽约珠街电厂早2个月，比俄国彼得堡电厂早1年，就用电来说，中国也属于最早使用电的国家之一。

中国人自办电气事业，约始于1888年。当年7月23日，两广总督张之洞从国外购入1台发电机和100盏电灯，安装在衙门旁发电，供衙门照明。

1890年，上海一些官僚、富商家庭开始使用白炽灯照明。

20世纪初，中国的电力发展出现了第一波热潮。1903年江苏镇江大照电灯公司成立。1905年北平京师华商电灯有限公司成立。天津、上海南市、济南、汉口、重庆等地的华人也先后开办电力事业。

1904年，处于日本殖民统治下的台湾建成中国最早的水电站龟山水电站，装机容量600千瓦。云南石龙坝水电站也在1912年建成发电，随之出现了我国第一条22千伏输电线路。由于历经战乱，旧中国的电力始终缓慢发展。

十、新中国的电力发展

电力工业素有国民经济“先行官”之称。新中国成立50多年来，电力工业迅速发展。从1996年起，我国电力装机容量、发电量和用电量一直保持世界第二位，仅次于美国。

据统计，1949年，全国电力装机容量只有185万千瓦，年发电量43亿千瓦时，分别位居世界第２１位和２５位。

新中国成立后，我国电力工业迅速发展。到1978年，全国电力装机容量已达5712万千瓦，比1949年增长近３０倍；年发电2566亿千瓦时，增长近59倍。

改革开放后，我国电力工业连续跃上两个台阶：1987年，电力装机容量达１亿千瓦，1995年突破２亿千瓦，2000年突破3亿千瓦，2003年接近4亿千瓦，2005年突破5亿千瓦（其中水电装机容量达到1亿千瓦），2006年突破6亿千瓦，2007年突破7亿千瓦，2008年接近8亿千瓦。

1988年，全社会用电量5358亿千瓦时，1996年突破1万亿千瓦时，2004年突破2万亿千瓦时，2008年达到34268亿千瓦时。

装机容量的高速增长期是2004——2008，全社会用电量的高速增长期是2003——2007，装机容量最多的是2006年，超过1亿，超过总装机容量的百分之二十。全社会用电量增长最快的是2007年，比2006年增加了4198亿千瓦时，增加了百分之十五。2.2电力系统负荷等级与计算电力负荷：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。两回路是两台变压器并联运行，其目地是当有一台出现问题时，另一台还能维持下去。中国\o"民用供电"民用供电使用三相电作为楼层或小区\o"进线"进线，多用星形接法，其相电压为220V，而线电压为381V(近似值)，需要中性线，一般也都有地线，即为三相五线制。而进户线为\o"单相线"单相线，即三相中的一相，对地或对中性线电压均为220V。一些大功率\o"空调"空调等\o"家用电器"家用电器也使用三相四线制接法，此时进户线必须是三相线。\o"工业用电"工业用电多使用6kV以上\o"高压"高压三相电进入厂区，经\o"总降压变电所"总降压变电所、\o"总配电所"总配电所或\o"车间变电所"车间变电所\o"变压"变压成为较低电压后以三相或单相的形式深入各个车间供电。各国规定的三相电导线颜色A相B相C相中性线地线\o"美国"美国

（大部分）\o"黑色"黑色\o"红色"红色\o"蓝色"蓝色\o"白色"白色或\o"灰色"灰色\o"绿色"绿色、\o"黄绿色"黄绿色条纹，或裸露的铜线美国

（其它情况）\o"棕色"棕色\o"橙色"橙色\o"黄色"黄色\o"灰色"灰色或\o"白色"白色\o"绿色"绿色\o"加拿大"加拿大（强制性）[1]\o"红色"红色\o"黑色"黑色\o"蓝色"蓝色\o"白色"白色\o"绿色"绿色（或裸露的铜线）加拿大（孤立的三相电设施）[2]\o"橙色"橙色\o"棕