电力系统基础培训

1、电力系统基础培训电力系统基础培训提提 纲纲 电力系统的基本设备和设施电力系统的基本设备和设施 电力系统的基本概念电力系统的基本概念电力系统的接线方式电力系统的接线方式电力系统基础培训目的和意义目的和意义1电能的概念电能的概念 2 2345电力系统范围电力系统范围 电压等级电压等级 电力系统组成电力系统组成 电力系统基本参数电力系统基本参数电力系统基础培训能源分为一次能源和二次能源，其中，一次能源主要是指不经过加工即进行直接利用的能源，包括煤、风能、水能、太阳能等；二次能源主要是指经过一次转换后被利用的能源，如电能。电能是现代社会中最重要、也是最方便的能源，它有很多有点：它可以方便的转化为别种形

2、式的能，如机械能、热能、光能、化学能等；它的输送和分配易于实现；它的应用规模也较为灵活；它是节约总能源消耗的一个重要途径。因此，电能目前已经被广泛应用。 电力系统基础培训如图为动力系统、电力系统和电网的示意。图1-1 交流系统结构图 在我国，通常将电力系统的电压等级范围划分低压、中压、高压、超高压和特高压见下表。表1-1 我国电压等级范围的划分我国输电网的电压等级一般在220-1000kV之间，基本属于高压、超高压和特高压的范畴。而配电网的电压等级一般选为110kV（或35kV）及以下，大致涵盖了低压、中压和高压的各种电压等级。不同国家的配电系统所采用的电压等级的差异很大表1-2 国内外配电系

3、统电压等级比较 国别配电系统电压等级中国110kV、66kV、35kV、(20kV)、10kV、6.6kV、0.4kV/220V美国34.5kV、23.9kV、14.4kV、13.2kV、12.47kV、(4.16kV)、110V俄罗斯110kV、35kV、20kV、10kV、0.4kV/220V英国132kV、33kV、11kV、415/240V法国20kV、0.4kV注：法国根据电压等级将全电力网划分为一次输电网（400kV）、二次输电网（225kV、150kV、90kV、63kV）和配电网（20kV及以下）。电力系统基础培训传统上讲电力系统划分为发电、输电和配电三大组成系统。发电系统发出

4、的电能经由输电系统的输送，最后由配电系统分配给各个用户。在发、输、配等环节之间和环节内部均存在能够使得电压等级转换的变电站，也有说法称其为变电系统。如图为电力系统的组成划分。 电力系统基础培训参数参数符号符号单位单位电压电压U UV V、kVkV相角相角radrad电流电流I IA A、kAkA功率功率有功功率有功功率P PW W、kWkW、MWMW无功功率无功功率Q QVarVar、kVarkVar、MVarMVar视在功率视在功率S SVAVA、kVAkVA、MVAMVA阻抗阻抗Z Z电阻电阻R R电抗电抗X X电导电导G GS S电纳电纳B BS S电感电感L LH H、mHmH、HH电

5、容电容C CF F、FF、pFpF电力系统基础培训基本设备基本设备1基本设施基本设施2电力系统基础培训电力系统的设备按功能分为一次设备和二次设备。一次设备用于直接输送电能。二次设备用于实行系统的测量、保护与控制等。此处将对发电机、变压器、母线、开关和线路等主要一次设备进行介绍。 电力系统基础培训（1）发电机发电机是将其他形式的能源转换成电能的机械设备，它由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动，将水流，气流，燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能。发电机的形式很多，但其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律。因此，其构造的一般原则是：用适当的导磁和导电材料

6、构成互相进行电磁感应的磁路和电路，以产生电磁功率，达到能量转换的目的。电力系统基础培训（2）线路线路是传输电能的设备，包括架空线路和电缆线路两种，其中架空线路又根据其外绝缘情况分为架空裸导线和架空绝缘导线两种。电力系统基础培训（3）变压器变压器是变换电压等级的设备，它根据电能传输和分配的需要，将电能的电压等级升高或者降低，因此，根据功能可将变压器分为升压变压器和降压变压器。变压器主要由铁心、绕组和分接头（也称抽头）组成，根据绕组数量可分为两绕组变压器（也称两卷变）和三绕组变压器（也称三卷变）。另外，根据所变换电压等级是否公用绕组，还可将变压器分为自耦变压器和非自耦变压器。 电力系统基础培训图2

7、-1 变压器抽头电力系统基础培训（4）母线在电力系统中，母线起到聚集电能和分配电能的作用，通常位于发电厂和变电站中。在电气分析中，母线相当于节点。（5）开关类设备在电力系统中，开关起到切断/闭合支路的作用，是系统中最为广泛的元件，主要包括断路器、负荷开关、刀闸、熔断器等等。电力系统基础培训从电气角度看，设施是若干设备的集合。电力系统的基础设施，主要包括发电厂、变电站、开闭所（也称开闭站、开关站）、环网柜、电缆分支箱（也称电缆分接箱）、配电室、箱式变（也称箱变）等，可归为发电设施、变电设施和配电设施三类。 电力系统基础培训2.2.1 发电设施电力系统的发电设施，主要包括火电厂、水电站、核电站、包

8、括风电、太阳能发电等各种分布式电源。火电厂、水电站和核电站，是发电机、母线、升压变压器和断路器等电气元件的组合。电力系统基础培训2.2.2 变电设施在电力系统中，变电设施主要起到转变电压等级的作用，包括变电站、配电室、箱式变等。其中配电室和箱式变均为10/0.4kV的变电设施。2.2.3 配电设施在电力系统中，配电设施主要起到分配电能的作用，包括开闭所、环网柜和电缆分支箱等。电力系统基础培训发电厂和变电站主接线发电厂和变电站主接线 1配电系统主接线配电系统主接线 2电力系统基础培训（1）单母线图3-1 单母线接线方式 优点：接线简单，操作方便、设备少、经济性好，而且便于向两端延伸，扩建方便。

9、缺点：可靠性差。母线或母线隔离开关检修或故障时，所有回路都要停止工作，也就是要造成全厂或全站长期停电。调度不方便，电源只能并列运行，不能分列运行，并且线路侧发生短路时，有较大的短路电流。 电力系统基础培训（2）单母线分段图3-2 单母线分段接线方式 优点：提高了供电可靠性和灵活性；对重要用户可以从不同段引出两回馈电线路，由两个电源供电；一侧母线故障，分段断路器自动将故障段隔离。 缺点：分段越多，断路器使用越多，且配电装置和运行也越复杂。对重要负荷必须采用两条出线供电，大大增加了出线数目，使整个母线系统可靠性受到限制。电力系统基础培训（3）双母线图3-3 双母线接线方式优点：供电可靠；调度灵活；

10、扩建方便。电力系统基础培训（4）旁路接线（a）单母带旁路优点：极大地提高了可靠性。缺点：增加了一台旁路断路器的投资。电力系统基础培训图3-4 旁路接线方式（b）双母带旁路 优点：比双母线可靠性更高。 缺点：但是增加了断路器，同时接线更为复杂。电力系统基础培训（5）桥型接线内桥外桥图3-6 桥型接线方式优点：在线路故障或切除、投入时，不影响其余回路工作，并且操作简单； 缺点：变压器故障或切除、投入时，要使得相应线路短时停电，并且操作复杂。一般适用于线路较长（相对来说线路的故障几率较大）和变压器不需要经常切换（如户电厂）的情况。 适合于线路较短和变压器需要经常切换的情况。 电力系统基础培训（6）单

11、元接线双绕组发电机-变压器单元接线 三绕组发电机-变压器单元接线电力系统基础培训发电机-变压器扩大单元接线 图3-5 发电机-变压器单元接线方式优点：单元接线简单，开关设备少，操作简便，因不设发电机电压级母线，使得在发电机和变压器低压侧短路的几率和短路电流相对于具有发电机电压级母线时，有所减少。 缺点：故障波及范围大，具体电气过程较为复杂，不加赘述。 电力系统基础培训（7）3/2接线 图3-7 3/2接线特点：运行的可靠性和灵活性很高，在检修母线或者回路断路器的时候不必用隔离开关进行大量的倒闸操作，并且调度和扩建也很方便。 广泛应用于超高压电网，在500KV的升压变电站和降压变电站中，一般都采

12、用这种接线。 电力系统基础培训（8）四角接线 图3-8 四角接线方式优点：所有的断路器数目比单母线分段接线或双母线接线还少一台，却具有双母线接线的可靠性，任一台断路器检修时，只需断开其两侧的隔离开关，不会引起任何回路停电；没有母线，因而不会存在因母线故障所产生的影响；任一回路故障时，只跳开与它相连接的2台断路器，不会影响其他回路的正常工作；操作方便，所有隔离开关，只用于检修时隔离电源，不作操作之用，不会发生带负荷断开隔离开关的事故。 缺点：检修任何一台断路器时，多角形就开环运行，如果此时出现故障，又有断路器自动跳开，将使供电造成紊乱；由于运行方式变化大，电气设备可能在闭环和开环两种情况下工作，

13、其中所流过的工作电流差别较大，会给电气设备的选择带来困难，并且使继电保护装置复杂化；不便于扩建。 电力系统基础培训3.2.1 3.2.1 高压配电网主接线高压配电网主接线各级高压网络接线模式不同，且供电模式众多。一个实际的高压网络往往不是由一种供电模式构成，而是由若干种供电模式组成。因此在进行高压网络规划时要对各电压等级的高压网络接线模式进行分析，从而确定适合规划区特点的高压网络接线模式，构造规划区高压网络。高压配电网络的基本供电接线模式有十余种，现对其总结和分析如下： 电力系统基础培训（1）同电源不同母线辐射接线（变电所设二台变） 图3-9 同电源不同母线辐射方式电力系统基础培训这种接线简单

14、实用，正常运行时变电所母线上的断路器开关断开，两条线路分别带50%负荷。当其中一条线路发生故障时，这条线路退出运行，合上变电所母线上的断路器，由剩下的一条正常线路带两台变压器。在这种接线模式中，断路器的故障率通常很小，影响系统可靠性指标的元件主要是线路的故障率和开关的操作时间，因而这种接线模式的可靠性较高。电力系统基础培训（2）不同电源双T接线（变电所设二台变）图3-10 不同电源双T接线方式电力系统基础培训这种模式接线采用变压器母线组的形式，所需的变电站设备投资较少，并且对实施自动化特别有利。这种模式可靠性比第一种接线模式低，当有一条线路发生故障时，所带的变压器必须停电，变压器所带的负荷只能

15、通过变电站低压侧备用转带，若没有低压备用，则负荷就要停电。电力系统基础培训（3）同电源不同母线双T接线（变电所设二台变压器） 图3-11 同电源不同母线双T方式电力系统基础培训这种接线的主要优点是简单，投资省，有较高的可靠性。变压器高压侧为线路变压器组接线，线路和变压器之间可以用断路器或隔离开关。这种模式可靠性与接线模式（2）相近，它们的差别在于高压线路的长度可能不一样。 电力系统基础培训（4）双侧电源不同母线双T接线（变电所设二台变）图3-12 双侧电源不同母线双T方式（双、双链接线）电力系统基础培训这种接线模式又可称为双接线（双链），接线模式稍显复杂，设备投资较大，但是灵活性较好，可靠性较

16、高。正常运行时联络线两侧的开关断开，当有一条线路发生故障时，相应的联络线投入从而不会造成长时间断电，停电的时间主要是由倒闸操作时间决定。由于增设了联络线，它的故障率也是影响系统可靠性的因素之一。 电力系统基础培训图3-13 不完全双链、不完全双环和单环电力系统基础培训（5）不同电源三T接线（变电所设三台变压器）电力系统基础培训图3-14 不同电源三双T接线方式 电力系统基础培训这种接线模式接线原理跟接线模式(2)类似。接线模式(2)是两台变压器，而这种模式是三台变压器。10kV变电所的三条进路分别来自两个不同的高压变电站的三段母线，110kV变电所站内是变压器母线组接线。当有一条线路发生故障时

17、，该线路所带的变压器必须停电，变压器所带的负荷只能通过变电站低压侧备用转带，若没有低压备用，则负荷就要停电。 电力系统基础培训（6）同电源不同母线三T接线（变电所设三台变压器）图3-15 同电源不同母线三T方式电力系统基础培训这种接线模式特点同接线模式(3)类似。10kV变电所的三条进路来自同一高压变电站的三段不同母线。站内接成变压器母线组的形式。运行简单、可靠。电力系统基础培训（7）双侧电源不同母线三T接线（变电所设三台变压器） 电力系统基础培训图3-16 双侧电源不同母线双T方式（三链接线）这种接线模式的特点同接线模式(4)。电力系统基础培训（8）同电源不同母线辐射接线（进线侧不设开关）与

18、图3-9差别在变电站接线模式，由于站内接线不再考虑之内，因此与图3-9相同。这种接线模式与接线模式(1)相比，最大的特点是在变电站进线侧没有开关。线路平常都带满负荷，当其中的一条线路发生故障,其相应的变压器必须停电。 电力系统基础培训（9）双侧电源辐射接线（变电所采用内桥接线）图3-18 双侧电源辐射接线方式（单链） 电力系统基础培训这种接线模式与模式(1)和模式(2)都有类似之处。它与模式(1)的区别在于变电所的两条进线来自不同电源。与模式(2)相比，模式(9)的变电所采用内桥接线，可靠性比模式(2)高。电力系统基础培训（10）T混合接线 图3-19 T方式电力系统基础培训这种接线模式为两座

19、220kV变电站间串入三座高压配电变电站，其中两侧的配电变电站采用T接方式，而中间的配电变电站采用接方式。该接线模式可靠性较高。 电力系统基础培训（11）单辐射接线 图3-20 单辐射接线方式电力系统基础培训3.2.2 中压配电网主接线中压配电网由高压变电所的10kV配电装置、开关站、配电房和架空线路或电缆线路等部分组成，其功能是将电力安全、可靠、经济、合理地分配到客户。一般网络由架空线和电缆线混合组成。在研究一个特定的供电区域内的10kV配电网的网络结构时，我们采取架空线路和电缆线路分开进行分析研究的方法，这样也不失一般性。电力系统基础培训（1）架空线路 分3种具有代表性的接线模式介绍 单电

20、源辐射接线 单环网（手拉手）接线 分段联络接线电力系统基础培训1）单电源辐射接线单电源辐射接线模式如图3-21所示，这种模式适用于非重要负荷架空线客户。干线可以分段，其原则是：一般主干线分为2-3段，负荷较密集地区1km分1段，远郊区和农村地区按所接配电变压器容量每2-3MVA分1段，以缩小事故和检修停电范围。单电源线辐射接线的优点是比较经济，配电线路和高压开关数量少、投资小，新增负荷也比较方便。但其缺点也很明显，主要是故障影响范围较大，供电可靠性较差。当线路故障时，部分线路段或全线将停电；当电源故障时，将导致整条线路停电。电力系统基础培训对于这种简单的接线模式，由于不存在线路故障后的负荷转移

21、，可以不考虑线路的备用容量，即每条出线（主干线）均可以满载运行。该模式主要适用于郊区和农村地区。 电力系统基础培训图3-21 单电源辐射接线模式（架空线）电力系统基础培训2）单环网（手拉手）接线单环网（手拉手）接线模式如图3-22所示，这种模式中的两个电源可以取自同一变电所的不同母线段或不同变电所。这种接线的最大优点是可靠性比单电源线辐射接线模式大大提高，接线清晰、运行比较灵活。主干线通常可分为二至三段，线路故障或电源故障时，在线路负荷允许的条件下，通过切换操作可以使非故障段恢复供电。在这种接线模式中，线路的备用容量为50%，即正常运行时，每条线路最大负荷只能达到该线路允许载流量的1/2。电力

22、系统基础培训它适用于负荷密度较大且供电可靠性要求高的城区供电，运行方式一般采用开环。图3-22 单环网（手拉手）接线模式（架空线）电力系统基础培训在实际应用中，还有一种三条线的环式接线模式，如图3-23所示。三个电源可以取自同一变电所的2段母线和不同变电所。正常运行时联络开关都是断开的，当线路1出现故障时，联络开关1闭合，由线路2送电；当线路2出现故障时，或联络开关1闭合由线路1送电，或联络开关2闭合由线路3送电；当线路3出现故障时，联络开关2闭合，由线路2送电。可见，在正常运行时，每条线路均应留有50%的裕量。电力系统基础培训该模式适用于电网建设初期，较为重要的负荷区域，能保证一定的供电可靠

23、性，并且随着电网的发展，在不同回路之间通过建立联络，就可以发展为更为复杂的接线模式，线路利用率进一步提高，供电可靠性也相应的有所加强，便于过渡，适合负荷的发展。 电力系统基础培训图3-23三条线的环式接线模式（架空线） 电力系统基础培训3）分段联络接线分段联络接线模式又可分为两分段联络（图3-24）和三分段联络（图3-25）。 图3-24 两分段两联络接线模式（架空线）电力系统基础培训图3-25三分段三联络接线模式（架空线） 电力系统基础培训这种接线模式，通过在干线上加装分段断路器把每条线路进行分段，并且每一分段都有联络线与其他线路相连接，当任何一段出现故障时，均不影响另一段正常供电，这样使每

24、条线路的故障范围缩小，提高了供电可靠性。 电力系统基础培训这种接线最大的特点和优势是可以有效的提高线路的负载率，降低不必要的备用容量。例如手拉手接线模式中干线正常运行负载率可以达到50%，两分段两联络模式中干线正常运行负载率可以达到67%，三分段三联络模式中干线正常运行负载率可以达到75%。电力系统基础培训该模式适用于负荷密度较高，对供电可靠性要求较高的区域，并且允许架空线路供电的区域。对于这些区域，可以在规划中预先设计好分段联络的网络模式及线路走径。在实施过程中，先形成单联络网络，注意尽量保证线路上的负荷能够均匀分布，随着负荷水平的提高，再按照规划逐步形成分段联络的配电网络，既提高了供电可靠

25、性又满足了供电的要求。电力系统基础培训（2）电缆线路 分6种具有代表性的接线模式单电源线辐射接线单环网接线不同母线出线连接开闭所接线双接线主备接线模式互为备用的主备接线模式 电力系统基础培训1）单电源线辐射接线如图3-26所示，电缆线路的单电源线辐射接线的优点就是比较经济，配电线路较短，投资小，新增负荷时连接也比较方便。但其缺点也很明显，主要是电缆故障多为永久性故障，故障影响时间长、范围较大，供电可靠性较差。当电源故障时也将导致全线瘫痪。电力系统基础培训对于这种简单的接线模式，不考虑线路的备用容量，即每条出线（主干线）均可满载运行。 图3-26 单电源线辐射接线模式（电缆）电力系统基础培训2）

26、单环网接线如图3-27所示，与架空线的单环网接线一样，两个电源可以取自同一变电所的2段母线或不同变电所。电缆单环网的环网点一般为环网柜、箱式站或环网配电站，与单环网的架空线路相比它具有明显的优势，由于各个环网点都有两个负荷开关（或断路器），可以隔离任意一段线路的故障，客户的停电时间大为缩短，只有在终端变压器（单台配置）故障的时候，客户的停电时间是故障的处理时间。在实际应用中，正常运行时，每条线路均留有50%的裕量。电力系统基础培训该模式的适用范围同架空线的单环网接线模式类似。图3-27 单环网接线模式（电缆）电力系统基础培训3）不同母线出线连接开闭所接线如图3-28所示，从同一变电站的不同母线或不同变电站引出主干线连接至开闭所，再从开闭所引出电缆线路带负荷（一般从开闭所出线的电缆型号比主干线电缆型号小一些）。在这里每个开闭所具有两回进线，开闭所出线可以采用辐射状接线方式供电，也可以形成小环网，进一步提高可靠性。在实际应用中，正常运行时，开闭所每条线路负载率应控制在50%左右。电力系统基础培训该种接线模式适于向对供电可靠性有较高要求的用户供电，如城市核心区，重要负荷密集区域等。该接线模式可以使用户同时得到两个方向的电源