第二章 电力系统基本知识

1、第二章第二章 电力系统基本知识电力系统基本知识2022-5-11 第一节第一节 电力系统概述电力系统概述v 由由发电发电、输电输电、配电配电和和用电用电组成的整体称为组成的整体称为电力系统电力系统。电力系统中的电力系统中的输电输电、配电配电三个部分称为三个部分称为电力网电力网。v 电力网电力网是将各电压等级的输电线路和各种类型的变电是将各电压等级的输电线路和各种类型的变电所连接而成的网络。所连接而成的网络。v 输电网输电网是以是以高压甚至超高压电压将发电厂、变电所或高压甚至超高压电压将发电厂、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变电所之间连接起来的输电网络，所以又称为电力网

2、中的主网架。的主网架。v交流高压输电网交流高压输电网指指220KV电网电网v交流特高压输电网交流特高压输电网指指1000以上以上电压电网电压电网v高压直流输电高压直流输电指电网指电网v特高压直流输电特高压直流输电指电网指电网v 直接将电能送到用户的网络直接将电能送到用户的网络称为称为配电网配电网。配电网又分。配电网又分高压配电网、中压配电网、低压配电网。高压配电网、中压配电网、低压配电网。2022-5-12KV500KV800高压配电网高压配电网指指110kV及以上及以上的电压。的电压。中压配电网中压配电网指指35kV、10kV、6kV、3kV电压。电压。低低压配电网压配电网指指220V、38

3、0V电压。电压。20KV中压配电优点中压配电优点1、提高中压配电系统的容量、提高中压配电系统的容量 当当20KV取代取代10KV中压配电电压，原来线路导线路径不变，升压后中压配电电压，原来线路导线路径不变，升压后的的配电容量配电容量可以可以提升一倍提升一倍2、降低线路的电压损失、降低线路的电压损失 在负荷不变的情况下，在负荷不变的情况下，20KV的的电压损失电压损失只有只有10KV的的25%；在符合；在符合升高一倍时，升高一倍时，电压损失电压损失只有只有10KV的的50%3、增大了中亚配电网的供电半径、增大了中亚配电网的供电半径 当当10KV升到升到20KV，在一定的情况下，在一定的情况下，供

4、电半径供电半径可可增加倍增加倍4、降低线损降低线损在负荷不变的情况下，配电系统电压等级由在负荷不变的情况下，配电系统电压等级由10KV升至升至20KV，功率功率损耗降低损耗降低至原来的至原来的25%，即降低了，即降低了75%图图 1 -1 电力系统示意图电力系统示意图2022-5-14各种类型发电厂各种类型发电厂v火力发电厂火力发电厂 65.4%v水利发电厂水利发电厂 23%v核能发电厂核能发电厂 1.5%v风力发电厂风力发电厂 7%v太阳能发电厂太阳能发电厂 2.3%v地热发电厂地热发电厂 v潮汐能发电厂潮汐能发电厂2022-5-15 0.4%一、大型电力系统优点一、大型电力系统优点 . 大

5、型电力系统主要在技术经济上具有下列优点：大型电力系统主要在技术经济上具有下列优点： 1.提高供电可靠性提高供电可靠性 2.减少系统的备用容量减少系统的备用容量 3.降低系统的高峰负荷降低系统的高峰负荷 4.提高了供电质量提高了供电质量 5.便于利用大型动力资源便于利用大型动力资源 特别是大型的水特别是大型的水力资源。力资源。2022-5-16 二、电力生产特点二、电力生产特点v1.电力生产特点电力生产特点 （1）同时性同时性 电能的生产、输送、分配以及转电能的生产、输送、分配以及转换为其他形态能量的过程，是同时进行的。电换为其他形态能量的过程，是同时进行的。电能不能大量储存。能不能大量储存。

6、（2）集中性集中性 电力生产是高度集中的、统一电力生产是高度集中的、统一的。的。 （3）适用性适用性 电能使用最方便，适用性最广电能使用最方便，适用性最广泛。泛。 （4）先行性先行性。电力行业和交通运输行业都是。电力行业和交通运输行业都是 先行工业。先行工业。2022-5-17一、电力负荷组成一、电力负荷组成 1.用电负荷用电负荷 用电负荷是用电负荷是用户在某一时刻对电力用户在某一时刻对电力系统所需求的功率系统所需求的功率。 2.线路损失负荷线路损失负荷 电能从发电厂到用户的输电过电能从发电厂到用户的输电过程中发生功率和能量的损失所对应的功率。程中发生功率和能量的损失所对应的功率。 3.供电负

7、荷供电负荷 是是指用电负荷加上同一时刻的线路指用电负荷加上同一时刻的线路损失负荷损失负荷，是发电厂对外供电时所承担的全部，是发电厂对外供电时所承担的全部负荷，称为供电负荷负荷，称为供电负荷。第二节第二节 电力负荷电力负荷单位：（单位：（kW）、容量（）、容量（kVA）或电流（）或电流（A）2022-5-18二、按时间不同负荷分类二、按时间不同负荷分类v一一) )、按负荷发生时间不同，可分为以下几类：、按负荷发生时间不同，可分为以下几类： （1）高峰负荷高峰负荷 高峰负荷是指电网或用户在高峰负荷是指电网或用户在单位时间单位时间内内所发生的最大负荷值。所发生的最大负荷值。 常以常以小时用电量小时用

8、电量作为负荷。高峰负荷又分为作为负荷。高峰负荷又分为日高峰日高峰负荷负荷和和晚高峰负荷晚高峰负荷。 （2）低谷负荷低谷负荷 低谷负荷是指电网中或某用户在低谷负荷是指电网中或某用户在一天一天24h内，发生的用电量最少时的负荷。内，发生的用电量最少时的负荷。 （3）平均负荷平均负荷 指电网中或某用户在某一段确定的时间指电网中或某用户在某一段确定的时间阶段内平均小时用电量。阶段内平均小时用电量。2022-5-19负荷曲线负荷曲线负荷曲线负荷曲线反映负荷随时间变化规律的曲线反映负荷随时间变化规律的曲线。曲线包含面积代。曲线包含面积代表这一段时间内的用电量。表这一段时间内的用电量。“削峰填谷削峰填谷”，

9、降低峰谷差，合理用电。，降低峰谷差，合理用电。2022-5-110v 二二) )、按负荷的重要性可分为、按负荷的重要性可分为一类负荷一类负荷、二类负荷二类负荷、 三类负荷三类负荷三类。三类。 （1）一类负荷一类负荷 也称一级负荷，指突然中断供电将会造成也称一级负荷，指突然中断供电将会造成人人 身伤亡身伤亡或会引起对周围或会引起对周围环境严重污染环境严重污染，造成，造成巨大经济损失，巨大经济损失，重大政治影响重大政治影响。(兵工厂、大型钢厂、火箭发射基地、医院等)（2）二类负荷二类负荷 也称二级负荷，指突然中断供电将会造成也称二级负荷，指突然中断供电将会造成较较大大经济损失，重要用电单位。经济损

10、失，重要用电单位。(企业工厂、大城镇、农村等） （3）三类负荷三类负荷 也称三级负荷，指不属于上述一类和二类负也称三级负荷，指不属于上述一类和二类负荷的其他负荷。荷的其他负荷。 对对一级负荷的用电设备一级负荷的用电设备，应按有，应按有两个以上两个以上的独立电源供电，的独立电源供电，并辅之以其他必要的非电力电源的保安措施。并辅之以其他必要的非电力电源的保安措施。2022-5-111 第三节第三节 变电所变电所一、一、变电所的作用及分类变电所的作用及分类 作用：作用：升降电压分配电力升降电压分配电力 分类：分类：根据其在系统中的位置、性质、作用及控根据其在系统中的位置、性质、作用及控制方式等，可分

11、为制方式等，可分为升压变电所升压变电所、降压变电所降压变电所、枢纽枢纽变电所变电所、地区变电所地区变电所、终端变电所终端变电所，有人值班变电有人值班变电所所和和无人值班变电所无人值班变电所。2022-5-112二、变电所的主要电气设备二、变电所的主要电气设备 可分为可分为和和。 一次设备直接与电力线路相连接。主要有：一次设备直接与电力线路相连接。主要有： 1）主变压器）主变压器 用于升降电压。用于升降电压。 2）高压断路器）高压断路器 是变压器和高压线路的开关电器，具有是变压器和高压线路的开关电器，具有断合正常符合断合正常符合电流电流和和切断短路电流切断短路电流的功能，的功能，具有完善的灭弧装

12、置。具有完善的灭弧装置。 3）隔离开关）隔离开关 用于隔离电源，用于隔离电源，没有灭弧装置没有灭弧装置 4）电压互感器）电压互感器 将系统的将系统的高电压高电压转变为转变为低电压低电压，供保护和计量用。，供保护和计量用。 5）电流互感器）电流互感器 将高、低压系统的将高、低压系统的大电流大电流按一定的比例转换为标的按一定的比例转换为标的小电流小电流。 6) 熔断器熔断器 当电路发生短路或过负荷时，熔断器能自动切断故障路，当电路发生短路或过负荷时，熔断器能自动切断故障路，从而使电气设备的到保护。从而使电气设备的到保护。 7) 负荷开关负荷开关 用来不频繁地接通和分断小容量的配电线路和负荷，用来不

13、频繁地接通和分断小容量的配电线路和负荷，起到隔离电源的作用，起到隔离电源的作用，只有简单的灭弧装置。只有简单的灭弧装置。 二次设备用于二次设备用于控制控制、保护保护一次设备，以及对一次电量参数进行一次设备，以及对一次电量参数进行测量测量的的设备。设备。2022-5-1132022-5-114主变压器主变压器2022-5-115高压断路高压断路器器2022-5-116隔离开关隔离开关2022-5-117 熔断器熔断器2022-5-118负荷开关负荷开关电气主接线图的基本元素电气主接线图的基本元素2022-5-119电气主接线图的基本元素电气主接线图的基本元素2022-5-120电气主接线图的基本

14、元素电气主接线图的基本元素2022-5-121对主接线的基本要求：对主接线的基本要求：1. 满足用电要求；满足用电要求；2. 接线简单；接线简单；3. 运行经济、可靠；运行经济、可靠；4. 操作方便、运行灵活；操作方便、运行灵活；5. 设备选择合理；设备选择合理；6. 便于维护检修；便于维护检修；7. 故障处理能保证安全；故障处理能保证安全；2022-5-122（一）高压配电所常用的电气主接线（一）高压配电所常用的电气主接线单电源、单母线接线：单电源、单母线接线：特点：特点：1. 接线简单；接线简单；2. 操作方便；操作方便；3. 投资节省。投资节省。2022-5-123（2）双电源、单母线接

15、线：）双电源、单母线接线：特点：特点：1. 一路电源工作，一路备用；一路电源工作，一路备用；2. 也可以两路电源同时工作；也可以两路电源同时工作；3. “先合后断先合后断”原则：原则：接通电路接通电路时先合隔离开关后合断路器，时先合隔离开关后合断路器，断开电路时先断开断路器后断断开电路时先断开断路器后断隔离开关隔离开关。2022-5-124供电容量大；供电容量大；用于供电回路多的站；用于供电回路多的站；供电可靠性高；供电可靠性高；运行灵活性大；运行灵活性大；投资高；投资高；操作步骤复杂；操作步骤复杂；占地面积大占地面积大适用于：适用于：110KV110KV以上的变电站以上的变电站（3）单电源、

16、双母线接线：）单电源、双母线接线：2022-5-125双母线接线：双母线接线：解决了母线检修问题解决了母线检修问题（4）双电源、双母线接线：）双电源、双母线接线：2022-5-126（二）总降压变电所电气主接线（二）总降压变电所电气主接线 电源进线电源进线35KV及以上及以上用户，往往需要用户，往往需要两级降压两级降压，先经总降压变电，先经总降压变电所将电压所将电压降低到降低到10KV的高压配电电压，然后再用电区变电所再的高压配电电压，然后再用电区变电所再降降压到压到380/220V低压。低压。1.单台变压器单台变压器35KV电源进线电源进线结构简单，可靠性差结构简单，可靠性差2022-5-1

17、27桥式接线形式桥式接线形式内桥式接线内桥式接线外桥式接线外桥式接线桥桥跨条跨条2.双电源两台变压器双电源两台变压器外桥式：外桥式：变压器变压器故障或故障或检修不检修不影响线影响线路运行，路运行，而而线路线路影响变影响变压器压器内桥式：内桥式：线路不线路不影响变影响变压器压器，变压器变压器故障或故障或检修影检修影响线路响线路2022-5-1281. 有用户总降压变电所有用户总降压变电所2022-5-1292. 无用户总降压变电所无用户总降压变电所变压器高压侧必须配置足够的高压开变压器高压侧必须配置足够的高压开关设备对变压器进行保护和控制关设备对变压器进行保护和控制（1）高压侧隔离开关）高压侧隔

18、离开关+熔断器（跌落式熔断熔断器（跌落式熔断器）；低压侧低压断路器（自动空气开关）器）；低压侧低压断路器（自动空气开关）（2）高压侧负荷开关）高压侧负荷开关+熔断器熔断器（3）高压侧隔离开关）高压侧隔离开关+断路器断路器 投资高，但可靠性高投资高，但可靠性高（4）双台变压器，高低压均有断路器）双台变压器，高低压均有断路器2022-5-1302022-5-131第四节第四节 供电质量供电质量v 供电质量供电质量 指指电能质量电能质量与与供电可靠性供电可靠性。电能电能质量质量包括包括电压电压、频率频率和和波形波形的质量。的质量。v 供电可靠性供电可靠性 是以供电企业对用户停电的时间是以供电企业对用

19、户停电的时间次数来衡量的。次数来衡量的。质质量量电电压压允允许许偏偏差差电电压压允允许许波波动动与与闪闪变变电电压压质质量量公公用用网网谐谐波波三三相相电电压压频频率率质质量量电电能能质质波波形形供供电电质质量量 主主要要是是允允许许不不平平衡衡度度频频率率允允量量供供电电偏偏可可靠靠差差 性性许许 2022-5-132电能质量电能质量v 电能质量电能质量是是指供给用电单位受电端电能的优劣程指供给用电单位受电端电能的优劣程度度。v 电能质量电能质量主要主要包括包括电压、频率和波形质量电压、频率和波形质量三部分。三部分。v 电压质量电压质量又分为又分为电压允许偏差电压允许偏差、电压允许波动与电压

20、允许波动与闪变闪变、公用电网谐波公用电网谐波、三相电压允许不平衡度三相电压允许不平衡度。2022-5-133 1. 供电电压允许偏差供电电压允许偏差v 在某一时段内，电压幅值缓慢变化而偏离额定值的程度，以电压在某一时段内，电压幅值缓慢变化而偏离额定值的程度，以电压实际值和电压额定值之差实际值和电压额定值之差U与电压额定值与电压额定值UN之比的百分比之比的百分比U%来来表表示示，即v （1-1）v式中：U-检测点上电压实际值(V);v UN-检测点电网电压的额定值（V）。我国国家标准规定电压偏差的允许值为：我国国家标准规定电压偏差的允许值为：v 1）35kV及以上及以上供电电压正负偏差之绝对值和

21、不超过额定电压的供电电压正负偏差之绝对值和不超过额定电压的10%；v 2）10kV及以下及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的三相供电电压允许偏差为额定电压的7%；v 3）220V单相单相供电电压允许偏差为额定电压的供电电压允许偏差为额定电压的+7%、-10%。%100%NNUUUU2022-5-1342022-5-135电压质量对各类电气设备（包括用电设备）的安全、经济电压质量对各类电气设备（包括用电设备）的安全、经济运行有直接的影响运行有直接的影响照明设备照明设备当电压降低时，白炽灯的当电压降低时，白炽灯的发光率和光通量都急剧下降发光率和光通量都急剧下降；当；当电压上升时，白炽灯的电压上升

22、时，白炽灯的寿命将大为缩短寿命将大为缩短；电压比额定值降；电压比额定值降低低10%，则通光量减少，则通光量减少30%；电压额定值高；电压额定值高10%，则寿命，则寿命缩减缩减一半（一半（50%）电动机影响电动机影响电压过低电压过低，停转或不能启动；定子、转子，停转或不能启动；定子、转子电流增大电流增大，温度，温度上升，烧毁电机。上升，烧毁电机。电压过高，绝缘老化，缩短寿命电压过高，绝缘老化，缩短寿命发热装置影响发热装置影响电压过低电压过低，达不到温度，达不到温度 2.电压允许波动和闪变电压允许波动和闪变 （1）电压允许波动）电压允许波动 在某一个时段内，电压急剧变化而偏离额定值的现象在某一个时

23、段内，电压急剧变化而偏离额定值的现象，称为称为电压波动电压波动。 电压变化的电压变化的速率大于速率大于1%的，即为电压急剧变化。的，即为电压急剧变化。 电压最大值和最小值之差与额定电压之比的百分数电压最大值和最小值之差与额定电压之比的百分数U%来表示，来表示，即：即： （1-2） 式中：式中： UN-额定电压（额定电压（V）；）； Umax 、Umin-某一时段内电压波动的最大值与最小值（某一时段内电压波动的最大值与最小值（V）。）。 电压波动是由于负荷急剧变化的冲击性负荷说引起的。电压波动是由于负荷急剧变化的冲击性负荷说引起的。 我国国家标准对电压波动允许值规定为我国国家标准对电压波动允许值

24、规定为: 1） 220kV及以上及以上电压波动允许值为电压波动允许值为1.6%； 2）35110kV电压波动允许值为电压波动允许值为2%； 3）10kV及以下及以下电压波动允许值为电压波动允许值为2.5%。 （2）电压闪变）电压闪变 周期电压急剧波动一起灯光闪烁，光通量急剧波动，而造周期电压急剧波动一起灯光闪烁，光通量急剧波动，而造成人视觉不舒适的现象，称为闪变。成人视觉不舒适的现象，称为闪变。maxmin%100%NUUUU2022-5-1363. 调压措施调压措施1. 正确选择变压器的变比和电压分接头正确选择变压器的变比和电压分接头2. 降低系统阻抗降低系统阻抗 原因：电压损耗与各元件阻抗

25、成正比原因：电压损耗与各元件阻抗成正比 方法：减少变压级数，增加线路导线截面方法：减少变压级数，增加线路导线截面3. 使三相负荷平衡使三相负荷平衡4. 采取无功功率补偿措施采取无功功率补偿措施 原因分析：功率因数低，过多的无功功率传输导致原因分析：功率因数低，过多的无功功率传输导致无功损耗大，电压无功损耗大，电压 损耗大损耗大 提高功率因数：并联电容器提高功率因数：并联电容器5. 合理改变供电系统运行方式合理改变供电系统运行方式2022-5-137 电网中发电机发出的正弦交流电每秒钟交变的次数电网中发电机发出的正弦交流电每秒钟交变的次数，成为频，成为频率（率（我国规定为我国规定为50Hz) f

26、=f测量测量-50vGB：对于对于3000MW以上的电网，以上的电网，f士士0.2HZ 49.8-50.2HZ 对于对于3000MW以下的电网，以下的电网，f士士0.5HZ 对于非正常状态，对于非正常状态，f 不接地不接地 直接接地直接接地2 2、过电压与绝缘水平、过电压与绝缘水平 大接地大接地相电压相电压 小接地小接地线电压线电压3 3、继电保护、继电保护 大接地大接地灵敏、可靠灵敏、可靠 小接地小接地不灵敏不灵敏4 4、对通信的干扰、对通信的干扰 大接地大接地电流大、干扰大电流大、干扰大 小接地小接地电流小，干扰小电流小，干扰小5 5、系统稳定性、系统稳定性中性点不同接地方式的比较中性点不

27、同接地方式的比较 小接地系统优先小接地系统优先小接地系统优先小接地系统优先小接地系统优先小接地系统优先大接地系统优先大接地系统优先大接地系统优先大接地系统优先2022-5-154110kv110kv及以上及以上直接接地直接接地202060kv I10A60kv I10AI10A中性点经消弧线圈接地中性点经消弧线圈接地10kv I20A10kv I20AI20A中性点经消弧线圈接地中性点经消弧线圈接地3 36kv I30A6kv I30AI30A中性点经消弧线圈接地中性点经消弧线圈接地1kv1kv及以下及以下直接接地直接接地中性点运行方式的应用范围中性点运行方式的应用范围返回返回2022-5-1

28、一、系统接地的形式一、系统接地的形式 1.接地保护系统的形式文字代号接地保护系统的形式文字代号 第一个字母表示电力系统的对地关系：第一个字母表示电力系统的对地关系： T -直接接地；直接接地； I -所有带电部分与地绝缘，或一点经阻抗接地。所有带电部分与地绝缘，或一点经阻抗接地。 第二个字母表示装置的外露可接近导体的对地关系：第二个字母表示装置的外露可接近导体的对地关系： T -外露可接近导体对地直接作电气连接，此接地点与电力系统的接外露可接近导体对地直接作电气连接，此接地点与电力系统的接 地点无直接关连；地点无直接关连； N -外露可接近导体通过保护线与电力系统的接地点直接作电气连接。外露可接近导体通过保护线与电力系统的接地点直接作电气连接。 如果后面还有字母时，这些字母表示中性线与保护线的组合：如果后面还有字母时，这些字母表示中性线与保护线的组合： S -中性线和保护线是分开的；中性线和保护线是分开的； C -中性线和