第一讲电力系统基本知识

第一讲电力系统基本知识第一节电力系统的组成及特点

一、电力工业的发展现状我国电力工业发展速度很快，截至2007年底，全国的装机容量已经达到71329万kW（其中火电55442万kW，水电14526万kW，核电885万kW，风电设备容量达到403万kW），年均增长14.36%；年发电量达到32458亿kWh，年增长16.8%。装机容量和发电量已由解放时世界的25位跃升为仅次于美国的第二位。预计到2020年，我国电力装机将在此基础上再翻一番，达到95000万kW（见表1-1）。与之相配套的一大批500kV交流输变电和直流±500kV输电线路已经投入运行，750kV已经带电试运行，交流1000kV和直流±800kV特高压输变电工程已经开工建设。表1-12020（2010）年我国电力装机预测（万kW）年份总计煤电常规水电抽水蓄能气电核电新能源20209500059200220002500550036002200100%62.323.2%2.6%5.8%3.8%2.32010584504000013500150018001250400100%68.4%23.1%2.6%3.1%2.10.7%二、电力系统的组成为了提高供电的可靠性和经济性，通常将发电厂和用户之间通过升、降压变电所、输配电线路联系起来，如图1-1所示。由发电厂中的电气部分、各类变电所及输电、配电线路及各种类型的用电设备组成的统一整体称为电力系统。电力系统中各种类型的变电所及输配电线路组成的统一体，称为电力网。如果将各种类型发电厂的原动力部分，如水电厂的水库和水轮机、火力发电厂的锅炉和汽轮机、核电厂的核岛（反应堆）及汽轮机等考虑进去，它们与电力系统所组成的统一整体，称为动力系统。三、电力系统的特点在电力系统短短的一百多年发展历史中，电力系统从早期的直流到后来的交流，再到现代的交直流并存，电力系统的规模越来越大，输电距离也越来越远，已经出现了大型的跨国、跨区域联合电力系统。将小系统联合成大系统具有下列几方面明显的优点：（1）提高了供电可靠性；（2）提高了供电的电能质量；（3）可以减少系统的备用容量，提高设备利用率；（4）便于安装大机组，且机组容量越大，技术经济效益越好；（5）可以合理利用动力资源，提高了系统运行的经济性。虽然联合电力系统具有上述优点，但是随着系统容量的不断扩大，故障影响和波及的范围也在扩大，系统的短路容量也在增大，对电气设备开断短路电流的能力也提出了更高的要求，这也正是联合电力系统需要解决的问题。电力系统运行的特点，概括起来有以下几个方面：1.发供用电的连续性现阶段电能尚不能大量地、廉价地储存，发、变、输、配以及用电几乎同时完成，其中任一环节出现故障，必将影响电力系统的运行。因此，必须努力提高各环节的可靠性，以保证电力系统的安全、经济、连续、可靠运行和对用户的不间断供电。2.与国民经济各部门关系密切电力工业与国民经济及人民生活息息相关，是国民经济发展的动力和基础，是人们生活的必需品，电力供应的中断或不足，将直接影响到社会生产、人民生活和国民经济的方方面面。3.过渡过程的短暂性电力系统中发电机、变压器、线路等元件的投入和切除要求非常迅速，由此而引起的系统电磁、机电暂态过程是非常短暂的。因此，正常和故障情况所进行的调整和切换操作非常迅速，必须依赖自动化程度高和动作可靠的继电保护设备及自动装置来完成。同时还需要大量的、高素质的专门人才来加以控制。四、对电力系统的基本要求根据电力系统运行的特点，对电力系统的基本要求主要有以下几个方面。1.保证连续可靠的供电2.保证良好的电能质量电能质量指标是指电压、频率和波形三者的变化不能超过允许的波动范围。电压的允许波动范围：35kV及以上为±5%，10kV及以下为±7%；频率的允许偏移为50±（0.2~0.5）Hz（小系统为±0.5Hz，大系统为±0.2Hz）；波形应为标准正弦波且谐波应不超过标准。电能质量合格，用电设备正常工作时具有最佳的技术经济效果；相反，电能质量不合格，不仅对用电设备运行产生影响，对电力系统本身也有危害。3.保证电力系统运行的经济性电力系统运行时，要尽可能的降低发电、变电和输配电过程中的损耗，最大限度的降低电能成本。这不仅意味着大量的节约了能量资源，而且也降低了各用电部门的生产成本，使国民经济整体受益。

第二节发电厂和变电所的类型及设备一、发电厂的类型1.火力发电厂利用固体、液体、气体燃料的化学能来生产电能的工厂称为火力发电厂，简称火电厂。迄今为止，火电厂仍是世界上电能生产的主要方式，约占发电设备总装机容量的70%以上。我国和世界各国的火电厂使用的燃料大多以煤炭为主，其他还有燃油、天然气以及生活和工业垃圾等为燃料的火电厂。火电厂按照其生产方式不同又可以分为下列类型：（1）凝汽式火电厂。（2）热电厂。图1-2火力发电厂生产过程示意图2.水力发电厂（1）堤坝式水电厂。（2）引水式水电厂。

3.核能发电厂4.其他能源发电拦污栅厂房蝴蝶阀发电机尾水管下游坝体尾水闸门升压站蜗壳图1-3水力发电厂生产过程示意图上游水库溢流坝段拦河坝高压输电线路进水闸门二、变电所的类型1.枢纽变电所

枢纽变电所是大供电区域内的核心变电所，起着汇集多个大型发电厂电能和再分配的重要任务。2.中间变电所中间变电所的特点是以交换潮流为主，一般汇集2~3个电源，作为长距离输电线路的分段，低压侧可以带部分当地负荷，在系统中起着“承上启下”的重要作用。3.地区变电所

地区变电所一般作为地区或城市配电网的主要变电所。4.终端变电所终端变电所作为电网的末端变电所，一般位于输电线路终端。三、电气设备及其作用

一次设备（1）电能生产和转换类设备。（2）控制和保护类电气设备。（3）限流和限制过电压类设备。（4）载流导体类。二次设备（1）互感器类。（2）测量表计类。（3）继电保护和自动装置类。（4）直流设备。一次设备是指发、输、配电的主系统上所使用的设备备。如发电机、变压器、断路器、隔离开关、母线、电力电缆和输电线路等。

二次设备是指对一次设备的工作进行控制、保护、监察和测量的设备。如测量仪表、继电器、操作开关、按钮、自动控制设备、计算机、信号设备、控制电缆以及提供这些设备能源的一些供电装置(如蓄电池、硅整流器等)。第三节电力系统的额定电压一、额定电压等级为了使电力设备的生产实现标准化、系列化，为了各元件能够合理配套，电力系统中发电机、变压器、线路及各种电气设备等，都是按照规定的额定电压进行设计制造的。电力设备在额定电压下运行时，其技术和经济性能最佳。国家所规定的标准电压等级称为额定电压。通常将100V以下的电压称为第一类额定电压；将100~1000V的电压称为第二类额定电压；电压1000V以上的称为第三类额定电压。表1-3

3kV及以上额定电压（kV）用电设备平均额定电压交流发电机变压器一次变压器二次361035（60）110（154）22033050075010003.156.310.53763115（162）23034552578710503.156.310.513.8，15.75，18，20，243及3.156及6.310及10.513.8，15.75，18，20，2435（60）110（154）22033050075010003.15及3.36.3及6.310.5及1138.5（66）121（169）2423635508251100二、辞用电糕设备倾额定遗电压二、嫂各级拐电压针的经秀济输自送容恭量根据争经验夏：在11乌0k药V以下炒时，课额定冻电压豆的级春差以3倍左凡右为师宜；11俊0k遍V以上传时以2倍左受右为狮宜。表1-4架空输电线路的额定电压与输送功率和输送距离的关系

线路电压（kV）输送功率（MW）输送距离（km）线路电压（kV）输送功率（MW）输送距离（km）0.383610350.1以下0.1~1.00.1~1.20.2~2.02.0~100.6以下1~34~156~2020~50

110220330500750

10~50100~500200~8001000~15002000~250050~150100~300200~600250~850500以上

第四市节园电窄力线给路的扬结构一、什架空商线路讨的导滔线电力如线路时按结兼构可精分为最架空糕线路洁和电霉缆线渔路两种大类仍。对坑架空腾导线享的要畅求是糖：具璃有良臭好的番导电习性能纵、必班要的救机械短强度著和抗竞腐蚀翼性能赚，且捉制造阿工艺提简单判、质扒轻、青价廉骂。导线不的材痛料主何要是不铜、傍铝、搞钢等洁。目话前导鸟线多谎采用疏铝材贯料；桨为了帆提高他铝导搭线的额强度泰，铝匹中加版少量扬的镁狭、硅丽等元傍素，疤可制围成强鲜度较蓬高的景铝合美金绞阵线。觉导线察及避撇雷线抖的截垃面如馅图1-逝18所示贵。架空骂线路佛导线蛋的型故号用网汉语项拼音疯字母近表示由，举最例如俯下：LJ携-7案0为铝姓绞线鸭，额影定截汁面积管为70付mm2；TJ女-3凶5为铜惩绞线也，额肝定截成面积娃为35结mm2；GJ屡-2贪5为钢渗绞线借，额俊定截孕面积舅为25测mm2；LG哪J-勉24畏0为钢望芯铝神绞线经，铝舞线部锡分额赛定截剥面积蝇为24滤0尤mm2。此外侦，还些有轻控型钢谣芯铝纹绞线荷（LG鸣JQ）和互加强燃型钢拼芯铝的绞线购（LG矛JJ）等叶。二、唇架空冒线路依的杆吉塔杆塔街按照捞使用溜材料同不同跪，可厕以分盾为木慌杆、始水泥印杆和竟铁塔珠三种谷；按还用途宵又可梯以分澡为终性端杆桃塔、全转角令杆塔叔、跨近越杆找塔、涂直线邻杆塔蚀、耐赖张杆瓜塔和悔换位酱杆塔该等。（a）（b）图1-20直线水泥杆塔（a）单杆；（b）门型杆耐张杆直线杆直线杆直线杆耐张杆耐张段引流线档距档距档距档距导线方向导线方向合力方向转角杆塔转角α（a）（b）图1-22直线、耐张、转角杆塔示意图（a）线路转角；（b）一个耐张段示意图图1-21直线铁塔双分裂三分裂四分裂图1-19分裂导线AABBCCl1l2l3（a）AABBCCl1l2l3（b）（c）AABBCC图1-17换位杆塔（a）单柱直线换位杆；（b）门型直线换位杆；（c）耐张换位杆导线药的换启位及稀换位友杆塔L/3L/3L/3LABCBCACAB图1-16换位循环示意图三、寨绝缘章子架空检线路牧的绝范缘子仙分针互式、牺悬式馋、棒挺式及当瓷横铁担绝榨缘子附等几校种。四、代金具1.线夹2.连接屋金具3.保护啄金具12101000401003025图1-26棒式绝缘子（a）（b）图1-25针式和悬式绝缘子（a）针式绝缘子；（b）悬式绝缘子第五音节扎超躬高压海输电本的几摧个特雅殊问友题一、钱电晕奏问题1.电晕今产生关的机螺理当导达线上砌所加蚁的电诊压达猛到一羽定值行时，洞使导冬线表该面的向电场钢强度撇达到猫一定堆值，辜从而奥使导犬线周枝围的享介质宴（空洁气）裹发生距电离紧，电吵荷在洽导线阁周围雪的快地速运尸动，竟发出鄙沙沙怨声，捆同时围伴随沙有谈表蓝色优光，仰此即嗓为电浙晕。2.易产缎生电夺晕原喷因和率地方（1）电糕压等鼠级高尽。11绪0k需V以下蓬无电微晕。（2）导动线截与面小枪，易均使电树荷集苏中而刘产生吵电晕蜻。（3）导蛾线表停面不曾光滑队或有跃毛刺蜜，易习产生组尖端翼放电（4）各浊种连妻接点桂处，笋如连甜接端灭头、弄悬挂江点、个金具裹等。3.电晕粱的危坝害（1）电影晕损蜜耗。睁经测召算50贪0k危V线路雅，晴葱天损茂耗约犬为12剩kW裁/k膛m；75换0k爹V线路将约为20置~3苦0k咏W/值km。而参在大倡雾天矩，损馋耗可建达30妈0k却W/态km。（2）电提晕噪俗声。局变电垄站中急噪声迎可达70习~8饱0d绵B。（3）无械线电差干扰术。（4）电页晕腐张蚀。4.防止愧电晕匀措施（1）采版用分奇裂导歇线。动可以蜂增大俊导线拆的等吼值半法径。33据0k珍V—劫—2分裂触；50燥0k帮V—勤—4分裂苹；75膏0k凡V—堆—6分裂唯；10断00益kV戏——馆8分裂隔。33季0k狐V双分连裂50棵0k谨V四分茅裂75泡0k巩V六分协裂（2）采崭用扩还径或挪空心移导线披。（3）采还用优蒙良导绝线材视料。棒如LG确J-呆63叨0/烧10熔0防腐呜防振辆导线锈，铝碎包钢符芯铝型绞线AC芹SR竖/A惊S-误72臂0/纺50等。（4）各乔种连爬接点伸处采兔用均衫压环哥均压峡。如跑导线负悬挂望点、柜设备佳连接腊点等攻等。二、念导线市的振臭动导线策振动规分为饰微风路震动叉和舞躲动。皱主要队是指话导线晶在风伤力作惠用下蔬左右湿或上对下运硬动。导线币振动约的危悲害：搞导线弯在悬修挂点荡发生节金属详疲劳旧而导冬致断素股或咐断线帝故障射。防震怜措施胳：（1）安触装防饮振锤敬。一梨般安批装在唤风振特动波桨长的1/辫4处。（2）大而跨越樱档距母也可尺安装译阻尼曲线。（3）利盾用间汤隔棒愿防止馒导线馋鞭击短。三、缩慧超高敌压输斯电线江路的芬工频夏过电妨压1.过电狱压产类生的环原理输电军线路语带电桃后，越三相售导线星与导蜻线之怜间以转及导番线与眉地之恭间存朝在有么分布比电容翠，在熔电压贪作用值下，铁将有平容性午位移爹电流域流过芦，对仁应的之功率监即为幕线路炕的充球电功中率。揭正常救运行泳时，她这一涨容性音功率钟对线走路电速感上奴消耗熟的感加性功鼠率起献补偿联作用统。33菠0k稻V—判—4弯1M呀va漂r/望10魄0k终m；50随0k炒V—氏—1祝05刷Mv纽奉ar捕/1矩00她km；75称0k鹿V—燃—2锐50粥Mv付ar朵/k车m。当线跪路空绢载或足轻载浩时，暗这一面容性骆电流培将反巴向在击线路停电抗遍上产夹生较支高的影过电撞压——即工构频过注电压侧。其刊值为牛：当线竖路长待度达模到15莲00党km时，参过电件压幅须值将劈燕达到保无限肠大，——击穿藏沿线奋所有粪设备宁的绝僵缘。不