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1、电力系统基础知识,1.电力系统的组成 由发电厂的发电机、升压及降压变电设备、电力网及电能用户（用电设备）组成的系统统称为电力系统。它们分别完成电能的生产、电压变换、电能的输配及使用。 发电厂：生产电能。 电力网：变换电压、传送电能。由变电所和电力线路组成。 配电系统：将系统的电能传输给电力用户。 电力用户：高压用户额定电压在1kV以上，低压用户额定电压在1kV以下。 用电设备：消耗电能。,一、电力系统,2.动力系统 电力系统加上发电厂的“动力部分”称为动力系统。所谓动力部分，包括发电机的原动机(如汽轮机、水轮机)，原动机的力能部分(热力锅炉、水库、反应堆)等。 3.电力网 电力系统中，由各种不

2、同电压等级的输配电线路将升压和降压变电站连接在一起的部分称为电力网。,一、电力系统,4.示意图,一、电力系统,1、电力系统电压等级 电力系统电压等级有220/380V（0.4 kV），3 kV、6 kV、10 kV、20 kV、35 kV、66 kV、110 kV、220 kV、330 kV、500 kV。随着电机制造工艺的提高，10 kV电动机已批量生产，所以3 kV、6 kV已较少使用，20 kV、66 kV也很少使用。供电系统以10 kV、35 kV为主。输配电系统以110 kV以上为主。发电厂发电机有6 kV与10 kV两种，现在以10 kV为主，用户均为220/380V（0.4 kV

3、）低压系统。 按供电系统来分,1000V以下低压,1000V-10kV叫中压,10kV-330kV叫高压,330kV及以上叫超高压,500kV及以上叫特高压。,二、电力系统电压等级与变电站种类,1、电力系统电压等级 根据城市电力网规定设计规则规定：输电网为500 kV、330 kV、220 kV、110kV，高压配电网为110kV、66kV，中压配电网为20kV、10kV、6 kV，低压配电网为0.4 kV（220V/380V）。 发电厂发出6 kV或10 kV电，除发电厂自己用（厂用电）之外，也可以用10 kV电压送给发电厂附近用户，10 kV供电范围为10Km、35 kV为2050Km、6

4、6 kV为30100Km、110 kV为50150Km、220 kV为100300Km、330 kV为200600Km、500 kV为150850Km。,二、电力系统电压等级与变电站种类,2.变配电站种类 电力系统各种电压等级均通过电力变压器来转换，电压升高为升压变压器（变电站为升压站），电压降低为降压变压器（变电站为降压站）。一种电压变为另一种电压的选用两个线圈（绕组）的双圈变压器，一种电压变为两种电压的选用三个线圈（绕组）的三圈变压器。,二、电力系统电压等级与变电站种类,2.变配电站种类 变电站除升压与降压之分外，还以规模大小分为枢纽站，区域站与终端站。枢纽站电压等级一般为三个（三圈变压器

5、），550kV /220kV /110kV。区域站一般也有三个电压等级（三圈变压器），220 kV /110kV /35kV或110kV /35kV /10kV。终端站一般直接接到用户，大多数为两个电压等级（两圈变压器）110kV /10 kV或35 kV /10 kV。用户本身的变电站一般只有两个电压等级（双圈变压器）110 kV /10kV、35kV /0.4kV、10kV /0.4kV，其中以10kV /0.4kV为最多。,二、电力系统电压等级与变电站种类,1、概述 在电力系统中，当变压器或发电机的三相绕组为星形联结时，其中性点可有两种运行方式：中性点接地和中性点不接地。中性点直接接地系

6、统称为大电流接地系统，中性点不接地和中性点经消弧线圈（或电阻）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。,三、电力系统的中性点运行方式,下图列出了常用的中性点运行方式。图中，电容C为输电线路对地分布电容。 a)中性点直接接地 b)中性点不接地 c)中性点经消弧线圈接地 d)中性点经电阻接地,三、电力系统的中性点运行方式,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。 中性点不接地方式：当发生单相接地故障时，线电压不变，而非故障相对地电压

7、升高到原来相电压的3倍，供电不中断，可靠性高。,2、中性点不接地系统 系统中性点不接地是指系统中性点对地绝缘。当系统发生单相接地故障后系统的三相对称关系并未破坏，仅中性点及各相对地电压发生变化，中性点的电压上升到相电压，非故障相对地电压值增大为3倍相电压，故对于该中性点不接地系统可以带故障继续运行2小时。 在我国配电网电压在1035kV之间的架空线路多采用此接地方式。,三、电力系统的中性点运行方式,3中性点直接接地系统 系统中性点经一无阻抗（金属性）接地线接地的方式成为中性点直接接地。 此接地系统一般应用在接有单相负载的低压（380/220V）配电系统和电力系统高压（110kV以上）输电线路上

8、。,三、电力系统的中性点运行方式,4. 中性点经阻抗接地系统 在系统中性点与大地之间用一阻抗相连的接地方式称为中性点经阻抗接地。根据接地电阻器电阻值的大小，接地系统分为高电阻接地和低电阻接地。 （1）高电阻接地：此种方式接地电流较小，通常在510A范围内，但至少应等于系统对地的总电容电流。 （2）低电阻接地：增大接地短路电流，使保护迅速动作，切除故障线路。电阻值的大小，必须使系统具有足够的最小接地故障电流（大约400A以上），保证接地继电器准确动作。 目前我国大城市10kV配电网的接地方式大多采用经低电阻接地的方式。,三、电力系统的中性点运行方式,1电压偏差（移） 电压偏差（移）指当供配电系统

9、改变运行方式或负荷缓慢地变化使供配电系统各点的电压也随之改变，各点的实际电压与系统额定电压之差，通常用与系统额定电压的百分比值数表示。用公式表示为 式中 UN 用电设备的额定电压，kV； U 用电设备的实际端电压，kV。,四、衡量电能质量的指标,电压偏移、电压波动、电压闪变、不对称度、正弦波形畸变率、 频率偏差、供电可靠性,2电压波动 一系列的电压变动或电压包络线的周期性变动，电压的最大值与最小值之差与系统额定电压的比值以百分数表示，其变化速度等于或大于每秒0.2时称为电压波动。波动的幅值为： 式中 Umax 用电设备端电压的最大波动值，kV； Umin 用电设备端电压的最小波动值，kV。,四

10、、衡量电能质量的指标,3电压闪变 负荷急剧的波动造成供配电系统瞬时电压升高，照度随之急剧变化，使人眼对灯闪感到不适，这种现象称为电压闪变。 4不对称度 不对称度是衡量多相负荷平衡状态的指标，多相系统的电压负序分量与电压正序分量之比值称为电压的不对称度，电流负序分量与电流正序分量之比值称为电流的不对称度，均以百分数表示。,四、衡量电能质量的指标,5正弦波形畸变率 当网络电压波形中出现谐波（有时为非谐波）时网络电压波形就要发生畸变。谐波干扰是由于非线性系统引起的。它产生出不同于网络频率的电压波，或者具有非正弦形的电流波。 （1）n次谐波电压、电流含有率,四、衡量电能质量的指标,5正弦波形畸变率 （

11、2）电压、电流总谐波畸变率 式中 Un、In n次谐波电压、电流的方均根值，kV、A； U1、I1 基波电压(50Hz)、电流的方均根值，kV、A 。,四、衡量电能质量的指标,5正弦波形畸变率 （3）谐波电压的总平均畸变系数 式中 谐波电压的总平均畸变系数； t 变化时间，t 3s； Un n次谐波电压的方均根值，kV；,四、衡量电能质量的指标,6频率偏差 （1）频率偏差是指供电的实际频率与电网的额定频率的差值。 （2）我国电网的标准频率为50Hz，又叫工频。 （3）频率偏差一般不超过0.25Hz，当电网容量大于3000MW时，频率偏差不超过0.2Hz。 （4）调整频率的办法是增大或减小电力系

12、统发电机有功功率。,四、衡量电能质量的指标,7供电可靠性 （1）供电可靠性指标是根据用电负荷的等级要求制定的。 （2）衡量供电可靠性的指标，用全年平均供电时间占全年时间百分数表示。,四、衡量电能质量的指标,1.发电机 主要作用是生产电能。 在异步电机作发电机态运行时，其向电网输出有功功率，由于其自身不能产生无功功率，仍需由电网或并联电容器提供。在与电网并联时，由于其激磁电流由电网提供，且异步发电机的激磁电流较大，一般为额定电流的30%50%，在发电的同时，增加了系统的无功负担。,五、电力系统一次设备介绍,2.电力变压器 电力变压器是变电所中最关键的一次设备，其主要功能是将电力系统中的电能电压升

13、高或降低，以利于电能的合理输送、分配和使用。 电力变压器按功能分，有升压变压器和降压变压器两大类。工厂变电所都采用降压变压器。终端变电所的降压变压器，也称配电变压器。 电力变压器按相数分，有单相和三相两大类。工厂变电所都采用三相电力变压器。 电力变压器按绕组型式分，有双绕组、三绕组和自耦变压器三大类。工厂变电所都采用双绕组变压器。 电力变压器按调压方式分，有无载调压和有载调压两大类。工厂变电所大都采用无载调压变压器。,五、电力系统一次设备介绍,3.电压互感器和电流互感器 电压互感器和电流互感器是测量设备。 使用互感器有三个目的：扩大常规仪表的量程；使测量回路和被测回路隔离，以保障工作人员和测试

14、设备安全；为各类继电保护提供控制讯号或为控制系统或微机控制系统提供控制讯号。 测量系统使用的互感器，电压互感器的副边额定电压统一设计为100V，电流互感器的副边额定电流统一设计为5A或1A。,五、电力系统一次设备介绍,五、电力系统一次设备介绍,3.电压互感器和电流互感器 使用电压互感器时应特别注意两点： （1）副方绝对不允许短路，因短路电流将引起绕组发热，有可能破坏绕组绝缘电阻，导致高电压侵入低压回路，危及人身和设备安全。 （2）为保障人身安全，互感器铁芯和副绕组的一端必须可靠接地。 在使用电流互感器时应特别注意两点： （1）在运行过程中或带电切换仪表时，绝对不允许电流互感器的副方开路。电流互

15、感器的原方电流是由原方被测试电路决定的，在正常运行时，由于有副方电流的去磁作用，激磁电流是很小的。若副方开路，则流入电流互感器的原方电流将全部为激磁电流，使铁芯过饱和，铁耗将急剧增大，引起互感器严重发热，又因副绕组匝数较多，副绕组突然开路，在其中将感应较高的电压，对操作人员有极大危险。 （2）为防止绝缘被击穿带来的不安全，电流互感器的一端以及铁芯均应可靠接地。,4.母线 母线在配电系统中起到的是汇集和分配电流的作用。我们较多接触到的软母线有钢芯铝绞线、软管母线和分裂导线，硬母线常用的有矩形、管形和分裂管形母线等；常见母线制有单母线制、单母线分段制、双母线制等。,五、电力系统一次设备介绍,5.断

16、路器 断路器的主要作用是用来开断正常和故障时的供电回路，起保护电气设备或改变运行方式作用。 根据灭弧介质和能力的不同，一般可分为少油断路器、多油断路器、空气断路器、真空断路器、SF6断路器等类型，随着我国经济实力和制造水平的提高，现10kV级普便采用真空断路器，35kV及以上级广泛采用SF6断路器，运行效果良好。实际选用时一般要根据其工作电压、电流、开断电流、动稳定、热稳定、过电压等性能指标综合考虑。,五、电力系统一次设备介绍,五、电力系统一次设备介绍,6. 隔离开关 隔离开关在供电系统中只用于接通和开断没有负荷电流通过的电路，它的作用是为保证电气设备检修时，使需要检修的设备与处于电压下的其余

17、部分构成明显的隔离。由于其没有特殊的灭弧装置，所以它的接通和切断必需在断路器打开以后才能进行。 电力设计技术规范规定，隔离开关也可以在下列情况下作小功率操作： （1）切合电压互感器及避雷器回路。 （2）切合励磁电流不超过2A的空载变压器。 （3）切合电容电流不超过5A的空载线路。 （4）切合电压为10kV及以下，电流为15A以下的线路。 （5）切合电压为10kV及以下，环路均衡电流为70A及以下的环路。,五、电力系统一次设备介绍,7.电容器 作为提高功率因数的补偿装置有同步补偿器和电容器。同步补偿器的最大优点是可以均匀调节电网的电压水平，但它的容量组成不灵活，安装条件要求高，维护运行也较复杂且

18、单位无功消耗的有功远较电容器为高，因此一般只在大的电网中枢调压处应用。 电容器的补偿方式分三种：个别补偿、分组补偿和集中补偿。 个别补偿即在用电设备附近按照其本身无功功率的需要量装设电容器组，一般与用电设备同时投入运行和断开。在对感应电动机个别补偿时，一般应以空载时补偿至功率因数接近1为准。从技术的观点来看，这是最好的补偿方式，但也存在电容器利用率低，易受到机械震动及其它环境条件的影响。因此这种补偿方式适用于长期稳定运行，无功功率需要量较大，或距电源远，不便于实现分组补偿的场合。,7.电容器 与个别补偿相比，分组补偿的优点是利用率高，同时，所需的电容器总容量也会少一些。 集中补偿的优点是总体投

19、资小，为了提高变压器的负载能力，一般布置在低压侧。 实际应用中，电力系统一般在变压器的中、低压侧各设一组并联电容器，采用分组投切的方式运行；工业用户往往根据实际需要，综合采用各种方式补偿，以获得稳定的运行效果和良好的经济效益。,五、电力系统一次设备介绍,8.电抗器 电抗器的主要作用是限制短路电流。按安装地点可分为母线电抗器和线路电抗器；按结构和运行方式可分为普通电抗器和分裂电抗器。 在线路电抗器后发生短路时，电压降主要产生在电抗器中，这不仅限制了短路电流，而且能在母线上维持较高的剩余残压（大于65%Ue）,这对非故障用户，尤其是电动机负荷极为有利，能提高供电可靠性，为了既能限制短路电流，维持较

20、高残压，又不致在正常工作时产生较大的电压损失（应小于5% Ue ）和较多的功率损耗，通常线路电抗器的百分电抗值为36%。,五、电力系统一次设备介绍,五、电力系统一次设备介绍,8.电抗器 母线电抗器一般装设在母线分段处，此处往往是正常工作情况下功率流动最小的地方，所产生的电压损失和功率损耗远较其他处为小，所以一般设计主接线时，应首先考虑在分段断路器回路或联络断路器回路中以及变压器回路中装设电抗器，只有在经过计算认为限制效果不够时，才考虑装设线路电抗器。为了有效地限制短路电流，母线电抗器的电抗百分值应取812%。 分裂电抗器在结构上与普通电抗器相似，只是线圈中心有一个抽头用来连接电源，两个分支用来

21、连接大致相等的两组负荷。当分裂电抗器的电抗值与普通电抗器相同时，两者在短路时的限流作用一样，但正常运行时电压损失只有普通电抗器的一半，而且比普通电抗器多供一倍的出线，减少了电抗器的数目，故被广泛采用。分裂电抗器的电抗百分值取812%。,五、电力系统一次设备介绍,9.避雷器 避雷器的作用是限制过电压以保护电气设备。类型主要有保护间隙、管型避雷器、阀型避雷器和氧化锌避雷器等多种，保护间隙和管型避雷器主要用于限制大气过电压，一般用于配电系统、线路和发电厂、变电所进线段的保护，阀型避雷器用于变电所和发电厂的保护，在220kV及以下系统主要用于限制大气过电压，在超高压系统中还用来限制内过电压或作为内过电

22、压的后备保护。阀型避雷器普通型有FS和FZ两种，FS型适用于配电系统，FZ型适用于变电所。磁吹型主要有FCZ电站型和保护旋转电机用的FCD两种。氧化锌避雷器由于其所用阀片以氧化锌为主要材料，附以少量精选过的金属氧化物，在高温下烧结而成以得名的。与常规SiC避雷器相比，主要有无继流、无间隙、电气设备所受过电压可以降低及通流容量大的特点。,五、电力系统一次设备介绍,10.消弧线圈 当中性点不接地电网中发生单相接地时，在接地点要流过全系统的对地电容电流，如果此电流比较大，就会在接地点燃起电弧，引起弧光过电压，从而使非故障相的对地电压进一步升高，因此，使绝缘破坏，形成两点或多点接地短路，造成停电等事故

23、。为了解决这个问题，通常在中性点接入一个电感线圈，这样当单相接地时，在接地点就有一个电感分量的电流通过，此电流和原系统的电容电流相抵销，就可以减少流经故障点的电流，这就是我们常说的消弧线圈。 在各级电压网络中，当全系统的电容电流超过以下数值时，即应装设消弧线圈：对36kV电网30A；10kV电网20A；2266kV10A。根据对电容电流补偿程度的不同，消弧线圈可以有完全补偿、欠补偿及过补偿三种补偿方式。,10.消弧线圈 从消除弧光过电压的角度来看，完全补偿的方式最好，但是又存在着严重的缺点：完全补偿时，正好满足串联谐振的条件，这样，在正常情况时，如果架空线路三相的对地电容不完全相等，则电源中性点对地