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1、章电力系统简介 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望1.1电力生产过程电力生产过程n n电力主要来自火力发电厂和水力发电厂，此外，还有核能、风力、太阳能、工业废热、潮汐、地热等电厂。下面将分别叙述火力发电厂和水力发电厂的生产过程。1.火力发电厂 n n燃烧的化学能锅炉热能汽轮机机械能发电机电能燃烧的化学能锅炉热能汽轮机机械能发电机电能将一次能源煤、石油等转变为二次能源（电能）将一次能源煤、石油等转变为二次能源（电能）的工厂称为火力发电厂。我国的火力发电厂
2、以燃的工厂称为火力发电厂。我国的火力发电厂以燃煤为主。为了提高燃煤效率，都将煤块粉碎成煤煤为主。为了提高燃煤效率，都将煤块粉碎成煤粉燃烧。煤粉在锅炉的炉膛内充分燃烧，将锅炉粉燃烧。煤粉在锅炉的炉膛内充分燃烧，将锅炉内的水变成高温高压的蒸汽，推动汽轮机带动发内的水变成高温高压的蒸汽，推动汽轮机带动发电机旋转发电。电机旋转发电。n n其能量转换过程是：其能量转换过程是：燃烧的化学能锅炉热能汽轮机机械能电能发电机火力发电厂 凝汽式发电厂 供热式发电厂 只生产供给用户的电能。一般应建设在靠近燃料的产地，特别应建设在靠近低质煤（洗煤、炼焦副产物等）的产地。即供给用户电能又供给热能.建在热力用户集中的地区
3、。2.水力发电厂n n水力发电厂简称水电厂或水电站，它利用水流的水力发电厂简称水电厂或水电站，它利用水流的位能来生产电能。我国的水力资源相当丰富，水位能来生产电能。我国的水力资源相当丰富，水电机组生产效率较高，大、中型水电站的发电效电机组生产效率较高，大、中型水电站的发电效率约为率约为808090%90%，小水电站约，小水电站约60%70%60%70%。而火力。而火力发电厂的发电效率仅为发电厂的发电效率仅为4040左右，水电站发电成左右，水电站发电成本较低，一般约为火电厂的本较低，一般约为火电厂的1/31/41/31/4，水电站不产，水电站不产生污染，还可以收到防洪、灌溉、航运等综合效生污染，
4、还可以收到防洪、灌溉、航运等综合效益。因此，应尽可能多开发水电。当控制水流的益。因此，应尽可能多开发水电。当控制水流的闸门打开时，水流沿进水管进入水轮机蜗壳室，闸门打开时，水流沿进水管进入水轮机蜗壳室，冲动水轮机，带动发电机发电。其能量转换过程冲动水轮机，带动发电机发电。其能量转换过程是：是：水流位能机械能电能水轮机水轮机发电机水力发电厂 堤坝式水力发电厂（或称坝式）引水式水力发电 混合式水力发电厂 1.21.2电力系统的基本知识电力系统的基本知识电力系统的基本知识电力系统的基本知识 n n1.2.11.2.1电力系统的基本概念电力系统的基本概念n n1.1.电力系统的组成电力系统的组成n n
5、电电力力产产生生的的特特点点是是：电电能能是是发发电电厂厂的的产产品品，和和其其他他产产品品不不同同的的是是它它不不能能储储存存，电电能能的的产产生生（电电厂厂）和和消消耗耗（用用户户）是是随随时时平平衡衡的的，也也就就是是电电力力生生产产、输输送送、分分配配和和使使用用的的全全过过程程，是是由由发发电电厂厂，变变电电所所，送送电电线线路路和和用用户户紧紧密密联联系系起起来的一个整体在同一瞬间实现的。来的一个整体在同一瞬间实现的。n n电电力力系系统统是是由由两两个个以以上上的的发发电电厂厂、变变电电所所、输输电电网网、配配电电网网以以及及用用户户所所组组成成的的发发、供供用用电电的的一一个个
6、整整体体，其其中中输输电电线线和相联的变电所部分称为电力网。如图和相联的变电所部分称为电力网。如图1-11-1所示所示 。n n动力系统：动力系统：电力系统加上热能、水能及其他能源动力装置，电力系统加上热能、水能及其他能源动力装置，称为称为 图1-1电力系统示意图1-升压变压器 2-降压变压器 3-电力负荷 图1-1电力系统示意图1-升压变压器 2-降压变压器 3-电力负荷电力网电力网输电网 配电网 输电网是由35千伏及以上的输电线路和变电所组成，是电力系统的主要网路，也是电力系统中电压最高的网络，它的作用是将电能输送到各个地区的配电网或直接送给大型工业企业用户。配电网是由10千伏及以下的配电
7、线路和配电变电所组成。它的作用是将电力分配到各类用户。2.对电力系统的基本要求n n（1 1）保证供电的可靠性）保证供电的可靠性 n n衡量供电可靠性的指标，一般以全部用户平均供电时间占全年时间衡量供电可靠性的指标，一般以全部用户平均供电时间占全年时间（87608760小时）的百分数表示。小时）的百分数表示。n n（2 2）保证良好的电能质量）保证良好的电能质量n n电压和频率是衡量电能质量的主要指标。电压和频率是衡量电能质量的主要指标。n n供电营业规则规定：在电力系统正常状况下，用户受电端的供电供电营业规则规定：在电力系统正常状况下，用户受电端的供电电压允许偏差为：电压允许偏差为：35kV
8、35kV及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过额定电压的过额定电压的10%10%；10kV10kV及以下三相供电电压允许偏差为及以下三相供电电压允许偏差为7%7%；220V220V单相供电电压允许偏差为单相供电电压允许偏差为+7%+7%、-10%-10%。在电力系统非正常状况。在电力系统非正常状况下，用户受电端的电压最大允许偏差不应超过额定电压的下，用户受电端的电压最大允许偏差不应超过额定电压的10%10%。n n频率的调整，主要依靠发电厂来调节发电机的转速。一般交流电力设频率的调整，主要依靠发电厂来调节发电机的转速。一般交流电力设备的额定频率为备的
9、额定频率为50Hz50Hz（工频）。按电力工业部（工频）。按电力工业部19961996年发布的供电营年发布的供电营业规则规定：在电力系统正常情况下，工频的频率偏差一般不得超业规则规定：在电力系统正常情况下，工频的频率偏差一般不得超过过0.5Hz0.5Hz。如果电力系统容量达到。如果电力系统容量达到3000MW3000MW或以上时，频率偏差则不或以上时，频率偏差则不得超过得超过0.2Hz0.2Hz。在电力系统非正常状况下，频率偏差不应超过。在电力系统非正常状况下，频率偏差不应超过1Hz1Hz。1.2.2电力系统的负荷及负荷曲线n n1.1.电力系统的负荷电力系统的负荷n n联接在电力系统上一切用
10、电设备所消耗的电能，称为电力联接在电力系统上一切用电设备所消耗的电能，称为电力系统的负荷。系统的负荷。n n有功负荷有功负荷:由电能转换成其他形式的能量，是用电设备中由电能转换成其他形式的能量，是用电设备中真实消耗的功率，称为有功负荷；如机械能、光能、热能真实消耗的功率，称为有功负荷；如机械能、光能、热能等。用字母等。用字母P P来表示，单位是瓦特（来表示，单位是瓦特（WW）。）。n n无功负荷无功负荷:电力电路中，在电磁场间交换的那部分能量，电力电路中，在电磁场间交换的那部分能量，即在能量转换中（如建立磁场）消耗掉的一部分，没有做即在能量转换中（如建立磁场）消耗掉的一部分，没有做功，称为无功
11、负荷，用字母功，称为无功负荷，用字母QQ来表示，单位是乏（来表示，单位是乏（VarVar）。）。n n发电机既发出有功功率，又发无功功率，发电机的额定电发电机既发出有功功率，又发无功功率，发电机的额定电压压U UNN和额定电流和额定电流I INN的乘积，定义为视在功率的乘积，定义为视在功率S SNN，单位是：，单位是：伏安（伏安（VAVA），对于三相交流发电机的视在功率是），对于三相交流发电机的视在功率是:n n（1-11-1）按供电可靠性要求将负荷分为三级，每级负荷对供电电源的要求也不同 第一级负荷第一级负荷 第二级负荷第二级负荷 第三级负荷第三级负荷 特点特点对它中断供电将造成人身对它中断
12、供电将造成人身事故、设备损坏，除严重事故、设备损坏，除严重产生废品外，还将使生产产生废品外，还将使生产秩序长期不能恢复，人民秩序长期不能恢复，人民生活发生混乱等。生活发生混乱等。对它中断供电将造成大量减对它中断供电将造成大量减产，将使人民生活受到影响产，将使人民生活受到影响等等 不属于第一级、第二级不属于第一级、第二级负荷之外的负荷，如工负荷之外的负荷，如工厂的附属车间、城镇和厂的附属车间、城镇和农村等农村等 供电电源的要求由两路独立的电源供电，由两路独立的电源供电，当其中一路电源发生故障当其中一路电源发生故障时，另一路电源应不致同时，另一路电源应不致同时受到损坏。一级负荷中时受到损坏。一级负
13、荷中特别重要的负荷，除上述特别重要的负荷，除上述两路电源外，还必须增设两路电源外，还必须增设应急电源。为保证对特别应急电源。为保证对特别重要负荷的供电，严禁将重要负荷的供电，严禁将其他负荷接入应急供电系其他负荷接入应急供电系统。常用的应急电源有：统。常用的应急电源有：独立于正常电源的发电独立于正常电源的发电机组；机组；供电网络中独立供电网络中独立于正常电源的专门馈电线于正常电源的专门馈电线路；路；蓄电池；蓄电池；干电池。干电池。由两回路供电，供电变压器也应由两回路供电，供电变压器也应有两台（这两台变压器不一定在有两台（这两台变压器不一定在同一变电所）。在其中一回路或同一变电所）。在其中一回路或
14、一台变压器发生常见故障时，二一台变压器发生常见故障时，二级负荷应不致中断供电，或中断级负荷应不致中断供电，或中断后能迅速恢复供电。只有当负荷后能迅速恢复供电。只有当负荷较小或者当地供电条件困难时，较小或者当地供电条件困难时，二级负荷可由一回路二级负荷可由一回路6kV6kV及以上的及以上的专用架空线路供电。这是考虑架专用架空线路供电。这是考虑架空线路发生故障时，较电缆线路空线路发生故障时，较电缆线路发生故障时易于发现且易于检查发生故障时易于发现且易于检查和修复。当采用电缆线路时，必和修复。当采用电缆线路时，必须采用两根电缆并列供电，每根须采用两根电缆并列供电，每根电缆应能承受全部二级负荷。电缆应
15、能承受全部二级负荷。三级负荷为不重要的一三级负荷为不重要的一般负荷，因此它对供电般负荷，因此它对供电电源无特殊要求电源无特殊要求 种类特点及供电要求2.负荷曲线及其用途n n负荷曲线是指某一时间段内负荷随时间而变化的负荷曲线是指某一时间段内负荷随时间而变化的规律。规律。n n按负荷种类，可分为有功负荷和无功负荷曲线；按负荷种类，可分为有功负荷和无功负荷曲线；n n按时间段长短，可分为日负荷曲线、周负荷曲线、按时间段长短，可分为日负荷曲线、周负荷曲线、月负荷曲线、季负荷曲线、年负荷曲线；月负荷曲线、季负荷曲线、年负荷曲线；n n因负荷变化的随机性，很难确切预计负荷变化的因负荷变化的随机性，很难确
16、切预计负荷变化的情况，一般是通过以往的仪表的测量记录，来研情况，一般是通过以往的仪表的测量记录，来研究负荷变化的规律性，并用曲线来描述它。究负荷变化的规律性，并用曲线来描述它。（1 1）日负荷曲线的意义及用途）日负荷曲线的意义及用途）日负荷曲线的意义及用途）日负荷曲线的意义及用途n n日负荷曲线表示负荷在日负荷曲线表示负荷在024024时内的变化情况，其表示方法时内的变化情况，其表示方法如图如图1-21-2所示。所示。尖峰负荷：平均负荷PaV以上部分。日最大负荷Pmax：最大的负荷又叫尖荷、峰值等。最小的负荷叫做日最小负荷Pmin，又叫谷荷。中间负荷或腰荷：平均负荷与最小负荷之间的部分。日负荷
17、峰谷差：电力系统每日最大负荷与最小负荷之差。电力系统日负荷率（）：电力系统一昼夜内平均负荷与最大负荷的比值，其平均负荷由日电量除以24h后得出。日负荷率越高，说明负荷在一天内的变化越小。日最小负荷率（）：日最小负荷与同日最大负荷的比值，表示一天内负荷变化的幅度。日负荷曲线的横坐标一般按半小时分格，以便确定“半小时最大负荷”。利用日负荷曲线可以估算用户一天消耗的电能。（2）年最大负荷曲线及用途）年最大负荷曲线及用途n n年最大负荷曲线表示一年内各月最大负荷的变化状况，它年最大负荷曲线表示一年内各月最大负荷的变化状况，它是以每月（是以每月（3030天）中的日负荷最大值逐月作全年的最大负天）中的日负
18、荷最大值逐月作全年的最大负荷曲线。如图荷曲线。如图1-31-3所示。利用年最大负荷曲线可以安排整个所示。利用年最大负荷曲线可以安排整个系统的机组检修计划、决定整个系统的装机容量而有计划系统的机组检修计划、决定整个系统的装机容量而有计划的兴建机组。的兴建机组。（3 3）年持续负荷曲线）年持续负荷曲线）年持续负荷曲线）年持续负荷曲线n n把全年的负荷值由大到小排队，并把全年的负荷值由大到小排队，并统计出各个负荷值累计持续运行小统计出各个负荷值累计持续运行小时数，这样绘制的曲线为年持续负时数，这样绘制的曲线为年持续负荷曲线。荷曲线。n n年持续负荷曲线可以用来估算全年年持续负荷曲线可以用来估算全年消
19、耗的电能。消耗的电能。n n年持续负荷曲线下面以年持续负荷曲线下面以0876008760小时小时所包围的面积就等于该工厂在一年所包围的面积就等于该工厂在一年时间内消耗的有功电能，如果将这时间内消耗的有功电能，如果将这面积用与其相等的矩形（面积用与其相等的矩形（Pmax-C-Pmax-C-Tmax-0Tmax-0）的面积来表示，则矩形的）的面积来表示，则矩形的高代表最大负荷，矩形的底就是年高代表最大负荷，矩形的底就是年最大负荷利用小时数最大负荷利用小时数TmaxTmax。n n年最大负荷利用小时数年最大负荷利用小时数TmaxTmax是一个是一个假想的时间，它的意义是：如果电假想的时间，它的意义是
20、：如果电力负荷按年最大负荷力负荷按年最大负荷PmaxPmax持续运行持续运行TmaxTmax小时所消耗的电能，恰好等于小时所消耗的电能，恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能。该电力负荷全年实际消耗的电能。1.2.3电力系统的电压等级表1-1我国三相交流电网和电力设备的额定电压电网和用电设备额定电压（KV）发电机额定电压（KV）电力变压器额定电压（KV）一次绕组二次绕组0.380.400.380.40.660.690.660.6933.153，3.15*3.15，3.3*66.36，6.3*6.3，6.6*1010.510，10.5*10.5，11*13.8，15.75，18，20，22，24，
21、2613.8，15.75，18，20，22，24，26353538.5666672.5110110121220220242330330363500500550注：*变压器一次绕组档内3.15、6.3、10.5KV的电压适合于和发电机端直接连接的变压器。*变压器的二次绕组档内3.3、6.6、11KV电压适用于阻抗值在7.5%及以上的降压变压器。1.电网（线路）的额定电压n n电网的额定电压等级是国家根据国民经济发展的需要和电力工业的水平，经全面的技术经济分析后确定的。它是确定各类电力设备额定电压的基本依据。2.用电设备的额定电压n n 用电设备的额定电压规定用电设备的额定电压规定与同级电网的额定
22、电压相同与同级电网的额定电压相同n n通常用线路首端与末端的算通常用线路首端与末端的算术平均值作为用电设备的额术平均值作为用电设备的额定电压，这个电压也是电网定电压，这个电压也是电网的额定电压。由于线路运行的额定电压。由于线路运行时（有电流通过时）要产生时（有电流通过时）要产生电压降，所以线路上各点的电压降，所以线路上各点的电压都略有不同，如图电压都略有不同，如图1-51-5中所示。中所示。n n所以用电设备的额定电压只所以用电设备的额定电压只能取首端与末端的平均电压。能取首端与末端的平均电压。3.发电机的额定电压发电机的额定电压 n n由于电力线路允许的电压由于电力线路允许的电压偏差一般为偏
23、差一般为5%5%，即整个，即整个线路允许有线路允许有10%10%的电压损的电压损耗，因此为了维持线路的耗，因此为了维持线路的平均电压为额定值，线路平均电压为额定值，线路首端（电源端）的电压应首端（电源端）的电压应较线路额定电压高较线路额定电压高5%5%，而线路末端则可较线路额而线路末端则可较线路额定电压低定电压低5 5，如图，如图1-51-5所所示。示。n n所以发电机额定电压规定所以发电机额定电压规定应高于同级电网（线路）应高于同级电网（线路）额定电压额定电压5%5%。4.电力变压器的额定电压n n（1 1）电力变压器一次绕组的额定）电力变压器一次绕组的额定电压分两种情况：电压分两种情况：当
24、变压器直接当变压器直接与发电机相联时，如图与发电机相联时，如图1-61-6中的变压中的变压器器TlTl，其一次绕组额定电压应与发，其一次绕组额定电压应与发电机额定电压相同，即高于同级电电机额定电压相同，即高于同级电网额定电压网额定电压5%5%。n n当变压器不与发电机相联而是连当变压器不与发电机相联而是连接在线路上时，如图接在线路上时，如图1-61-6中的变压器中的变压器T2T2，则可看作是线路的用电设备，则可看作是线路的用电设备，因此其一次绕组额定电压应与电网因此其一次绕组额定电压应与电网额定电压相同。额定电压相同。n n（2 2）电电力力变变压压器器二二次次绕绕组组的的额额定定电电压亦分两
25、种情况：压亦分两种情况：n n如如图图1-61-6中中的的变变压压器器T1T1，变变压压器器二二次次侧侧供供电电线线路路较较长长，其其二二次次绕绕组组额额定定电电压压应应比比相相联联电电网网额额定定电电压压高高10%10%，其其中中有有5%5%是是用用于于补补偿偿变变压压器器满满负负荷荷运运行行时时绕绕组组内内部部的的约约5%5%的的电电压压降降，另另外外变变压压器器满满负负荷荷时时输输出出的的二二次次电电压压相相当当于于发发电电机机，还还要要高高于于电电网网额额定定电电压压5%5%，以以补补偿偿线线路路上上的的电电压压损损耗。耗。n n变变压压器器二二次次侧侧供供电电线线路路不不长长，如如为
26、为低低压压（1000V1000V以以下下）电电网网或或直直接接供供电电给给高高低低压压用用电电设设备备时时，如如图图1-61-6中中的的变变压压器器T2T2，其其二二次次绕绕组组额额定定电电压压只只需需高高于于所所联联电电网网额额定定电电压压5%5%，仅仅考考虑虑补补偿偿变变压压器器满满负负荷荷运运行行时时绕绕组组内部内部5%5%的电压降。的电压降。1.2.4电力系统中性点运行方式n n电力系统中性点即是发电机和电力系统中性点即是发电机和变压器的中性点。变压器的中性点。n n在我国，在我国，110KV110KV及以上的系统，及以上的系统，一般都采用中性点直接接地的一般都采用中性点直接接地的大电
27、流接地方式。大电流接地方式。n n对于电压为对于电压为610610千伏中，单相千伏中，单相接地电流接地电流I I0 030A30A，20KV20KV及以上及以上系统，系统，I I0 010A10A时才采用中性点时才采用中性点不接地方式。不接地方式。n n在在3560KV3560KV的高压电网多采用的高压电网多采用中性点经消弧线圈接地方式。中性点经消弧线圈接地方式。n n对于低压用电系统，为了获得对于低压用电系统，为了获得380/220V380/220V两种供电电压，习惯两种供电电压，习惯上采用中性点直接接地，构成上采用中性点直接接地，构成三相四线制供电方式。三相四线制供电方式。电力系统电力系统
28、中性点中性点运行方式运行方式大接地大接地电流电流系统系统小接地小接地电流电流系统系统中性点中性点直接接地直接接地中性点中性点不接地方式不接地方式中性点中性点经经消弧线圈消弧线圈接地方式接地方式1.中性点不接地系统（1）正常运行 各相对地电压 是对称的，三相对地电容也是对称的，三个相的对地电容电流也是平衡的，如图1-7所示，因此三个相的电容电流的相量和为零，地中没有电流流过。各相的对地电压，就是各相的相电压。（2）系统发生单相接地故障 假设是C相接地，如图所示，这时C相对地电压为零，中性点对地的电压 的大小等于 ，方向与C相正常时的相电压相反，即：。而A相对地电压和B相对地电压升高 倍变为线电压
29、。当C相接地时，系统的接地电流（电容电流）应为A，B两相对地电容电流之和，即 ，由相量图可知，在相位上超前 90，而在量值上，由于 ，而 因此，即单相接地电容电流为正常运行时一相对地电容电流的3倍。中性点不接地系统中的单相接地电流通常采用下列经验公式计算：Ic为系统的单相接地电容电流（单位为A）；UN为系统额定电压（kV）；loh为同一电压UN的具有电联系的架空线路总长度（km）；lcab为同一电压UN的具有电联系的电缆线路总长度（km）。小结小结n n 对于中性点不接地系统的单相接地故障，一般继电保护不动作于跳闸。如果对于中性点不接地系统的单相接地故障，一般继电保护不动作于跳闸。如果接地故障
30、不是瞬间发生后立即消失，则在故障点处会产生电弧。有稳定的电接地故障不是瞬间发生后立即消失，则在故障点处会产生电弧。有稳定的电弧是比较危险的，电弧可能烧坏设备，或者从单相接地电弧扩大为两相或三弧是比较危险的，电弧可能烧坏设备，或者从单相接地电弧扩大为两相或三相弧光短路。相弧光短路。n n单相接地可能形成周期性熄灭和重燃的间歇性电弧。间歇性电弧可能引起相单相接地可能形成周期性熄灭和重燃的间歇性电弧。间歇性电弧可能引起相对地谐振过压，其值可达到对地谐振过压，其值可达到2.532.53倍以上相电压。这种过电压会危及到与接地倍以上相电压。这种过电压会危及到与接地点有直接电气连接的整个电网上，可能在某一绝
31、缘较为薄弱的部位引起另一点有直接电气连接的整个电网上，可能在某一绝缘较为薄弱的部位引起另一相对地击穿，造成两相短路。相对地击穿，造成两相短路。n n综上所述，中性点不接地系统发生单相接地时，三相线电压的数值和相位关综上所述，中性点不接地系统发生单相接地时，三相线电压的数值和相位关系并未改变，除了发电机和高压电动机等特殊设备外，一般可以继续带故障系并未改变，除了发电机和高压电动机等特殊设备外，一般可以继续带故障运行。运行。n n为了防止单相接地扩大为两相或三相弧光短路，规定单相接地后带故障运行为了防止单相接地扩大为两相或三相弧光短路，规定单相接地后带故障运行时间最多不超过时间最多不超过2 2小时
32、，这就要求在发生单相接地后，必须尽快查清故障部位，小时，这就要求在发生单相接地后，必须尽快查清故障部位，迅速将故障消除。为此，在中性点不接地电网中，应装设监视单相接地的绝迅速将故障消除。为此，在中性点不接地电网中，应装设监视单相接地的绝缘监察装置。缘监察装置。2.中性点经消弧线圈接地n n（1 1）消弧线圈的结构。）消弧线圈的结构。n n消弧线圈是一个具有铁芯的电感线圈，其线圈的电阻很小，消弧线圈是一个具有铁芯的电感线圈，其线圈的电阻很小，电抗很大，起有效的消弧作用。国产消弧线圈的铁芯和线电抗很大，起有效的消弧作用。国产消弧线圈的铁芯和线圈浸在油箱里，铁芯柱有很多间隙，间隙中填着绝缘纸板，圈浸
33、在油箱里，铁芯柱有很多间隙，间隙中填着绝缘纸板，目的是为了避免铁芯磁饱和，可以得到一个稳定的电抗值，目的是为了避免铁芯磁饱和，可以得到一个稳定的电抗值，使补偿电流使补偿电流I IL L与中性点对地电压成线性关系，使线圈保持与中性点对地电压成线性关系，使线圈保持有效的消弧作用。有效的消弧作用。n n（2 2）消弧线圈的工作原理。如图）消弧线圈的工作原理。如图1-91-9所示，为中性点经消弧线圈接所示，为中性点经消弧线圈接地系统的接线和相量图。地系统的接线和相量图。在正常工作时，三相系统是对称的，其中性点对地电位为零，所以没有电流通过消弧线圈，线圈上也没有电压。当C相接地时，地对中性点电压为UC，
34、加在消弧线圈上，此时并有一电感电流IL，通过消弧线圈和接地点，滞后UC90。其值为：IL=UC/XL。接地点通过的电流是对地总电容电流IC，并超前UC90，由此可见IL与IC在相位上相反，实现了对单相接地时电容电流的补偿。随着接地电流的减小，电弧自行熄灭，故障消失。（3）补偿方式）补偿方式n n根据消弧线圈中电感电流对电容电流的补偿程度不同，可以根据消弧线圈中电感电流对电容电流的补偿程度不同，可以分为全补偿，欠补偿和过补偿三种补偿方式。分为全补偿，欠补偿和过补偿三种补偿方式。n n 当感抗等于容抗（当感抗等于容抗（I IL L=I=IC C）时，接地点电流为零时称全补偿。）时，接地点电流为零时
35、称全补偿。因为在正常运行时，各相对地电压不完全对称，在未发生故因为在正常运行时，各相对地电压不完全对称，在未发生故障时，中性点对地之间出现一定电压（称中性点位移电压）。障时，中性点对地之间出现一定电压（称中性点位移电压）。此电压将引起串联谐振过电压，危及电网的绝缘，因此，实此电压将引起串联谐振过电压，危及电网的绝缘，因此，实际上不采用此种补偿方式。际上不采用此种补偿方式。n n 当感抗大于容抗（当感抗大于容抗（I IL LIICILIC）时，即接地处具有多余的电感性）时，即接地处具有多余的电感性电流称为过补偿。电流称为过补偿。n n这种补偿方式可以避免上述出现的过电压，因此得到广泛的这种补偿方
36、式可以避免上述出现的过电压，因此得到广泛的应用。因为当应用。因为当ILICILIC时，消弧线圈留有一定的裕度，将来电时，消弧线圈留有一定的裕度，将来电网发展，对地电容增加后，原来的消弧线圈还可以使用。网发展，对地电容增加后，原来的消弧线圈还可以使用。n n但应指出过补偿方式下，接地点将流过某一数值的电流，这但应指出过补偿方式下，接地点将流过某一数值的电流，这种电流不能超过某一规定值，否则故障点的电弧不能自动熄种电流不能超过某一规定值，否则故障点的电弧不能自动熄灭。一般采用过补偿方式时，补偿后的残余电流不超过灭。一般采用过补偿方式时，补偿后的残余电流不超过510510安培。运行经验表明，各种电压
37、等级的电网，只要残余电流安培。运行经验表明，各种电压等级的电网，只要残余电流不超过表不超过表1-21-2规定的允许值，接地电弧就会自动熄灭。规定的允许值，接地电弧就会自动熄灭。表1-2 过补偿或欠补偿时残余电流允许值电网额定电压（KV）6103560110残余电流允许值（A）30201053 3.中性点直接接地方式或经低阻抗接地n n为了防止单相接地时产生间歇电弧过电压，可以采用中性为了防止单相接地时产生间歇电弧过电压，可以采用中性点直接接地，如图点直接接地，如图1-101-10所示。所示。图1-10中性点直接接地的系统在中性点直接接地的电网中，当发生单相接地时，故障相直接经过大地形成单相短路
38、，继电器保护立即动作，开关跳闸，因此不会产生间歇性电弧。此外，由于中性点直接接地后，中性点电位为接地体所固定，不会产生中性点位移。因此发生单相接地时，其他两相也不会出现对地电压升高，因此中性点直接接地的系统中的供用电设备绝缘只需按相电压考虑，而无需按线电压考虑。这对110kV及以上的超高压系统是很有经济技术价值的。n n直接接地的运行方式有以下特点：直接接地的运行方式有以下特点：n n（1 1）发生单相接地时，形成单相对地短路，开关跳闸，）发生单相接地时，形成单相对地短路，开关跳闸，中断供电、影响供电的可靠性；中断供电、影响供电的可靠性；n n（2 2）为了弥补上述不足，广泛采用自动重合闸装置
39、。实）为了弥补上述不足，广泛采用自动重合闸装置。实践经验表明，在高压架空电网中，大多数的一相接地故障践经验表明，在高压架空电网中，大多数的一相接地故障都具有瞬时的性质。在故障部分开断后，接地处的绝缘可都具有瞬时的性质。在故障部分开断后，接地处的绝缘可能迅速恢复，开关跳闸后自动重合，系统就恢复正常运行，能迅速恢复，开关跳闸后自动重合，系统就恢复正常运行，从而确保供电的可靠性。从而确保供电的可靠性。n n（3 3）中性点直接接地系统，单相接地时，短路电流很大，）中性点直接接地系统，单相接地时，短路电流很大，因此开关设备容量要选择大些，同时由于单相短路电流较因此开关设备容量要选择大些，同时由于单相短
40、路电流较大，引起电压降低，影响系统的稳定性。另外强大的短路大，引起电压降低，影响系统的稳定性。另外强大的短路电流在导体中流过时，周围形成强大磁场，干扰附近通讯电流在导体中流过时，周围形成强大磁场，干扰附近通讯线路。针对上述缺点，在大容量的电力系统中，为减小接线路。针对上述缺点，在大容量的电力系统中，为减小接地电流常采用中性点经电抗器接地方式。地电流常采用中性点经电抗器接地方式。1.2.5变电所电气设备简介n n1.1.变电所的分类及作用变电所的分类及作用n n变电所的主要作用，即变压，接受和分配电能。变电所的主要作用，即变压，接受和分配电能。n n变电所由电力变压器和室内外配电装置以及继电保护
41、、自变电所由电力变压器和室内外配电装置以及继电保护、自动装置及监控系统构成。如果仅有配电装置用以接受和分动装置及监控系统构成。如果仅有配电装置用以接受和分配电能，无需变压器改变电压时，则称为配电所。配电能，无需变压器改变电压时，则称为配电所。n n变电所的规模一般用电压等级，变压器容量和各变电所的规模一般用电压等级，变压器容量和各级电压的出线回路数表示级电压的出线回路数表示 变变电电所所升压变电所升压变电所通常与大型发电厂结合在一起，在发电厂电气部分中装有升压变压器，把发电厂的电压升高，通过高压输电网将电能送向远方。降压变电所降压变电所设在用电中心，将高压的电能适当降压后，向该地区用户供电。变
42、变电电所所一次变电所（枢纽变电所）从220kV及以上的输电网受电，将电压降到35KV110kV，供给一个大的区域的用户。一次变通常采用双绕组变压器，也有些装设三绕组变压器，将高压降为两种不同的电压，与相应电压级的网络联系起来。一次变的供电范围较大，是系统与发电厂联系的枢纽，故有时称之为枢纽变电所。二次变电所 二次变电所大多由35110kV网络一次变受电，有些也由地方发电厂直接受电。将35110kV电压降为610KV，向较小的范围（一般约为数公里）进行供电。工工厂厂企企业业的的变变电电所所 总降压变电所 对工厂企业供电的枢纽，故又称为中央变电所，它与二次变电所的情况基本相同，也是从一次变单独引出
43、的35KV110kV网络直接受电，经电力变压器降压至610kV，对工厂企业内部供电。一个大型企业，可能要建设多个总降压变电所，分别对各分厂和车间供电，对于小型企业，可一个或几个企业共设一个总降压变电所。车间变电所 车间变电所从总降压变电所引出的610KV厂区高压配电线路受电，将电压降至低压380/220 V对各用电设备直接供电。2.变电所电气系统的主要内容n n 变电所的电气系统，按其作用的不同分为一次系统和二次变电所的电气系统，按其作用的不同分为一次系统和二次系统。系统。n n一次系统是直接生产、输送和分配电能的设备（如电力变一次系统是直接生产、输送和分配电能的设备（如电力变压器、电力母线、
44、高压输电线路、高压断路器等）及其相压器、电力母线、高压输电线路、高压断路器等）及其相互间的连接电路；互间的连接电路；n n对一次系统的设备起控制、保护，调节、测量等作用的设对一次系统的设备起控制、保护，调节、测量等作用的设备称为二次设备，如控制与信号器具、继电保护及安全自备称为二次设备，如控制与信号器具、继电保护及安全自动装置，电气测量仪表、操作电源等。二次设备及其相互动装置，电气测量仪表、操作电源等。二次设备及其相互间的连接电路称为二次系统或二次回路。二次系统是电力间的连接电路称为二次系统或二次回路。二次系统是电力系统安全、经济、稳定运行的重要保障，是发电厂及变电系统安全、经济、稳定运行的重
45、要保障，是发电厂及变电所电气系统的重要组成部分。所电气系统的重要组成部分。n n二次回路设备通常为低压设备，二次系统是通过电压互感二次回路设备通常为低压设备，二次系统是通过电压互感器与电流互感器与一次系统相联系的。器与电流互感器与一次系统相联系的。（1）变电所中主要的一次设备及作用。）变电所中主要的一次设备及作用。n n变压器：文字符号为变压器：文字符号为T T（或（或TMTM），其作用是将电压升高或），其作用是将电压升高或降低，以利于电能的合理输送、分配和使用。降低，以利于电能的合理输送、分配和使用。双绕组变压器三绕组变压器n n高压断路器：文字符号为高压断路器：文字符号为QFQF，其作用是
46、使电压在，其作用是使电压在1000V1000V以以上的高压线路在正常的负荷下，接通和断开正常的负荷电上的高压线路在正常的负荷下，接通和断开正常的负荷电流；在线路发生故障时，通过继电保护装置的作用将故障流；在线路发生故障时，通过继电保护装置的作用将故障线路自动断开。线路自动断开。断路器 手车式断路器 n n高压负荷开关：文字符号为高压负荷开关：文字符号为QLQL，其作用是接通和断开正，其作用是接通和断开正常的负荷电流和过负荷电流，但不能断开短路电流。实际常的负荷电流和过负荷电流，但不能断开短路电流。实际上高压负荷开关往往和高压熔断器串联使用，借助熔断器上高压负荷开关往往和高压熔断器串联使用，借助
47、熔断器进行短路保护。进行短路保护。高压负荷开关高压负荷开关熔断器式负荷开关熔断器式负荷开关 n n高压隔离开关：文字符号为高压隔离开关：文字符号为QSQS，主要是用来隔离高压电源。，主要是用来隔离高压电源。其断开后有明显的断口，使要检修的设备和电网可靠地隔其断开后有明显的断口，使要检修的设备和电网可靠地隔离，以保证设备和线路的安全检修。离，以保证设备和线路的安全检修。n n隔离开关没有专门的灭弧装置，不允许带负荷操作隔离开隔离开关没有专门的灭弧装置，不允许带负荷操作隔离开关。关。n n但是可以用来通断一定的小电流，如分、合电压互感器和但是可以用来通断一定的小电流，如分、合电压互感器和避雷器及系
48、统无接地的消弧线圈；接通或断开电容电流不避雷器及系统无接地的消弧线圈；接通或断开电容电流不超过超过5A5A的空载线路；可接通或断开的空载线路；可接通或断开110KV110KV及以下，空载电及以下，空载电流不超过流不超过2A2A的空载变压器。的空载变压器。n n高压熔断器：文字符号为高压熔断器：文字符号为FUFU，主要用来对电路及其设备进，主要用来对电路及其设备进行短路及过载保护，是一种当通过的电流超过规定值并经行短路及过载保护，是一种当通过的电流超过规定值并经过一定的时间后，使其熔体熔断而分断电流、断开电路的过一定的时间后，使其熔体熔断而分断电流、断开电路的一种保护电器。一种保护电器。n n避
49、雷器：文字符号避雷器：文字符号F F，用来保护变电所的电气设备免受大，用来保护变电所的电气设备免受大气过电压及操作过电压危害的保护设备。气过电压及操作过电压危害的保护设备。n n母线：文字符号母线：文字符号WW或或WBWB，又称汇流排，是用来汇集和分，又称汇流排，是用来汇集和分配电能的导体。高压配电所的母线，通常采用单母线制。配电能的导体。高压配电所的母线，通常采用单母线制。如果是两路或以上电源进线时，则采用高压隔离开关或高如果是两路或以上电源进线时，则采用高压隔离开关或高压断路器（其两侧装隔离开关）分段的单母线制。压断路器（其两侧装隔离开关）分段的单母线制。n n并联电容器：文字符号并联电容
50、器：文字符号C C，主要用于产生无功功率，进行，主要用于产生无功功率，进行无功补偿，提高电力网的功率因数。无功补偿，提高电力网的功率因数。n n互感器：包括电流互感器（文字符号互感器：包括电流互感器（文字符号TATA）和电压互感器）和电压互感器（文字符号（文字符号TVTV），其作用是使仪表、继电器等二次设备），其作用是使仪表、继电器等二次设备与主电路的一次设备绝缘，这既可避免主电路的高电压直与主电路的一次设备绝缘，这既可避免主电路的高电压直接引入仪表、继电器等二次设备，又可防止仪表、继电器接引入仪表、继电器等二次设备，又可防止仪表、继电器等二次设备的故障影响主电路，提高一、二次电路的安全等二次