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1、第一章第一章 电力系统基本知识电力系统基本知识第一节第一节 电力系统、电力网的构成电力系统、电力网的构成第二节第二节 电力负荷电力负荷第三节第三节 变电所变电所第四节第四节 供电质量供电质量第五节第五节 电力系统接地电力系统接地第一节第一节 电力系统、电力网的构成电力系统、电力网的构成一、基本概念：一、基本概念：动力系统：把发电企业的动力设施、设备和发电、送电、变动力系统：把发电企业的动力设施、设备和发电、送电、变电、配电、用电设备及相应的辅助系统组成的电能热能生产、电、配电、用电设备及相应的辅助系统组成的电能热能生产、输送、分配、使用的统一整体称为动力系统输送、分配、使用的统一整体称为动力系
2、统。图图1 电力系统：把由发电、送电、变电、配电、用电设备组成整体电力系统：把由发电、送电、变电、配电、用电设备组成整体称为电力系统。由发电机、升压变压器、输电线路、降压变压称为电力系统。由发电机、升压变压器、输电线路、降压变压器、用电设备组成器、用电设备组成。电力网：把送电、变电、配电设备组成整体称为电力网。由升电力网：把送电、变电、配电设备组成整体称为电力网。由升压变压器、输电线路、降压变压器组成。压变压器、输电线路、降压变压器组成。图2 电力网是一个将各电压等级的输电线路和各种类型的变电所连接而成电力网是一个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。的网络。图图2 输电网输
3、电网 电力网电力网 高压配电网（高压配电网（110kV以上电压等级）以上电压等级）配电网配电网 中压配电网（中压配电网（35、10、6、3kV电压等级电压等级)低压配电网（低压配电网（1kV以下电压等级）以下电压等级）输电网：以高压甚至超高压输电线路将发电厂、变电所或变电所之间连输电网：以高压甚至超高压输电线路将发电厂、变电所或变电所之间连接起来，完成电能传输的电力网络，所以又称为电力网的主网架。接起来，完成电能传输的电力网络，所以又称为电力网的主网架。配电网：直接将电能送到用户的网络称为配电网。配电网：直接将电能送到用户的网络称为配电网。配电网的电压因用户的需要而定。配电网的电压因用户的需要
4、而定。1、大型电力系统的所应具备的优点：、大型电力系统的所应具备的优点：目前，我国已形成几个大的跨省市的区域电网和独立目前，我国已形成几个大的跨省市的区域电网和独立省网（见省网（见图图3）。）。具备特点具备特点（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）合理分配负荷，降低系统高峰负荷）合理分配负荷，降低系统高峰负荷（4）提高供电质量）提高供电质量（5）合理利用能源）合理利用能源 二、大型电力系统二、大型电力系统 2、电力工业生产的特点：、电力工业生产的特点：1）同时性）同时性 发电、供电、用电在同一时间内完成的特点，电能不能大量储存，发电、供电、用电
5、在同一时间内完成的特点，电能不能大量储存，决定了发电、供电、用电必须时刻保持平衡。决定了发电、供电、用电必须时刻保持平衡。2）集中性）集中性 在一个电力系统中发、供、用电不可分割，瞬间完成，电力生产是在一个电力系统中发、供、用电不可分割，瞬间完成，电力生产是一个高度集中和统一的过程，必须统一指挥调度、统一质量标准、统一运一个高度集中和统一的过程，必须统一指挥调度、统一质量标准、统一运行管理。行管理。3）适应性）适应性 电能使用最方便，适用性最广泛。电能使用最方便，适用性最广泛。4）先行性）先行性 电力生产在国民经济发展中具有先行性。电力系统的装机容量、电网电力生产在国民经济发展中具有先行性。电
6、力系统的装机容量、电网容量、发电量增长应大于工业总产值的增长容量、发电量增长应大于工业总产值的增长。3、电力系统运行的所满足的基本要求、电力系统运行的所满足的基本要求 电力系统运行必须满足三个基本要求电力系统运行必须满足三个基本要求（1）保证安全可靠的供电。）保证安全可靠的供电。加强设备与维护，减少事故，提高人员技术水平，防止人为事故；配加强设备与维护，减少事故，提高人员技术水平，防止人为事故；配置足够电源；完善结构，提高运行稳定性；自动化实时监视和控制。置足够电源；完善结构，提高运行稳定性；自动化实时监视和控制。（2）要有合乎要求的电能质量）要有合乎要求的电能质量 关键在于系统发出的有功功率
7、和无功功率都应该满足在额定频率和电关键在于系统发出的有功功率和无功功率都应该满足在额定频率和电压下的功率平衡要求。电源要配置得当，还要有适当的调节手段。压下的功率平衡要求。电源要配置得当，还要有适当的调节手段。（3）要有良好的经济性。）要有良好的经济性。在电能生产、输送、分配过程中减少消耗，提高效率，所以，应该做好在电能生产、输送、分配过程中减少消耗，提高效率，所以，应该做好规划设计、合理利用能源、采用高效低耗设备、采取减损措施、实行经济规划设计、合理利用能源、采用高效低耗设备、采取减损措施、实行经济调度等多个环节全面考虑。调度等多个环节全面考虑。第二节第二节 电力负荷电力负荷电力负荷：是指用
8、电设备或者用电单位所消耗的功率，可表示为功率电力负荷：是指用电设备或者用电单位所消耗的功率，可表示为功率（kW）、容量（）、容量（kWA）或者电流（）或者电流（A）。）。一、电力负荷的组成。一、电力负荷的组成。1、用电负荷：用户在某一时刻对电力系统所需求的功率。、用电负荷：用户在某一时刻对电力系统所需求的功率。2、线路损失负荷：电能在发电厂到用户的输送过程中，不可避免地会发、线路损失负荷：电能在发电厂到用户的输送过程中，不可避免地会发生功率和能量的损失，与这种损失所对应的发电功率，叫线路损失负荷，生功率和能量的损失，与这种损失所对应的发电功率，叫线路损失负荷，也称为线损。也称为线损。3、供电负
9、荷：用电负荷加上同一时刻的线路损失负荷，是发电厂对外供、供电负荷：用电负荷加上同一时刻的线路损失负荷，是发电厂对外供电时所承担的全部负荷，称为供电负荷。电时所承担的全部负荷，称为供电负荷。电网在任何时刻的供电负荷必定大于用电负荷。电网在任何时刻的供电负荷必定大于用电负荷。二、负荷的分类二、负荷的分类按照时间分类：按照时间分类：1、高峰负荷：电网或用户在一定时间内所发生的最大负荷值。高峰负荷又分为、高峰负荷：电网或用户在一定时间内所发生的最大负荷值。高峰负荷又分为日高峰负荷和晚高峰负荷，在分析某单位的负荷率时，选一天日高峰负荷和晚高峰负荷，在分析某单位的负荷率时，选一天24小时中最高的小时中最高
10、的一个小时的平均负荷作为高峰负荷。一个小时的平均负荷作为高峰负荷。2、低谷负荷：电网中或某用户在一定时间内所发生的最小负荷值。对于电力系、低谷负荷：电网中或某用户在一定时间内所发生的最小负荷值。对于电力系统来说，峰、谷负荷差越小，用电则越趋近合理。统来说，峰、谷负荷差越小，用电则越趋近合理。3、平均负荷：电网中或某用户在某一段确定的时间阶段内（如日、月、季、年）、平均负荷：电网中或某用户在某一段确定的时间阶段内（如日、月、季、年）负荷的平均值。负荷的平均值。按照用户的对供电可靠性要求分类：按照用户的对供电可靠性要求分类：1、一类负荷：也称一级负荷，系指突然中断其供电将造成经济、社会、政治极、一
11、类负荷：也称一级负荷，系指突然中断其供电将造成经济、社会、政治极为为严重严重影响。这类负荷必须由两个独立的电源供电，并配备非电力系统电源的影响。这类负荷必须由两个独立的电源供电，并配备非电力系统电源的应急保安电源，如自备发电机、应急保安电源，如自备发电机、UPS或蓄电池等。或蓄电池等。2、二类负荷：也称二级负荷，系指突然中断其供电将造成经济、社会、政治、二类负荷：也称二级负荷，系指突然中断其供电将造成经济、社会、政治较较大大影响。这类负荷，当供电设备事故停电时，应可迅速恢复。影响。这类负荷，当供电设备事故停电时，应可迅速恢复。3、三级负荷：非一、二级，且停电影响不大的其它负荷均属于三级负荷。系
12、指、三级负荷：非一、二级，且停电影响不大的其它负荷均属于三级负荷。系指突然中断其供电，造成的损失不大或者不会造成直接损失。突然中断其供电，造成的损失不大或者不会造成直接损失。三、三、负荷曲线负荷曲线概念：电力系统的实际负荷是随时间变化的，其变化规律可用负荷曲线描概念：电力系统的实际负荷是随时间变化的，其变化规律可用负荷曲线描述。负荷曲线是指在一定时间负荷随时间的变化曲线。通常应用电力调述。负荷曲线是指在一定时间负荷随时间的变化曲线。通常应用电力调度自动化系统自动采集瞬间的负荷数据来生成。度自动化系统自动采集瞬间的负荷数据来生成。作用：负荷曲线是电力系统运行调度、用电管理、规划设计的重要依据。作
13、用：负荷曲线是电力系统运行调度、用电管理、规划设计的重要依据。具体：实时负荷曲线可帮助调度运行人员监控负荷变化，及时调整负荷；具体：实时负荷曲线可帮助调度运行人员监控负荷变化，及时调整负荷；历史曲线用于研究负荷的规律性，便于预测短期、中期、长期未来用电历史曲线用于研究负荷的规律性，便于预测短期、中期、长期未来用电负荷，为电网能力发展建设规划提供有效的资料依据。负荷，为电网能力发展建设规划提供有效的资料依据。常用的负荷曲线有日有功负荷曲线，年有功负荷曲线。下面我们东风电常用的负荷曲线有日有功负荷曲线，年有功负荷曲线。下面我们东风电网的典型日的日负荷曲线网的典型日的日负荷曲线图图4调整负荷曲线的意
14、义：合理利用有限的电力资源减少电网网络损耗，利用调整负荷曲线的意义：合理利用有限的电力资源减少电网网络损耗，利用谷段电价优势节省电费，提高经济效益。谷段电价优势节省电费，提高经济效益。第三节第三节 变电所变电所作用：变电所是联结电力系统的中间环节，用以汇集电源、升降电压和分作用：变电所是联结电力系统的中间环节，用以汇集电源、升降电压和分 配电力。配电力。组成：通常由高低压配电装置、主变压器、主控制室和相应的设施以及辅组成：通常由高低压配电装置、主变压器、主控制室和相应的设施以及辅 助生产建筑物等组成。助生产建筑物等组成。分类：根据其在系统中的位置、性质、作用及控制方式等，可分为升压变分类：根据
15、其在系统中的位置、性质、作用及控制方式等，可分为升压变 电所、降压变电所、枢纽变电所、地区变电所、终端变电所，有人电所、降压变电所、枢纽变电所、地区变电所、终端变电所，有人 值班变电所和无人值班变电所。值班变电所和无人值班变电所。一、主接线：变电所汇集和分配电能的一个系统。一、主接线：变电所汇集和分配电能的一个系统。基本要求：基本要求：1）保证必要的供电可靠性和电能质量）保证必要的供电可靠性和电能质量2）具有一定的灵活性和方）具有一定的灵活性和方便性。便性。3）具有经济性。）具有经济性。4）具有发展和扩建的可能性。）具有发展和扩建的可能性。主接线型式：用户侧常采用线路变压器组接线图主接线型式：
16、用户侧常采用线路变压器组接线图5，系统中一般为单母线、，系统中一般为单母线、双母线、桥式等主接线，见图双母线、桥式等主接线，见图6、7二、一次设备：变压器、高压断路器、隔离开关、互感器、熔断器、负荷开二、一次设备：变压器、高压断路器、隔离开关、互感器、熔断器、负荷开关等关等 频率质量频率质量 电压允许偏差电压允许偏差 电能质量电能质量 电压允许波动和闪变电压允许波动和闪变供电质量供电质量 电压质量电压质量 公用电网谐波公用电网谐波 供电可靠性供电可靠性 三相电压允许不平衡度三相电压允许不平衡度 第四节第四节 供电质量供电质量一、电能质量一、电能质量1、电压允许偏差、电压允许偏差电压偏差：在某一
17、时段内，电压幅值电压偏差：在某一时段内，电压幅值缓慢变化缓慢变化而偏离额定值的幅度即为而偏离额定值的幅度即为电压偏差，用电压实际值和电压额定值之差电压偏差，用电压实际值和电压额定值之差U于电压额定值于电压额定值UN之比的百之比的百分数分数U%表示。表示。电压质量对各类电气设备的安全、经济运行有直接影响电压质量对各类电气设备的安全、经济运行有直接影响。电气设备端电气设备端电压过大地偏离额定电压时，电气设备的性能就要受到影响。电压过大地偏离额定电压时，电气设备的性能就要受到影响。但在电力系统正常运行中，随着用电负荷的变化和系统运行方式的变但在电力系统正常运行中，随着用电负荷的变化和系统运行方式的变
18、化，电网中的电压损耗也将发生变化化，电网中的电压损耗也将发生变化(图图7)。要严格保证所有用户在任何时。要严格保证所有用户在任何时刻都有额定电压是不可能的，因此，系统运行中各节点出现电压偏差是不刻都有额定电压是不可能的，因此，系统运行中各节点出现电压偏差是不可避免的。合理规定电压的允许偏移范围是完全有必要的。可避免的。合理规定电压的允许偏移范围是完全有必要的。一般用电设备的一般用电设备的电压保持在规定的允许偏差范围内，不会对工作有任何影响。电压保持在规定的允许偏差范围内，不会对工作有任何影响。目前，我国电压允许偏差标准为：目前，我国电压允许偏差标准为：1）35kV及以上供电电压正负偏差为绝对值
19、之和不超过标称系统电压的及以上供电电压正负偏差为绝对值之和不超过标称系统电压的5；（；（为额定电压的为额定电压的10，新国家标准新国家标准10）2）10kV及以下三相供电电压允许偏差为标称系统电压的及以下三相供电电压允许偏差为标称系统电压的7（新（新 10）；）；3）220V单相为供电电压允许偏差为标称系统电压的单相为供电电压允许偏差为标称系统电压的710。4）对于电压有特殊要求的用户，供电电压允许偏差由供电协议确定。）对于电压有特殊要求的用户，供电电压允许偏差由供电协议确定。电压水平取决电力系统无功功率平衡，无功电源充足，系统就有较高电压水平取决电力系统无功功率平衡，无功电源充足，系统就有较
20、高的电压水平；反之，无功不足就反映为运行电压偏低。的电压水平；反之，无功不足就反映为运行电压偏低。保持电压质量的措施：充足的无功功率电源，合理无功功率电源分配，保持电压质量的措施：充足的无功功率电源，合理无功功率电源分配，必要的电压调整措施。必要的电压调整措施。电压调整措施：调整发电厂励磁；投切无功补偿器；调整有载调压变电压调整措施：调整发电厂励磁；投切无功补偿器；调整有载调压变 压器分接头；改变运行方式压器分接头；改变运行方式。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，电压在某一个时段内，电压急剧变化急剧变化而偏离额定值的现象，称为电压波动。而
21、偏离额定值的现象，称为电压波动。电压波动的程度以在急剧变化过程中，相继出现的电压最大值和最小值之电压波动的程度以在急剧变化过程中，相继出现的电压最大值和最小值之差与额定电压之比的百分数差与额定电压之比的百分数 来表示：来表示：我国标准规定电压波动允许值为：我国标准规定电压波动允许值为：220kV及以上为及以上为1.6。35kV110kV为为2。10kV及以下为及以下为2.5。2）电压闪变）电压闪变：周期性周期性电压电压急剧波动急剧波动引起灯光闪烁，光通量引起灯光闪烁，光通量急剧波动，而造成眼视觉不舒适的现象称为闪变。急剧波动，而造成眼视觉不舒适的现象称为闪变。3、公用电网谐波、公用电网谐波 谐
22、波的概念：由于电力系统中存在大量非线性阻抗特性的谐波的概念：由于电力系统中存在大量非线性阻抗特性的供用电设备，使得实际的电压波形偏离正弦波，这种现象称为供用电设备，使得实际的电压波形偏离正弦波，这种现象称为电压正弦波形畸变，通常用谐波来表征。电压正弦波形畸变，通常用谐波来表征。电网谐波的产生：主要在于电力系统中存在各种非线性元电网谐波的产生：主要在于电力系统中存在各种非线性元件。件。电网谐波的危害：谐波对电气设备的危害很大电网谐波的危害：谐波对电气设备的危害很大 电网谐波防治电网谐波防治：阻止、较少谐波电流注入系统，规定标：阻止、较少谐波电流注入系统，规定标准准。4、供电频率允许偏差、供电频率
23、允许偏差 频率：电网中发电机发出的正弦交流电压每秒钟交变的次数称为供电频频率：电网中发电机发出的正弦交流电压每秒钟交变的次数称为供电频率。用率。用“”表示。我国技术标准规定的额定频率为表示。我国技术标准规定的额定频率为50赫兹。赫兹。频率偏差：实际频率和额定频率之差频率偏差：实际频率和额定频率之差 与额定频率与额定频率 之比的百分数之比的百分数 。频率的高低取决电力系统有功功率平衡，一个系统所需的有功功率只有频率的高低取决电力系统有功功率平衡，一个系统所需的有功功率只有发电厂提供。发电厂提供。联网运行的一个电力系统内频率是一致的，也就是全网内仅有一个频率联网运行的一个电力系统内频率是一致的，也
24、就是全网内仅有一个频率。我们国家的频率标准允许偏差误差我们国家的频率标准允许偏差误差 0.2赫兹，赫兹，300MW300MW以上大系统以上大系统 0.1赫赫兹。兹。低周减载低周减载 保障频率稳定的措施：保障频率稳定的措施：储备容量储备容量 二、二、供电可靠性供电可靠性 供电可靠性是指供电企业某一统计期内对用户停电的时间和次数，可供电可靠性是指供电企业某一统计期内对用户停电的时间和次数，可以直接反映供电企业持续向用电单位的供电能力。一般利用年供电可靠率以直接反映供电企业持续向用电单位的供电能力。一般利用年供电可靠率进行考核。进行考核。供电可靠性：是指在一年内，对用户有效供电时间总小时数和统计期间
25、供电可靠性：是指在一年内，对用户有效供电时间总小时数和统计期间停电影响用户小时数之差与统计期间用户有效供电时间总小时数比值的百停电影响用户小时数之差与统计期间用户有效供电时间总小时数比值的百分数，记作分数，记作RS提高供电可靠率就要尽量缩短用户平均停电时间，影响停电时间及停户数提高供电可靠率就要尽量缩短用户平均停电时间，影响停电时间及停户数的因素有：的因素有：线路长短，所带负荷户数的多少，可使线路长短，所带负荷户数的多少，可使 增大或者减少；增大或者减少；供电部门及时抢修和恢复供电运行工作的水平，供电部门及时抢修和恢复供电运行工作的水平，直接影响直接影响 值值 统一安排检修和带电作业，可以同时
26、减少时间统一安排检修和带电作业，可以同时减少时间 和户数和户数 供电设备故障率及检修周期要求等供电设备故障率及检修周期要求等第五节第五节 电力系统接地电力系统接地 我国电力系统的中性点接地方式主要有两种：我国电力系统的中性点接地方式主要有两种：1）中性点直接接地方式（包括中性点经小电阻接地方式）。）中性点直接接地方式（包括中性点经小电阻接地方式）。2）中性点非直接接地方式（包括中性点经消弧线圈接地方式）。）中性点非直接接地方式（包括中性点经消弧线圈接地方式）。1、中性点直接接地、中性点直接接地(图图8）指电力系统中至少有一个中性点直接或者经小阻抗与接地装置相连接。指电力系统中至少有一个中性点直
27、接或者经小阻抗与接地装置相连接。通过变压器中性点直接接地来实现的。通过变压器中性点直接接地来实现的。特点：特点：1）发生接地短路时，大电流作用于保护动作跳闸，供电可靠性低；）发生接地短路时，大电流作用于保护动作跳闸，供电可靠性低；2）中性点电位始终为零，非故障相的对地电压不会升高，可降低设备绝缘）中性点电位始终为零，非故障相的对地电压不会升高，可降低设备绝缘水平较少造价。水平较少造价。3）发生人身触电一相对地电击时，流经人体的电流大，危险性大。）发生人身触电一相对地电击时，流经人体的电流大，危险性大。适用范围：电压等级较高的系统适用范围：电压等级较高的系统 2、中性点非直接接地（、中性点非直接
28、接地（图图9）指电力系统中性点不接地或者经消弧线圈、电压互感器、高电阻与接地装指电力系统中性点不接地或者经消弧线圈、电压互感器、高电阻与接地装置相连接。置相连接。特点：特点：1）一相接地短路后，三相线电压不变，三相系统平衡，可允许继续用电）一相接地短路后，三相线电压不变，三相系统平衡，可允许继续用电2小小时时间，可靠性高。时时间，可靠性高。2）发生接地故障时，）发生接地故障时，接地故障相对地电压下降接地故障相对地电压下降（0），而），而非故障相电压升高非故障相电压升高，最高可达最高可达3倍为线电压。对绝缘水平要求较高（按照线电压设计）。倍为线电压。对绝缘水平要求较高（按照线电压设计）。3）发生
29、人身触电电击电流小，危险性也较大降低。）发生人身触电电击电流小，危险性也较大降低。适用范围：电压等级较低的系统适用范围：电压等级较低的系统 我国城市电网接地方式应该如下选择：我国城市电网接地方式应该如下选择：220、110kV直接接地直接接地 35kV 经消弧线圈接地经消弧线圈接地 10kV 经消弧线圈接地或者经小电阻接地经消弧线圈接地或者经小电阻接地 220/380V 直接接地直接接地 3、低压系统接地、低压系统接地 接地保护方式：接地保护方式：TN、TT、IT三类三类 1）TN系统接线：电力系统有一点直接接地，而电气装置的外露可接近导体系统接线：电力系统有一点直接接地，而电气装置的外露可接
30、近导体（即金属外壳）通过保护接地线与系统中性点相连接。（即金属外壳）通过保护接地线与系统中性点相连接。（图（图10）由分为：由分为：TN-S、TN-C、TN-C-S TN-S：系统中性线：系统中性线N与保护线与保护线PE独立分开，独立分开，即三相五线制即三相五线制 TN-C：系统中性线：系统中性线N与保护线与保护线PE合二为一，即三相四线制合二为一，即三相四线制 TN-C-S：系统中一部分中性线：系统中一部分中性线N与保护线与保护线PE合二为一。合二为一。具有电气设备外壳保护接零、比较安全。具有电气设备外壳保护接零、比较安全。2）TT系统接线：电力系统有一点直接接地，而电气装置的外露可接近导体
31、系统接线：电力系统有一点直接接地，而电气装置的外露可接近导体（即金属外壳）通过保护接地线接至与系统中性点无关的接地体（即金属外壳）通过保护接地线接至与系统中性点无关的接地体。（图（图11）不安全、不可靠，只使用未装配电变压器而远距离供电的小型用户。不安全、不可靠，只使用未装配电变压器而远距离供电的小型用户。3）IT系统接线：电力系统与大地不直接连接，而电气装置的外露可接近导系统接线：电力系统与大地不直接连接，而电气装置的外露可接近导体（即金属外壳）通过保护接地线接至接地体。体（即金属外壳）通过保护接地线接至接地体。安全，但适用范围有限，不能提供安全，但适用范围有限，不能提供220V电压。电压。返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回