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1、第二章第二章电力系统基本知识电力系统基本知识1一、电力系统组成由由发电厂发电厂、输配电线路输配电线路、变电所变电所、配电所配电所和和用电单位用电单位组成的整组成的整体称为体称为电力系统电力系统除火力发电厂、水电厂、核电厂外还有地热站、风力电站、潮汐电站等等。第一节 电力系统概述2超高压变电所一次变电所TPC6.9/13.8 167KVA*火力发电厂 配電變電所水力发电厂核能发电厂二次变电所发电系统供电系統业务系統特高压用户 161KV配电变电所特高压用户 69KV高压用戶22/11KV低压用戶220/110V161/22KV69/11KV345/161KV161/69KV(生产)(输送)(配售
2、)3当位于高处的水（具有位能）往低处流动時位能转换为动能，此时装设在水道低处的水轮机，因水流的动能推动叶片而转动（机械能），如果将水轮机连接发电机，就能帶动发电机的转动將机械能转换为电能，这就是水力发电的原理水力能水力为最“传统”的再生能源之一，水力发电技述也是再生能源中最成熟者。能开发地区是有限的但是4l提高供电可靠性l减少系统的备用容量l减少系统的峰谷差l提高供电质量l有效利用水利等一次动力资源的作用二、大型电力系统技术经济优点5l提高中压配电系统的容量l降低了线路上的电压损失l增大了中压配电网的供电半径l降低线损四、电力生产的特点同时性：电能的生产、输送、分配以及转换为其他形电能的生产、
3、输送、分配以及转换为其他形态能量的过程，是同时进行的。电能不能大量储存。态能量的过程，是同时进行的。电能不能大量储存。集中性：电力生产是高度集中的、统一的。电力生产是高度集中的、统一的。适用性：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。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。三、20kV中压配电优点6五、负荷曲线负荷曲线反映负荷随时间变化规律的曲线。负荷曲线反映负荷随时间变化规律的曲线。曲线包含曲线包含面积代表这一段时间内的用电量。面积代表这一段时间内的用电量。“削峰填谷削峰填谷”，降低峰谷差，合理，降低峰谷差，合理用电用电7用电负荷
4、是用电负荷是用户在某一时刻对电力系统所需用户在某一时刻对电力系统所需求的功率求的功率。一、用电负荷分类（一）一类负荷1.中断供电时将造成人身伤亡。2.中断供电将在经济上造成重大损失。3.中断供电时将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作。（二）二类负荷1.中断供电时将在经济上造成较大损失。2.中断供电时将影响重要用电单位的正常工作。（三）三类负荷凡不属于一类和二类的用电负荷称为三类负荷。第二节 用电负荷8（一）一类负荷的供电要求1.一类负荷由两个独立电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。2.一类负荷中的特别重要负荷，除由两个独立电源供电外，还应增设应急电源，并不准将
5、其他负荷接入应急供电系统。应急电源有以下几种：（1）独立于正常电源的发电机组，即与电网在电气上独立的电源，例如柴油发电机组等。二、各类负荷的供电要求9 （2）供电网络中独立于正常电源的专用馈电线路。（3）蓄电池组。（二）二类负荷的供电要求二类负荷的供电系统宜采用双回路线供电。两回路线应尽量引自不同变压器或两段母线。（三）三类负荷的供电要求 三类负荷供电，一般不考虑特殊要求。10 作用：作用：变、配电所是电力网中的线路连接点，是用以变换电压、交换功率和汇集、分配电能的设施。它主要由主变压器、配电装置及测量、控制系统组成，是电网的重要组成部分和电能传输的重要环节，对保证电网安全、经济运行具有举足轻
6、重的作用。分类：分类：根据其在系统中的位置、性质、作用及控制方式等，可分为升压变电所升压变电所、降压变电所降压变电所、枢纽变电所枢纽变电所、地区变电所地区变电所、终端变电所终端变电所，有人值班变电所有人值班变电所和无人值无人值班变电所班变电所。第三节 变、配电所11二、变电所的主要电气设备 可分为一次设备和二次设备。1.一次设备 一次设备直接与电力线路相连接。主要有：1）主变压器 用于升降电压。2）高压断路器 即可开断负荷电流，也可开断过载、短路电流。3）隔离开关 用于隔离电源。4）电压互感器 将系统的高电压转变为低电压，供保护和计量用。5）电流互感器 将高、低压系统的大电流按一定的比例转换为
7、标的小电流。12 6)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，从而使电气设备的到保护。7)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，起到隔离电源的作用。2.二次设备 二次设备用于控制、保护一次设备，以及对一次电量参数进行测量的设备。13（一）高压配电所常用的电气主接线1.单电源的高压配电所电气主接线2.双电源的高压配电所电气主接线（二）总降压变电所的电气主接线1.单台变压器的总降压变电所主接线示例2.双电源两台变压器的总降压变电所主接线示例（三）用电区（或小型用户）变电所的电气主接线二、变、配电所常用的电气主线连接141.有用户总降压变电所的用电区变电所电气主接
8、线示例2.无用户总变配电所得用电区或小型用户变电所电气主接线示例（1）高压侧采用隔离开关和熔断器或跌落式熔断器的变电所主接线（2）高压侧采用负荷开关和熔断器的变电所主接线（3）高压侧采用隔离开关和断路器的变电所主接线（4）双台变压器的用电区变电所或小型用户变电所电气主接线15电气主接线图的基本元素16电气主接线图的基本元素17电气主接线图的基本元素18单电源、单母线接线：特点：1.接线简单；2.操作方便；3.投资节省。（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19特点：1.一路电源工作，一路备用；2.也可以两路电源同时工作；3.“先合后断”原则：接通电路时先合隔离开关后合
9、断路器，断开电路时先断开断路器后断隔离开关。（2）双电源、单）双电源、单 母线接线：母线接线：20供电容量大；用于供电回路多的站；供电可靠性高；运行灵活性大；投资高；操作步骤复杂；占地面积大（3）单电源、双母线接线：21双母线接线：解决了母线检修检修问题（4）双电源、双母线接线：22 电源进线35KV及以上用户，往往需要两级降压，先经总降压变电所将电压降低到10KV的高压配电电压，然后再用电区变电所再降压到380/220V低压。35KV电源进线电源进线1.单台变压器结构简单，可靠性差（二）总降压变电所电气主接线（二）总降压变电所电气主接线23桥式接线形式2.双电源两台变压器外桥式：变压器故障或
10、检修不影响线路运行，而线路影响变压器桥桥跨条跨条24内桥式：线路不影响变压器，变压器故障或检修影响线路桥桥跨条跨条251.有用户总降压变电所（三）用电区（小型用户）变电所的电 气主接线26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（1）高压侧隔离开关+熔断器（跌落式熔断器）；低压侧低压断路器（自动空气开关）（2）高压侧负荷开关+熔断器（3）高压侧隔离开关+断路器 投资高，但可靠性高2.无用户总降压变电所27 供电质量指电能质量和供电可靠性。电能质量包括电压、频率和波形的质量。供电可靠性 是以供电企业对用户停电的时间次数来衡量的。第四节 电能质量28电能质量电能质量是指供给用电
11、单位受电端电能的优劣程度。电能质量主要包括电压质量电压质量与与频率质量频率质量两部分。电压质量电压质量又分为电压允许偏差电压允许偏差、电压允电压允许波动与闪变许波动与闪变、公用电网谐波公用电网谐波、三相电三相电压允许不平衡度压允许不平衡度电能质量电能质量29电压质量包括电压允许偏差、电压允许波动与闪变等内容。（一）供电电压允许偏差在某一时段内，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U与电压额定值UN之比的百分数U%来表示，即代表检测点上电压实际值（V）UN代表U%=（UUN）/UN100%式中：U检测点电网电压的额定值（V）UN检测点电网电压的额定值（V）一、电压30
12、我国国家标准规定电压偏差的允许值为：1）35kV及以上供电电压正负偏差之和不超过标称电压的5%；2）10kV及以下三相供电电压允许偏差为标称系统电压的7%；3）220V单相供电电压允许偏差为标称系统电压的+7%、-10%。31（二）电压允许波动和闪变1.电压允许波动在某一时间段内，电压急剧变化而偏离额定值的现象，称为电压波动。电压变化的速率大于1%的，即为电压急剧变化。电压波动程度以电压在急剧变化过程中相继出现的电压最大值Umax和最小值Umix之差与额定电压之比的百分数U%来表示，即：U%=(UmaxUmix)/UN100%式中:UN代表额定电压（V）电压波动是由于负荷急剧变动的冲击性负荷所
13、引起的。32 我国国家标准对电压波动允许值规定为 1）220kV及以上电压波动允许值为1.6%；2）35110kV电压波动允许值为2%；3）10kV及以下电压波动允许值为2.5%。2.电压闪变周期性电压急剧波动引起灯光闪烁，光通量急剧波动，而造成人眼视觉不舒适的现象，称为闪变。要尽量设法减少电压闪变现象。33用户供配电系统常用的电压调整措施有：1.正确选择变压器的变比的电压分接头2.降低系统阻抗原因：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3.使三相负荷平衡4.采取补偿无功功率措施原因分析：功率因数低，过多的无功功率传输导致无功损耗大，电压 损耗大 提高功率因数：并联电容
14、器5.合理改变供电系统运行方式 （三）为了保证电压质量合乎标准，往往需要装设必要的无功补偿装置和采取一定的调压措施。34电网中发电机发出的正弦交流电每秒钟交变的次数，称为频率，或叫供电频率。供电频率偏差是以实际频率和额定频率之差f与额定频率fN之比的百分数f%表示，即：f%=(f fN)/fN100%式中:f代表实际供电频率值（HZ）fN代表供电网额定频率（HZ）电力系统频率偏离额定值（我国技术标准规定为50HZ）过大将严重影响电力用户的正常工作。二、频率35供电营业规则供电营业规则：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
15、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士士1HZ 起因：系统起因：系统有功不足，频率降低有功不足，频率降低 方法方法：增加发电机输出有功，拉路限电，维：增加发电机输出有功，拉路限电，维 持整个电力系统有功平衡持整个电力系统有功平衡36三、波形日常用的交流电是正弦交流电，正弦交流电的波形要求是严格的正弦波。当电源波形不是严格正弦波时，它就有很多的高次谐波成分，谐波对电气设备的危害很大，可使变压器的铁芯损耗明显增加。谐波电流可使电力线路的电能损耗和电压损耗增加。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。保证交流电波形是正弦波，必须遵守以下要求：（1）要
16、求发电机发出符合标准的正弦波形电压。（2）要求在电能输送和分配过程中，不应使波形发生畸变。（3）还应注意消除电力系统中可能出现其他谐波源的影响。37（1）各类大功率非线性用电设备由容量较大的电网供电（2）对于大功率静止整流设备可采取下列方法：增加整流变压器二次侧的相数和增加整流器的整流脉冲。采用多台相数相同的整流装置，使整流变压器的二次侧有适当的相角差。按谐波次数装设分流滤波器。（3）选用高压绕组三角形接线，低压绕组星形接线的三相配电变压器。（4）装设静止无功补偿装置，吸收冲击负荷的动态谐波电流。控制各类非线性用电设备所产生的谐波引起电网电压正弦波形畸变，常采用下列措施：38一、短路的类型三相
17、系统中发生的短路有：三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路等基本类型。短路的常见原因有：（1）设备长期运行，绝缘自然老化；（2）设备本身设计、安装和运行维护不良；（3）绝缘材料陈旧；（4）因绝缘强度不够而被电压击穿；（5）设备绝缘正常而被过电压击穿；（6）设备绝缘收到外力损伤；（7）工作人员由于未遵守安全操作规程而发生误操作；第五节 电力系统短路概述39二、短路的危害短路电流危害主要有以下几个方面：（1）短路电流通过导体时，使导体大量发热，温度急剧升高，从而破坏设备绝缘；同时，通过短路电流的导体会受到很大的电动力作用，可能使导体变形甚至损坏。（2）短路点的电弧可能都好会电气设备的载流部分。
18、（3）短路电流通过线路，要产生很大的电压降，使系统的电压水平骤降，引起电动机转速突然下降，甚至损坏，严重影响电气设备的正常运行。（4）短路可能造成停电，而且越靠近电源，停电范围越大，给国民经济造成的损失也越大。（8）误将低电压设备接入较高电压的电路中；（9）电力线路发生断线和倒杆事故；（10）鸟兽跨越在裸露的相线之间或相线与接地物体之间，或者咬坏设备导线的绝缘等。40（6）不对称的接地短路，其不平衡电流将产生较强的不平衡磁场，对附近的通信线路、电子设备及其他弱电控制系统产生干扰信号，使通信失真、控制失灵、设备产生误操作。在供电系统的设计和运行中要进行短路电流计算，因为：（1）选择电气设备和载流
19、导体时，需要短路电流校验其动稳定性和热稳定性，以保证在可能的最大短路电流时不至于损坏；（2）选择和整定用于短路保护的继电保护装置时，需应用短路电流参数；（3）选择用于限制短路电流的设备时，也需进行短路电流计算。三、限制短路电流方法 目前在电力系统中，用得较多的限制短路电流的方法：（5）严重的短路故障若发生在靠近电源的地方，且维持时间较长，可使并联运行的发电机组失去同步，严重的可能造成系统解列。41短路计算的目的短路计算的目的1）便于选择电气设备时进行动稳定、热稳定校验，和断路器的断流能力校验；2）便于继电保护和自动装置的整定计算；3）确定限流措施；4）对稳定性研究提供依据三、限制短路电流方法
20、目前在电力系统中，用得较多的限制短路电流的方法：（1）选择合适的接线方式（可将电网裂解运行）（2）采用分裂绕组变压器好人分段电抗器；（3）采用线路电抗器（主要用于发电厂向电缆电网供电的 610kV配电网）（4）采用微机保护及综合自动化装置等。42电力系统接地分为两类：工作接地和保护接地 工作接地：为了保证电气设备在系统正常运行能正常工作而进行的接地接地配电变压器或低压发电机中性点通过接地装置与大地相连，称为工作接地。工作接地分为直接接地与非直接接地（包括不接地或经消弧线圈、电阻接地）两类。工作接地的接地电阻一般不超过 4第六节 电力系统接地概述43第六节 电力系统接地概述一、中性点直接接地系统 中性点直接接地是指电力系统中至少有一个中性点直接或经小阻抗与接地装置相连接。二、中性点不接地系统三、中性点经消弧圈接地系统 在中性点不接地系统中，当发生单相接地故障时，流入大地的电流若过大，就会在接地故障点出现断续电弧而引起过电压。根据消弧线圈的电感电流对接地电容电流补偿程度的不同，分为下列三种补偿方式：44四、中性点经电阻接地系统 低电阻接地方式的主要特点在电网发生单相接地时，能获得较大的阻性电流，直接跳开线路开关，迅速切除单相接地故障，过电压水平低，谐振过电压发展不起来，电网可采用绝缘水平较低的电气设备。（1）全补偿）全补偿（2）欠补偿）欠补偿（3）过补偿）过补偿45