1、第二章電力系統基本知識第二章電力系統基本知識電力系統是由發電廠、送變電線路、供配電所電力系統是由發電廠、送變電線路、供配電所和用電單位組成的整體，和用電單位組成的整體，在同一瞬間，發電廠將發在同一瞬間，發電廠將發出的電能通過送變電線路，送到供配電所，經過變出的電能通過送變電線路，送到供配電所，經過變壓器將電能送到用電單位，供給工農業生產和人民壓器將電能送到用電單位，供給工農業生產和人民生活。生活。第一節電力系統概述第一節電力系統概述由發電、送電、變電、配電和用電組成由發電、送電、變電、配電和用電組成的整體稱為的整體稱為電力系統電力系統。電力系統中的送電、。電力系統中的送電、變電、配電三個部分稱

2、為變電、配電三個部分稱為電力網電力網。電力系統示意圖電力系統示意圖 火力發電廠火力發電廠：以煤、石油、天然氣為燃料：以煤、石油、天然氣為燃料燃燃燒產生熱量燒產生熱量通過汽輪機熱能轉換為機械能通過汽輪機熱能轉換為機械能帶動發電機發電產生電能。帶動發電機發電產生電能。 水力發電廠水力發電廠：水位落差：水位落差水位勢能通過水輪機水位勢能通過水輪機轉換為機械能轉換為機械能帶動發電機發電產生電能。帶動發電機發電產生電能。 核能發電廠核能發電廠：核燃料在反應堆發生核裂變釋放熱：核燃料在反應堆發生核裂變釋放熱能能通過汽輪機熱能轉換為機械能通過汽輪機熱能轉換為機械能帶動發電帶動發電機發電產生電能。機發電產生電

3、能。為什么要建設升壓站、降壓站？（為什么要建設升壓站、降壓站？（p41） 為什么要建設大型電力系統（為什么電網要互為什么要建設大型電力系統（為什么電網要互聯）？聯）？ 1. 提高電力系統可靠性提高電力系統可靠性 2. 減少了系統備用容量（華北網與華中網互聯，晉減少了系統備用容量（華北網與華中網互聯，晉電入湘）什么叫備用容量：電入湘）什么叫備用容量：電力系統為在設備檢修、事故、調頻等情況下仍能保證負荷需求而需要增設的設備容量 （一般為電力系統最高負荷的25%30% ） 3. 降低峰谷差降低峰谷差 湖南上半年最大負荷湖南上半年最大負荷2280萬萬kW，最大峰，最大峰谷差谷差1200萬萬kW。超過了

4、。超過了50%，調峰壓力很，調峰壓力很大。大。 如果把華中電網看做一個整體，各地區高如果把華中電網看做一個整體，各地區高峰、低谷負荷的非同時性，可以拉平負荷曲峰、低谷負荷的非同時性，可以拉平負荷曲線。（與減少備用容量同一概念）線。（與減少備用容量同一概念） 4. 提高供電質量提高供電質量 兩個互聯系統，如果兩個互聯系統，如果B系統負荷增加至沒系統負荷增加至沒有足夠的調頻（調峰）電源，就需要有足夠的調頻（調峰）電源，就需要A系統系統的調頻廠向的調頻廠向B系統輸送有功功率。比如調頻系統輸送有功功率。比如調頻電廠遠離負荷中心的情況。電廠遠離負荷中心的情況。 5.有效利用水力等一次動力資源有效利用水力

5、等一次動力資源 水電要全額消納。富余的水電怎么辦？水電要全額消納。富余的水電怎么辦？（可再生能源法可再生能源法要求全額消納水電等可要求全額消納水電等可再生能源）再生能源） 輸電網輸電網是電力網中的主網架是電力網中的主網架 ，它以高壓甚，它以高壓甚至超高壓將發電廠、變電所或變電所之間連至超高壓將發電廠、變電所或變電所之間連接起來。接起來。配電網配電網是直接將電能送到用戶的網絡，是直接將電能送到用戶的網絡，分分為高壓配電網即指為高壓配電網即指110kV及以上電壓、中壓及以上電壓、中壓配電網指（配電網指（35kV）10kV、6kV、3kV電壓及電壓及低壓配電網低壓配電網220V、380V。 現在城市

6、中也有現在城市中也有220kV的配電網。的配電網。電力生產的特點電力生產的特點 （1）同時性；）同時性；發電、供電、用電必須時刻保持平衡發電、供電、用電必須時刻保持平衡 決定于電力的不可儲存性（關于電力系統的所有研究幾決定于電力的不可儲存性（關于電力系統的所有研究幾乎都源于這一特點：穩定性、調峰、調頻、調壓）乎都源于這一特點：穩定性、調峰、調頻、調壓）（2）集中性；）集中性；電力生產是高度集中的，統一調度；電力生產是高度集中的，統一調度； （3）適用性；）適用性；電能不受或少受時間、地點、空間、氣電能不受或少受時間、地點、空間、氣溫、場地的限制，適用性最廣泛。溫、場地的限制，適用性最廣泛。 （

7、與太陽能、風能對比）（4）先行性。）先行性。2.國民經濟發展電力必須先行國民經濟發展電力必須先行1）工農業方面產生的提高，主要依靠勞動生產率的提）工農業方面產生的提高，主要依靠勞動生產率的提高，并不斷提高機械化和電氣化的水平；高，并不斷提高機械化和電氣化的水平；2）出現許多新的、規模大的、耗電多的工業部門，如）出現許多新的、規模大的、耗電多的工業部門，如電氣冶煉、電化學等電氣冶煉、電化學等 ；3）農業、交通運輸業等，隨著新技術推廣，將廣泛應）農業、交通運輸業等，隨著新技術推廣，將廣泛應用電能，使電能需要量大大增加；用電能，使電能需要量大大增加； 4）人民生活水平、文化水平不斷提高，都會使居民用

8、）人民生活水平、文化水平不斷提高，都會使居民用電量日益增加。電量日益增加。 用電負荷用電負荷 用電負荷用電負荷是用戶在某一時刻對電力系統所需求的是用戶在某一時刻對電力系統所需求的功率。功率。用電負荷加上同一時刻的線路損耗，用電負荷加上同一時刻的線路損耗，是發電廠對是發電廠對外供電時所承擔的全部負荷外供電時所承擔的全部負荷，稱為，稱為供電負荷供電負荷。 電力負荷電力負荷是電力系統中所有電力設備消耗的功率。是電力系統中所有電力設備消耗的功率。供電負荷加上廠用電負荷。供電負荷加上廠用電負荷。按照受到突然中斷供電所引起的影響，用電負按照受到突然中斷供電所引起的影響，用電負荷可分為以下幾類：荷可分為以下

9、幾類：（1）一類負荷）一類負荷也稱也稱一級負荷一級負荷，指，指突然中突然中斷供電將會造成人身傷亡或會引起對周圍環境嚴重斷供電將會造成人身傷亡或會引起對周圍環境嚴重污染，造成經濟上的巨大損失污染，造成經濟上的巨大損失，以及突然中斷供電，以及突然中斷供電將會造成社會秩序嚴重混亂或產生政治上的嚴重影將會造成社會秩序嚴重混亂或產生政治上的嚴重影響的用電負荷。響的用電負荷。 供電要求：雙電源外加備用（應急電源）供電要求：雙電源外加備用（應急電源）（2）二類負荷）二類負荷也稱二級負荷，是也稱二級負荷，是指突然指突然中斷供電會造成較大的經濟損失、社會秩序混亂或中斷供電會造成較大的經濟損失、社會秩序混亂或政治

10、上產生較大影響的用電負荷。政治上產生較大影響的用電負荷。 供電要求：雙回路供電，并要引自不同變壓器供電要求：雙回路供電，并要引自不同變壓器或兩段母線。或兩段母線。 （3）三類負荷也稱三級負荷，是指不屬于上）三類負荷也稱三級負荷，是指不屬于上述一類和二類負荷的其他負荷，對這類負荷，突然述一類和二類負荷的其他負荷，對這類負荷，突然中斷供電所造成的損失不大或不會造成直接損失。中斷供電所造成的損失不大或不會造成直接損失。供電無特殊要求供電無特殊要求第三節變電所變電所是聯結電力系統的中間環節，變電所是聯結電力系統的中間環節，用以匯集用以匯集電源、升降電壓和分配電力電源、升降電壓和分配電力。通常由高低壓配

11、電裝。通常由高低壓配電裝置、主變壓器、主控制室和相應的設施以及輔助生置、主變壓器、主控制室和相應的設施以及輔助生產建筑物等組成。產建筑物等組成。 根據變電所在系統中的位置、性質、作用及控制根據變電所在系統中的位置、性質、作用及控制方式等，可分為升壓變電所、降壓變電所、樞紐變方式等，可分為升壓變電所、降壓變電所、樞紐變電所、地區變電所、終端變電所，有人值班變電所電所、地區變電所、終端變電所，有人值班變電所和無人值班變電所。和無人值班變電所。 變配電所中承擔輸送和分配電能任務的電路，叫變配電所中承擔輸送和分配電能任務的電路，叫一次電路或電氣主接線。一次電路中所有的電氣設一次電路或電氣主接線。一次電

12、路中所有的電氣設備稱一次設備。備稱一次設備。變配電所中常用的一次電氣設備變配電所中常用的一次電氣設備 1.主變壓器主變壓器 改變電壓的電氣設備，如將壓變改變電壓的電氣設備，如將壓變10/0.40.23KV ) 2.高壓斷路器（高壓斷路器（QF） 高壓斷路器是高壓電器中最重要的設備，是電力系統一次設備中起控制和保護作用的關鍵電器。高壓斷路器在電網中起兩方面的作用：一是控制作用（主動）， 即根據電網運行的需要，將部分電氣設備或線路投入或退出運行；二是保護作用（被動），即在電氣設備或電力線路發生故障時，繼電保護自動裝置發出跳閘信號，起動斷路器，將故障部分設備或線路從電網中迅速切除，確保電網中無故障部

13、分電路的正常運行。 高壓斷路器一般按滅弧介質的不同分為油斷路器、真空斷路器、六氟化硫斷路器等。 高壓斷路器具有開斷正常負荷電流和切斷短路電流的功能，具有完善的滅弧裝置。 3.隔離開關隔離開關 隔離開關的作用有兩個：（1）隔離電源，保證安全。利用隔離開關將高壓電氣裝置中需要檢修的部分與其他帶電部分可靠隔離， 隔離開關斷開后有明顯可見的斷開間隙， 能充分保證人身和設備的安全。 (2) 倒閘操作。隔離開關經常用來進行電力系統運行方式改變時的倒閘操作。例如，當主接線為雙母線時，利用隔離開關將設備或線路從一組母線切換到另一組母線。 特別強調，隔離開關沒有專門的滅弧裝置，在任何情況下，均不能接通或切斷負荷

14、電流和短路電流，并應設法避免可能發生的誤操作。 4.電壓互感器電壓互感器 將高電壓變為低電壓（將高電壓變為低電壓（100V）供保護和）供保護和計量用計量用 )；5.電流互感器電流互感器 將大電流變為小電流（將大電流變為小電流（5A）供保護和計量）供保護和計量用用 ；6.熔斷器（熔斷器（ FU ） 熔斷器FU是最簡單和最早使用的一種保護電器，它串聯在電路中使用，當所在電路短路或過載時，熔斷器自動斷開電路，使其它電氣設備得到保護（當電流超過規定值時，以本身產生的熱量使熔體熔斷，斷開電路的一種電器 ） 7.負荷開關 具有簡單的滅弧裝置， 因此能通斷一定的負荷電流和過負荷電流。 但它不能斷開短路電流，

15、負荷開關斷開后，與隔離開關一樣， 具有明顯可見的斷開間隙，因此，它也具有隔離電源、保證安全檢修的功能。 它一般與高壓熔斷器串聯使用，借助熔斷器來進行短路保護。 電氣主接線 一、單母線接線 特點是整個配電裝置只有一組母線，所有電源進線和出線都接在同一組母線上。 每一回路均裝有斷路器QF和隔離開關QS。 斷路器用于在正常或故障情況下接通與斷開電路，隔離開關當停電檢查斷路器時作為隔離電器隔離電壓。 單母線接線的優點是接線簡單，操作方便，投資少，便于擴建； 缺點是可靠性和靈活性較差，當母線檢修或故障時，各支路都必須停止工作，當引出線的斷路器檢修時，該支路要停止供電。 單母線接線不能滿足不允許停電的重要

16、用戶的供電要求，只適用于不重要負荷的中、小容量的變電所。 二、二、 單母線分段接線單母線分段接線當引出線數目較多時，為提高供電可靠性，可用斷路器將母線分段，即采用單母線分段接線方式。 正常工作時，分段斷路器可以接通也可以斷開。 如果正常工作時分段斷路器QF是接通的，則當任意段母線故障時，母線繼電保護動作跳開分段斷路器和接至該母線段上的電源斷路器，這樣非故障母線段仍能工作。當一個分段母線的電源斷開時， 連接在該母線上的出線可通過分段斷路器QF從另一段母線上得到供電。 如果正常工作時分段斷路器QF是斷開的，則當一段母線故障時，連在故障母線段上的電源斷路器在繼電保護的作用下跳開，非故障母線段仍能照常

17、工作；但當一分段母線的電源斷開時，連接在該母線上的出線會全部停電。 GWL1WL2WL3WL4GQF分段斷路器QSQSQF1QF2斷路器倒閘操作原則斷路器倒閘操作原則 “先斷后合先斷后合”線路-變壓器組接線p50圖圖2-8主變高壓側是線路主變高壓側是線路-變壓器組接線。變壓器組接線。 線路變壓器組接線就是線路和變壓器直接相連，是一種最簡單的接線方式。 特點是設備少、投資省、操作簡便、宜于擴建，但靈活性和可靠性較低。 變電站只有一路進線與一臺變壓器，而且再無發展的情況下采用線路變壓器組接線。 當電源進線、變壓器高低壓側、母線故障或檢當電源進線、變壓器高低壓側、母線故障或檢修，全站停電。修，全站停

18、電。橋型接線 用連接橋將兩個線路-變壓器組連接起來的接線。連接橋由一個斷路器和兩個隔離開關組成。 內橋接線：如圖（a）連接橋置于線路斷路器內側(靠近變壓器側)，線路經斷路器和隔離開關接至橋接點。 外橋接線：如圖（b）連接橋置于線路斷路器外側(遠離變壓器側)，變壓器經斷路器和隔離開關接至橋接點。內橋接線的特點： 任一線路檢修或故障時，都不會影響其他回路的正常運行。 變壓器檢修或故障時，則會影響一回線路的正常運行。 由于變壓器運行可靠，而且不需要經常進行投入和斷開，因此內橋接線的應用較廣泛。 如變壓器T1檢修或發生故障，則需斷開斷路器QF1、QF3，使未故障線路L1供電受到影響。經倒閘操作，拉開隔

19、離開關QS1后，再閉合QF1、QF3才能恢復線路L1工作， 這將造成該側線路的短時停電。外橋接線的特點： 外橋接線的變壓器檢修或故障時，不會影響其他回路的正常運行。 當線路檢修或故障時，則會影響一臺變壓器的正常運行。 外橋接線僅適用于變壓器按照經濟運行需要要經常投入或斷開的情況。供電質量供電質量供電質量供電質量指指電能質量電能質量與與供電可靠性供電可靠性。電能質量電能質量電能質量電能質量主要包括主要包括電壓質量電壓質量、頻率質量頻率質量和和波形質量波形質量。電壓質量電壓質量又分為又分為電壓允許偏差電壓允許偏差、電壓允電壓允許波動與閃變許波動與閃變。頻率質量為頻率質量為頻率允許偏差頻率允許偏差等

20、。等。1.供電電壓供電電壓允許偏差允許偏差在某一時段內，在某一時段內，電壓幅值緩慢變化電壓幅值緩慢變化而偏離額定值的程而偏離額定值的程度，度，以電壓實際值（以電壓實際值（U）和電壓額定值（）和電壓額定值（UN）之差）之差U與電與電壓額定值壓額定值UN之比的百分數之比的百分數U%來表示，即來表示，即v電氣設備都是按照額定電壓條件下設計制造的，當端電壓電氣設備都是按照額定電壓條件下設計制造的，當端電壓偏離額定電壓時，電氣設備的性能就會受到影響。偏離額定電壓時，電氣設備的性能就會受到影響。v當電壓降低時當電壓降低時，白熾燈的，白熾燈的發光效率和光通量發光效率和光通量都會急劇下降，都會急劇下降，U =

21、0.9 UN時時,光通量下降光通量下降30%；當；當電動機電動機輸出功率一定時，輸出功率一定時，端電壓降低會使定子，轉子的端電壓降低會使定子，轉子的電流都有顯著增大，溫度上電流都有顯著增大，溫度上升升。v當電壓上升時當電壓上升時，白熾燈的，白熾燈的壽命會大為縮短壽命會大為縮短,U =1.1 UN時則時則壽命縮減一半壽命縮減一半；當電壓過高時，會使電氣；當電壓過高時，會使電氣設備絕緣老化過設備絕緣老化過程加快，設備壽命縮短程加快，設備壽命縮短。.%100%NNUUUU國家標準規定電壓偏差的允許值為：國家標準規定電壓偏差的允許值為：1）35kV及以上電源供電的，電壓允許偏差為及以上電源供電的，電壓

22、允許偏差為額定電壓的額定電壓的10。2）10kV及以下三相供電的電壓允許偏差為額及以下三相供電的電壓允許偏差為額定電壓的定電壓的7。3）220V單相供電電壓允許偏差為額定電壓的單相供電電壓允許偏差為額定電壓的7到到10。 2.電壓電壓允許波動允許波動和閃變和閃變（1）電壓允許波動）電壓允許波動 什么是電壓波動？電壓波動都是沖擊性負荷引什么是電壓波動？電壓波動都是沖擊性負荷引起的。在某一時段內，電壓起的。在某一時段內，電壓急劇變化急劇變化而偏離額定值而偏離額定值的現象，稱為電壓波動。的現象，稱為電壓波動。電壓變化的速率大于電壓變化的速率大于1的，即為電壓急劇變化的，即為電壓急劇變化。 電壓波動程

23、度以電壓在急劇變化過程中，相繼出電壓波動程度以電壓在急劇變化過程中，相繼出現的電壓最大值和最小值之差與額定電壓之比的百現的電壓最大值和最小值之差與額定電壓之比的百分數來表示，即：分數來表示，即： 電壓波動的原因：電壓波動的原因：1）電動機啟動；）電動機啟動；2）電焊機工作；）電焊機工作；3）大型電弧爐運行；）大型電弧爐運行；4）大型軋鋼機沖擊性工作；）大型軋鋼機沖擊性工作；負荷的急劇變動的沖擊負荷所引起。負荷的急劇變動的沖擊負荷所引起。%100%minmaxNUUUU國家標準對電壓波動允許值規定為：國家標準對電壓波動允許值規定為：1）220kV及以上為及以上為1.6；2）35kV110kV為為

24、2；3）10kV及以下為及以下為2.5。（2）電壓閃變）電壓閃變周期性周期性電壓急劇波動引起電壓急劇波動引起燈光閃爍，光通量急劇波動，而造成人眼視覺不舒燈光閃爍，光通量急劇波動，而造成人眼視覺不舒適的現象，稱為閃變。適的現象，稱為閃變。如何保證電壓質量？如何保證電壓質量？ 1.調整變壓器電壓分接頭。調整變壓器電壓分接頭。 2.降低系統阻抗降低系統阻抗 電壓損耗（電壓損耗（輸電線路首端和末端電壓的絕對值之差 ） 可以看出：輸送功率（可以看出：輸送功率（P和和Q）和始端電壓（）和始端電壓（U）一定的情況下，電壓損耗與系統阻抗成比例關系。一定的情況下，電壓損耗與系統阻抗成比例關系。電壓損耗減小，可以

25、提高末端用電設備的電壓質量。電壓損耗減小，可以提高末端用電設備的電壓質量。UQXPRU%3.減小三相負荷的不平衡程度 負荷大的相，電壓損耗大。4.無功補償 從電壓損耗的公式可以看出：由于R在數值上遠遠小于X ， 的值主要決定于線路輸送的無功功率Q，要減小電壓損耗，就要減小線路傳輸的無功功率，因此要進行就地無功補償。5.改變系統運行方式：可以改變系統阻抗，從而改善電壓UQXPRU%U4.供電頻率允許偏差供電頻率允許偏差供電頻率偏差是以實際頻率和額定頻率之差供電頻率偏差是以實際頻率和額定頻率之差f與額與額定定頻頻率率fN之比的百分之比的百分數數f表示，即表示，即我國電力系統頻率額定值為我國電力系統

26、頻率額定值為50Hz。在并聯運在并聯運行的同一電力系統中，不論裝機容量的大小，范行的同一電力系統中，不論裝機容量的大小，范圍的廣闊，圍的廣闊，任一瞬間的頻率在全系統都是一致的任一瞬間的頻率在全系統都是一致的。我國規定對頻率變化的允許偏差范圍，在我國規定對頻率變化的允許偏差范圍，在3000MW以上的系統中，以上的系統中，不超過額定值的不超過額定值的0.2Hz。 據系統容量可放寬到據系統容量可放寬到0.5%(3000MW以下以下) %100%NNffff5.波形 （1）當電源波形不是正弦波時，可以分解出很多高次諧波分量。 （2）產生原因：非線性元件的存在。 （3）諧波危害：變壓器絕緣加速老化，壽命

27、縮短；電動機轉子震動，影響產品質量等等。電力系統短路1.什么是短路 相與相之間，相與地之間通過金屬導體、電弧或其他較小阻抗連接形成的非正常狀態稱為短路。2.短路有什么特征： 電力急劇增大，電壓急劇降低，三相短路時電壓降為03.短路的類型 （1）對稱短路：三相短路 （2）不對稱短路：單相接地短路、兩相短路、兩相接地短路 （3）在中性點直接接地系統中，單相接地短路占比超過90% （4）短路產生的原因（p59）4.短路的危害（p60）5.限制短路電流的方法 （1）中性點直接接地系統中，短路電流大小取決于零序阻抗，可以采用部分變壓器中性點不接地方式，限制自耦變壓器使用，都可以增大零序阻抗。 （2）多母

28、線分裂運行或者分段運行，可以增大系統阻抗。 （3）環形電網解列運行，一般不采用，因為降低系統可靠性。 （4）采用串聯電抗器，增大系統阻抗。 電力系統接地概述電力系統接地概述電氣接地一般分為電氣接地一般分為工作接地工作接地和和保護接地保護接地。 工作接地：為了保證電氣設備能正常運行而工作接地：為了保證電氣設備能正常運行而進行的接地進行的接地v有直接接地和非直接接地（含中性點不接地有直接接地和非直接接地（含中性點不接地或經消弧線圈接地）兩類。或經消弧線圈接地）兩類。v工作接地的接地電阻工作接地的接地電阻4。中性點接地方式中性點接地方式（1）指電力系統中指電力系統中至少有一個中性點直接或經小阻抗至少有一個中性點直接或經小阻抗與接地與接地裝置相連接。裝置相連接。（2）通過系統中全部或部分變壓器中性點直接接地來實現的）通過系統中全部或部分變壓器中性點直接接地來實現的。（3）作用：使中性點經常保持零電位）作用：使中性點經常保持零電位（4）供電可靠性較低：因為當系統發生一相接地故障時，出）供電可靠性較低：因為當系統發生一相接地故障時，出現了除中性點外的另一個接地點，構成短路回路，產生很現了除中性點外