1、電力系統現代社會比以往任何時候更為依賴電能供應。如果全世界電能供應全部中斷的話,不可想象整個世界將會糟糕到什么程度。為現代社會供電的電力系統(或電能系統已經成為這個工業化世界不可缺少的組成部分。托馬斯.愛迪生建立了世界上第一個完整的電力系統(包括一臺發電機、電能、電纜、熔斷器測量儀表和負載,它就是位于紐約市的具有歷史意義的珍珠街發電廠,該電廠位于1882年9月投入運行。這是一個直流系統,由一臺蒸汽機驅動的電流發電機和方圓大約1.5km范圍內的59個用戶組成。負荷完全由白熾燈組成,通過地下電纜系統用110v電壓供電,隨后幾年內,類似的電力系統在世界各地的城市陸續投運。由于法蘭克.史博格在1884

2、年研制出電動機,電動機負荷開始接入這類系統。由此開始電力系統逐漸發展為世界上最大的工業系統之一。盡管初期直流系統廣泛采用,但后來它們幾乎完全被交流系統取代。到1886年,直流系統的缺點變得日益明顯。直流系統只能在發電機的短距離范圍內輸送電力。對于長距離輸送電而言,為了將輸電損耗(I2R和電壓降落控制在可接受的水平,必須采用高的電壓等級。如此高的電壓對于發電還是用電都是不可接受的的,因此必須有一個方便的電壓變換方法19世紀80年代,在將電力工業的標準模式定為直流或交流的問題上產生了激烈的爭論。到了世紀之交,交流系統戰勝了直流系統,這是因為下列原因:1在交流系統中可以方便地實現電壓等級的交換,從而

3、實現了在不同電壓的水平上發電、輸電用電的靈活性。2交流發電機比直流發電機簡單的多。3交流電動機比直流電動機簡單和便宜得多。北美洲的第一條三相交流輸電線路位于1893年投入運行,它位于南加利福尼亞,2300v,電線長度12km。在交流輸電的早期階段,頻率沒有實現標準化。許多不同的頻率曾被采用,包括25、50、60、125和133HZ,這給系統之間的相互連接帶來了問題。最終北美將60HZ 定為標準頻率,其他許多國家定為50HZ。日益增長的對遠距離大容量電能輸送的需求促進了輸電電壓等級的逐漸提高。為避免電壓等級無限制的擴散,電力行業對電壓等級實施了標準化。在美國,高壓等級(HV的標準是115、138

4、、161和230kv。超高壓等級(EHV標準是345、500和765kv。在中國采用的高壓電壓等級是10、35、110kv,超高壓電壓等級為220、330(僅在中國西北和500kv。第一條750kv將于近期在中國西北建設。隨著AC/DC換流設備的發展,高壓直流(HVDC輸電系統在某些特殊場合變得更經濟更具優勢。HVDC可用于遠距離大容量輸電,也可用于交流輸電系統之間的異步聯網,因為交流系統之間可能由于穩定問題或額定頻率不同而不能實現交流聯網。對電力系統的基本要求是以可接受的電壓和頻率給用戶提供不間斷的電能供應。由于電能不能以簡單和經濟的方式大量儲存,電能的生產和消耗必須同時完成在電力系統任何層

5、次上的故障或誤操作都可能導致對用戶供電的中斷。因此,保持電網的連續正常運行對給用戶提供可靠的電能供應是極其重要的。電力系統的組成現代電力系統通常規模大、地域分布廣,有成百上千的發電機組并列同步運行,電力系統之間的大小和結構可能有所不同,但它們的基本特征相同:1由在恒定電壓下運行的三相交流系統組成。發電和輸電設施使用三相設備。工業負荷采用三相式,為了組成一個平衡的三相系統,單相的居民和商業負荷平均地分配在三相系統的各相上。2 采用同步發電機發電。原動機將一次能源(化石燃料、核能和水能轉換為機械能,然后同步發電機將機械能轉化為電能。3在廣闊的區域上通過長距離給用戶送電。這就要求輸電系統必須由運行在

6、不同電壓等級上的子系統組成。在美國,現代電力系統的基本組成部分由圖6-1顯示。電能由發電廠生產出來,并通過一個由獨立元件組成的復雜網絡送給用戶,這些元件包括:輸電線路、變壓器和開關設備等,通常的做法是把輸電網絡分類為下面的子系統:輸電系統、次級輸電系統和配電系統。輸電系統將所有發電廠和主要負荷中心接入到系統中。輸電系統組成了整個電力系統的骨架。并運行在最高的電壓等級(在美國,典型電壓為230kv及以上,發電機通常為1135kv 的范圍內,將發電機電壓升到輸電系統電壓水平,電能由輸電系統送到輸電變電站,在輸電變電站內電壓被降到二次輸電系統的電壓水平(典型電壓為69138kv。發電和輸電子系統通常被叫做主干電力系統。二次輸電系統將較小容量的電能由輸電變電站輸送到配電變電站,大的工業用戶通常由二次輸電系統直接供電,在某些系統中,二次輸電系統和輸電系統之間沒有明顯的界限,由于系統的擴展和更高輸電電壓的采用,老的輸電線路經常降級使用來擔負二次輸電功能。配電系統將電能傳輸到用戶的最后一級,典型的配電電壓在4.034.5kv之間,小的工業用戶由這個電壓等級上的一次饋線來供電,二次配電饋線在120/240V電壓上給居民和商業用戶供電。靠近負荷的小型發電