第二章 电力系统基本知识资料

1第一章电力系统基本知识2§1.1电力系统、电力网构成§1.2电力负荷§1.3变电所§1.4供电质量§1.5电力系统短路概述§1.6电力系统接地3§1.1电力系统、电力网构成电能是如何传送的？4电力系统=发电机+变电所+输电线路+用户动力系统=电力系统+发电厂动力部分电力网=变电所+输电线路电力系统是由发电、变电、输电、配电、用电等设备和相应的辅助系统，按规定的技术和经济要求组成的一个统一系统。一个现代电力系统是由极宽阔的地域内的大量电力设备互联在一起的。一、电力系统的基本组成、功能与作用5发电、变电、输电、配电、用电等设备称为电力主设备，也称为一次设备，由主设备构成的系统称为主系统，也称为一次系统；测量、监视、控制、继电保护、安全自动装置、通信，以及各种自动化系统等用于保证主系统安全、稳定、正常运行的设备称为二次设备，二次设备构成的系统称为辅助系统，也称为二次系统。电力系统的基本任务是安全、可靠、优质、经济地生产、输送与分配电能，满足国民经济和人民生活需要。6为了发挥电力系统的功能和作用，应满足以下基本要求：1)满足用户需求；2)安全可靠性要求；3)经济性要求；4)环保和生态要求。由于电力不能大量储存，其生产、输送分配和消费都在同一时间内完成，同一瞬间，发电厂发出的电能通过送变电线路，送到供配电所，经过变压器将电能送到用电单位，供给工农业生产和人民生活。7电力系统的输配电方式示意图电力系统中的输电、变电、配电称为电力网。是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。8发电厂：把非电形式的能量转换成电能，有火力发电、水力发电、原子能发电、地热发电、潮汐发电、风力发电、太阳能发电等。电力线路：是电能输送的通道和载体。一般按其功能将电力线路划分为输电线路和配电线路。输电：通常指的是将发电厂或发电基地（包括若干电厂）发出的电能输送到消费电能的地区，又称负荷中心，或者将一个电网的电能输送到另一个电网，实现电网互联，构成互联电网。由发电、输电、变电、配电和用电组成的整体称为电力系统。9配电：通常是指从降压变电站（所）将电能分配给各个用户。配电网中又分为高压配电网指110KV及以上电压、中压配电网指35KV、10KV、6KV、3KV电压及低压配电网220V、380V。输电线路：通常指35kV及以上电压等级的电力线路，而35kV以下电压等级的电力线路常称为配电线路，前者构成输电网络，后者构成配电网络。工程概数：交流线路一般100kV可送100km。101、按时间分高峰负荷：指电网或用户在单位时间内所发生的最大负荷值，常用小时用电量作为负荷。低谷负荷：指电网中或某用户在一天24h内谷负荷的时间。平均负荷：指电网或用户在某一段确定的时间阶段内平均小时用电量，常用日平均负荷。2、按物理性能分可分为有功负荷与无功负荷。3、按行业分工业负荷、非工业负荷和居民生活负荷等。二、电力负荷分类114、按用途分照明负荷和动力负荷。前者为单相负荷；后者一般视为三相平衡负荷。5、按供电可靠性分电力负荷根据其对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造损失或影响的程度，分为三级：一级负荷，二级负荷和三级负荷。所谓一级负荷，是指对这类用户停止供电，将会带来人身伤亡、设备损坏、交通及通信混乱，从而在政治上、经济上以及人民生活秩序上造成重大损失的负荷；二级负荷是指停电将带来减产、并使城市公用事业及人民生活受到较大影响的负荷；三级负荷是指短时停电不会带来严重后果，且不属于一级、二级用户的其他用户。12三、各级电力负荷对供电电源的要求1、一级负荷应由两个独立电源供电，当一个电源发生故障时，另一电源不应同时受到损坏；一级负荷中特别重要的负荷，除由两个独立电源供电以外，应增设应急电源，并严禁将其他负荷接入应急供电系统。可作为应急电源的电源有：独立于正常电源的发电机组；供电网络中独立于正常电源的专用馈电线路；蓄电池；干电池。2、二级负荷应由两回线路供电，供电变压器也应有两台；在负荷较小或地区供电条件困难时，可由一回6kV以上专用的架空线路或电缆供电。当采用架空线时，可为一回架空线供电；当采用电缆线路时，应采用两根电缆组成的线路供电。3、三级负荷对供电电源无特殊要求。13§1.4变电所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，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。一、变电所类型■枢纽变电所■中间变电所■地区变电所■终端变电所141、枢纽变电所枢纽变电所一般都汇集多个电源和大容量联线，且容量较大，处于联系电力系统各部分的中枢位置，地位重要，电压等级一般为330～500kV。这种变电所一旦停电，将造成大范围停电，引起系统解列，甚至整个系统瘫痪。因此，枢纽变电所对电力系统运行的稳定和可靠性起着重要作用。说明：330kV电压为非国际标准电压等级。在我国电力系统中只有部分地区输电线路仍在使用。152、中间变电所中间变电所处于发电厂和负荷中心之间，电压等级一般为220～330kV，汇集2～3个电源和若干线路，高压侧起交换功率的作用，或使长距离输电线路分段；中、低压侧则可以转送或抽引一部分负荷，对邻近区域供电。这样的变电所在系统中主要起中间环节的作用，故称中间变电所。全所停电后，将引起区域电网的解列。163、地区变电所和终端变电所地区变电所地区变电所的电压等级一般为110～220kV，主要向一个地区用户供电，是一个地区或一个中小城市的主要变电所，一停电，将造成该地区或城市供电的紊乱，甚至中断供电。终端变电所终端变电所位于配电线路的末端，一般都是降压变电所，它只是负责供应一个局部地区的负荷而不承担转送功率，电压等级一般为35～110kV，经降压为10kV和0.4kV后，分别向不同的用户供电。17四、变电所一次电气设备在发电厂和变电所中，为了满足用户对电力的需求和保证电力系统运行的安全稳定和经济性，安装有各种电气设备。通常把直接生产、输送、分配和使用电能的设备称为一次设备，它们包括：(1)生产和转换电能的设备。如发电机、变压器和电动机等。(2)接通或断开电路的开关设备。如断路器QF、隔离开关QS、熔断器FU、负荷开关等。(3)载流导体。如母线、电缆等。(4)隔离高压的设备。如电压互感器PT和电流互感器CT。(5)限制电流和防止过电压的保护设备。电抗器、避雷器等。(6)接地装置。18五、变电所二次设备在电力系统中对一次设备、其它设备的工作状况进行监测和控制保护的设备称为电气二次设备。它们包括：(1)测量表计。如电压表、电流表、功率表、电能表、频率表等，用于测量一次电路中的电气参数。(2)继电保护及自动装置。如各种继电器和自动装置等，用于监视一次系统的运行状况，迅速反应不正常情况并进行调节或作用于断路器跳闸，切除故障。(3)直流设备。如直流发电机、蓄电池组、硅整流装置，为保护、控制和事故照明等提供直流电源。19§1.5供电质量供电质量指电能质量与供电可靠性。电能质量包括电压、频率和波形的质量。供电可靠性以供电企业停电的时间次数来衡量。一、电能质量电能质量指供给用电单位受电端电能品质的优质程度，主要包括电压质量、频率质量与波形质量电压质量分为电压允许偏差、电压允许波动与闪变、公用电网谐波、三相电压允许不平衡度。频率质量指频率允许偏差等。201、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ΔU与电压额定值UN之比的百分数ΔU%来表示：ΔU%=U-UN/UNx100%U——检测点上电压实际值（V）UN——检测点电网电压的额定值（V）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绝对值之和不超过标称电压的±10%；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）220KV单相供电电压允许偏差为标称系统电压的+7%、-10%。212、电压允许波动和闪变1)电压允许波动在某一个时段内，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和最小值之差与额定电压之比的百分数ΔU%表示。ΔU%=Umax-Umin/UN×100%UN——额定电压Umax、Umin——某一时段内电压波动的最大值和最小值22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）35——110KV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。无功补偿方式和调压措施：1、正确选择变压器变比和电压分接头2、降低系统阻抗3、使三相负荷平衡4、采取补偿无功功率措施5、合理改变供电系统运行方式234、供电频率允许偏差电网中发电机发出的正弦交流电压每秒钟交变的次数，称为频率或供电频率。供电频率偏差是以实际频率和额定频率之差Δf与额定频率fN之比的百分数Δf%来表示：Δf%=f-fN/fN×100%f——实际供电频率fN——供电网额定频率我国规定对频率允许误差，正常允许±0.2Hz,根据系统容量可以放宽到±0.5Hz;用户冲击引起的频率变动一般不得超过±0.2Hz。在并联运行的同一电力系统中，不论装机容量的大小、任一瞬间的频率在全系统都是一致的。24公用电网谐波电网谐波的产生，主要是因为电力系统中存在各种非线性元件，最为严重的是大型的晶闸管变流设备和大型电弧炉，产生的谐波电流最为突出，是造成电网谐波的主要因素。国家对波形质量标准做出了规定，要求用户的设备注入电网的谐波电流不得超过归家规定的标准。25二、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，可以直接反映供电企业持续向用电单位的供电能力。供电可靠性用供电可靠率进行考核。即在一年内，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分数表示，记做RS：RS=8760N-Σt1×n1/8760N×100%RS——年平均供电可用率（%）N——统计用户总数t1——一年每次停电时间（h）n1——一年每次停电影响用户数26第五节电力系统短路概述1、短路的概念：所谓“短路”就是电力系统中一切不正常的相与相之间或相与地(指中性点直接接地系统)之间发生通路的情况。短路时流过的电流叫短路电流。在三相系统中短路的基本形式有：三相短路、两相短路、单相接地短路和两相接地短路。三相短路时，由于被短路的三相阻抗相等，因此，三相电流和电压仍是对称的，故又称为对称短路。其余几种类型的短路，因系统的三相对称结构遭到破坏，网络中的三相电压、电流不再对称，故称为不对称短路。27在中性点直接接地的高压电力网中，单相接地约占全部短路故障的90%。但是，在电压较低的输配电网络中，单相短路约占总短路故障数的65％，两相接地短路约占20％，两相短路约占10％，三相短路只占5％左右。在电力系统发生三相短路时，由于短路回路阻抗很小，所以短路回路电流很大，可能达到几万甚至几十万安培。短路电流的大小取决于短路点距电源的电气距离。例如，在发电机端发生短路时，流过发电机的短路电流最大瞬时值可达发电机额定电流的10~15倍。282、短路的原因及其后果发生短路的原因主要有下列几种：(1)电气设备及载流导体因绝缘老化、或遭受机械损伤。或因雷击、过电压引起绝缘损坏；(2)架空线路因大风或导线覆冰引起电杆倒塌等，或因鸟兽跨接裸露导体等；(3)电气设备因设计、安装及维护不良所致的设备缺陷引发的短路；(4)运行人员违反安全操作规程而误操作，如运行人员带负荷拉隔离开关，线路或设备检修后未拆除接地线就加上电压等。29强大的短路电流将造成严重的后果，主要有以下几个方面：(1)强大的短路电流通过电气设备使发热急剧增加，短路持续时间较长时，足以使设备因过热而损坏甚至烧毁；(2)巨大的短路电流将在电气设备的导体间产生很大的电动力，可能使导体变形、扭曲或损坏；(3)短路将降引起系统电压的突然大幅度下降，系统中主要负荷异步电动机将因转矩下降而减