1、韓學(xué)志 20010年6月,電力系統(tǒng)基礎(chǔ)知識,2020/8/21,一、電力系統(tǒng)基本概念,電力系統(tǒng) 由各級電壓的電力線路將一些發(fā)電廠、變電所和電力用戶聯(lián)系起來的一個發(fā)電、輸電、變電、配電和用電的整體。包括發(fā)電機、變壓器、斷路器、母線、架空線、電纜、配電裝置、受電裝置等設(shè)施，以及為保證這些設(shè)施正常運行所需的繼電保護和安全自動裝置、計量裝置、電力通信設(shè)施、電網(wǎng)調(diào)度自動化設(shè)施等。,2020/8/21,（1）發(fā)電廠：生產(chǎn)電能。 （2）電力網(wǎng)：變換電壓、傳送電能，由變電站和電力線路組成。 （3）配電系統(tǒng)：將系統(tǒng)的電能傳輸給電力用戶。 （4）電力用戶：高壓用戶額定電壓在1kV以上，低壓用戶額定電壓在1kV以下

2、。 （5）用電設(shè)備：消耗電能。,2020/8/21,電力網(wǎng)（電網(wǎng)） 將電力系統(tǒng)中各電壓等級的電力線路和各種類型的變電站連接起來構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，以及為保證這些設(shè)施正常運行所需的繼電保護和安全自動裝置、計量裝置、電力通信設(shè)施、電網(wǎng)調(diào)度自動化設(shè)施等。通常以電壓等級來區(qū)分電網(wǎng)或系統(tǒng)，如10kV電網(wǎng)或10kV系統(tǒng)。 電路中的元件按特性分為電阻、電容和電感:,2020/8/21,電阻 一種基本電路元件，主要把吸收的電能轉(zhuǎn)化成熱能，流過電阻元件的電流與其兩端的電壓相位相同。,表達式,+,-,+,-,相量形式,相量圖,2020/8/21,電容 一種儲能元件，在交流電路中不斷進行充放電，電容電流相位超前于其兩端電壓

3、相位90o。,表達式,C,+,-,相量形式,C,+,-,相量圖,2020/8/21,電感 一種儲能元件，通過電磁感應(yīng)不斷進行電能和磁能的相互轉(zhuǎn)化，電感電流相位滯后于其兩端電壓相位90o。,L,+,-,相量形式,L,+,-,相量圖,表達式,2020/8/21,阻抗 電阻、電容和電感對電流所起的作用稱為電阻、容抗和感抗。,+,-,阻抗模,| Z | = U / I,阻抗角 電壓超前于電流的相位差,阻抗Z的復(fù)數(shù)形式為 Z= R + jX 實部為電阻，虛部為電抗,2020/8/21,R、L、C 對應(yīng)的阻抗分別為：,感抗和容抗,感抗,容抗,2020/8/21,RLC串聯(lián)電路,如果L內(nèi)部為RLC串聯(lián)電路，

4、則阻抗 Z 為,R,X,|Z|,阻抗三角形,2020/8/21,當 X 0，稱Z呈感性； 當 X 0，稱Z呈容性； 當 X = 0，稱Z呈阻性,電路的性質(zhì),Z= R + jX,2020/8/21,三相電路,1、對稱三相電源 對稱三相電源是由3 個等幅值、同頻率、初相依次相差120的正弦電壓源連接成星形或三角形組成的電源。,星形接法,三角形接法,2020/8/21,三相電壓 、 、 的相位從越前到滯后的次序稱為相序。 正序：A-B-C（或B-C-A，或C-A-B）； 負序：A-C-B（或C-B-A，或B-A-C）； 零序：、之間的相位差為360o，即同相位。,2020/8/21,星形接法中，電壓

5、源的參考方向是以中點處為負； 三角形接法中，電壓源的連接是順次相接形成一個回路，如果接錯，將可能形成很大的環(huán)形電流。,3 個電源依次稱為A相、B相和C相，它們的電壓為：,= 0,O,u,2020/8/21,二、對電力系統(tǒng)的要求,（1）保證供電可靠性 （2）保證電能質(zhì)量 （3）提高電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性 （4）環(huán)境保護問題,2020/8/21,供電可靠性 供電可靠性指標是根據(jù)用電負荷的等級要求制定的。 一級負荷：兩個電源+應(yīng)急電源 二級負荷：兩個電源 三級負荷 衡量供電可靠性的指標，用全年平均供電時間占全年時間百分數(shù)表示。,2020/8/21,電能質(zhì)量 1電壓偏差（移） 電壓偏差（移）指當供配電系

6、統(tǒng)改變運行方式或負荷緩慢地變化使供配電系統(tǒng)各點的電壓也隨之改變，各點的實際電壓與系統(tǒng)額定電壓之差，通常用與系統(tǒng)額定電壓的百分比值數(shù)表示。用公式表示為 式中 用電設(shè)備的額定電壓，kV； 用電設(shè)備的實際端電壓，kV。,2020/8/21,2電壓波動 一系列的電壓變動或電壓包絡(luò)線的周期性變動，電壓的最大值與最小值之差與系統(tǒng)額定電壓的比值以百分數(shù)表示，其變化速度等于或大于每秒0.2時稱為電壓波動。波動的幅值為： 式中 用電設(shè)備端電壓的最大波動值，kV； 用電設(shè)備端電壓的最小波動值，kV,2020/8/21,3電壓閃變 負荷急劇的波動造成供配電系統(tǒng)瞬時電壓升高，照度隨之急劇變化，使人眼對燈閃感到不適，這

7、種現(xiàn)象稱為電壓閃變。 4不對稱度 不對稱度是衡量多相負荷平衡狀態(tài)的指標，多相系統(tǒng)的電壓負序分量與電壓正序分量之比值稱為電壓的不對稱度，電流負序分量與電流正序分量之比值稱為電流的不對稱度，均以百分數(shù)表示。,2020/8/21,5正弦波形畸變率 當網(wǎng)絡(luò)電壓波形中出現(xiàn)諧波（有時為非諧波）時網(wǎng)絡(luò)電壓波形就要發(fā)生畸變。諧波干擾是由于非線性系統(tǒng)引起的。它產(chǎn)生出不同于網(wǎng)絡(luò)頻率的電壓波，或者具有非正弦形的電流波。 （1）n次諧波電壓、電流含有率,2020/8/21,（2）電壓、電流總諧波畸變率 式中 、 n次諧波電壓、電流的方均根值，kV、A； 、 基波電壓（50Hz）、電流的方均根值， kV、A。,2020

8、/8/21,6頻率偏差 頻率偏差是指供電的實際頻率與電網(wǎng)的額定頻率的差值。 我國電網(wǎng)的標準頻率為50Hz，又叫工頻。 頻率偏差一般不超過0.25Hz，當電網(wǎng)容量大于3000MW時，頻率偏差不超過0.2Hz。 調(diào)整頻率的辦法是增大或減小電力系統(tǒng)發(fā)電機有功功率。,2020/8/21,三、電網(wǎng)接線方式與特點,電力系統(tǒng)的接線方式大致分為兩大類： （1）無備用電源接線 （2）有備用電源接線 具體表現(xiàn)型式有 （1）放射式 （2）樹干式 （3）混合式 （4）環(huán)網(wǎng)式,2020/8/21,1無備用接線（開式電力網(wǎng)）方式 無備用接線包括： （a）單回放射式 （b）樹干式 （c）鏈式 a）放射式 b）樹干式 c）鏈

9、式,2020/8/21,2有備用接線（閉式電力網(wǎng)）方式 有備用接線方式包括 （a）雙回放射式 （b）樹干式 （c）鏈式 （d）環(huán)式 （e）兩端供電網(wǎng)絡(luò) a）放射式 b）干線式 c）鏈式 d）環(huán)式 e）兩端供電網(wǎng)絡(luò),2020/8/21,有備用接線的雙回放射式、樹干式和鏈式網(wǎng)絡(luò)用于一、二級負荷。 環(huán)式接線，供電經(jīng)濟、可靠，但運行調(diào)度復(fù)雜，線路發(fā)生故障切除后，由于功率重新分配，可能導(dǎo)致線路過載或電壓質(zhì)量降低。 兩端供電接線方式必須有兩個獨立的電源。,2020/8/21,四、 額定電壓,1. 電網(wǎng)的額定電壓 線路首末兩端電壓的平均值應(yīng)等于電網(wǎng)額定電壓。此電壓做為確定其他電力設(shè)備額定電壓的依據(jù)。 2.

10、用電設(shè)備的額定電壓 用電設(shè)備的額定電壓等于電網(wǎng)額定電壓。 3. 發(fā)電機的額定電壓 發(fā)電機的額定電壓規(guī)定比同級電網(wǎng)電壓高5，補償電壓損失。,2020/8/21,4. 電力變壓器的額定電壓 電力變壓器的一次繞組的額定電壓根據(jù)連接情況不同分為兩種：當變壓器直接與發(fā)電機相連時，其一次繞組的額定電壓與發(fā)電機的額定電壓相同，即高出同級電網(wǎng)額定電壓5； 當變壓器直接與電網(wǎng)相連時，其一次繞組的額定電壓與電網(wǎng)的額定電壓相同，即等于同級電網(wǎng)額定電壓。,2020/8/21,電力變壓器的二次繞組的額定電壓是指一次繞組在額定電壓作用下，二次繞組的空載電壓。 當變壓器滿載時，變壓器的一、二次繞組的阻抗將引起變壓器自身的電

11、壓降（大約相當于電網(wǎng)額定電壓的5），從而使二次繞組的端電壓小于空載電壓。為了彌補線路中的電壓損失，變壓器的二次繞組的額定電壓應(yīng)高于電網(wǎng)額定電壓5，因此變壓器二次繞組的額定電壓規(guī)定比同級電網(wǎng)額定電壓高10； 若變壓器靠近用戶，供電半徑較小時，由于線路較短，線路的電壓損失可以忽略不計，這時變壓器的二次繞組的額定電壓應(yīng)高于電網(wǎng)額定電壓5，用以補償變壓器自身的電壓損失。,2020/8/21,五、電力系統(tǒng)的中性點運行方式,電力系統(tǒng)的中性點 是指三相電力系統(tǒng)中繞組或線圈采用星形連接的電力設(shè)備（發(fā)電機、變壓器等）各相的連接公共點（電壓平衡點），其對地電位在電力系統(tǒng)正常運行時為零或接近于零。 在電力系統(tǒng)中，系

12、統(tǒng)中性點是針對發(fā)電機和變壓器而言,2020/8/21,對輸變電及配電系統(tǒng)來說，中性點接地方式就是變壓器中性點的接地方式，它是依據(jù)變壓器的絕緣水平及電力系統(tǒng)運行的需要來決定的。中性點接地方式有兩大類: 1、中性點有效接地系統(tǒng)； 2、中性點非有效接地系統(tǒng)。 采用最廣泛的是： a、中性點不接地 b、中性點經(jīng)過消弧線圈或高阻抗接地 c、中性點直接接地 前兩種亦稱為小接地電流系統(tǒng),2020/8/21,中性點有效接地系統(tǒng) 中性點直接接地或經(jīng)低阻抗接地 特點： 單相接地短路電流大，需迅速跳閘，通過自動重合閘提高供電可靠性 。 相對地絕緣可按相對地電壓考慮。經(jīng)濟效益顯著 一般應(yīng)用在接有單相負載的低壓（380/

13、220V）配電系統(tǒng)和110kV及以上系統(tǒng)。,2020/8/21,中性點非有效接地系統(tǒng) 中性點不接地或經(jīng)消弧線圈或高阻抗接地 系統(tǒng)正常運行時，相電壓是對稱的，三相的對地電容電流也是平衡的，三相的電容電流的相量和為零，沒有電流在地中流動。各相對地的電壓，就等于各相的相電壓。,2020/8/21,當發(fā)生單相接地時，例如C相接地，這時中性點發(fā)生位移，C相對地電壓為零，而A相和B相對地電壓 、 變成 、 ，即C相接地時，完好的A、B兩相對地電壓都由原來的相電壓升高到線電壓（原對地電壓的 倍）。,2020/8/21,C相接地時，系統(tǒng)的接地電流 （電容電流）應(yīng)為A、B兩相對地電容電流之和，即 且 超前 90

14、o；而在量值上， 即一相接地的電容電流為正常運行時每相對地電容電流的3倍。 單相接地電容電流經(jīng)驗公式： 為同一電壓的具有電的聯(lián)系的架空線路總長度（單位為km）； 為同一電壓的具有電的聯(lián)系的電纜線路總長度（單位為km）。,2020/8/21,當中性點不接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時，系統(tǒng)中接在相間電壓（線電壓）上的負載的供電并未遭到破壞，可以繼續(xù)運行，但是這種電網(wǎng)長期在單相接地的狀態(tài)下運行，也是不能允許的，因為這時非故障相電壓升高至 倍，絕緣薄弱點很可能被擊穿，引起兩相接地短路，將嚴重地損壞電氣設(shè)備。 所以，在中性點不接地電網(wǎng)中，必須設(shè)專門的監(jiān)察裝置，以便使運行人員及時地發(fā)現(xiàn)單相接地故障，從而切除電網(wǎng)

15、中的故障部分。,2020/8/21,在中性點不接地系統(tǒng)中，當接地點的電容電流較大時，在接地點引起的電弧就很難自行熄滅。在接地處還可能出現(xiàn)所謂間隙電弧，即周期地熄滅與重燃的電弧，形成弧光接地。 由于電網(wǎng)是一個具有電感和電容的振蕩回路，間歇電弧將引起相對地的諧振過電壓，其數(shù)值可達2.5-3倍的相電壓。這種過電壓會傳輸?shù)脚c接地點有直接電連接的整個電網(wǎng)上，更容易引起另一相對地擊穿，而形成兩相接地短路。 在電壓為3-10k V的電力網(wǎng)中，單相接地時的電容電流不允許大于30A，否則，電弧不能自行熄滅。在20-66kV電壓級的電力網(wǎng)中，間歇電弧所引起的過電壓，數(shù)值更大，對于設(shè)備絕緣更為危險，而且由于電壓較高

16、，電弧更難自行熄滅。因此，在這些電網(wǎng)中，規(guī)定單相接地時的電容電流不得大于10A。,2020/8/21,當單相接地電容電流超過了上述的允許值時,可以用中性點經(jīng)消弧線圈接地的方法來解決，該系統(tǒng)即稱為中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng) 采用過補償方式,即使系統(tǒng)的電容電流突然的減少(如某回線路切除)也不會引起諧振，而是離諧振點更遠。 中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，流過接地點的電流是電容電流 與流過消弧線圈的電感電流 之和。由于 滯后 90o，所以 與 在接地點互相補償。當兩者量值差小于發(fā)生電弧的最小電流時，電弧就不會發(fā)生，從而避免諧振過電壓的發(fā)生。,2020/8/21,中性點非有效接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接

17、地故障時，不構(gòu)成短路回路，接地相電流不大，不必立即切除接地相，所以這種系統(tǒng)供電可靠性高，但對絕緣水平的要求也高，各相對地絕緣必須按線電壓設(shè)計。 由于單相接地電流往往比正常負荷電流小很多，要實現(xiàn)有選擇性的接地保護就比較困難，靈敏度不高。,2020/8/21,注：中性點經(jīng)阻抗接地系統(tǒng) 在系統(tǒng)中性點與大地之間用一阻抗相連的接地方式稱為中性點經(jīng)阻抗接地。根據(jù)接地電阻器電阻值的大小，接地系統(tǒng)分為高電阻接地和低電阻接地。 （1）高電阻接地：此種方式接地電流較小，通常在510A范圍內(nèi)，但至少等于系統(tǒng)對地的總電容電流。保護方式需要配合接地指示器或警報器，保證故障時線路立即跳脫。 （2）低電阻接地：增大接地短路電流，使保護迅速動作，切除故障線路。電阻值的大小，必須使系統(tǒng)具有足夠的最小接地故障電流（大約400A以上），保證接地繼電器準確動作。 目前我國大城市10kV配電網(wǎng)的接地方式大多采用經(jīng)低電阻接地的方式。,2020/8/21,目前我國電力系統(tǒng)中性點的運行方式，大體是： (1) 對于110kV及以上的系統(tǒng)，主要考慮降低設(shè)備絕緣水平，簡化繼電保護裝置，一般均采用中性點直接接地的方式。并采用送電線路全