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1、第二章电力系统,2.1 电力系统的组成2.2 负荷分级、供电要求及质量2.3 变电所的建设2.4 电力系统的主要电气设备2.5 电力系统一次接线2.6 电力系统的二次接线本章就电力系统的组成及其主要电器设备、变电所的建设、电力系统的一次接线和二次接线进行具体的阐述。,电能是能量的一种表现形式，在工农业生产中各种机械设备的运输、控制，还是日常生活中家用电器的使用和照明等都离不开电能，它直接影响着国民经济各部门的发展，影响着整个人类社会的进步。电能是如何产生并传输给用户的呢? 发电厂是把各种天然能源如煤炭、水能、核能、风力、太阳能、潮汐、地热等转化为电能的工厂，它分为火力发电厂、水力发电厂、核电厂
2、及其他方式发电厂。变电所可将发电厂生产的电能进行变换并通过输电线路分配给用户使用，这一从电能的生产并将电能安全、可靠、优质地输送给用户的系统，称为电力系统。,七大战略性新兴产业节能环保、新一代信息技术、生物、高端装备制造、新能源、新材料和新能源汽车太阳能、风能、核能、生物能、清洁燃煤、智能电网、智能建筑、节能照明、新能源汽车、信息网络（物联网、三网融合、云计算）、森林碳汇、生物医药、生物育种、空间海洋开发,图 2.1电力系统原理接线图,2.1电力系统的组成,电力系统就是将生产电能的发电机、输送电能的电力线路、分配电能的变压器以及消耗电能的各种负荷紧密联系起来的系统。电力系统在运行中必须具备必要
3、的保护、控制、监视、通信等设施，以保证系统安全、可靠经济的运行。另外，由于电能难以大量贮存。为了保证电力系统优质可靠的供电应尽可能地使电力系统输出功率与负荷消耗功率达到平衡。,图 2.2 电力系统的组成框图,2.2负荷分级、供电要求及质量,2.2.1 电力负荷的分级2.2.2 各级负荷的供电要求2.2.3 电能质量,2.2负荷分级、供电要求及质量,2.2.1 电力负荷的分级 电力系统运行的最基本要求是供电可靠性，但有些负荷也不是绝对不能停电的，为了正确地反映电力负荷对供电可靠性的要求，恰当选择供电方式，提高电网运行经济效率，将负荷分为三级。一级负荷：供电中断将造成人身事故及重要设备的损坏，在政
4、治、经济上造成重大损失，发生中毒、引发火灾及爆炸等严重事故的负荷。二级负荷：中断供电将导致大量减产或破坏大量居民的正常生活的负荷。停电造成重大设备的损坏，产生大量废品，交通枢纽的停电造成交通秩序混乱等。三级负荷：除一级、二级负荷以外的负荷。,2.2.2 各级负荷的供电要求 一级负荷： 必须由两个独立电源供电，两个电源不会同时丢失。当一个电源发生故障时，另一个电源会在允许时间内自动投入。对于在一级负荷中特别重要的负荷，还应增设应急电源。二级负荷： 应由两个独立电源供电，当一个电源失去时，另一个电源由操作人员投入运行。当只有一个独立电源时，采用两回供电线路。三级负荷： 对供电电源无特殊要求，可仅有
5、一回供电线路。,2.2.3 电能质量 电能质量是指用电点的电压，频率与规范标准的偏离程度。电能质量的不合格将导致用电设备不能正常工作，并严重影响其寿命甚至危及运行的安全。,1)电网电压偏移值式中，U为电压有效值，Ue为电压额定值。2)频率偏离值电力系统频率的变动对用户，发电厂及电力系统本身都会产生不利影响。如：若系统频率上下波动，则电动机的转速也随之波动。这将直接影响电动机加工产品的质量，出现残次品。我国规定工顿为50Hz，所以必须保证频率在额定值50Hz上下变动，且频率偏移 f=f-fn ( f为频率值， fn为频率额定值)，不超过 0.4 Hz。,2.3 变电所的建设,2.3.1 变电所的
6、分类及功能2.3.2 变电所址的选择2.3.3变电所的总体布置要求,2.3 变电所的建设,发电厂生产出的电能，须由变电所升压，经高压输电线送出，再由变电所降压后才能供给用户。 变电所是联系发电厂与负荷的中间环节，它起着变换与分配电能的作用。2.3.1 变电所的分类及功能根据变电所在电力系统中的地位，可分为发电厂变电所枢纽变电所、中间变电所，地区变电所和终端变电所。发电厂变电所主要是将电厂生产的电能进行升压后送入电网。枢纽变电所的作用是联系本电力系统的各大电厂与大区域或大容量用户，并能与远方其他电力系统联络。它位于电力系统的枢纽，是电力系统最上层的变电站，其电压等级为330-500kV全所停电后
7、，将引起系统解列。,中间变电所主要作用是对一个大的区域供电，起系统交换功率的作用，它是电力系统的中层变电所，电压等级为220330kV全所停电后，将引起区域网络解列。地区变电所主要作用是针对一个地区或城市供电，其高压侧电压一般为110220KV，全所停电后仅使该地区中断供电。终端变电所主要功能是直接向用户供电，它位于输电线路的终端。,变电所在电力系统中的分布,2.3.2 变电所址的选择要接近负荷中心，这样可降低电能损耗，节约输电线用量。接近电源侧。考虑设备运输方便，特别是高低压开关柜和变压器的运输。进出线方便。变电所不宜建在剧烈振动、多尘、潮湿、有腐蚀气体等场所 2.3.3 变电所的总体布置要
8、求 变电所内需建值班室方便值班人员对设备进行维护，保证变电所的安全运行。 变电所的建设应有发展余地，以便负荷增加时能更换大一级容量变压器，增加高、低压开关柜等。,24 电力系统的主要电气设备,2.4.1变压器2.4.2开关电器2.4.3限流电抗器2.4.4互感器及作用,24 电力系统的主要电气设备,电力系统的主要电气设备有变压器、开关电器、限流电器、互感器及导体与绝缘子等。2.4.1变压器发电厂生产的电能经升压后送入各级枢纽电站或区域性变电站，经下级变电所层层降压输送给用户使用。在电力系统中，变压器使用的数量大，应用相当广泛。在电力系统中变压器数量、容量及形式的选择相当重要。变压器的种类很多，
9、主要形式有：单相变压器、三相变压器、双绕组变压器、三绕组变压器、自耦变压器、分裂绕组变压器等，不论哪种形式的变压器，它们的工作原理和基本构造是相同的。根据系统运行要求，各变压器特点和运输条件来选择变压器类型，合理配置窖量及台数。比如：,电力系统中变压器大多采用三相式(ABC三相)，一台三相变压器与三台单相变压器组成的变压器组相比，它占地面积小，运行电能损耗小，在容量相同的情况下，单相变压器比三相变压器所消耗的金属材料多，因此，在可能情况下，一般选择三相变压器。但当运输条件受限制，或需容量很大的变压器时，应选择单相变压器。在满足电力系统正常运行情况下，尽量减少变压器台数，提高单台容量，以便降低投
10、资成本，减少配电设备。发电机变压器单元接线中的主变压器容量应与该单元中发电机的容量匹配，另外，对联络变压器的选择，应按高、中压电网正常与检修状态下可能出现的最大功率交换确定容量。,变压器的参数有额定容量、频率、电压、电流短路电压百分比ud、空载电流百分比i0%、短路损耗pd、空载损耗po等。变压器短路电压百分值ud非常重要：它表示变压器满载运行下电压损失百分值，从保证正常供电电压质量考虑，希望ud愈小愈好正比于短路电抗标准值(以变压器自身额定电压和容量为基准)。当两台变压器电压及容量相同时，ud愈大，其有名电抗愈大，对限制短路电流有利。当电压相同，容量不同时，容量愈大有名电抗愈小，对限制短路电
11、流不利,变压器制造规范规定1035kv小容量变压器的短路电压百分值为4555，对于220500kv大容量变压器的短路电压百分值为1214。即随变压器容量的增加，其短路电压百分值也增加。变压器空载电流百分值代表变压器的励磁无功损耗，随变压器电压和容量的提高而减小。变压器的有功损耗包括铜耗和铁耗。铜耗正比干电流的平方，铁耗的大小取决于电压。电力系统中变压器安装容量很大，其铁耗与负荷大小无关变压器的能量损耗是电力系统电能损耗的主要部分，它占发电能量的7左右。,2.4.2开关电器开关电器承担单相电网运行的正常操作，出现事故时自动切断电路和电气设备，检修时隔离电源等、其投资占配电设备的60以上，因此，开
12、关电器在电力系统中占有很重要的地位，随着电力系统容量的增加，短路电流也加大，因此，要求开关电器切断短路电流(熄灭电弧)的能力要强，开关电器按其电压等级可分为高压开关电器和低压开关电器。（1）高压开关电器高压开关电器按其在电力系统中的作用，分为高压断路器、隔离开关、负荷开关和熔断器等。1）高压断路器断路器在电路中的表示符号为QF，按其灭孤介质与绝缘器方式分为油断路器、六氟化硫断路器、压缩空气断路器和真空断路器油断路器油断路器以绝缘油作为绝缘介质分为少油断路器和多油断路器,A、少油断路器结构特点为：a.开关触头在绝缘油中闭合和断开。b.油只作灭弧介质用，油量少。c结构简单，重量轻，体积小。d.外壳
13、带电，必须与大地绝缘，人体不许触及。少油断路器广泛应用于不需频繁操作及不要求高速开断的场合，型号主要有SN,SW型系列。B多油断路器结构特点：a.开关触头在绝缘油中闭合和断开。b.油兼有灭弧和绝缘功能，油量多。c结构简单，体积大，耗用钢材多。d.外壳接地，人体接触无触电危险。但易燃易爆。多油断路器现已趋于淘汰，型号有DN、DW型系列。,六氟化硫断路器结构特点：a.开关触头在SF6气体中闭合和断开。b.SF6气体兼有灭弧和绝缘功能。c灭弧能力强亦属高速断路器。d .SF6在电弧的高温作用下，会产生氟化氢等剧毒物，检修时应注意防毒。e.结构简单。f.无燃烧爆炸危险。适应干频繁操作和要求高速开断场合
14、，但不适合高寒地区，型号有LN,LW型。,压缩空气断路结构特点：a.利用压缩空气吹动电弧，并使电弧熄灭。b.灭孤能力强，分断时间短。断流能力强。c.结构复杂。主要用于超高压电网中及不适于采用 断路器的高寒地区，型号有QW型。真空断路器结构特点：a开关触头在高真空的容器内闭合和断开。b.灭弧能力强，燃弧时间短属高速断路器。c.触头不受外界有害气体侵蚀，电磨损小，寿命长。d.结构简单，体积小，重量轻。e无燃爆危险。用于频繁操作和高速开断的场合,型号有ZN、ZW型,2)高压负荷开关高压负荷开关在电路中的表示符号为QL。负荷开关与隔离开关的主要不同之处是负荷开关有灭弧栅，专门用来接通或断开正常运行的负
15、荷电流，不允许开断短路电流，负荷开关与高压熔断器串联使用时，可由熔断器切断过载及短路电流，负荷开关则接通与断开负荷电流。3）高压隔离开关高压隔离开关分为户内式(CN型)户外式(CN型)两种。,结构特点：没有专门的火弧装置，因此不能带负荷操作，但允许通断一定的变压器空载电流、无载线路的电容电流以及电压互感器，避雷器。断开后，有明显可见的断开间隙，因此可用来隔离高压电源，保证安全检修高压隔离开关在电路中的符号为QS，具有明显可见的断口，用于设备检修时的隔离电流，切断与接通电压互感器和避雷器。其额定电流只表示开关处于闭合位置时可以长期通过的电流，而不能切断负荷电流。户内式隔离开关用于35kv及以下户
16、内装置。户外式隔离开关用于35kv及以下的户外装置，其结构形式有单柱式、双柱式、三柱式。因灭弧方式的不同，负荷开关分为固体产气式负荷开关(FNl、FW5等型)压气式负荷开关(FN2，FN3型)六氟化硫( SF6 ）负荷开关和油浸式负荷开关。它们都用于35kV及以下电网。另外，还有用于220kv及下电网中，价格昂贵的真空式负荷开关以及用于66kv及以下电网中的压缩空气式负荷开关。,3）高压熔断器熔断器是用来保护电气设备免受过载和短路电流的损害，它有限流式熔断器和跌落式熔断器。限流式熔断器在电路中的表示符号为FU。短路电流未达到其最大值之前就被熔断，大大减轻了电气没备的受害程度。跌落式熔断器在电路中的表示符号为FD。跌落式熔断器切断电路时，不会截流，过电压较低，可用于户外315KVA,及以下容量变压器的高压侧电流开关,广泛应用于工矿企业及农电系统中。(2)低压开关电器低压开关电器用于交、直电压为1200V及以下的电路中起通断，保护、控制或调节作用的电器。,
