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1、韩学志韩学志 2010年年6月月电力系统基础知识电力系统基础知识.一、电力一、电力系统基本概念系统基本概念 n电力系统 由各级电压的电力线路将一些发电厂、变电所和电力用户联系起来的一个发电、输电、变电、配电和用电的整体。包括发电机、变压器、断路器、母线、架空线、电缆、配电装置、受电装置等设施，以及为保证这些设施正常运行所需的继电保护和安全自动装置、计量装置、电力通信设施、电网调度自动化设施等。.8/3/2024（1）发电厂：生产电能。（2）电力网：变换电压、传送电能，由变电站和电力线路组成。（3）配电系统：将系统的电能传输给电力用户。 （4）电力用户：高压用户额定电压在1kV以上，低压用户额定
2、电压在1kV以下。（5）用电设备：消耗电能。.8/3/2024n电力网（电网） 将电力系统中各电压等级的电力线路和各种类型的变电站连接起来构成的网络，以及为保证这些设施正常运行所需的继电保护和安全自动装置、计量装置、电力通信设施、电网调度自动化设施等。通常以电压等级来区分电网或系统，如10kV电网或10kV系统。n电路中的元件按特性分为电阻、电容和电感:.8/3/2024n电阻 一种基本电路元件，主要把吸收的电能转化成热能，流过电阻元件的电流与其两端的电压相位相同。 表达式表达式+- -R+- -R相量形式相量形式+1+jO相量图相量图.8/3/2024n电容 一种储能元件，在交流电路中不断进
3、行充放电，电容电流相位超前于其两端电压相位90o。表达式表达式C+- -相量形式相量形式C+- -+1+jO相量图相量图.8/3/2024n电感 一种储能元件，通过电磁感应不断进行电能和磁能的相互转化，电感电流相位滞后于其两端电压相位90o。L+- -相量形式相量形式L+- -+1+jO相量图相量图表达式表达式.8/3/2024n阻抗 电阻、电容和电感对电流所起的作用称为电阻、容抗和感抗。 L+- -阻抗模阻抗模| Z | = U / I阻抗角阻抗角 电压超前于电流的相位差电压超前于电流的相位差 阻抗阻抗Z的复数形式为的复数形式为 Z= R + jX 实部为电阻，虚部为电抗实部为电阻，虚部为电
4、抗.8/3/2024R、L、C 对应的阻抗分别为：对应的阻抗分别为：感抗和容抗感抗和容抗感抗感抗容抗容抗.8/3/2024RLC串联电路串联电路如果如果L内部为内部为RLC串联电路，则阻抗串联电路，则阻抗 Z 为为RX|Z|阻抗三角形阻抗三角形.8/3/2024当当 X 0，称，称Z呈感性；呈感性；当当 X 0，称，称Z呈容性；呈容性；当当 X = 0，称，称Z呈阻性呈阻性电路的性质电路的性质Z= R + jX.8/3/2024n 三相电路1、对称三相电源 对称三相电源是由3 个等幅值、同频率、初相依次相差120的正弦电压源连接成星形或三角形组成的电源。+- -A- -+B+- -CNN+-
5、- - -+ABC星形接法星形接法三角形接法三角形接法.8/3/2024n三相电压 、 、 的相位从越前到滞后的次序称为相序。n正序：A-B-C（或B-C-A，或C-A-B）；n负序：A-C-B（或C-B-A，或B-A-C）；n零序：、之间的相位差为360o，即同相位。.8/3/2024星形接法中，电压源的参考方向是以中点处为负；星形接法中，电压源的参考方向是以中点处为负；三角形接法中，电压源的连接是顺次相接形成一个三角形接法中，电压源的连接是顺次相接形成一个回路，如果接错，将可能形成很大的环形电流。回路，如果接错，将可能形成很大的环形电流。3 个电源依次称为个电源依次称为A相、相、B相和相和
6、C相，它们的电压为：相，它们的电压为：= 0Ou.8/3/2024二、对电力系统的要求二、对电力系统的要求 （1）保证供电可靠性 （2）保证电能质量 （3）提高电力系统运行的经济性 （4）环境保护问题 .8/3/2024n供电可靠性 供电可靠性指标是根据用电负荷的等级要求制定的。 一级负荷：两个电源+应急电源 二级负荷：两个电源 三级负荷 衡量供电可靠性的指标，用全年平均供电时间占全年时间百分数表示。.8/3/2024n电能质量 1电压偏差（移） 电压偏差（移）指当供配电系统改变运行方式或负荷缓慢地变化使供配电系统各点的电压也随之改变，各点的实际电压与系统额定电压之差，通常用与系统额定电压的百
7、分比值数表示。用公式表示为 式中 用电设备的额定电压，kV； 用电设备的实际端电压，kV。.8/3/2024 2电压波动 一系列的电压变动或电压包络线的周期性变动，电压的最大值与最小值之差与系统额定电压的比值以百分数表示，其变化速度等于或大于每秒0.2时称为电压波动。波动的幅值为： 式中 用电设备端电压的最大波动值，kV； 用电设备端电压的最小波动值，kV.8/3/2024 3电压闪变 负荷急剧的波动造成供配电系统瞬时电压升高，照度随之急剧变化，使人眼对灯闪感到不适，这种现象称为电压闪变。 4不对称度 不对称度是衡量多相负荷平衡状态的指标，多相系统的电压负序分量与电压正序分量之比值称为电压的不
8、对称度，电流负序分量与电流正序分量之比值称为电流的不对称度，均以百分数表示。 .8/3/2024 5正弦波形畸变率 当网络电压波形中出现谐波（有时为非谐波）时网络电压波形就要发生畸变。谐波干扰是由于非线性系统引起的。它产生出不同于网络频率的电压波，或者具有非正弦形的电流波。 （1）n次谐波电压、电流含有率 .8/3/2024（2）电压、电流总谐波畸变率 式中 、 n次谐波电压、电流的方均根值，kV、A； 、 基波电压（50Hz）、电流的方均根值， kV、A。.8/3/2024 6频率偏差 频率偏差是指供电的实际频率与电网的额定频率的差值。 我国电网的标准频率为50Hz，又叫工频。 频率偏差一般
9、不超过0.25Hz，当电网容量大于3000MW时，频率偏差不超过0.2Hz。 调整频率的办法是增大或减小电力系统发电机有功功率。 .8/3/2024三、电网接线方式与特点三、电网接线方式与特点 电力系统的接线方式大致分为两大类： （1）无备用电源接线 （2）有备用电源接线 具体表现型式有 （1）放射式 （2）树干式 （3）混合式 （4）环网式.8/3/2024 1无备用接线（开式电力网）方式 无备用接线包括： （a）单回放射式 （b）树干式 （c）链式a）放射式 b）树干式 c）链式.8/3/2024 2有备用接线（闭式电力网）方式 有备用接线方式包括 （a）双回放射式 （b）树干式 （c）链
10、式 （d）环式 （e）两端供电网络a）放射式 b）干线式 c）链式 d）环式 e）两端供电网络 .8/3/2024 有备用接线的双回放射式、树干式和链式网络用于一、二级负荷。 环式接线，供电经济、可靠，但运行调度复杂，线路发生故障切除后，由于功率重新分配，可能导致线路过载或电压质量降低。 两端供电接线方式必须有两个独立的电源。.8/3/2024四、四、 额定电压额定电压 1. 电网的额定电压 线路首末两端电压的平均值应等于电网额定电压。此电压做为确定其他电力设备额定电压的依据。 2. 用电设备的额定电压 用电设备的额定电压等于电网额定电压。 3. 发电机的额定电压 发电机的额定电压规定比同级电
11、网电压高5，补偿电压损失。.8/3/2024 4. 电力变压器的额定电压 电力变压器的一次绕组的额定电压根据连接情况不同分为两种：当变压器直接与发电机相连时，其一次绕组的额定电压与发电机的额定电压相同，即高出同级电网额定电压5； 当变压器直接与电网相连时，其一次绕组的额定电压与电网的额定电压相同，即等于同级电网额定电压。.8/3/2024 电力变压器的二次绕组的额定电压是指一次绕组在额定电压作用下，二次绕组的空载电压。 当变压器满载时，变压器的一、二次绕组的阻抗将引起变压器自身的电压降（大约相当于电网额定电压的5），从而使二次绕组的端电压小于空载电压。为了弥补线路中的电压损失，变压器的二次绕组
12、的额定电压应高于电网额定电压5，因此变压器二次绕组的额定电压规定比同级电网额定电压高10； 若变压器靠近用户，供电半径较小时，由于线路较短，线路的电压损失可以忽略不计，这时变压器的二次绕组的额定电压应高于电网额定电压5，用以补偿变压器自身的电压损失。.8/3/2024五、电力系统的中性点运行方式五、电力系统的中性点运行方式 电力系统的中性点 是指三相电力系统中绕组或线圈采用星形连接的电力设备（发电机、变压器等）各相的连接公共点（电压平衡点），其对地电位在电力系统正常运行时为零或接近于零。 在电力系统中，系统中性点是针对发电机和变压器而言.8/3/2024 对输变电及配电系统来说，中性点接地方式
13、就是变压器中性点的接地方式，它是依据变压器的绝缘水平及电力系统运行的需要来决定的。中性点接地方式有两大类: 1、中性点有效接地系统； 2、中性点非有效接地系统。 采用最广泛的是： a、中性点不接地 b、中性点经过消弧线圈或高阻抗接地 c、中性点直接接地 前两种亦称为小接地电流系统 .8/3/2024n中性点有效接地系统 中性点直接接地或经低阻抗接地 特点： 单相接地短路电流大，需迅速跳闸，通过自动重合闸提高供电可靠性 。 相对地绝缘可按相对地电压考虑。经济效益显著 一般应用在接有单相负载的低压（380/220V）配电系统和110kV及以上系统。 .8/3/2024n中性点非有效接地系统 中性点
14、不接地或经消弧线圈或高阻抗接地 系统正常运行时，相电压是对称的，三相的对地电容电流也是平衡的，三相的电容电流的相量和为零，没有电流在地中流动。各相对地的电压，就等于各相的相电压。.8/3/2024当发生单相接地时，例如C相接地，这时中性点发生位移，C相对地电压为零，而A相和B相对地电压 、 变成 、 ，即C相接地时，完好的A、B两相对地电压都由原来的相电压升高到线电压（原对地电压的 倍）。.8/3/2024 C相接地时，系统的接地电流 （电容电流）应为A、B两相对地电容电流之和，即且 超前 90o；而在量值上， 即一相接地的电容电流为正常运行时每相对地电容电流的3倍。单相接地电容电流经验公式：
15、 为同一电压的具有电的联系的架空线路总长度（单位为km）； 为同一电压的具有电的联系的电缆线路总长度（单位为km）。.8/3/2024n当中性点不接地系统中发生单相接地时，系统中接在相间电压（线电压）上的负载的供电并未遭到破坏，可以继续运行，但是这种电网长期在单相接地的状态下运行，也是不能允许的，因为这时非故障相电压升高至 倍，绝缘薄弱点很可能被击穿，引起两相接地短路，将严重地损坏电气设备。 所以，在中性点不接地电网中，必须设专门的监察装置，以便使运行人员及时地发现单相接地故障，从而切除电网中的故障部分。.8/3/2024n在中性点不接地系统中，当接地点的电容电流较大时，在接地点引起的电弧就很
16、难自行熄灭。在接地处还可能出现所谓间隙电弧，即周期地熄灭与重燃的电弧，形成弧光接地。 由于电网是一个具有电感和电容的振荡回路，间歇电弧将引起相对地的谐振过电压，其数值可达2.5-3倍的相电压。这种过电压会传输到与接地点有直接电连接的整个电网上，更容易引起另一相对地击穿，而形成两相接地短路。n在电压为3-10k V的电力网中，单相接地时的电容电流不允许大于30A，否则，电弧不能自行熄灭。在20-66kV电压级的电力网中，间歇电弧所引起的过电压，数值更大，对于设备绝缘更为危险，而且由于电压较高，电弧更难自行熄灭。因此，在这些电网中，规定单相接地时的电容电流不得大于10A。.8/3/2024n当单相
17、接地电容电流超过了上述的允许值时,可以用中性点经消弧线圈接地的方法来解决，该系统即称为中性点经消弧线圈接地系统n采用过补偿方式,即使系统的电容电流突然的减少(如某回线路切除)也不会引起谐振，而是离谐振点更远。 n中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地时，流过接地点的电流是电容电流 与流过消弧线圈的电感电流 之和。由于 滞后 90o，所以 与 在接地点互相补偿。当两者量值差小于发生电弧的最小电流时，电弧就不会发生，从而避免谐振过电压的发生。.8/3/2024中性点非有效接地系统中发生单相接地故障时，不构成短路回路，接地相电流不大，不必立即切除接地相，所以这种系统供电可靠性高，但对绝缘水平的要求也高
18、，各相对地绝缘必须按线电压设计。由于单相接地电流往往比正常负荷电流小很多，要实现有选择性的接地保护就比较困难，灵敏度不高。.8/3/2024 注：中性点经阻抗接地系统 在系统中性点与大地之间用一阻抗相连的接地方式称为中性点经阻抗接地。根据接地电阻器电阻值的大小，接地系统分为高电阻接地和低电阻接地。 （1）高电阻接地：此种方式接地电流较小，通常在510A范围内，但至少等于系统对地的总电容电流。保护方式需要配合接地指示器或警报器，保证故障时线路立即跳脱。 （2）低电阻接地：增大接地短路电流，使保护迅速动作，切除故障线路。电阻值的大小，必须使系统具有足够的最小接地故障电流（大约400A以上），保证接
19、地继电器准确动作。 目前我国大城市10kV配电网的接地方式大多采用经低电阻接地的方式。 .8/3/2024n目前我国电力系统中性点的运行方式，大体是：n(1) 对于110kV及以上的系统，主要考虑降低设备绝缘水平，简化继电保护装置，一般均采用中性点直接接地的方式。并采用送电线路全线架设避雷线和装设自动重合闸装置等措施，以提高供电可靠性。n(2) 对于6-10kV系统，由于设备绝缘水平按线电压考虑对于设备造价影响不大，为了提高供电可靠性，一般均采用中性点不接地或经消弧线圈接地的方式。n(3)20-60kV的系统，是一种中间情况，一般单相接地时的电容电流不很大，网络不很复杂，设备绝缘水平的提高或降低对于造价影响不很显著，所以一般均采用中性点经消弧线圈接地方式。n(4)1kV以下的电网的中性点采用直接接地、不接地或经约1000阻抗接地方式运行。但电压为380/220V的系统，采用三相五线制，零线是为了取得相电压，地线是为了安全。.8/3/2024
