第1章 電力系統(tǒng)的基本概念

1、第1章電力系統(tǒng)的基本概念1.1電力系統(tǒng)概述1.2電力系統(tǒng)運行的特點和要求1.3電力系統(tǒng)的接線方式和電壓等級1.4電力系統(tǒng)中性點的運行方式1.1電力系統(tǒng)概述1.1.1電力系統(tǒng)、電力網(wǎng)及動力系統(tǒng)1.1.2我國電力系統(tǒng)的發(fā)展1.1.1電力系統(tǒng)、電力網(wǎng)及動力系統(tǒng)1)火力發(fā)電廠的鍋爐、汽輪機、供熱網(wǎng)絡等，如圖1-1中所示。2)水力發(fā)電廠的水庫、水輪機。3)核能發(fā)電廠的反應堆。4)風能、太陽能等。1.1.1電力系統(tǒng)、電力網(wǎng)及動力系統(tǒng)圖1-1簡單電力系統(tǒng)1.1.1電力系統(tǒng)、電力網(wǎng)及動力系統(tǒng)圖1-2復雜電力系統(tǒng)1動力部分2變壓器3負荷4電動機5低壓負載圖1-3凝汽式火力發(fā)電廠生產(chǎn)過程1.1.2我國電力系統(tǒng)的發(fā)

2、展表1-1我國發(fā)電裝機容量和發(fā)電量增長情況年份裝機容量/萬kW裝機容量在國際排位年發(fā)電量/億kWh年發(fā)電量在國際排位備16)2143(7)25建國前67年19601192(194)9594(74)裝機容量突破1000萬kW198710290(3019)54973(1000)裝機容量突破1億kW199521722(5218)410069(1868)裝機容量突破2億kW1.1.2我國電力系統(tǒng)的發(fā)展表1-1我國發(fā)電裝機容量和發(fā)電量增長情況年份裝機容量/萬kW裝機容量在國際排位年發(fā)電量/億kWh年發(fā)電量在國際排位備注199623654(5558)210794(1869)2全國

3、電力供需基本平衡200031932(7935)213685(2431)2裝機容量突破3億kW200338450219080(2830)2200662200(12857)228344(4167)2裝機容量突破6億kW2009年7月82752(18200)22裝機容量突破8億kW1.2電力系統(tǒng)運行的特點和要求1.2.1電能的優(yōu)點1.2.2電力系統(tǒng)運行的特點1.2.3對電力系統(tǒng)運行的基本要求1.2.1電能的優(yōu)點1)電能可以很方便地轉(zhuǎn)換成其他形式的能，如光能、熱能、機械能和化學能等。2)電能便于生產(chǎn)、輸送、分配、使用，易于控制。3)自然界中具有豐富的電力資源，如煤、石油、天然氣、水力、核能和太陽能等，

4、可以方便地轉(zhuǎn)化為電能。1.2.2電力系統(tǒng)運行的特點1.電能不能大量儲存2.過渡過程非常迅速3.與國民經(jīng)濟各部門密切相關(guān)1.電能不能大量儲存電能的產(chǎn)生、輸送、分配和使用實際上是同時進行的，每時每刻系統(tǒng)中發(fā)電機發(fā)出的電能必須等于該時刻用戶使用的電能，再加上傳輸這些電能時在電網(wǎng)中損耗的電能。這個產(chǎn)銷平衡關(guān)系是電能生產(chǎn)的最大特點。2.過渡過程非常迅速電能的傳輸近似于光的速度，以電磁波的形式傳播，傳播速度為30萬kms，“快”是它的一個極大特點。如電能從一處輸送至另一處所需要的時間僅千分之幾秒；電力系統(tǒng)從一種運行狀態(tài)過渡到另一種運行狀態(tài)的過渡過程非?？?。3.與國民經(jīng)濟各部門密切相關(guān)現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、

5、交通運輸業(yè)等都廣泛使用著電能，此外在人民日常生活中也廣泛使用著各種電器，而且各部門的電氣化程度愈來愈高。因此，電能供應的中斷或不足，不僅直接影響各行業(yè)的生產(chǎn)，造成人民生活紊亂，而且在某些情況下甚至會造成政治上的損失或極其嚴重的社會性災難。1.2.3對電力系統(tǒng)運行的基本要求1.保證可靠地持續(xù)供電2.保證良好的電能質(zhì)量3.努力提高電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性1.保證可靠地持續(xù)供電電力系統(tǒng)運行首先要滿足可靠、不間斷供電的要求。雖然保證可靠、不間斷的供電是電力系統(tǒng)運行的首要任務，但并不是所有負荷都絕對不能停電，一般可按負荷對供電可靠性的要求將負荷分為三級，運行人員根據(jù)各種負荷的重要程度不同，區(qū)別對待。2.保證

6、良好的電能質(zhì)量我國已先后頒布了7個有關(guān)電能質(zhì)量的國家標準，即供電電壓偏差、電力系統(tǒng)頻率偏差、公用電網(wǎng)諧波、三相電壓不平衡、電壓波動和閃變、暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓、公用電壓間諧波。這些國家標準的制定，無疑保證了我國電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量。3.努力提高電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性主要反映在降低發(fā)電廠的能源消耗、廠用電率和電力網(wǎng)的電能損耗等指標上。電能所消耗的能源在國民經(jīng)濟能源的總消耗中占的比重很大，使電能在生產(chǎn)、輸送和分配的過程中耗能小、效率高，最大限度地降低電能成本有著十分重要的意義。1.3電力系統(tǒng)的接線方式和電壓等級1.3.1電力系統(tǒng)的接線方式和接線圖1.3.2電力系統(tǒng)的電壓等級1.3

7、.1電力系統(tǒng)的接線方式和接線圖1.電力系統(tǒng)的接線圖2.電力系統(tǒng)的接線方式1.電力系統(tǒng)的接線圖(1)電氣接線圖(2)地理接線圖(1)電氣接線圖電力系統(tǒng)的電氣接線圖如圖1-4所示。在電氣接線圖上，要求突出表明電力系統(tǒng)各主要元件之間(發(fā)電機、變壓器、線路等)的電氣連接關(guān)系。要求接線清楚，一目了然，而不過分重視實際的位置如何、距離的比例關(guān)系。(2)地理接線圖圖1-4電力系統(tǒng)的電氣接線圖(2)地理接線圖圖1-5電力系統(tǒng)的地理接線圖2.電力系統(tǒng)的接線方式1)必須保證用戶供電的可靠性。2)必須能靈活地適應各種可能的運行方式。3)應力求節(jié)約設(shè)備和材料，減少設(shè)備費用和運行費用，使電力網(wǎng)的建設(shè)和運行比較經(jīng)濟。4)

8、應保證在各種運行方式下運行人員都能夠安全靈活地操作。(1)無備用接線圖1-6無備用接線方式a)放射式b)干線式c)鏈式(2)有備用接線圖1-7有備用接線方式a)雙回路放射式b)雙回路干線式c)雙回路鏈式d)環(huán)式e)兩端供電網(wǎng)1.3.2電力系統(tǒng)的電壓等級1.電力系統(tǒng)各元件的額定電壓2.變壓器二次繞組欄內(nèi)3.3kV、6.6kV及11kV電壓適用于短路電壓值在7.5%及以上的降壓變壓器。3.為證明在技術(shù)上和經(jīng)濟上有特殊優(yōu)點時，水輪發(fā)電機的額定電壓容許用非標準電壓。2.電力網(wǎng)電壓等級的選擇1.電力系統(tǒng)各元件的額定電壓表1-2第一類額定電壓直流電壓/V交流電壓/V三相（線電壓）單相11212243636

9、481.電力系統(tǒng)各元件的額定電壓表1-3第二類額定電壓用電設(shè)備發(fā)電機變壓器直流電壓/V三相交流電壓/V直流電壓/V交流三相線電壓/V交流電壓/V三相單相線電壓相電壓一次繞組二次繞組110115（127）（133）（127）（133）（127）（133）2202201272302302202302202303802204003804003804004601.電力系統(tǒng)各元件的額定電壓表1-4第三類額定電壓用電設(shè)備電壓/kV發(fā)電機線電壓/kV變壓器線電壓/kV用電設(shè)備電壓/kV發(fā)電機線電壓/kV變壓器線電壓/kV一次繞組二次繞組33153，315315，331101101216636，6363，66

10、2202202421010510，105105，11330330345，36315751575500500525，5502323750750788，8253535385100010001050，11003.為證明在技術(shù)上和經(jīng)濟上有特殊優(yōu)點時，水輪發(fā)電機的額定電壓容許用非標準電壓。(1)用電設(shè)備的額定電壓(2)電力線路的額定電壓(3)發(fā)電機的額定電壓(4)變壓器的額定電壓(1)用電設(shè)備的額定電壓圖1-8電壓沿線路長度的分布(2)電力線路的額定電壓電壓沿線路長度的分布如圖1-8所示。線路的始端和末端均可接有用電設(shè)備，而用電設(shè)備的端電壓一般允許在額定電壓的5%以內(nèi)波動。因而在沒有調(diào)壓設(shè)備的情況下，可

11、容許在線路始末兩端之間的電壓損耗不大于10%。(3)發(fā)電機的額定電壓發(fā)電機作為直接配電的電源，總是接在線路的始端，為了補償線路運行時產(chǎn)生的電壓降，所以發(fā)電機的額定電壓應該比線路的額定電壓高5%(與線路始端電壓相當)，即為UGN=UN(1+5%)。(4)變壓器的額定電壓圖1-9電力系統(tǒng)各元件的額定電壓2.電力網(wǎng)電壓等級的選擇圖1-10330750kV電壓線路的輸送容量與輸送距離關(guān)系2.電力網(wǎng)電壓等級的選擇表1-5電力網(wǎng)的額定電壓與輸送容量及輸送距離的關(guān)系額定電壓/kV輸送容量/MW輸送距離/km額定電壓/kV輸送容量/MW輸送距離/km301101322010050010030060112415

12、330200800200600100220620500600150040080035210205075020002500500以上11010505010010001.4電力系統(tǒng)中性點的運行方式1.不接地方式2.中性點經(jīng)消弧線圈接地3.中性點直接接地1.不接地方式1)故障相：C相對地電壓為零，Cf=0。2)非故障相：A相A變成Af，即3)接地電流：Cf=(AC+BC)=CC(本身的電容電流)。1)未接地兩相對地電壓升高到相電壓的倍，即等于線電壓，所以在這種系統(tǒng)中，相對地的絕緣水平應根據(jù)線電壓來設(shè)計。2)各相間的電壓大小和相位仍然不變，三相系統(tǒng)的平衡沒有遭到破壞，因此可以繼續(xù)運行一段時間，這便是不