電力系統(tǒng)很基礎(chǔ)的知識

電力系統(tǒng)基礎(chǔ)知識一、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(jī)、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(yùn)行所需的繼電保護(hù)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。2/2/2023（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。（5）用電設(shè)備：消耗電能。2/2/2023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(yùn)行所需的繼電保護(hù)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:2/2/2023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(dá)式+-R+-R相量形式+1+jO相量圖2/2/2023電容一種儲能元件，在交流電路中不斷進(jìn)行充放電，電容電流相位超前于其兩端電壓相位90o。表達(dá)式C+-相量形式C+-+1+jO相量圖2/2/2023電感一種儲能元件，通過電磁感應(yīng)不斷進(jìn)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+-+1+jO相量圖表達(dá)式2/2/2023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。

L+-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(shí)部為電阻，虛部為電抗2/2/2023R、L、C對應(yīng)的阻抗分別為：感抗和容抗感抗容抗2/2/2023RLC串聯(lián)電路如果L內(nèi)部為RLC串聯(lián)電路，則阻抗Z

為RX|Z|阻抗三角形2/2/2023當(dāng)X>0，稱Z呈感性；當(dāng)X<0，稱Z呈容性；當(dāng)X=0，稱Z呈阻性電路的性質(zhì)Z=R+jX2/2/2023三相電路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。+-A-+B+-CNN+---++ABC星形接法三角形接法2/2/2023三相電壓、、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(fù)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。2/2/2023星形接法中，電壓源的參考方向是以中點(diǎn)處為負(fù)；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：=0Ou2/2/2023二、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(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性（4）環(huán)境保護(hù)問題

2/2/2023供電可靠性供電可靠性指標(biāo)是根據(jù)用電負(fù)荷的等級要求制定的。一級負(fù)荷：兩個電源+應(yīng)急電源二級負(fù)荷：兩個電源三級負(fù)荷衡量供電可靠性的指標(biāo)，用全年平均供電時間占全年時間百分?jǐn)?shù)表示。2/2/2023電能質(zhì)量1．電壓偏差（移）電壓偏差（移）指當(dāng)供配電系統(tǒng)改變運(yùn)行方式或負(fù)荷緩慢地變化使供配電系統(tǒng)各點(diǎn)的電壓也隨之改變，各點(diǎn)的實(shí)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(shí)際端電壓，kV。2/2/20232．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?jǐn)?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，kV2/2/20233．電壓閃變負(fù)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(fù)荷平衡狀態(tài)的指標(biāo)，多相系統(tǒng)的電壓負(fù)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(fù)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?jǐn)?shù)表示。

2/2/20235．正弦波形畸變率當(dāng)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

2/2/2023（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。2/2/20236．頻率偏差頻率偏差是指供電的實(shí)際頻率與電網(wǎng)的額定頻率的差值。我國電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)頻率為50Hz，又叫工頻。頻率偏差一般不超過±0.25Hz，當(dāng)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(jī)有功功率。

2/2/2023三、電網(wǎng)接線方式與特點(diǎn)

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2/2/20231．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?zhǔn)絘）放射式b）樹干式c）鏈?zhǔn)?/2/20232．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?zhǔn)剑╠）環(huán)式（e）兩端供電網(wǎng)絡(luò)a）放射式b）干線式c）鏈?zhǔn)絛）環(huán)式e）兩端供電網(wǎng)絡(luò)

2/2/2023有備用接線的雙回放射式、樹干式和鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)用于一、二級負(fù)荷。環(huán)式接線，供電經(jīng)濟(jì)、可靠，但運(yùn)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(dú)立的電源。2/2/2023四、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.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(jī)的額定電壓發(fā)電機(jī)的額定電壓規(guī)定比同級電網(wǎng)電壓高5％，補(bǔ)償電壓損失。2/2/20234.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(dāng)變壓器直接與發(fā)電機(jī)相連時，其一次繞組的額定電壓與發(fā)電機(jī)的額定電壓相同，即高出同級電網(wǎng)額定電壓5％；當(dāng)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。2/2/2023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(dāng)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壓降（大約相當(dāng)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(bǔ)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(bǔ)償變壓器自身的電壓損失。2/2/2023五、電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)運(yùn)行方式

電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)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(jī)、變壓器等）各相的連接公共點(diǎn)（電壓平衡點(diǎn)），其對地電位在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時為零或接近于零。在電力系統(tǒng)中，系統(tǒng)中性點(diǎn)是針對發(fā)電機(jī)和變壓器而言2/2/2023對輸變電及配電系統(tǒng)來說，中性點(diǎn)接地方式就是變壓器中性點(diǎn)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(yùn)行的需要來決定的。中性點(diǎn)接地方式有兩大類:1、中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)；2、中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)。采用最廣泛的是：a、中性點(diǎn)不接地b、中性點(diǎn)經(jīng)過消弧線圈或高阻抗接地c、中性點(diǎn)直接接地前兩種亦稱為小接地電流系統(tǒng)2/2/2023中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)中性點(diǎn)直接接地或經(jīng)低阻抗接地特點(diǎn)：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(jì)效益顯著一般應(yīng)用在接有單相負(fù)載的低壓（380/220V）配電系統(tǒng)和110kV及以上系統(tǒng)。2/2/2023中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈或高阻抗接地系統(tǒng)正常運(yùn)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。2/2/2023當(dāng)發(fā)生單相接地時，例如C相接地，這時中性點(diǎn)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）。2/2/2023C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90o；而在量值上，即一相接地的電容電流為正常運(yùn)行時每相對地電容電流的3倍。單相接地電容電流經(jīng)驗(yàn)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）。2/2/2023當(dāng)中性點(diǎn)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(fù)載的供電并未遭到破壞，可以繼續(xù)運(yùn)行，但是這種電網(wǎng)長期在單相接地的狀態(tài)下運(yùn)行，也是不能允許的，因?yàn)檫@時非故障相電壓升高至倍，絕緣薄弱點(diǎn)很可能被擊穿，引起兩相接地短路，將嚴(yán)重地?fù)p壞電氣設(shè)備。所以，在中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)中，必須設(shè)專門的監(jiān)察裝置，以便使運(yùn)行人員及時地發(fā)現(xiàn)單相接地故障，從而切除電網(wǎng)中的故障部分。2/2/2023在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，當(dāng)接地點(diǎn)的電容電流較大時，在接地點(diǎn)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(dá)2.5-3倍的相電壓。這種過電壓會傳輸?shù)脚c接地點(diǎn)有直接電連接的整個電網(wǎng)上，更容易引起另一相對地?fù)舸纬蓛上嘟拥囟搪?。在電壓?-10kV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，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。2/2/2023當(dāng)單相接地電容電流超過了上述的允許值時,可以用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的方法來解決，該系統(tǒng)即稱為中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)采用過補(bǔ)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(diǎn)更遠(yuǎn)。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，流過接地點(diǎn)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(diǎn)互相補(bǔ)償。當(dāng)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。2/2/2023中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時，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(fù)荷電流小很多，要實(shí)現(xiàn)有選擇性的接地保護(hù)就比較困難，靈敏度不高。2/2/2023注：中性點(diǎn)經(jīng)阻抗接地系統(tǒng)在系統(tǒng)中性點(diǎn)與大地之間用一阻抗相連的接地