電力系統(tǒng)的基本慨念

電力系統(tǒng)的基本慨念

講課人:詹樂貴

概論1.電力系統(tǒng)的組成

2.電力系統(tǒng)專業(yè)術(shù)語(yǔ)3.電力系統(tǒng)的額定電壓和額定頻率

4.對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求

5.電力系統(tǒng)的接線方式6.小結(jié)7.習(xí)題

概論電能是現(xiàn)代社會(huì)中最重要，也是最方便的能源．電能具有許多優(yōu)點(diǎn)：它可以方便地轉(zhuǎn)化為別種形式的能．如，機(jī)槭能、熱能、光能、化學(xué)能等．電能生產(chǎn)的種類很多，有熱能發(fā)電、水能發(fā)電、核能發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電以及其他（化學(xué)能、太陽(yáng)能）發(fā)電形式。1.電力系統(tǒng)的組成(一)電力生產(chǎn)、傳輸、消費(fèi)發(fā)電廠用以將熱能、核能、水能、太陽(yáng)能、風(fēng)能等轉(zhuǎn)換為電能電能經(jīng)傳輸送到負(fù)荷終端再根據(jù)用戶的需要轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、熱能、光能、化學(xué)能滿足人們的社會(huì)需求和生活需求便于傳輸，便于能量轉(zhuǎn)換電能清潔、衛(wèi)生。電廠遠(yuǎn)離城市，是一種環(huán)保型二次能源（二）變電站變電站是電能的集散地，是電壓變換、電能傳輸分配的中心。電能在變電站匯集、聯(lián)絡(luò)、分配、將電壓升高便于傳輸，將電壓降低便于使用。變電站的電壓等級(jí)：750kV、500kV、330kV、220kV、110kV、66kV、35kV、10kV、6kV通常有一次變和二次變之分，110kV及以上變電所稱一次變，35kV（66kV）變電所稱二次變。（三）變電站設(shè)備基本結(jié)構(gòu)由一次設(shè)備（變壓變流設(shè)備、開關(guān)設(shè)備、導(dǎo)線）和二次設(shè)備（計(jì)量檢測(cè)保護(hù)控制設(shè)備）組成。一次設(shè)備主要包括：進(jìn)出線、母線、變壓器、電抗器、隔離開關(guān)、斷路器、開關(guān)柜、避雷器、電壓電流互感器、電容補(bǔ)償裝置。二次設(shè)備主要包括：一次設(shè)備及輸電線路的繼電保護(hù)裝置、監(jiān)測(cè)控制裝置，測(cè)量計(jì)量裝置等。變電站還應(yīng)配備通訊調(diào)度設(shè)備。（四）戶內(nèi)、戶外變電站戶內(nèi)、戶外式變電站的區(qū)別通常是將高低壓配電裝置布置在戶內(nèi)，還是布置在戶外。而變壓器一般都是放置在戶外（在城市中心區(qū)域，也有把變壓器布置在戶內(nèi)的）。戶內(nèi)式變電站占地面積小，結(jié)構(gòu)緊湊，外貌美觀、設(shè)備防污穢能力強(qiáng)，但造價(jià)高，通常分布在城市周圍或市區(qū)內(nèi)；戶外式變電站則完全相反。（五）輸電線路各電廠所發(fā)出的電能通過(guò)輸電線路與電網(wǎng)連接。通過(guò)變電站升（降）電壓，各電壓等級(jí)輸電線路所形成的電網(wǎng)把電能傳輸?shù)礁鞯氐呢?fù)荷中心強(qiáng)大的電網(wǎng)使電力供應(yīng)更加安全可靠

發(fā)電廠把別種形式的能量轉(zhuǎn)換成電能,電能經(jīng)過(guò)變壓器和不同電壓等級(jí)的輸電線路輸送并被分配給用戶、在通過(guò)各種用電設(shè)備轉(zhuǎn)換成適合用戶需要的別種能量.

這些生產(chǎn)、輸送、分配和消費(fèi)電能的各種電氣設(shè)備連接在一起而組成的整體稱為電力系統(tǒng).(如圖)

火電廠的汽輪機(jī)、鍋爐、供熱管道和熱用戶,水電廠的水輪機(jī)和水庫(kù)等屬于與電能生產(chǎn)相關(guān)的動(dòng)力部分.

電力系統(tǒng)中輸送和分配電能的部分稱為電力網(wǎng).

由于電工技術(shù)的發(fā)展,直流輸電作為一種補(bǔ)充的輸電方式得到了實(shí)際應(yīng)用.在交流電力系統(tǒng)內(nèi)或者在兩個(gè)交流電力系統(tǒng)之間嵌入直流輸電系統(tǒng),便構(gòu)成了現(xiàn)代交直流聯(lián)合系統(tǒng).

直流輸電系統(tǒng)由換流設(shè)備、直流線路以及相關(guān)的附屬設(shè)備組成.(如圖)直流系統(tǒng)正極、負(fù)極接地對(duì)運(yùn)行有很多危害：直流系統(tǒng)正極接地會(huì)造成保護(hù)誤動(dòng)作，因?yàn)橐话闾l均接在負(fù)極電源上，若這些回路再發(fā)生接地或絕緣不良，就會(huì)引起保護(hù)誤動(dòng)作。直流負(fù)極接地與直流正極接地相同，如回路中再有一點(diǎn)接地，就會(huì)有可能造成保護(hù)誤動(dòng)。若兩點(diǎn)接地恰好將跳閘或合閘回路短路，還有可能燒壞繼電器觸頭。

2.電力系統(tǒng)專業(yè)術(shù)語(yǔ)

額定電壓（RatedVoltage）：維持設(shè)備正常工作的工作電壓，以有效值表示，單位：V（伏特）或kv（千伏）。額定電流（RatedCurrent）：設(shè)備在正常工作條件下所能承受的最大電流，以有效值表示，單位：A（安培）。額定頻率（RatedFrequency）：也叫工頻，交流電在單位時(shí)間內(nèi)交變的周期數(shù)，單位：Hz（赫茲）。我國(guó)電網(wǎng)頻率為50Hz。額定容量（RatedCapacity）：在正常工作條件下，設(shè)備（系統(tǒng)）輸入、輸出電能的能力。一般來(lái)說(shuō)，此值表示設(shè)備（系統(tǒng)）的輸入、輸出定值；單位可以是W（瓦特），也可以是VA（伏安），常用KW（千瓦）或KVA（千伏安）。線電壓（LineVoltage或PhasetoPhaseVoltage）：通常供電方式采用三相三線制、三相四線制、三相五線制，三相電主要用于工、農(nóng)業(yè)中功率較大的電器設(shè)備。三相一般用L1、L2、L3表示，對(duì)于電機(jī)類產(chǎn)品則用U、V、W表示，零線（中性線）用N表示，接地線一般用PE表示，PE與N并非同一點(diǎn)。相電壓（PhasetpGroundVoltage）：線電壓是指相對(duì)相之間的電壓，相電壓相線對(duì)中性線之間的電壓。例如：380V/220V，前者是線電壓，后者是相電壓，兩者相差√3倍。工頻耐壓（ACWithstandVoltage）：設(shè)備、系統(tǒng)在額定頻率下所能承受而不損壞的電壓耐受強(qiáng)度?？煞譃楦赡褪芎蜐衲褪埽话闱闆r下，工頻耐受電壓的時(shí)間為1分鐘（60秒），由系統(tǒng)的操作過(guò)電壓決定。視在功率：指設(shè)備所能輸入、輸出的總功率，包括有功功率和無(wú)功功率，通常用“S”表示，單位：VA（伏安）或KVA（千伏安）。有功功率：視在功率中用來(lái)做功的分量，用“P”表示，單位：W（瓦）。無(wú)功功率：視在功率中用來(lái)建立電磁場(chǎng)的分量，用“Q”表示，單位：Var（乏）。功率因數(shù)：是指電力系統(tǒng)或設(shè)備的有功功率占視在功率的比率，用CosΦ表示，分滯后和超前兩種。一般的配電網(wǎng)絡(luò)均為滯后，而調(diào)相機(jī)及電容器為超前。無(wú)功補(bǔ)償：為了提高用電設(shè)備的效率，利用電容器對(duì)電網(wǎng)的功率因數(shù)進(jìn)行修正的一種手段，無(wú)功補(bǔ)償有集中補(bǔ)償和分散補(bǔ)償兩種，多數(shù)采用集中補(bǔ)償，大型設(shè)備和特殊設(shè)備一般采用分散補(bǔ)償。系統(tǒng)接地方式：是指供電、配電系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地方式。主要分為大電流接地和小電流接地方式，大電流接地方式是指中性點(diǎn)直接接地，小電流接地方式是指中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈、電阻等元件接地。在我國(guó)，400V和110kV以上等級(jí)的電力系統(tǒng)絕大部分采用中性點(diǎn)直接接地方式，即大電流接地方式；6kV至60kV系統(tǒng)大部分采用中性點(diǎn)不直接接地或不接地方式，即小電流接地方式。供電可靠性：是指供電的可靠程度。計(jì)算公式為：供電可靠率=1-用戶全年停電時(shí)間/365×24，目前我國(guó)要求可靠率為99.99%，即全年停電時(shí)間不超過(guò)52分鐘；發(fā)達(dá)國(guó)家要求為99.999%，即全年停電時(shí)間不超過(guò)5分鐘。雷電沖擊耐壓（BIL）：設(shè)備、系統(tǒng)所能承受而不損壞的模擬雷電沖擊實(shí)驗(yàn)電壓，用以衡量系統(tǒng)、設(shè)備對(duì)沖擊電壓的耐受強(qiáng)度。熱穩(wěn)定電流：設(shè)備所能耐受的短路最大電流（（有效值），持續(xù)時(shí)間2~4秒。電流波形是對(duì)稱的，考核的是設(shè)備所能承受最大熱效應(yīng)的能力，即在設(shè)備通過(guò)所規(guī)定的大電流時(shí)，不會(huì)造成設(shè)備各部件過(guò)熱、甚至燒毀；單位：KA動(dòng)穩(wěn)定電流：設(shè)備所能耐受的最大電流峰值，持續(xù)時(shí)間為幾個(gè)周波。電流波形是不對(duì)稱的，IEC及中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定其值為熱穩(wěn)定電流的2.5倍，考核的是設(shè)備所能承受最大電動(dòng)力的能力，單位：KA。短時(shí)耐受電流：即為熱穩(wěn)定電流；單位：KA。

3.電力系統(tǒng)的額定電壓和額定頻率

電氣設(shè)備都是按照指定的電壓和頻率來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)制造的,這個(gè)指定的電壓和頻率,稱為電氣設(shè)備的額定電壓和額定頻率.當(dāng)電氣設(shè)備在此電壓和頻率下運(yùn)行時(shí),將具有最好的技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)效果.

電力線路的額定電壓和系統(tǒng)的額定電壓相等,有時(shí)把它們稱為網(wǎng)絡(luò)的額定電壓.如220kV網(wǎng)絡(luò)等等.

變壓器在電力系統(tǒng)中傳輸功率的方向,我們規(guī)定變壓器接受功率一側(cè)的繞組為一次繞組,輸出功率一側(cè)的繞組為二次繞組.

一次繞組的作用相當(dāng)于受電設(shè)備,其額定電壓與系統(tǒng)的額定電壓相等.

二次繞組的作用相當(dāng)于供電設(shè)備,考慮其內(nèi)部電壓損耗,額定電壓規(guī)定比系統(tǒng)的額定電壓高10%.(如圖)

電壓和頻率是電氣設(shè)備和制造的基本技術(shù)參數(shù),也是衡量電能質(zhì)量的兩個(gè)基本指標(biāo).我國(guó)采用的額定頻率為50Hz,正常運(yùn)行時(shí)允許的偏移為士0.2%~士0.5%Hz.用戶供電電壓的允許偏移對(duì)于35kV及以上電壓級(jí)為額定值的士5%,10kV及以下電壓級(jí)為士7%.

頻率主要決定于系統(tǒng)中的有功功率平衡,系統(tǒng)發(fā)出的有功功率不足,頻率就偏低.電壓則主要取決于系統(tǒng)中的無(wú)功功率平衡,無(wú)功功率不足時(shí),電壓就偏低.

對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求:

(1)保證安全可靠的供電

(2)要有合乎要求的電能質(zhì)量

(3)要有良好的經(jīng)濟(jì)性

(4)盡可能減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的有害影響

我國(guó)將負(fù)荷分為以下三級(jí):

第一級(jí),對(duì)這一級(jí)負(fù)荷中斷供電的后果是極為嚴(yán)重的.

第二級(jí),對(duì)這一級(jí)負(fù)荷中斷供電將造成大量減產(chǎn),使城市中大量居民的正?；顒?dòng)受到影響等.

第三級(jí),不屬于第一、第二級(jí)的,停電影響不大的其他負(fù)荷都屬于第三級(jí)負(fù)荷.

5.電力系統(tǒng)的接線方式

電力網(wǎng)的接線方式通常按供電可靠性分為無(wú)備用和有備用兩類.無(wú)備用接線的網(wǎng)絡(luò)中,每一個(gè)負(fù)荷只能靠一條線路取得電能(如圖)

這類接線的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單,設(shè)備費(fèi)用較少,運(yùn)行方便.缺點(diǎn)是供電的可靠性比較低.

每一個(gè)負(fù)荷都只能沿唯一的路徑取得電能的網(wǎng)絡(luò),稱為開式網(wǎng)絡(luò).

在有備用的接線方式中,最簡(jiǎn)單的一類是在無(wú)備用網(wǎng)絡(luò)的每一段線路上都采用雙回路.(如圖)

由一個(gè)或幾個(gè)電源點(diǎn)和一個(gè)或幾個(gè)負(fù)荷點(diǎn)通過(guò)線路連接而成的環(huán)形網(wǎng)絡(luò).(如圖)

另一種常見的有備用接線方式是兩端供電網(wǎng)絡(luò)(如圖),其供電可靠性相當(dāng)于兩個(gè)電源的環(huán)形網(wǎng)絡(luò).

環(huán)形網(wǎng)絡(luò)和兩端供電網(wǎng)絡(luò)中每一個(gè)負(fù)荷點(diǎn)至少通過(guò)兩條線路從不同的方向取得電能,具有這種接線特點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)又統(tǒng)稱為閉式網(wǎng)絡(luò).

電力網(wǎng)按其職能可以分為輸電網(wǎng)絡(luò)和配電網(wǎng)絡(luò)

輸電網(wǎng)絡(luò)的主要任務(wù)是,將大容量發(fā)電廠的電能可靠而經(jīng)濟(jì)地輸送到負(fù)荷集中地區(qū).輸電網(wǎng)絡(luò)通常由電力系統(tǒng)中電壓等級(jí)最高的一級(jí)或兩級(jí)電力線路組成.

配電網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)是分配電能.配電線路的額定電壓一般為0.4~35kV,有些負(fù)荷密度較大的大城市也采用110kV,以至220kV.

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