电力系统讲义

第一部分：电力系统基础一、电力系统的组成图（略）1、电力系统：是由生产、输送、分配和消耗电能的所有电气设备所组成的统一整体。

一次系统：生产电能的发电机、输送和分配电能的变压器和电力线路以及消耗电能的各种用电设备（如电动机等）。

一次设备（略）二次系统：继电保护装置、安全自动装置、通信设备和调度自动化等辅助系统。

二次设备：（略）2、电力网：是电力系统中除去发电机和用户，剩余的变压器和电力线路所组成的输送、分配电能的网络。

电力网：按电压等级分类：低压网：电压等级在1kV以下；中压网：1～10kV；高压网：高于10kV、35kV、（66kV)、110kV、220kV；超高压网：330kV、500kV、±500kV、750kV；特高压网：1000kV、±800kV直流等特高压及以上。

3、动力系统：是电力系统再加上电厂的原动机等动力部分。

动力部分主要有：火电厂的锅炉和汽轮机等；水电厂的水和水轮机等；原子能电厂的反应堆等；风力发电场的风机等。

电力系统的相关基本概念：送电线路（输电线路）：是发电厂向电力负荷中心输送电能及电力负荷中心之间互相联络的长距离线路。

配电线路：是负责电能分配任务的线路。

区域电力网：一般将电压在110kV以上，供电范围较广，输送功率较大的电力网称为区域电力网。

地方电力网：电压在110kV及以下，供电距离较短，输送功率较小的电力网称为地方电力网。

配电网：电压在10kV及其以下的电力网称为配电网。

开式电力网：凡用户只能从单方向得到电能的电力网。

闭式电力网：凡用户可以从两个或两个方向得到电能的电力网。

4、电力系统运行的特点（1）电能不能大量存储。

由于目前还没有大量存储电能的好方法，因而电能的生产、输送、分配和消费实际上是同时进行的，即电力生产的同时性。

任何时刻发电机所送出的功率等于用电设备所消耗的功率与输送过程中产生的功率损耗之和。

（2）电力生产的快速性。

电能输送过程迅速，其传输速度与光速相同，每秒达到30万公里，即使相距几万公里，发、输、用基本上都是同时完成的。

电力系统的暂态过程非常短促。

从一种运行状态到另一种运行状态的过渡极为迅速，以毫秒甚至微秒计。

（3）与国民经济和人民生活密切相关。

当今社会一切厂矿企业、事业单位和人民生活均离不开电能，供电的突然中断会造成很大的损失以致严重的后果。

电力系统运行的特点：同时性、集中性、适用性、先行性二、电力系统的额定电压与额定频率1、额定频率电力系统中的许多用电设备的运行状况都同频率有密切的关系，尤其是电动机的转速，因此必需规定运行频率。

世界各国所规定的频率并不完全相同，目前，主要有50Hz(赫兹)和60Hz 两种。

我国电力系统的额定频率规定为50Hz ，也就是工业用电的标准频率，简称工频。

说明：1）频率是指电力系统中同步发电机产生的交流正弦波基波电压的频率。

2）频率的质量： 我国电力系统交流电压、电流的额定频率为50Hz ，当系统容量较大时频率允许偏差值为±0.2Hz 。

当系统容量较小时，偏差值可以放宽到±0.5Hz 。

2、额定电压我国输电网的电压等级一般在220-1000kV 之间，基本属于高压、超高压和特高压的范畴。

而配电网的电压等级一般选为110kV （或35kV ）及以下，大致涵盖了低压、中压和高压的各种电压等级。

说明：为使互联的各电气设备都能运行在较有利的电压下，各设备的额定电压应相互配合。

一般把电力线路和用电设备的额定电压称为系统（网络）的额定电压UN （线电压），常包括3，6，10，35，110，220，330，500，750，1000kV 。

（需要记住）即：网络的额定电压等于用户设备的额定电压，也等于母线的额定电压，也等于线路的额定电压，也就是我们通常所说的额定电压。

1、额定电压—发电机与变压器为了调整网络的实际电压，发电机通常运行在比网络额定电压高5％的状态下，所以发电机的额定电压规定比网络额定电压高5％。

根据功率的流向规定：接受功率的一侧为一次绕组，输出功率的一侧为二次绕组。

故：对于双绕组升压变压器，低压绕组为一次绕组，高压绕组为二次绕组；对于双绕组降压变压器，高压绕组为一次绕组，低压绕组为二次绕组。

1）变压器变压器的一次绕组相当于用电设备，故其额定电压等于网络的额定电压。

注意：当直接与发电机连接时应与发电机的额定电压相一致，因而就等于发电机的额定电压。

变压器的二次绕组相当于供电设备，再考虑到变压器内部绕组的等值阻抗所引起的电压损耗，故：a ）当变压器的短路电压小于7％或直接与用户连接时，则二次绕组额定电压比网络的高5％。

b ）当变压器的短路电压大于等于7％时，则二次绕组额定电压比网络的高10％。

2、线路、受电设备额定电压的确定：线路的额定电压规定与受电设备的额定电压相同，这样所有接在线路上的受电设备都可在额定电压附近运行。

受电设备的允许电压偏移为±5%，沿线路的电压损耗为10%，即线路首端的电压为额定电压的1.05倍，末端电压就不会低于额定电压的0.95倍，各受电设备就能在允许电压范围内运行。

3、额定电压计算（略）4、各级电压电力网的适用范围因三相功率S 与U 、I 之间的关系为S=IU3即输送功率一定时，输电电压愈高，电流愈小，可采用较小截面的导线。

但电压愈高对绝缘的要求愈高，电气设备的绝缘投资就愈大。

三、电能质量标准的五项指标频率、电压、波形、电压波动和闪变、三相电压不平衡度。

说明：电能质量不完全取决于电力生产部门，有的质量指标如谐波、电压波动和闪变、三相电压不平衡度等往往是由于用户干扰所决定的。

1、电压质量《电力系统电压和无功电力技术导则》（施行）中规定了电压允许偏差值。

（1）用户受电端的电压允许偏差值1）35kV及以上供电和对电压质量有特殊要求的用户电压偏移为±5%。

2）10kV及以下高压供电和低压用户为±7%。

3）低压照明用户为±5%~－10%。

（2）发电厂和变电所的母线电压允许偏差值（略）电压闪变的指标是建立在电压波动基础之上的，即是对一段时间的电压波动信号进行数学处理得出的。

电压闪变是电能质量的一个重要指标,随着功率波动性负荷的大量使用,电压闪变造成的危害程度越来越严重。

电压在系统电网中作快速、短时的变化叫电压波动，变化更为剧烈的电压波动称为电压闪变。

电压波动允许值：额定电压/kV 电压波动允许值/%10及以下 2.535~110 2220及以上 1.62、波形质量波形畸变率衡量是指各次谐波有效值的平方和的方根与基波的有效值的百分比。

波形畸变原因：1）系统中存在非线性阻抗特性的供用电设备产生谐波源。

如变频调速装置、感应炉、电抗器、变压器以及电视机、微波炉等。

2）目前最主要的谐波源来自容量不断增大的大型的晶闸管整流装置和大型电弧炉的运行。

抑制高次谐波或电压的主要措施：限制接入系统的变流设备及交流调压设备的容量，提高供电电压或单独供电。

技术上采取方法：1）增加整流器的相数，对整流变压器采用Y,d或D，y接线，装设分流的无源滤波器，消除或吸收高次谐波，避免高次谐波电流流入到电力系统中。

2）对大型的非线性设备，装设静止无功补偿装置（SVC），以吸收其产生的无功功率。

3）国内外在研制有源交流滤波装置（即谐波抵消装置）四、供电可靠性1、用户停电的时间和次数2、利用年供电可靠率考核3、性质不同用电负荷要求不同供电可靠率是指供电企业某一统计期内对用户停电的时间和次数，直接反映供电企业的持续供电能力。

供电可靠率反映了电力工业对国民经济电能需求的满足程度，已经成为衡量一个国家经济发达程度的标准之一；供电可靠性可以用如下一系列年指标加以衡量：供电可靠率、用户平均停电时间、用户平均停电次数、用户平均故障停电次数等。

国家规定的城市供电可靠率是99．96/100。

即用户年平均停电时间不超过3.5小时；供电可靠率：我国供电可靠率目前一般城市地区达到了3个9（即99.9%）以上，用户年平均停电时间不超过9小时；重要城市中心地区达到了4个9（即99.99%）以上，用户年平均停电时间不超过53分钟。

计算公式供电可靠率（%）=8760（年供电小时）-年停电小时/8760最后乘以100%五、电力系统的接线方式1、各种接线方式及特点电力系统的接线包括发电厂、变电所的主接线和电力网络的接线。

电力网的接线通常按可靠性分为无备用和有备用。

1）无备用接线——每一个负荷只能靠一条线路取得电能。

优点是设备费用小，缺点是可靠性差。

无备用接线主要有以下三种方式：（略）（1）放射式（2）干线式（3）树状网络2）有备用接线——负荷可以从两条及以上线路取得电能。

优点是可靠性高，缺点是设备费用高，且运行调度复杂。

主要有以下三种方式：（1）双回线（2）环网（3）两端供电举例说明电力系统接线方式在实际中应用：（略）六、电力系统负荷1、负荷的组成电力系统负荷（综合用电负荷）：系统中所有电力用户的用电设备所消耗的电功率总和。

主要用电设备：异步机、同步机、电热装置、整流装置、照明设备等。

电力系统的供电负荷：电力系统的综合用电负荷加上电力网的功率损耗。

电力系统的发电负荷：电力系统的供电负荷再加上发电厂厂用电消耗的功率。

2、电力负荷组成电力负荷、用电负荷、线路损失负荷、供电负荷3、电力系统负荷的分类及特点负荷发生时间不同、物理性能、用途、供电可靠性、用电特性供电可靠性分：1）一级负荷：突然停电将造成人身伤亡或引起对周围环境的严重污染，造成经济上的巨大损失，如重要的大型设备损坏，重要产品或重要原料生产的产品大量报废，连续生产过程被打乱，需要很长时间才能恢复生产；以及突然停电会造成社会秩序严重混乱或在政治上造成重大不良影响，如重要交通和通信枢纽、国际社交场所等的用电负荷。

2）二级负荷：突然停电将在经济上造成较大损失，如生产的主要设备损坏，产品大量报废或减产，连续生产过程需较长时间才能恢复；以及突然停电会造成社会秩序混乱或在政治上造成较大影响，如交通和通信枢纽、城市主要水源，广播电视、商贸中心等的用电负荷。

3）三级负荷：不属于一级和二级负荷者。

对以上电源的要求：一级负荷两个独立电源、二级负荷双回路供电、三级负荷无特殊要求。