多电压级电力系统
电力系统的电压等级
电力系统的电压等级
目前我国常用的电压等级：220V、380V、6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV，1000KV。
电力系统一般是由发电厂、输电线路、变电所、配电线路及用电设备构成。
通常将35kV 及35kV以上的电压线路称为送电线路。
330KV-500KV称为超高压，500KV以上称为特高压。
10kV及其以下的电压线路称为配电线路。
将额定1kV以上电压称为“高电压”，额定电压在1kV以下电压称为“低电压”。
我国规定安全电压为36V、24V、12V三种。
我国最高交流电压等级是1000KV（长治---荆门线），于2008年12月30日投入运行。
在建输电线路（向家坝-上海，锦屏-苏南特高压直流800kV），其下有500、330、220、110、（60）、35、10KV，380/220V，其中60kV是由于历史原因遗留下来的，目前仅在我国东北地区存在；
我国最高直流电压等级为±500KV（葛洲坝---上海南桥线、天生桥---广州线、贵州---广东线、三峡---广东线），另有±50KV（上海---嵊泗群岛线），±100KV（宁波---舟山线），南方电网公司已建成±800KV特高压直流输电线——云广特高压直流输电线路，国家电网公司已建成两条±800kV特高压直流线路，分别为向家坝-上海±800kV特高压直流线路及锦屏-苏南±800kV特高压直流线路。
1。
电力系统电压等级
电力系统电压等级的发展过程及发展趋势输电电压一般分为高压、超高压和特高压 高压(HV HV--High Voltage )：35kV ～200 kV超高压(EHV EHV--Extra High Voltage )：330 kV ～750 kV 特高压(UHV UHV--Ultra High Voltage )：1 000 kV 及以上配电网电压一般为35kV 以下低压(LV LV--Low Voltage )：0.4 kV 及以下 中压(MV MV--Medium Voltage )：3 kV ～35 kV对于直流输电高压直流(HVDC HVDC--High Voltage Direct Current )：330 kV ～750 kV 特高压直流(UHVDC UHVDC--Ultra High Voltage Direct Current ):1 000 kV 及以上中国国家标准中国国家标准《《额定电压额定电压》》（GB I56GB I56--1980）规定的电压等级为：3，6，10，35，63，110，220，330，500，750 kV （待定）。
根据相邻级差不宜太小的原则，可以认为上述电压等级中的35kV 、63kV 和110kV 不宜在同一个地区性电网中并存；330kV 和500 kV 、500 kV 和750 kV 不宜在同一输电系统中并存。
中国电力系统中除西北地区采用330/（220）/110/（35）/10 kV 和东北地区采用500/220/63/10 kV ，其他地区都采用500 /220/110 /(35)/10 kV 系列。
其他国家的情况如下：美国、日本、加拿大、前苏联多采用500/220（275，230）/110 kV 系列，美国、加拿大、前苏联也有750（765）/330（345）/110（154）kV 系列；西欧和北欧国家采用400（380）/220/110（138）系列。
多电压级电力系统
多电压级电力系统引言多电压级电力系统是指电力系统中同时存在多个不同的电压级别的电力设备和设施的系统。
如今，随着电力需求的增加和电力传输技术的发展，越来越多的国家和地区开始采用多电压级电力系统来满足不同电力负载的需求。
本文将介绍多电压级电力系统的概念、优势以及应用领域。
概念多电压级电力系统是指在一个电力系统中，存在两个或多个不同电压级别的电力设备和设施。
这些电压级别通常是以输电线路的电压等级来衡量的。
在传统的电力系统中，往往只有一个固定的电压级别，例如220kV或110kV等。
而多电压级电力系统通过增加多个电压级别，可以更好地适应各种不同电力负载的需求。
优势多电压级电力系统有以下几个优势：负载的需求，选择合适的电压级别来满足需求。
这种灵活性可以提高电力系统的可调度性和可靠性。
2.能效性：不同电力负载的需求可能存在差异，某些负载可能需要较高的电压来传输电能，而某些负载只需要较低的电压。
通过使用多个电压级别，可以更好地匹配电力负载，提高电力传输和分配的能效性。
传输和分配中的能量损耗。
通过使用更接近负载需求的电压级别，可以减少输电损耗和变压器损耗，从而提高电力系统的经济性。
4.可扩展性：随着电力负载的增加，电力系统需要不断扩展。
多电压级电力系统具备较好的可扩展性，可以根据需要增加新的电压级别，适应系统的扩展需求。
应用领域多电压级电力系统可以应用于各种不同的领域，包括但不限于以下几个方面：电力传输网络多电压级电力系统可以应用于电力传输网络，包括长距离的高压输电线路和地区性的输电线路。
通过在电力传输网络中增加多个电压级别，可以更好地适应不同地区的电力需求，提高电力系统的可靠性和经济性。
发电厂多电压级电力系统可以应用于发电厂，包括火电厂、水电厂和风电厂等。
通过在发电厂中使用多个电压级别的设备，可以更好地匹配不同的发电机、变压器和输电线路，提高发电系统的效率和可靠性。
工业领域多电压级电力系统可以应用于各种工业领域，包括制造业、石化行业和交通运输等。
电力系统对各种电压等级线路保护的配置要求
电力系统对各种电压等级线路保护的配置要求一、220kV及以上电压等级的线路保护配置要求1、220kV及以上电压等级线路保护应按双重化配置。
2、对于220kV及以上电力系统的线路继电保护，一般采用近后备保护方式，即当故障元件的一套继电保护装置拒动时，由相互独立的另一套继电保护装置动作切除故障；而当断路器拒动时，起动断路器失灵保护，断开与故障元件所接入母线相连的所有其他连接电源的断路器。
有条件时可采用远后备保护方式，即故障元件所对应的继电保护装置或断路器拒绝动作时，由电源侧最邻近故障元件的上一级继电保护装置动作切除故障。
3、对于220kV及以上电力系统的母线，母线差动保护是其主保护，变压器或线路后备保护是其后备保护。
如果没有母线差动保护，则必须由对母线故障有灵敏度的变压器后备保护或/及线路后备保护充任母线的主保护及后备保护。
4、每套保护除具有全线速断的纵联保护功能外，还至少具有三段式相间、接地距离保护，反时限或定时限零序方向过流保护的后备保护功能。
5、配置综合重合闸。
二、3~110kV电压等级的线路保护配置要求1、一般采用远后备原则，即在临近故障点的断路器处装设的继电保护或断路器本身拒动时，能由电源侧上一级断路器处的继电保护动作切除故障。
2、110kV及以下电网均采用三相重合闸。
3、110kV的重要线路配置纵联保护；4、66kV~110kV中性点接地系统线路应配置零序保护，由零序末段保证高电阻接地故障可靠切除。
5、66kV~110kV线路配置的距离保护应根据系统特点选择是否经振荡闭锁；6、35kV及以下线路距离保护一般不考虑系统振荡误动问题。
7、3~110kV可根据线路要求配置阶段式电流保护。
8、3~110kV平行双回线可根据要求配置横差保护。
三、我国电力系统中中性点接地系统种类及它们对继电保护的要求我国电力系统中性点接地方式有三种：(1)中性点直接接地系统；(2)中性点经消弧线圈接地系统；(3)中性点不接地系统；110kV及以上电网的中性点均采用第（1）种接地方式；在这种系统中，发生单相接地故障时接地短路电流很大，故称其为大接地电流系统。
电力系统多电压等级有名值归算为标幺值解析
多电压等级网络中参数和变量的归算为标幺值1.1 多电压等级转化为标幺值第一种方法1.1.1 步骤1、选定基准级，然后将其他电压等级按下面操作归算到基准级，此时，整个系统都处于同一电压等级，还是有名值。
2、选定基准电压、容量，将步骤1中归算的系统转化为标幺值。
1.1.2 归算到同一电压等级首先选定基准级，需要归算的参数：阻抗、导纳、电压、电流；（有功功率、无功功率，都不需要归算，归算前，归算后，两者都是一样的）2121221212()()11n n n n Z Z k k k U U k k k Y Y k k k I I k k k '=⨯⨯'=⨯⨯⎛⎫'= ⎪⨯⨯⎝⎭⎛⎫'= ⎪⨯⨯⎝⎭ 举例：如下，将右侧规定为基准级，将Z1（其他电压等级系统）归算到右边变为Z1’（基准级）。
原电力系统：归算到基准级后的电力系统：1Z '()2'Z Z k =k=k 需要归算侧电压等级系统的额定电压取值：基准级系统的额定电压1.1.3 转换为标幺值=有名值（欧、西、千伏、千安、兆伏安）标幺值基准值（与对应有名值的量刚相同）在基准值的规定中，一般只规定两个参数：S B （基准容量—总功率或某发、变额定功率）、 U B （基准级额定电压）。
之后衍生出三个基准参数：基准电流B I 、基准阻抗B Z 、基准导纳B Y 。
;B B B S I =B B B U Z =；1B BZ Y=此时，一共得到五个基准：B S 、B U 、B Z 、B I 、B Y 。
下面就是将具体系统的有名值转化为标幺值，如下所示。
*B R R Z =、*B X X Z =、*B P P S =、*B Q Q S =、*BSS S =；1.2 多电压等级转化为标幺值第二种方法总结第一种方法：（归算有名值）1、指定基本级，将其它级有名值归算到基本级2、指定一套基本级下的基准值3、用标幺值定义求取各个参数的标幺值 第二种方法：归算基准值1、 先选定某一电压等级的系统作为基准，在基准级下指定一套基准值（转化标幺值时用的基准）。
国内外电力系统电压等级的划分
输配电线路施工－ 电子教案
教学课题 教学目的 教学重难点 教学方法 教学过程 课程小结 课程作业
发展中的中国电网
输配电线路施工－ 电子教案
教学课题
1
教学目的 教学重难点
教学方法 课 程 小 结
教学过程
课程小结
课程作业
电压等级
电力线路分为交流线路和直流线路，其电压等级分属高压、超高压、特高压。
2中国电力发展战略
输配电线路施工－ 电子教案
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输配电线路施工－ 电子教案
教学课题 • 教学目的 教学重难点 教学方法 教学过程 课程小结 课程作业
1981年，第一条500千伏超高压输电线路投入运行，从河南平顶山姚孟火 电厂到湖北武昌凤凰山变电所，使中国成为世界上第8个拥有500千伏超高 压输电的国家。 1983年底，全部采用国产设备的东北董家到辽阳的 500千伏输变电工程调 试结束，其他地区也相继采用500kV级电压。 1989年，中国第一条±500千伏直流输电线路（葛洲坝－上海，1080公里 ）建成投入运行，实现华中电力系统与华东电力系统互联，形成中国第一 个跨大区的联合电力系统。 2002年底，国家电网公司拥有500kV线路28035km，330kV线路9612km。 500kV变电容量10070万kVA，330 kV变电容量1755万kVA。500KV超高压输 电线路已成为电网骨干网架，直流输电得到了更多应用. 2005年9月,西北电网建成750kV青海官亭-甘肃兰州线超高压输变电工程（ 140.7km），中国输电技术提高到了一个新的水平,目前中国正在建设 1000kV、±800kV特高压输电线路。
外国输电线路建设历程
电力系统电压等级汇总
国外高压直流输电线路
20世纪70年代，前苏联的耶基巴斯图兹到欧 洲中部的直流输电线路规模最大, 输送容量 为6 000MW , 输电电压为±750 kV ,线路长度 2 400 km。
前苏联设计过±750 kV 直流输电系统，先 后生产过能满足±750 kV 直流输电工程需 要的320 MVA 单相双绕组换流变压器多台， 但±750 kV直流输电工程没有建成运行过。
8
国外高压直流输电线路
1985年建成的巴西伊泰普直流工程，两回±600kV， 长806km，输送容量2× 3450MW，是国外目前运行 最高电压等级的直流输电线路。
9
国外高压直流输电线路
10
中国输电线路发展过程
1949年以前，中国电力工业发展缓慢，输电电压按具体工程 决定，电压等级繁多。
➢ 1897年上海裴伦路电厂以5条输电线路供路灯用电 ➢ 1900年形成第一个输配电网,电压25kV,全长18km ➢ 1908年，第一条22kV输电线路建成，从云南石龙坝水电站
➢ 根据相邻级差不宜太小的原则，可以认为上述电压等级中 的35kV、63kV和110kV不宜在同一个地区性电网中并存； 330kV和500 kV、500 kV和750 kV不宜在同一输电系统中并 存。中国电力系统中除西北地区采用330/（220）/110/ （35）/10 kV和东北地区采用500/220/63/10 kV，其他地 区都采用500 /220/110 /(35)/10 kV系列。
6
国外特高压交流输电线路
日本1000kV电力系统集中在东京电力公司，1988 年开始建设1000kV输变电工程，1999年建成两条 总长度430km的1000kV输电线路和1座1000kV变电 站，第一条是从北部日本海沿岸原子能发电厂到 南部东京地区的1000kV输电线路，称为南北线(长 度190km)；第二条是联接太平洋沿岸各发电厂的 1000kV输电线路，称为东西线(长度240km)。所有 的1000kV线路和变电站从建成后都一直降压为 500kV电压等级运行。该工程原本考虑配合太平洋 沿岸和东北地区原子能发电厂的建设拟升压至额 定电压1000kV运行，但是由于负荷增长停滞不前， 预计在2020年左右才能升压至1000kV运行。
我国电力系统额定电压等级
我国电力系统额定电压等级电网电压是有等级的，电网的额定电压等级是根据国民经济发展的需要、技术经济的合理性以及电气设备的制造水平等因素，经全面分析论证，由国家统一制定和颁布的。
我国最高交流电压等级是750KV（兰州---官亭线），其下有500、330、220、110、（60）、35、10KV，380/220V，国家电网公司正在实验1000KV特高压交流输电；我国最高直流电压等级为正负500KV（葛洲坝---上海南桥线、天生桥---广州线、贵州---广东线、三峡---广东线），另有正负50KV（上海---嵊泗群岛线），100KV（宁波---舟山线），南方电网公司将建设正负800KV特高压直流输电线。
目前我国常用的电压等级：220V、380V、6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV。
电力系统一般是由发电厂、输电线路、变电所、配电线路及用电设备构成。
通常将35kV及35kV以上的电压线路称为送电线路。
10kV及其以下的电压线路称为配电线路。
将额定1kV以上电压称为“高电压”，额定电压在1kV以下电压称为“低电压”。
我国规定安全电压为36V、24V、12V三种。
随着电力电子技术的广泛应用与发展，供电系统中增加了大量的非线性负载，特别是静止变流器，从低压小容量家用电器到高压大容量用的工业交直流变换装置，由于静止变流器是以开关方式工作的，会引起电网电流、电压波形发生畸变，引起电网的谐波“污染”。
另外，冲击性、波动性负荷，如电弧炉、大型轧钢机、电力机车等运行中不仅会产生大量的高次谐波，而且使得电压波动、闪变、三相不平衡日趋严重，这些对电网的不利影响不仅会导致供用电设备本身的安全性降低，而且会严重削弱和干扰电网的经济运行，造成对电网的“公害”，为此，国家技术监督局相继颁布了涉及电能质量五个方面的国家标准，即：供电电压允许偏差，供电电压允许波动和闪变，供电三相电压不允许平衡度，公用电网谐波，以及供电频率允许偏差等的指标限制。
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2.4多电压级电力系统
»电力系统由不同电压的电力网通过变压器联结而成，系统的各设备均处于不同的电压等级中。
在进行电力系统计算时必须建立全系统的等值电路。
有两种方法：
1、把所有的电流归算到指定的电压等级下
为了减少运算量，一般选元件较多的高压网作为基准级。
设乞，忍,…,心为某元件所在电压等级与基准级之间串联的n台变压器的变比。
可按下列各式将该电压级中元件的参数及电气量归算到基准级：
=
B( __________
kg…-S u，==ugk? •--心) z =z(--- 1———)**以上各式的变压器变比k取为:
指向基准级一侧的电压
= 被归算一侧的电压
2、标幺值表示
＞标幺值定义：
标幺值计算的关键在于基准值的选取，遵循两个原则：
♦首先各基准值必须应满足各有名物理量之间的各种关系
这样就可以保证标幺值表示的电路公式中各量之间的关系保持不变。
在实际系统的计算中，一般先选定S B和4,其它的基准值可按电路公式求出：
♦其次，基准值的选取应尽可能使标幺值直观，易于理解。
注意：嗣如目幽銅越舷區連蜩翊豳U岛艇初越舷凰
2.5简单电力系统的运行分析
»电力系统正常运行情况下，运行、管理和调度人员需要知道在给定运行方式下各母线的电压是否满足要求，系统中的功率分布是否合理，元件是否过载，系统有功、无功损耗各是多少等等情况。
为了了解上述运行情况所做的计算，称为系统的
»视在功率、有功功率、无功功率及复功率的概念
,为此引入
u = y[2U COS
（COt + 久）
i = V2Z cos（N +（p i）
=u i = V2t/ cos（E + 久）x V2/ cos（曲+
© ）=Ul cos（0“ —©）+ ui cos（2奴 +（p u +
©）=UI cos 0 +1// cos（2d/ +（p u +（p.y
用来表述有功、
无功和视在功率
三者之间关系的
二
呼=UI厶入一®
=VI cos cp + jUI sin
（p
了的概念，其定义为：
瞬时功率P为^
I 指的是瞬时功率p在一个周期内的平均值：
=P + ^Q
■电力网的电压降和功率损耗
不考虑线路的并联支路时的等值电路：
力1 =力2+" U
dU =/2(/? +jX)
S
’(1 U =<2(K + jX)
■
u2U2
_P2R0X、jP^x-Q*
SU
电压降落的纵分量电压降落的横分量
考虑线路的并联支路时的等值电路:
■电力网的电压降和功率损耗
R +jx s
.B・B
AS
2
设型为串联支路三相功率损耗，则有：AS Z=3I2(R+ J X)设为线路末端并联支
u.
o ,2
RR + jX)
U 2
加+°2'2(冲
可见输电线路并联支路消耗
的是容性无功，即发出感性无
功，与电压平方成正比，与负
荷无直接关系即使空载仍存
在这一功率也称为充电功率。
屁2•j B r
J2
(2-
46)
(2-
47)
同理有:
为:
■电力网的电压降和功率损耗
——考虑线路的并联支路时的等值电路
R+jX •,
$
A iyi = - yr !2
-
1
2
认J 卄堂空Z +产X-QJR
(2-48)
4
P2 + 山 2，=弓 + 屈 2 - 2； y
线路的功率损耗为:
线路的电压损耗为：
j y AS 》,i
2
B
(R + jxy-ju^-^ju
2B 2
~2。
S, £0^2" £ S- F
以末端电压的相位为参考零相位。
根据图2・13,设比的相位 为5 • I 的相位为一<!>,贝!
将上面三个关系式代入上述方程，按照方程两侧实部、虚部相等的原则，可以 求得下列的关系式：
P 一叫沁 - X
_ U 1(U [ cos3-1/?) U 2(U i -U ?) 0 = = =
在高压网中若R 《X 时，从图中可 以看出:I
・fi
考虑线路的并联支路时的等值电路
总结:
1、在高压网中一般R 《X,故电压降落主要由无功功率流过的电抗时产生的。
由式(2-46)
可以看出，即使输电线路不输送有功，同样会存在有功功率的损耗, 这意味着有能量损耗。
因此应就地平衡无功，避免长距离传送。
2、当输电线路轻载时，串联支路消耗的无功可能会小于并联支路的充电功率。
由式(2-51)可得这时电压损耗为负值。
也就是说出现线路始端电压低于末端电压 的情
况。
在超高压线路中，线路的充电功率比较大，输送功率的功率因数比较
高，输送的无功功率小，在严重情况下末端电压的升高会给电力系统带来危害。
因此，在超高压网中线路末端常接有并联电抗器，作用是吸收充电功率，避免 过电压。
当输电线路巧，LI?一定时，P2的大小由二者之间的功角
5>0, P 2>0,即有功从电压相量超前的端点流向电压相
4、由式(B)可以看出，输电线路上流过的Q2的大小由5, 6的幅
值所决定。
当 U 件U2时，Q 2>0,即无功功率从电压幅值高的一端流向电压幅值低的一
端。
3、由(A)式可以看出,
决定。
当5超前口时, 滞后的端点。
辐射形电力网的潮流计算
辐射形电力网：负荷只能从一个方向得到电源的电力网
输电线负荷
变电站
2.7无功功率平衡及无功功率与电压的关系
E—发电机电动势
P+jQ—发电机送到用户的功率
E • 由此可得: 7* L+jo 以U 为基准，其相位为0； /与U 的夹角为E 与U 的夹角为6 则上面的等式可写成: 即 从而可得: U + jX/(cos0 —jsiii0)= E(cosS +jsin5) 上面两式同时平方后相加，得 从而可以得到发电机送至负荷的无功功率Q 与电压U 的关系为:
系统的无功功率电源充足，才能满足较高电压水平下无功功率平衡 的需
要，系统就有较高的运行电压水平。
在电力系统中应力求做到额定 电压下的无功功率平衡，并根据实现额定电压下的无功功率平衡的要求, 装设必要的无功补偿设备。
电力系统中常用的无功功率电源比较如下：
无功功率电源
通过调节靠近负荷中心发电机的励磁电流来改变发电机 发出的无功功率。
低于其额定功率运行，发出更大无功 空载运行的大容量同步电动机，专门用来发无功功率的 补偿装
置。
有过激和欠激两种运行方式，分别发出感性 无功和容性无功。
具有良好的电压调节特性，但价格高、 运行维护复杂。
安
装在负荷中心附近的枢纽变电站
价格低，有功功率损耗小，运行维护简便，可分散安装 在用户
处，实现无功功率就地平衡。
缺点是电压的调节 效应差、只能
分批投切。
由可控电抗器和电容器并联组成。
兼顾了调相机和电容 器的优
点，克服了缺点。
特点 发电机
同期调相机 静止电容器 静止补偿器
2.8电力系统的电压调整
以一简单电力系统说明电压调整的几种手段
u = (U G k Y -AU)/k2
由上式可见，为调
整用户端电压埔如
下措施:
＞改变发电机端电压
人
A改变变压器的变比匕，k2
-k'-PR
曙QXf g
2.9电力系统的有功功率和频率调整
系统频率的变化原因：由于作用在发电机转轴上的转矩不平衡引起。
机械转矩大于电磁转矩，则频率升高；反之频率下降。
为了保证频率偏移不超过允许值,需要在系统中负荷变化或
由于其它原因造成电磁转矩变化时,及时调整原动机的机械功率,尽量使发电机转轴上的功率平衡。
系统发电机的装机容量，不仅应满足最大负荷、网络损耗及发电厂厂用电的需要，还必须考虑一定数量的备用容量
系统中有功功率电源备用容量的分类:
1 •负荷备用
2•事故备用
3•检修备用
冷备用4■国民经济备用
电力系统的频率调整
＞由调速器自动调整负荷变化引起的频率偏
移为频率的一次调整。
A通过发电机组调速器的转速整定元件（也称为调频器）实现频率的二次调整。