电力系统基本知识
(完整版)电力系统知识介绍
原理图一、电力系统基本概念1、基本概念电能是一种十分重要的二次能源，它方便、经济地从蕴藏于自然界中的一次能源（煤炭、石油、天然气、太阳能、水力、风能等）转换而来，并且可以转换为其他能量供人们使用。
电能是由发电厂生产的，大容量发电厂往往建在燃料、水力资源丰富的地方，而用户往往远离发电厂需要建设较长的输电线路进行输电，建设升压和降压变电所进行变电，通过配电线路向各类用户供电。
电力系统-由发电、输电、变电、配电和用电连接成的统一整体。
是现代社会中最重要、最庞杂的系统工程之一电力网-由输电、变电、配电所组成的部分。
它包括升、降压变压器和各种电压的输电线路。
它的任务就是把远处发电厂生产的电能输送到负荷中心，同是还联系区域电力网行程跨省、跨地区的大电力系统，如我国的东北、华北、华中、华东、西北和南方电网等，就属于这种类型。
动力网-在电力系统的基础上，把发电厂的动力部分（如火力发电厂的锅炉、汽轮机和水力发电厂的水库、水轮机以及核动力发电厂的反应堆等）包含在内的系统2、电力系统组成由发电厂的发电机、升压及降压变电设备、电力网及电能用户（用电设备）组成的系统统称为电力系统。
（1）发电厂：生产电能。
（2）电力网：分为输电网和配电网。
输电网：以高压甚至超高压电将发电厂、变电所或变电所之间连接起来的输电网络，所以又称为电力网中的主网架。
配电网：直接将电能送到用户的网络。
它的作用是将电能分配给各类不同的用户，变换电压、传送电能。
电力网按电压等级分类：低压网：电压等级在1kV以下；中压网：1～35kV；高压网：高于35kV、低于330kV；超高压网：低于750kV；特高压网：1000kV及以上。
（3）用电设备：消耗电能。
二、大型电力系统的优点：1、提高供电可靠性；2、减少系统的备用容量；3、降低系统的高峰负荷；4、提高供电质量；5、便于利用大型动力资源三、电力生产的特点：1、同时性，电能不能大量存储，各环节组成的统一整体不可分割，过渡过程非常迅速，瞬间生产的电力必须等于瞬间取用的电力，所以电力生产的发电输电、配电到用户的每一环节都非常重要；2、集中性，电力生产是高度集中、统一的，无论多少发电厂、供电公司、电网必须统一调度、统一管理标准，统一管理办法；安全生产，组织纪律，职业品德都有严格的要求；3、适用性，电力行的的服务对象是全方位的，涉及到全社会所有人群，电能质量，电价水平与广大电力用户的利益密切相关。
电力系统基础知识
一）、发电 发电方式主要有：火力发电、水力发电、核能发电以及风力发电、太阳能 发电、潮汐和海洋能发电等。 二）、配电 由各种不同电压等级的输、配电线路组成，把发电厂输出的电能输送到最 终的用户。 三）、变电 1、升压变电站：一般设于发电厂内或电厂附近，将发电厂输出的电压升高， 由高压输电线路将电能输出，与电力系统相连。 2、降压变电站：一般位于负荷中心或网络中心，一方面连接电力系统各部分， 同时将电压降低，供给地区负荷用电。 3、开关站（开闭所）：仅连接电力系统中的各部分，可以进行输电线路的断 开和接入，而无变压器进行电压变换。 四）、用电 联接在电力系统各级电网上的一切用电部门，称为用户。按用户用电负荷 的重要性，将负荷可分为三级（一级、二级、三级负荷）。
电力系统基础知识
目录
一、电力系统的组成 二、电力系统的优越性及特点 三、电能的质量标准 四、电力系统的电压等级 五、电力系统的中性点接地方式 六、电力系统的一次、二次设备
一、电力系统的组成
电能从生产到供给用户使用， 一般要经过发电、输电、变电、 配电和用电几个环节。由发电 机、输配电线路、变配电所以 及各种用户用电设备连接起来 所构成的整体，称为电力系统。
三、电能的质量标准
电能的质量标准主要是电压、频率和波形三项
一）、电压 所有用电设备都必须按照其设计的 额定电压运行，一般仅允许有±5% 的变动范围。 二）、频率 我国的技术标准规定电力系统的额 定频率是50Hz。 对大型电力系统，频率的标准为 线路额定电压正常运行允许变化范围： 50Hz±0.2Hz 对中小型电力系统，频率的标准为 1. 35kv及以上±5%UN 50Hz±0.5Hz ◆频率取决于有功功率的平衡 2. 10kv及以下±7%UN 3.低压照明及农业用电(+5% ~ -10%)Ue ◆电压取决于无功功率的平衡
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❖ 火力发电：
▪ 燃料在锅炉中燃烧，水变成高温高压水蒸气推 动汽轮机旋转，带动发电机发电。
• 按水蒸气温度压力分：中低压发电厂，高压发电厂 ，超高压发电厂，亚临界压力发电厂，超临界压力 发电厂；超超临界压力发电厂
动力系统：电力系统加上各类型发电厂中的动力部分就是动力系统。
电网调度
应用服务器
数据采集和传输
RTU
RTU
RTU
发电
输电
变电
配电
用电
❖ 电力网：
❖ 按电压等级的高低、供电范围的大小的分 类
▪ 地方电力网：电压等级在35kV及以下，供电半 径在20~50km以内
▪ 区域电力网：电压等级在35kV以上（一般为 110kV~220kV），供电半径超过50km，联系 较多发电厂的网络
▪ 水能可储蓄和调节。 ▪ 发电不污染环境。 ▪ 建设投资大、工期长，受自然条件限制。
建设中的水电站
❖ 核电：
▪ 核反应堆中发生核反应发热，水烧成高温高压 水蒸气推动汽轮机，带动发电机发电。
• 按照反应堆形式分：
– 压水堆核电站 – 沸水堆核电站（现在发生事故的日本福岛第一核电站） – 重水堆核电站（如中国秦山III期核电站） – 快堆核电站 – 石墨气冷堆电站
▪ 远距离输电网：电压等级为330kV~500kV的网 络，其主要任务是把远处发电厂生产的电能输 送到负荷中心，同时还联系若干区域电力网形 成跨省、跨地区的大型电力系统
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、低于330kV； ➢ 超高压网：低于750kV； ➢ 特高压网：1000kV及以上。
电力系统基本知识
电力系统基本知识一、电力系统的基本知识1.1电力系统的基本概念1.1.1电力系统及电力网1.1.1.1电力系统的定义把发电、变电、电网、配电和用电等各种电器设备相连接在一起的整体，称作电力系统。
它包含发电厂的电气部分、降压变压器、升压变压器、输配电线路及各类用电设备等。
1.1.1.2电力网的定义、作用、分类1.定义：由相同电压等级的变电所和输配电线路形成的网络结构称作电力网。
2.作用:汇聚、传输、变换、分配电能。
3.分类：为了分析排序电力网可以分成地方电网、区域电网和远距离输电网。
地方电网电压较低（110kv以下)，运送功率较小，线路较短（100km以下），排序时可以搞较多精简；区域电网电压较低（110kv-330kv），运送功率很大，线路较长（100km-300km），排序时就可以搞一定精简；远距离输电网（电压在330kv及以上），运送线路少于300km，排序时无法精简。
按电压多寡，电力网可以分成扰动电网，（1kv及以下）、中压电网（3、6、10kv）、高压电网（35、60、110、220kv）、超高压电网（330kv、差值500、差值600、差值750）、特高压电网（差值800、1000kv）。
按接线方式，电力网分成一端电源可供电网、两端电源可供电网、多端电源可供电网。
1.1.2对电力系统的基本要求电能做为一种特定的商品，它的生厂、运送、分配和采用同时展开；生产与国民经济及人名生活关系密切；电力系统运行的过度过程非常短暂。
要求具有较高的自动化程度，需要继电保护、自动装置的投入，实施实时监控。
1．最大限度的满足用户的建议；2．安全、平衡、可信的供电；3．为电力用户提供更多优质的电能；4．满足系统运行的经济性。
电力系统运行的经济性应考虑合理分配各个发电厂的负荷、降低发电厂燃料消耗率、厂用电率、降低电力网的电能损耗和管理成本。
1.2电能质量的标准良好的电能质量可以使电气设备正常工作，并取得最佳的经济效果。
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L2
L3
L4
QS12
QF2
QS11
W
QS1 QF1
G2
单母线分段接线
• 特点：1）减少母线故 障或检修时的停电范 围。2）断路器检修期 间必须停止该回路的 供电。 应用范围：6~10kV配 电装置出线6回及以上 ；35kV出线数为4~8 回；110~220kV出线 数为3~4回。
L1
L2
L3
L4
一、电力系统基础知识
主要内容
1. 什么是电力系统 2. 电力负荷 3. 变电站介绍 4. 供电质量 5. 电力系统的接地方式
1 什么是电力系统？
• • • •
电力系统的发展史 电力系统描述 电力系统运行特点 电力系统接线方式
1.1 电力系统的发展史
电力系统发展图示：
1891年，德 1882年，法国， 国，奥斯 冯· 密勒， 德波列茨，世 卡· 界上第一个直 三相交流输 流电力系统； 电系统，近 代输电技术 的基础；
单选题
• 1、在分析用户的负荷率时，选一天24h中负荷最高的一个小 时的（ ）作为高峰负荷。 • A计算负荷，B最大负荷，C平均负荷。 • C • 2、突然中断供电时造成的损失不大或不会造成直接损失的负 荷是（ ）类负荷。 • A一类，B二类，C三类。 • C • 3、突然中断供电将会造成人身伤亡或会引起对周围环境严重 污染，造成经济上的巨大损失，造成社会秩序严重混乱或在 政治上产生严重影响的负荷，称为（ ） • A一类，B二类，C三类。 • A
• 1. 2. 3. 4.
影响负荷特性的主要因素 作息时间 生产工艺的影响(工业企业班制) 气候的影响 季节的影响
3 变电站介绍
• 变电站类别/规 模 • 一次系统与二次 系统 • 主控室
电力系统基础知识培训全
变压器差动保护装置
差动速断保护 比率差动保护 二次谐波制动的差动保护 CT断线报警及闭锁差动 非电量保护（本体重瓦、有载调压重瓦、
本体轻瓦、有载调压轻瓦、压力释放、 温度过高、温度升高、油位高、油位低）
变压器后备保护装置
二段式复合电压闭锁方向过流保护（限 时速断，过流）
三段式零序电压闭锁方向零序过流保护 间隙零序保护 零序过电压保护 过负荷告警 过负荷启动通风
变压器公共测控装置
电力系统基础知识 综合自动化系统 培训讲座
第一部分 电力系统基础知识
电力系统传输 示意图
电网调度
50.0Hz
50.2
49.8
发电
通讯服务器
用电
应用服务器
数据采集和传输
RTU
RTU
RTU
发电
输电
变电
配电
用电
发电领域的几个概念
发电厂类型：火(热)电、水电、风电、核 电……
发电机容量：3000KW－80万KW 发电机机端电压：6kV，10kV 同期的概念：同相位、同幅值、同频率 发电机指挥信号：主要用来让电气主控室跟汽
X SNP-2313
A1 A2
A3 A4
A5 A6
A7
4
接
口 CANL
电能量脉冲1
脉 电能量脉冲2 冲
口 脉冲公共端
X SNP-2313
E1 E2
X SNP-2313
E10 E11 E12
- 220V 工 作
+ 220V 电 源
事故信号 信
预告信号 号 出
信号公共端 口
控制电源
X SNP-2313
F1
1K F2
电力系统基础知识版
火力发电的优势是：早期建设成本低，发电 量稳定，一年四季均匀生产，所以在世界各国的 电力生产中都占主要地位，一般在70 %左右。 火力发电的缺点是：所用的煤、油、气等是不可 再生资源，虽然储量多，始终会枯竭，污染严重。
一方面是煤炭资源丰富，二一方面是其它资 源转换为油、气、化学能等成本高,我们国家火 电是以煤电为主，油、气、化学能等火电是限制 性的计划性发展。
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七、变电所
变电所是联接电力系统的中间环节，用以汇集电 源，升降电压和分配电力。
变电所的主接线 变电所的主接线是电气设备的主体，由其把发电 机、变压器、断路器、隔离开关等电气设备通过母 线、导线有机的连接起来，并配置各种互感器、避 雷器等保护测量电器，构成汇集和分配电能的系统。 变电所主接线的形式与变电所设备的选择、布置、 运行的可靠性和经济性以及继电保护的配置都有密 切的关系，它是变电所设计的重要环节。在拟定变 电所主接线方案时，应满足可靠、简单、安全、运 行灵活、经济合理、操作维护方 便和适应发展等基 本要求。
国家标准规定对电压波动的允许值为：
10KV及以下为2.50/0 35至110KV为20/0 220KV及以上为1.60/0
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（3）高次谐波：高次谐波的产生，是非线 性电气设备接到电网中投入运行，使电网电 压、电流波形发生不同程度畸变，偏离了正 弦波。高次谐波除电力系统自身背景谐波外， 主要是用户方面的大功率变流设备、电弧炉 等非线性用电设备所引起。高次谐波的存在 降导致供电系统能耗增大、电气设备绝缘老 化加快，并且干扰自动化装置和通信设施的
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按中断供电造成的损失程度分类
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
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烟囱
储煤场
输煤皮带 江河或水库
蒸汽管道 汽轮 发电机 升压站 机
锅炉 冷却水
冷凝器
第二节 发电厂的类型和变电所的类型
锅炉、汽轮机和发电机是火力发电厂的三大 核心设备。
火电厂生产系统包括：制粉系统 供气系统 给水系统 冷却系统
图1-2 火力发电厂生产过程示意图
第二节 发电厂的类型和变电所的类型
• 配电线路：分6-10KV厂内高压配电线路 和380/220V厂内低压配电线路。
• 车间变电所：6-10KV降到380/220V，给 用电设备供电。
第一节电力系统组成及特点
电力系统为什么要联网？
水 库
0.38/0.22kV
M
M
0.38/0.22kV
M
M
动力系统 电力系统
电力网
220kV
220kV
第一节 电力系统的组成及特点
见习一个电力 系统
厂水力发电
简 单 变电站 电 力 大型工厂 系 统
变电站
输电线
第一节电力系统组成及特点
小型电能用户
配电站
学校 住宅乡村
商店
小型配电站
发电厂
第一节电力系统组成及特点
电能的输送和分配
升压
主传输线 500 kV
三相
降压
电压分配 10 kV
降压 变电站
单相
第一节电力系统组成及特点
三大系统的联系与区别
电力系统：由发电厂、变电所、输配电线路及用户等所 组成的统一整体。
动力系统：电力系统+原动力部分（如水库、水轮机、 锅炉、核反应堆、汽轮机等）。
电力网：变电所、输电线路。
简 单 电 力 系 统
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电力系统基本知识
1、什么叫电力系统的稳定和振荡?
答：电力系统正常运行时，原动机供给发电机的功率总是等于发电机送给系统供负荷消耗的功率，当电力系统受到扰动，使上述功率平衡关系受到破坏时，电力系统应能自动地恢复到原来的运行状态，或者凭借控制设备的作用过度到新的功率平衡状态运行，即谓电力系统稳定。
这是电力系统维持稳定运行的能力，是电力系统同步稳定(简称稳定)研究的课题。
电力系统稳定分为静态稳定和暂态稳定。
静态稳定是指电力系统受到微小的扰动(如负载和电压较小的变化)后，能自动地恢复到原来运行状态的能力。
暂态稳定对应的是电网受到大扰动的情况。
系统的各点电压和电流均作往复摆动，系统的任何一点电流与电压之间的相位角都随功角&delta的变化而改变、频率下降等我们通常把这种现象叫电力系统振荡。
2、电力系统振荡和短路的区别是什么?
答：电力系统振荡和短路的主要区别是：
振荡时系统各点电压和电流值均作往复摆动，而短路时电流、电压值是突变的。
此外，振荡时电流、电压值的变化速度较慢，而短路时的电流、电压值突变量很大。
振荡时系统任何一点电流与电压之间的相位角随功角&delta的变化而改变;而短路时，电流与电压之间的相位是基本不变的。
振荡时无零序和负序分量，短路时有零序和负序分量。
3、电力系统振荡时，对继电保护装置有那些影响?那些保护装置不受影响?
答：电力系统振荡时，对继电保护装置的电流继电器、阻抗继电器有影响。
对电流继电器的影响。
当保护装置的时限大于1.5-2秒时，就可能躲过振荡不误动作。
对阻抗继电器的影响。
I&uarrU&darr保护动作，I&darrU&uarr 保护返回。
距离ⅠⅡ段采用振荡闭锁原理躲开系统振荡，以防止阻抗继电器误动作。
原理上不受振荡影响的的保护有相差动保护，和电流差动纵联保护，零序电流保护等。
4、我国电力系统中性点接地有几种方式?它们对继电保护的要求是什么?
答：我国电力系统中性点接地有三种方式：①中性点直接接地方式;②中性点经过消弧线圈接地方式;③中性点不接地方式。
110KV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，故称大接地电流系统。
在大接地系统中，发生单相接地故障的几率较高，可占短路故障的70%左右，因此要求其接地保护能灵敏、可靠、快速、有选择地切除短路接地故障，以免危及电气设备的安全。
3-35KV电网的中性点采用第②或第③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较小，故称小接地电流系统。
在小接地电流系统中发生单相接地故障时，并不破坏系统线电压的对称性，系统还可以继续运行1-2个小时，同时由绝缘监察装置发出无选择性信号，由值班人员采取措施加以消除。
5、小接地电流系统中，为什么采用中性点经消弧线圈接地?
答：中性点非直接接地系统发生单相接地故障时，接地点将通过接地线路对应电压等级电网的全部对地电容电流。
如果此电容电流相当大，就会在接地点产生间歇性电弧，引起过电压，从而使非故障相对地电压极大增加。
在电弧接地过电压的作用下，可能导致绝缘损坏，造成两点或多点的接地短路，使事故扩大。
为此，我国采取的措施是：当各级电压电网单相接地故障时，如果接地电容电流超过一定数值(35KV电网为10A、10KV电网为20A、3-6KV电网为30A)，就在中性点装设消弧线圈，其目的是利用消弧线圈的感性电流补偿接地故障时的容性电流，使接地故障电流减少，以至自动消弧，保证继续供电。
6、什么是消弧线圈的欠补偿、全补偿、过补偿?中性点经消弧线
圈接地系统为什么普遍采用过补偿运行方式?
答：中性点装设消弧线圈的目的是利用消弧线圈的感性电流补偿接地故障时的容性电流，使接地故障电流减少。
通常这种补偿有三种不同的运行方式，即欠补偿、全补偿和过补偿。
① 欠补偿：补偿后电感电流小于电容电流。
② 过补偿：补偿后电感电流大于电容电流。
③ 全补偿：补偿后电感电流等于电容电流。
中性点经消弧线圈接地系统采用全补偿时，无论不对称电压的大小如何，都将因发生串联共振而使消弧线圈感受到很高的电压。
因此，要避免全补偿运行方式的发生，而采用过补偿的方式或欠补偿的方式，但实际上一般都采用过补偿的运行方式，其主要原因如下：
① 欠补偿电网发生故障时，容易出现很高的过电压。
例如，当电网中因故障或其它原因而切除部分线路后，在欠补偿电网中就有可能形成全补偿的运行方式而造成串联共振，从而引起很高的中性点位移电压与过电压，在欠补偿电网中也会出现很大的中性点位移而危及绝缘。
只要采用欠补偿的运行方式，这一缺点是无法避免的。
② 欠补偿电网在正常运行时，如果三相不对称度较大，还有可能出现数值很大的铁磁共振过电压。
这种过电压是因欠补偿的消弧线圈(它的WL>1/3WC0)和线路电容3C0发生铁磁共振而引起。
如采用过补偿运行方式，就不会出现这种铁磁共振现象。
③ 电力系统往往是不断发展和扩大的，电网的对地电容亦将随之增大。
如果采用过补偿，原装的消弧线圈仍可以使用一段时间，至多由过补偿转变为欠补偿运行，但如果原来就采用欠补偿的运行方式，则系统一有发展就必须立即补偿容量。
④ 由于过补偿时流过接地点的是电感电流，熄弧后故障相电压恢复速度较慢，因而接地电弧不易重燃。
⑤ 采用过补偿时，系统频率的降低只能使过补偿度暂时增大，这在正常运行时毫无问题;反之，如果欠补偿，系统频率的降低使之接近于全补偿，从而引起中性点位移电压的增大。