电力基础知识

电力基础知识

第一章概论

一、动力系统、电力网、电力系统的划分

动力系统：习惯上，将有带动发电机转动的动力部分、发电机、升压变电所、输电线路、降压变电所和负荷等环节构成的整体成为动力系统。

电力网：由各类降压变电所、输电线里和生涯变电所组成的电能传输和分配的网络成为电力网。

电力系统：由发电机、电力网和负荷组成的统一体成为电力系统。

二、电厂的分类

火力发电厂：利用固体、液体、气体燃料的化学能来生产电能的的工厂。

水力发电厂：利用河流所蕴藏的水能资源来生产电能的工厂。可分为堤坝式和引水式电厂。

还有核电厂、风力发电、地热发电、潮汐发电、太阳能发电等。

三、电力网

电压等级的分类：3、6、10、35、63、110、220、330、500、750kV，均为三相交流系统的线电压。

由以上可知，当输送功率一定时，线路的电压越高，线路中通过的电流就越小，所用导线的截面就可以减小，用于导线的投资可以减少，而且线路中的功率损耗、电能损耗也就会相应降低。因此大容量、远距离输送电能要采用高压输电。

电压越高，要求线路的绝缘水平也就越高；线路杆塔投资增大，输电走廊加宽，变压器、电力设备等的投资也增加。

根据经验，电力系统输电额定电压等级中相邻的两个电压之比，在电压为110kV以下是一般为3倍左右，在110kV以上时宜在2倍左右。

四、电气设备的额定电压

理论上，用电设备的额定电压应和电网的额定电压相一致。实际上，由于输送电能时在线路和变压器等元件上产生的电压损失，会使线路上各处的电压不相等，使各点的实际电压偏离额定电压。即线路首端的电压将高出额定电压5%，线路末端的电压会低于额定电压5%。

发电机的额定电压：因为发电机总是接在线路的首端，因此它的额定电压应比电网的额定电压高5%，用于补偿电网上的电压损失。

变压器的额定电压：在电力系统中，变压器具有发电机和用电设备的双重性。因此规定：变压器一次绕组的额定电压等于电网的额定电压；若变压器一次绕组直接与发电机出线端相连是，其一次绕组的额定电压应与发电机的额定电压相同；变压器二次绕组的额定电压是指变压器空载运行是的电压。因此规定，二次绕组的额定电压应比同级电网的额定电压高10%。当变压器的二次侧输电距离较短或者变压器阻抗较小是，则变压器的二次绕组的额定电压可比同级电网的额定电压高5%。

五、电力网的类型

根据电压的高低和供电范围的大小，电力网可分为地方电网、区域电网和超高压电力网。

地方电网：电压等级一般在35~110kV，输电距离在50km以内的中压电网；是一般城区、农村、工矿区的配电网络。也就配电网。

区域电网：电压等级一般在110~220kV，输电距离在50~300km的电力网；用来将较大范围内的发电厂联系起来，通过较长的高压输电线路想较大范围内的用户输送电能。

超高压电力网：电压等级一般在330~750kV，输电距离在300~1000km的电力网；用来将地处远方的大型发电厂生产的电能送往电力负荷中心，同时可以将几个区域电力网联接成跨省区的大电力系统。

变电所根据其在电力系统中的作用和地位分为枢纽变电所、中间变电所和终端变电所。

六、电力系统

1、合理利用资源，提高系统运行的经济效益；

2、可以减少总负荷的峰值，充分利用系统的装机容量，减小备用容量；

3、大大提高供电的可靠性和电能的质量；

4、采用高效率的大容量发电机组。

1）电力系统运行特点：

1、电能的生产和使用同时完成；即发电厂负荷的大小决定于同一时刻与发电厂

想联的用户所需的负荷数值。

2、正常输电过程和故障过程非常迅速；

3、具有较强的地区性特点；

4、与国民经济各部门关系密切；

2）对电力系统运行的基本要求

1、保证供电的安全可靠性；分为一、二、三类用户。

2、保证电能的良好质量；三要素：频率、波形、电压。

3、保证电力系统运行的稳定性；

4、保证运行人员和电气设备工作的安全；

5、保证电力系统运行的经济性；

第二章电力系统的负荷

电力系统的负荷分为有功负荷和无功负荷。

视在功率的计算公式：

一、谐波

谐波的含量是衡量电能质量的重要指标之一。

如果与发电机相连的设备负荷具有非线性特性，则电压和电流波形将发生畸变而出现谐波分量；

变压器的三角形接法绕组，为3次谐波电流提供了环流通路，可避免3次谐波电流向电网注入，但5次和7次谐波仍会注入电网，只是在正常运行是，它只占额定电流很小的比分数。

谐波源：1、含电弧和铁磁非线性设备的谐波源，如电炉弧、电弧电流、接触焊设备等非线性负荷；2、整流和换流电子器件形成的谐波源，如晶闸管、交流单相整流供电的机车等。

谐波的危害：

1、可使旋转电机附加损耗增加、出力降低，绝缘老化加速。

2、谐波电流流入变压器时，将因集肤效应和邻近效应，在变压器绕组中引起附加铜耗。

3、谐波电压作用在对频敏感的电容元件上，如电容和电缆等，会使之严重过电流、导致发热，介质老化，甚至损坏。

4、高次谐波电流流过串联电抗器时，会在电抗器上形成过高的压降，使电抗器的匝间绝缘受损。

5、谐波电流流过输电线时，输电线的电阻会因集肤效应而增大，加大了线路的损耗。

6、谐波电压和电流将对电工仪表的测量正确度产生影响。

7、供电线路中存在的高次谐波所产生的静电感应和电磁感应会对与之平行的通信线路产生声频干扰，影响到通信质量。

此外，谐波侵入会使电力系统的中继电保护误动作，影响到电力系统的安全运行，影响电子设备，使计算机出错等故障。

第三章电力系统主设备元件

一、电力变压器

电力变压器是电力系统中实现电能传输和分配的核心元件。

电力变压器分为升压变压器和降压变压器；按结构分为双绕组、三绕组、自耦变压器，一般220kV以上的均采用三绕组或三绕组自耦式变压器。

二、输电线路

电力线路分为架空线路和电缆线路。

1、架空线路

架空线路是由导线、避雷线(架空地线)、杆塔、绝缘子串和金具等部分组成；其中导线是用来传导电流，输送电能；避雷线用来将雷电流引入大地，对线路进行直击雷的保护；杆塔用来支撑导线和避雷线，并使导线与导线之间、导线与接地体之间保持必要的安全距离；绝缘子用来使导线与导线、导线与杆塔之间保持绝缘状态；金具是用来固定、悬挂、连接和保护架空线路各主要元件的金属期间的总成。

(1)导线与避雷线

导线一般用铜和铝材料来实现。铜是较理想的材料，但是用途广、产量有限；铝