电力系统基本知识

电力系统基本知识一、电力系统与电力网1、电力系统由发电厂的发电部分、输配电线路、变配电所，以及用户的各种用电设备所组成的整体，称为电力系统，简称系统。

现代化电力系统规模一般较大，通常把许多不在一地的发电厂并列起来，连成较大的电力系统，可以充分发挥系统运行的稳定性和安全性，提高发、供电的经济效益。

大型电力系统在技术、经济上具有以下优点：1）提高供电可靠性；2）减少系统备用容量；3）便于发展大型机组及利用大型动力资源，特别是充分发挥水力发电厂电能生产成本低的优越性；4）通过合理分配负荷可以降低系统的高峰负荷，提高运行经济性；5）提高供电质量。

2、电力网不同电压等级的电力线路和变配电所组成的网络叫电力网，简称电网。

电网是电力系统的重要组成部分，担负着输电、变电与配电（统称供电）的任务。

电力网按其在电力系统中的作用不同，分为输电网和配电网。

1）输电网输电网是以高电压甚至超高电压将发电厂、变电所或变电所之间连接起来的送电网络，是电力网中的主网架。

输电网的电压一般在35kV及以上，330kV及以上称为超高压输电线路。

2）配电网直接将电能送到用户去的网络，称为配电网。

配电网的电压根据用户负荷情况和供电要求而定。

（1）高压配电网一般指 35kV、110kV及以上电压。

（2）中压配电网一般指20kV、10kV、6kV、3kV 电压。

（3）低压配电网低压配电网通常又称为二次配电网，一般指220V、400V电压。

二、电力系统的运行特点1、电能的生产和使用同时完成电能的生产、输送和使用处于一种动态的平衡状态，若供用电出现不平衡，系统运行的稳定性就会被破坏。

2、过渡过程迅速电能以电磁波形式传播，有极高的传输速度，电力系统中的过渡过程非常迅速。

3、地区性突出我国地域辽阔，自然资源分布很广，使电能结构有很强的地域特点。

4、与国民经济关系密切电能为国民经济各部门提供动力，也是人们物质文化生活现代化的基础。

三、电力系统的运行要求电力系统的基本任务是为国民经济和人民生活提供充足、可靠、经济且质量好的电能，这是对电力系统运行的最基本要求。

1、保证供电的可靠性保证供电的可靠性是对电力系统最基本的要求。

不同的用户对供电可靠性的要求也不一样。

根据用户负荷性质和中断供电在经济、政治上所造成的损失和影响程度，用户负荷分为三类。

1）一类负荷指突然中断供电，将会造成火灾、爆炸、中毒而导致人身伤亡或重大设备损坏，使国民经济中重点企业的连续生产被打乱而需要长时间才能恢复；中断供电影响到重大政治、经济意义的用电单位的正常工作，如重要的铁路枢纽，重要的通信枢纽，重要宾馆及经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等，这些用电单位的重要电力负荷属于一类负荷。

在一类用电负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，称为特别重要的负荷。

一类负荷应由两个独立的电源供电，特别重要的一类负荷，两个独立电源应来自不同的地点，保证发生故障时两个独立电源互不受影响。

2）二类负荷指突然中断供电将在政治、经济上造成较大损失，如主要设备的损坏，大量产品报废，连续生产过程被打乱而需要较长时间才能恢复，重点企业大量减产等；中断供电将影响重要单位的正常工作，如在企业中占比例最大的化工厂连续性生产的大部分负荷，以及大型影剧院、大型商场等大量人员集中的重要的公共场所等，这些单位的负荷都属于二类负荷。

二类负荷的供电系统，应尽量做到发生故障时不致中断供电，或中断供电后能迅速恢复，应由双回路供电，且应尽可能引自不同的变压器和母线段。

3）三类负荷指突然中断供电后影响不大，以及所有不属于一类负荷和二类负荷的其他用电负荷。

三类负荷对供电的连续性没有特殊要求，可由单回路供电。

当系统发生故障时，如出现电力不足，应首先考虑切除三类负荷，以保证一、二类负荷的供电。

2、保证供电有良好的质量电力系统只有保证供电有良好的质量才能保证产品质量，才能保证设备和人身的安全。

供电质量的指标以电压、频率和波形来衡量。

3、保证运行的经济性电力系统运行中应考虑经济性，使运行费用下降，如降低煤耗，减少厂用电的用电量，减少线损等。

四、电力系统的电压等级1、划分交流电高、低压的标准1）以250V作为划分标准设备对地电压大于250V的称为高压；设备对地电压在250Ⅴ及以下者称为低压。

2）以1kV作为划分标准电压超过1KV称为高压；电压为1kV及以下者称为低压。

2、超高压和安全电压的规定1）超高压规定330KV及以上的电压为超高压。

2）安全电压我国安全电压等级为42V、36Ⅴ、24V、12Ⅴ、6V。

一般情况下，人体的电阻可按1000Ω～2000Ω计，保守可按800Ω计。

实验证明人体允许通过的工频电流极限为50mA。

依据欧姆定律：U=IR=0.05x800=40（V）得知人体所允许承受的最大工频电压极限为40V。

3、电力系统的额定电压等级电力系统的额定电压等级由国家制定颁布，中国标准额定电压如下表所示。

电气设备在额定电压下运行时，其技术经济性能最好，也安全可靠。

由于有了统一的额定电压标准，电力工业、电工制造业等行业才能实现生产标准化、系列化和统一化。

1）用电设备的额定电压和电网的额定电压一致由输电线路和变压器等元件上产生的电压损失造成各点实际电压偏离额定值，一般取线路的平均电压为用电设备的额定电压。

国家规定在用户处的电压偏移不得超过±5%，这样线路正常运行时，电压偏移不会超过10%，即线路首端电压不超过额定电压的+5%，末端电压不低于额定电压的-5%，就能满足用电设备安全、经济运行的要求。

2）发电机的额定电压发电机在电网首端，其额定电压比同级电网额定电压高5%，用于补偿电网上的电压损失。

3、变压器的额定电压变压器的额定电压分为一次绕组额定电压和二次绕组额定电压。

（1）一次绕组额定电压当变压器接于电网首端与发电机引出端相连时，其一次绕组的额定电压应与发电机额定电压相同；当变压器接于电网末端时，其性质等同于电网的一个负荷，一般为降压变压器，其一次绕组的额定电压应与同级电网的额定电压一致。

（2）二次绕组额定电压变压器二次绕组额定电压是绕组的空载电压，当变压器为额定负载时，绕组阻抗所造成的电压损失约为5%。

变压器二次侧向负荷供电，相当于电源的作用，其额定电压应比同级电网额定电压高5%。

考虑这两个因素，二次绕组额定电压应比同级电网额定电压高10%。

但当二次输电距离较短，或变压器本身绕组阻抗较小时，二次绕组的额定电压也可以只比同级电网电压高5%。

五、电力系统的供电质量供电质量是指电能质量与供电可靠性。

供电质量不合格，会使用电设备的性能恶化，如设备运行效率和功率因数下降，电能损耗增加，使用寿命缩短；会使自动装置或电子设备工作失常；会使生产机械效率下降，生产的产品质量不合格。

严重时会使产品大量报废，甚至危及设备或人身安全。

1、电能质量指标电力系统电能质量的指标是电压、波形和频率。

1）电压质量电压质量对电网的稳定运行，降低线路损耗，保证生产的安全与正常进行，提高产品质量，降低单耗等有着直接影响。

电压质量既有数值上的要求，也有波形与对称性方面的要求。

电力系统理想的电压应该是幅值始终为额定值的三相对称正弦波电压，波形中所含任一高次谐波的瞬时值不应超过同相基波电压瞬时值的1.5%～5%。

此外，三相之间还要求互相对称，否则便会含负序与零序分量。

但由于电力系统中存在阻抗及用电负荷的变化、用电负荷的不同性质和不同的特点，造成了实际电压在幅值、波形和对称性上与理想电压之间的偏差。

电压的质量是按照国家制定的标准或规范，通过对电压的偏移、波动和波形的质量指标评估得出的。

（1）电压偏移电压偏移是指电网实际电压与额定电压之差，也称电压损失。

①电压偏移的规定电压偏移通常用其是额定电压的百分之多少表示。

中国标准规定，用户受电端的电压变动幅度应不超过额定电压的百分数是：a、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%；b、10kV及以下高压供电和低压电力用户电压偏移为±7%；c、低压照明用户电压偏移为+5%～-10%。

②电压偏移的影响电压偏移对运行中的用电设备会造成不良的影响。

以电动机为例，当电压降低时，电磁转矩随电压的平方成比例下降。

例如电压降低20%，转矩会降低36%，电流会增加20%~35%，造成电动机转速降低而可能导致工厂废品产生，温度升高使电动机线圈过热，绝缘加速老化，甚至烧毁电机；当电压过高时，电动机铁芯会出现饱和，激磁电流增大，铁损增大，导致电动机过热，效率降低，运行性能变坏，甚至烧毁电动机。

③减少电压偏移的主要措施a、合理减少系统的阻抗，增大导线或电缆的截面；b、减少系统的变压级数，尽量保持系统三相负荷平衡；c、高压线深入负荷中心，多回路并联供电；d、采用有载或无载调压变压器，直接对电压进行调整；e、对功率因数低，带有冲击性负载的线路，采用无功功率补偿装置。

（2）电压波动电压波动是指电压在系统电网中做快速、短时的变化。

变化更为剧烈的电压波动称为电压闪变。

①电压波动的原因电压波动主要是由于用户负荷的剧烈变化所引起的。

由于电力系统中冲击性负荷的作用，如大型电动机的启停、电弧炉熔化期的工作短路等，都使电网在某一时期内电压急剧变化而偏离额定值，从而引起电压波动。

②电压波动的规定电压波动程度用电压在变化中相继出现的最大值和最小值之差是额定电压的百分之多少表示。

中国标准规定，电压波动允许值为：a、10kV及以下电压波动允许值2.5%；b、35～110kV电压波动允许值2%；c、220kV及以上电压允许波动值1.6%。

③抑制或减少电压波动的主要措施a、采用合理的结线方式；b、对负荷变化剧烈的大型设备，采用专用线或专用变压器供电；c、提高供电电压等级，减少电压损失。

d、增大供电系统容量，减少系统阻抗；e、电压波动严重时减少甚至切除引起电压波动的负荷；f、采用静止无功功率补偿装置进行补偿，以减少无功功率冲击引起的电压闪变。

2）波形质量理想的电能应该是完美对称的正弦波。

一些因素会使波形偏离对称正弦，由此便产生了电能质量问题。

一方面我们研究存在哪些影响因素会导致电能质量问题，另一方面我们研究这些因素会导致哪些方面的问题。

（1）波形畸变率正弦交流电的波形一般以波形畸变率来衡量。

波形畸变率是指各次谐波有效值平方和的方根值与基波有效值的百分比。

（2）波形畸变的主要原因电力系统中存在大量非线性阻抗的供用电设备会产生谐波，如晶闸管整流装置、变频调速装置、电弧炉、电抗器、变压器等都是谐波源。

（3）谐波的危害谐波电气设备接入电网后，向电网注入谐波电流，在电气设备上产生谐波电压，引起设备损耗增加，造成局部过热，使电机机械振动增加，噪声增强；对电子元件及自动装置、测量元件产生干扰，引起工作失常；对电视和广播产生干扰，图像和通信质量下降。