電力系統的基本慨念

電力系統的基本慨念

講課人:詹樂貴

概論1.電力系統的組成

2.電力系統專業術語3.電力系統的額定電壓和額定頻率

4.對電力系統運行的基本要求

5.電力系統的接線方式6.小結7.習題

概論電能是現代社會中最重要，也是最方便的能源．電能具有許多優點：它可以方便地轉化為別種形式的能．如，機槭能、熱能、光能、化學能等．電能生產的種類很多，有熱能發電、水能發電、核能發電、風能發電以及其他（化學能、太陽能）發電形式。1.電力系統的組成(一)電力生產、傳輸、消費發電廠用以將熱能、核能、水能、太陽能、風能等轉換為電能電能經傳輸送到負荷終端再根據用戶的需要轉化為機械能、熱能、光能、化學能滿足人們的社會需求和生活需求便于傳輸，便于能量轉換電能清潔、衛生。電廠遠離城市，是一種環保型二次能源（二）變電站變電站是電能的集散地，是電壓變換、電能傳輸分配的中心。電能在變電站匯集、聯絡、分配、將電壓升高便于傳輸，將電壓降低便于使用。變電站的電壓等級：750kV、500kV、330kV、220kV、110kV、66kV、35kV、10kV、6kV通常有一次變和二次變之分，110kV及以上變電所稱一次變，35kV（66kV）變電所稱二次變。（三）變電站設備基本結構由一次設備（變壓變流設備、開關設備、導線）和二次設備（計量檢測保護控制設備）組成。一次設備主要包括：進出線、母線、變壓器、電抗器、隔離開關、斷路器、開關柜、避雷器、電壓電流互感器、電容補償裝置。二次設備主要包括：一次設備及輸電線路的繼電保護裝置、監測控制裝置，測量計量裝置等。變電站還應配備通訊調度設備。（四）戶內、戶外變電站戶內、戶外式變電站的區別通常是將高低壓配電裝置布置在戶內，還是布置在戶外。而變壓器一般都是放置在戶外（在城市中心區域，也有把變壓器布置在戶內的）。戶內式變電站占地面積小，結構緊湊，外貌美觀、設備防污穢能力強，但造價高，通常分布在城市周圍或市區內；戶外式變電站則完全相反。（五）輸電線路各電廠所發出的電能通過輸電線路與電網連接。通過變電站升（降）電壓，各電壓等級輸電線路所形成的電網把電能傳輸到各地的負荷中心強大的電網使電力供應更加安全可靠

發電廠把別種形式的能量轉換成電能,電能經過變壓器和不同電壓等級的輸電線路輸送并被分配給用戶、在通過各種用電設備轉換成適合用戶需要的別種能量.

這些生產、輸送、分配和消費電能的各種電氣設備連接在一起而組成的整體稱為電力系統.(如圖)

火電廠的汽輪機、鍋爐、供熱管道和熱用戶,水電廠的水輪機和水庫等屬于與電能生產相關的動力部分.

電力系統中輸送和分配電能的部分稱為電力網.

由于電工技術的發展,直流輸電作為一種補充的輸電方式得到了實際應用.在交流電力系統內或者在兩個交流電力系統之間嵌入直流輸電系統,便構成了現代交直流聯合系統.

直流輸電系統由換流設備、直流線路以及相關的附屬設備組成.(如圖)直流系統正極、負極接地對運行有很多危害：直流系統正極接地會造成保護誤動作，因為一般跳閘均接在負極電源上，若這些回路再發生接地或絕緣不良，就會引起保護誤動作。直流負極接地與直流正極接地相同，如回路中再有一點接地，就會有可能造成保護誤動。若兩點接地恰好將跳閘或合閘回路短路，還有可能燒壞繼電器觸頭。

2.電力系統專業術語

額定電壓（RatedVoltage）：維持設備正常工作的工作電壓，以有效值表示，單位：V（伏特）或kv（千伏）。額定電流（RatedCurrent）：設備在正常工作條件下所能承受的最大電流，以有效值表示，單位：A（安培）。額定頻率（RatedFrequency）：也叫工頻，交流電在單位時間內交變的周期數，單位：Hz（赫茲）。我國電網頻率為50Hz。額定容量（RatedCapacity）：在正常工作條件下，設備（系統）輸入、輸出電能的能力。一般來說，此值表示設備（系統）的輸入、輸出定值；單位可以是W（瓦特），也可以是VA（伏安），常用KW（千瓦）或KVA（千伏安）。線電壓（LineVoltage或PhasetoPhaseVoltage）：通常供電方式采用三相三線制、三相四線制、三相五線制，三相電主要用于工、農業中功率較大的電器設備。三相一般用L1、L2、L3表示，對于電機類產品則用U、V、W表示，零線（中性線）用N表示，接地線一般用PE表示，PE與N并非同一點。相電壓（PhasetpGroundVoltage）：線電壓是指相對相之間的電壓，相電壓相線對中性線之間的電壓。例如：380V/220V，前者是線電壓，后者是相電壓，兩者相差√3倍。工頻耐壓（ACWithstandVoltage）：設備、系統在額定頻率下所能承受而不損壞的電壓耐受強度。可分為干耐受和濕耐受，一般情況下，工頻耐受電壓的時間為1分鐘（60秒），由系統的操作過電壓決定。視在功率：指設備所能輸入、輸出的總功率，包括有功功率和無功功率，通常用“S”表示，單位：VA（伏安）或KVA（千伏安）。有功功率：視在功率中用來做功的分量，用“P”表示，單位：W（瓦）。無功功率：視在功率中用來建立電磁場的分量，用“Q”表示，單位：Var（乏）。功率因數：是指電力系統或設備的有功功率占視在功率的比率，用CosΦ表示，分滯后和超前兩種。一般的配電網絡均為滯后，而調相機及電容器為超前。無功補償：為了提高用電設備的效率，利用電容器對電網的功率因數進行修正的一種手段，無功補償有集中補償和分散補償兩種，多數采用集中補償，大型設備和特殊設備一般采用分散補償。系統接地方式：是指供電、配電系統的中性點接地方式。主要分為大電流接地和小電流接地方式，大電流接地方式是指中性點直接接地，小電流接地方式是指中性點不接地或經消弧線圈、電阻等元件接地。在我國，400V和110kV以上等級的電力系統絕大部分采用中性點直接接地方式，即大電流接地方式；6kV至60kV系統大部分采用中性點不直接接地或不接地方式，即小電流接地方式。供電可靠性：是指供電的可靠程度。計算公式為：供電可靠率=1-用戶全年停電時間/365×24，目前我國要求可靠率為99.99%，即全年停電時間不超過52分鐘；發達國家要求為99.999%，即全年停電時間不超過5分鐘。雷電沖擊耐壓（BIL）：設備、系統所能承受而不損壞的模擬雷電沖擊實驗電壓，用以衡量系統、設備對沖擊電壓的耐受強度。熱穩定電流：設備所能耐受的短路最大電流（（有效值），持續時間2~4秒。電流波形是對稱的，考核的是設備所能承受最大熱效應的能力，即在設備通過所規定的大電流時，不會造成設備各部件過熱、甚至燒毀；單位：KA動穩定電流：設備所能耐受的最大電流峰值，持續時間為幾個周波。電流波形是不對稱的，IEC及中國國家標準規定其值為熱穩定電流的2.5倍，考核的是設備所能承受最大電動力的能力，單位：KA。短時耐受電流：即為熱穩定電流；單位：KA。

3.電力系統的額定電壓和額定頻率

電氣設備都是按照指定的電壓和頻率來進行設計制造的,這個指定的電壓和頻率,稱為電氣設備的額定電壓和額定頻率.當電氣設備在此電壓和頻率下運行時,將具有最好的技術性能和經濟效果.

電力線路的額定電壓和系統的額定電壓相等,有時把它們稱為網絡的額定電壓.如220kV網絡等等.

變壓器在電力系統中傳輸功率的方向,我們規定變壓器接受功率一側的繞組為一次繞組,輸出功率一側的繞組為二次繞組.

一次繞組的作用相當于受電設備,其額定電壓與系統的額定電壓相等.

二次繞組的作用相當于供電設備,考慮其內部電壓損耗,額定電壓規定比系統的額定電壓高10%.(如圖)

電壓和頻率是電氣設備和制造的基本技術參數,也是衡量電能質量的兩個基本指標.我國采用的額定頻率為50Hz,正常運行時允許的偏移為士0.2%~士0.5%Hz.用戶供電電壓的允許偏移對于35kV及以上電壓級為額定值的士5%,10kV及以下電壓級為士7%.

頻率主要決定于系統中的有功功率平衡,系統發出的有功功率不足,頻率就偏低.電壓則主要取決于系統中的無功功率平衡,無功功率不足時,電壓就偏低.

對電力系統運行的基本要求:

(1)保證安全可靠的供電

(2)要有合乎要求的電能質量

(3)要有良好的經濟性

(4)盡可能減少對生態環境的有害影響

我國將負荷分為以下三級:

第一級,對這一級負荷中斷供電的后果是極為嚴重的.

第二級,對這一級負荷中斷供電將造成大量減產,使城市中大量居民的正常活動受到影響等.

第三級,不屬于第一、第二級的,停電影響不大的其他負荷都屬于第三級負荷.

5.電力系統的接線方式

電力網的接線方式通常按供電可靠性分為無備用和有備用兩類.無備用接線的網絡中,每一個負荷只能靠一條線路取得電能(如圖)

這類接線的特點是簡單,設備費用較少,運行方便.缺點是供電的可靠性比較低.

每一個負荷都只能沿唯一的路徑取得電能的網絡,稱為開式網絡.

在有備用的接線方式中,最簡單的一類是在無備用網絡的每一段線路上都采用雙回路.(如圖)

由一個或幾個電源點和一個或幾個負荷點通過線路連接而成的環形網絡.(如圖)

另一種常見的有備用接線方式是兩端供電網絡(如圖),其供電可靠性相當于兩個電源的環形網絡.

環形網絡和兩端供電網絡中每一個負荷點至少通過兩條線路從不同的方向取得電能,具有這種接線特點的網絡又統稱為閉式網絡.

電力網按其職能可以分為輸電網絡和配電網絡

輸電網絡的主要任務是,將大容量發電廠的電能可靠而經濟地輸送到負荷集中地區.輸電網絡通常由電力系統中電壓等級最高的一級或兩級電力線路組成.

配電網絡的任務是分配電能.配電線路的額定電壓一般為0.4~35kV,有些負荷密度較大的大城市也采用110kV,以至220kV.

6.小