電力系統(tǒng)的基本概念

1、電力系統(tǒng)的基本概念： 電力系統(tǒng)是由發(fā)電機(jī)、變壓器、電力線路及用電設(shè)備組成的發(fā)電、輸電、配電和用電的整體。 電力網(wǎng)是由變電所、電力線路等變換、輸送和分配電能的設(shè)備連接在一起所組成的網(wǎng)絡(luò)。它將發(fā)電廠與用戶連接在一起。是電能產(chǎn)生與消費(fèi)的紐帶。 目前我國(guó)有5個(gè)跨省的電力系統(tǒng)，即華北、華東、華中、東北、西北電力系統(tǒng)，其中華東電力系統(tǒng)總裝機(jī)容量和年發(fā)電量都占據(jù)首位電力系統(tǒng)的特點(diǎn)及運(yùn)行應(yīng)滿足的基本要求： 電能作為一種商品，它的生產(chǎn)、輸送、分配和使用與其他工業(yè)產(chǎn)品相比有明顯不同的特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 電能的生產(chǎn)、傳輸及消費(fèi)幾乎同時(shí)進(jìn)行，因?yàn)榘l(fā)電設(shè)備任何時(shí)刻生產(chǎn)的電能必須與消耗的電能相平衡。 電能與國(guó)

2、民經(jīng)濟(jì)各部門之間的關(guān)系密切。電能的中斷或減少直接影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)各部門及人們的生活。 電力系統(tǒng)的暫態(tài)過程非常短暫。電能以電磁波的形式傳輸，傳輸速度為30萬(wàn)KM/S，電力系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)、變壓器、電力線路以及用電設(shè)備的投入和退出，都在一瞬間完成。故障的產(chǎn)生及發(fā)展非常短促，電力系統(tǒng)的暫態(tài)過程非常迅速。 對(duì)電能質(zhì)量的要求頗為嚴(yán)格。電能的質(zhì)量的好壞由電壓的大小、頻率和波形質(zhì)量能否滿足要求來(lái)衡量。任一個(gè)參數(shù)不滿足要求都將造成不良的影響，甚至造成產(chǎn)品不合格，損壞設(shè)備或大面積停電等。 為適應(yīng)上述特點(diǎn)，對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行提出如下基本要求：一、保證供電的可靠性。間斷供電，將會(huì)使生產(chǎn)停頓，生活混亂甚至危及人身和設(shè)備的安

3、全，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成極大損失，這種損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出對(duì)電力系統(tǒng)本身的損失。造成對(duì)用戶中斷供電的原因主要有： 電力系統(tǒng)的設(shè)備發(fā)生故障；1、電力系統(tǒng)的誤操作；2、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的誤動(dòng)作； 3、運(yùn)行管理水平低，維修質(zhì)量不合格等。 提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，應(yīng)改善設(shè)備質(zhì)量，提高運(yùn)行管理水平和技術(shù)水平及運(yùn)行檢修人員的責(zé)任心。另一方面要完善電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，提高抗干擾能力，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)視和控制的優(yōu)勢(shì)，不斷提高電力系統(tǒng)的自動(dòng)化水平。 二、保證良好的電能質(zhì)量。電壓質(zhì)量和頻率質(zhì)量一般以偏離額定值的大小來(lái)衡量，實(shí)際用電設(shè)備均按額定電壓設(shè)計(jì)，電壓偏高或偏低都將影響用電設(shè)備運(yùn)行的技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，甚至不能正常工作。

4、一般規(guī)定，電壓偏移不應(yīng)超過額定電壓的±5%；頻率偏差不超過±0.20.5HZ等。正弦交流電的波形質(zhì)量一般以波形的畸變率衡量。所謂波形的畸變率指的是各次諧波有效值的平方和的方根值與基波有效值的百分比。10KV允許為4%。三、保證系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。合理發(fā)展電網(wǎng)，優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式，降低電能傳輸過程中的損耗，也是一個(gè)不可忽視的問題。考核電力系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的兩個(gè)重要指標(biāo)是：煤耗率和網(wǎng)損率。所謂網(wǎng)損率 是指電力網(wǎng)中損耗的電量與向電力網(wǎng)中供應(yīng)電能的百分比。聯(lián)合電力系統(tǒng)的優(yōu)越性。根據(jù)電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求，將單一系統(tǒng)聯(lián)合起來(lái)組成聯(lián)合電力系統(tǒng)，不論是技術(shù)上，還是經(jīng)濟(jì)上都有十分明顯的優(yōu)越

5、性。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 1、提高電力系統(tǒng)供電的可靠性。在電力系統(tǒng)中，大量運(yùn)行著的設(shè)備都有發(fā)生故障的可能，但系統(tǒng)中多個(gè)電廠同時(shí)發(fā)生事故的概率遠(yuǎn)較單一電廠發(fā)生事故的概率小得多，組成聯(lián)合電力系統(tǒng)后，可使供電可靠性得到提高。 2、減少系統(tǒng)備用容量的比重。電力系統(tǒng)的備用容量，是為機(jī)組的事故停電及由于設(shè)備檢修停電時(shí)而又不中斷對(duì)用戶供電而設(shè)置的。在聯(lián)合電力系統(tǒng)中，各子系統(tǒng)的備用容量是可通用的，這樣系統(tǒng)容量愈大，備用容量占總裝機(jī)容量的百分比就愈小?？刹捎酶咝实拇笕萘繖C(jī)組。聯(lián)合電力系統(tǒng)的容量很大，個(gè)別機(jī)組的開停甚至故障，對(duì)系統(tǒng)的影響相對(duì)較小。這樣，就為大容量高效率機(jī)組的使用創(chuàng)造了條件。大容量機(jī)組效率高，

6、節(jié)省材料，占地少，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)。 3、可減少總負(fù)荷的峰值。在聯(lián)合電力系統(tǒng)中，通用合理的調(diào)配用電，可降低電力系統(tǒng)的最大負(fù)荷，減少總的裝機(jī)容量。由于不同地區(qū)用電負(fù)荷間的生產(chǎn)、生活及時(shí)差等條件的差異，使聯(lián)合后的電力系統(tǒng)的最大負(fù)荷小于聯(lián)合前子系統(tǒng)最大負(fù)荷之和。4、可充分利用水電廠的水能資源。聯(lián)合電力系統(tǒng)的形成，可以合理的調(diào)度負(fù)荷在水火電廠間的分配，充分利用水能，減少煤耗量。同時(shí)，水電廠擔(dān)負(fù)電力系統(tǒng)的調(diào)頻任務(wù)時(shí)，進(jìn)行負(fù)荷的增減也較容易。 輸電線路的額定電壓及其電壓分布 ：當(dāng)線路有功率流過時(shí)，將產(chǎn)生電壓損耗，使線路的首、未端電壓不等，設(shè)首端電壓為UA，未端電壓為UB，接在線路上的用電設(shè)備所承受的電壓各不相同，

7、為了使用電設(shè)備所承受的實(shí)際電壓接近客觀存在的額定電壓，則應(yīng)取用電設(shè)備的額定電壓等于線路的額定電壓。 用電設(shè)備一般允許電壓偏移為其額定電壓的±5%，若電力線路從首端至未端的電壓損耗允許為其額定電壓的10%，那么為了使接在輸電線路上任一點(diǎn)的用電設(shè)備均滿足其對(duì)電壓質(zhì)量的要求，應(yīng)使輸電線路首端電壓比額定電壓高5%。對(duì)發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，其額定電壓比所接輸電線路的額定電壓高5%。對(duì)變壓器來(lái)說(shuō)，變壓器的一次側(cè)從電網(wǎng)中接受電能，相當(dāng)于受電設(shè)備，它的一次側(cè)額定電壓應(yīng)等于電網(wǎng)的額定電壓，變壓器的二次側(cè)接在下一級(jí)線路的首端，相當(dāng)于發(fā)電機(jī)，二次側(cè)額定電壓應(yīng)比電網(wǎng)額定電壓高5%，但考慮到變壓器額定電壓實(shí)為空載電壓，

8、而在變壓器帶額定負(fù)荷時(shí)，其內(nèi)部阻抗大約有5%左右的電壓損耗，因此變壓器二次側(cè)的額定電壓應(yīng)比線路額定電壓高10%。若變壓器阻抗較小，內(nèi)部電壓損耗也較小，可使變壓器二次側(cè)額定電壓比線路的額定電壓高5%。電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式 ：星形接線變壓器或發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)稱為電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)。電力系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式的種類。我國(guó)電力系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式主要有兩類：一是中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行；二是中性點(diǎn)不接地及中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地運(yùn)行。中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)廣泛用于110KV及以上系統(tǒng)中.（包括220KV、330KV、500KV各系統(tǒng)，另還有380V系統(tǒng)）在35KV及以下系統(tǒng)中（包括10KV、6KV各系統(tǒng)）根據(jù)單相接地時(shí)接

9、地點(diǎn)的接地電流來(lái)決定中性點(diǎn)是不接地運(yùn)行或經(jīng)消弧線圈接地運(yùn)行，當(dāng)35KV、10KV、6KV各系統(tǒng)單相接地時(shí)接地電流分別大于10A和20A時(shí)，接地電弧不能自動(dòng)熄滅，中性點(diǎn)應(yīng)裝設(shè)消弧線圈。各種中性點(diǎn)運(yùn)行方式特點(diǎn)的分析 ：輸電線路的三相對(duì)地電容相當(dāng)于連接在系統(tǒng)上的一個(gè)星形接線的負(fù)荷，這個(gè)星形負(fù)荷的中性點(diǎn)就是大地。因此。正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)三相電壓對(duì)稱，其中性點(diǎn)不管接地與否，對(duì)地的電壓恒為零。但當(dāng)系統(tǒng)中任一點(diǎn)發(fā)生單相接地故障時(shí)，流入接地點(diǎn)的電流以及各相對(duì)地電壓的大小則與中性點(diǎn)接地與否有直接關(guān)系。下面進(jìn)行分析：一、 中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地時(shí)，短路點(diǎn)與中性點(diǎn)間構(gòu)成短路回路，接地相電

10、流將很大；同時(shí)，故障相及中性點(diǎn)對(duì)地電壓由于與大地相接而為零，非故障相對(duì)地電壓不變；故障相與非故障相之間的線電壓降低為相電壓（正常時(shí)為線電壓，故障后降低為相電壓）。由于接地故障相對(duì)地電流很大，所以必須迅速切除故障相甚至是三相，因此將中斷對(duì)用戶的供電。二、中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)當(dāng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，沒有形成短路回路，流入接地點(diǎn)的電流是非故障相的電容電流之和，它的大小與該電壓等級(jí)所連接的出線數(shù)及線路長(zhǎng)度有關(guān)。單相接地時(shí)，故障相對(duì)地電壓為零，非故障相對(duì)地電壓升高為線電壓，中性點(diǎn)由于未接地而發(fā)生電位移，中性點(diǎn)對(duì)地電壓升高為相電壓，三相對(duì)地電壓不再對(duì)稱，三相線電壓未變，仍保持對(duì)稱。由于這種系統(tǒng)單相接

11、地故障的接地電流不大，且線電壓仍對(duì)稱，因此，單相接地時(shí)，可不立即切除故障，允許運(yùn)行一段時(shí)間，待查出故障后，再處理。可見，中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性相對(duì)較高。 三、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng),消弧線圈，就是一個(gè)帶鐵芯的電抗線圈。正常運(yùn)行時(shí)，由于中性點(diǎn)對(duì)地電壓為零，消弧線圈上無(wú)電流。單相接地故障后，接地點(diǎn)與消弧線圈的接地點(diǎn)形成短路回路。中性點(diǎn)電壓升高為相電壓，作用在消弧線圈上，將產(chǎn)生一感性電流。在接地故障點(diǎn)處，該電感電流與接地故障處的電容電流相抵消，從而減少了接地點(diǎn)的電流，使電弧易于熄滅，提高了供電可靠性。消弧線圈的補(bǔ)償方式有：過補(bǔ)償、欠補(bǔ)償和全補(bǔ)償。所謂過補(bǔ)償是指消弧線圈補(bǔ)償后，流過故障點(diǎn)的感性

12、電流大于容性電流的補(bǔ)償；而故障點(diǎn)處的感性電流小于容性電流的補(bǔ)償稱為欠補(bǔ)償；顯然。故障點(diǎn)處的感性電流等于容性電流即為等補(bǔ)償或全補(bǔ)償，這種補(bǔ)償方式是不允許的，因?yàn)檫@時(shí)會(huì)產(chǎn)生諧振。為達(dá)到既消弧又防止產(chǎn)生諧振，實(shí)踐中一般都采用過補(bǔ)償。在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí)，將出現(xiàn)很大的短路電流，故通常又稱這種系統(tǒng)為大電流接地系統(tǒng)。中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，在發(fā)生接地故障時(shí)，由于不形成短路回路（對(duì)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)），或由于消弧線圈的補(bǔ)償作用，故障電流很小，所以又稱之為小電流接地系統(tǒng)。各種短路故障下的序分量電力系統(tǒng)故障可分為橫向故障和縱向故障。通常發(fā)生的相與相之間或相與地之間的不正常接通情況稱為

13、橫向故障。例如：三相短路、兩相短路、中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中兩相接地短路和單相接地短路。 另一類型如兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間出現(xiàn)不正常斷開或三相阻抗不相等的情況稱為縱向故障，也稱為非全相運(yùn)行。例如：導(dǎo)線斷線等。 出現(xiàn)零序電壓和零序電流，是大電流接地系統(tǒng)發(fā)生接地故障的一個(gè)基本特征。當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行及三相短路時(shí)，由于三相系統(tǒng)是對(duì)稱的，三個(gè)相電壓之和為零，三個(gè)相電流之和也為零，故沒有零序電壓和零序電流。 當(dāng)兩相短路時(shí)，也沒有零序電壓和零序電流出現(xiàn)。當(dāng)發(fā)生一相接地短路和兩相接地短路時(shí)，都將產(chǎn)生零序電壓和零序電流。 當(dāng)某一簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)發(fā)生各種短路，各序電壓有效值情況為：越靠近電源，正序電壓越高；越靠近短路點(diǎn)，正序電壓越低

14、。三相短路時(shí)，短路點(diǎn)電壓為零，系統(tǒng)其它各點(diǎn)電壓降低最嚴(yán)重；兩相短路接地時(shí)正序電壓降低的數(shù)值僅次于三相短路；單相接地時(shí)正序電壓降低最小。 越靠近短路點(diǎn)，負(fù)序和零序電壓的有效值越高；越遠(yuǎn)離短路點(diǎn)，負(fù)序和零序電壓數(shù)值就越低，在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)上負(fù)序電壓為零。 電力系統(tǒng)無(wú)功功率平衡與電壓調(diào)整系統(tǒng)所提供的無(wú)功功率必須滿足無(wú)功負(fù)荷和無(wú)功損耗的需要，也就是要保持系統(tǒng)中無(wú)功功率的平衡。 無(wú)功功率電源主要有發(fā)電機(jī)、電容器、調(diào)相機(jī)及靜止補(bǔ)償器等。發(fā)電機(jī)是最基本的無(wú)功功率電源。并聯(lián)在系統(tǒng)中的電容器，也可以發(fā)出容性無(wú)功功率，使局部電壓提高。使用并聯(lián)電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹饕獌?yōu)點(diǎn)是費(fèi)用低、安裝簡(jiǎn)單、運(yùn)行方便，它可以安裝在系統(tǒng)

15、的任何地方，適用于輸電線路和配電系統(tǒng)中。但其主要缺點(diǎn)是它發(fā)出的無(wú)功功率與線路電壓平方成正比，往往是在電壓偏低最需要無(wú)功功率時(shí)，由于電壓的降低使發(fā)出的無(wú)功功率反而減少。并聯(lián)電容器廣泛用于配電系統(tǒng)中，以提高線路的功率因數(shù)。也就是在消耗無(wú)功功率的地方就近提供無(wú)功功率，以免無(wú)功功率在線路上傳輸，造成線路未端電壓波動(dòng)。并聯(lián)電容器還廣泛用于輸電線路，以保持重載線路的電壓能維持正常值，它可以接在線路端點(diǎn)。也可以接在變壓器的低壓側(cè)。電力系統(tǒng)的調(diào)壓方法一、借改變發(fā)電機(jī)端電壓調(diào)壓 二、改變變壓器變比調(diào)壓雙繞組變壓器的高壓繞組和三繞組變壓器的高壓繞組及中壓繞組一般有若干個(gè)分接頭可供選擇，通過選擇不同的分接頭，可以改

16、變變壓器的變比。例如UN±5%或UN±2×2.5%，說(shuō)明有3個(gè)或5個(gè)分接頭可供選擇，其中對(duì)應(yīng)與額定電壓的分接頭稱為主接頭或主抽頭。變壓器改變分接頭的方式有以下兩種： 1、帶負(fù)荷改變分接頭，允許變壓器在帶負(fù)荷情況下改變其分接頭位置，這種變壓器稱為有載調(diào)壓變壓器。 2、無(wú)載調(diào)壓變壓器，變壓器必須先退出工作才能改變其分接頭位置。改變變壓器的變比，可以改變二次繞組的電壓，從而可以調(diào)整二次側(cè)母線電壓。一般三繞組變壓器的高、中壓側(cè)繞組有分接頭可供選擇使用，低壓繞組無(wú)分接頭。高壓側(cè)分接頭為有載調(diào)壓、中壓側(cè)分接頭為無(wú)載調(diào)壓。 三、利用無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備調(diào)壓無(wú)功功率在電力網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中要

17、產(chǎn)生大量的有功功率損耗和電壓損耗。合理地配置無(wú)功功率補(bǔ)償容量，從而改變電力網(wǎng)中的無(wú)功功率分布，可以減少有功功率損耗和電壓損耗，進(jìn)而改善用戶的電壓質(zhì)量。在各種調(diào)壓手段中，應(yīng)首先考慮利用發(fā)電機(jī)調(diào)壓，因這種調(diào)壓方法不需要附加設(shè)備。合理采用發(fā)電機(jī)調(diào)壓可減輕其它調(diào)壓措施的負(fù)擔(dān)。作為經(jīng)常性的調(diào)壓措施，借改變變壓器變比調(diào)壓，只能理解為采用有載調(diào)壓變壓器或串聯(lián)加壓器。對(duì)無(wú)功功率供應(yīng)充足的系統(tǒng)，采用變壓器調(diào)壓是靈活而有效的。在需要附加設(shè)備的調(diào)壓措施中，對(duì)無(wú)功功率不足的系統(tǒng)，首要問題是增加無(wú)功功率電源，因此以采用并聯(lián)電容器、調(diào)相機(jī)和靜止補(bǔ)償器為宜。繼電保護(hù)的原理圖、展開圖及安裝圖 能直觀而清晰地表示繼電器與二次回

18、路元件之間的電氣連接及動(dòng)作原理的接線圖，稱為原理圖。原理圖便于閱讀，有整體概念，能表明動(dòng)作原理。但不能表明元件的內(nèi)部接線，引出端子及回路的標(biāo)號(hào)以及直流電源的情況等細(xì)節(jié)。以電氣回路為基礎(chǔ)，將繼電器和元件用展開的形式來(lái)表示的接線圖，稱為展開圖。這種圖的特點(diǎn)是分別繪制保護(hù)的交流電流回路、交流電壓回路及直流回路，而同一個(gè)繼電器或元件的不同部分（如線圈、接點(diǎn)等），屬于哪個(gè)回路的，就畫到哪個(gè)回路中，并且，屬于同一個(gè)繼電器或元件的所有部件，都注明同樣的標(biāo)號(hào)。 繪制與閱讀展開圖時(shí)，一般應(yīng)遵守以下規(guī)則： 回路的排列次序，一般是先交流電流及交流電壓回路，而后是直流回路； 每個(gè)回路內(nèi)各行的排列順序，對(duì)交流回路來(lái)說(shuō)是

19、按a、b、c相序排列，對(duì)直流回路則按其動(dòng)作順序自上而下次第排列；每一行中各元件（線圈、接點(diǎn)等）的連接順序，完全按實(shí)際情況繪制。因此，展開圖的閱讀，一般是先交流后直流、從上而下、自左到右，十分清晰明了。為了便于閱讀，在展開圖各回路的右側(cè)，還常加上一個(gè)文字說(shuō)明表，以說(shuō)明各行回路或元件的性質(zhì)或作用，如“瞬時(shí)電流速斷”、“出口中間繼電器”、“跳閘回路”等。 安裝圖和原理圖以及展開圖不同，它不是用來(lái)說(shuō)明動(dòng)作原理，而是作為安裝、接線、整定試驗(yàn)時(shí)的依據(jù)。 安裝圖中各設(shè)備的上方均有標(biāo)號(hào)，通常標(biāo)在一個(gè)圓圈內(nèi)。標(biāo)號(hào)的內(nèi)容包括： 1、安裝單位編號(hào)。同一個(gè)繼電保護(hù)盤上，可能裝有不屬于同一個(gè)一次設(shè)備的保護(hù)裝置。如旁路、XX線等。為了避免混亂，每個(gè)一次設(shè)備所屬的繼電器及元件，均劃分為一個(gè)安裝單位并加以編號(hào)。安裝單位通常采用羅馬數(shù)字、等，同一安裝單位的繼電器和元件，在盤上通常按縱向劃分，自上而下排列在一起。2、設(shè)備順序號(hào)。每個(gè)安裝單位內(nèi)的繼電器、元件等設(shè)備，按從左到右自上而下的順序，用阿拉伯?dāng)?shù)字1、2、3等加以編號(hào)，稱為設(shè)備順序號(hào)。 3、設(shè)備文字符號(hào)。應(yīng)和展開圖或原理圖中的文字符號(hào)相一致，如1LJ、2SJ、3XJ等。 如標(biāo)號(hào)為的繼電器，即表示展開圖中的電流繼電器1LJ，屬于號(hào)安裝單位，其順序?yàn)榈?號(hào)設(shè)備。4、端子排及其編