電力系統(tǒng)基礎知識

電力系統(tǒng)基礎知識繼電保護、自動裝置對電力系統(tǒng)起到保護和安全控制的作用，因此首先應明確所要保護和控制對象的相關情況，涉及的內(nèi)容包括：電力系統(tǒng)的構成，電力系統(tǒng)中性點接地方式及其特點，電力系統(tǒng)短路電流計算及其相關概念。這是學習繼電保護、自動裝置等本書內(nèi)容的基礎。第一節(jié)電力系統(tǒng)基本概念一、電力系統(tǒng)構成電力系統(tǒng)是由發(fā)電廠、變電站（所）、送電線路、配電線路、電力用戶組成的整體。其中，聯(lián)系發(fā)電廠與用戶的中間環(huán)節(jié)稱為電力網(wǎng)，主要由送電線路、變電所、配電所和配電線路組成，如圖1-1中的虛框所示。電力系統(tǒng)和動力設備組成了動力系統(tǒng)，動力設備包括鍋爐、汽輪機、水輪機等。在電力系統(tǒng)中，各種電氣設備多是三相的，且三相系統(tǒng)基本上呈現(xiàn)或設計為對稱形式，所以可以將三相電力系統(tǒng)用單相圖表述。動力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)及電力網(wǎng)之間的關系示意圖如圖1-1所示。3￥0/220VI圖1-13￥0/220VI圖1-1動力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)及電力網(wǎng)示意圖G股電軌G）調(diào)相機?肛訕JL色電燈需要指出的是，為了保證電力系統(tǒng)一次電力設施的正常運行，還需要配置繼電保護、自動裝置、計量裝置、通信和電網(wǎng)調(diào)度自動化設施等。電力系統(tǒng)主要組成部分和電氣設備的作用如下。發(fā)電廠。發(fā)電廠是把各種天然能源轉(zhuǎn)換成電能的工廠。天然能源也稱為一次能源，例如煤炭、石油、天然氣、水力、風力、太陽能等，根據(jù)發(fā)電廠使用的一次能源不同，發(fā)電廠分為火力發(fā)電廠(一次能源為煤炭、石油或天然氣)、水力發(fā)屯廠、風力發(fā)電廠等。變電站(所)。變電站是電力系統(tǒng)中聯(lián)系發(fā)電廠與用戶的中間環(huán)節(jié)，具有匯集電能和分配電能、變換電壓和交換功率等功能，是一個裝有多種電氣設備的場所。根據(jù)在電力系統(tǒng)中所起的作用，可分為升壓變電站和降壓變電站；根據(jù)設備安裝位置，可分為戶外變電站、戶內(nèi)變電站、半戶外變電站和地下變電站。變電站內(nèi)一次電氣設備主要有變壓器、斷路器、隔離開關、避雷器、電流互感器、電壓互感器、高壓熔斷器、負荷開關等。變電站內(nèi)還配備有繼電保護和自動裝置、測量儀表、自動控制系統(tǒng)及遠動通信裝置等。輸電網(wǎng)。輸電網(wǎng)是通過高壓、超高壓輸電線將發(fā)電廠與變電站、變電站與變電站連接起來，完成電能傳輸?shù)碾娏W(wǎng)絡，又稱為電力網(wǎng)中的主網(wǎng)架。配電網(wǎng)。配電網(wǎng)是從輸電網(wǎng)或地區(qū)發(fā)電廠接受電能，通過配電設施將電能分配給用戶的電力網(wǎng)。配電設施包括配電線路、配電變壓器、配電設備等。配電網(wǎng)按照電壓等級，可分為高壓配電網(wǎng)、中壓配電網(wǎng)和低壓配電網(wǎng)；按照地域服務對象，可分為城市配電網(wǎng)和農(nóng)村配電網(wǎng)；按照配電線路類型，可分為架空配電網(wǎng)和電纜配電網(wǎng)。我國配電網(wǎng)電壓等級劃分為，高壓配電網(wǎng)電壓：35kV、66kY、llOkV；中壓配電網(wǎng)電壓：10(20)kV；低壓配電網(wǎng)電壓：380/220V。負荷。電力負荷是用戶的用電設備或用電單位總體所消耗的功率，可以表示為功率(kW)、容量(kVA)或電流(A)。發(fā)電廠對外供電所承擔的負荷的總和稱為供電負荷，包括這一時刻用電負荷(用戶在某一時刻對電力系統(tǒng)的功率需求)以及能量在傳輸過程中的功率損失(網(wǎng)損)。變壓器。變壓器利用電磁感應原理，把一種交流電壓和電流轉(zhuǎn)換成相同頻率的另一種或幾種交流電壓和電流。在電力系統(tǒng)中，由于傳輸電能和用戶用電的需要，無論是發(fā)電廠還是變電站，都可以看到各種型式和不同容量的電力變壓器。斷路器。斷路器是一種開關設備，既能關合、承載、開斷運行回路的負荷電流，又能關合、承載、開斷短路等異常電流。斷路器的形式較多，結構也不盡相同，但從原理上看，均由動觸頭、靜觸頭、滅弧裝置、操動機構、絕緣支架等構成。隔離開關。隔離開關是將電氣設備與電源進行電氣隔離或連接的設備，因為沒有特殊的滅弧裝置，一般只能在無負荷電流的情況下進行分、合操作，與斷路器配合使用。隔離開關由導電回路、絕緣支架、操作系統(tǒng)及底座支架等組成。負荷開關。負荷開關是另一種開關設備，既能關合、承載、開斷運行線路的正常電流(包括規(guī)定的過載電流)，并能關合、承載短路等異常電流，但不能開斷短路故障電流。負荷開關可以看成是斷路器功能的簡化，或隔離開關功能的延伸。負荷開關由滅弧裝置、操動機構和絕緣支架等組成。主接線。主接線是以電源和引出線為基本環(huán)節(jié)，以母線為中間環(huán)節(jié)構成的電能通路。變電站主接線將變壓器、斷路器、隔離開關、互感器、母線等一次電氣設備，按照一定的順序連接，實現(xiàn)匯集和分配電能，按有無匯流母線分為有母線接線和無母線接線兩大類。變電站主接線圖一般用單線圖表示。互感器?；ジ衅饔须娏骰ジ衅?TA)和電壓互感器(TV)。電流互感器是一種變流設備，將交流一次側(cè)大電流轉(zhuǎn)換成二次電流，供給測量、保護等二次設備使用，一般二次額定電流為5A或1A；電壓互感器是一種變壓設備，將交流一交側(cè)高電壓轉(zhuǎn)換成二次電壓，供給控制、測量、保護等二次設備使用，—般二次額定的相電壓為100A/3V。二、電力系統(tǒng)中性點運行方式電力系統(tǒng)中性點運行方式即中性點接地方式，是指電力系統(tǒng)中發(fā)電機或變壓器的中性點的接地方式，是一種工作接地。目前，我國電力系統(tǒng)中性點接地方式分為中性點直接接地與非直接接地兩大類，具體有中性點不接地、經(jīng)電阻接地、經(jīng)電抗接地、經(jīng)消弧線圈接地和直接接地等。1．中性點直接接地方式中性點直接接地是指電力系統(tǒng)中至少有一個中性點直接與接地設施相連接，如圖1-2中的N點接地，通常應用于500kV、330kV、220kV、110kV電網(wǎng)。圖卜2中性點直接接地系統(tǒng)單相接地故障中性點直接接地系統(tǒng)保持接地中性點零電位，發(fā)生單相接地故障時如圖1-2所示，非故障相對地電壓數(shù)值變化較小。由于高壓、尤其是超高壓電力變壓器中性點的絕緣水平、電氣設備的絕緣水平都相對較低，采用中性點直接接地方式，對保證變壓器及其電氣設備的安全尤其重要。但由于中性點直接接地，與短路點構成直接短路通路，故障相電流很大，造成接于故障相的電氣設備過電流。為此，需要通過繼電保護和斷路器動作，切斷短路電流。2．中性點不接地方式中性點不接地系統(tǒng)指電力系統(tǒng)中性點不接地。中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時如圖1-3所示，中性點電壓發(fā)生位移，但是三相之間的線電壓仍然對稱，且數(shù)值不變；由于沒有直接的短路通路，接地故障電流由線路和設備對地分布電容回路提供，是容性電流，通常數(shù)值不大，一般不需要立即停電，可以帶故障運行一段時間（一般不超過2h）；但非故障相對地電壓升高，數(shù)值最大為額定相電壓的＜3倍，因此用電設備的絕緣水平需要按線電壓考慮。中性點不接地方式具有跳閘次數(shù)少的優(yōu)點，因此普遍應用于接地電容電流不大的系統(tǒng)，例如66kV、35kV電網(wǎng)。圖中性點不接地系統(tǒng)單相接地放障一低兩高三不變”當中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生一相接地情況時,該相的對地電壓變低,甚至為零,此為一低;此時其它兩相的對地電壓升高,最大可為系統(tǒng)線電壓.此為兩高;由于中性點沒有接地,此時接地相沒有形成電流通路,接地時三相對地電流基本不變（先前有每相的對地電容電流,一般很?。┊敒槿蛔兞?正因如此,線電壓是肯定不變的了。3．中性點經(jīng)消弧線圈接地方式當電網(wǎng)的電容電流不大時，單相接地故障點的電弧可以自行熄滅；如果電容電流較大，接地故障點的電弧不會自行熄滅，并且產(chǎn)生間歇性電弧，引起過電壓，可能導