第一章 電力系統(tǒng)概述

第一章電力系統(tǒng)概述

1.1電力系統(tǒng)的概況1.1.1電力系統(tǒng)一、電力系統(tǒng)的組成電力系統(tǒng)是由發(fā)電、變電、輸電、配電、和用電等環(huán)節(jié)組成的電能生產(chǎn)與消費系統(tǒng)。

電力系統(tǒng)的組成示意圖

二、發(fā)電廠類型發(fā)電廠又稱發(fā)電站，是將自然界蘊藏的各種一次能源轉(zhuǎn)換為二次能源（電能）的工廠。1．火力發(fā)電火電廠是利用煤、石油、天然氣作為燃料生產(chǎn)電能的工廠。

生產(chǎn)過程是：燃料在鍋爐中燃燒加熱水使成蒸汽，將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成熱能，蒸汽壓力推動汽輪機旋轉(zhuǎn)，熱能轉(zhuǎn)換成機械能，然后汽輪機帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，將機械能轉(zhuǎn)變成電能。2．水力發(fā)電水力發(fā)電是利用河川、湖泊等位于高處具有位能的水流至低處，將其中所含之位能轉(zhuǎn)換成水輪機之動能，再將水輪機作為原動機，推動發(fā)電機產(chǎn)生電能。

3．核能發(fā)電核能發(fā)電廠是利用核反應(yīng)堆中核燃料裂變鏈式反應(yīng)所產(chǎn)生的熱能，再按火力發(fā)廠的發(fā)電方式，將熱能轉(zhuǎn)變成機械能，再轉(zhuǎn)換成電能。4．風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電是利用風(fēng)力帶動風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再透過增速機將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機發(fā)電。

火力發(fā)電

水力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電核能發(fā)電三、變電站類型發(fā)電廠通常建立在距離一次能源豐富或運輸方便的地域，與用戶有一定的距離。為了安全、經(jīng)濟、可靠、快速地把電能從發(fā)電廠輸送至用戶，必須經(jīng)過升降或降壓變電站。1．升壓變電站升壓變電站是將發(fā)電廠發(fā)出的電能進行升壓處理，便于遠距離大功率的傳輸。一次電壓通常3.15～26KV，二次電壓為220～500KV。2．樞紐變電站樞紐變電站是匯集分別來自若干發(fā)電廠的主干線路，并與電力網(wǎng)中的若干關(guān)鍵點連接，同時也是升壓之后的第一次降壓。電壓通常為220～500kV，二次電壓為220KV或110KV。

3．區(qū)域變電站區(qū)域變電站是將樞紐變電站送來的電能，做再一次降壓后分配給用戶。一次電壓通常220～330KV，二次電壓為110KV、66KV或35KV。4．用戶變電站用戶變電站是將區(qū)域變電站送來的電能進一步的降壓以滿足用電設(shè)備電壓的要求。一次電壓通常6～10KV，二次電壓為220/380V。5．配電站配電站是只進行電能的接收和分配，沒有電壓變換功能。四、電力線路電力線路又稱電力網(wǎng)是連接發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)。它分為輸電線路和配電線路兩種。

輸電線路是將發(fā)電廠發(fā)出的經(jīng)升壓后的電能送到樞紐變電站，或由樞紐變電站送到區(qū)域變電站；

配電線路則是將電能從區(qū)域變電站經(jīng)降壓后輸送到用戶的線路。五、用電設(shè)備如電動機、電磁爐、燈、聲響設(shè)備等。

1.1.2電力負荷電力負荷是指用電設(shè)備或用電單位。

一、負荷的分級

1．一級負荷一級負荷是突然停電將造成人身傷亡者；突然停電將在政治、經(jīng)濟上造成重大損失。

2．二級負荷二級負荷是突然停電將在政治、經(jīng)濟上造成較大損失的。

3．三級負荷所有不屬于一、二級負荷者，均屬于三級負荷。二、各級負荷對供電的要求1．一級負荷屬于重要負荷，應(yīng)有兩個獨立電源供電，且當一個電源發(fā)生故障時，另一個電源不應(yīng)受到影響而繼續(xù)供電。2．二級負荷也屬于重要負荷，但其重要程度次于一級負荷。一般采用兩回路供電，兩個回路電源應(yīng)盡量引自不同的變壓器或兩端母線3．三級負荷不屬于重要負荷，對供電電源沒有特殊要求。1.1.3電力系統(tǒng)的電壓一、電力系統(tǒng)的電壓我國目前三相交流電網(wǎng)和電力設(shè)備的額定電壓如表1-1所示。1.電力線路的額定電壓電力線路的額定電壓等級是國家根據(jù)國民經(jīng)濟發(fā)展的需要及電力工業(yè)的水平，經(jīng)全面的技術(shù)經(jīng)濟分析后確定的。

表1-1我國目前三相交流電網(wǎng)和電力設(shè)備的額定電壓分類電網(wǎng)和用電設(shè)備的額定電壓(KV)發(fā)電機額定電壓(KV)電力變壓器額定電壓(KV)一次繞組二次繞組低壓0.220.230.220.230.380.400.380.400.660.690.660.69高壓33.153及3.153.15及3.366.36及6.36.3及6.61010.510及10.510.5及11-13.8，15.75，18，20，22，24，2613.8，15.75，18，20，22，24，26-35-3538.566-6672.6110-110121220-220242330-330363500-500550750-750-1000-1000-2.用電設(shè)備的額定電壓由于用電設(shè)備運行時要在線路中產(chǎn)生電壓損耗，造成線路上各點電壓略有不同，如圖1-3所示。但成批生產(chǎn)的用電設(shè)備，其額定電壓不可能按使用地點的實際電壓來制造，只能按線路首端與末端的平均電壓即電網(wǎng)的額定電壓來制造。圖1-3用電設(shè)備和發(fā)電機的額定電壓

3.發(fā)電機的額定電壓由于同一電壓的線路一般允許的電壓偏差是±5%，即整個線路允許有10%的電壓損耗，因此，為了維持線路首端與末端的平均電壓為額定值，線路首端電壓應(yīng)比電網(wǎng)額定電壓高5%，如圖1-3所示。

4.電力變壓器的額定電壓(1)電力變壓器一次繞組的額定電壓若變壓器直接與發(fā)電機相連，如圖1-4中的變壓器，則其一次繞組額定電壓與發(fā)電機額定電壓相同，即高于線路電壓的5%。若變壓器不直接與發(fā)電機相連，而是連接在線路上，則應(yīng)將變壓器看作線路上的用電設(shè)備。因此，變壓器的一次繞組額定電壓應(yīng)與線路上的額定電壓相同，如圖1-4的(2)電力變壓器二次繞組的額定電壓①如果變壓器二次的供電線路較長，變壓器二次繞組的額定電壓應(yīng)高于二次則線路額定電壓的10%。②如果變壓器二次的供電線路不長，變壓器二次繞組的額定電壓僅高于二次則線路額定電壓的5%，即可。二、供配電電壓的選擇1．高壓配電電壓的選擇工廠供配電系統(tǒng)的高壓配電電壓的選擇，主要取決于當?shù)毓╇婋娫吹碾妷杭肮S高壓用電設(shè)備的額定電壓和總?cè)萘康确矫娴囊蛩亍?．低壓配電電壓的選擇工廠低壓配電電壓的選擇，主要取決于低壓用電設(shè)備的電壓。一般采用220/380V，660V。

1.2電力系統(tǒng)中性點運行方式

電力系統(tǒng)通常把三相電源（包括發(fā)電機和變壓器）的三個繞組連成星形向外供電，三相繞組的末端形成一個公共點，這點對地的電位為零。該點稱為電源的中性點1.2.1中性點直接接地方式1.保護接地的型式按保護接地的型式分為：TN系統(tǒng)、TT系統(tǒng)、IT系統(tǒng)，其中TN系統(tǒng)又分為：TN-S、TN-C、TN-C-S系統(tǒng)。TN-S系統(tǒng)中性線（N線）的作用，用來獲得單相用電設(shè)備的相電壓，保護線（PE線）的作用，防止發(fā)生觸電事故用的接地線。保護中性線（PEN線），既有N線的作用，又有PE線的作用。TN-C-S系統(tǒng)圖1-4TT系統(tǒng)圖1-5IT系統(tǒng)TN-C系統(tǒng)

2.各種接地的特點及適用范圍(1)TN系統(tǒng)中，一旦電氣裝置出現(xiàn)相對地絕緣損壞，會使保護裝置跳閘，切除故障相。

①TN-S系統(tǒng)N線和PE線是分開的

②TN-C系統(tǒng)N線和PE線是合一的

③TN-C-S系統(tǒng)中一部分PE線和N線是合一的

(2)TT系統(tǒng)是電源中性點直接接地，裝置的外露可導(dǎo)電部分是獨立接地，這樣可以保證裝置的外露可導(dǎo)電部分是零電位。(3)IT系統(tǒng)中性點不接地或經(jīng)大阻抗接地，當發(fā)生單相接地故障時，只產(chǎn)生較小的單相故障電流，其三相電壓仍維持不變，三相用電設(shè)備仍可暫時繼續(xù)運行，但同時另兩相的對地電壓將由相電壓升高到線電壓。1.2.2中性點不接地方式

1.中性點不接地系統(tǒng)的正常運行由于正常運行時各相對地的電壓是對稱的，所以中性點（N點）的電位為零。2.中性點不接地系統(tǒng)的單相接地如圖1-7，中性點不接地系統(tǒng)任何一相（C相）接地時，此時C相對地電壓為零。圖1-7中性點不接地系統(tǒng)的單相接地

綜上所述，(1)中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，線電壓不變而非故障相對地電壓升高到原來相電壓的倍，即上升為線電壓。(2)由于非故障相對地電壓的升高，又造成對地電容電流相應(yīng)的增大，單相接地時接地點的短路電流是正常運行的單相對地電容電流的3倍。(3)各相間的電壓大小和相位仍然不變，三相系統(tǒng)的平衡沒有遭到破壞，因此發(fā)生一相接地故障時，允許繼續(xù)運行2個小時。3、中性點不接地系統(tǒng)的適用范圍中性點不接地方式一直是我國配電電網(wǎng)采用最多的一種方式，目前主要適應(yīng)以下幾種系統(tǒng)。(1)電壓等級在500V以下三相三線制系統(tǒng)。(2)6～10KV系統(tǒng)接地電流小于30A時。(3)35KV系統(tǒng)接地電流小于10A時。1.2.3中性點經(jīng)消弧線圈接地方式

如圖1-8所示，為中性點經(jīng)消弧線圈接地方式，當系統(tǒng)發(fā)生任何一相（C相）接地時，C相在K點的對地短路電流為在各級電力系統(tǒng)中，當發(fā)生單相接地故障時，通過故障點的電容電流超過下列數(shù)值時，必須安裝消弧線圈。1.6KV電網(wǎng)，故障點電容電流超過30A。2.10KV電網(wǎng)，故障點電容電流超過20