第一講電力系統(tǒng)基本知識(shí)

第一講電力系統(tǒng)基本知識(shí)第一節(jié)電力系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)

一、電力工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展速度很快，截至2007年底，全國(guó)的裝機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到71329萬(wàn)kW（其中火電55442萬(wàn)kW，水電14526萬(wàn)kW，核電885萬(wàn)kW，風(fēng)電設(shè)備容量達(dá)到403萬(wàn)kW），年均增長(zhǎng)14.36%；年發(fā)電量達(dá)到32458億kWh，年增長(zhǎng)16.8%。裝機(jī)容量和發(fā)電量已由解放時(shí)世界的25位躍升為僅次于美國(guó)的第二位。預(yù)計(jì)到2020年，我國(guó)電力裝機(jī)將在此基礎(chǔ)上再翻一番，達(dá)到95000萬(wàn)kW（見(jiàn)表1-1）。與之相配套的一大批500kV交流輸變電和直流±500kV輸電線路已經(jīng)投入運(yùn)行，750kV已經(jīng)帶電試運(yùn)行，交流1000kV和直流±800kV特高壓輸變電工程已經(jīng)開(kāi)工建設(shè)。表1-12020（2010）年我國(guó)電力裝機(jī)預(yù)測(cè)（萬(wàn)kW）年份總計(jì)煤電常規(guī)水電抽水蓄能氣電核電新能源20209500059200220002500550036002200100%62.323.2%2.6%5.8%3.8%2.32010584504000013500150018001250400100%68.4%23.1%2.6%3.1%2.10.7%二、電力系統(tǒng)的組成為了提高供電的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，通常將發(fā)電廠和用戶之間通過(guò)升、降壓變電所、輸配電線路聯(lián)系起來(lái)，如圖1-1所示。由發(fā)電廠中的電氣部分、各類變電所及輸電、配電線路及各種類型的用電設(shè)備組成的統(tǒng)一整體稱為電力系統(tǒng)。電力系統(tǒng)中各種類型的變電所及輸配電線路組成的統(tǒng)一體，稱為電力網(wǎng)。如果將各種類型發(fā)電廠的原動(dòng)力部分，如水電廠的水庫(kù)和水輪機(jī)、火力發(fā)電廠的鍋爐和汽輪機(jī)、核電廠的核島（反應(yīng)堆）及汽輪機(jī)等考慮進(jìn)去，它們與電力系統(tǒng)所組成的統(tǒng)一整體，稱為動(dòng)力系統(tǒng)。三、電力系統(tǒng)的特點(diǎn)在電力系統(tǒng)短短的一百多年發(fā)展歷史中，電力系統(tǒng)從早期的直流到后來(lái)的交流，再到現(xiàn)代的交直流并存，電力系統(tǒng)的規(guī)模越來(lái)越大，輸電距離也越來(lái)越遠(yuǎn)，已經(jīng)出現(xiàn)了大型的跨國(guó)、跨區(qū)域聯(lián)合電力系統(tǒng)。將小系統(tǒng)聯(lián)合成大系統(tǒng)具有下列幾方面明顯的優(yōu)點(diǎn)：（1）提高了供電可靠性；（2）提高了供電的電能質(zhì)量；（3）可以減少系統(tǒng)的備用容量，提高設(shè)備利用率；（4）便于安裝大機(jī)組，且機(jī)組容量越大，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益越好；（5）可以合理利用動(dòng)力資源，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。雖然聯(lián)合電力系統(tǒng)具有上述優(yōu)點(diǎn)，但是隨著系統(tǒng)容量的不斷擴(kuò)大，故障影響和波及的范圍也在擴(kuò)大，系統(tǒng)的短路容量也在增大，對(duì)電氣設(shè)備開(kāi)斷短路電流的能力也提出了更高的要求，這也正是聯(lián)合電力系統(tǒng)需要解決的問(wèn)題。電力系統(tǒng)運(yùn)行的特點(diǎn)，概括起來(lái)有以下幾個(gè)方面：1.發(fā)供用電的連續(xù)性現(xiàn)階段電能尚不能大量地、廉價(jià)地儲(chǔ)存，發(fā)、變、輸、配以及用電幾乎同時(shí)完成，其中任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，必將影響電力系統(tǒng)的運(yùn)行。因此，必須努力提高各環(huán)節(jié)的可靠性，以保證電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)、連續(xù)、可靠運(yùn)行和對(duì)用戶的不間斷供電。2.與國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)關(guān)系密切電力工業(yè)與國(guó)民經(jīng)濟(jì)及人民生活息息相關(guān)，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動(dòng)力和基礎(chǔ)，是人們生活的必需品，電力供應(yīng)的中斷或不足，將直接影響到社會(huì)生產(chǎn)、人民生活和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的方方面面。3.過(guò)渡過(guò)程的短暫性電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)、變壓器、線路等元件的投入和切除要求非常迅速，由此而引起的系統(tǒng)電磁、機(jī)電暫態(tài)過(guò)程是非常短暫的。因此，正常和故障情況所進(jìn)行的調(diào)整和切換操作非常迅速，必須依賴自動(dòng)化程度高和動(dòng)作可靠的繼電保護(hù)設(shè)備及自動(dòng)裝置來(lái)完成。同時(shí)還需要大量的、高素質(zhì)的專門(mén)人才來(lái)加以控制。四、對(duì)電力系統(tǒng)的基本要求根據(jù)電力系統(tǒng)運(yùn)行的特點(diǎn)，對(duì)電力系統(tǒng)的基本要求主要有以下幾個(gè)方面。1.保證連續(xù)可靠的供電2.保證良好的電能質(zhì)量電能質(zhì)量指標(biāo)是指電壓、頻率和波形三者的變化不能超過(guò)允許的波動(dòng)范圍。電壓的允許波動(dòng)范圍：35kV及以上為±5%，10kV及以下為±7%；頻率的允許偏移為50±（0.2~0.5）Hz（小系統(tǒng)為±0.5Hz，大系統(tǒng)為±0.2Hz）；波形應(yīng)為標(biāo)準(zhǔn)正弦波且諧波應(yīng)不超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)。電能質(zhì)量合格，用電設(shè)備正常工作時(shí)具有最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果；相反，電能質(zhì)量不合格，不僅對(duì)用電設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生影響，對(duì)電力系統(tǒng)本身也有危害。3.保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性電力系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，要盡可能的降低發(fā)電、變電和輸配電過(guò)程中的損耗，最大限度的降低電能成本。這不僅意味著大量的節(jié)約了能量資源，而且也降低了各用電部門(mén)的生產(chǎn)成本，使國(guó)民經(jīng)濟(jì)整體受益。

第二節(jié)發(fā)電廠和變電所的類型及設(shè)備一、發(fā)電廠的類型1.火力發(fā)電廠利用固體、液體、氣體燃料的化學(xué)能來(lái)生產(chǎn)電能的工廠稱為火力發(fā)電廠，簡(jiǎn)稱火電廠。迄今為止，火電廠仍是世界上電能生產(chǎn)的主要方式，約占發(fā)電設(shè)備總裝機(jī)容量的70%以上。我國(guó)和世界各國(guó)的火電廠使用的燃料大多以煤炭為主，其他還有燃油、天然氣以及生活和工業(yè)垃圾等為燃料的火電廠?；痣姀S按照其生產(chǎn)方式不同又可以分為下列類型：（1）凝汽式火電廠。（2）熱電廠。圖1-2火力發(fā)電廠生產(chǎn)過(guò)程示意圖2.水力發(fā)電廠（1）堤壩式水電廠。（2）引水式水電廠。

3.核能發(fā)電廠4.其他能源發(fā)電攔污柵廠房蝴蝶閥發(fā)電機(jī)尾水管下游壩體尾水閘門(mén)升壓站蝸殼圖1-3水力發(fā)電廠生產(chǎn)過(guò)程示意圖上游水庫(kù)溢流壩段攔河壩高壓輸電線路進(jìn)水閘門(mén)二、變電所的類型1.樞紐變電所

樞紐變電所是大供電區(qū)域內(nèi)的核心變電所，起著匯集多個(gè)大型發(fā)電廠電能和再分配的重要任務(wù)。2.中間變電所中間變電所的特點(diǎn)是以交換潮流為主，一般匯集2~3個(gè)電源，作為長(zhǎng)距離輸電線路的分段，低壓側(cè)可以帶部分當(dāng)?shù)刎?fù)荷，在系統(tǒng)中起著“承上啟下”的重要作用。3.地區(qū)變電所

地區(qū)變電所一般作為地區(qū)或城市配電網(wǎng)的主要變電所。4.終端變電所終端變電所作為電網(wǎng)的末端變電所，一般位于輸電線路終端。三、電氣設(shè)備及其作用

一次設(shè)備（1）電能生產(chǎn)和轉(zhuǎn)換類設(shè)備。（2）控制和保護(hù)類電氣設(shè)備。（3）限流和限制過(guò)電壓類設(shè)備。（4）載流導(dǎo)體類。二次設(shè)備（1）互感器類。（2）測(cè)量表計(jì)類。（3）繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置類。（4）直流設(shè)備。一次設(shè)備是指發(fā)、輸、配電的主系統(tǒng)上所使用的設(shè)備備。如發(fā)電機(jī)、變壓器、斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、母線、電力電纜和輸電線路等。

二次設(shè)備是指對(duì)一次設(shè)備的工作進(jìn)行控制、保護(hù)、監(jiān)察和測(cè)量的設(shè)備。如測(cè)量?jī)x表、繼電器、操作開(kāi)關(guān)、按鈕、自動(dòng)控制設(shè)備、計(jì)算機(jī)、信號(hào)設(shè)備、控制電纜以及提供這些設(shè)備能源的一些供電裝置(如蓄電池、硅整流器等)。第三節(jié)電力系統(tǒng)的額定電壓一、額定電壓等級(jí)為了使電力設(shè)備的生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，為了各元件能夠合理配套，電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)、變壓器、線路及各種電氣設(shè)備等，都是按照規(guī)定的額定電壓進(jìn)行設(shè)計(jì)制造的。電力設(shè)備在額定電壓下運(yùn)行時(shí)，其技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性能最佳。國(guó)家所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)電壓等級(jí)稱為額定電壓。通常將100V以下的電壓稱為第一類額定電壓；將100~1000V的電壓稱為第二類額定電壓；電壓1000V以上的稱為第三類額定電壓。表1-3

3kV及以上額定電壓（kV）用電設(shè)備平均額定電壓交流發(fā)電機(jī)變壓器一次變壓器二次361035（60）110（154）22033050075010003.156.310.53763115（162）23034552578710503.156.310.513.8，15.75，18，20，243及3.156及6.310及10.513.8，15.75，18，20，2435（60）110（154）22033050075010003.15及3.36.3及6.310.5及1138.5（66）121（169）2423635508251100二、辭用電糕設(shè)備傾額定遺電壓二、嫂各級(jí)拐電壓針的經(jīng)秀濟(jì)輸自送容恭量根據(jù)爭(zhēng)經(jīng)驗(yàn)夏：在11烏0k藥V以下炒時(shí)，課額定凍電壓豆的級(jí)春差以3倍左凡右為師宜；11俊0k遍V以上傳時(shí)以2倍左受右為獅宜。表1-4架空輸電線路的額定電壓與輸送功率和輸送距離的關(guān)系

線路電壓（kV）輸送功率（MW）輸送距離（km）線路電壓（kV）輸送功率（MW）輸送距離（km）0.383610350.1以下0.1~1.00.1~1.20.2~2.02.0~100.6以下1~34~156~2020~50

110220330500750

10~50100~500200~8001000~15002000~250050~150100~300200~600250~850500以上

第四市節(jié)園電窄力線給路的揚(yáng)結(jié)構(gòu)一、什架空商線路討的導(dǎo)滔線電力如線路時(shí)按結(jié)兼構(gòu)可精分為最架空糕線路潔和電霉纜線漁路兩種大類仍。對(duì)坑架空騰導(dǎo)線享的要暢求是糖：具璃有良臭好的番導(dǎo)電習(xí)性能縱、必班要的救機(jī)械短強(qiáng)度著和抗競(jìng)腐蝕翼性能賺，且捉制造阿工藝提簡(jiǎn)單判、質(zhì)扒輕、青價(jià)廉罵。導(dǎo)線不的材痛料主何要是不銅、傍鋁、搞鋼等潔。目話前導(dǎo)鳥(niǎo)線多謊采用疏鋁材貫料；槳為了帆提高他鋁導(dǎo)搭線的額強(qiáng)度泰，鋁匹中加版少量揚(yáng)的鎂狹、硅麗等元傍素，疤可制圍成強(qiáng)鮮度較蓬高的景鋁合美金絞陣線。覺(jué)導(dǎo)線察及避撇雷線抖的截垃面如餡圖1-逝18所示貴。架空罵線路佛導(dǎo)線蛋的型故號(hào)用網(wǎng)漢語(yǔ)項(xiàng)拼音瘋字母近表示由，舉最例如俯下：LJ攜-7案0為鋁姓絞線鴨，額影定截汁面積管為70付mm2；TJ女-3兇5為銅懲絞線也，額肝定截成面積娃為35結(jié)mm2；GJ屢-2貪5為鋼滲絞線借，額俊定截孕面積舅為25測(cè)mm2；LG哪J-勉24畏0為鋼望芯鋁神絞線經(jīng)，鋁舞線部錫分額賽定截剝面積蠅為24濾0尤mm2。此外偵，還些有輕控型鋼謠芯鋁紋絞線荷（LG鳴JQ）和互加強(qiáng)燃型鋼拼芯鋁的絞線購(gòu)（LG矛JJ）等葉。二、唇架空冒線路依的桿吉塔桿塔街按照撈使用溜材料同不同跪，可廁以分盾為木慌桿、始水泥印桿和竟鐵塔珠三種谷；按還用途宵又可梯以分澡為終性端桿桃塔、全轉(zhuǎn)角令桿塔叔、跨近越桿找塔、涂直線鄰桿塔蝕、耐賴張桿瓜塔和悔換位醬桿塔該等。（a）（b）圖1-20直線水泥桿塔（a）單桿；（b）門(mén)型桿耐張桿直線桿直線桿直線桿耐張桿耐張段引流線檔距檔距檔距檔距導(dǎo)線方向?qū)Ь€方向合力方向轉(zhuǎn)角桿塔轉(zhuǎn)角α（a）（b）圖1-22直線、耐張、轉(zhuǎn)角桿塔示意圖（a）線路轉(zhuǎn)角；（b）一個(gè)耐張段示意圖圖1-21直線鐵塔雙分裂三分裂四分裂圖1-19分裂導(dǎo)線AABBCCl1l2l3（a）AABBCCl1l2l3（b）（c）AABBCC圖1-17換位桿塔（a）單柱直線換位桿；（b）門(mén)型直線換位桿；（c）耐張換位桿導(dǎo)線藥的換啟位及稀換位友桿塔L/3L/3L/3LABCBCACAB圖1-16換位循環(huán)示意圖三、寨絕緣章子架空檢線路牧的絕范緣子仙分針互式、犧懸式饞、棒挺式及當(dāng)瓷橫鐵擔(dān)絕榨緣子附等幾校種。四、代金具1.線夾2.連接屋金具3.保護(hù)啄金具12101000401003025圖1-26棒式絕緣子（a）（b）圖1-25針式和懸式絕緣子（a）針式絕緣子；（b）懸式絕緣子第五音節(jié)扎超躬高壓海輸電本的幾摧個(gè)特雅殊問(wèn)友題一、錢(qián)電暈奏問(wèn)題1.電暈今產(chǎn)生關(guān)的機(jī)螺理當(dāng)導(dǎo)達(dá)線上砌所加蟻的電診壓達(dá)猛到一羽定值行時(shí)，洞使導(dǎo)冬線表該面的向電場(chǎng)鋼強(qiáng)度撇達(dá)到貓一定堆值，辜從而奧使導(dǎo)犬線周枝圍的享介質(zhì)宴（空潔氣）裹發(fā)生距電離緊，電吵荷在洽導(dǎo)線閣周圍雪的快地速運(yùn)尸動(dòng)，竟發(fā)出鄙沙沙怨聲，捆同時(shí)圍伴隨沙有談表藍(lán)色優(yōu)光，仰此即嗓為電浙暈。2.易產(chǎn)緞生電奪暈原噴因和率地方（1）電糕壓等鼠級(jí)高盡。11緒0k需V以下蓬無(wú)電微暈。（2）導(dǎo)動(dòng)線截與面小槍，易均使電樹(shù)荷集蘇中而劉產(chǎn)生吵電暈蜻。（3）導(dǎo)蛾線表停面不曾光滑隊(duì)或有躍毛刺蜜，易習(xí)產(chǎn)生組尖端翼放電（4）各濁種連妻接點(diǎn)桂處，筍如連甜接端滅頭、弄懸掛江點(diǎn)、個(gè)金具裹等。3.電暈粱的危壩害（1）電影暈損蜜耗。睜經(jīng)測(cè)召算50貪0k危V線路雅，晴蔥天損茂耗約犬為12剩kW裁/k膛m；75換0k爹V線路將約為20置~3苦0k詠W/值km。而參在大倡霧天矩，損饞耗可建達(dá)30媽0k卻W/態(tài)km。（2）電提暈噪俗聲。局變電壟站中急噪聲迎可達(dá)70習(xí)~8飽0d綿B。（3）無(wú)械線電差干擾術(shù)。（4）電頁(yè)暈腐張蝕。4.防止愧電暈勻措施（1）采版用分奇裂導(dǎo)歇線。動(dòng)可以蜂增大俊導(dǎo)線拆的等吼值半法徑。33據(jù)0k珍V—劫—2分裂觸；50燥0k幫V—勤—4分裂蘋(píng)；75膏0k凡V—堆—6分裂唯；10斷00益kV戲——館8分裂隔。33季0k狐V雙分連裂50棵0k謹(jǐn)V四分茅裂75泡0k鞏V六分協(xié)裂（2）采嶄用擴(kuò)還徑或挪空心移導(dǎo)線披。（3）采還用優(yōu)蒙良導(dǎo)絕線材視料。棒如LG確J-呆63叨0/燒10熔0防腐嗚防振輛導(dǎo)線銹，鋁碎包鋼符芯鋁型絞線AC芹SR豎/A驚S-誤72臂0/紡50等。（4）各喬種連爬接點(diǎn)伸處采兔用均衫壓環(huán)哥均壓峽。如跑導(dǎo)線負(fù)懸掛望點(diǎn)、柜設(shè)備佳連接臘點(diǎn)等攻等。二、念導(dǎo)線市的振臭動(dòng)導(dǎo)線策振動(dòng)規(guī)分為飾微風(fēng)路震動(dòng)叉和舞躲動(dòng)。皺主要隊(duì)是指話導(dǎo)線晶在風(fēng)傷力作惠用下蔬左右濕或上對(duì)下運(yùn)硬動(dòng)。導(dǎo)線幣振動(dòng)約的危悲害：搞導(dǎo)線彎在懸修掛點(diǎn)蕩發(fā)生節(jié)金屬詳疲勞舊而導(dǎo)冬致斷素股或咐斷線帝故障射。防震憐措施胳：（1）安觸裝防飲振錘敬。一梨般安批裝在喚風(fēng)振特動(dòng)波槳長(zhǎng)的1/辮4處。（2）大而跨越櫻檔距母也可尺安裝譯阻尼曲線。（3）利盾用間湯隔棒愿防止饅導(dǎo)線饞鞭擊短。三、縮慧超高敵壓輸斯電線江路的芬工頻夏過(guò)電妨壓1.過(guò)電獄壓產(chǎn)類生的環(huán)原理輸電軍線路語(yǔ)帶電桃后，越三相售導(dǎo)線星與導(dǎo)蜻線之憐間以轉(zhuǎn)及導(dǎo)番線與眉地之恭間存朝在有么分布比電容翠，在熔電壓貪作用值下，鐵將有平容性午位移爹電流域流過(guò)蘆，對(duì)仁應(yīng)的之功率監(jiān)即為幕線路炕的充球電功中率。揭正常救運(yùn)行泳時(shí)，她這一漲容性音功率鐘對(duì)線走路電速感上奴消耗熟的感加性功鼠率起獻(xiàn)補(bǔ)償聯(lián)作用統(tǒng)。33菠0k稻V—判—4彎1M呀va漂r/望10魄0k終m；50隨0k炒V—氏—1祝05刷Mv紐奉ar捕/1矩00她km；75稱0k鹿V—燃—2銳50粥Mv付ar朵/k車m。當(dāng)線跪路空絹載或足輕載浩時(shí)，暗這一面容性駱電流培將反巴向在擊線路停電抗遍上產(chǎn)夾生較支高的影過(guò)電撞壓——即工構(gòu)頻過(guò)注電壓側(cè)。其刊值為牛：當(dāng)線豎路長(zhǎng)待度達(dá)模到15蓮00黨km時(shí)，參過(guò)電件壓幅須值將劈燕達(dá)到保無(wú)限腸大，——擊穿藏沿線奮所有糞設(shè)備寧的絕僵緣。不