电力系统基本知识(电工进网作业许可考试培训)

用电过程，称为电力系统。
电力网：是将各个电压等级的输电线路和各种类型的变电所 连接成网络，就是电力系统中的输电、变电、配电三个部 分称为电力网。
动力系统 电力系统 电力网关系示意图
电力系统及电产电能的工厂，它将蕴藏于自然界中的一次 能源转换为电能，根据其所利用的电能不同，分为： 火力发电厂 水力发电厂 核能发电厂 风力发电厂 地热发电厂 太阳能发电厂 潮汐发电厂
△U %
U— 检测点上电压实际值（V） UN— 检测点电网电压额定值（V）
电能质量：电压
• 电压过高和过低的危害： • 1）过高会损坏设备（导致设备绝缘老化）； • 2）过低会 烧坏电动机； T∝U2 T—异步电动机的转矩 U—起动电压 （U很低，异步电动机不能启动，使异步电动机的定子、转子严重发热） • 3）电力网损耗增加； • 我国国家标准规定电压偏差的允许值为： 1）35kV及以上电压供电 ，电压允许偏差为额定电压的±5%。 2） 10kV及以下三相供电，电压允许偏差为额定电压的±7%。 3） 220V单相供电，电压允许偏差为额定电压的+7% 、-10%。 对电压有特殊要求用户，供电电压允许偏差有供用电协议确定。
• 风力发电
• 太阳能发电
其他新能源发电
• 地热发电
• 潮汐发电
大型电力系统的技术经济优点
• • • • • 提高供电可靠性 减少系统的备用容量 减少系统的峰谷差 提高供电质量 有效利用水力等一次动力资源的作用
电力网分为输电网和配电网
• 输电网： 交流：高压（220kV） 超高压（330kV,500kV,750kV） 特高压（1000kV及以上） 直流：高压（±500kV及以下） 特高压（±800kV）
一次电气设备
• 变、配电所中用来承担输送和分配电能任 务的电路，称为一次电路或电气主接线。 • 一次电路中所用的电气设备，称为一次设 备。
常用的一次电气设备
• 主变压器 在降压电所内变压器是 将高电压改变为低电压电气 设备。在10kV变电所内，主 变压器是将10kV电压变为 380~220V，供给380~220V 的负荷。 • 高压断路器 高压断路器是作为保护变 压器和高压线路的保护电器， 它具有开断正常负荷和过载、 短路故障的保护能力。
变、配电所
变、配电所是电力网中的线路连接点， 是用以变换电压、交换功率和汇集、分配 电能的设施。它主要由主变压器、配电装 置及测量、控制系统等构成，是电网的重 要组成部分和电能传输的重要环节，对保 证电网安全、经济运行具有举足轻重的作 用。
变、配电所
变电所分类
• 根据其在系统中的位置、性质、作用及控 制方式等，可分为： • 枢纽变电所 • 区域变电所 • 地区变电所 • 用户变电所 • 地下变电所 • 无人值班变电所
用电负荷分类
• 二类负荷 指突然中断供电将会造成较大的经济损 失；以及突然中断供电将会造成社会秩序 混乱或政治上的较大影响的用电负荷。
供电要求：采用双回路线供电，两回路线应 尽量引自不同变压器或两段母线。
用电负荷分类
• 三类负荷 指不属于一类负荷和二类负荷的其他负 荷，对此类负荷，突然中断供电所造成损 失不大或不会造成直接损失。
电能质量：波形
• 谐波对电气设备的危害： a）变压器：使铁损增加，变压器过热，绝缘老化加速， 影响使用寿命，噪音增大，电动机转子发生震动； b） 电容器：因电容器对谐波的阻抗很小，易发生过电 流发热导致绝缘击穿甚至甚至造成烧坏； c）电力线路：使电力线路的电能损耗和电压损耗增加， 使感应式电能表计量不准； d）电力系统：易使电力系统产生电压谐振，引起线路 过电压，有可能击穿电路绝缘；还可能造成继电保护 和自动装置发生误动作或拒动作等； e）通讯：对附近的通讯系统产生信号干扰。
配电网
• 直接将电能配送到用户的网络称为配电网；
• 高压配电网（35kV，110kV及以上） • 中压配电网（20kV，10kV，6kV，3kV） • 低压配电网（220V，400V）
20kV中低压配电系统的优点
• • • • 提高了中压配电系统的容量 降低了线路上的电压损失 增大了中压配电网的供电半径 降低线损
• • • • • • •
火力发电厂
利用煤炭、石油、天然气等可燃物为原料来发电的 工厂，其能量转换过程为： 燃料的化学能→热能→机械能→电能
水力发电厂
• 利用江河所蕴藏的水力资源来发电
其能量转换过程是：水的位能—机械能—电能
核能发电厂
• 基本原理：核燃料的裂变能—热能—机械 能—电能
其他新能源发电
U max Umin 100% △U % UN
UN— 额定电压（V）
Umax、 Umix —某一时段内电压波动最大值和最小值（V）。
电能质量：电压
• 我国国家标准规定电压波动允许值为： 1）220kV及以上为1.6%； 2） 35kV---110kV为2%； 3）10kV及以下为2.5%。
电能质量
• 供电质量指电能质量与供电可靠性。 电能质量包括电压、频率和波形的质量。 电压：1.供电电压允许偏差 2.电压允许波形和闪变 3.装设无功补偿装置和调压措施
电能质量：电压
（一）供电电压允许偏差（GB/T1232-2008《供电电压允许 偏差》定义：实际运行电压对系统标称电压的偏差对应值。 用百分数表示） • 额定电压：按长期正常工作时有最大经济效果而规定的电 压。 • 统一电力网的额定电压 ，能够使电气设备标准化和规范 化。 • 供电电压允许偏差 在某一时段内电压幅值缓慢变化而偏 离额定值的程度，以电压实际值和电压额定值之差△U与 电压额定值UN之比的百分数用△U %来表示：
常用的一次电气设备
• 隔离开关 隔离开关是隔离电源用的电器
•电压互感器（PT）
电压互感器是将系统的高电压转变为低电压，供保 护和计量用。
•电流互感器(CT) 电流互感器将高压系统中的电流或低压系统中的大 电流转变为标准小电流，供保护和计量用。
常用的一次电气设备
电压互感器
电流互感器
常用的一次电气设备
电力生产的特点
• 同时性 电能不能大量储存，发电和用电时刻保 持平衡，因此电能的生产和运输、分配和 转换成其他形态的能量，必须同时完成。 • 集中性 电力生产高度集中，要求电力网所有电 力生产，必须同一调度，同一质量保证， 统一管理。
电力生产的特点
• 适用性 绿色能源，清洁能源，不受时间、空间、 地点、气温、天气等限制。 • 先行性 人民生活对电力能源的依赖，工农业生产， 国民经济等因素，决定装机容量、发电量 和供电量的增长速度。
（2）电压闪变（人眼对灯闪的主观感觉 ） 周期性电压急剧波动引起灯光闪烁，光通量急 剧波动，造成人的视觉不舒适现象，称为闪变。
电能质量：电压
• 为了保证电压质量合乎标准，往往需要装设必要 的无功补偿装置和采取一定的调压措施 常用的电压调整措施有： 1.正确选择变压器的变比和电压分接头 2.降低系统阻抗 3.使三相负荷平衡 4.采取补偿无功功率措施 5.合理改变供电系统运行方式
电气主接线
500kVA及以下变电所主接线
变电所的常用电气主接线
2、变电所主接线形式 变电所的主接线形式，根据电源数和引出线的数设置， 考虑当负荷减少或电气设备检修，每一电源点或出线均有 可能被切除。因此，必须使每一引出线能从电源点获得供 电，保证供电的可靠性和灵活性。常见变电所主接线形式 有以下几种： 1）不分段单母线接（用于单电源） 2）用断路器分段的单母线接线（双电源） 3）单母线分段带旁路母线接线（双电源） 4）双母线带旁路母线接线（考虑出线断路器检修，用旁路 带） 5）桥式接线（分段断路器在变压器侧的内桥、分段断路器 在线路侧的外侨） 6）单断路器双母线接线（双断路器双母线、3/2双母线接线）
负荷曲线
• 实际的系统负荷时随时间变化的，变化的 规律用负荷曲线描述，常用的负荷曲线有 日负荷曲线和年负荷曲线：
负荷曲线
• 高峰负荷 选一天24h中最高的一小时的平均负 荷作为高峰负荷。 • 低谷负荷 低谷负荷是指电网中用户在一天24h 内，发生用电量的最少的电量。 • 平均负荷 是指电网中或某用户在某一段确定的 时间段内平均小时用电量。 • 日平均负荷 即一天的用电量除以一天的用电小 时。
电能质量：波形
• 日常用的交流电是正弦交流电，正弦交流电的波 形要求的严格的正弦波（包括电压和电流）。当 正弦波不是严格的正弦波时，它就有很多的高次 谐波成分，谐波对电气设备的危害很大。 • 典型的谐波产生源（电子开关型，铁磁饱和型，电弧型）
电能质量：波形
• • • • • •
谐波种类 偶次谐波 : 2nd, 4th, 6th, 8th … 奇次谐波 : 3rd, 5th, 7th, 11th … 正序谐波 :(3n+1) 4th, 7th, 10th… 负序谐波 :(3n-1) 2nd, 5th, 8th… 零序谐波 :(3n) 3rd, 6th, 9th… 电压谐波总畸变率(失真率): V(THD)
电能质量：频率
• 电网中发电机发出的正弦交流电压每一秒 钟交变的次数，称为频率。 • 我国系统标称频率为50HZ，国外有60HZ的。 频率偏差是以实际频率和额定频率之差△f 与额定频率fN之比的百分数△f %来表示。
f fN 100% △f % fN
f—实际供电频率值 （Hz） f N— 供电网额定频率值周/秒（ Hz ）
用电负荷
• 用电负荷是用户在某一时刻对电力系统所 需求的功率。
• 分类 按用户的重要程度和对供电可靠性的要求， 将电力负荷分为三类。
用电负荷分类
• 一类负荷 指突然中断供电将会造成人身伤亡或 会引起对周围环境严重污染，造成经济上 巨大损失；以及突然中断供电将会造成社 会秩序严重混乱或政治上的严重影响的用 电负荷。 供电要求：一类负荷用电设备，应加两个 以上的独立电源供电，并辅之以其他必要 的非电力电源的保安措施。