第一章 电力系统基础知识修改后1Word格式.docx

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二、电力生产的特点

1、电力生产的特点

1）同时性电力生产具有发电、供电、用电在同一时间内完成的特点。

电力系统的发电、供电、用电必须时刻保证平衡。

2）集中性电力生产是高度集中的、统一的。

电力网中的所有发电厂、供电公司必须接受电力网的统一调度，并依据统一质量标准、统一管理办法，在电力技术业务上受电网的统一指挥和领导。

电能由电网统一分配和销售。

电网设备的启动、检修、停运、发电量和电力的增减。

都由电网来决定。

3）适用性电能使用最方便，适用性最广泛。

4）先行性

2、国民经济发展电力必须先行性

电力系统的装机容量、电网容量、发电量增长速度应大于工业总产值的增长，才能满足生产发展和人民生活水平提高的要求。

三、新型能源及节能技术

根据联合国能源统计分析，目前全球人类获得电能的方式主要是以燃煤为主的火电（占39.1%），其余依次是水电（占18.4%），核电（占17.6%），气电（占13.3%），油电（占11.4%），新能源（占0.3%）。

就火电而言，存在着环境污染。

1、新型能源

新能源主要指风能、太阳能、地热能、海洋能（潮汐能、波浪能、海流动能、海洋热能、海洋生物能）以及生物质能等都是蕴藏量极大，取之不尽，用之不竭，不需开采和运输，洁净无污染的可再生能源。

目前，比较成熟的有风能、太阳能、地热能和潮汐能。

由于新能源发电技

术方面不断提高，造价不断降低，使新能源发电在技术方面和经济方面已逐渐具备了与常规能源发电进行挑战的条件，此外，新能源发电站的建设还具有附加条件少、施工周期短的优点。

因此，新能源发电作为一种新兴的产业正在得到迅速的发展。

1）、风力发电

风力发电原理：

风是空气在水平方向上运动的直接表现。

风中包含着巨大的能量，是地球重要的能量来源之一，风力发电就是将风力转变为回转的机械力，再驱动发电机组发电。

风力发电机组主要由转子、升速系统、发电机、控制系统、调速系统、支撑铁塔和电气系统等组成。

2）、太阳能发电

太阳能发电大体上可分为2类:

（1）太阳能热发电。

利用太阳能采集

装置将水加热，使其转化为蒸汽，再用来驱动汽轮发电机组发电。

（2）太阳能光发电。

利用由单晶硅或非晶硅薄膜制成的太阳能电池组，将太阳能直接转换为电能。

3）、地热发电

地球内部包含着巨大的能量，地表以下的温度随深度的增加而逐渐升高，地热发电就是把地球内部释放到地表的热量转换成电能。

目前，人类能控制利用的地热资源主要是地下热水、地热蒸汽和热岩层。

地热发电的方式较多，但主要有下述4种形式:

（1）直接利用蒸汽法。

如果地热井喷出的蒸汽，其温度及压力都很高，可将其过滤后直接用于驱动汽轮发电机组发电。

（2）汽水分离法。

把地热井喷出来的蒸汽和热水混合物经汽水分离器分离后，将蒸汽用于发电。

（3）减压扩容法。

把喷出或用水泵抽出的热水经过减压扩容蒸发后.将蒸发出来的水蒸汽用来发电。

（4）低沸点工质法通过热交换器，把地下热水的热量传给低沸点的媒介物，使之沸腾并产生蒸汽，再送人汽轮机。

4）、潮汐发电

潮汐发电原理：

在海湾口，可见到海水或江水每天有两次的涨和落现象，早上的称为潮，晚上的称为汐。

这个现象主要是由月球、太阳的引潮力以及地球自转效应所造成的。

潮汐发电是水力发电的一种。

在有条件的海湾建筑堤坝、闸门和厂房，将海湾（或河口）与外海隔开，围成水库；

对水闸适当地进行启闭调节，使水库内水位的变化滞后于海面的变化，水库水位与外海潮位就会形成一定的潮差即工作水头。

从而可驱动水轮发电机组发电。

潮汐能发电大体上可分为3类：

（1）单库单向式电站。

只修建一个水库，涨潮时开启闸门，将水库充满，待落潮后库水位与外海潮位形成一定的潮差时发电；

或者利用涨潮时水流由外海流向水库时发电，落潮后再开闸泄水。

这类电站仅在落潮或涨潮时发电。

（2）单库双向式电站。

也仅修建一个水库，但是由于采用了一定的水工布置形式或双向水轮发电机组，因此电站在涨潮和落潮时都能发电。

我国于1980年建成投产的浙江江厦潮汐试验电站就属于这种形式。

（3）多库联程式电站在有条件的海湾或河口，修建两个或者多个水库，其中一个作为高水库，仅在高潮位时与外海相通，其余为低水库，仅在右低潮位时与外海相通。

水库之间始终保持一定的水头，水轮发电机组位于各水库中间，可保证其能连续不断地发电。

2、电网的节能技术

电网的线损主要是指电力变压器损耗和电力线路损耗，而线损率

与变压器能耗的高低及电力系统发、输、变、配、用等各个环节紧密联系。

因此，设法降低电力线路损耗与变压器损耗己成为电力系统节能的主要措施。

电网节能技术主要包括电力线路、变压器和电网，总体节电技术三个方面。

1）电力线路的节能措施

（1）在电网中尽量采用环行供电和多回线路供电方式，避免电力线路的交错、重叠和迁回供电；

（2）投入备用线路。

有些用户设有备用电缆和线路，若把这些备用回路也投入使用，则可使配电线路的截而积成倍增加，而又不需要额外投资，这一也可以大大节约电能；

（3）减少空载损耗。

不用电时断开电源线路，可减少线路上的空载运行损耗，一般可达3%一5%。

（4）采用节能型无功补偿装置，提高功率因数。

电力系统的无功补偿分为集中补偿和分散就地补偿，前者大多用在中压网络的供电母线上，解决供电无功输送中的线路损耗，即提高功率因数;

后者大多用在配电系统末端负荷处，解决用户侧的无功平衡问题，使用户在负荷端实现无功就地补偿，降低配电线路的线损。

集中补偿解决的是部分线损，而分散补偿可使网络损耗降至最低限度。

两者相结合可达到更理想的效果。

（5）改造、更新低压配电线路，采用节能型金具或扩大导线截，提高绝缘水平，以减少传输和漏电的损失。

2）变压器节能技术

变压器在传递功率过程中，自身要产生有功功率损失和无功功率消耗。

电网中变压器的台数多、容量大，所以在发、供、用电过程中变压器的电能损失约占整个电力系统损失的30%，因此采取技术措施来降低其损失是节约能源的重要手段。

变压器的节能措施通常有以下几种:

（1）采用节能型变压器。

目前我国节能型变压器在质量方而己达较高水平，其总能耗较普通型可降低25%以上。

如果超导变压器在21世纪实用化，将是节能效果最显著的变压器。

（2）采用相控无功自动补偿提高功率因数，降低变压器绕组损耗。

在电力系统中，用户几乎大量采用感应电动机和其它感应用电设备，需要系统供给大量的无功功率，这些无功功率经多级线路和变压器的输送与转化，又会造成无功功率损失，使电网无功功率短缺，这不但降低了发供电设备的供电能力，造成电网中电压的波动，也增大了电能损失。

采用相控无功自动补偿装置，可弥补传统无功补偿设备的缺陷，使无功损耗大幅降低。

（3）按最大需求量计算基木电费，有利于推广变压器的经济运行，从而达到节能的目的。

此种计费方式促使用户按变压器经济方式选择投运变压器的容量，当几台变压器共同承担一个总负荷时，也能按变压器经济运行的要求合理安排投运台数。

（4）调整及平衡变压器的二次侧绕组和二次侧绕组间负载分配。

（5）调整电网中变压器运行方式。

对负载波动大的单台运行变压器，应通过定时计算增设小容量变压器在小负荷时运行。

对负荷波动大的变配电所，应装设两台不等容量变压器，其中长期运行的变压器应选择技术特性优者，使用非长期运行的变压器应选择技术特性良者。

（6）实行经济调度，提高变压器运行效率，实现经济运行。

为实现经济调度，常根据负载率选择变压器容量；

根据实际需要，采用并列、解列等运行方式；

减少冷却装置消耗的功率，将冷却器分组控制和辅机变速运行。

实践证明使用变压器经济运行，可使变压器能耗下降10%以上。

3）电力系统总体节能方式

（1）系统总体负荷平衡。

电力系统总体负荷平衡包括线路之间的负荷平衡，线路三相负荷的平衡，变压器间的负荷平衡等各个方面。

合理地使负荷经常在经济输送的条件下运行，可以大幅度降低电网损耗电量。

（2）调整用户用电时间，提高负荷率

负荷率是平均负荷与最大负荷之比，负荷率小，说明负荷波动大，电力系统电能损耗一般也大。

为降低电能损耗，必须合理调节用户用电时间，有计划地安排部分生产单位在用电低谷时用电。

（3）简化电压等级

将高压引入负荷中心及在额定电压容许情况下提高电压等级，是降低线损率的有效措施，供电电压等级越高，线损愈低。

（4）实施电网经济调度，减少电力系统的电能损耗

电网经济调度是充分利用电网中现有的输（配）、变电设备，通过科学的定量计算，优化变压器及电力线路的运行方式。

负荷的经济调配，变压器与供电线路运行的优化组合等技术措施，可极大限度地降低变压器和线路的有功损耗和无功损耗。

（5）选择合理的电力系统规划方案

电力系统发展规划方案的优化是衡量该系统线损率高低的关键性因素之一，电力系统规划欠佳的主要表现是:

无功容量不足且投入率低；

电网结构不合理，理论线损率高；

水电、火电发展不协调，未能做到统一规划等。

这些都会造成电网线损率上升，因此必须选择合理的电力系统规划方案。

（6）采用冷、热电联产

冷、热电联产是通过能量递级利用原理，使锅炉产生的具有高品位的热能蒸汽通过汽轮机发电，同时冬季利用汽轮机抽汽或排汽向用户供热；

夏季利用吸收式制冷机向用户供冷。

采用这种方式是协调大中城市热电厂和大型集中供热锅炉冬季负荷不均，缓解电网用电高峰紧张局面，充分利用现有供热设备，为夏季空调提供冷源的一种有效方式。

此方式一方面可以合理利用热锅炉和管网等设备，协调热电厂或大型供热锅炉冬季负荷严重失衡状况，解决市民对采暖空调的需求；

另一方面，又大大提高采暖空调的一次能源利用率，降低能耗水平，有较好的节电效益。

第二节电力负荷

电力负荷是指用电设备或用电单位所消耗的功率（kW）、容量（kVA）或电流（A）。

一、电力网负荷组成

1、用电负荷是用户在某一时刻对电力系统所需求的功率。

2、线路损失负荷

电能从发电厂到用户的输送过程中，会发生功率和能量的损失，与这种损失对应的发电功率，叫线路损失负荷，也称为线损。

3、供电负荷

用电负荷加上同一时刻的线路损失负荷，是发电厂对外供电时所承担的全部负荷，称为供电负荷。

二、按发生时间不同负荷分类

1、高峰负荷

高峰负荷是指电网或用户在单位时间内所发生的最大负荷值。

常以小时用电量作为负荷。

高峰负荷分为日高峰负荷和晚高峰负荷。

在分析某单位的负荷时，选一天24h中最高用电量的一小时平均负荷作为高峰负荷。

2、低谷负荷

低谷负荷是指电网中或某用户在一天24h内，发生用电量的最少的电量。

3、平均负荷

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一小时用电量。

日平均负荷即一天的用电量除以一天的用电小时。

安排用电量常用月平均负荷和年平均负荷。

三、按负荷突然中断对供电的影响，用电负荷又分为：

1、一类负荷也称一级负荷

一类负荷也称一级负荷，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。

对于一类负荷用电设备，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供电方式。

2、二类负荷也称二级负荷

二类负荷也称二级负荷，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。

一般采用双电源供电方式。

3、三类负荷也称三级负荷

三类负荷也称三级负荷，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。

第三节电能质量

电能质量是指供应到用电单位受电端电能品质优劣程度。

电能质量包括电压、频率、波形的质量等。

电能质量主要包括电压质量、频率质量两部分：

电压质量又分为电压允许偏差、电压允许波动与闪变、电压跌落、公用电网谐波、三相电压允许不平衡度；

频率质量分为频率允许偏差等项。

1、供电电压允许偏差

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△U%来表示。

U：

检测点上电压实际值

UN：

检测点电网电压额定值（V）

额定电压指能使各种电气设备工作在最佳状态的电压。

电力网的额定电压使电气设备标准化和规范化电气设备。

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、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±

10%。

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%。

4）10kV及以下三相供电，电压允许偏差为额定电压的±

2、电压允许波动和闪动

1）电压允许波动在某一时段内，电压急剧变化而偏离额定值的现象，称为电压允许波动。

用电压最大值和电压最小值之差与额定电压之比的百分数△U%来表示。

式中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）。

电压波动主要是由负荷急剧变动引起的，电压波动会造成电动机、电子设备、计算机、自控设备等无法正常工作。

我国国家标准规定电压波动允许值为：

220kV及以上为1.6%；

35kV---110kV为2%；

10kV及以下为2.5%。

2）电压闪变电压闪变主要反映了由电压波动引起的灯光闪烁对人的视感产生影响的效应。

它不仅与电压波动的幅值、频度、波形和照明装置的类型和参数（额定电压、额定功率）有关，而且还和人的主观视感有关。

然而，世界各国电力系统的供电电压、频率不尽相同，照明装置也千差万别，作为主观感受者的人，不仅存在着地域、国家、年龄、性别的群体差别，而且存在着身体状况等的个体状态差异，闪变的评价标准看来似乎无据可依，但经过国际电热协会（UIE）和国际电工委员会（（IEC）多年的协调，闪变的国际电工标准己趋于统一。

IEC推荐的闪变的测量为闪变觉察率F（%）：

白炽灯照明对电压波动最灵敏。

为了制定闪变标准，IEC工作组采用不同波形、频度和幅值的调幅波对正常工频电压进行调制，向230V/60W白炽灯供电，对观察者（（>

500人）的视觉反应作抽样调查，求出闪变觉察率。

3、电压跌落

电压跌落，也称为电压骤降、电压下跌、电压凹陷。

IEEE标准中电压跌落定义为:

供电系统中某点的工频电压有效值突然下降至额定值的10%-90%，并在随后的lOms-lmin的短暂持续期后恢复正常。

一般情况下，用来描述电压跌落特征的参数主要有三个:

一是电压跌落的幅值，即电压发生突然下降后的电压幅值大小，常用电压幅值跌落深度来表示；

二是电压跌落时的相位跳变，指电压跌落前后相位角的变化，不对称电压跌落时，指电压基波正序分量的相位变化；

三是电压跌落起止时刻，即电压跌落的持续时间。

电压跌落产生原因：

大部分电压跌落是由于雷击和输电线路短路故障引起的。

感应电动机的启动等也会引起电压跌落，但这种电压跌落一般并不严重。

击引起的绝缘子闪络和线路对地放电是造成系统电压跌落的主要原因，系统短路故障是引起电压跌落的另一重要原因。

在故障期间，线路上的敏感负荷将被迫退出工作。

短路故障引起的电压跌落的幅值大部分都在30%额定值以下。

由于供电端变压器绕组联接方式的不同以及负荷连接方式的不同，

使得同一故障点产生的电压跌落由输电线路送到不同负荷时产生的电压跌落类型也不相同。

电压跌落的危害：

电压跌落和瞬时中断己被认为是影响许多用电设备正常、安全运行的最严重的动态电能质量问题。

电压跌落问题的控制措施与方法：

为减少电压跌落对敏感负荷的影响，仅从电力系统着手，无法彻底防止问题的发生。

由于用户对电能质量的要求日益多样，因此，从技术成本上考虑，对电压跌落问题采取的措施要从供电部门、用户与用电设备厂商等多方面考虑。

4、公用电网谐波

电力系统中有非线性负载时，如一部电动机、感应电炉，尤为严重的是大型的晶闸管交流设备和大型电弧炉。

即使电源都以工频50HZ供电，当工频电压或电流作用于非线性负载时，就会产生不同于工频的其它频率的正弦电压或电流，这些不同于工频频率的正弦电压或电流，就是人们称的电力谐波。

谐波危害：

对设备危害很大，可使变压器、电动机的铁损增大，产生过热，介质老化，缩短寿命；

可使变压器噪音增大；

电动机的转子振动，影响产品质量；

电容易发热击穿；

表计不准；

系统发生谐振过电压等。

抑制谐波措施：

采取Y/D、D/Y的变压器绕组接线消除3的整数倍谐波；

增加整流相数，降低谐波分量；

装设滤波器；

在电容补偿回路串电抗器，消除谐振可能；

限制变流高压装置的容量；

提高大容量非线性设备的供电电压。

5、供电频率允许偏差

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。

或称供电频率。

供电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：

实际供电频率值（Hz）

fN：

供电网额定频率值（Hz）

我国规定对频率变化的允许范围：

电网装机容量≥300万千瓦±

0.1Hz。

频率过高过低的危害：

影响产品的产量和质量、危及电力系统的稳定运行。

第五节电力系统中性点接地

中性点：

是指电力系统的输、配电线路首端所连接的变压器绕组接成星行时的公共点。

工作接地配电变压器或低压发电机中性点通过接地装置与大地相连。

工作接地分为直接接地与非直接接地（不接地或经消弧线圈接地）。

工作接地的接地电阻一般不超过4Ώ。

一、系统的接地形式

1、接地保护系统的形式文字代号

第一字母表示电力系统的对地关系：

T：

直接接地；

I：

所有带电部分与地绝缘，或一点经阻抗接地。

第二字母表示装置的外露可接近导体的对地关系：

外露可接近导体对地直接做电气连接，此接地点与电力系统的接地点无直接关连；

N：

外露可接近导体通过保护线与电力系统的接地绝缘，或一点经阻抗接地点直接做电气连接。

若后还有字母，则表示中性线与保护线的组合。

S：

中性线与保护线是分开的。

C：

中性线与保护线是合一的。

2、电力系统中性点接地方式

1）中性点直接接地中性点直接接地是指电力系统中至少有一个中性点直接或经小阻抗与接地装置相联接。

其作用是使中性点经常保持零电位。

中性点直接接地优点：

当系统发生一相接地故障时，能限制非故障相对电压的升高，从而保证单相用电设备的安全。

缺点：

短路电流很大，继电保护动作，断路器跳开，造成停电；

发生人身一相对地电击时，危险性较大。

中性点直接接地不适用于：

连续供电要求较高、人身安全、环境安全要求较高场合。

图1-3中性点直接接地

2）中性点非直接接地（不接地或经消弧线圈接地）中性点非直接接地是指电力系统中性点不接地或经消弧线圈、电压互感器、高阻抗与接地装置相联接。

中性点不接地系统

中性点不接地系统可以减少人身电击时流过人体的电流，降低设备对地电压。

系统正常运行时各相对地电压是对称的。

当一相接地故障时：

接地相对地电压降低，最低为零；

未接地相对地电压升高，最高升至线电压。

接在相间电压上的受电器的供电并未遭到破坏，它们可以继续运行，此时系统可以继续运行2小时，但是这种电网不允许长期在一相接地的状态下运行，因为这时非故障相电压升高，绝缘薄弱点很可能被击穿，而引起两相接地短路，将严重地损坏电气设备。

因此，在中性点不接地电网中，必须设专门的监察装置，以便使运行人员及时地发现一相接地故障，从而切除电网中的故障部分。

中性点经消弧线圈接地

图1-4中性点经消弧线圈接地

应用场合：

电缆线路较多,电容电流较大,单相接地故障时,接地点出现电弧,造成过电压。

加消弧线圈可以抵消电容电流，减小短路电流。

为防止内、外过电压损害低压电力网的绝缘，有关规程规定：

配电变压器中性点及各出线终

端的相线，均应装设高压击穿保险器。

中性点不接地系统，为安全，规程规定：

不允许引出中性线供单相用电。

城市中配电网的接地方式应用情况：

220、110kV—直接接地；

35kV—经消弧线接地；

10kV—经消弧线接地或经小阻抗接地（电缆为主）；

220/380V—直接接地。

3）中性点经小电阻接地方式

中压电网以35KV、10KV、6KV三个电压电压应用较为普遍，其均为中性点非接地系统，但是随着供电网络的发展，特别是采用电缆线路的用户日益增加，使得系统单相接地电容电流不断增加，导致电网内单相接地故障扩展为事故。

以10kV系统为例，每敷设1公里10kV电缆，大约使电网电容电流增加1～1.5A，是架空线路的30倍左右，电容电流剧增。

中性点经小电阻接地方式中，一般选择电阻的值较小。

在系统单相接地时，控制流过接地点的电流在500A左右，也有的控制在100A左右，通过流过接地点的电流来启动零序保护动作，切除故障线路。

其优缺点是：

系统单相接地时，全相电压不升高或升幅较小，对设备绝缘等级要求较低，其耐压水平可以按相电压来选择。

接地时，由于流过故障线路的电流较大，零序过流保护有较好的灵敏度，可以比较容易检除接地线路。

由于接地点的电流较大，当零序保护动作不及时或拒动时，将使接地点及附近的绝缘受到更大的危害，导致相间故障发生。

当发生单相接地故障时，无论是永久性的还是非永久性的，均作用与跳闸，使线路的跳闸次数大大增加，严重影响了用户的正常供电，使其供电的可靠性下降。

二、低压系统接地形式

1、TN系统接线电力系统有一点直接接地，电气装置的外露可接近导体通过保护线与该接地点连接。

TN系统可分为：

TN-C系统：

中性线N与保护线PE是合一的，设备金属外壳采用接零保护。

TN-C系统特点

1）保护零线（ＰＥ）与工