1、第第1章章 电力系统概述和基本概念电力系统概述和基本概念问题问题什么是电力系统？什么是电力系统？电力系统概述电力系统概述组成组成 通常将生产、输送、分配、使用电能的设备，以及测量、继电保护、控制装置乃至能量管理系统所组成的统一整体，称为电力系统。一次设备一次设备二次设备二次设备EMS电力系统概述电力系统概述组成组成生产 输送 分配 使用发电机 输电线路与变压器 负载电力系统概述电力系统概述组成组成生产 输送 分配 使用发电机 输电线路与变压器 负载 火电机组（煤、石油、燃气、秸秆、火电机组（煤、石油、燃气、秸秆、垃圾、沼气）垃圾、沼气） 水电机组（常规水电、抽水蓄能）水电机组（常规水电、抽水蓄
2、能） 核电机组核电机组 风电机组风电机组风电场风电场 光伏发电光伏发电 燃料电池发电燃料电池发电 潮汐、波浪、盐差发电潮汐、波浪、盐差发电生产生产发电机发电结构发展趋势：可再生化、绿色化发电形式多样化根根据据一一次次能能源源不不同同火电厂外景火电厂外景火电机组基本生产过程火电机组基本生产过程蒸汽管道蒸汽管道汽轮机汽轮机储煤场储煤场烟囱烟囱输煤皮带输煤皮带升压站升压站锅炉锅炉江河或水库江河或水库冷凝器冷凝器发电机发电机冷却水冷却水水电厂外景水电厂外景水电机组发电原理水电机组发电原理抽水蓄能电站抽水蓄能电站核电厂外景图核电厂外景图核电机组发电原理（压水堆）核电机组发电原理（压水堆）反应堆反应堆风电
3、场外景图风电场外景图达坂城风电场达坂城风电场风电机组发电原理风电机组发电原理叶片叶片发电机发电机齿轮箱齿轮箱光伏发电光伏发电光伏发电光伏发电光伏发电基本原理光伏发电基本原理波浪发电示意图波浪发电示意图其他其他电力系统概述电力系统概述组成组成生产 输送 分配 使用发电机 输电线路与变压器 负载低压三相变压器低压三相变压器低压端子低压端子高压端子高压端子三相三相三相四线三相四线高压三相变压器高压三相变压器低压端子低压端子高压端子高压端子三相三相输电线路输电线路高压输电高压输电线路线路三相三相低压输电低压输电线路线路电缆电缆 变压器变压器 输电线路输电线路 母线母线 开关设备，保护设备开关设备，保护
4、设备 输送、分配输送、分配母线母线 主要作用：汇集和分配电能。 发电机或线路在与变压器连接时，往往先连接到母线上，再由母线连接到变压器上。三种不同颜三种不同颜色表示色表示ABC三相三相其他一次设备其他一次设备电力系统概述电力系统概述组成组成生产 输送 分配 使用发电机 输电线与变压器 负载 电动机电动机 电解炉、日光灯电解炉、日光灯 荧光灯荧光灯 使用使用负荷 发电设备：发电机；发电设备：发电机； 输、配电设备：变压器、输电线路等；输、配电设备：变压器、输电线路等； 用电设备：电动机、电灯等。用电设备：电动机、电灯等。 测量设备：电流表、电压表；测量设备：电流表、电压表； 保护设备：继电保护装
5、置；保护设备：继电保护装置； 控制设备：远动操作装置；控制设备：远动操作装置； 能量管理系统。能量管理系统。一次一次设备设备 二次二次设备设备 电电力力系系统统组组成成 小结电力系统组成小结电力系统组成问题问题什么是电力系统？什么是电力系统？如何描述一个电力系统？如何描述一个电力系统？（1 1）电力系统的）电力系统的基本参量基本参量衡量规模和大小衡量规模和大小 总装机容量：所有发电机组额定容量之和，总装机容量：所有发电机组额定容量之和， （MW，GW） 年发电量：所有发电机组全年实际发出电能之和，年发电量：所有发电机组全年实际发出电能之和， MWh,GWh,TWh。 最大负荷：规定时间内，系统
6、出现的最大用电功率，最大负荷：规定时间内，系统出现的最大用电功率， （MW，GW）。）。 额定频率：交流电力系统额定频率，我国为额定频率：交流电力系统额定频率，我国为50HZ，国，国 外有外有60HZ。 最高电压等级：系统中最高电压等级线路的额定电压最高电压等级：系统中最高电压等级线路的额定电压 （kV）电力系统概述电力系统概述描述描述课后请查阅我国电力系统的现状课后请查阅我国电力系统的现状（2 2）电气接线图电气接线图描述设备的电气连接关系描述设备的电气连接关系单线图单线图G三相发电机三相发电机三相升压变压器三相升压变压器三相降压变压器三相降压变压器三相输电线路三相输电线路三相配电线路三相配
7、电线路三相负载三相负载电力系统的基本参量（衡量规模和大小）电力系统的基本参量（衡量规模和大小）反映了电力系统反映了电力系统各元件之间的电各元件之间的电气关系气关系难以反映各发电难以反映各发电厂、变电所、电厂、变电所、电力线路之间的相力线路之间的相对位置对位置阅读电气接线图阅读电气接线图时，参阅时，参阅地理接地理接线图线图（3 3）地理接线图地理接线图设备的地理位置关系设备的地理位置关系电厂电厂变电站变电站线路线路无备用无备用结线结线有备用有备用结线结线a）放射式）放射式 b）干线式）干线式 c）链式）链式 d）环式）环式 e）两端供电网络）两端供电网络电气接线分类（补充）电气接线分类（补充）辽
8、、吉、黑、辽、吉、黑、蒙东蒙东北京、天津、河北、北京、天津、河北、山西、山东、蒙西山西、山东、蒙西上海、安徽、江苏、上海、安徽、江苏、浙江、福建浙江、福建陕西、甘肃、宁夏、陕西、甘肃、宁夏、青海、新疆、西藏青海、新疆、西藏广东、广西、云广东、广西、云南、贵州、海南南、贵州、海南南方电网南方电网河南、湖北、湖南、河南、湖北、湖南、江西、四川、重庆江西、四川、重庆电网结构电网结构 电力系统概述电力系统概述我国电力系统概况我国电力系统概况装机容量装机容量 2009年已超年已超9亿千瓦，亿千瓦，NO.2电压等级电压等级 目前采用的电压等级有：目前采用的电压等级有： 交流：交流：1000KV（特高压）、
9、（特高压）、500KV（超高（超高压）、压）、220KV、110KV、35KV、10KV。 直流：直流：800KV（特高压）、（特高压）、 500KV 未来规划未来规划 “一特四大一特四大”全国范围内资源配置全国范围内资源配置 特高压特高压 大水电大水电 大核电大核电 大火电（大火电（1313个亿吨级煤电基地，大容量个亿吨级煤电基地，大容量 高效率机组）高效率机组） 大可再生能源大可再生能源(8(8个千万千瓦级风电基地个千万千瓦级风电基地) ) “ “智能电网智能电网”电网智能化电网智能化 “ “电力市场电力市场”采用市场的方式配置资源采用市场的方式配置资源八大风电基地八大风电基地华北华北南方
10、南方东北东北西藏西藏台湾台湾西北西北华中华中华东华东煤电基地煤电基地水电基地水电基地负荷中心负荷中心能源布局能源布局绿色绿色智能智能 电力系统（低碳电力系统（低碳无碳无碳）问题问题什么是电力系统？什么是电力系统？如何描述一个电力系统？如何描述一个电力系统？区别于其它系统的运行特点区别于其它系统的运行特点电力系统概述电力系统概述运行特点运行特点 与国民经济关系密切与国民经济关系密切 电能不能大量储存电能不能大量储存 发发- -输输- -用瞬时完成（电能传输速度）、暂态用瞬时完成（电能传输速度）、暂态过程迅速过程迅速 电能质量要求严格（频率、电压、波形）电能质量要求严格（频率、电压、波形）大停电大
11、停电电力系统概述电力系统概述运行要求运行要求 安全安全 优质优质 经济经济 保证系统运行的安全可靠性保证系统运行的安全可靠性 安全第一安全第一 保证良好的电能质量保证良好的电能质量 电压电压5%U5%UN N，频率，频率0.2Hz0.2Hz，波形畸变率，波形畸变率 保证运行经济性保证运行经济性 保证安全的前提下，优化运行保证安全的前提下，优化运行 环保环保（减少二氧化碳和污染物的排放）（减少二氧化碳和污染物的排放）电力系统概述电力系统概述小结小结 什么是电力系统？都有哪些组成部分？什么是电力系统？都有哪些组成部分？ 怎么描述一个电力系统？怎么描述一个电力系统？ 电力系统运行有哪些特点？电力系统
12、运行有哪些特点？ 电力系统运行的基本要求是什么？电力系统运行的基本要求是什么？ 必须要知道的基本概念必须要知道的基本概念 电压等级电压等级 负荷负荷 中性点的接地方式中性点的接地方式 （1 1）定义：）定义： 所谓电压等级，指国家标准规定的一定数所谓电压等级，指国家标准规定的一定数量的标准电压。量的标准电压。 这些标准电压，本质上是这些标准电压，本质上是电力线路电力线路的额定的额定电压。电压。 （注意：注意：不是不是设备设备的额定电压）。的额定电压）。 基本概念基本概念电压等级电压等级（2 2）电压等级的设定依据）电压等级的设定依据 输电线路的经济性输电线路的经济性 输电功率输电功率S S一定
13、的情况下，电压越高，可选用的导线一定的情况下，电压越高，可选用的导线截面积越小，投资也就越小；但电压越高，对杆塔、截面积越小，投资也就越小；但电压越高，对杆塔、变压器、断路器等的绝缘投资越大。因此，变压器、断路器等的绝缘投资越大。因此，对一定的对一定的输电功率和输电距离，有一个最合适的输电线路电压输电功率和输电距离，有一个最合适的输电线路电压。 电网运行综合费用与电压之间关系示意图电网运行综合费用与电压之间关系示意图 设备制造的系列性和规范性设备制造的系列性和规范性 不能确定太多的电压等级。不能确定太多的电压等级。因此需规定因此需规定一定数量一定数量的电压等级的电压等级（3 3）我国电力系统中
14、的电压等级）我国电力系统中的电压等级用电用电设备及电力线路的额设备及电力线路的额定电压定电压（三相线电压三相线电压）分类分类用途用途0.38 （常用电压）800kV 特高压(4)(4)设备的额定电压设备的额定电压 用电设备额定电压用电设备额定电压 用电设备额定电压与电力线路额定电压相等 运行要求：运行要求：用电设备电压偏差允许范围为用电设备电压偏差允许范围为5%5%； 运行条件：运行条件：输电时，沿线路的电压降落一般为输电时，沿线路的电压降落一般为10%10%； 运行结果：运行结果：要求输电时，线路首端电压为额定值的要求输电时，线路首端电压为额定值的105%105%， 末端电压就不会超过额定电
15、压的末端电压就不会超过额定电压的5%5%。为了使用电设备所承受的电压尽量与其额定压相接近，应取为了使用电设备所承受的电压尽量与其额定压相接近，应取线路上电压的平均值等于用电设备的额定电压。线路上电压的平均值等于用电设备的额定电压。 发电机额定电压发电机额定电压 发电机往往接于线路始端发电机往往接于线路始端，因此，额定电压为，因此，额定电压为线路额定电压的线路额定电压的1.051.05倍。倍。1.05倍线路倍线路额定电压额定电压变压器额定电压变压器额定电压 一次绕组侧：一次绕组侧：接电源，接电源，此时变压器相当于用电设备此时变压器相当于用电设备，因此变，因此变压器一次绕组额定电压与线路额定电压压
16、器一次绕组额定电压与线路额定电压相同相同；1.0倍线路额倍线路额定电压定电压变压器额定电压变压器额定电压 一次绕组侧：一次绕组侧： 一次侧如与发电机直接相连，则变压器一次绕一次侧如与发电机直接相连，则变压器一次绕组额定电压与发电机额定电压相同，即组额定电压与发电机额定电压相同，即1.051.05倍倍的线路额定电压；的线路额定电压；等于发电机额定电压，等于发电机额定电压，1.05倍线路电压倍线路电压变压器额定电压变压器额定电压 二次绕组侧：二次绕组侧：向负荷供电，相当于电源，接于线路首端，因向负荷供电，相当于电源，接于线路首端，因此，二次绕组额定电压应较线路额定电压高此，二次绕组额定电压应较线路
17、额定电压高5%5%。 但是，请注意：但是，请注意：变压器二次绕组额定电压是指变压器二次绕组额定电压是指空载空载额定电压！额定电压！变压器满载时，变压器满载时，内部电压降落内部电压降落约为约为5%5%。因此：因此：I. I. 若变压器二次侧不直接接用电设备，变压若变压器二次侧不直接接用电设备，变压器二次侧额定电压器二次侧额定电压应较应较电力线路额定电压高电力线路额定电压高10%10%。1.0倍线路额倍线路额定电压定电压二次侧额定电压二次侧额定电压提高提高10%变压器额定电压变压器额定电压变压器额定电压变压器额定电压 二次绕组侧：二次绕组侧：II.II.若变压器二次侧直接接用电设备，则二次若变压器
18、二次侧直接接用电设备，则二次绕组额定电压应为线路额定电压的绕组额定电压应为线路额定电压的1.051.05倍，以倍，以使得轻载时，用电设备的额定电压不超过使得轻载时，用电设备的额定电压不超过1.051.05倍额定电压。倍额定电压。1.05倍线路倍线路额定电压额定电压沿线路电压降落沿线路电压降落一般为一般为10%满足满足5%电电压偏差要求压偏差要求1.05倍线路倍线路额定电压额定电压1.0倍线路额倍线路额定电压定电压1.1倍线路额定倍线路额定电压电压1.1倍线路额倍线路额定电压定电压 例题，试根据变压器变比，判断变压器是升压例题，试根据变压器变比，判断变压器是升压变压器还是降压器变压器还是降压器
19、10.5/242 接于发电机端口的升压变压器 11/220 接于线路末端的降压变压器 10.5/220 接于线路末端的降压变压器，且线路末 端直接接有用电设备变压器一次侧电压为线路额定电压，变压器一次侧电压为线路额定电压，可据此判断一次侧和二次侧电压可据此判断一次侧和二次侧电压 例题，试求下图中发电机和变压器各绕组的额例题，试求下图中发电机和变压器各绕组的额定电压。定电压。电力系统分析电力系统分析P42，习题，习题2-16.(4)(4)设备的额定电压设备的额定电压-小结小结 用电设备额定电压用电设备额定电压 规定：用电设备与电力线路额定电压相等； 发电机额定电压发电机额定电压 电压等级的1.0
20、5倍； 变压器额定电压变压器额定电压 一次侧：若连线路，电压等级的1.0倍； 若连发电机，为电压等级的1.05倍； 二次侧：不直接与用电设备连接：电压等级的1.1倍； 直接与用电设备连接： 电压等级的1.05倍。用电设备及用电设备及电力线路的电力线路的额定额定电压电压电力线路的电力线路的平均额定平均额定电电压（压（1.051.05倍倍额定额定）同步发电同步发电机的额定机的额定电压电压（1.051.05倍倍）变压器的额定电压变压器的额定电压一次绕组（输一次绕组（输入）入）（1.01.0倍倍/1.05/1.05倍倍）二次绕组（输出）二次绕组（输出）（1.11.1倍倍）3 33.153.153 3.
21、15 3.15 3.36 66.36.36 6.3 6.3 6.6101010.510.510 10.510.5 11151515.7515.7515.753535373538.5606063606611011011511012122022023022024233033034533034550050052550052510001000105010001100 指电力线路首、末端所连接电气设备额定电压的平均值。 所谓“平均额定电压”是约定的、较线路额定电压约高5%的电压系列。(5)(5)线路平均额定电压线路平均额定电压2/ )1 . 1 (NNavUUU基本概念基本概念负荷负荷（1 1）负荷的定
22、义）负荷的定义 用电设备所消耗的功率。（2 2）负荷的分类）负荷的分类 范围划分： 综合用电负荷：工业、农业、交通、市政生活等 各方面消耗的功率之和； 供电负荷：综合用电负荷+电网损耗，指发电机传 送到电网中的功率； 发电负荷：供电负荷+厂用电，指发电机发出的功 率。 物理性能划分：有功负荷 无功负荷 供电可靠性划分 一级负荷：重要负荷，断电将导致人身事故、设备损 坏、产品报废，给国民经济带来重大损 失，市政生活带来巨大混乱。如医院。 二级负荷：较重要负荷，断电将造成生产部门造成大 量减产、窝工。如大型工厂。 三级负荷：除一级、二级负荷之外的负荷。如农电。（3 3）负荷曲线）负荷曲线描述负荷的
23、规律性描述负荷的规律性 定义定义 指某一段时间内负荷随时间变化的规律的曲线。一段时间：年负荷曲线、日负荷曲线一段时间：年负荷曲线、日负荷曲线负荷：个别用户、变电所、发电机、整个电力系统负荷：个别用户、变电所、发电机、整个电力系统 的负荷曲线的负荷曲线负荷：有功负荷曲线、无功负荷曲线负荷：有功负荷曲线、无功负荷曲线 常用有功负荷曲线：常用有功负荷曲线： a. 日有功负荷曲线日有功负荷曲线 b. 有功年最大负荷曲线有功年最大负荷曲线 c. 有功年持续负荷曲线有功年持续负荷曲线 东北电网某日日东北电网某日日发电发电负荷曲线负荷曲线 作用：作用：安排调度计划安排调度计划a. 日有功负荷曲线日有功负荷曲
24、线b. 有功年最大负荷曲线有功年最大负荷曲线 表示一年内每月最大有功功率负荷变化的曲线。作用：作用：电源规划、检修电源规划、检修年最大负荷年最大负荷利用小时数利用小时数c. 有功年持续负荷曲线有功年持续负荷曲线 由一年中系统负荷按期数值大小及其持续时间由大到小排列而成。作用：为电网和电源规划提供依据面积即为面积即为全年耗电量全年耗电量基本概念基本概念中性点接地方式中性点接地方式（1 1）中性点定义）中性点定义 指星形接线的变压器或发电机的中性点。（2 2）中性点接地方式）中性点接地方式 中性点与大地之间的电气连接方式。 （3 3）接地方式的重要性）接地方式的重要性 中性点接地方式关系到绝缘水平
25、，供电可靠 性，通信干扰，接地保护方式、电压等级、 系统稳定等诸多问题。 （4 4）中性点接地方式）中性点接地方式 中性点直接接地 中性点不接地 大接地电流方式 需要断路器遮断单相接地故障电流 中性点直接接地方式（或中性点有效接地） 小接地电流方式 单相接地电弧能够瞬间自行熄灭 中性点不接地方式（包括经消弧线圈接地） 若系统中一相接地时，出现了除中性点以外的另一若系统中一相接地时，出现了除中性点以外的另一个接地点，构成了短路回路，接地相电流（短路电个接地点，构成了短路回路，接地相电流（短路电流）很大，须迅速切除接地相。流）很大，须迅速切除接地相。直接接地方式直接接地方式安全性好；供电可靠性低。
26、安全性好；供电可靠性低。CNBA每相对地电压等于相电压每相对地电压等于相电压abcUUU正常运行时：正常运行时：中性点电压为中性点电压为NU CNBAbUaUcU不接地方式不接地方式 中性点电压为中性点电压为A A相单相接地时：相单相接地时： 各相对地电压变为各相对地电压变为NaUU adbdbNcdcNUUUUUUU BbUaUcUACNNUbdUcdU0adU非接地相的对地非接地相的对地电压升高了电压升高了 倍倍中性点电压升中性点电压升高为相电压高为相电压3CNBAbUaUcU不接地方式不接地方式BbUaUcUACNNUbdUcdU0adU若系统中单相接地时，不是单相短路，接地线路可若系统中单相接地时，不是单相短路，接地线路可以不跳闸，按规程仍可运行两小时。以不跳闸，按规程仍可运行两小时。供电可靠性高；对绝缘水平要求很高，经济性差。供电可靠性高；对绝缘水平要求很高，经济性差。本章内容小结本章内容小结 电力系统的基本组成；电力系统的基本组成； 描述电力系统参量与接线图；描述电力系统参量与接线图； 电力系统运行的特点和要求；电力系统运行的特点和要求； 电力系统的电压等级与电力设备的额定电电力系统的电压等级与电力设备的额定电压；压； 电力系统的负荷电力系统的负荷； 电力系统的中性点接地方式。电力系统的中性点接地方式。
