1、电力工程电力工程第四节第四节 电力系统接线方式和电压等级电力系统接线方式和电压等级一、电力系统接线方式一、电力系统接线方式 电力系统是最大的人工系统，它敷设在非常广电力系统是最大的人工系统，它敷设在非常广大的地域上，因而任何人想在不长的时间内看到整大的地域上，因而任何人想在不长的时间内看到整个系统的全部连接的实际情况那是不可能的，然而个系统的全部连接的实际情况那是不可能的，然而只能通过看元件连接情况的单线图，从而了解到整只能通过看元件连接情况的单线图，从而了解到整个系统的连接情况。个系统的连接情况。1、电力系统接线图、电力系统接线图 电力系统的接线图有两种：电气接线图和地理电力系统的接线图有两
2、种：电气接线图和地理接线图。接线图。电气接线图较详细地表示出电力系统各主要元电气接线图较详细地表示出电力系统各主要元件之间的电气联系，但不能反映各发电厂，变电所件之间的电气联系，但不能反映各发电厂，变电所的相对地理位置。的相对地理位置。在地理接线图上，各发电厂，变电所的相对地在地理接线图上，各发电厂，变电所的相对地理位置以及各条电力线路的路径都按一定比例表示理位置以及各条电力线路的路径都按一定比例表示出来，但各主要元件之间的电气联系却不能在图中出来，但各主要元件之间的电气联系却不能在图中表示清楚。因此，这两种接线图常配合使用。表示清楚。因此，这两种接线图常配合使用。2、电力系统接线、电力系统接
3、线 电力系统的接线方式应能满足电力系统运行的电力系统的接线方式应能满足电力系统运行的基本要求：基本要求：（1）必须保证用户供电的可靠性）必须保证用户供电的可靠性 （2）必须能灵活地适应各种可能地运行方式）必须能灵活地适应各种可能地运行方式 （3）应力求节约设备和材料，减少设备费用和）应力求节约设备和材料，减少设备费用和运行费用，使电网地建设和运行比较经济；运行费用，使电网地建设和运行比较经济；（4）应保证各种运行方式下运行人员能安全操）应保证各种运行方式下运行人员能安全操作。作。电力系统的接线方式大致可分无备用和电力系统的接线方式大致可分无备用和有备用两类。有备用两类。（1）无备用接线。用户只
4、能从一个方向取）无备用接线。用户只能从一个方向取得电源的接线方式，包括单回路放射式，干得电源的接线方式，包括单回路放射式，干线式和链式网络，如图所示。这类接线适用线式和链式网络，如图所示。这类接线适用于向二类负荷供电。于向二类负荷供电。无备用接线方式无备用接线方式(a)放射式放射式 (b)干线式干线式 (c)链式链式 （2）有备用接线。它是用户可以从两个）有备用接线。它是用户可以从两个或两个以上方向取得电源的接线方式，如或两个以上方向取得电源的接线方式，如图所示的双回路放射式，干线式，链式以图所示的双回路放射式，干线式，链式以及环式和两端供电网络。及环式和两端供电网络。有备用接线方式有备用接线
5、方式（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)两端两端供电网供电网 这类接线适用于对一，二类负荷尤其是一类负这类接线适用于对一，二类负荷尤其是一类负荷供电，应当优先考虑采用有备用接线荷供电，应当优先考虑采用有备用接线 二、电力系统电压等级二、电力系统电压等级 近代电力系统中，各部分电压等级之所以不同近代电力系统中，各部分电压等级之所以不同，是因为三相功率是因为三相功率S和线电压和线电压U、线电流、线电流I之间的关系之间的关系为为SUI。当输送功率一定时，输送电压越高，。当输送功率一定时，输送电压越高，电流越小，导线等载流部分的截面积越小，投资就电流越小，导线
6、等载流部分的截面积越小，投资就越小；但是电压越高，杆塔、变压器、断路器等绝越小；但是电压越高，杆塔、变压器、断路器等绝缘的投资也就越大。综合考虑以上因素，对应于一缘的投资也就越大。综合考虑以上因素，对应于一定的输送功率和输送距离应有一个最合理的线路电定的输送功率和输送距离应有一个最合理的线路电压。但从设备角度考虑，为保证生产的系列性，又压。但从设备角度考虑，为保证生产的系列性，又不能任意确定线路电压。另外，规定的标准电压等不能任意确定线路电压。另外，规定的标准电压等级越多也不利于电力工业的发展。考虑到现有的实级越多也不利于电力工业的发展。考虑到现有的实际情况和进一步的发展，我国国家规定的标准电
7、压际情况和进一步的发展，我国国家规定的标准电压（又称额定电压）如表所示。选择线路电压，只能（又称额定电压）如表所示。选择线路电压，只能选择国家规定的电压等级选择国家规定的电压等级。3v电气设备的额定电压通常是由制造厂根据其工作条电气设备的额定电压通常是由制造厂根据其工作条件确定的电压。电力系统正常运行时，发电机、变件确定的电压。电力系统正常运行时，发电机、变压器、用电设备等，各种电气设备只有在额定电压压器、用电设备等，各种电气设备只有在额定电压运行时，技术经济性能才能最好，安全可靠运行以运行时，技术经济性能才能最好，安全可靠运行以及使用寿命都能得到保证。但是，从设备制造及运及使用寿命都能得到保
8、证。但是，从设备制造及运行管理的角度考虑，额定电压等级不宜过多，且电行管理的角度考虑，额定电压等级不宜过多，且电压级差不宜过小。为了使得电力工业和电工制造业压级差不宜过小。为了使得电力工业和电工制造业的生产标准化、系列化和统一化，世界上的许多国的生产标准化、系列化和统一化，世界上的许多国家和有关国际组织都制定有关于标准电压等级的条家和有关国际组织都制定有关于标准电压等级的条例。例。v 我国规定的各种电我国规定的各种电气设备额定电压，按电气设备额定电压，按电压的高低分为三类：压的高低分为三类：第一类是第一类是100V以下以下的额定电压，见表，它的额定电压，见表，它们主要用于安全照明、们主要用于安
9、全照明、蓄电池及开关设备的直蓄电池及开关设备的直流操作电源。表中的三流操作电源。表中的三相相36V电压等级，只作电压等级，只作为特殊情况下安全照明为特殊情况下安全照明负荷用。负荷用。v第二类是第二类是100V以上、以上、1000V以下的额定电压，以下的额定电压，见表，它们主要用于一般电力负荷及照明设见表，它们主要用于一般电力负荷及照明设备。表中括号的电压，只用于矿井下或其他备。表中括号的电压，只用于矿井下或其他安全条件要求较高之处。安全条件要求较高之处。v第三类是1000V以上的额定电压，见表，它们主要用于发电机、变压器及用电设备。v从上表可以看出，即使在同一个电压等级中，各种电气设备（发电机
10、、变压器、电力线路、用电设备等）的额定电压并不完全相等。某一级的额定电压是以用电设备的额定电压为中心而定的，为了使相互连接的电气设备都能运行在比较有利的电压下，各电气设备的额定电压之间有一个相互配合的问题。v（）用电设备的额定电压（）用电设备的额定电压v（）发电机的额定电压（）发电机的额定电压v（）电力线路的额定电压（）电力线路的额定电压v（）变压器的额定电压（）变压器的额定电压、电力系统中发电机、变压器、电力线路、电力系统中发电机、变压器、电力线路、用电设备等额定电压的确定用电设备等额定电压的确定（）用电设备的额定电压（）用电设备的额定电压v用电设备的额定电压为用电设备的额定电压为UN（最理
11、想、最经济（最理想、最经济的工作电压），也是其他元件的参考电压。的工作电压），也是其他元件的参考电压。发电机的额定电压比电网的额定电压高发电机的额定电压比电网的额定电压高5。因为发电机可以直接带负荷。因为发电机可以直接带负荷。（）发电机的额定电压（）发电机的额定电压（）电力线路的额定电压（）电力线路的额定电压v升压变压器（例如升压变压器（例如35/121，10.5/242）一次侧（低压侧）接电源，相当于用电设备，一一次侧（低压侧）接电源，相当于用电设备，一次侧额定电压等于次侧额定电压等于用电设备的额定电压；用电设备的额定电压；直接和发电机相联的变压器直接和发电机相联的变压器一次侧额定电压等于一
12、次侧额定电压等于发电机的额定电压；发电机的额定电压；二次侧（高压侧）接线路始端，向负荷供电，相二次侧（高压侧）接线路始端，向负荷供电，相当于发电机，应比线路的额定电压高当于发电机，应比线路的额定电压高5%，加上，加上变压器内耗变压器内耗5%，所以二次侧额定电压等于，所以二次侧额定电压等于用电用电设备的额定电压设备的额定电压110%110%。v降压变压器（降压变压器（110/38.5，220/38.5）一次侧（高压侧）接线路末端，相当于用电设备，一次侧（高压侧）接线路末端，相当于用电设备，一次侧额定电压等于一次侧额定电压等于用电设备的额定电压；用电设备的额定电压；二次侧（低压侧）向负荷供电，相当
13、于发电机，二次侧（低压侧）向负荷供电，相当于发电机，应比线路的额定电压高应比线路的额定电压高5%，加上变压器内耗，加上变压器内耗5%，所以二次侧额定电压等于所以二次侧额定电压等于用电设备的额定电压用电设备的额定电压110%110%。2、电力网电压等级的选择、电力网电压等级的选择第五节第五节 电力系统负荷电力系统负荷一、电力系统负荷的定义以及构成一、电力系统负荷的定义以及构成 1、电力负荷、电力负荷 电力系统中发电厂所发出的电能除了一部分在传输和分电力系统中发电厂所发出的电能除了一部分在传输和分配过程中损失以外，大多数供给用户使用。所谓的用户包括：配过程中损失以外，大多数供给用户使用。所谓的用户
14、包括：工业、农业、交通、国防以及人民生活。所谓电力负荷是指工业、农业、交通、国防以及人民生活。所谓电力负荷是指发电厂或电力系统中，在某一时刻所承担的各类用电设备消发电厂或电力系统中，在某一时刻所承担的各类用电设备消费电功率的总和，叫电力负荷。各种用户的用电规律往往是费电功率的总和，叫电力负荷。各种用户的用电规律往往是千差万别的，而且它们在一年四季中、一天千差万别的，而且它们在一年四季中、一天24小时内的用电小时内的用电情况随时都在变化。由于电能产品是不能存储的，生产和消情况随时都在变化。由于电能产品是不能存储的，生产和消费间的依赖关系非常密切，所以在电力系统的运行管理中，费间的依赖关系非常密切
15、，所以在电力系统的运行管理中，都必须研究各种负荷的特性，否则无法保证电力系统的正常都必须研究各种负荷的特性，否则无法保证电力系统的正常可靠供电和经济运行。可靠供电和经济运行。2、电力系统负荷按类型分为以下几类：、电力系统负荷按类型分为以下几类：（1）、用电负荷：用户的用电设备在某一时刻实际）、用电负荷：用户的用电设备在某一时刻实际取用的功率的总和。通俗来讲就是用户在某一时刻取用的功率的总和。通俗来讲就是用户在某一时刻对电力系统所要求的功率。从电力系统来讲，则是对电力系统所要求的功率。从电力系统来讲，则是指该时刻为了满足用户用电所须具备的发电出力。指该时刻为了满足用户用电所须具备的发电出力。（2
16、）、线路损失负荷：电能在输送过程中发生的功）、线路损失负荷：电能在输送过程中发生的功率和能量损失叫线路损失负荷。率和能量损失叫线路损失负荷。（3）、供电负荷：用电负荷加上同一时刻的线路损）、供电负荷：用电负荷加上同一时刻的线路损失负荷称为供电负荷。失负荷称为供电负荷。（4）、厂用负荷：发电厂厂用设备所消耗的功率称）、厂用负荷：发电厂厂用设备所消耗的功率称厂用负荷。厂用负荷。（5）、发电负荷：供电负荷加上同一时刻各发电厂）、发电负荷：供电负荷加上同一时刻各发电厂的厂用负荷，构成电网的全部生产负荷，称为电网的厂用负荷，构成电网的全部生产负荷，称为电网发电负荷。发电负荷。v3、按电力系统中负荷发生的
17、时间对负荷分类、按电力系统中负荷发生的时间对负荷分类v（1）高峰负荷：是指电网或用户在一天时间）高峰负荷：是指电网或用户在一天时间内所发生的最大负荷值。通常选一天内所发生的最大负荷值。通常选一天24小时小时中最高的一个小时的平均负荷为最高负荷。中最高的一个小时的平均负荷为最高负荷。v（2）最低负荷：是指电网或用户在一天）最低负荷：是指电网或用户在一天24小时内发生的用电量最小的一点的小时平均小时内发生的用电量最小的一点的小时平均电量。电量。v（3）平均负荷：是指电网或用户在某一段确）平均负荷：是指电网或用户在某一段确定时间阶段内的平均小时用电量。定时间阶段内的平均小时用电量。4、根据突然中断供
18、电所造成的损失程度分类、根据突然中断供电所造成的损失程度分类 一级负荷：是指突然中断供电将会造成人身伤亡或一级负荷：是指突然中断供电将会造成人身伤亡或会引起周围环境严重污染的；将会造成经济上的巨会引起周围环境严重污染的；将会造成经济上的巨大损失的；将会造成社会秩序严重混乱或在政治上大损失的；将会造成社会秩序严重混乱或在政治上产生严重影响的。产生严重影响的。二级负荷：是指突然中断供电会造成经济上较大损二级负荷：是指突然中断供电会造成经济上较大损失的；将会造成社会秩序混乱或政治上产生较大影失的；将会造成社会秩序混乱或政治上产生较大影响的。响的。三级负荷：是指不属于上述一类和二类负荷的其他三级负荷：
19、是指不属于上述一类和二类负荷的其他负荷。负荷。用电负荷的这种分类方法，其主要目的是为确定供用电负荷的这种分类方法，其主要目的是为确定供电工程设计和建设标准，保证使建成投入运行的供电工程设计和建设标准，保证使建成投入运行的供电工程的供电可靠性能满足生产或安全、社会安定电工程的供电可靠性能满足生产或安全、社会安定的需要。的需要。二、负荷曲线二、负荷曲线 通常把负荷随时间变化的情况画成的目，通常把负荷随时间变化的情况画成的目，称为负荷曲线。负荷曲线是指某一时间段内称为负荷曲线。负荷曲线是指某一时间段内负荷随时间变化的规律。绘制负荷曲线时，负荷随时间变化的规律。绘制负荷曲线时，一般以横坐标表示时间，纵
20、坐标表示负荷。一般以横坐标表示时间，纵坐标表示负荷。负荷曲线的种类很多。负荷曲线的种类很多。（1）按负荷种类分为有功负荷曲线和无功负）按负荷种类分为有功负荷曲线和无功负荷曲线荷曲线;（2）按时间的长短分为日负荷、月负荷和年）按时间的长短分为日负荷、月负荷和年负荷曲线；负荷曲线；（3）按计量地点分为个别用户、电力线路、）按计量地点分为个别用户、电力线路、变电所、发电厂和电力系统的负荷曲线。变电所、发电厂和电力系统的负荷曲线。以下介绍几种典型的负荷曲线：以下介绍几种典型的负荷曲线：v1有功功率日负荷曲线有功功率日负荷曲线 用户的有功功率日负荷曲线是反映一天用户的有功功率日负荷曲线是反映一天24h内
21、内有功负荷的变化。可以根据运行中的记录绘出。有有功负荷的变化。可以根据运行中的记录绘出。有功功率日负荷曲线是制定各发电厂发电负荷计划及功功率日负荷曲线是制定各发电厂发电负荷计划及系统调度运行的依据系统调度运行的依据.虽然系统中不同用户的有功功虽然系统中不同用户的有功功率日负荷曲线变化较大率日负荷曲线变化较大,但系统总的有功功率日负荷但系统总的有功功率日负荷曲线却相当平坦。为了简化计算和便于绘制，常把曲线却相当平坦。为了简化计算和便于绘制，常把连续变化的负荷看成在测量的那一小段时间内不变，连续变化的负荷看成在测量的那一小段时间内不变，因此负荷曲线可以绘制成阶梯形。如图是电力系统因此负荷曲线可以绘
22、制成阶梯形。如图是电力系统典型综合有功负荷曲线的一个例子。典型综合有功负荷曲线的一个例子。有功功率日负荷曲线典型有功功率日负荷曲线v2无功功率日负荷曲线无功功率日负荷曲线 无功功率日负荷曲线是与有功功率日负荷曲线不完无功功率日负荷曲线是与有功功率日负荷曲线不完全相似全相似,因为一日之内功率因数是变化的因为一日之内功率因数是变化的,在低负荷在低负荷时功率因数相对较低时功率因数相对较低,而在高峰负荷时功率因数较高。而在高峰负荷时功率因数较高。一般白天出现无功最大负荷一般白天出现无功最大负荷,晚上出现有功最大负荷。晚上出现有功最大负荷。无功功率日负荷曲线如图所示无功功率日负荷曲线如图所示。无功功率日
23、负荷曲线由于一日之内功率因数是变化的，在低负载时由于一日之内功率因数是变化的，在低负载时功率因数相对较低，而在高峰负载时，功率因数较功率因数相对较低，而在高峰负载时，功率因数较高，因此无功负载曲线同有功负载曲线不完全相似。高，因此无功负载曲线同有功负载曲线不完全相似。两种曲线中相应的极值不一定同时出现。通常，无两种曲线中相应的极值不一定同时出现。通常，无功功率的日负载曲线比较平缓，有功功率日负载曲功功率的日负载曲线比较平缓，有功功率日负载曲线在线在24h内变化较大，一般在深夜呈现低谷，在上内变化较大，一般在深夜呈现低谷，在上午和傍晚用电高峰时呈现峰值午和傍晚用电高峰时呈现峰值。日负载曲线有三个
24、具有代表性特征的数值，它们日负载曲线有三个具有代表性特征的数值，它们是：是：最大负载最大负载 ，又称峰荷；，又称峰荷；最小负载最小负载 ，又称谷荷；，又称谷荷；平均负载平均负载maxPminP24012424davWPPdt为了说明负载曲线的起伏程度，常引用负载率为了说明负载曲线的起伏程度，常引用负载率和最小负载系数两个系数：和最小负载系数两个系数：值得注意的是：电力系统中各用户的日最大负值得注意的是：电力系统中各用户的日最大负载、最小负载一般都不会出现在同一时刻。载、最小负载一般都不会出现在同一时刻。因此，全系统的最大负载总是小于各用户最大因此，全系统的最大负载总是小于各用户最大负载之和，而
25、全系统的最小负载总是大于各用户最负载之和，而全系统的最小负载总是大于各用户最小负载之和。小负载之和。maxminmaxavmPKPPPv3有功功率年负荷曲线有功功率年负荷曲线v表示一年内每月最大有功负荷变化的曲线表示一年内每月最大有功负荷变化的曲线,称称年最大有功功率负荷曲线年最大有功功率负荷曲线,如图所示如图所示,实际中常实际中常据此制定发电设备的检修计划。据此制定发电设备的检修计划。有功功率年负荷曲线4年持续负荷曲线年持续负荷曲线年持续负荷曲线是将一年中系统负荷按其大小及持续年持续负荷曲线是将一年中系统负荷按其大小及持续时间顺序排列而成的时间顺序排列而成的,如图所示。如图所示。年持续负荷曲
26、线 v由图可见由图可见,在全年在全年8760h中中,t1 小时的负荷为小时的负荷为P1，t2小时的负荷为小时的负荷为P2,，t3小时的负荷为小时的负荷为P3,P1=Pmax，这种负荷曲线常用于安排发，这种负荷曲线常用于安排发电计划电计划,电网能量损耗计算电网能量损耗计算,可靠性估算等方面。可靠性估算等方面。v根据电力系统实际运行经验根据电力系统实际运行经验,各类负荷的数值各类负荷的数值大致有一个范围大致有一个范围,如表如表1-3所示。在设计电网所示。在设计电网时时,往往用户的负荷曲线是未知的往往用户的负荷曲线是未知的,如果知道用如果知道用户的类型户的类型,就能从表中选择适当的最大负荷利就能从表
27、中选择适当的最大负荷利用小时数用小时数Tmax值值,估算出用户的全年耗电估算出用户的全年耗电量量。.vTmax：意义是：将全年所取用的电能与一：意义是：将全年所取用的电能与一年内的最大负荷相比，所得到的时间即是年年内的最大负荷相比，所得到的时间即是年最大负荷利用小时数，即最大负荷利用小时数，即 87600m axm ax1PdtpT v表表1-3 各类用户负荷的年最大负荷利用小时各类用户负荷的年最大负荷利用小时Tmax 值值v说明：说明：v相对来说相对来说,无功功率负荷曲线的用途较小无功功率负荷曲线的用途较小,无论无论是电力系统的运行或设计部门是电力系统的运行或设计部门,一般都不编制一般都不编制无功负荷曲线无功负荷曲线,而只是隔一段时间编制一次无而只是隔一段时间编制一次无功功率平衡表或各枢纽点电压曲线。而有功功功率平衡表或各枢纽点电压曲线。而有功功率负荷曲线对电力系统的运行十分有用功率负荷曲线对电力系统的运行十分有用,电电力系统的计划生产主要是建立在预测的有功力系统的计划生产主要是建立在预测的有功负荷曲线的基础之上的。负荷曲线的基础之上的。
