1、4 電氣工程基礎電氣工程基礎北京建筑工程學院北京建筑工程學院電氣工程與自動化系電氣工程與自動化系李英姿李英姿 2004年年3月月歡迎下載歡迎下載-共同進步共同進步全國注冊電氣工程師考試專業基礎部分4.1 4.1 電力系統基本知識電力系統基本知識 考試大綱1.1 了解電力系統運行特點和基本要求1.2 掌握電能質量的各項指標掌握電能質量的各項指標1.3 了解電力系統中各種結線方式及特點1.4 掌握我國規定的網絡額定電壓與發電機、掌握我國規定的網絡額定電壓與發電機、變壓器等元件的額定電壓變壓器等元件的額定電壓1.5 了解電力網絡中性點運行方式及對應的電壓等級4.1.1 4.1.1 電力系統運行特點和

2、基本要求電力系統運行特點和基本要求 1電力系統的組成 由發電廠的發電機、升壓及降壓變電設備、電力網及電能用戶（用電設備）組成的系統統稱為電力系統。 （1）發電廠：生產電能。 （2）電力網：變換電壓、傳送電能。 由變電所和電力線路組成。 （3）配電系統：將系統的電能傳輸給電力用戶。 （4）電力用戶：高壓用戶額定電壓在1kV以上，低 壓用戶額定電壓在1kV以下。 （5）用電設備：消耗電能。 4.1.1 4.1.1 電力系統運行特點和基本要求電力系統運行特點和基本要求 2電能的特點 （1）電能不能儲存 電能的生產、輸送、分配和使用同時完成。 （2）暫態過程非常迅速 電能以電磁波的形式傳播，傳播速度為

3、300kmms。 （3）和國民經濟各部門間的關系密切 。4.1.1 4.1.1 電力系統運行特點和基本要求電力系統運行特點和基本要求 3對電力系統提出的要求 （1）保證供電可靠性 （2）保證電能質量 （3）提高電力系統運行的經濟性 （4）環境保護問題 4.1.2 4.1.2 衡量電能質量的指標衡量電能質量的指標 1電壓偏差（移） 電壓偏差（移）指當供配電系統改變運行方式或負荷緩慢地變化使供配電系統各點的電壓也隨之改變，各點的實際電壓與系統額定電壓之差，通常用與系統額定電壓的百分比值數表示。用公式表示為 （4-1-1）式中 用電設備的額定電壓，kV； 用電設備的實際端電壓，kV。%100%NNU

4、UUUNUU4.1.2 4.1.2 衡量電能質量的指標衡量電能質量的指標 2電壓波動 一系列的電壓變動或電壓包絡線的周期性變動，電壓的最大值與最小值之差與系統額定電壓的比值以百分數表示，其變化速度等于或大于每秒0.2時稱為電壓波動。波動的幅值為： （4-1-2）式中 用電設備端電壓的最大波動值，kV； 用電設備端電壓的最小波動值，kV。 %100%minmaxNUUUUmaxUminU4.1.2 4.1.2 衡量電能質量的指標衡量電能質量的指標 3電壓閃變 負荷急劇的波動造成供配電系統瞬時電壓升高，照度隨之急劇變化，使人眼對燈閃感到不適，這種現象稱為電壓閃變。 4不對稱度 不對稱度是衡量多相負

5、荷平衡狀態的指標，多相系統的電壓負序分量與電壓正序分量之比值稱為電壓的不對稱度，電流負序分量與電流正序分量之比值稱為電流的不對稱度，均以百分數表示。 4.1.2 4.1.2 衡量電能質量的指標衡量電能質量的指標 5正弦波形畸變率 當網絡電壓波形中出現諧波（有時為非諧波）時網絡電壓波形就要發生畸變。諧波干擾是由于非線性系統引起的。它產生出不同于網絡頻率的電壓波，或者具有非正弦形的電流波。 （1）n次諧波電壓、電流含有率 （4-1-3）%1001UUHRUnn%1001IIHRInn4.1.2 4.1.2 衡量電能質量的指標衡量電能質量的指標 5正弦波形畸變率 （2）電壓、電流總諧波畸變率 （4-

6、1-4）式中 、 n次諧波電壓、電流的方均根值，kV、A； 、 基波電壓（50Hz）、電流的方均根值， kV、A。%100%100122221UUUUTHDnnnnu）（%100%100122221IIIITHDnnnni）（nUnI1U1I4.1.2 4.1.2 衡量電能質量的指標衡量電能質量的指標（3）諧波電壓的總平均畸變系數 （4-1-5）式中 諧波電壓的總平均畸變系數； 變化時間， 3s； n次諧波電壓的方均根值，kV； tttnndttUt221）（ttnU4.1.2 4.1.2 衡量電能質量的指標衡量電能質量的指標 6頻率偏差 頻率偏差是指供電的實際頻率與電網的額定頻率的差值。 我

7、國電網的標準頻率為50Hz，又叫工頻。 頻率偏差一般不超過0.25Hz，當電網容量大于3000MW時，頻率偏差不超過0.2Hz。 調整頻率的辦法是增大或減小電力系統發電機有功功率。 4.1.2 4.1.2 衡量電能質量的指標衡量電能質量的指標 7供電可靠性 供電可靠性指標是根據用電負荷的等級要求制定的。 衡量供電可靠性的指標，用全年平均供電時間占全年時間百分數表示。4.1.3 4.1.3 電網接線方式與特點電網接線方式與特點 電力系統的接線方式大致分為兩大類： （1）無備用電源接線 （2）有備用電源接線 具體表現型式有 （1）放射式 （2）樹干式 （3）混合式 （4）環網式4.1.3 4.1.

8、3 電網接線方式與特點電網接線方式與特點 1無備用接線（開式電力網）方式 無備用接線包括： （1）單回放射式 （2）樹干式 （3）鏈式網絡a）放射式 b）干線式 c）鏈式4.1.3 4.1.3 電網接線方式與特點電網接線方式與特點 2有備用接線（閉式電力網）方式 有備用接線方式包括 （1）雙回放射式 （2）樹干式 （3）鏈式 （4）環式 （5）兩端供電網絡a）放射式 b）干線式 c）鏈式 d）環式 e）兩端供電網絡 4.1.3 4.1.3 電網接線方式與特點電網接線方式與特點 有備用接線的雙回放射式、樹干式和鏈式網絡用于一、二級負荷。 環式接線，供電經濟、可靠，但運行調度復雜，線路發生故障切除

9、后，由于功率重新分配，可能導致線路過載或電壓質量降低。 兩端供電接線方式必須有兩個獨立的電源。4.1.4 額定電壓額定電壓 1. 電網的額定電壓 線路首末兩端電壓的平均值應等于電網額定電壓。 此電壓做為確定其他電力設備額定電壓的依據。 2. 用電設備的額定電壓 用電設備的額定電壓等于電網額定電壓。 3. 發電機的額定電壓 發電機的額定電壓規定比同級電網電壓高5。補償電壓損失。4.1.4 額定電壓額定電壓 4. 電力變壓器的額定電壓 電力變壓器的一次繞組的額定電壓根據連接情況不同分為兩種：當變壓器直接與發電機相連時，其一次繞組的額定電壓與發電機的額定電壓相同，即高出同級電網額定電壓5； 當變壓器

10、直接與電網相連時，其一次繞組的額定電壓與電網的額定電壓相同，即等于同級電網額定電壓。4.1.4 額定電壓額定電壓 電力變壓器的二次繞組的額定電壓是指一次繞組在額定電壓作用下，二次繞組的空載電壓。 當變壓器滿載時，變壓器的一、二次繞組的阻抗將引起變壓器自身的電壓降（大約相當于電網額定電壓的5），從而使二次繞組的端電壓小于空載電壓。為了彌補線路中的電壓損失，變壓器的二次繞組的額定電壓應高于電網額定電壓5，因此變壓器二次繞組的額定電壓規定比同級電網額定電壓高10； 若變壓器靠近用戶，供電半徑較小時，由于線路較短，線路的電壓損失可以忽略不計，這時變壓器的二次繞組的額定電壓應高于電網額定電壓5，用以補償

11、變壓器自身的電壓損失。4.1.5 4.1.5 電力系統的中性點運行方式電力系統的中性點運行方式 1中性點不接地系統 系統中性點不接地是指系統中性點對地絕緣。當系統發生單相接地故障后系統的三相對稱關系并未破壞，僅中性點及各相對地電壓發生變化，中性點的電壓上升到相電壓，非故障相對地電壓值增大為倍相電壓，故對于該中性點不接地系統可以帶故障繼續運行2小時。故障相接地點的對地故障電流為正常運行時對地電容電流的3倍。 在我國配電網電壓在1035kV之間的架空線路多采用此接地方式。 4.1.5 4.1.5 電力系統的中性點運行方式電力系統的中性點運行方式 2中性點直接接地系統 系統中性點經一無阻抗（金屬性）

12、接地線接地的方式成為中性點直接接地。 此接地系統一般應用在接有單相負載的低壓（380/220V）配電系統和電力系統高壓（110kV以上）輸電線路上。4.1.5 4.1.5 電力系統的中性點運行方式電力系統的中性點運行方式 3中性點經阻抗接地系統 在系統中性點與大地之間用一阻抗相連的接地方式稱為中性點經阻抗接地。根據接地電阻器電阻值的大小，接地系統分為高電阻接地和低電阻接地。 （1）高電阻接地：此種方式接地電流較小，通常在510A范圍內，但至少應等于系統對地的總電容電流。保護方式需要配合接地指示器或警報器，保證故障時線路立即跳脫。 （2）低電阻接地：增大接地短路電流，使保護迅速動作，切除故障線路

13、。電阻值的大小，必須使系統具有足夠的最小接地故障電流（大約400A以上），保證接地繼電器準確動作。 目前我國大城市10kV配電網的接地方式大多采用經低電阻接地的方式。 思考題、習題 1-1電力網、電力系統和動力系統的定義是什么？ 1-2對電力系統運行的基本要求是什么？ 1-3電力系統的電氣接線圖和地理接線圖有何區別？1-4何為電力系統的中性點？其運行方式如何？它們有什么特點？我國電力系統中性點運行情況如何？1-5中性點不接地的電力系統發生單相接地故障時，各相對地電壓有什么變化？單相接地電流的性質如何？怎樣計算？1-6消弧線圈的工作原理是什么？補償方式有哪些？電力系統一般采用哪種補償方式？為什么？思考題、習題 1-7電力系統的額定電壓是如何確定的？系統各元件的額定電壓如何確定？ 1-8目前我國電力系統的額定電壓