1、電力系統(tǒng)基礎論文一、電力系統(tǒng)的構成一個完整的電力系統(tǒng)由分布各地的各種類型的發(fā)電廠、升壓和降 壓變電所、輸電線路及電力用戶組成，它們分別完成電能的生產(chǎn)、電 壓變換、電能的輸配及使用。二、電力網(wǎng)、電力系統(tǒng)和動力系統(tǒng)的劃分電力網(wǎng)：由輸電設備、變電設備和配電設備組成的網(wǎng)絡。電力系統(tǒng)：在電力網(wǎng)的基礎上加上發(fā)電設備。動力系統(tǒng)：在電力系統(tǒng)的基礎上，把發(fā)電廠的動力部分（例如火 力發(fā)電廠的鍋爐、汽輪機和水力發(fā)電廠的水庫、水輪機以及核動力發(fā) 電廠的反應堆等）包含在內(nèi)的系統(tǒng)。三、電力系統(tǒng)運行的特點一是經(jīng)濟總量大。日前，我國電力行業(yè)的資產(chǎn)規(guī)模已超過2萬多 億，占整個國有資產(chǎn)總量的四分之一，電力生產(chǎn)直接影響著國民經(jīng)濟

2、的健康發(fā)展。二是同時性。電能不能大量存儲，各環(huán)節(jié)組成的統(tǒng)一整體不可分 割，過渡過程非常迅速，瞬間生產(chǎn)的電力必須等于瞬間取用的電力， 所以電力生產(chǎn)的的發(fā)電、輸電、配電到用戶的每一環(huán)節(jié)都非常重要。三是集中性，電力生產(chǎn)是高度集中、統(tǒng)一的，無論多少個發(fā)電廠、 供電公司，電網(wǎng)必須統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一管理標準，統(tǒng)一管理辦法;安全 生產(chǎn)，組織紀律，職業(yè)品德等都有嚴格的要求。四是適用性，電力行業(yè)的服務對象是全方位的，涉及到全社會所 有人群，電能質(zhì)量、電價水平與廣大電力用戶的利益密切相關。五是先行性，國民經(jīng)濟發(fā)展電力必須先行。四、電力系統(tǒng)的額定電壓電網(wǎng)電壓是有等級的，電網(wǎng)的額定電壓等級是根據(jù)國民經(jīng)濟發(fā)展 的需要、技術

3、經(jīng)濟的合理性以及電氣設備的制造水平等因素，經(jīng)全面 分析論證，由國家統(tǒng)一制定和頒布的。我們國家電力系統(tǒng)的電壓等級有220/380V、3 kV、6 kV、10 kV、20 kV、35 kV、66 kV、110 kV、220 kV、330 kV、500 kV。 隨著標準化的要求越來越高，3 kV、6 kV、20 kV、66 kV也很少 使用。供電系統(tǒng)以10 kV、35 kV、為主。輸配電系統(tǒng)以110 kV以 上為主。發(fā)電機過去有6 kV與10 kV兩種，現(xiàn)在以10 kV為主， 低壓用戶均是220/380V。用電設備的額定電壓和電網(wǎng)的額定電壓一致。實際上，由于電網(wǎng) 中有電壓損失，致使各點實際電壓偏離額

4、定值，為了保證用電設備的 良好運行，顯然，用電設備應具有比電網(wǎng)電壓允許偏差更寬的正常工 作電壓范圍。發(fā)電機的額定電壓一般比同級電網(wǎng)額定電壓要高出5%， 用于補償電網(wǎng)上的電壓損失。變壓器的額定電壓分為一次和二次繞組。對于一次繞組，當變壓 器接于電網(wǎng)末端時，性質(zhì)上等同于電網(wǎng)上的一個負荷（如工廠降壓變 壓器），故其額定電壓與電網(wǎng)一致，當變壓器接于發(fā)電機引出端時（如 發(fā)電廠升壓變壓器），則其額定電壓應與發(fā)電機額定電壓相同。對于 二次繞組，考慮到變壓器承載時自身電壓損失（按5%計），變壓器二 次繞組額定電壓應比電網(wǎng)額定電壓高5%,當二次側(cè)輸電距離較長時， 還應考慮到線路電壓損失（按5%計），此時，二次繞

5、組額定電壓應比 電網(wǎng)額定電壓高10%。五、電力系統(tǒng)的中性點運行方式在電力系統(tǒng)中，中性點直接接地或中性點經(jīng)小阻抗（小電阻）接 地的系統(tǒng)稱為大電流接地系統(tǒng)，中性點不接地或中性點經(jīng)消弧線圈接 地的系統(tǒng)稱為小電流接地系統(tǒng)。中性點的運行方式主要取決于單相接 地時電氣設備絕緣要求及供電可靠性。各種運行方式優(yōu)缺點比較中性點直接接地方式：當發(fā)生一相對地絕緣破壞時，即構成單相 短路，供電中斷，可靠性降低。但是，該方式下非故障相對地電壓不 變，電氣設備絕緣水平可按相電壓考慮。我們國家的220V/380V和 110KV以上級系統(tǒng)，都采用中性點直接接地，以大電流接地方式運 行。中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地方式：當發(fā)生

6、單相接地故障時， 線電壓不變，而非故障相對地電壓升高到原來相電壓的3倍，供電 不中斷，可靠性高。我們國家的10KV和35KV系統(tǒng)，都采用中性點 不接地或經(jīng)消弧線圈接地，以小電流接地方式運行。六、供電質(zhì)量決定用戶供電質(zhì)量的指標為電壓、頻率和可靠性。電壓理想的供電電壓應該是幅值恒為額定值的三相對稱正弦電壓。由 于供電系統(tǒng)存在阻抗、用電負荷的變化和用電負荷的性質(zhì)等因素，實 際供電電壓無論是在幅值上、波形上還是三相對稱性上都與理想電壓 之間存在著偏差。電壓偏差：電壓偏差是指電網(wǎng)實際電壓與額定電壓之差，實 際電壓偏高或偏低對用電設備的良好運行都有影響。國家標準規(guī)定電壓偏差允許值為：a、35千伏及以上電壓

7、供電的，電壓正負偏差的絕對值之和不超 過額定電壓的10%；b、10千伏及以下三相供電的，電壓允許偏差為額定電壓的7%。C、220伏單相供電的，電壓允許偏差為額定電壓的+7%、-10%。計算公式電壓偏差(%) = (實際電壓一額定電壓)/額定電壓，最后乘以100%電壓波動和閃變：在某一時段內(nèi)，電壓急劇變化偏離額定值 的現(xiàn)象稱為電壓波動。當電弧爐等大容量沖擊性負荷運行時，劇烈變 化的負荷電流將引起線路壓降的變化，從而導致電網(wǎng)發(fā)生電壓波動。 由電壓波動引起的燈光閃爍，光通量急劇波動，對人眼腦的刺激現(xiàn)象 稱為電壓閃變。國家標準規(guī)定對電壓波動的允許值為:10KV及以下為2.5%35 至 110KV 為

8、2%220KV及以上為1.6%高次諧波：高次諧波的產(chǎn)生，是非線性電氣設備接到電網(wǎng)中 投入運行，使電網(wǎng)電壓、電流波形發(fā)生不同程度畸變，偏離了正弦波。高次諧波除電力系統(tǒng)自身背景諧波外，主要是用戶方面的大功率 變流設備、電弧爐等非線性用電設備所引起。高次諧波的存在降導致 供電系統(tǒng)能耗增大、電氣設備絕緣老化加快，并且干擾自動化裝置和 通信設施的正常工作。三相不對稱：三相電壓不對稱指三個相電壓的幅值和相位關 系上存在偏差。三相不對稱主要由系統(tǒng)運行參數(shù)不對稱、三相用電負 荷不對稱等因素引起。供電系統(tǒng)的不對稱運行，對用電設備及供配電 系統(tǒng)都有危害，低壓系統(tǒng)的不對稱運行還會導致中性點偏移，從而危 及人身和設備

9、安全。電力系統(tǒng)公共連接點正常運行方式下不平衡度國家規(guī)定的允許值 為2%，短時不得超過4%，單個用戶不得超過1. 3%供電頻率允許偏差電網(wǎng)中發(fā)電機發(fā)出的正弦交流電每秒中交變的次數(shù)稱為頻率，我 國規(guī)定的標準頻率50HZ.我國國標規(guī)定，電力系統(tǒng)正常頻率偏差允許值為0.1Hz，實際執(zhí) 行中，當系統(tǒng)容量小于300Mv時，偏差值可以放寬到0.5Hz。供電可靠率供電可靠率是指供電企業(yè)某一統(tǒng)計期內(nèi)對用戶停電的時間和次 數(shù)，直接反映供電企業(yè)的持續(xù)供電能力。供電可靠率反映了電力工業(yè)對國民經(jīng)濟電能需求的滿足程度，已 經(jīng)成為衡量一個國家經(jīng)濟發(fā)達程度的標準之一；供電可靠性可以用如 下一系列年指標加以衡量：供電可靠率、用

10、戶平均停電時間、用戶平 均停電次數(shù)、用戶平均故障停電次數(shù)等。國家規(guī)定的城市供電可靠率是99. 96/100。即用戶年平均停電時 間不超過3.5小時；我國供電可靠率日前一般城市地區(qū)達到了 3個9 （即99.9%）以 上，用戶年平均停電時間不超過9小時；重要城市中心地區(qū)達到了 4 個9（即99.99%）以上，用戶年平均停電時間不超過53分鐘。計算公式供電可靠率（%） =8760 （年供電小時）-年停電小時/8760最后乘以 100%用電負荷分類用電負荷：用戶的用電設備在某一時刻實際取用的功率的總和。電力負荷分類的方法比較多，最有意義的是按電力系統(tǒng)中負荷發(fā)生 的時間對負荷分類和根據(jù)突然中斷供電所造成

11、的損失程度分類。按時間對負荷分類1、高峰負荷：是指電網(wǎng)或用戶在一天時間內(nèi)所發(fā)生的最大負荷值。 一般選一天24小時中最高的一個小時的平均負荷為最高負荷，通常 還有1個月的日高峰負荷、一年的月高峰負荷等。2、最低負荷：是指電網(wǎng)或用戶在一天24小時內(nèi)發(fā)生的用電量最 低的負荷。通常還有1個月的日最低負荷、一年的月最低負荷等。3、平均負荷：是指電網(wǎng)或用戶在某一段確定時間階段內(nèi)的平均小 時用電量。按中斷供電造成的損失程度分類1、一級負荷：突然停電將造成人身傷亡或引起對周圍環(huán)境的嚴重 污染，造成經(jīng)濟上的巨大損失，如重要的大型設備損壞，重要產(chǎn)品或 重要原料生產(chǎn)的產(chǎn)品大量報廢，連續(xù)生產(chǎn)過程被打亂，需要很長時間

12、才能恢復生產(chǎn)；以及突然停電會造成社會秩序嚴重混亂或在政治上造 成重大不良影響，如重要交通和通信樞紐、國際社交場所等的用電負 荷。2、二級負荷：突然停電將在經(jīng)濟上造成較大損失，如生產(chǎn)的主要 設備損壞，產(chǎn)品大量報廢或減產(chǎn)，連續(xù)生產(chǎn)過程需較長時間才能恢復； 以及突然停電會造成社會秩序混亂或在政治上造成較大影響，如交通 和通信樞紐、城市主要水源，廣播電視、商貿(mào)中心等的用電負荷。3、三級負荷：不屬于一級和二級負荷者。七、變電所變電所是聯(lián)接電力系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)，用以匯集電源，升降電壓和分 配電力。變電所的主接線變電所的主接線是電氣設備的主體，由其把發(fā)電機、變壓器、斷路 器、隔離開關等電氣設備通過母線、導線有

13、機的連接起來，并配置各 種互感器、避雷器等保護測量電器，構成匯集和分配電能的系統(tǒng)。變電所主接線的形式與變電所設備的選擇、布置、運行的可靠性和 經(jīng)濟性以及繼電保護的配置都有密切的關系，它是變電所設計的重要 環(huán)節(jié)。在擬定變電所主接線方案時，應滿足可靠、簡單、安全、運行 靈活、經(jīng)濟合理、操作維護方便和適應發(fā)展等基本要求。八、電源電源主要由發(fā)電機產(chǎn)生，日前世界上的發(fā)電方式主要有火力發(fā)電、 水力發(fā)電和核電。其它小容量的有風能、地熱能、太陽能、潮汐等。1、火電：利用煤、石油和天然氣等化石燃料所含能量發(fā)電的方式 統(tǒng)稱為火力發(fā)電。按發(fā)電方式，火力發(fā)電分為燃煤汽輪機發(fā)電、燃油汽輪機發(fā)電、燃 氣一一蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)

14、電和內(nèi)燃機發(fā)電等。火力發(fā)電廠簡稱火電廠，是利用煤、石油、天然氣或其他燃料的化 學能生產(chǎn)電能的工廠。火電廠主要組成為：、鍋爐及附屬設備，確保燃料的化學能轉(zhuǎn)化為熱能。、汽輪機及附屬設備，確保熱能變?yōu)闄C械能。、發(fā)電機及勵磁機，確保機械能變?yōu)殡娔堋！⒅髯儔浩鳎央娔芴嵘秊楦邏弘娸斔徒o輸電線路。火力發(fā)電的優(yōu)勢是：早期建設成本低，發(fā)電量穩(wěn)定，一年四季均勻 生產(chǎn)，所以在世界各國的電力生產(chǎn)中都占主要地位，一般在70%左 右。火力發(fā)電的缺點是：所用的煤、油、氣等是不可再生資源，雖然儲 量多，始終會枯竭，污染嚴重。一方面是煤炭資源豐富，二一方面是其它資源轉(zhuǎn)換為油、氣、化 學能等成本高，我們國家火電是以煤電為主，油

15、、氣、化學能等火電 是限制性的計劃性發(fā)展。2、水電：水力發(fā)電是利用循環(huán)的水資源進行，主要利用階梯交接、 河流落差大的優(yōu)勢，以產(chǎn)生強大的水能動力，用于發(fā)電，屬于生態(tài)環(huán)保 發(fā)電類型。水電最大的優(yōu)勢是：環(huán)保、發(fā)電成本低、調(diào)峰能力強（可以根據(jù) 負荷隨時調(diào)整發(fā)電量）。水力發(fā)電的缺點是前期建設成本高、時間長，年發(fā)電量不均勻， 所以一般水電發(fā)電量只能占總量的30%左右及以下。水力發(fā)電廠根據(jù)水力樞紐布置不同，主要可分為堤壩式、引水式、 混合式等。主要由擋水建筑物（大壩）、泄洪建筑物（溢洪道或閘）、引 水建筑物（引水渠或隧洞，包括調(diào)壓井）及電站廠房（包括尾水渠、升壓 站）四大部分組成。3、核電：核電站只需消耗很

16、少的核燃料，就可以產(chǎn)生大量的電能， 每千瓦時電能的成本比火電站要低20%以上。核電站還可以大大減 少燃料的運輸量。例如，一座100萬千瓦的火電站每年耗煤三四百 萬噸，而相同功率的核電站每年僅需鈾燃料三四十噸，運輸量相差1 萬倍。核電的另一個優(yōu)勢是干凈、無污染，幾乎是零排放。用核電取代火電，是世界發(fā)展的大趨勢。核電的缺點是早期建設成本高，技術要求 高，平時故障少，一旦發(fā)生大故障（如核泄漏），將是毀滅性的大災 難。從1954年前蘇聯(lián)建成世界上第一座試驗核電站、1957年美國建 成世界上第一座商用核電站開始，核電產(chǎn)業(yè)已經(jīng)過了幾十年的發(fā)展， 裝機容量和發(fā)電量穩(wěn)步提高。截止到2004年底，全世界有31個

17、國 家已經(jīng)建成或正在建造核電機組，其中正在運行的核電機組440臺， 在建機組26臺。2004年世界核發(fā)電量26186億千瓦時，占世界總發(fā)電量的16%。 各國由于情況不同，核發(fā)電量占各自總發(fā)電量的比重相差較大：其中 法國最大為78.1%，韓國38%，美國19.9%，日本29.3%，英國19. 4%，日本 29.3%，印度 2.8%。一是核心技術方面方面的問題（容易受外國控制），二是核泄漏 的方面的問題，中國對核發(fā)電一直是走保守的限制性發(fā)展道路，按照 規(guī)劃，即使到2020年，中國的核發(fā)電最多也只占總量的40/0。九、中國的電力起步1879年，美國的著名發(fā)明家愛迪生發(fā)明了電燈，很快把神秘的電 和人類

18、的生活聯(lián)系了起來。19世紀90年代，三相交流輸電系統(tǒng)研制成功，并很快取代了直 流輸電，成為電力系統(tǒng)大發(fā)展的里程碑，吹響了工業(yè)革命的號角。清光緒五年四月初八（1879年5月28日），上海公共租界工部 局電氣工程師畢曉浦，在虹口乍浦路的一座倉庫里，用7.46千瓦的 蒸汽機帶動自激式直流發(fā)電機，將發(fā)出的電能點燃碳極弧光燈。這是 中華大地上點亮的第一盞電燈。1882年，英國人在上海南京路創(chuàng)辦了上海第一家發(fā)電廠，容量 12千瓦，這就是中國的第一座發(fā)電廠。這座電廠的出現(xiàn)，比全球率 先使用弧光燈的巴黎北火車站電廠晚7年，比倫敦霍爾蓬高架路電廠 晚6個月，卻比紐約珠街電廠早2個月，比俄國彼得堡電廠早1年， 就用電來說，中國也屬于最早使用電的國家之一。中國人自辦電氣事業(yè)，約始于1888年。當年7月23日，兩廣 總督張之洞從國外購入1臺發(fā)電機和100盞電燈，安裝在衙門旁發(fā) 電，供衙門照明。1890年，上海一些官僚、富商家庭開始使用白熾燈照明。20世紀初，中國的電力發(fā)展出現(xiàn)了第一波熱潮。1903年江蘇鎮(zhèn) 江大照電燈公司成立。1905年北平京師華商電燈有限公司成立。天 津、上海南市、濟南、漢口、重慶等地的華人也先后開辦電力事業(yè)。1904年，處于日本殖民統(tǒng)治下的臺灣建成中國最早的水電站龜山 水電站，裝機