電力系統基礎知識一、電力系統基本概念

電力系統由各級電壓的電力線路將一些發電廠、變電所和電力用戶聯系起來的一個發電、輸電、變電、配電和用電的整體。包括發電機、變壓器、斷路器、母線、架空線、電纜、配電裝置、受電裝置等設施，以及為保證這些設施正常運行所需的繼電保護和安全自動裝置、計量裝置、電力通信設施、電網調度自動化設施等。2/2/2023（1）發電廠：生產電能。（2）電力網：變換電壓、傳送電能，由變電站和電力線路組成。（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。2/2/2023電力網（電網）將電力系統中各電壓等級的電力線路和各種類型的變電站連接起來構成的網絡，以及為保證這些設施正常運行所需的繼電保護和安全自動裝置、計量裝置、電力通信設施、電網調度自動化設施等。通常以電壓等級來區分電網或系統，如10kV電網或10kV系統。電路中的元件按特性分為電阻、電容和電感:2/2/2023電阻一種基本電路元件，主要把吸收的電能轉化成熱能，流過電阻元件的電流與其兩端的電壓相位相同。

表達式+-R+-R相量形式+1+jO相量圖2/2/2023電容一種儲能元件，在交流電路中不斷進行充放電，電容電流相位超前于其兩端電壓相位90o。表達式C+-相量形式C+-+1+jO相量圖2/2/2023電感一種儲能元件，通過電磁感應不斷進行電能和磁能的相互轉化，電感電流相位滯后于其兩端電壓相位90o。L+-相量形式L+-+1+jO相量圖表達式2/2/2023阻抗電阻、電容和電感對電流所起的作用稱為電阻、容抗和感抗。

L+-阻抗模|Z|=U/I阻抗角電壓超前于電流的相位差

阻抗Z的復數形式為Z=R+jX實部為電阻，虛部為電抗2/2/2023R、L、C對應的阻抗分別為：感抗和容抗感抗容抗2/2/2023RLC串聯電路如果L內部為RLC串聯電路，則阻抗Z

為RX|Z|阻抗三角形2/2/2023當X>0，稱Z呈感性；當X<0，稱Z呈容性；當X=0，稱Z呈阻性電路的性質Z=R+jX2/2/2023三相電路1、對稱三相電源對稱三相電源是由3個等幅值、同頻率、初相依次相差120°的正弦電壓源連接成星形或三角形組成的電源。+-A-+B+-CNN+---++ABC星形接法三角形接法2/2/2023三相電壓、、的相位從越前到滯后的次序稱為相序。正序：A-B-C（或B-C-A，或C-A-B）；負序：A-C-B（或C-B-A，或B-A-C）；零序：、、之間的相位差為360o，即同相位。2/2/2023星形接法中，電壓源的參考方向是以中點處為負；三角形接法中，電壓源的連接是順次相接形成一個回路，如果接錯，將可能形成很大的環形電流。3個電源依次稱為A相、B相和C相，它們的電壓為：=0Ou2/2/2023二、對電力系統的要求

（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

2/2/2023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。一級負荷：兩個電源+應急電源二級負荷：兩個電源三級負荷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。2/2/2023電能質量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

式中——用電設備的額定電壓，kV；——用電設備的實際端電壓，kV。2/2/20232．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：

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，kV2/2/20233．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。

2/2/20235．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

2/2/2023（2）電壓、電流總諧波畸變率式中、——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。2/2/20236．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。

2/2/2023三、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2/2/20231．無備用接線（開式電力網）方式無備用接線包括：（a）單回放射式（b）樹干式（c）鏈式a）放射式b）樹干式c）鏈式2/2/20232．有備用接線（閉式電力網）方式有備用接線方式包括（a）雙回放射式（b）樹干式（c）鏈式（d）環式（e）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

2/2/2023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。2/2/2023四、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。2/2/20234.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。2/2/2023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％，用以補償變壓器自身的電壓損失。2/2/2023五、電力系統的中性點運行方式

電力系統的中性點是指三相電力系統中繞組或線圈采用星形連接的電力設備（發電機、變壓器等）各相的連接公共點（電壓平衡點），其對地電位在電力系統正常運行時為零或接近于零。在電力系統中，系統中性點是針對發電機和變壓器而言2/2/2023對輸變電及配電系統來說，中性點接地方式就是變壓器中性點的接地方式，它是依據變壓器的絕緣水平及電力系統運行的需要來決定的。中性點接地方式有兩大類:1、中性點有效接地系統；2、中性點非有效接地系統。采用最廣泛的是：a、中性點不接地b、中性點經過消弧線圈或高阻抗接地c、中性點直接接地前兩種亦稱為小接地電流系統2/2/2023中性點有效接地系統中性點直接接地或經低阻抗接地特點：單相接地短路電流大，需迅速跳閘，通過自動重合閘提高供電可靠性。相對地絕緣可按相對地電壓考慮。經濟效益顯著一般應用在接有單相負載的低壓（380/220V）配電系統和110kV及以上系統。2/2/2023中性點非有效接地系統中性點不接地或經消弧線圈或高阻抗接地系統正常運行時，相電壓是對稱的，三相的對地電容電流也是平衡的，三相的電容電流的相量和為零，沒有電流在地中流動。各相對地的電壓，就等于各相的相電壓。2/2/2023當發生單相接地時，例如C相接地，這時中性點發生位移，C相對地電壓為零，而A相和B相對地電壓、變成、，即C相接地時，完好的A、B兩相對地電壓都由原來的相電壓升高到線電壓（原對地電壓的倍）。2/2/2023C相接地時，系統的接地電流（電容電流）應為A、B兩相對地電容電流之和，即且超前90o；而在量值上，即一相接地的電容電流為正常運行時每相對地電容電流的3倍。單相接地電容電流經驗公式：為同一電壓的具有電的聯系的架空線路總長度（單位為km）；為同一電壓的具有電的聯系的電纜線路總長度（單位為km）。2/2/2023當中性點不接地系統中發生單相接地時，系統中接在相間電壓（線電壓）上的負載的供電并未遭到破壞，可以繼續運行，但是這種電網長期在單相接地的狀態下運行，也是不能允許的，因為這時非故障相電壓升高至倍，絕緣薄弱點很可能被擊穿，引起兩相接地短路，將嚴重地損壞電氣設備。所以，在中性點不接地電網中，必須設專門的監察裝置，以便使運行人員及時地發現單相接地故障，從而切除電網中的故障部分。2/2/2023在中性點不接地系統中，當接地點的電容電流較大時，在接地點引起的電弧就很難自行熄滅。在接地處還可能出現所謂間隙電弧，即周期地熄滅與重燃的電弧，形成弧光接地。由于電網是一個具有電感和電容的振蕩回路，間歇電弧將引起相對地的諧振過電壓，其數值可達2.5-3倍的相電壓。這種過電壓會傳輸到與接地點有直接電連接的整個電網上，更容易引起另一相對地擊穿，而形成兩相接地短路。在電壓為3-10kV的電力網中，單相接地時的電容電流不允許大于30A，否則，電弧不能自行熄滅。在20-66kV電壓級的電力網中，間歇電弧所引起的過電壓，數值更大，對于設備絕緣更為危險，而且由于電壓較高，電弧更難自行熄滅。因此，在這些電網中，規定單相接地時的電容電流不得大于10A。2/2/2023當單相接地電容電流超過了上述的允許值時,可以用中性點經消弧線圈接地的方法來解決，該系統即稱為中性點經消弧線圈接地系統采用過補償方式,即使系統的電容電流突然的減少(如某回線路切除)也不會引起諧振，而是離諧振點更遠。中性點經消弧線圈接地系統發生單相接地時，流過接地點的電流是電容電流與流過消弧線圈的電感電流之和。由于滯后90o，所以與在接地點互相補償。當兩者量值差小于發生電弧的最小電流時，電弧就不會發生，從而避免諧振過電壓的發生。2/2/2023中性點非有效接地系統中發生單相接地故障時，不構成短路回路，接地相電流不大，不必立即切除接地相，所以這種系統供電可靠性高，但對絕緣水平的要求也高，各相對地絕緣必須按線電壓設計。由于單相接地電流往往比正常負荷電流小很多，要實現有選擇性的接地保護就比較困難，靈敏度不高。2/2/2023注：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