电网基础知识

第一节电网基础知识
1、电力系统由什么组成？什么是电网？
组成电力工业的发电及其动力系统、输电、变电、配电、用电设备，也包括调相调压、限制短路电流、加强稳定等的辅助设施，以及继电保护、计量、调度通信、远动和自动调控设备等所谓二次系统的种种设备的总和统称为电力系统，它是按规定的技术和经济要求组成的，并将一次能源转换成电能输送和分配到用户的一个统一系统。

一般我们把电力系统中的发电、输电、变电、配电等一次系统及相关继电保护、计量、和自动化等二次网络统称为电力网络，俗称电网。

电网一般可分为输电网和配电网。

2、电网的功能是什么？现代电网具有哪些特点？
电网是电源和用户之间的纽带，其主要功能就是把电能安全、优质、经济的送到用户。

现代电网的特点主要包括：
（1）主网架由强大的超高压系统构成。

（2）各电网之间联系较强。

（3）电压等级简化和供电电压提高
（4）具有足够的调峰、调频、调压容量，能实现自动发电控制（AGC）。

（5）具有较高的供电可靠性。

（6）具有相应的安全稳定控制系统。

（7）具有高度自动化的监控系统和电能量自动计量系统。

（8）具有高度现代化的通信系统。

（9）具有适应电力市场运营的技术支持系统。

（10）有利于各种能源的合理利用。

（11）具有高素质的职工队伍。

3、如何从宏观上对电网进行分析？
组成电网的发电、输电、变电、配电、用电等设备，从电路原理上理解，无外乎是由电阻、电抗、和电容三个元件组成的多重环网电路，由于发电设备是旋转设备，电路中建立的电压和流动的功率（包括有功功率和无功功率）是交流分量，因此分析电路中的电压、电流、功率的关系就必须以基尔霍夫定律和矢量分析为基础，在掌握好电阻、电抗、和电容间的电器关系前提下，用电路基本定律和矢量图的分析方法即可对电网中的诸如电压（势）、电流、功率和损耗进行分析。

4、目前电网中有哪几种发电形式？特点是什么？
目前电网中的发电厂主要有火力发电、水利发电、核能发电和新能源发电四类，它们的特点分别是：
（1）火力发电。

火力发电是利用煤、石油和天然气等自然界蕴藏量极其丰富的化石燃料，将其燃烧，以用其所得到的热能来发电
的一种能量转换形式。

（2）水利发电。

天然的水流所蕴藏的位能或动能统称为水能或称水利资源，水利发电就是利用天然水流的水能通过导流引到下游
形成落差推动水轮机旋转带动发电机产生电能。

（3）核能发电。

核能发电又称原子能发电，是利用原子反应堆中的核燃料产生的原子核裂变能量，将水加热成蒸汽，用蒸汽冲动汽轮机，带动发电机发电。

（4）新能源发电。

主要指：风力发电、地热发电、海洋能发电、太阳能发电、瓦斯发电。

5、电能在高压电网中有哪几种传输方式？目前电网中采用的输电
线路有哪几种？
在现有电网中，电能的传输主要有高压交流和高压直流输电两种形式。

目前电网中采用的输电线路主要有两种，一种是电力电缆，一种是架空线路。

6、电网中变电站的作用是什么？可分为哪几种？
变电站是电网中的线路连接点，是用于变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施。

变电站是联系发电厂和用户的中间环节，它通过其变压器将各级电压的电网联系起来，是电力网的枢纽。

其包含的设施主要是起变换电压作用的变压器设备，除此之外，变电站的设施还有开闭电路的开关设备，汇集电流的母线，计量和控制用的互感器、仪表、继电保护装置和防雷保护装置，调度通信装置等，有的变电站还有无功补偿设备。

一般我们把其中变压器、母线、断路器、隔离开关、电缆等传送和分配负荷的一次设备及继电保护、自动化控制、直流系统等二次设
备叫做变电站的主设备。

其他如架构、建筑等叫做变电站的辅助设备。

变电站可分为枢纽变电站、区域变电站、和地区变电站，当枢纽变电站全站停电时，将引起地区电网瓦解，造成大面积停电，严重时甚至影响整个电网的几个省、市的正常供电。

7、什么是特高压技术？
特高压输电是在500kV交流和±500kV级直流之上采用的更高一级电压等级的输电技术，它包括百万伏级交流特高压
和±800kV级直流特高压两部分。

国际上公认的电压等级序列一般是330kV-750kV-1500kV和220kV-500kV-1000kV。

第二节目前我国电网结构及现状
一、电网结构：电力网内各发电厂、变电所和开关站的布局，以及连接它们的各级电压、电力线路的连接方式。

电网的强弱关系，到电力网运行的安全稳定、供电的质量和经济效益。

随着电力系统的发展，电压等级由低向着更高的方向发展，电网结构一般也由弱联系向强联系发展，同时，母线接线方式，各种补偿装置及自动化水平也越来越高。

现状
“中国电网结构薄弱、大容量远距离输电、弱联网和电磁环网的现状使得电网抗扰动能力较弱；同时，我国台风、泥石流、雷击等引发电网系统事故的自然灾害频繁，因此，大面积停电的风险依然存在。

”
后果
电力系统突发性灾害最严重的后果是大面积停电，大面积停电会使正常的工作与生活秩序陷入瘫痪，造成重大的经济损失和社会影响。

美国2003年发生的“8·14”大停电事故，曾造成40亿到100亿美元的经济损失。

近几年来，美、加、英等国大面积停电事故陆续发生，更加引起了我们对电力安全的高度重视。

从美国的大停电可以看出，缺乏在电网调度上的统一管理是导致大面积停电的主要原因。

就我国而言，应加强各级调度之间的协调，提高调度运行水平，完善应急预案体系和组织体系，确保发生严重事故时电网的安全稳定运行。

二、电网结构发展方向：
由于大部分电网都是从早期简单的电力系统发展而来的，线路走廊、负荷点和电源点的分布，经济和社会条件的变化，技术水平的提高和资金上的约束，均会对电网结构的形成产生影响。

因此，合理电网结构的形成，首先要有一个合理的电网规划。

可以这样说，合理的电网结构是保证电网安全稳定运行的物质基础，而合理的电网规划是这个基础的基础。

发达国家对电力系统的规划设计有一个指导性的文件，即可靠性准则，其中规定了大电网可靠性的六个基本目标，即提供足够的容量来满足系统的需求、保持系统安全、保持系统完整、限制系统的瓦解的范围、提高系统恢复的速度、具有战略上的适应能力。

只有满足了
上述六点基本要求的电力系统规划，才可称得上是一个合理的、好的规划。

为了达到电网安全可靠这一目标，欧美等发达国家一般都在电网的规划和运行,用了较高的安全稳定运行标准，在电网建设上投稿了巨资，形成了密集的网络结构。

电力工业部颁布的《安全稳定导则》，从安全稳定运行的角度，对合理的电力系统规划做了明确的定义。

一个所谓规划和设计得好的电力系统应当包括两方面的内容，缺一不可。

其一，炒了适应负荷的需要，配置足够的单机容量和发电厂容量（相对系统负荷）不过份集中的电源；其二，有能力与电源和负荷水平相适应的、有足够传输能力的、在正常运行时具有必要灵活性并足以应付运行中各种偶然情况的、特别是事故情况的一个电网结构。

由于电网结构的加强总是需要较大的投入，而对于我国这样一个发展中的国家来说，资金短缺正是我们的困难所在。

因此，根据我国的实际，《安全稳定导则》对电网结构的规划和设计，提出了适合中国具体情况的原则要求。

（一）能够适应各种运行方式下的潮流变化及发展变化的需求，并具有一定的灵活性
这一款包含两层意思，其一，要求规划和设计的电网，能适应电网正常运行的需要。

如要求做到不窝电、少弃水，能适应调峰和调频的需要，能方便地安排设备检修，能便利地运行操作等。

总之，要能
为正常运行提供必要的灵活性。

其二，要求规划和设计的系统，能够注意到在规划、设计阶段所不能预料到的一些变化的可能性，并为运行系统的灵活性创造必要的条件，也就是说，电网规划要有一定的适应性。

后一点是非常重要的，也是最容易被忽视的，特别是在过去电网建设必须绑在电源项目上的所谓“随机建设”的模式下，我们曾有过较多的教训。

一个典型的例子，就是电网规划在既定的电源建设次序前提下是合理的，但一旦电源建设次序发生变化，则电网规划就很难适应，致使实际运行的电网困难重重，不得已只好上一些应急的抢建项目，最终偏离了规划。

另一种情况是在规划大电厂时，只考虑了直接就地供应同步出现的大负荷，而实际由于计划在负荷推迟，电厂出线的外送能力不足，造成长期窝电的局面。

（二）电网任一元件无故障断开，应能保持电网稳定运行，并不致使其他元件超过事故过负荷的规定
这一款规定了电网中的各人部分在结构上应该具有的最低强度水平，以适应各种偶然性事故。

很显然，如果在无故障断开时，电网中的元件不能保持系统的稳定，那么在该元件故障的中，就不可能保证系统的稳定运行（因为切除故障的时间不可能为零），除非是两侧系统解列，或者是采取了其他影响正常供电的措施，如切机、切负荷等。

同样重要的是，当电网中的一个元件断开时，系统中保留运行的所有其他元件都应当不超过事故过负荷的规定。

这就是说，事故后的电力系统能够在运行调度的重新安排下，在规定的时间内消除事故过
负荷的元件，否则事故后的系统就不可能继续安全运行。

这一款没有明确指出是否允许损失负荷问题。

所谓允许损失负荷，是指可以允许切除部分电源，也可以切除部分负荷。

如果不允许损失负荷，就接近国际上的“N－1原则”。

《安全稳定导则》认为，对于受端系统的元件，执行“N－1原则”较为合理，因为在受端系统中，一般很难用切机或切负荷的办法来解除元件的过负荷。

但对大型电厂送出电力的长距离超高压重负荷线路，允许在发电厂建设的初期，采取切机、切负荷的措施。

（三）电网应当具有较大的抗大扰动的能力，应能满足《安全稳定导则》中规定的各项有关要求
这一款规定了电网应该具有的足以应付电力系统单一元件事故的综合能力，包含了电网强度和继电保护两方面的综合作用。

对抗扰动能力而言，电网结构是基础，但在已有的电网结构下，加快故障的切除时间则是关键。

《安全稳定导则》对电网的抗扰动能力要求作了详尽的规定，可概括为“三道防线”：在单一常见故障（如单相故障）情况下不应损失负荷；单一严重故障（如三相短路）时允许局部损失负荷，但不丧失稳定；在多重故障情况下，可能造成稳定破坏，但要防止电网瓦解和全网性的大面积停电。

1984年电力工业部颁发的《电力系统技术导则》（简称《技术导则》）进一步把电网分为受端系统、电源接入系统和系统间的联络线三部分，对这三个部分规定了不同的安全标准。

1．受端系统
（1）正常运行时发生任何严重单一故障（包括线路及母线三相短路），不允许损失负荷；
（2）正常检修方式下（任一元件检修）允许采取稳定措施，但要保持系统稳定）。

2．电流接入系统
（1）对220kV及以上的线路和已基本建成的500kV电网，原则上执行“N－1原则”；
（2）在500kV电网建设初期，为了促进500kV电网的发展，只要送电容量不过大，且采用了单相重合闸作为安全措施，在加强了受端系统的基础上，允许主力电厂初期以500kV单回线接入系统；
（3）对长距离、重负荷的多回500kV接入系统的线路，允许切除一回线时，采用切送端电源（对水电厂）或快速压送端电源出力（对火电厂）的措施，以保持稳定。

3．系统间的联络线
（1）联络线故障中断,里程自系统要保持安全稳定；
（2）对于为相邻系统担任规定支援任务的联络线，当两侧系统中任一侧失去大电源或发生严重单一故障时，该线路应保持稳定运行，且不超过事故过负荷的规定；
（3）系统间若有两回及以上的交流联络线，不宜构成弱联系的大环网，并要考虑其中一回断开时，其他联络线应保持稳定，并可传输规定的最大电力；
（4）对交直流混全的联络线，当直流联络线单极故障时，不采取稳定措施，应能保持交流系统的稳定运行；双极故障时，也应应保持交流系统的稳定，但可采取适当的措施。

（四）实现分层分区原则，主力电源一般应直接接入高压主电网
所谓电网分层，是指按电网的电压级，即电网传输能力的大小，将电力系统划分为由上至下的若干结构层次。

为了合理地发挥各级电网的传输效益，不般来说，不同的容量的电厂和负荷，应当接到相适应的电网上；反过来说，为了适应大型电厂的容量和负荷增长，应该及时建设高一级电压的电网。

以往多存在大机组、大电厂线电压过低的问题，其后果是，不仅造成电网稳定问题突出，还使断路器遮断容
量不足，电厂被迫分母线分段运行；此外，对电厂本身来讲，出线也势必过多，对安全、不利。

关于机组接入系统问题，《技术导则》规定，单机容量为500MW及以上的机能，一般宜直接接入500kV电网；200～300MW的机组，经论证为接入200～500kV中的某一级电网；单机容量为100MW左右的机组，一般宜直接接入220kV 电网。

所谓电网分区，是指以受端系统为核心，将供应其电力和电能的远方电厂连接在一起，形成一个供需基本平衡的区域，并经联络线与相邻系统相连。

这种区域的划分，是以电力和电能供应平衡为标准的电力系统的概念，而不是一种行政和地理的概念。

根据我国电力系统的运行经验，加强受端系统，适当分散外接远方电源，有利于保证电网的安全稳定运行，是一种合理的电网结构。

所谓加强受端系统，是要加强受端电源、负荷间的网络联系，同时，在经济合理的前提下，在受端系统建设大容量的主力电厂。

适当分散外接远方电源，即适当减弱远方电源之间的联系，外接电源直接接到它计划供电的受电中心。

这样的供电格局，接近单机对无穷大系统的模式，在理论上最稳定的。

合理的电网结构，首先是规划和设计电网时必须注意的问题，虽然在电网的生产运行中，也存在着一个合理的安排运行结构的问题，如适当解开我部电源的联系，增加弱受端系统中的旋转无功备用等，
确实可以稳定运行水平方面取得实效。

但必须指出的是，在实际运行系统中改变运行结构的可能性是有限的，会受到多种因素的制约，因此，关键还在于电网的规划和设计。

第三节电网规划
电网规划又称输电系统规划，以负荷预测和电源规划为基础。

电网规划确定在何时、何地投建何种类型的输电线路及其回路数，以达到规划周期内所需要的输电能力，在满足各项技术指标的前提下使输电系统的费用最小。

城市是电力系统的主要负荷中心，城市电网运作是否良好取决于城市电网的规划与建设是否科学，是否经济合理，对于固定资产额巨大的供电企业而言，城网规划工作在供电企业的生存与发展中始终起着决定性的作用。

以前，供电企业既是政府的电力管理部门，又是电力供应商。

供电企业城网规划的目标主要是提高城市电网的供电能力、供电质量与供电可靠性来满足社会对电力的需求，各级政府在政策、投资与管理上予以必要的支持，主要考虑的是社会效益。

而目前，城网规划时还要考虑企业资产的保值。

量入为出，保持企业可持续发展是现代企业财务管理的一个基本要点。

作为一个供电企业要从自己的产品——电，尤其是电价入手做好自己的财务分析工作。

在同样供电能力、不同电价条件下，必有不同的供电产值与效益。

不仅要围绕电价进行自己的财务分析，而且还
要对电价的变化进行预测，进而精打细算自己的收入与支出，为电网建设定下目标，为设备的选型定下标准，为城网的规划工作定下基调。

在一个供电企业正常经营的条件下，由目前的电价水平引起的企业收益状况将是影响城网规划工作总体思路的一个重要方面；同时电价的变化趋势也会对城网规划思路产生影响。

按照市场营销学的理论，任何市场都是可细分的。

供电企业须对用户在目前的电价下，对供电能力、供电质量、供电可靠性方面的满意度进行分析，以此电价水平确定一个供电标准，了解用户高于或低于这个标准的各类需求，为今后供电市场的细分提供参考。

国外出现的定制电价是优质优价的体现，是工业化国家政府所支持的，极有可能是我国将来电价改革的一个方向。

供电企业首先要根据公司的财务状况合理安排资金进行电网规划，进行电网投资，其次根据用户对供电能力、供电质量、供电可靠性的差异及对电价的承受能力，按照定制电价的思路来确定其具体区域的规划工作。

供电企业首先要服务好社会，从社会发展与用户需求来看，主要是完成好供电能力、供电质量、供电可靠性三个工作内容。

其实质就是使用户能用得上电、用得上满意的电。

根据用户对供电能力、供电质量、供电可靠性的差异及对电价的承受能力，来做好具体区域的规划工作。

分类
电网规划
电网规划按照时间分类，可以分为短期规划、中期规划和长期规划。

另外还可以按照不同专业进行分类，比如通信规划、营销规划和煤矿电源规划等各种专项规划。

短期规划分为1-5年，规划的内容比较具体仔细，可直接用来指导建设。

一般的电网5年规划与国民经济5年规划的时间同步。

如，十一五规划、十二五规划等。

中期规划一般为5－10年。

长期规划则需要考虑比输变电工程建设周期更长的发展情况，一般规划6-30年。

长期电网规划需要列举各种可能的过度反感、估计各种不确定因素的影响等。

长期规划的方案并不一定在建设中原封不动的实施。

由于客观条件或环境的改变，规划方案也将不断变化。

方法
电力系统规划的最终结果主要取决于原始资料及规划方法。

没有足够的和可靠的原始资料，任何优秀的规划方法也不可能取得切合实际的规划方案。

一个优秀的电力系统规划必须以坚实的前期工作为基础，包括搜集整理系统电力负荷资料，当地的社会经济发展情况，电源点和输电线路方面的原始资料等等。

目前，我国在规划方法方面，处于传统的规划方法和优化规划方法并用的状态。

可行性计划
电网规划
在财务方面应着重考虑三个问题：建设投资的回收率、电网经济运行
情况、可持续发展。

建设投资要讲回报，讲究回收率。

电网的建设投资是否合理，是否满足电网经济运行。

建设投资的回收率与电网经济运行情况是针对具体工程项目而言，而持续发展问题是从供电企业整体动作发展的角度来确定一定时期内或某个财政周期内对城网规划的要求，确定其间城网规划工作的整体规模与水平。

通常而言，城网规划中，首先根据可持续发展观点来解决中远期的规模，其次根据电网经济运行情况确定具体的规划项目，最后根据建设投资的回收率来决定具体规划项目的投资与设备选用。

这其中，根据国民经济发展情况与人民银行利率水平来确定贴现率等理论计算的具体参数。

在此基础之上再研究和确定电网最优的网络接线方式、投资水平以及投资的时间按排，使电网供电能力、供电质量供电可靠性能够满足用户的用电需求，以低于社会边际电价的成本向客户提供优质的电能。

城网规划除了要满足上述几个目标外，还要与城市规划相协调，满足城市整体发展的需要。

对于城网规划对象应从地域、行业、时间上进行分类与分析。

根据目前经济发展状况，宜将城网规划对象分为三类：老城区、新城区、准城区。

老城区是市政规划成型区，负荷易掌握，市政府对其进行的市政规划工作仅为局部性的调整，供电企业可充分利用已有的各级电力网与设备做好供电工作。

新城区是老城区的拓展区，是各地在促进经济发展的过程中划出临近老城区的乡镇，市政府对其进行的市政规划工作是整体的调整，供电企业在些地区的规划工作受制于市政规划，可参照市政规划并在负荷预测的基础之上根据本市或国内外同类型地区的负荷特点做好规划工作及电网建设工作。

准城区是经济发达的乡镇，能够给供电企业带来巨大的负荷和用电量及效益，虽然可能未市政府列入市政规划，这也是供电企业所必须考虑的，可在负荷预测的基础之上根据本市或国内外同类型地区的负荷特点作好规划工作及电网建设工作。

行业不同往往用电特点也不同，因此行业分类在城网规划中也很重要。

一般是根据其用途分为：住宅、商业、各类工业等。

同一用户在不同时间里用电量是不同的，在规划中要充分考虑到时这一点。

负荷预测是城网规划的基础，对确定规划的长、中、短期规模、具体项目、规划的质量起到关键作用。

负荷预测的方法有多种，各种方法有各自的特点、适用范围和局限性。

为了提高负荷预测的准确性，可以建立多种预测方法的负荷预测模型，将每种预测方法编成软件，建立了预测方法库。

在实际预测中，将收集到的各种经济预测数据、规划及历史数据，通过调用预测主库的手段，用多种方法进行预测，然后以预测误差最小为目标，根据宏观经济形势及经验取各种方法的权数，将多种预测结果加权取平均值，即所谓“组合预测”，这样可得到较准确的负荷预测成果。