02 第二章 电力系统和电力网

第二章电力系统和电力网第一节概述2.1.1 电力系统、动力系统和电网电力系统是由发电、输电、变电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。

它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力设备转化成电能，再经输电、变电和配电将电能供应到用户。

电力系统是发电、输电、变电、配电用电以及储电储能设备协调运行的有机总和，当然，也包括它们的有关管理、控制、调节、保护、测量、自动化和通讯系统。

在现代，每一个用户所用的电分不清是哪个发电厂供给的，而只能说是由包含许多发电厂的电力系统供给的。

电力系统的出现，使电能得到了广泛的应用，推动了社会生产各个领域的发展，开创了电力时代，出现了近代史上的第二次技术革命。

20世纪以来电力系统的大发展使动力资源得到更合理开发，工业布局也更为合理，也使电能的应用越来越广泛地影响到人类日常生活的各个层面。

电力系统的发展程度和技术水准已成为各国经济发展水平地标志之一。

我国有一时期将发电设备中地原动机（锅炉、汽机、水轮机、核反应堆等）和用电设备中的电能转换为其他能量的机械（风机、水泵、电炉等）也包括在内，称之为动力系统；不包括原动机和其他能量机械，只有电力设备的称为电力系统。

对此，国外也不甚统一，现多数国家称电力系统。

近年来我国更通俗地将电力系统称为电网。

在我国也把电力系统或电网作为电业单位系列机构和人员的代称，如华东电力系统或华东电网，既指向华东地区供电的发电、输电等设备组成的电力系统，也指经营管理华东电力系统的机构和其中的人员。

2.1.2电力系统构成电力系统由六个要素构成：发电、输电、变电、配电、用电以及保证设备和电力系统安全可靠、优质、经济运行的管理、监视和控制手段，这些手段指继电保护、安全稳定控制系统、自动化系统和通信系统。

2.1.3 电力系统特性电力系统有如下特性：1. 电能不能大量储存电能的生产、输送、分配、消费同时完成。

目前只有少量电能可以直接或转换为其它形式能量予以储藏。

2. 过渡过程非常短促发电机、变压器、电力线路、电动机等元件的投入或退出都在一瞬间完成。

电能从一处输送至另一处所需时间仅千分之几甚至百万分之几秒。

电力系统从一种运行方式过渡到另一种运行方式的过渡过程非常短促。

3. 与国民经济各部门的关系很密切由于电能与其它能量之间转换方便，宜于大量生产、集中管理、远距输送、自动控制，使用电能较其它能量有显著优点，所以各部门都广泛使用电能。

电能供应的中断或减少将影响国民经济的各部门。

4. 大规模性和相对独立性电力系统的容量和覆盖的地理范围越来越大，从国内互联已发展为甚至跨国互联洲际互联。

当前电力系统的特征是大容量、跨地区甚至跨国界、高电压、高度自动化、交直流混合的大系统。

而互联的各电力系统的组成要素和运行特性各不相同，并随系统的发展而各自变化。

2.1.4上海石化电网概况上海石化主电网由两座电厂（热电一站、热电二站）与一座220KV/35KV变电站（石化变电站）组成，称之为三个电源。

三个电源的220KV母线通过金煤2251、金石2252、煤石2253、煤石2254四回220KV线路构成一个三角环网连接，组成上海石化电网的220KV系统。

220KV系统经阳金2119、阳石2110与上海电网相连。

石化电网内有220KV，110KV，35KV，10KV等电压等级。

三个电源向各个变、配电站供电的是35KV母线及10KV母线。

35KV母线结线方式为双母线分段带旁母，所供出线多为电缆线路至各个35KV变、配电站；10KV母线仅热电一站有，结线方式为双母线分段，所供出线均为电缆线路至各个10KV变、配电站。

35KV及10KV系统中性点均采用带消弧线圈接地方式，计有消弧线圈22台，总容量为34.5MVA。

上海石化电网发展经历了一至四期工程的建设过程。

一期工程建设初期，石化电网只有金山热电厂一个电源点，发电功率为250MW，承担着化一、化二、腈纶、维纶、塑料、机修东、机修西、水厂、涤纶、金卫、乍浦、张埝、陈山、污水等总降的供电和生活区卫城站的供电。

用户供电方式一般为单厂站双母线电源供电，一期工程建成并投运了供电电缆隧道 1.4公里。

二期、三期工程建成后，石化变电站、煤电厂（热电二站）投入运行，石化电网的电源点达到了三个，发、供电能力大大提高，发电功率逐步达到500MW，并相继投产了金阳、芳联、乙二醇、乙烯、低硅水、渣油、焦化、涤二、塑料I、塑料II、涤纶新、化二新、永久等总降的供电和生活区富川站的供电。

重要用户供电方式也从原来的单厂站双母线供电方式发展到三电源点母线供电方式，期间电缆隧道投运 4.6公里。

四期工程后，电源发电容量达到了600MW，石化变电站的供电能力270MVA，电缆隧道达6.7公里，供电网系统的结构更加合理，保证了股份公司各生产装置和社区居民用户的供电。

供电系统各变配电站（总降、高配）供电方式主要采用内桥式结线和扩大式内桥结线，也有少量的单母线分段和全桥结线变电站。

变压器为室内安装，采用户外型油浸风冷式。

高压进线开关主要采用SW系列少油断路器，近年来逐步采用了一些六氟化硫开关和真空开关，高压侧多为间隔式排列，低压出线侧主要采用SN型少油断路器，一般采用柜式布置。

35KV线路继电保护原则上配置二套主保护和一套后备保护。

电缆线路保护配置是线路纵差保护，电流闭锁电压速断保护和过电流保护。

架空线路保护配置是电流速断，电流闭锁电压速断保护和过电流保护，并安装有重合闸装置。

总降用户侧一般配置原则为变压器差动保护、瓦斯保护和低电压闭锁过电流后备保护、过负荷保护、超温保护，大部分总降并安装有备用电源自动切换装置。

高配用户侧一般配置原则为过电流保护（和电流保护），大部分安装有备用电源自动切换装置。

馈出线保护一般采用定时限或反时限过流保护。

继电器主要采用电磁式继电器和静态继电器，并逐步使用微机综合继电器。

第二节电力负荷及负荷分类2.2.1电力负荷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费电功率的总和。

单位用“KW”表示。

电力负荷可分以下几类：1. 用电负荷是指用户的用电设备在某一时刻实际取用的电功率总和。

也就是用户在某一时刻对电力系统所要求的功率，从电力系统讲，是指在该时刻，为了满足用户用电的发电出力。

2. 线路损失负荷电能从发电厂到用户的输送过程中，不可避免地会发生功率和能量的损失，与这种损失所对应的发电功率叫线路损失负荷。

3. 供电负荷用电负荷加上同一时刻的线路损失负荷就是发电厂对外供电时所承担的全部负荷，称供电负荷。

但有些大电网，在计算供电负荷时，减去了属于电网调管的高压一次网损，称为电网的供电负荷。

4. 厂用电负荷电厂在发电过程中，要耗用一部分功率和电能，这些厂用电设备所消耗的功率，称为厂用电负荷。

5. 发电负荷电网对外担负的供电负荷加上同一时刻各发电厂的厂用电负荷，构成电网全部的生产负荷，称为发电负荷。

2.2.2用电负荷分类1. 按电力系统中负荷发生的时间分类，可分为以下三类 :⑴高峰负荷。

又称最大负荷。

是指电网或用户在一天时间内所发生的最大负荷值。

为了分析方便，常以小时用电量作为负荷。

高峰负荷又分日高峰负荷和夜高峰负荷。

在分析某单位的负荷率时，选一天24 小时中最高的一个小时的平均负荷作为高峰负荷。

⑵低谷负荷。

又称最小负荷。

是指电网或用户在一天时间内所发生的最小的小时平均负荷。

⑶平均负荷。

是指电网或用户在某一段确定的时间阶段的平均小时用电量。

为了分析负荷率，常用日平均负荷，即一天24 小时的平均用电量。

为了合理用电，应尽量减少高峰与低谷负荷用电的时间，对于电力系统来说，峰、谷负荷差越小，用电则越趋于合理。

⒉按用户在国民经济结构中行业分类，可分为以下四类 :⑴工业用电负荷。

⑵农业用电负荷。

⑶交通运输用电负荷。

⑷照明及市政生活用电负荷。

⒊根据突然中断供电而引起的损失程度分类，可分为以下三类 :⑴一类负荷。

也称一级负荷。

是指突然中断供电将会造成人身伤亡或会引起对周围环境严重污染的；突然中断供电将会造成经济上的巨大损失，如重要的大型设备损坏、重要产品或用重要原料生产的产品大量报废，连续生产过程被打乱且需长时间才能恢复生产的；突然中断供电将会造成社会秩序严重混乱或在政治上产生严重影响的，如重要的交通与通讯枢纽的用电负荷等。

一级负荷的用电设备应有两个以上的独立电源供电，并辅以必要的用户自备保安电源。

所谓独立电源是指若干个电源中，任意电源因故障而停止供电时，不影响其他电源继续供电的电源。

⑵二类负荷。

也称二级负荷。

是指突然中断供电将会造成经济较大的损失。

如生产的主要设备损坏，产品大量报废，连续生产过程需较长时间才能恢复；突然中断供电将会造成社会秩序混乱或在政治上产生较大影响的，如交通与通讯枢纽、广播电视、商贸中心等的用电负荷。

二级负荷应由两回线路供电，这两回路应尽可能引自不同的变压器或母线段。

当取得两回路线路确有困难时，也允许采用一回专用线路供电。

⑶三类负荷。

也称三级负荷。

是指不属于上述一类和二类负荷的其他负荷。

用电负荷这种分类方法，其主要的目的是为确定供电工程设计和建设的标准。

保证使建成投入运行的供电可靠性，能满足生产、安全与社会安定的需要。

三级负荷对供电连续性目前阶段尚没有具体的要求，允许有一段不长时间的停电，故可以由单回路线路供电。

第三节供电质量2.3.1供电质量供电质量也叫电能质量。

良好的供电质量一般指频率正常，偏移不超过±0.2赫；电压正常，偏移不超过额定值的±5%。

供电质量还包括电压和电流的波形质量及交流三相系统的电压和电流的不对称度。

2.3.2 频率电力系统频率是电力系统中同步发电机产生的交流正弦电压的频率。

在稳态条件下各发电机同步运行，整个电力系统的频率是相等的。

它是电力系统运行参数中最重要的参数之一和表征电能质量的最重要指标之一。

电力系统的额定频率为50Hz或60Hz，我国采用50Hz。

电力系统中的发电和用电设备，都是按照额定频率设计和制造的，只有在额定频率附近运行时，才能发挥最好的效能。

系统频率过大的变动，对用户和发电厂的运行都将产生不利的影响，轻则使设备不能正常工作、影响设备使用寿命，重则损坏设备，甚至引起系统崩溃，造成大面积停电。

电力系统频率的恒定是以系统有功功率的平衡为前提的。

正常运行时，系统全部负荷消耗的有功功率（包括网损）与系统的总出力相等时，系统频率保持为额定值。

在系统的有功功率平衡破坏时，频率就要发生变化。

如当系统负荷增加时，频率降低；反之，负荷减少时频率增大。

电力系统运行的重要任务之一，就是要及时调节各发电机的出力，在负荷发生变化时保持频率的偏移在允许的范围之内。

而发电机的出力是和转速成正比的，因此，频率控制实际上就是调节发电机组的转速。

频率控制和有功功率控制是密切相关，不可分割的，应该统一考虑，协同解决。