电力系统的基本概念

电力系统的基本概念：
电力系统是由发电机、变压器、电力线路及用电设备组成的发电、输电、配电和用电的整体。

电力网是由变电所、电力线路等变换、输送和分配电能的设备连接在一起所组成的网络。

它将发电厂与用户连接在一起。

是电能产生与消费的纽带。

目前我国有5个跨省的电力系统，即华北、华东、华中、东北、西北电力系统，其中华东电力系统总装机容量和年发电量都占据首位
电力系统的特点及运行应满足的基本要求：
电能作为一种商品，它的生产、输送、分配和使用与其他工业产品相比有明显不同的特点，主要表现在以下几个方面：
电能的生产、传输及消费几乎同时进行，因为发电设备任何时刻生产的电能必须与消耗的电能相平衡。

电能与国民经济各部门之间的关系密切。

电能的中断或减少直接影响国民经济生产各部门及人们的生活。

电力系统的暂态过程非常短暂。

电能以电磁波的形式传输，传输速度为30万KM/S，电力系统的发电机、变压器、电力线路以及用电设备的投入和退出，都在一瞬间完成。

故障的产生及发展非常短促，电力系统的暂态过程非常迅速。

对电能质量的要求颇为严格。

电能的质量的好坏由电压的大小、频率和波形质量能否满足要求来衡量。

任一个参数不满足要求都将造成不良的影响，甚至造成产品不合格，损坏设备或大面积停电等。

为适应上述特点，对电力系统的运行提出如下基本要求：
一、保证供电的可靠性。

间断供电，将会使生产停顿，生活混乱甚至危及人身和设备的安全，给国民经济造成极大损失，这种损失远远超出对电力系统本身的损失。

造成对用户中断供电的原因主要有：
电力系统的设备发生故障；
1、电力系统的误操作；
2、电力系统继电保护的误动作；
3、运行管理水平低，维修质量不合格等。

提高电力系统运行的可靠性，应改善设备质量，提高运行管理水平和技术水平及运行检修人员的责任心。

另一方面要完善电力系统的结构，提高抗干扰能力，充分发挥计算机进行监视和控制的优势，不断提高电力系统的自动化水平。

二、保证良好的电能质量。

电压质量和频率质量一般以偏离额定值的大小来衡量，实际用电设备均按额定电压设计，电压偏高或偏低都将影响用电设备运行的技术指标和经济指标，甚至不能正常工作。

一般规定，电压偏移不应超过额定电压的±5%；频率偏差不超过±0.2~0.5HZ等。

正弦交流电的波形质量一般以波形的畸变率衡量。

所谓波形的畸变率指的是各次谐波有效值的平方和的方根值与基波有效值的百分比。

10KV允许为4%。

三、保证系统运行的经济性。

合理发展电网，优化电网结构和运行方式，降低电能传输过程中的损
耗，也是一个不可忽视的问题。

考核电力系统运行经济性的两个重要指标是：煤耗率和网损率。

所谓网损率是指电力网中损耗的电量与向电力网中供应电能的百分比。

联合电力系统的优越性。

根据电力系统运行的基本要求，将单一系统联合起来组成联合电力系统，不论是技术上，还是经济上都有十分明显的优越性。

主要表现在以下几个方面：
1、提高电力系统供电的可靠性。

在电力系统中，大量运行着的设备都有发生故障的可能，但系统中多个电厂同时发生事故的概率远较单一电厂发生事故的概率小得多，组成联合电力系统后，可使供电可靠性得到提高。

2、减少系统备用容量的比重。

电力系统的备用容量，是为机组的事故停电及由于设备检修停电时而又不中断对用户供电而设置的。

在联合电力系统中，各子系统的备用容量是可通用的，这样系统容量愈大，备用容量占总装机容量的百分比就愈小。

可采用高效率的大容量机组。

联合电力系统的容量很大，个别机组的开停甚至故障，对系统的影响相对较小。

这样，就为大容量高效率机组的使用创造了条件。

大容量机组效率高，节省材料，占地少，运行经济。

3、可减少总负荷的峰值。

在联合电力系统中，通用合理的调配用电，可降低电力系统的最大负荷，减少总的装机容量。

由于不同地区用电负荷间的生产、生活及时差等条件的差异，使联合后的电力系统的最大负荷小于联合前子系统最大负荷之和。

4、可充分利用水电厂的水能资源。

联合电力系统的形成，可以合理
的调度负荷在水火电厂间的分配，充分利用水能，减少煤耗量。

同时，水电厂担负电力系统的调频任务时，进行负荷的增减也较容易。

输电线路的额定电压及其电压分布：
当线路有功率流过时，将产生电压损耗，使线路的首、未端电压不等，设首端电压为UA，未端电压为UB，接在线路上的用电设备所承受的电压各不相同，为了使用电设备所承受的实际电压接近客观存在的额定电压，则应取用电设备的额定电压等于线路的额定电压。

用电设备一般允许电压偏移为其额定电压的±5%，若电力线路从首端至未端的电压损耗允许为其额定电压的10%，那么为了使接在输电线路上任一点的用电设备均满足其对电压质量的要求，应使输电线路首端电压比额定电压高5%。

对发电机来说，其额定电压比所接输电线路的额定电压高5%。

对变压器来说，变压器的一次侧从电网中接受电能，相当于受电设备，它的一次侧额定电压应等于电网的额定电压，变压器的二次侧接在下一级线路的首端，相当于发电机，二次侧额定电压应比电网额定电压高5%，但考虑到变压器额定电压实为空载电压，而在变压器带额定负荷时，其内部阻抗大约有5%左右的电压损耗，因此变压器二次侧的额定电压应比线路额定电压高10%。

若变压器阻抗较小，内部电压损耗也较小，可使变压器二次侧额定电压比线路的额定电压高5%。

电力系统中性点的运行方式：
星形接线变压器或发电机的中性点称为电力系统的中性点。

电力系统中性点运行方式的种类。

我国电力系统中性点运行方式主要有两类：
一是中性点直接接地运行；
二是中性点不接地及中性点经消弧线圈接地运行。

中性点直接接地系统广泛用于110KV及以上系统中.（包括220KV、330KV、500KV各系统，另还有380V系统）
在35KV及以下系统中（包括10KV、6KV各系统）
根据单相接地时接地点的接地电流来决定中性点是不接地运行或经消弧线圈接地运行，当35KV、10KV、6KV各系统单相接地时接地电流分别大于10A和20A时，接地电弧不能自动熄灭，中性点应装设消弧线圈。

各种中性点运行方式特点的分析：
输电线路的三相对地电容相当于连接在系统上的一个星形接线的负荷，这个星形负荷的中性点就是大地。

因此。

正常运行时，系统三相电压对称，其中性点不管接地与否，对地的电压恒为零。

但当系统中任一点发生单相接地故障时，流入接地点的电流以及各相对地电压的大小则与中性点接地与否有直接关系。

下面进行分析：
一、中性点直接接地系统
中性点直接接地系统中，发生单相接地时，短路点与中性点间构成短路回路，接地相电流将很大；同时，故障相及中性点对地电压由于与
大地相接而为零，非故障相对地电压不变；故障相与非故障相之间的线电压降低为相电压（正常时为线电压，故障后降低为相电压）。

由于接地故障相对地电流很大，所以必须迅速切除故障相甚至是三相，因此将中断对用户的供电。

二、中性点不接地系统
当中性点不接地系统发生单相接地时，没有形成短路回路，流入接地点的电流是非故障相的电容电流之和，它的大小与该电压等级所连接的出线数及线路长度有关。

单相接地时，故障相对地电压为零，非故障相对地电压升高为线电压，中性点由于未接地而发生电位移，中性点对地电压升高为相电压，三相对地电压不再对称，三相线电压未变，仍保持对称。

由于这种系统单相接地故障的接地电流不大，且线电压仍对称，因此，单相接地时，可不立即切除故障，允许运行一段时间，待查出故障后，再处理。

可见，中性点不接地系统运行的可靠性相对较高。

三、中性点经消弧线圈接地系统,
消弧线圈，就是一个带铁芯的电抗线圈。

正常运行时，由于中性点对地电压为零，消弧线圈上无电流。

单相接地故障后，接地点与消弧线圈的接地点形成短路回路。

中性点电压升高为相电压，作用在消弧线圈上，将产生一感性电流。

在接地故障点处，该电感电流与接地故障处的电容电流相抵消，从而减少了接地点的电流，使电弧易于熄灭，提高了供电可靠性。

消弧线圈的补偿方式有：过补偿、欠补偿和全补偿。

所谓过补偿是指消弧线圈补偿后，流过故障点的感性电流大于容
性电流的补偿；而故障点处的感性电流小于容性电流的补偿称为欠补偿；显然。

故障点处的感性电流等于容性电流即为等补偿或全补偿，这种补偿方式是不允许的，因为这时会产生谐振。

为达到既消弧又防止产生谐振，实践中一般都采用过补偿。

在中性点直接接地系统中，当发生接地故障时，将出现很大的短路电流，故通常又称这种系统为大电流接地系统。

中性点不接地或经消弧线圈接地系统，在发生接地故障时，由于不形成短路回路（对中性点不接地系统），或由于消弧线圈的补偿作用，故障电流很小，所以又称之为小电流接地系统。

各种短路故障下的序分量
电力系统故障可分为横向故障和纵向故障。

通常发生的相与相之间或相与地之间的不正常接通情况称为横向故障。

例如：三相短路、两相短路、中性点直接接地系统中两相接地短路和单相接地短路。

另一类型如两个相邻节点之间出现不正常断开或三相阻抗不相等的情况称为纵向故障，也称为非全相运行。

例如：导线断线等。

出现零序电压和零序电流，是大电流接地系统发生接地故障的一个基本特征。

当系统正常运行及三相短路时，由于三相系统是对称的，三个相电压之和为零，三个相电流之和也为零，故没有零序电压和零序电流。

当两相短路时，也没有零序电压和零序电流出现。

当发生一相接地短路和两相接地短路时，都将产生零序电压和零序电流。

当某一简单网络发生各种短路，各序电压有效值情况为：
越靠近电源，正序电压越高；越靠近短路点，正序电压越低。

三相短路时，短路点电压为零，系统其它各点电压降低最严重；两相短路接地时正序电压降低的数值仅次于三相短路；单相接地时正序电压降低最小。

越靠近短路点，负序和零序电压的有效值越高；越远离短路点，负序和零序电压数值就越低，在发电机中性点上负序电压为零。

电力系统无功功率平衡与电压调整
系统所提供的无功功率必须满足无功负荷和无功损耗的需要，也就是要保持系统中无功功率的平衡。

无功功率电源主要有发电机、电容器、调相机及静止补偿器等。

发电机是最基本的无功功率电源。

并联在系统中的电容器，也可以发出容性无功功率，使局部电压提高。

使用并联电容器进行无功补偿的主要优点是费用低、安装简单、运行方便，它可以安装在系统的任何地方，适用于输电线路和配电系统中。

但其主要缺点是它发出的无功功率与线路电压平方成正比，往往是在电压偏低最需要无功功率时，由于电压的降低使发出的无功功率反而减少。

并联电容器广泛用于配电系统中，以提高线路的功率因数。

也
就是在消耗无功功率的地方就近提供无功功率，以免无功功率在线路上传输，造成线路未端电压波动。

并联电容器还广泛用于输电线路，以保持重载线路的电压能维持正常值，它可以接在线路端点。

也可以接在变压器的低压侧。

电力系统的调压方法
一、借改变发电机端电压调压
二、改变变压器变比调压
双绕组变压器的高压绕组和三绕组变压器的高压绕组及中压绕组一
般有若干个分接头可供选择，通过选择不同的分接头，可以改变变压器的变比。

例如UN±5%或UN±2×2.5%，说明有3个或5个分接头可供选择，其中对应与额定电压的分接头称为主接头或主抽头。

变压器改变分接头的方式有以下两种：
1、带负荷改变分接头，允许变压器在带负荷情况下改变其分接头位置，这种变压器称为有载调压变压器。

2、无载调压变压器，变压器必须先退出工作才能改变其分接头位置。

改变变压器的变比，可以改变二次绕组的电压，从而可以调整二次侧母线电压。

一般三绕组变压器的高、中压侧绕组有分接头可供选择使用，低压绕组无分接头。

高压侧分接头为有载调压、中压侧分接头为无载调压。

三、利用无功补偿设备调压
无功功率在电力网络传输过程中要产生大量的有功功率损耗和电压
损耗。

合理地配置无功功率补偿容量，从而改变电力网中的无功功率
分布，可以减少有功功率损耗和电压损耗，进而改善用户的电压质量。

在各种调压手段中，应首先考虑利用发电机调压，因这种调压方法不需要附加设备。

合理采用发电机调压可减轻其它调压措施的负担。

作为经常性的调压措施，借改变变压器变比调压，只能理解为采用有载调压变压器或串联加压器。

对无功功率供应充足的系统，采用变压器调压是灵活而有效的。

在需要附加设备的调压措施中，对无功功率不足的系统，首要问题是增加无功功率电源，因此以采用并联电容器、调相机和静止补偿器为宜。

继电保护的原理图、展开图及安装图
能直观而清晰地表示继电器与二次回路元件之间的电气连接及动作
原理的接线图，称为原理图。

原理图便于阅读，有整体概念，能表明动作原理。

但不能表明元件的内部接线，引出端子及回路的标号以及直流电源的情况等细节。

以电气回路为基础，将继电器和元件用展开的形式来表示的接线图，称为展开图。

这种图的特点是分别绘制保护的交流电流回路、交流电压回路及直流回路，而同一个继电器或元件的不同部分（如线圈、接点等），属于哪个回路的，就画到哪个回路中，并且，属于同一个继电器或元件的所有部件，都注明同样的标号。

绘制与阅读展开图时，一般应遵守以下规则：
回路的排列次序，一般是先交流电流及交流电压回路，而后是直流回路；
每个回路内各行的排列顺序，对交流回路来说是按a、b、c相序排列，对直流回路则按其动作顺序自上而下次第排列；
每一行中各元件（线圈、接点等）的连接顺序，完全按实际情况绘制。

因此，展开图的阅读，一般是先交流后直流、从上而下、自左到右，十分清晰明了。

为了便于阅读，在展开图各回路的右侧，还常加上一个文字说明表，以说明各行回路或元件的性质或作用，如“瞬时电流速断”、“出口中间继电器”、“跳闸回路”等。

安装图和原理图以及展开图不同，它不是用来说明动作原理，而是作为安装、接线、整定试验时的依据。

安装图中各设备的上方均有标号，通常标在一个圆圈内。

标号的内容包括：
1、安装单位编号。

同一个继电保护盘上，可能装有不属于同一个一次设备的保护装置。

如旁路、XX线等。

为了避免混乱，每个一次设备所属的继电器及元件，均划分为一个安装单位并加以编号。

安装单位通常采用罗马数字Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等，同一安装单位的继电器和元件，在盘上通常按纵向划分，自上而下排列在一起。

2、设备顺序号。

每个安装单位内的继电器、元件等设备，按从左到右自上而下的顺序，用阿拉伯数字1、2、3等加以编号，称为设备顺序号。

3、设备文字符号。

应和展开图或原理图中的文字符号相一致，如1LJ、2SJ、3XJ等。

如标号为的继电器，即表示展开图中的电流继电器1LJ，属于Ⅰ号安装单位，其顺序为第3号设备。

4、端子排及其编号
继电保护盘内设备和盘外设备的连接，必须经过接线端子，通常将许多接线端子组装成一排，称为端子排，每一个安装单位都有单独的端子排，端子排的上部，标有安装单位的编号及名称，端子排内的各端子，则自上而下按顺序用阿拉伯数字1、2、3……加以编号。

端子排一般布置在盘后的两侧。

安装图中端子排靠近盘上元件的那侧，标明和这个端子相连的盘内设备的标号及端子号。

例如1号端子里侧（靠近盘上元件侧）标有1LJ-2，即表示该端子应和盘内1LJ继电器的2号端子相连。

安装图中端子排的外侧，则标明与该端子相连的盘外设备的标号，以及连接导线的回路标号。

例如1号端子的外侧标有
LHa-k1及A411，表明这个端子和盘外配电装置中A相电流互感器二次侧的k1端子相连，连接导线的回路标号为A411。

5、盘内设备之间连接的表示法
盘内设备之间的电气连接，如果直接用连接线条表示，则在连接线条较多时，不管是绘制还是查阅都很困难。

因此，在安装图中一般不画出连接线条，而是采用在设备端子旁加标注的办法，来说明该端子上连接导线的去向。

端子的标注广泛采用相对编号法，就是当甲、乙两端子用导线相连时，在甲端子上标以乙端子的号，而在乙端子上标以
甲端子的号，即每一个端子旁所标明的正是通过导线与之相连的对象，所以称为“相对编号法”。

例如：的8号端子与的2号端子相连，则在3LJ的8号端子上标示I1-2，而在5LJ的2号端子上标示
变压器的接线组别：
在三绕组变压器中，为了消除三次谐波磁通的影响，使变压器的电动势接近正弦波，一般总有一个绕组是连成三角形的，以提供三次谐波电流的通路。