电力系统及变压器

发电机全部功率称为视在功率，单位为kVA ，是发电机额定电压与额定电流的乘积。有 功功率与无功功率的比值成为功率因数。
系统负荷随时间不同而不断变化，一般
一天中傍晚有功负荷最大，称高峰负荷，深 夜负荷最小，称低谷负荷。
四、系统中性点接地运行方式
1、电力系统中性点是指线路首端电压所 连接的变压器三相绕组接成星形时绕组的末 端连接点。 电力系统中性点接地方式大体可分为三种： （1）中性点直接与接地装置连接，称为中性 点直接接地系统，入地电流大于500A，因此 也叫大接地电流系统，见图4-2。 （2）中性点不接地系统，见图b，即中性点 与大地是绝缘的系统。
在三相电压对称和负载对称的情况下，三相瞬 时功率之和可以证明是一个常数，其值等于有 功功率，即
p p A pB pC 3UI cos P
就是说在对称三相正弦电路中，并且负载也对 称的话，则每个瞬时的功率全一样，这是三相 电路中的优点之一。因为旋转电机的转矩与功 率有关，功率不变，则转矩不变，这样，旋转 电机就不会因转矩变动而引起振动。
定义：我们把频率相同，幅值相等，彼此相差 120°电角的三相电势叫做对称的三相电势。
注：在三相绕组中把哪一个绕组当作A相绕组是无 关紧要的，但把A相确定后，则产生比eA滞后120° 的电势eB的那个绕组就是B相，产生比eB滞后的电 势eC的那个绕组就是C相，不可混淆。发电厂的发 电机的相序确定了以后就不再改变。高压方面采用 黄、绿、红三种颜色分别表示A、B 、C 三相。
要实现大容量、 远距离输送电能， 还必须建设升压变 电所和架设高电压 输电线路。
大城市、大工业中心等用 电部门则由于原材料供应 、产品协作配套、运输、 销售等原因以及各种地理 、历史条件的限制，往往 与动力资源所在地相距较远
1、电力网的类型
电力系统中输送和分配电能的供电部分 成为电力网。它包括升压、降压变压器和各 种电压等级的输电线路。电力网按其供电范 围的大小和电压等级的高低，可分为地方电 力网、区域电力网及超高压远距离输电网络 等三种类型。地方电力网是指电压不超过 110kV、输电距离在几十公里以内的电力网， 主要是一般城市、工矿区、农村的配电网
并不是任何负载都可接成三角形，这要看负 载的额定电压是否与电源的线电压相符，相符者 可接，否则不可接。例如，当电源电压是380V时， 电机铭牌上标明“380/220V，Y/△”就不能接成三 角形，对于额定电压为220V的电灯负载也同样不 能接成三角形。只有电机铭牌标明为“380V，△” 才可以。如果电源电压为220V，则只有 “380/220V，Y/△”的电机才可以接成三角形。
▪ 平衡的三相负载，每相承受的电压是电源电 压的1/ 3 ，即Uφ=U/
▪ 由于各相电流对称，即线电流对称，所以三 个线电流的相量和（或复数和）等于零，即
I0 IA IB IC 0
四、电源作角形连接：线电压与相电压的 关系
结论：1、将电源的三相绕组的每一相末端与下一
相首端依次连接，即X接b，Y接c，Z接a，构成一 个闭合回路，再由三个连接点引出端线，这就是三 角形接法。
线电压在数值上等于相 电压的倍，在相位上线 电压分别超前其所对应 的相电压30°。
负载作星形连接：线电压与相电压的关系
1/ 3
▪ 流过端线的电流（叫线电流）也就是流过与 其相接的对应相的电流（叫相电流）。所以， 对于星形连接的负载，其线电流I和相电流 Iφ是相等的，即I= Iφ 。
▪ 由于各相的阻抗相等，并且电源电压又是对 称的，各相承受的电压彼此对称；流过的电 流也彼此对称。
络。区域电力网则把范围较广地区的发电厂 联系在一起，而且输电线路较长、用户类型 也较多。目前在我国，区域电力网主要是电 压为110-220kV级的电力网。超高压远距离 输电网络主要有电压为330-500kV及以上的 远距离输电线路组成。它担负着将远区发电 厂的功率送往用电负荷中心的任务，同时还 联系几个区域电力网以形成省（区）与省 （区）之间、国与国之间的互联电力网。
二、三相绕组的连接方法
▪ 三相电源的连接方法有两种，一个是星形（简记 为Y）接法，另一个是三角形（简记为Δ）接法。
Y形接法
Δ形接法
3
三、电源作星形连接：线电压和相电压的 关系
U AB U A U B 2U A cos30 3U A U BC U B UC 2U B cos30 3U B UCA UC U A 2UC cos30 3UC
Q QA QB QB U A I A sin A U B I B sin B U C IC sin C 在各相负载对称的情况下，总无功功率为
Q 3U I sin 3UI sin
对称三相电路中的视在功率为
S P2 Q2 ( 3UI cos)2 ( 3UI sin)2 3UI
（3Biblioteka Baidu中性点经消弧线圈接地系统，与中性点 不接地系统统称为中性点不直接接地系统， 入地电流小，也叫小接地电流系统，见图c。
电力系统采用哪种接地方式，这对电气 设备及线路绝缘水平，杆塔空气间隙有很大 的影响，如中性点直接接地系统的绝缘水平 比中性点不直接接地系统要低得多，绝缘子 片数可以减少，杆塔空气间隙也可减少，这 对运行与检修是有很大影响的。中性点接地 方式对邻近通信的影响也有很大影响，中性 点直接接地系统电磁影响比中性点不接地系 统要严重得多。
P PA PB PC
以三相负载为例，在已知各相电压，电流的有 效值及功率因数的情况下，三相的有功功率为
P U AI A cosA U BIB cosB UC IC cosC
如果电源电压和各相负载都是对称的，则每相 功率皆为
P U I cos
这时三相总的功率为一相有功功率的3倍，即
P 3P 3U I cos
▪ 三相负载作三角形连接，使 每相负载直接承受电源的线 电压，即U=Uφ。
▪ 在三角形连接的负载中，线 电流等于和它相连的两个相 电流的相量差。
▪ 三相对称负载作三角形连接 时，线电流有效值为相电流 的倍。而相位较它对应的相 电流滞后30°。
五、三相电源功率
1、一个电源发出的有功功率，或一个三相负 载接受的有功功率，都等于它们各相有功功率 之和，即
第四节 电力系统
重点内容：介绍电力系统的基本概念； 联合电力系统运行的优越性；系统的 额定电压；额定负荷；系统中性点接 地运行方式。
一、电力系统的基本概念
在电力工业 发展的初期， 发电厂都建设 在用户附近， 规模很小，而 且是孤立运行的。
发电厂必须建设在动力资源 所在的地方，而蕴藏动力资 源的地区与电能用户之间又 往往隔有一定距离。
2、联合电力系统的优越性
变电所、输电线路是电网的组成部分， 电网是电力系统的组成部分，两个或两个以 上电力系统用电网连接起来，并联运行即可 构成地区性电力系统。若干地区电力系统再 用电网连接起来就组成联合电力系统。例如 东北电力系统就是由辽宁省电力系统、吉林 省电力系统、黑龙江电力系统，通过500kV 东长哈大送电线及220kV跨省联网线路连接 起来的联合电力系统。
3、减少系统备用容量，提高设备利用率。 在联合电网中，各个用户的最大负荷出现时间 并不相同。这是由于大电力系统占有地域很大， 存在时差和季差的关系，因此最大负荷将小于 各个用户最大负荷的总和，所以可以减少备用 机组、备用线路，并可提高设备利用率增加供 电电量。
4、便于安装大容量输电线路降低造价。大 机组容量大，必须建设大容量线路。超高压线 路送电容量大，单位千瓦造价低，线路可靠， 相对线损小，可以大大提高经济效益。
▪ 国家规定的电网额定电 压为：500、220、110 、63、35、10kV。
三、系统负荷
连接在电力系统上的一切用电设备所消 耗的电能，称为电力系统的负荷。由电能转 换成机械能、热能等是用电设备中真实消耗 的功率，称之为有功负荷，单位为W。电动 机为带动机械，需在其转子中产生磁场，变 压器在线圈中产生磁场完成电磁能量的相互 转换所消耗的功率称为无功负荷，单位为Var。 为了满足有功负荷和无功负荷的需要，发电 机既要发有功功率，又要发无功功率，
联合电力系统在技术上具有很大的优越性 可以从五个方面加以说明：
1、提高了供电可靠性。大电力系统发电机 多，备用机组多，线路也多，容量比较大，因 此个别线路发生故障不会影响系统供电，这样 也就提高了供电的可靠性。
2、能充分保证电能质量。电能质量指标有 二项：其一是频率稳定，正负不超过0.2Hz；其 二是电压波动小。在大电力系统中，系统容量 大，个别负荷变动如高压电动机起停、某些线 路故障接地，都不会造成系统电压波动或频率 的变化，能充分保证电能质量。
E A EB (EC ) 2EC
3、三相绕组做三角形连接时 ，端线直接引出了 相电压，所以线电压与相电压是相等的，即 U=U φ。 4、电源的三相绕组做三角形连接时，如果一相 （或两相）反接，则闭合回路中的总电势就不 再等于零。从图2-4中可见，如果C相绕组接反， 这时回路中的总电势等于两倍的负EC，即
E A E B (EC ) 2EC
由于电源的三相绕组的内阻抗很小，所以在 回路中将产生很大的环流，将烧毁绕组。因此， 在接线时，一定要注意接线顺序，切不可接错。
负载作角形连接：线电流与相电流的关系
结论：三相负载作三角形连接，是把三相负荷首 尾相接，然后再把A、B、C三相电源火线与三个 接点相接即可，见图2-8（a）。负载对称与否并 不影响三相负载的工作。
第一部分 电工基础理论
第一单元 交流电路
第二节 三相正弦交流电路
▪ 一、三相交流电势的产生：
•定子铁芯圆周的槽内有三个独立的 绕组Ax、By和Cz，分别叫做A相绕组、 B相绕组和C相绕组。
•当转子沿顺时针方向旋转时，磁力 线就依次切割A、B、C三相绕组的导 线，在其中产生了感应电势。
•由于三相绕组的匝数和形状是一样 的，而且磁场对于它们是以同一速度 旋转着，所以，在三相绕组中产生的 电势频率和最大值彼此相同，但由于 三个绕组在空间位置彼此差，则三相 电势在相位上差120º（电角）。
中性点各种接地方式的应用范围。按照
我国的技术经济政策，各种额定电压的电力 系统其中性点接地方式一般是： 1）110kV及以上电压的电力系统采用直接接 地方式； 2）63kV电压的电力系统采用经消弧线圈接 地方式； 3）35kV电压的电力系统采用不接地方式；
2、中性点不接地系统
凡接地电流不超过10A的35kV电力系 统，采用不接地方式，见图4-3、图4-4。
5、充分利用动力资源。在联合电力系统中， 水电、火电并网运行，冬季多发火电，夏季丰 水多发水电，水主火从，从而降低成本，提高 运行的经济性。如吉林省东部水利资源丰富， 夏季可多发水电。西部煤炭充足，冬季可多发 火电，水电、火电在联合电力系统中取长补短， 共同发挥作用。
二、系统的额定电压
▪ 由于线路中有电压降或 称电压损耗存在，所以 线路末端电压比首端要 低。沿线各点电压也不 相等。
线路每相电容电流为均布的，用集中电
容代表，相间电容忽略不计，正常运行时各 相电压UA、UB、UC是对称的。对地所产生的电 容电流IA、IB、IC数值是相等的。相角分别超 前相电压90º，所以流经大地的总电流和为0。 当一相接地故障时，参看图4-5及图4-6。
通常都用线电压、线电流来表达功率。三相对 称负载如果是星接，则√3Uφ=U，Iφ=I；如果 是角接，则√ 3 Iφ=I ，Uφ=U。由此可知，不论 是星形连接，还是做三角形连接，其有功功率 均为
P 3U I cos 3 3U I cos 3UI cos 式中为φ每相的相电压和相电流间的相位差， COS φ是每相的功率因数 。 三相电路的无功功率等于每相无功功率之和
2、从图2-4（a）可看出：三个相等的直流 电源接成三角形，将在闭合回路中有着值为3E的 电势作用，造成电源短路，这当然是不允许的。但 与直流电势不同，对称的三相电势，大小相等，在 相位上彼此相差120º，因此它们在各个时刻的瞬时 值的和以及相量和皆等于零。由此可知，对于生产 对称电势的三相电源，其三相绕组是完全可以做三 角形连接的。