电力系统基础.docx
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电力系统基础
电力系统基础
1电力系统概述
1.1动力系统与电力系统
发电厂、变电所、电能用户之间用电力线路连接起来，发电厂与热能用户之间用热力管道联系起来，构成电能和热能的统一生产、输送、分配和使用的总体称为动力系统。
作为动力系统的一部分，包括发电厂的发电机、升压及降压变电站、电力线路及用电设备则称为电力系统，而电力系统的一部分，包括变电站及不同电压等级的电力线路称为电力网。
1.2电力系统的负荷
设备在某个时刻从系统中取用的功率，称为负荷。
负荷曲线是指在某一段时间内用电负荷随时间变化的曲线图。
用电设备的负荷包括用功负荷及无功负荷，因而负荷曲线也分为有功负荷曲线及无功负荷曲线。
每类负荷曲线按时间段划分的不同还可分为日负荷曲线、年负荷曲线。
按描述的负荷范围的不同还可分为用户的负荷曲线、地区负荷曲线以及电力系统的负荷曲线。
实际的负荷曲线是一条不间断的连续曲线，但实际只能得到离散的实际值，一般用折线法或阶梯法描绘。
纵坐标表示功率，横坐标表示时间，日有功负荷曲线应用最广，常简称为负荷曲线，日负荷曲线随时间延伸至8760小时，就构成年有功负荷曲线。
日平均负荷：
Pav=W/24
负荷率：
即是日平均负荷率/最大负荷
Kp=Pav/Pmax
负荷率小表示负荷曲线起伏大，发电机的利用率较差。
把每天的最大负荷抽取出来按年绘成曲线，称为年最大负荷曲线，主要用来指导制定发电设备检修计划和制订新建、扩建电厂的计划等。
1.3电力系统运行的特点及要求
1.3.1特点：
1.3.1.1电能不能存储。
1.3.1.2暂态过程非常迅速
1.3.1.3和国民经济各部门间的关系密切
1.3.2要求：
1.3.2.1保证供电可靠性
三类负荷。
1.3.2.2保证电能质量
电压偏移不超过额定电压的5%。
频率偏移不超过+0.2~0.5Hz。
1.3.2.3提高电力系统运行的经济性
提高发电效率。
降低电能在输送、分配过程的损耗。
合理分配负荷。
合理调配水、火电厂负荷。
1.4电力系统的电压等级
我国国家标准规定的部分标准电压（额定电压）如下表：
控制屏的颜色
用电设备额定线电压
深灰
220V
黄褐
380V
深绿
3KV
深蓝
6KV
绛红
10KV
鲜黄
35KV
朱红
110KV
紫
220KV
白
330KV
淡黄
500KV
习惯上把1KV以上的电气设备称为高压设备反之为低压设备。
500、330、220KV多半用于大电力系统的主干线；110KV既用于中小电力系统的主干线，也用于大电力系统的二次网络；35、10KV既用于大城市或大工业企业内部网络，也广泛用于农村网络。
大功率电动机用3、6、10KV，小功率电动机用220、380V；照明用220、380V
2电力系统的接线及设备
1电力网的接线方式
2.1.1
负荷点
负荷点
负荷点
开式电力网
电源点
结构简单，投资少，供电可靠性低。
2.1.2闭式电力网
负荷点
电源点
电源点
负荷点
有两个及以上电源向用户供电，结构较复杂，供电可靠性高。
配电系统与输电系统比较，电压低，线路较短，线路数量多，每条线路输送的功率较小。
2.1.3电力线路结构
2.1.3.1导线
架空线路
电缆线路
2.1.3.2避雷线
2.1.3.3杆塔
2.1.3.4绝缘子
2.1.3.5金具
2.2高压电器设备：
2.2.1定义和分类：
通常把生产、输送、变换电压、分配电能的设备称为一次设备。
分类：
✧生产和变换电能的设备：
发电机、变压器、电动机。
✧接通和断开电路的开关设备：
断路器、隔离开关、熔断器等。
✧限制短路电流或防御过电压的设备：
电抗器、避雷器。
✧接地装置：
✧载流导体：
母线、电缆、架空线路。
✧补偿装置：
调相机、静止补偿器、电容器、并联电抗器。
✧仪用互感器：
电流互感器、电压互感器。
2.2.2电力变压器：
2.2.2.1定义：
借助于电磁感应作用，将一种交流电压和电流变成相同频率的另一种或几种不同电压或电流，并用于电力系统输电、配电和用电的电气设备。
2.2.2.2分类：
✧相数：
单相、三相变压器。
✧绕组数：
双绕组、三绕组、多绕组、自藕变压器。
✧用途：
升压、降压变压器。
✧调压方式：
有载调压、无励磁调压、无分接变压器。
✧绝缘介质：
油浸、干式变压器。
2.2.2.3图形及文字符号表示：
文字符号：
TM（新）B（旧）
2.2.3断路器：
2.2.3.1用途：
在正常或故障状态下，接通或断开高压电路的专用电器。
断路器的触头装有特殊的灭弧装置，能迅速的断开短路电流，切断故障电路。
2.2.3.2分类：
根据灭弧介质：
✧油断路器：
结构简单，价格便宜。
检修时间短（6次），易燃。
少油断路器在10~220KV得到广泛应用。
✧压缩空气断路器：
通流及开断能力大，动作时间短；但结构复杂，需配置空气压缩系统，噪声大。
多用于110KV及以上系统中。
✧真空断路器：
体积小，开断能力强，开断时间短，可频繁操作，不需经常检修（可开断额定短路电流30~50次），无污染。
用于10~35KV系统中，正逐步替代少油断路器。
✧SF6断路器：
通流及开断能力大，可频繁操作，不需经常检修（10~20年）；但价格较贵。
可用于10~500KV系统中。
2.2.3.3图形及文字符号表示：
文字符号：
QF（新）DL（旧）
2.2.4隔离开关：
2.2.4.1用途：
主要起隔离电压和切换电路的作用，分闸后形成明显断开点。
无灭弧装置，注意避免带负荷拉刀闸。
可手动操作，也可电动操作（110KV及以上）。
2.2.4.2图形及文字符号表示：
文字符号：
QS（新）G（旧）
2.2.5电力电容器：
2.2.5.1用途：
并联连接于交流电力系统中，用于补偿感性无功功率，改善功率因数，改善电压质量，降低线路损耗，提高系统或变压器的有功输出。
2.2.5.2图形及文字符号表示：
文字符号：
C
2.2.6限流电抗器：
2.2.6.1用途：
限制短路电流在允许范围内，保证母线残压不致过低（60%）。
2.2.6.2图形及文字符号表示：
文字符号：
L
2.2.7熔断器：
2.2.7.1用途：
用于高压小容量电路中，作为过载和短路故障的保护设备。
2.2.7.2图形及文字符号表示：
文字符号：
FU（新）RD（旧）
2.2.8避雷器：
2.2.8.1用途：
限制系统可能出现的雷电和操作过电压。
2.2.8.2图形及文字符号表示：
文字符号：
F
2.2.9电流互感器：
2.2.9.1作用：
将一次回路的大电流变为二次回路标准的小电流，使测量仪表和保护装置标准化、小型化；使二次设备与高电压部分隔离，保证人身和设备的安全。
注意不可断路。
2.2.9.2图形及文字符号表示：
文字符号：
TA（新）LH（旧）
2.2.10电压互感器：
2.2.10.1作用：
将一次回路的大电压变为二次回路标准的小电压，使测量仪表和保护装置标准化、小型化；使二次设备与高电压部分隔离，保证人身和设备的安全。
注意不可短路
2.2.10.2图形及文字符号表示：
文字符号：
TV（新）YH（旧）
2.3变电站分类：
电力网络示意图：
根据变电站在系统中的地位和作用可分为以下几类：
✧枢纽变电站：
在系统处于枢纽地位，一般为500或330KV。
全所停电，引起系统解列或瘫痪。
✧中间变电站：
一般设在高压和超高压主要环线线路或系统主要干线的接口处，起中间环节作用，电压为220~330KV。
全所停电，引起区域网解列。
✧地区变电站：
主要给所属地区供电，电压一般为110~220KV。
全所停电，引起所属地区停电。
✧企业变电站：
工矿企业专用变电站，电压一般为110KV，中大型企业多为220KV。
全所停电，引起该企业停电。
✧终端变电站：
在输电线路的终端，直接向用户供电，电压多为110KV。
全所停电，引起用户停电。
✧开关站：
无变压器，只起汇集、分配电能的作用，电压多为10KV。
2.4发电厂和变电站的电气主接线：
2.4.1定义：
根据电能输送、分配的要求，表示一次设备相互之间的连接关系，以及本变电站与电力系统的电气连接关系的电路称为一次电路，也称为电气主接线。
二次设备连成的电路称为二次电路，也称为二次接线。
电气主接线一般绘制成单线图，即仅绘出三相交流电路中一相的连接情况。
2.4.2分类：
2.4.2.1单母线接线：
用于出线较少，容量小，对供电可靠性要求不高的变电站。
2.4.2.2单母线分段接线
用于出线较少，电压较低，装设有两台变压器，重要负荷由两回线供电的变电站。
2.4.2.3带旁路的单母线接线
用于进出线较多的35~10KV变电站。
35KV8110KV6220KV4时架设旁路母线。
2.4.2.4双母线接线：
用于引出线和电源较多，负荷大，要求可靠性和灵活性高的变电站或发电厂。
6~10KV短路容量大，有出线电抗器的装置；35~63KV出线超过8回或电源较多负荷较大的装置；110~220KV出线超过5回，或在系统中处于重要位置出线不少于4回的装置。
2.4.2.5双母线分段接线：
多用于与220KV电力网连接的大型发电厂以及选用气体绝缘金属封闭电器330~500KV枢纽变电站。
提高供电可靠性。
2.4.2.6双母线带旁路接线
解决断路器检修时的停电问题。
2.4.2.7一个半断路器接线：
一回路双断路器接线，倒闸操作只需操作断路器，可靠性极高的接线方式，但造价昂贵，为节省断路器，采用双回路三个断路器的接线。
广泛用于220~500KV超高压、大容量的系统中。
2.4.2.8桥形接线：
用于仅有两台变压器和两条进出线的装置。
内桥接线用于线路较长，变压器不需要经常切换运行方式的装置。
外桥接线用于线路较短，变压器需要经常切换运行方式，系统中有穿越功率的装置。
2.4.2.9典型变电站接线图
2.5电力系统中性点接地方式
2.5.1中性点不接地系统
发生单相永久性接地故障时，中性点电位升为相电压，非故障相对地电压上升1.75倍相电压，相间电压不变，系统仍可继续运行，消除故障后自动恢复正常运行。
2.5.2中性点经消弧线圈接地系统
减小接地电流过大引起的问题，
2.5.3中性点直接接地系统
头两种称为小电流接地系统，后一种称为大电流接地系统。
3电力系统的基本计算
2基本概念
单相负荷：
S=UΦI=UΦIcosΦ+UΦIsinΦ
有功负荷：
P=UΦIcosΦ（单位kW或MW）
无功负荷：
Q=UΦIsinΦ（单位kVar或Mvar）
视在功率：
S=（P2+Q2）1/2（单位kVA或MVA）
功率因数：
cosΦ（大于0时，送出功率，小于0时，吸收功率）
3.1电压损耗
一条线路或一台变压器中有负荷流过时，其首端和末端的电压是不同的，电压损耗过大直接影响供电电压质量，一条线路的电压损耗百分值在线路通过最大负荷时一般不应超过10%。
3.2功率损耗
线路中的功率损耗
变压器中的功率损耗
3.3相量图
3.4
电能量的四象限标识
一象限
正向有功
正向无功（滞后功率因数）
容性无功
二象限
正向有功
正向无功（超前功率因数）
感性无功
三象限
反向有功
反向无功（滞后功率因数）
容性无功
四象限
反向有功
反向无功（超前功率因数）
感性无功
4电力系统的二次接线（测量部分）
3功率表的接线
4.1.1
正向有功的接线
4.1.2
反向有功的接线
4.2交流电度表的接线
4.2.1三相四线制
三相有功接线
三相无功接线
4.2.2
三相三线制
三相有功接线
三相无功接线
5电力系统通信基本概念
4电力通信线路
电力信道简单的可以分为有线信道和无线信道两大类，基本可以概括划分如下：
实线通信明线载波通信
有线通信载波通信电缆载波通信
光纤通信电力线载波通信
通信微波中继通信
卫星通信
无线通信散射通信
短波通信
5.1.1有线通信
5.1.1.1载波通信
电力线载波通信是电力系统采用最早的一种通信方式。
同时它也是电力系统特有的一种传统的通信方式，高压输电线路架设到哪里，电力线载波电话就可以通到哪里。
它是根据频率搬移、频率分割原理，将原始信号对载波进行一次或多次调制，搬移到不同的线路传输频带（目前架空明线使用传输频带的最高频率可达300KHz，对称电缆可达600KHz），然后送到线路上传输，从而实现多路通信的一种通信方式。
传送音频信号带宽集中在（0.3~3.4K）之间
其中0.3~2.5K传送语音2.7~3.4K（上音频）传送数据
示意图：
5.1.1.2光纤通信
优点：
容量大、中继距离长、抗电磁干扰、传输性能稳定、不受无线电频率的限制。
发展前景十分广泛。
5.1.2无线通信
5.1.2.1微波中继
电力系统应用微波通信方式为电网调度服务，是从60年代开始的。
网、省局内部电力通信网的干线，以前一般采用模拟微波电路，现在建立的均采用数字微波电路。
各地市供电网内的通信线路以至县级供电网内通信线路，有的采用一对多的一点多址数字微波通信设备。
就是由一个中心站和若干个外围站所构成。
5.1.2.2短波通信
短波通信具有体积小、重量轻、操作简单、组网灵活、价格便宜等优点，是满足事故抢修和检修的良好的通信方式。
在大城市组成移动通信网，并与有线网连在一起，可做到在任何时间、任何地点与中心台控制范围内任何人实现通话。
这种通信方式，又称漫游通信或集群通信方式，它虽然通话方便，然而进行数据传输和用以实现数据通信网时，由于在这个频段受工业杂音干扰较大，因而通信质量满足不了要求。
5.1.2.3扩频通信
扩频技术，是将被传输信息的带宽经扩展变化后的传输技术，它属于宽带通信，发射时将信息展宽在比信息本身带宽宽的多的频谱上，频带展宽通过编码及调制方法实现，接收时则用相同的扩频伪随机码进行相关解扩。
采用扩频技术，可实现频率复用，具有抗干扰能力、抗噪声能力强，抗多径衰落能力强，误码率极低等特点。
传输隐蔽性和保密性好，而且不易干扰同频的其它系统。
近年在电力系统有所应用。
5.1.2.4卫星通信
卫星通信具有通信距离远、覆盖面积大、频带宽等特点。
但造价较高，主要在传输距离远、自然环境恶劣的地方有使用。
5.1.2.5散射通信
散射通信适合于地域广大的山区。
这种通信方式发射功率大，无线电波通过对流层散射回到地面，由高灵敏度接收机接收达到通信的目的。
它的通信距离长，可以达到200~300Km，可以跨越微波通信难以设立中继站的地段，这是它最大的优点。
5.2其他
远程测量（遥测）：
应用通信技术，传输被测变量的测量值。
远程信号（遥信）：
应用通信技术，完成对设备状态信息的监视，如告警状态或开关位置、阀门位置等。
远程命令（遥控）：
应用通信技术，完成改变运行设备状态的命令。
远程调节（遥调）：
应用通信技术，完成对具有两个以上状态的运行设备的控制。
运动：
应用通信技术，完成遥测、遥信、遥控和遥调等功能的总称。
远动系统：
对广阔地区的生产过程进行监视和控制的系统，它包括对生产过程信息的采集、处理、传输和显示等全部功能与设备。
通道（信道）：
在数据传输中，传输信号的单一通路或其一段频带。
调度中心（控制中心）：
监视控制发电、输电或配电网运行的所在地。
主站（控制站）：
对子站实现远程监控的站。
子站（被控站）：
受主站监视和控制的站。
规约：
在远动系统中，为了正确地传输信息，制定的关于信息传输顺序、信息格式和信息内容等的约定。
事故追忆：
对事件发生前后的运行情况进行记录。
远动终端（RTU）：
由主站监控的子站，按规约进行远动数据的采集、处理、发送、接受以及输出执行等功能的设备。
单向传输：
只可在一个预定方向上传输数据。
半双工传输：
可在两个方向上传输数据，但不能同时传输，只可交替地传输。
双工传输：
数据传输可同时双向进行。
异步传输：
以字符为单位，通过在字符前后加上起止位来达到收发双方保持同步的一种传输方式。
同步传输：
是以固定的时钟节拍来发送数据信号，通过通知每一比特的出发和到达的时间来保持比特、帧或规约数据块的同步的一种传输方式。
调制：
将数据信号转换为适合于模拟电路传输的信号（载波信号）的过程。
解调：
从调制的载波信号中将原调制信号复原的过程。
移频键控（FSK）：
用数据信号控制载波信号频率变化的一种调制方式。
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