电力系统的基本概念

1llOkV220kV220kVllOkVllOkVO二1-oo锅炉图例发电机6双绕纠9变压卅调相机三绕组电动机81耦变压器0电灯门水轮机7汽伦机L38CI/220V型艸220 I !rm热力网-o1-D-l m电力系统概述一、电力系统的组成电力系统是电力工业的基本形态。它是发、送、变、配、用电各个环节电气设备连成的整 体。如果把发电厂的动力部分如火电厂的汽轮机、锅炉、供热管道和热用户，水电厂的水轮机 和水库，核电厂的反应堆和气轮机等也包括进來，就称为动力系统。电力系统中输送和分配电 能部分叫做电力网，它包括升、降压变压器和各种电压的输电线路。由此可见，电力系统时动 力系统的一部分，电力网乂是电力系统的一部分。现代交流电力系统都是三相的，介通常为了 简单、清晰地表示电力系统，都是将其接线图画成单线图。动力系统、电力系统和电力网示意 图如图1-1所示。別力系统电力系统电力网络图1动力系统、电力系统及电力网络示意图二、电力系统的特点和运行的基本要求电力系统与别的工业系统相比较，具有如下的特点：（1）电能与国民经济各部门及人民的日常生活关系密切。由于自然界的一次能源都可 转换成电能，且电能转换成其他形式能量十分方便；电能宜于大量生产、远距离输送和自动控 制，所以得到广泛的应用。（2）电能不能大量的储存。电能的生产、输送、分配和消费是同时进行的。各种环节 紧密相连，任何一个环节出问题，整个系统都要受到影响。（3）电力系统暂态过程非常短暂。正常操作和故障时，从一种运行状态变到另一种运 行状态的过渡极为迅速。根据这些特点，对电力系统运行的基本要求有以下三个方面。（1）保证安全可靠地供电。电力系统供电中断将使生产停顿、生活混乱，其至危及人身 和设备安全，给国民经济带來严重的损失。如电解铝厂停电超过15min,电解槽就要损坏；高 炉停电30min,铁水就要凝固；煤矿停电时间长，空气中的瓦斯含量过高，会引起人员窒息, 甚至发生爆炸事故等。电力系统供电中断大多由事故引起。为了防止各减少事故，提高供电的可靠性，必须完 善电力系统结构，釆用高度可靠的发供电设备，做好设备维修工作；必须提高运行人员技术水 平，制定合理的运行方式，严密监视设备的运行，防止误操作，迅速正确地处理事故；必须有 足够的有功电源和无功电源；必须釆用先进的自动装置、快速继电保护装置和以电子计算机为 中心的自动安全监视和控制系统等。电力系统事故是不可能完全避免的，所有负荷也并非绝对不能停电。根据对供电可靠性的 要求，一般将负荷分为以下三级。第一极负荷。对这一级负荷中断供电造成人身事故、设备损坏、大量废品，导致生产秩序 长期不能恢复，市政生活混乱。第二级负荷。对这一级负荷中断供电将造成大量减产，影响人民生活。第三级负荷。不属于第一、第二级，停电影响不大的其他负荷。在电力系统运行中功率如有缺额，应先中断对第三级负荷的供电，力争对第二级负荷供电, 确保第一级负荷供电。在电力网络设计时，一般第一级负荷应由两个或两个以上独立电源供电; 第二级负荷是否需要备用电源应根据其对国民经济的重要程度，通过技术经济比较确定；第三 级负荷可由单回线供电。（2）保证良好的电能质量。电能质量的指标是频率、电压和交流电的波形。1）频率。我国额定频率是50H乙规定3000MW以下的系统，频率偏差不大于土0. 5Hz；3000MW 及以上的系统，频率偏差不大于0.2H乙频率偏差大，将影响用户的产品质量，影响电子设备工作的准确性;将影响发电厂的出力， 增大变压器和异步电机励磁无功损耗，其至造成汽轮机叶片损伤或断落事故。保证频率质量的关键，在于电力系统有足够的有功备用，能够在各种运行情况下，在允许 频率范围内实现有功功率平衡。2）电压。各类用户对其额定电压的偏移，一般要求变动幅度不超过10%。电压降低，电 灯亮度迅速减少电动机力矩下降、电流增大，其至烧坏电动机；同时电力系统网损增加，发电 厂出力和送变电传输能力降低。电压太高，电灯寿命缩短，危及电气设备的绝缘，在某种情况 下，由于变压器铁心饱和可能引发高频谐振。保证电压质量的关键，在于电力系统有足够的无功功率和必要的电压调整手段。3）波形。供电电压非正弦波形畸变主要是冶金、化工、矿山、电气化铁路等换流设备及 电弧炉、高频炉、电力变压器、家用电器和其他非线性用电设备造成的。波形畸变能引起对通 信设备的干扰；同时增加了附加损耗，降低了电气设备的的效率和利用率，大大增加了电网谐 振引发事故的危险性。电力系统谐波管理暂行规定给出了各级供电电压波形畸变的极限值： 0.38KV不大于5%, 6、10KV不大于3%, 110KV不大于2%。达到波形要求的关键，是加强谐 波监控和谐波管理，采取增加换流器相数、加装滤波装置等技术措施，以限制谐波源注入电网 的谐波电流，使其不超过规定的允许值。（3）保证电力系统运行的经济性。具体指标有煤耗、网损率和厂用电率。1）煤耗一一发电厂生产lKWh电能所消耗的标煤量，单位为g/（KWh）.2）网损率一一电力网中损耗的电量占向电力网供电的百分比。3）厂用电率一一发电厂自用电量占发电量的百分比。电力用户：在各行各业中所应用的各类用电设备统称为电力用户。发电厂：发电厂是生产电能的工矿企业，其作用就是把非电形式的能转换为 电能。变电所：是变换电压和交换电能的场所，由电力变压器和配电装置组成。电力网：是将发电厂生产的电能输送、交换和分配电能，由变电所和各种不同电压等级的电力线路所组成。是联系发电厂和用户的中间环节。电力系统：由发电厂、电力网及电力用户组成的整体，称为电力系统。架空电力线路一、架空电力线路的分类1按线路和电压分类架空配电线路按电压等级可分为60、35、10、6KV和380V；架空线送电线路按电压等级 可分为110、220、500KV三种线路。2. 按杆塔的回路数目分类（1）单回路线路。杆塔上只有三相导线及架空地线的送电回路，称为单回路线路。（2）双回路线路。杆塔上有两回路三相导线及架空地线的送电线路，称为双回路线路。 另外，还有双回路分杆（塔）并行的送电线路。（3）多回路线路杆塔上有三回路及以上的三相导线和架空地线的送电线路，称为多回路 线路。3. 按杆塔材料分类（1）混凝土杆线路。整条送电线路是以钢筋混凝土电杆作支持物，一般有分段焊接式各 分段焊接与整根拔梢式的钢筋混凝土电杆两种。自1952年以后，混凝土电杆已被广泛地使用， 它可以节约大量的木材各钢材，但拉线杆占地多，且施工运输不便。（2）木杆送电线路。整条送电线路是以木杆作为支持物。由于木材需量大，使用年限短， 维护工作量大，所以新建送电线路均不采用。（3）铁塔线路。整条送电线路是以角钢或钢管组合的铁塔作支持物。这类线路耗用的钢 材比较多，用地面积少，整齐美观，使用年限较长。（4）轻型钢杆送电线路。是采用较小的型钢分段组合成带接线的轻型钢结构作支持物。 由于其质量较混凝土杆小，便于运输，故多用于高山大岭和运输困难的地方。随着电力线路输 送容量大、导线截面大或采用分裂导线等，轻型钢杆也很少使用。（5）锥形钢管单杆送电线路。是指送电线路以分段连接的锥形单杆作为支持物。它占地 少，美观，便于在市区架设。（6）混合式杆塔送电线路。是指电力线路的支持物包括有铁塔、混凝土杆混合式线路。二、架空线路的各种档距1. 档距两座相邻杆塔导线悬点间（或杆塔轴线间）的水平距离，称为这两座杆塔的档距，用符号c5图2-2杆塔A的水平档距2. 水平档距两相邻档距的平均值，称为水平档距。在计算杆塔水平荷重时，需用水平档距进行计算。 如图2-2所示，杆塔A的水平档距为/ p =(m)(2-1)3. 垂直档距两相邻档距中导线弛度最低点间的水平距离，称为垂直档距。在计算杆塔垂直荷重时，需 用垂直档距进行计算。如图202所示，杆塔A的垂直档距为(2-2)I u=nii+m2(m)4. 耐张段距(长度)线路正常运行时承受水平拉力的两相邻承力杆塔中心间的水平距离，称为耐张段距。一个 耐张段距可能由一个档距或多个档距组成。用于累计线路长度和计算代表档距，如图2-3所示, 杆塔A至B间的耐张段距EI为工 Z = / i+ / 2+ I n-i+ I n(2-3)5. 代表档距代表档距乂称规律档距。在一个具有若干悬挂悬垂绝缘子串的直线杆塔的连续档的耐张段 中，各档导线水平应力s是按同一值架设的。当气象条件变化时，由于各档的档距线长及高 差不一定相同，各档的应力变化就不完全相同，从而使直线杆塔上出现不平衡张力差，使悬垂 绝缘子串产生偏斜结果乂使各档应力趋于基本相同的某一数值上。人们将这个压力称为耐张段 内的代表应力变化的一种悬挂点等高的孤立档距，称为该耐张段的代表档距一个耐张段 中的各直线档高差比较大时，其计算公式为I db其中(2-4).h(P arctg -式中/旅一-耐张段架空线路的代表档距，m；I 耐张线内各档的档距，m：（P 一-耐张段各档架空线悬挂点高差角；力 两相邻杆塔悬挂点之高差，m.如在平原小丘陵地，若连续档各档的悬挂点高角差都很小时，可不考虑高差影响，这时代 表档距为(2-5 )6. 临界档距导线的最大应力可能产生在最大荷重处，也可能产生在最低温度时。当档距很小时，则温 度的影响很大，其最大应力将出现在最低温度时。如档距很大，则荷重的影响很大，其最大应 力将出现在最大荷重处。若档距等于某一适当值时，则最大荷重的应力与最低温度时的应力要 恰好相等，这个档距就称为临界档距。7. 标准档距经过技术经济比较后，得出的最经济的档距。称为标准档距。在设计中均以标准档距來考 虑排定杆位。8. 最大允许档距最大档距的极限值，不仅取决于杆塔的设计条件，还受线间距离的控制，即在一定的线间 距离条件下，档距达到某一数值，在导线摆动时，导线的最低点可能发生闪络，故由线间距离 控制的最大档距称为最大允许档距。三、架空送电线路的弧垂（弛度）及限距（安全距离）1.架空送电线路的弧垂（弛度）等线的悬挂点等高如图2-4 （a）时，连接两个悬挂点的水平线与导线最低点垂直距离， 称为架空送电线路的弧垂f。线的悬挂点水等高如图2-4 （b）时，其弧垂可以分为两个，即导线的两个不同高度的悬 挂点至导线最低点的两个垂直距离fl、f2o图2-4 （b）中ftp为架空线两悬挂点连线（档距）2架空送电线路的限距（安全距离）导线各点对地及其它设施（包括地面、最高水面、电力线、通信线、树木等）之安全垂直 距离、水平距离及导线对杆塔本体的最小距离，称为限距，其规定值应不小于表2-1和表2-2 所列数值。表2-1带电体杆塔构件的最小间隙（m）线路电压（V）3560110154220330500外过电压0. 450. 651. 001. 401. 902.603.3 (3. 7)内过电压0. 250.500. 701. 101. 452.202.5 (3. 1)运行电压0. 100.200. 250. 550. 551.001.15(1. 3 )带电作业电压0. 600. 701. 001. 401. 802.403. 80注1 杆塔构件包括拉线、脚钉等部分。2.外过电压即大气过电压：内过电压即操作过电压，表中括号内数字为V型绝缘子串数值。3.110KV小接地系统电力网，内过电压的间隙不应小于0. 8恥 运行电压的间隙不应小于0. In.表2-2导线对地最小允许距离路电压（KV）线路经过地 J最小距离（m）3560110154220330500居民区7. 07. 07. 07.57.58. 511非居民区、一般农业区6.06. 06.06.56.57.511交通困难或步行可到达的地区5. 05. 05. 05. 55.56. 59步行不能到达的山坡、岩石、峭壁3.03. 03.04. 04.05. 06. 5对建筑物垂直距离4.05. 05. 06. 06.07. 08. 5水平或净空距离3.04. 04.05.05.06. 07. 5对树木垂直距离4.04. 04.04.54.55. 5净空距离（绿化区）3.53. 53.54. 04.05. 06. 5对果树、经济作物、城市路树的垂直距离3. 03. 03. 03. 53.54. 56注1 居民区一码头、火车站、城镇、区乡等人口密集地区。2. 非居民区一居民区以外的地区，均属于非居民区。虽然经常有人、有车辆或农业机械到达，但未建房屋或房屋稀 少的地区，亦屈非居民区。3. 交通困难地区一车辆、农业机械不能到达的地区。4. 上列数值泉指导线己完成初伸长的数值。