输电网及配电网与用户设备对电力系统的影响 以及环网及穿越功率

输电网及配电网与用户设备对电力系统的影响

以及环网及穿越功率

一、输电网与配电网的划分

输电网与配电网的划分主要看网络两端所连设备的性质。

1.输电网

输电网是指将众多电源点与供电点连接起来的主干网及不同电网之间互送电力的联网网架。输电网是电力的主要传输工具和电力的主要交换工具，凡大型电源节点和负荷节点都直接与输电网连接。因而输电网是关系电力系统安全、经济及优质运行的基础。

2.配电网

配电网是指电力系统中直接与用户相连的网络。配电网由配电变电站、高压配电线（（1kV及以上电压）、配电变压器、低压配电线（1kV以下电压）以及相应的控制保护设备组成。通常将配电变电站至用户接户线之间的网络称为配电网。配电网又可分为一次配电网、二次配电网、特殊配电网。

（1）一次配电网。从配电变电站到配电变压器间的电力网络称为一次配电网或高压配电网，电压为6~10kV（有的国家如日本已经出现20kV，我国河南、江苏等地区也在试行20kV）。

（2）二次配电网。由配电变压器二次引出线至低压用户入户线间的网络称为二次配电网或低压配电网。电压为380V、110V或220V。

（3）特殊配电网——电气化铁路交流牵引配电网。电气化铁路普遍采用单相电机车，其供电电网是由牵引变电站将从电力系统引来的三相电源变换为单相或两相交流系统，向上行及下行铁路供电。

传统的输电网和配电网常常按电压等级来划分，将某一电压等级以上的网络称为输电网，该电压等级以下的网络称为配电网。如国际上通常将150kV以上电网称为输电网，但是在发展中国家中132kV甚至60kV电网也可能被称为输电网。

二、输电网主要结构

输电网常见的结构包括大电源输向受端输电的电网、密集型电网、串联型系统、特大城市环网等。常见的输电网结构如表7-3所示。

三、配电网主要结构

传统的配电网多为放射形的树状网络，特别是在农电网中最为常见。城网为提高供电可靠性，常常采用网格形状。常见的配电网结构如表7-4所示。

四、用户设备对电力系统的影响

（一）用户设备主要类型

用户设备根据不同的分类方法可以分为很多种类型，通常按照用户设备的用电特性进行分类，可以将用户设备分为一般用电设备和特殊用电设备。

一般用电设备包括∶照明设备、家用电器、小型电动机、计算机设备等。

特殊用电设备包括∶电气化铁道牵引设备、轧钢设备、电子加速器等。 

（二）用户设备对系统的影响

1.用户设备产生的谐波对系统的影响

（1）电力系统中的主要谐波源。电力系统的主要谐波源包括多相脉冲和单相脉冲换流装置、电弧炉、感应炉、变压器及饱和电抗器等非线性铁磁元件、利用晶闸管控制的电动机节能器和充电器、彩电等家用电器。

（2）谐波的危害。谐波对电力系统和用户会产生多方面的不利影响，有时还会造成设备损坏和系统事故，谐波的危害主要体现在下列几个方面∶

①对电力电缆的危害。由于电缆的分布电容对谐波有放大作用，在低谷负荷电网电压上升时谐波电压也随之升高，引起电缆绝缘局部放电以及温升增大，从而损坏电缆。

②对电气设备的危害。在谐波作用下，变压器和旋转设备（如电动机）的铁芯损耗增加;影响旋转设备机械加工的产品质量;使电容器发热、发响，出现电击穿和外壳膨胀，缩短使用寿命。

③对继电保护和自动装置的危害。在谐波和负序共同作用下，电力系统中以负序滤波器为启动元件的许多继电保护及自动装置会发生误动作。

④对通信的干扰。谐波通过电磁和静电感应干扰通信，通常200~5000Hz的谐波会引起通信噪声，而千赫以上的谐波会导致电话回路信号的误动。

⑤对电能计量的影响。常用的感应式电能表由于对高次谐波有负的频率误差，当电路中谐波含量过大时将不能正确计量电能。

⑥对电网损耗的影响。谐波在电力系统和用户电气设备上会造成附加损耗，谐波功率基本上都是损耗，从而增大了电网损耗。

2.冲击型用电设备对系统的影响

当电力系统受到冲击型用电设备扰动时，将由原来的平衡状态过渡到新的平衡状态，这一动态过程可分为三个阶段，由于系统中各台机组在三个阶段供出的功率各不相同，从初始状态依次向三个阶段过渡时，各机组输出功率、转速等发生变化，将在电力系统中造成频率和功率振荡，并且由于冲击设备引起的无功变化，使电网电压频繁波动。

3.电气化铁道牵引设备对系统的影响

铁路运输采用电力牵引具有较高的经济效益和社会效益，是铁路运输现代化的主要方向。我国电气化铁道采用单相工频制，单相工频制与其他的牵引供电系统相比具有投资少、节约有色金属、运行维护方便等优点。

五、环网及穿越功率

（一）基本概念

1.环网

自一个供电点或母线开始，接入许多负荷点后返回至同一供电点或母线的线路，或返回至不同电源点或母线的线路，这两种线路构成的网络统称为环式网络或简称环网。

2.电磁环网

电磁环网是指不同电压等级运行的线路，通过变压器电磁回路的连接而构成的环路。

3.穿越功率

穿越功率一般是指经过变电站母线向下一个变电站输送的功率，是指某一功率由一条线路流入并穿越横跨桥又经过另一线路流出的功率。 

（二）10kV环网的穿越功率

1.10kV环网的主要结构

10kV环网包括架空线和电缆两种，架空线环网主要用于城市郊区或农村，将两条放射形线路用分段器连接在一起，并在中间适当增加分段，架空线环网的分段器可采用杆上负荷开关，若配置自动化装置时，须选用真空断路器或SF，柱上断路器。

电缆环网接线方式与架空线环网相同，唯一的区别是用专用的环网开关代替架空线环网的分段器，环网开关一般为真空负荷开关或SF，负荷开关。

10kV环网按照环路的线路数还可分为单环网（如图7-1所示）、双环网（如图7-2所示）。

10kV环网一般采用开环方式运行，即正常工作时分段器或环网开关处于断开位置，安排两端电源各送约一半负荷（如图7-3所示），当检修或处理故障需要临时单端供电时，通过倒闸操作将待检修设备或故障段切除后再将分段器或环网开关合上。

2.电磁环网的弊端及开环运行的优点

10kV环网合环运行时，在某些情况下，变压器及10kV母线之间会流过穿越功率，如图7-4所示。

由于环网合环运行形成的电磁环网以及出现的穿越功率会对系统的安全稳定运行带来不利影响，容易造成变压器及线路过热，引起系统热稳定破坏、系统短路容量增加、电网损耗增大、潮流分布不易控制、不利于经济运行、继电保护复杂化、调度运行管理困难。