电力系统的组成及特点

电力系统的组成及特点

一、电力系统概要及大型电力系统优点

1.电力系统

电力系统是由发电厂、送电线路、变电站、配电网和电力负荷组成的系统，是将生产、输送、消费电力的环节经电力网有机联结成的整体。

发电厂将燃料的热能、水的位能或动能、核能等转换为电能。电力系统至少含有两个以上的发电厂。发电机输出的电压一般需要升压后送往送电线路。

送电线路指电压35kV及35kV以上的电力线路。送电线路是电力系统的主要网络。其作用是将电输送到各个地区的区域变电站和大型企业的用户变电站。送电线路分架空线路和电缆线路。

变电站构成电力系统的中间环节，用以汇集电源、升降电压和分配电力。可分为区域变电站（中心变电站）和用户变电站。

配电网由电压10kV及10kV以下的配电线路和相应电压等级的配电站组成。其作用是将电能分配到各个用户。配电线路也有架空线路与电缆线路之分。

电力负荷包括国民经济各部门用电及人民生活用电的各种负荷。

2.电力网

在电力系统中，连接各种电压等级的输电线路、各种类型的变（配）电所及用户的电缆和架空线路构成的输（配）电力的网络称为电力网。

电力网按其在电力系统中的作用不同，分为输电网（供电网）和配电网。输电网又叫供电网，是由输送大型发电厂巨大电力的输电线路和与其线路连接的变电站组成，是电力系统中的主要网络，简称主网，也是电力系统中的最高级电网，又称网架。电压在35kV以上。配电网由配电线路、配电所及用户组成，它的作用是把电力分配给配电所或用户。其电压在10kV及以下。配电网按其额定电压又分为一次配网和二次配网。

二次配网担负某地区的电力分配任务，主要向该地区的用户供电，供电半径不大，负荷也较小，例如系统中的低压三相四线式 380V、220V的配电网就是二次配网。

3.大型电力系统的优点制态n减险

目前，电力系统的规模仍然保持扩大的趋势。大型电力系统有以下优点 ∶

（1）不受地方负荷影响，可以增大单台机组的容量，而大容量机组比小容量机组效率高、经济性好。

（2）可以充分利用不同地方的不同资源，减小运输费用，降低电能成本。

（3）利用不同能源电厂的工作特点，合理分配包荷，使系统在经济合理的状态下运行。

（4）在不降低供电可靠性的条件下，允许减少备用机组或减小备用机组的容量。电力系统的电压等级是根据国民经济发展的需要，根据经济上的合理性，根据电力设备的制造水平等因素综合确定的。我国工频高压有6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、500kV等多个等级;低压通用相电压0.23kV（用电端220V）、线电压0.4kV用电端380V）的0.23/0.4kV 配电电压。

4.电力生产的特点

（1）电力系统是用来担负生产、分配电能量的，电能的生产、供给、分配和消费是同时进行的，因此电力系统的生产必须保证连续性和平衡性。就是说，在电力的供、需过程中，要求始终保持功率的平衡，始终保证不间断地供电。

（2）电力系统的生产要具有先行性，在国民经济发展中电力生产应该先行，没有充分的电力工业的发展，国民经济的发展是不可能的。

（3）电力系统中的电磁暂态过渡过程的进行是非常迅速的。

（4）电力系统的集中统一调度使得供、用电之间的关系密不可分。

二、电力负荷组成与分类

（一）电力网负荷组成

电力负荷是指电路中的电功率。在直流电路中，负荷就是电功率。而在交流电路中，电功率包含有功功率和无功功率。有功功率称为有功负荷，简称电力，单位为kW（千瓦）;无功功率称为无功负荷，又称无功电力，单位为kvar（千乏）。视在功率包含着有功和无功两部分，往往以负荷电流取而代之，由于系统电压比较稳定，电压乘以电流就是视在功率，所以负荷电流也就反映了系统中的视在功率，因此，系统中的电力负荷也可以通过负荷电流反映出来。

（二）电力网负荷的分类

1.按照电力系统中负荷发生的不同部位分类

（1）发电负荷。是指电力系统中发电厂的发电机向电网输出的电力。对电力系统来说是发电厂向电网的总供电负荷。

（2）供电负荷。是指电力系统向电网输出的发电负荷扣除厂用电及发电厂变压器的损耗和线路损耗以后的负荷。

（3）线损负荷。是指电力网在输送和分配电能的过程中，线路和变压器功率损耗的总和。

（4）用电负荷。是指电力系统中用户实际消耗的负荷。一般供电负荷扣除线损负荷可计为用电负荷。

2.按照电力系统中负荷发生的不同时间分类

（1）高峰负荷。又称最高负荷，是指电网或用户在一天时间内所发生的最高负荷值。

（2）低谷负荷。又称最低负荷，是指电网中或某用户在一天24 小时内发生的用量最少的一段时间的小时平均电量。

（3）平均负荷。是指电网中或某用户在某一段确定时间阶段的平均小时用电量。

3.企事业用电单位按其用电性质及重要性分类

（1）一类负荷。

①停电会造成人身伤亡、火灾、爆炸等恶性事故的用电设备的负荷。

②停电造成巨大的甚至不可挽回的政治或经济损失的用电设备或用电单位的负荷。例如大使馆的用电，或中央重要的活动场所。

③重要交通枢纽，通信枢纽及国际、国内带有政治性的公共活动场所的用电。

（2）二类负荷。

①停电将大量减产或损坏生产设备，在经济上造成较大损失的用电负荷。

②停电将使重要用电单位正常工作受到影响的负荷。

③大型影剧院、商店及公共场所的用电负荷。

（3）三类负荷。除一类负荷、二类负荷之外的一般负荷，这类负荷短时停电造成的损失不大，称为三类电荷。

根据电气设计规程的有关规定，对于一类负荷的供电，应由至少两个独立的电源供电，必要时还应安装发电机组作为紧急备用。

三、电能质量

就供电系统而言，必须保证供电的连续可靠性，保证合格的供电质量，保证运行的安全性、稳定性和经济性，还要保证运行调度的灵活性。

就电能质量而言，可列出电压及对称性、频率、波形、可靠性等指标。

1.电压

电压主要决定于系统中无功功率的平衡。无功不足，电压将偏低。电压指标用用户受电端电压与额定电压偏差的相对值来衡量。电压偏差的相对值表示为

式中   U_L—表示实际电压;

      U_N—额定电压。

用户电压太低有以下危害∶

（1）电动机起动困难甚至无法起动。

（2）电动机转速下降，对于恒功率负载，电流增大，发热增加。

（3）用电设备达不到额定出力。

（4）装有欠电压保护的设备停机或不能起动。

（5）灯具发光效率降低，气体放电灯起动困难或无法起动。

（6）无线电设备工作质量下降。

用户电压太高有增加线路和设备发热，缩短其使用寿命等危害。用户供电电压允许变化范围见表7-1。三相电压不对称不得超过5%。各相电压应依次相差120°。电压波形应为正弦波形。

2.频率

频率主要决定于系统中有功功率的平衡，频率偏低，表示发电机出力不足。电力网频率允许偏差见表7-2。

3.可靠性

为了保证对用户供电的连续性，尽量减少对用户的停电，供电系统与用户设备的计划检修应互相配合，尽量做到统一检修，供电部门的检修试验应统一安排，一般35kV及以上每年停电不超过1次，10kV不超过3次，对于重要用户，计划检修一般应于7天前通知用户。

4.正弦波及三相电压的对称性

对供电质量的要求，目前已经将非正弦波和电压的不对称度列入指标之内。由于电力工业的发展，特别是可控硅设备的大量应用，在电力系统中产生了大量的谐波源，导致电压波形畸变。同时由于系统中接人了大功率的单相设备或系统中出现了不对称性故障，影响了系统的电压质量和三相电压的对称性。因此，供电部门应对用电负荷进行调查和加强管理。系统中三相电压的不对称度一般不应超过额定电压的5%。

5.供电可靠性

供电可靠性就是指对用户不间断地供电，若重要负荷发生突然中断供电，将会造成十分严重的后果。影响供电可靠性的因素有多种，如设计的合理性（双路或多路、是否具有自备发电机）;电力网的结构;供电设备的质量;供电运行方式的科学性与自动化程度;维护检修是否及时;运值人员的基本素质和变配电系统的管理等。可靠性具体要求还与用户的负荷级别相关，因此，必须从规划设计、设备维护、正确操作、加强运行管理、减少事故停电时间等诸方面着手，来提高供电的可靠性。

供电可靠性是衡量供电质量的重要指标之一，一般以全年平均供电时间占全年时间的百分数来衡量供电可靠性。一般规定∶35kV及以上供电系统，年停电次数不超过1次;10kV供电系统，年停电次数不超过3次;对于重要用户，应提前7天通知。以停电（计划检修停电、事故停电、临时停电）时间与年运行小时数的比值作为是否超标的依据。

四、变、配电所的主接线

主接线图，是指由变、配电所的一次设备，即高压与电力网直接连接的主要电气设备组成的变、配电所主电路接线图。接线图中一般用单线画出母线、断路器、互感器、隔离开关、变压器及其相互之间的连接。

（一）对变、配电所主接线的基本要求

（1）变、配电所主接线应根据变、配电所的实际情况和用电的需要，尽量达到简单、供电方式可靠、主设备齐全。

（2）对故障处理，能保证安全，便于执行规定的安全措施。

（3）便于维护检修，操作简单、方便。

（4）设备选择合理，运行安全、经济、灵活，并要考虑未来的发展。

（二）变、配电所常用主接线的类型

1.线路变压器组式主接线

该主接线的主要特点 ∶数使和项填容

（1）投资小，维护简单，操作灵活。

（2）接线简单，设备经济。

（3）检修需要全部停电。

该主接线适用于中小容量的变电站。

2.单母线式主接线

单母线式主接线分为以下三种类型∶

（1）单电源供电单母线式主接线，适用于10kV供电的一般用户。

（2）双路电源供电单母线式主接线，这种主接线分为单母线不分断、单母线用隔离开关分段、单母线用断路器分断三种。其特点是：接线简单，操作方便，投资经济。

（3）单母线加旁路母线式主接线特点是∶

①断路器故障时，允许不停负荷进行检修。京的定货就力衣款淋类拉院防紫

②适用于回路较多的变电所。

③供电可靠，运行灵活。

3.双母线式主接线

双母线式主接线适用于电力供电系统中的枢纽变电所及一类负荷的用户，这种主接线分为双母线不分段式主接线、双母线分段式主接线及双母线分段加旁路母线式主接线路。

双母线式主接线的主要特点是∶

（1）运行灵活。

（2）可用于供电回路多的变电站。

（3）供电稳定性好。

（4）供电容量大。

（5）投资高，操作复杂。

（6）占地面积大。

因此，双母线式主接线多用于用电电压大于等于110kV的变电站。

4.桥式接线的主接线

桥式接线的主接线用于系统中电压大于等于35kV的变电站，它分为内桥主接线和外桥主接线。

（1）内桥主接线的特点是∶

①运行灵活。

②设备简单，投资小。

③检修时操作繁琐。

④继电保护复杂。

（2）外桥主接线的特点是∶

①检修操作方便。

②当主变压器断路器外侧发生短路故障时，会影响主系统供电的可靠性。