电力系统概况

电力系统概况电力系统的组成首先发电机将一次能源转化为电能；电能经变压器和电力线路输送分配给用户；最终电能经用电设备（主要为电动机）转化为用户需要的其他形式的能量。这些生产、输送、分配和消费电能的发电机、变压器、电力线路和用电设备（负荷）联系在一起组成的统一整体就是电力系统，也称为一次系统。为了保证一次系统的正常、安全、可靠、经济地运行，还需要各种信号监测、调度控制、保护操作等系统，它们也是电力系统中不可缺少的部分，通常称为二次系统。水电厂的水轮机和水库，火电厂的汽轮机，锅炉、供热管道和热用户等部分与电力系统共同组成动力系统。电力系统中输送和分配电能的变压器和电力线路构成电力网。直流输电电力系统运行的特点与国民经济、人民日常生活联系紧密。各种暂态过程非常短促。当电力系统受到扰动后，由一种运行状态过渡到另一种运行状态的时间非常短。电能不能大量储存，即电能的生产、输送、分配及消费几乎是同时进行的。在任一时刻，发电机发出的电能等于负荷消费的电能（在发电机容量允许范围内）。电力系统运行的基本要求1.保证供电的可靠性。对用户供电的中断将会使生产停止、人民的生活秩序、生活质量受到影响，甚至会危及人身、设备的安全造成严重后果。但是在某些特殊情况下，当电力系统无法满足全部负荷的需要时，应有选择性的保证重要用户的供电。根据负荷允许停电程度的不同将负荷分为三级。–一级负荷：若停电将造成人身伤亡和设备事故、产生废品、使生产秩序长期不能恢复或产生严重政治影响，使人民生活发生混乱等。对一级负荷，要保证不间断供电。–二级负荷：停电将造成大量减产使人民生活受到影响–三级负荷：不属于一、二级的负荷，如工厂的附属车间、小城镇等。–对二、三级负荷，在电能不足时，应优先保证二级负荷的供电。从电力系统角度来看，目前保证可靠供电的措施主要有：提高系统运行的稳定性及可靠性指标，采用微机监视和控制，应用微机保护等。2.保证良好的电能质量。电压和频率是衡量电能质量的两个主要指标。3.保证系统运行的经济性。电能的用途广、耗量大，因此生产电能耗费的一次能源占国民经济能源总耗费的比重大。电力系统在保证安全、优质供电的前提下，将单一电力系统联合组成联合电力系统，合理安排各类发电厂所承担的负荷，组织电力系统经济运行,力求降低能源消耗以求,最大的经济效益。电力系统的接线方式电力系统的接线方式按供电可靠性分为有备用接线方式和无备用接线方式两种无备用接线方式是指负荷只能从一条路径获得电能的接线方式。根据形状，它包括单回路的放射式、干线式和链式网络有备用接线方式是指负荷至少可以从两条路径获得电能的接线方式。它包括双回路的放射式、干线式、链式、环式和两端供电网络。无备用接线的主要优点在于简单经济运行操作方便。主要缺点是供电可靠性差，并且在线路较长时线路末端电压往往偏低。因此这种接线方式不适用于一级负荷占很大比重的场合。但一级负荷的比重不大，并可为这些负荷单独设置备用电源时，仍可采用这种接线。这种接线方式广泛应用于二级负荷。有备用接线的主要优点在于供电可靠性高、电压质量好。有备用接线中，双回路的放射式、干线式和链式接线的缺点是不够经济。环形网络的供电可靠性和经济性都不错，但其缺点是运行调度复杂，并且故障时的电压质量差。两端供电网络很常见，供电可靠性高但采用这种接线的先决条件是必须有两个或两个以上独立电源，并且各电源与各负荷点的相对位置又决定了这种接线的合理性。电力系统的电压等级标称电压：系统被指定的电压。系统最高电压：运行中所出现的电压最高值，不包括异常和暂态、瞬态的电压。电气设备的额定电压：根据规定的工作条件，由制造厂确定的电压。设备最高电压：考虑到设备绝缘性能所确定的最高运行电压，其数值等于所在系统的系统最高电压。有关标准规定，电气设备额定电压的数值应按设备最高电压确定。高压开关设备在规定的正常使用和性能条件下，能够连续运行的最高电压称为设备的额定电压。标称电压3610203566110220330500750额定电压3.67.2122440.572.5126252363550800额定电压的大小确定了电气设备的绝缘结构和外形尺寸。额定电压越高，电气设备的外形尺寸越大，极间距离也越大。高压开关设备工作时还应耐受高于额定电压的各种过电压作用，而不会导致绝缘的损坏。标志这方面性能的参数有1min工频耐受电压、雷电冲击耐受电压和操作冲击耐受电压。具体数值可参考国家标准。电力系统中性点的运行方式电力系统的中性点是指星形联结的变压器或发电机的中性点。电力系统的中性点运行方式是一个综合性问题，它与电压等级、单相接地电流、过电压水平、保护配置等有关，直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性、主变压器和发电机的运行安全以及通信线路的抗干扰能力等电力系统中性点的运行方式分为两大类，中性点直接接地（大接地电流系统）和中性点非直接接地（小接地电流系统）。中性点非直接接地又包括中性点不接地、中性点经消弧线圈接地和中性点经高电阻接地。中性点直接接地系统供电可靠性低，因为这种系统中发生一相接地时就会构成短路，短路电流很大，为防止损坏设备，必须迅速切除接地相甚至三相。同时巨大的接地短路电流产生较强的单相磁场干扰邻近通信线路，但过电压较低，减少了为提高绝缘水平的投资，降低设备造价，特别适用于高压和超高压电网。在我国110kV及以上等级的电网一般均采用中性点直接接地的运行方式，而用其他方法提高供电可靠性。中性点不接地系统供电可靠性高，但对绝缘水平的要求也高。因为这种系统中一相接地时不会构成短路，接地电流仅为线路及设备的电容电流，相间电压仍然对称，不影响对负荷供电，因此单相接地时允许继续运行两小时。但是，这时的非接地相的对地电压升高为线电压，对设备绝缘水平要求高，不宜用于110kV及以上电网，在6－66kV电网中常采用中性点不接地方式，但此时单相接地电容电流不能超过允许值，否则接地电弧不易自熄，易产生较高的间歇弧光接地过电压，波及整个电网。在中性点不接地系统中，若单相接地电容电流超过允许值时，可采用中性点经消弧线圈接地的运行方式，采用消弧线圈的感性电流补偿接地相电容电流。短路与短路形式短路是电力系统的严重故障。所谓短路，是指电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地（或中性线）之间的连接，从而把负载阻抗短接掉。产生短路的主要原因是电气设备载流部分的相间绝缘或相对地绝缘被损坏，包括自然因素和人为因素。自然因素主要有：（1）元件损坏。例如绝缘材料的自然老化，鸟兽跨接在裸露的载流部分等。（2）气象条件恶化。例如雷击造成的闪络放电或避雷器动作，架空线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌等。人为因素主要有：（1）设计、安装及维护不良所带来的设备缺陷发展成短路等。（2）人为事故。例如运行人员带负荷拉刀闸，线路或设备检修后未拆除接地线就加上电压等。总之，只要运行人员加强责任心，严格按规章制度办事，就可以把短路故障控制在一个很低的限度内。在三相系统中可能发生的短路有：三相短路、两相短路、单相接地短路和两相短路接地。三相短路也称为对称短路，系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态，其他类型的短路都是不对称短路。短路的危害短路点的电弧有可能烧坏电气设备，同时很大的短路电流通过设备会使发热增加，当短路持续时间较长时可能使设备过热而损坏。很大的短路电流通过导体时，要引起导体间很大的机械应力，如果导体和它们的支架不够坚固，则可能遭到破坏。短路时，系统电压大幅度下降，对用户工作影响很大，系统中最主要的电力负荷是异步电动机，它的电磁转矩同它的端电压的平方成正比，电压下降时，电磁转矩将显著降低，使电动机停转，以致造成产品报废及设备损坏等严重后果。当电力系统中发生短路时，有可能使并列运行的发电机失去同步，破坏系统稳定，使整个系统的正常运行遭到破坏，引起大片地区的停电，这是短路故障最严重的后果。不对称接地短路所造成的不平衡电流，将产生零序不平衡磁通，会在邻近的平行线路内（如通信线路、铁道信号系统）等感应出很大的电动势，这将造成对通信的干扰，并危及设备和人身的安全。电力系统对高压开关设备的主要要求电力系统的远行状态和负载性质是多种多样的，作为控制、保护元件的高压开关设备，要保证电力系统的安全运行，对它的要求也是多方面的。另外，高压开关设备所处场所的自然环境变化也会对高压开关设备的工作性能产生影响。因此在高压开关设备设计时，应该全面考虑这些要求。1一般电气性能方面高压开关设备长期在电网中使用时。就应与其它电力设备一样。能够耐受各种电压、电流的作用面不致损坏。根据IEC和国家标准，首先应分清电工术语的两个名词：–标称值（nominalvalue）：用以标识一个元件、器件或设备的合适的近似量值。–额定值（ratedvalue）：一般由制造厂对一个元件、器件或设备在规定工作条件下所规定的一个量值。（1）电压方面标称电压：系统被指定的电压。系统最高电压：运行中所出现的电压最高值，不包括异常和暂态、瞬态的电压。电气设备的额定电压：根据规定的工作条件，由制造厂确定的电压。设备最高电压：考虑到设备绝缘性能所确定的最高运行电压，其数值等于所在系统的系统最高电压。有关标准规定，电气设备额定电压的数值应按设备最高电压确定。高压断路器在规定的正常使用和性能条件下，能够连续运行的最高电压称为断路器的额定电压。标称电压3610203566110220330500750额定电压3.67.2122440.572.5126252363550800额定电压的大小确定了电气设备的绝缘结构和外形尺寸。额定电压越高，电气设备的外形尺寸越大，极间距离也越大。断路器工作时还应耐受高于额定电压的各种过电压作用，而不会导致绝缘的损坏。标志这方面性能的参数有1min工频耐受电压、雷电冲击耐受电压和操作冲击耐受电压。具体数值与断路器的额定电压有关，可参考交流高压断路器国家标准GBl984。(2)电流方面断路器长期通过工作电流时，各部分的温度不得超过允许值，以保证断路器的工作可靠。关于断路器各种情况下的允许温度在有关标准中都有规定。断路器在关合位置通过短路电流时，不应因电动力受到损坏，各部分温度也不应超过短时工作的允许值，触头不应发生熔焊和损坏。标志这方面功能的参数有：额定电流，额定峰值耐受电流，额定短时耐受电流相额定短路持续时间，额定电流：在规定使用和性能条件下能持续通过的电流有效值。额定电流值应从优先数系的R10中选取。所谓R10系列即是按比值为递增或递减的级数。R10数系包括：1、1.25、1.6、2、2.5、3.15、4、5、6.3、8各数及其与10的倍数之乘积。额定电流的大小确定了电器导电部分和触头的尺寸、结构以及散热结构。这是因为允许的发热温度有规定，当额定电流增大时，就要求导电部分的截面增大，以减小损耗和增大散热面积。额定短时耐受（热稳定）电流：在规定的使用和性能条件下，在额定短路持续时间内，断路器在关合位置时能承载的电流有效值。额定短时耐受电流的标准值应从R10系列中选取，且应与断路器的任何其它短路额定值不矛盾。额定短路持续时间：断路器在合闸位置时能承载额定短时耐受电流的时间间隔。252kV及以上断路器的额定短路持续时间为2s；126kV及以下为4s额定峰值耐受（动稳定）电流：在规定的使用和性能条件下，机械开关在合闸位置时能承载的额定短时耐受电流第一个大半波的电流峰值。其后短时耐受电流持续时间不应小于0.3s。额定峰值耐受电流标准值等于2.5倍额定短时耐受电流。按照电力系统特性和开关设备的操作特点，可能要求高于2.5倍额定短时耐受电流的值，例如，当系统直流分量的衰减时间常数大于45ms，或发电机、开关等，其倍数由产品技术条件作出规定。2．开断、关合电路方面(1)开断短路故障断路器开断有电流的电路时，触头分离后．触头间会出现电弧，只有使电弧熄灭，电路的开断任务才能完成。在电力系统发生短路故障时．短路电流比正常负荷电流大得多，这时电路最难开断。因此，可靠地开断短路故障是高压断路器主要的也是最困难的任务。额定短路开断电流是标志高压断路器开断短路故障能力的参数。它是在规定的使用