任務(wù)一 認(rèn)識(shí)電力系統(tǒng)

一、電力系統(tǒng)的組成

電力系統(tǒng)是由發(fā)電廠、變電站（所）、輸電線路、配電線路、電力用戶組成的整體，如圖3-1-1所示。其中，聯(lián)系發(fā)電廠與用戶的中間環(huán)節(jié)稱為電力網(wǎng)，主要由輸電線路、變電所、配電所和配電線路組成。

圖3-1-1 電力系統(tǒng)的組成

電力網(wǎng)是電力系統(tǒng)的一部分，由各種電壓等級(jí)的輸電線路、各種類型的變配電站（所）的電氣設(shè)備和用戶的配電線路構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)稱作電力網(wǎng)，根據(jù)電力網(wǎng)在電力系統(tǒng)中的作用不同，又將其分為輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)。此外，電力網(wǎng)又有以下幾種分類：

1.按電壓等級(jí)分類

低壓網(wǎng)：電壓等級(jí)在1kV以下；

中壓網(wǎng)：1～10kV；

高壓網(wǎng)：高于10kV、低于330kV；

超高壓網(wǎng)：低于750kV；

特高壓網(wǎng)：1000kV及以上。

2.按電壓等級(jí)的高低、供電范圍大小的分類（見圖3-1-2）

地方電力網(wǎng)：電壓等級(jí)在35kV及以下，供電半徑在20～50km以內(nèi)。

區(qū)域電力網(wǎng)：電壓等級(jí)在35kV以上（一般為110～220kV），供電半徑超過50km，聯(lián)系較多發(fā)電廠的網(wǎng)絡(luò)。

超高壓遠(yuǎn)距離輸電網(wǎng)：電壓等級(jí)為330～500kV的網(wǎng)絡(luò)，其主要任務(wù)是把遠(yuǎn)處發(fā)電廠生產(chǎn)的電能輸送到負(fù)荷中心，同時(shí)還聯(lián)系若干區(qū)域電力網(wǎng)形成跨省、跨地區(qū)的大型電力系統(tǒng)。

圖3-1-2 按電壓等級(jí)分類的電力系統(tǒng)

在電力系統(tǒng)中，各種電氣設(shè)備多是三相的，且三相系統(tǒng)基本上呈現(xiàn)或設(shè)計(jì)為對(duì)稱形式，所以可以將三相電力系統(tǒng)用單相圖表述。電力系統(tǒng)和動(dòng)力設(shè)備組成了動(dòng)力系統(tǒng)，動(dòng)力設(shè)備包括鍋爐、汽輪機(jī)、水輪機(jī)等。動(dòng)力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)及電力網(wǎng)之間的關(guān)系示意圖如圖3-1-3所示。

需要指出的是，為了保證電力系統(tǒng)一次電力設(shè)施的正常運(yùn)行，還需要配置繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置、計(jì)量裝置、通信和電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化設(shè)施等。

二、電力系統(tǒng)主要組成部分和電氣設(shè)備的作用

1.發(fā)電廠

發(fā)電廠是把各種天然能源轉(zhuǎn)換成電能的工廠。天然能源也稱為一次能源，例如煤炭、石油、天然氣、水力、風(fēng)力、太陽能等，根據(jù)發(fā)電廠使用的一次能源不同，發(fā)電廠分為火力發(fā)電廠（一次能源為煤炭、石油或天然氣）、水力發(fā)電站、風(fēng)力發(fā)電站等。

2.變電站（所）

變電站是電力系統(tǒng)中聯(lián)系發(fā)電廠與用戶的中間環(huán)節(jié)，具有匯集電能和分配電能、變換電壓和交換功率等功能，是一個(gè)裝有多種電氣設(shè)備的場所。根據(jù)在電力系統(tǒng)中所起的作用，可分為升壓變電站和降壓變電站；根據(jù)設(shè)備安裝位置，可分為戶外變電站、戶內(nèi)變電站、半戶外變電站和地下變電站。

圖3-1-3 動(dòng)力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)及電力網(wǎng)示意圖

變電站內(nèi)一次電氣設(shè)備主要有變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、避雷器、電流互感器、電壓互感器、高壓熔斷器、負(fù)荷開關(guān)等。變電站內(nèi)還配備有繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置、測量儀表、自動(dòng)控制系統(tǒng)及遠(yuǎn)動(dòng)通信裝置等。

3.輸電網(wǎng)

輸電網(wǎng)是通過高壓、超高壓輸電線將發(fā)電廠與變電站、變電站與變電站連接起來，完成電能傳輸?shù)碾娏W(wǎng)絡(luò)，是電力系統(tǒng)中的重要網(wǎng)絡(luò)，又稱為電力網(wǎng)中的主網(wǎng)。輸電網(wǎng)由擔(dān)任輸送巨大電力的輸電線路及相應(yīng)的變電站組成，其使用的電壓多在35kV以上，輸送的距離也較遠(yuǎn)。

4.配電網(wǎng)

配電網(wǎng)是從輸電網(wǎng)或地區(qū)發(fā)電廠接受電能，通過配電設(shè)施將電能分配給用戶的電力網(wǎng)。配電網(wǎng)是由配電線路、配電所及用戶網(wǎng)絡(luò)所組成。其作用是將取自主網(wǎng)的電力經(jīng)電壓的變換或直接分配給配電所或用戶。配電設(shè)施包括配電線路、配電變壓器、配電設(shè)備等。配電網(wǎng)的電壓常在35kV及以下。

配電網(wǎng)按其電壓等級(jí)，又可分為一次配網(wǎng)和二次配網(wǎng)。一次配網(wǎng)的電壓常為10kV，二次配網(wǎng)的電壓常為0.38/0.22kV，它是直接向電力拖動(dòng)設(shè)備及照明等提供電力的網(wǎng)絡(luò)。配電網(wǎng)又可分為高壓配電網(wǎng)、中壓配電網(wǎng)和低壓配電網(wǎng)；按照地域服務(wù)對(duì)象，可分為城市配電網(wǎng)和農(nóng)村配電網(wǎng)；按照配電線路類型，可分為架空配電網(wǎng)和電纜配電網(wǎng)。

我國配電網(wǎng)電壓等級(jí)劃分為，高壓配電網(wǎng)電壓：35kV、66kV、110kV；中壓配電網(wǎng)電壓：10（20）kV；低壓配電網(wǎng)電壓：380/220V。

5.變壓器

變壓器是利用電磁感應(yīng)原理，把一種交流電壓和電流轉(zhuǎn)換成相同頻率的另一種或幾種交流電壓和電流。在電力系統(tǒng)中，由于傳輸電能和用戶用電的需要，無論是發(fā)電廠還是變電站，都可以看到各種型式和不同容量的電力變壓器。

6.斷路器

斷路器是一種開關(guān)設(shè)備，既能關(guān)合、承載、開斷運(yùn)行回路的負(fù)載電流，又能關(guān)合、承載、開斷短路等異常電流。斷路器的形式較多，結(jié)構(gòu)也不盡相同，但從原理上看，均由動(dòng)觸頭、靜觸頭、滅弧裝置、操動(dòng)機(jī)構(gòu)、絕緣支架等構(gòu)成。

7.隔離開關(guān)

隔離開關(guān)是將電氣設(shè)備與電源進(jìn)行電氣隔離或連接的設(shè)備，因?yàn)闆]有特殊的滅弧裝置，一般只能在無負(fù)載電流的情況下進(jìn)行分、合操作，與斷路器配合使用。隔離開關(guān)由導(dǎo)電回路、絕緣支架、操作系統(tǒng)及底座支架等組成。

8.負(fù)荷開關(guān)

負(fù)荷開關(guān)是另一種開關(guān)設(shè)備，既能關(guān)合、承載、開斷運(yùn)行線路的正常電流（包括規(guī)定的過載電流），又能關(guān)合、承載短路等異常電流，但不能開斷短路故障電流。負(fù)荷開關(guān)可以看成是斷路器功能的簡化，或隔離開關(guān)功能的延伸。負(fù)荷開關(guān)由滅弧裝置、操動(dòng)機(jī)構(gòu)和絕緣支架等組成。

9.主接線

主接線是以電源和引出線為基本環(huán)節(jié)，以母線為中間環(huán)節(jié)構(gòu)成的電能通路。變電站主接線將變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、互感器、母線等一次電氣設(shè)備，按照一定的順序連接，實(shí)現(xiàn)匯集和分配電能，按有無匯流母線分為有母線接線和無母線接線兩大類。變電站主接線圖一般用單線圖表示。

10.互感器

互感器有電流互感器（TA）和電壓互感器（TV）。電流互感器是—種變流設(shè)備，將交流一次側(cè)大電流轉(zhuǎn)換成二次小電流，供給測量、保護(hù)等二次設(shè)備使用，一般二次額定電流為5A或1A；電壓互感器是—種變壓設(shè)備，將交流一次側(cè)高電壓轉(zhuǎn)換成二次側(cè)低電壓，供給控制、測量、保護(hù)等二次設(shè)備使用，—般二次額定電壓為100V。

11.電力負(fù)荷

（1）電力負(fù)荷的概念 電力負(fù)荷是用戶的用電設(shè)備或用電單位總體所消耗的功率，可以表示為功率（kW）、容量（kVA）或電流（A）。

對(duì)發(fā)電、供電及用電而言，關(guān)于電力負(fù)荷有不同的概念。電廠的發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)提供的電力稱為發(fā)電負(fù)荷；發(fā)電廠自身用電的負(fù)荷稱為廠用電負(fù)荷；發(fā)電負(fù)荷扣除廠用電和廠變損耗、線路損耗后的負(fù)荷稱為供電負(fù)荷，包括這一時(shí)刻用電負(fù)荷（用戶在某一時(shí)刻對(duì)電力系統(tǒng)的功率需求）以及能量在傳輸過程中的功率損失（網(wǎng)損）；電力網(wǎng)在電力的輸送和分配過程中的各種損耗的總和稱為線損負(fù)荷；用戶實(shí)際使用的負(fù)荷稱為用電負(fù)荷。

負(fù)荷的計(jì)算就是功率的計(jì)算。關(guān)于功率的概念有三個(gè)。有功功率（P）是指有功負(fù)荷，又稱作電力，單位為kW；無功功率（Q）是指無功負(fù)荷，又稱作無功電力，單位為kvar；視在功率（S）由有功負(fù)荷與無功負(fù)荷構(gòu)成的，單位為kVA。它是在不考慮電壓與負(fù)荷電流相位差的情況下，直接以它們的乘積所表示的功率概念。在單相電路S=UI；在三相電路中S=3UI。當(dāng)電壓不變時(shí)S與I成正比。因此，判斷視在功率的大小可以根據(jù)電流表的指示來確定。

（2）電力負(fù)荷的分類 我國根據(jù)用戶對(duì)電力需求的重要性，將負(fù)荷分為三級(jí)。

具有下列情況之一者為一級(jí)負(fù)荷：

①中斷供電將造成人身傷亡者；如：醫(yī)院急診室、監(jiān)護(hù)病房、手術(shù)室等處的負(fù)荷。

②中斷供電將造成重大政治影響者；如：在人民大會(huì)堂召開的會(huì)議。

③中斷供電將造成重大經(jīng)濟(jì)損失者；如：由于停電，使重大設(shè)備損壞、重大產(chǎn)品報(bào)廢、用重要原料生產(chǎn)的產(chǎn)品大量報(bào)廢、國民經(jīng)濟(jì)中重點(diǎn)企業(yè)的連續(xù)生產(chǎn)過程被打亂需要長時(shí)間才能恢復(fù)等的負(fù)荷。

④中斷供電將造成公共場所秩序嚴(yán)重混亂者。如：重要交通樞紐、重要通信樞紐、重要賓館、大型體育場館、經(jīng)常用于國際活動(dòng)的大量人員集中的公共場所等用電單位中的重要負(fù)荷。

在一級(jí)負(fù)荷中，當(dāng)中斷供電將發(fā)生中毒、爆炸和火災(zāi)等情況的負(fù)荷，以及特別重要場所的不允許中斷供電的負(fù)荷，應(yīng)視為特別重要的負(fù)荷。如：在工業(yè)生產(chǎn)中正常電源中斷時(shí)處理安全停產(chǎn)所必需的應(yīng)急照明、通信系統(tǒng)、保證安全停產(chǎn)的自動(dòng)裝置等；民用建筑中大型金融中心的關(guān)鍵電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和防盜報(bào)警系統(tǒng)、大型國際比賽場館的記分系統(tǒng)及監(jiān)控系統(tǒng)等。

符合下列條件之一的，為二級(jí)負(fù)荷：

①中斷供電將造成較大政治影響者。

②中斷供電將造成較大經(jīng)濟(jì)損失者；如：由于停電，使主要設(shè)備損壞、大量產(chǎn)品報(bào)廢、連續(xù)生產(chǎn)過程被打亂需較長時(shí)間才能恢復(fù)、重點(diǎn)企業(yè)大量減產(chǎn)等的負(fù)荷。

③中斷供電將造成公共場所秩序混亂者。如：交通樞紐、通信樞紐等用電單位中的重要負(fù)荷，以及中斷供電將造成大型影劇院、大型商場等較多人員集中的重要的公共場所秩序混亂的負(fù)荷。

凡不屬于一級(jí)和二級(jí)負(fù)荷者為三級(jí)負(fù)荷：

學(xué)習(xí)要點(diǎn)

1.電力系統(tǒng)是指電力網(wǎng)以及向其提供電能和獲取電能的一切電氣設(shè)備。構(gòu)成電力系統(tǒng)的主電氣設(shè)備有發(fā)電機(jī)、變壓器、架空線路、電纜線路、配電裝置及用戶的電氣設(shè)備。

2.在整個(gè)電力系統(tǒng)中，從電能的生產(chǎn)到應(yīng)用大體要經(jīng)過五個(gè)環(huán)節(jié)，即：發(fā)電→輸電→變電→配電→用電。

三、不同等級(jí)負(fù)荷對(duì)電源的要求

1.一級(jí)負(fù)荷對(duì)電源的要求

一級(jí)負(fù)荷中有普通一級(jí)負(fù)荷和一級(jí)負(fù)荷中特別重要的一級(jí)負(fù)荷之分。

普通一級(jí)負(fù)荷應(yīng)由兩個(gè)電源供電，且當(dāng)其中一個(gè)電源發(fā)生故障時(shí)，另一個(gè)電源不應(yīng)同時(shí)受到損壞。在我國目前的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件和供電情況下，符合圖3-1-4中電源連接之一的，即認(rèn)為滿足一級(jí)負(fù)荷電源的要求。

圖3-1-4 滿足一級(jí)負(fù)荷要求的電源

一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷，除由滿足上述條件的兩個(gè)電源供電外，尚應(yīng)增設(shè)應(yīng)急電源專門對(duì)此類負(fù)荷供電。應(yīng)急電源可以是獨(dú)立于正常電源的發(fā)電機(jī)組、供電網(wǎng)絡(luò)中獨(dú)立于正常電源的專用的饋電線路、蓄電池、干電池等。其中“供電網(wǎng)絡(luò)中獨(dú)立于正常電源的專用的饋電線路”是指能夠保證兩條供電線路不同時(shí)中斷供電的線路。

2.二級(jí)負(fù)荷對(duì)電源的要求

一般應(yīng)由兩回線路供電，當(dāng)電源來自于同一區(qū)域變電站的不同變壓器時(shí)，即可認(rèn)為滿足要求。

在負(fù)荷較小或地區(qū)供電條件困難時(shí)，可由一回6kV及以上專用的架空線路或電纜線路供電。當(dāng)采用架空線時(shí)，可為一回架空線供電；當(dāng)采用電纜線路時(shí)，應(yīng)采用兩根電纜組成的線路供電，且每根電纜應(yīng)能承受100%的二級(jí)負(fù)荷。這主要是考慮架空線路的常見故障檢修周期較短，而并非電纜的故障率高，相反，電纜的故障率較架空線低。

3.三級(jí)負(fù)荷對(duì)電源的要求

三級(jí)負(fù)荷對(duì)電源無特殊要求，一般單電源供電即可。