任务一 认识电力系统

一、电力系统的组成

电力系统是由发电厂、变电站（所）、输电线路、配电线路、电力用户组成的整体，如图3-1-1所示。其中，联系发电厂与用户的中间环节称为电力网，主要由输电线路、变电所、配电所和配电线路组成。

图3-1-1 电力系统的组成

电力网是电力系统的一部分，由各种电压等级的输电线路、各种类型的变配电站（所）的电气设备和用户的配电线路构成的网络称作电力网，根据电力网在电力系统中的作用不同，又将其分为输电网和配电网。此外，电力网又有以下几种分类：

1.按电压等级分类

低压网：电压等级在1kV以下；

中压网：1～10kV；

高压网：高于10kV、低于330kV；

超高压网：低于750kV；

特高压网：1000kV及以上。

2.按电压等级的高低、供电范围大小的分类（见图3-1-2）

地方电力网：电压等级在35kV及以下，供电半径在20～50km以内。

区域电力网：电压等级在35kV以上（一般为110～220kV），供电半径超过50km，联系较多发电厂的网络。

超高压远距离输电网：电压等级为330～500kV的网络，其主要任务是把远处发电厂生产的电能输送到负荷中心，同时还联系若干区域电力网形成跨省、跨地区的大型电力系统。

图3-1-2 按电压等级分类的电力系统

在电力系统中，各种电气设备多是三相的，且三相系统基本上呈现或设计为对称形式，所以可以将三相电力系统用单相图表述。电力系统和动力设备组成了动力系统，动力设备包括锅炉、汽轮机、水轮机等。动力系统、电力系统及电力网之间的关系示意图如图3-1-3所示。

需要指出的是，为了保证电力系统一次电力设施的正常运行，还需要配置继电保护、自动装置、计量装置、通信和电网调度自动化设施等。

二、电力系统主要组成部分和电气设备的作用

1.发电厂

发电厂是把各种天然能源转换成电能的工厂。天然能源也称为一次能源，例如煤炭、石油、天然气、水力、风力、太阳能等，根据发电厂使用的一次能源不同，发电厂分为火力发电厂（一次能源为煤炭、石油或天然气）、水力发电站、风力发电站等。

2.变电站（所）

变电站是电力系统中联系发电厂与用户的中间环节，具有汇集电能和分配电能、变换电压和交换功率等功能，是一个装有多种电气设备的场所。根据在电力系统中所起的作用，可分为升压变电站和降压变电站；根据设备安装位置，可分为户外变电站、户内变电站、半户外变电站和地下变电站。

图3-1-3 动力系统、电力系统及电力网示意图

变电站内一次电气设备主要有变压器、断路器、隔离开关、避雷器、电流互感器、电压互感器、高压熔断器、负荷开关等。变电站内还配备有继电保护和自动装置、测量仪表、自动控制系统及远动通信装置等。

3.输电网

输电网是通过高压、超高压输电线将发电厂与变电站、变电站与变电站连接起来，完成电能传输的电力网络，是电力系统中的重要网络，又称为电力网中的主网。输电网由担任输送巨大电力的输电线路及相应的变电站组成，其使用的电压多在35kV以上，输送的距离也较远。

4.配电网

配电网是从输电网或地区发电厂接受电能，通过配电设施将电能分配给用户的电力网。配电网是由配电线路、配电所及用户网络所组成。其作用是将取自主网的电力经电压的变换或直接分配给配电所或用户。配电设施包括配电线路、配电变压器、配电设备等。配电网的电压常在35kV及以下。

配电网按其电压等级，又可分为一次配网和二次配网。一次配网的电压常为10kV，二次配网的电压常为0.38/0.22kV，它是直接向电力拖动设备及照明等提供电力的网络。配电网又可分为高压配电网、中压配电网和低压配电网；按照地域服务对象，可分为城市配电网和农村配电网；按照配电线路类型，可分为架空配电网和电缆配电网。

我国配电网电压等级划分为，高压配电网电压：35kV、66kV、110kV；中压配电网电压：10（20）kV；低压配电网电压：380/220V。

5.变压器

变压器是利用电磁感应原理，把一种交流电压和电流转换成相同频率的另一种或几种交流电压和电流。在电力系统中，由于传输电能和用户用电的需要，无论是发电厂还是变电站，都可以看到各种型式和不同容量的电力变压器。

6.断路器

断路器是一种开关设备，既能关合、承载、开断运行回路的负载电流，又能关合、承载、开断短路等异常电流。断路器的形式较多，结构也不尽相同，但从原理上看，均由动触头、静触头、灭弧装置、操动机构、绝缘支架等构成。

7.隔离开关

隔离开关是将电气设备与电源进行电气隔离或连接的设备，因为没有特殊的灭弧装置，一般只能在无负载电流的情况下进行分、合操作，与断路器配合使用。隔离开关由导电回路、绝缘支架、操作系统及底座支架等组成。

8.负荷开关

负荷开关是另一种开关设备，既能关合、承载、开断运行线路的正常电流（包括规定的过载电流），又能关合、承载短路等异常电流，但不能开断短路故障电流。负荷开关可以看成是断路器功能的简化，或隔离开关功能的延伸。负荷开关由灭弧装置、操动机构和绝缘支架等组成。

9.主接线

主接线是以电源和引出线为基本环节，以母线为中间环节构成的电能通路。变电站主接线将变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线等一次电气设备，按照一定的顺序连接，实现汇集和分配电能，按有无汇流母线分为有母线接线和无母线接线两大类。变电站主接线图一般用单线图表示。

10.互感器

互感器有电流互感器（TA）和电压互感器（TV）。电流互感器是—种变流设备，将交流一次侧大电流转换成二次小电流，供给测量、保护等二次设备使用，一般二次额定电流为5A或1A；电压互感器是—种变压设备，将交流一次侧高电压转换成二次侧低电压，供给控制、测量、保护等二次设备使用，—般二次额定电压为100V。

11.电力负荷

（1）电力负荷的概念 电力负荷是用户的用电设备或用电单位总体所消耗的功率，可以表示为功率（kW）、容量（kVA）或电流（A）。

对发电、供电及用电而言，关于电力负荷有不同的概念。电厂的发电机向电网提供的电力称为发电负荷；发电厂自身用电的负荷称为厂用电负荷；发电负荷扣除厂用电和厂变损耗、线路损耗后的负荷称为供电负荷，包括这一时刻用电负荷（用户在某一时刻对电力系统的功率需求）以及能量在传输过程中的功率损失（网损）；电力网在电力的输送和分配过程中的各种损耗的总和称为线损负荷；用户实际使用的负荷称为用电负荷。

负荷的计算就是功率的计算。关于功率的概念有三个。有功功率（P）是指有功负荷，又称作电力，单位为kW；无功功率（Q）是指无功负荷，又称作无功电力，单位为kvar；视在功率（S）由有功负荷与无功负荷构成的，单位为kVA。它是在不考虑电压与负荷电流相位差的情况下，直接以它们的乘积所表示的功率概念。在单相电路S=UI；在三相电路中S=3UI。当电压不变时S与I成正比。因此，判断视在功率的大小可以根据电流表的指示来确定。

（2）电力负荷的分类 我国根据用户对电力需求的重要性，将负荷分为三级。

具有下列情况之一者为一级负荷：

①中断供电将造成人身伤亡者；如：医院急诊室、监护病房、手术室等处的负荷。

②中断供电将造成重大政治影响者；如：在人民大会堂召开的会议。

③中断供电将造成重大经济损失者；如：由于停电，使重大设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废、国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等的负荷。

④中断供电将造成公共场所秩序严重混乱者。如：重要交通枢纽、重要通信枢纽、重要宾馆、大型体育场馆、经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位中的重要负荷。

在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。如：在工业生产中正常电源中断时处理安全停产所必需的应急照明、通信系统、保证安全停产的自动装置等；民用建筑中大型金融中心的关键电子计算机系统和防盗报警系统、大型国际比赛场馆的记分系统及监控系统等。

符合下列条件之一的，为二级负荷：

①中断供电将造成较大政治影响者。

②中断供电将造成较大经济损失者；如：由于停电，使主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等的负荷。

③中断供电将造成公共场所秩序混乱者。如：交通枢纽、通信枢纽等用电单位中的重要负荷，以及中断供电将造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要的公共场所秩序混乱的负荷。

凡不属于一级和二级负荷者为三级负荷：

学习要点

1.电力系统是指电力网以及向其提供电能和获取电能的一切电气设备。构成电力系统的主电气设备有发电机、变压器、架空线路、电缆线路、配电装置及用户的电气设备。

2.在整个电力系统中，从电能的生产到应用大体要经过五个环节，即：发电→输电→变电→配电→用电。

三、不同等级负荷对电源的要求

1.一级负荷对电源的要求

一级负荷中有普通一级负荷和一级负荷中特别重要的一级负荷之分。

普通一级负荷应由两个电源供电，且当其中一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。在我国目前的经济、技术条件和供电情况下，符合图3-1-4中电源连接之一的，即认为满足一级负荷电源的要求。

图3-1-4 满足一级负荷要求的电源

一级负荷中特别重要的负荷，除由满足上述条件的两个电源供电外，尚应增设应急电源专门对此类负荷供电。应急电源可以是独立于正常电源的发电机组、供电网络中独立于正常电源的专用的馈电线路、蓄电池、干电池等。其中“供电网络中独立于正常电源的专用的馈电线路”是指能够保证两条供电线路不同时中断供电的线路。

2.二级负荷对电源的要求

一般应由两回线路供电，当电源来自于同一区域变电站的不同变压器时，即可认为满足要求。

在负荷较小或地区供电条件困难时，可由一回6kV及以上专用的架空线路或电缆线路供电。当采用架空线时，可为一回架空线供电；当采用电缆线路时，应采用两根电缆组成的线路供电，且每根电缆应能承受100%的二级负荷。这主要是考虑架空线路的常见故障检修周期较短，而并非电缆的故障率高，相反，电缆的故障率较架空线低。

3.三级负荷对电源的要求

三级负荷对电源无特殊要求，一般单电源供电即可。