电力系统electric power system

由生产、输送、分配和消费电能的各种电气设备构成相互联系的统一整体。如果包括火电厂的汽轮机、锅炉、供热管道和热用户，水电站的水轮机、水工建筑物等，称为动力系统。电力系统的基本构成，如图所示。联系发电和用电设备，并执行输送和分配电能的中间环节，称为电力网。它包括升、降压变压器和各种电压的送电线路。

电力系统的基本构成

1.变压器； 2.负荷； 3.电动机； 4.电灯

电力网按供电范围及电压等级可分为： 地方电力网，其电压为35千伏或110千伏，送电距离可达几十公里，是向城镇、工矿及农村供电的供配电网络； 区域电力网，其电压为110～220千伏，送电距离可达数百公里，是在省（区）内将地方发电厂与多种类型用户联系在一起的网络； 超高压电力网，主要由交流330～500千伏或直流±500伏，或由更高电压的送电线路组成，承担着大型水电站、坑口火电站或核电站向负荷中心送电任务； 或将区域电力网相互联系，形成跨区域甚至跨国的联合电力网。
以超高压电力网将区域电力网互联而形成的联合电力网具有： 减少系统的装机容量及备用容量； 合理利用水能资源，提高运行经济性； 在网络结构合理的条件下，提高供电的可靠性等优点。
概况 中国自1882年在上海建立第一个火力发电厂以来，发展非常缓慢，至1949年发电设备总容量仅为185万千瓦，年发电量仅43亿千瓦小时，110千伏以上电压等级的电力系统仅东北三省有两个，总容量为72万千瓦。1957年底，发电设备总容量增加为464万千瓦；1962年底，又增加为1300万千瓦。1978年，发电设备总容量进一步增加为5211万千瓦，年发电量增加为2565.5亿千瓦小时。110千伏以上电压等级的电力系统增加为数十个。其中，大电力系统的容量已超过700万千瓦，最高电压等级已达330千伏。1988年全国已形成12个百万千瓦以上的大电力网，华北、东北、华中和华东已初步形成以500千伏为骨干网架的跨省区电网，它们的装机容量均超过15000兆瓦，全国拥有35千伏以上送电线路41.87万公里，主变压器容量176200兆伏安。到1988年全国已拥有1000兆瓦以上的电站12座，其中水电站2座，火电厂10座。
结线方式 电力系统结线可分为无备用结线和有备用结线。无备用结线指用户只能从一个方向取得电源的结线方式，亦称开式结线，分为放射式、干线式和树枝式等。它的优点是简单、经济、运行方便，缺点是供电可靠性较差。为了提高其可靠性，通常在适当的地方装设保护装置，以便切除故障部分，保证一定的可靠性，尽可能缩小停电范围。有备用结线即用户可以从两个或两个以上方向取得电源的结线方式，如双回路、环形网、两端或多端供电网以及由它们组合的电力网。有备用结线分为放射式、干线式（仍是开式结线）、链式和闭式(分单环、双环、两端供电和多端供电等)。对于双回路放射式、干线式和链式结线，其优点是供电可靠性高，适宜作高压网的网架，电压质量高，缺点是投资大、经济性差。对于环式结线，其优点是供电可靠性与经济性较高，缺点是运行维护复杂，发生故障及检修时，电压质量差，在检修时供电处于无备用状态，供电可靠性相对降低。对于两端供电的闭式，其优点是供电可靠性高、经济、故障检修时电压质量好，缺点是运行复杂，必须具备两个或两个以上的电源时，才可采用。
城市、农村供电系统具有变配电设备和线路数量大的特点，其结线方式随着供电地区负荷密度和对供电可靠性的要求而不同。城市供电网多采用多端供电的结线方式，农村供电网多采用干线式。
电力系统中各种主要元件相互联接的方式，直接影响电力系统运行的安全性和经济性，对电力系统的设计和运行关系十分密切。在选择电力系统结线方式时，应考虑保证用户供电的可靠性。当电力网中某一部分发生故障时，应由继电保护装置将故障部分迅速切除，以保证系统中其他部分持续运行。对于不容许间断供电的重要用户，应备有双电源供电或多电源供电，能灵活地适应各种可能的运行方式。电力系统的运行方式随着用户负荷和发电厂输出功率的变化而有不同的运行方式。在发电厂、变电站及线路定期检修或事故检修时，运行方式也要变化。电力系统的结线应能适应这些运行方式的变化，而不降低供电可靠性和电能质量；应力求节约设备和材料，减少设备费用和运行费用，使电力网的建设和运行比较经济；应保证各种运行方式下运行人员能安全操作。
电压等级 为了利于电力设备制造和运行维护，并考虑电力系统输送电能的经济性，要求电力系统的电压等级尽量简化，相邻电压之比为2～3较相宜。中国公布的交流送电电压标准为：6、10、35、60、110、154、220、330、500及750千伏。其中6、60及154千伏等级只是暂时保留使用，将不予发展。现用的电压组合为：6～10/35/110/220/500千伏及6～10/35/110/330千伏，正在兴建的直流输电线路的电压等级为±100千伏及±500千伏。
各级电压送电线路的输送能力（送电容量与送电距离）的大致范围如表所示。在制定电力系统规划时，作为初步确定电压等级的依据。

各级电压与送电容量和送电距离的关系

额定 电压 （千伏）	输送功率 （兆瓦）	输送距离 （千米）
3 6 10 35 60 110 220 330 500 750	0.1～1 0.1～1.2 0.2～2 2～10 3.5～30 10～50 100～300 200～500 1000～1500 2000～2500	3～1 15～4 15～6 40～15 100～30 150～50 300～100 600～200 850～150 500以上

中性点接地方式 电力系统中性点接地方式与绝缘水平、通讯干扰、电压等级、单相接地短路电流、过电压水平、保护配置等有密切关系，直接影响系统供电的可靠性与连续性、主变压器运行安全等，因此确定中性点接地方式是一项综合性问题。中性点接地方式有中性点非直接接地与中性点直接接地。
中性点非直接接地 有三种方式：❶中性点不接地（绝缘）系统，在系统中所有变压器和发电机的中性点均不接地，发生单相接地故障时，尚允许继续运行两小时，供电连续性较好。接地电流仅为线路及设备正常运行时电容电流的3倍，可近似地按下式计算：

架空线 I_c＝ U·l/350

电缆 I_c＝ U·l/10

式中 I_c为接地电流（安）; U为线路额定电压（千伏）;l为在电压U下有电气连接的线路总长（公里）。当电压不高且线路不长时，接地电流较小，电弧将可自行熄灭，而消除接地故障。
❷中性点经电阻接地系统，将系统中的中性点经电阻接地不仅减少接地电流，且改变接地电流的相位，加速回路中残余电荷的泄放，促使接地电弧自行熄灭，降低弧光间隙接地过电压，所提供的电流和零序电压，使接地保护可靠地动作。
❸中性点经消弧线圈接地系统，系统的中性点经消弧线圈接地，补偿系统的电容电流，可保证接地电弧瞬间熄灭，以消除弧光间歇接地过电压。
中性点直接接地 将系统的中性点经接地体直接与大地连接。由于过电压较低，绝缘水平可下降。但当系统发生单相接地时，即形成短路，单相短路电流很大，保护装置须迅速动作，切除故障线路或设备，增加了断路器负担，降低供电连续性。
中国220千伏以上电网均为直接接地方式； 154千伏电网为经消弧线圈接地方式； 110千伏电网绝大多数为直接接地方式，但在个别雷电活动较频繁的山岳丘陵地区，也有经消弧线圈接地方式的； 60千伏及以下电网均为非直接接地方式。10千伏以下电网的单相接地电流大于30安和20千伏以上电网大于10安时， 都采用经消弧线圈接地方式， 否则发生单相接地时不能自动消弧。对于发电机或调相机直接相联的3～20千伏电网，单相接地电流不得大于5安。大型发电机一般经电阻接地，单相接地电流限制在2～3安之间。
负荷及负荷曲线 电力系统的负荷为电力系统中众多用电设备消耗功率的总和。又分为动力负荷(异步电动机、电热电炉、整流设备等)与照明负荷（电灯）。综合用电负荷为工农业、交通运输、市政生活等各方面消耗的功率之总和； 供电负荷为综合用电负荷与网损之和，就是发电厂应供出的负荷； 发电负荷为供电负荷与发电厂厂用电之和，就是发电机应发出的功率。按照对供电可靠性的要求，用电负荷分为：Ⅰ类负荷，中断电源将造成人身伤亡或重大的政治、经济损失，并且使生产、生活秩序陷入混乱。Ⅱ类负荷，中断供电将在政治、经济上造成较大损失，使连续生产和正常生活受到影响。Ⅲ类负荷，不属于Ⅰ类、Ⅱ类负荷的其他负荷。
负荷曲线即是某一段时间内负荷随时间变化的曲线。按负荷种类分为有功负荷曲线和无功负荷曲线；按时间段分为日负荷曲线、月负荷曲线和年负荷曲线；按计量地点分为用户、电力线路、变电所、发电机及整个电力系统的负荷曲线（见农村电气化规划）。

电力系统electrical power system

各种类型发电站和广大电力用户之间用输电网路连接而成的整体。在电力系统内，各种电站联合供电，充分发挥各个电站的优点，相互补充，可大大改善各电站的工作条件，提高整个系统的供电可靠性和经济性。以火力发电为主的，称火主系统；水力发电为主的称水主系统；并重的称混合电力系统。电力系统愈大，各种能源可得到更加充分合理的利用，电力供应更加安全、可靠和经济。

电力系统

动力系统的一部分。由发电机、变电所、电能用户等联成的整体。

电力系统

电力系统是指用于产生、输送、变换和分配电能的复杂成套设备和线路。
发电是指生产大量电力供工业、城市居民和农村地区使用。虽然少量电力可以由各种方法生产，包括化学反应 （如电池） 和由发动机带动发电机 （如汽车和飞机中），但是发电是专指发电厂中大规模的电力生产。发电厂是专门为此目的而设计建造的。在这些电厂中的发电机组将水的落差、煤、天然气、石油及原子能燃料等具有的能量转变为电能。大多数的发电机由两种方式驱动，一种是由水轮机驱动以转换水的落差具有的能量； 另一种是由蒸汽和燃气轮机驱动以转换燃料的能量。地热的能量正得到有限地利用，以各种方式进行太阳能利用的研究工作取得进展。发电厂通过输电和配电系统互相连接，对一定地区或区域中的负荷供电。输电系统将电力有效地、大量地输送到用户地区。这种输电线路用于同邻近的电力系统进行并网连接，以便在紧急情况时互相支援，并且使并网的系统在区域运行中得到尽可能多的经济效益。输电线路运行电压可设计成高达765千伏，这取决于输送功率的大小及距离，线路的许用电力负荷是由许多因素决定的。例如，导线的温度极限和导线对地的净高度； 发送端至接收端间的电压降和系统供电的可靠程度； 以及线路中需要保持多少不同的发电厂同步等。输电工程师期望使用更高的输送电压，但这存在着许多困难。它不仅是经费问题，而且线路的绝缘要经受得起断路器动作所引起的电压电涌。噪声级，特别在雨天和潮湿的气候条件下将是很高的，需要有一个宽阔的缓冲地带。现在环境问题已经提到议事日程，这就是在超高压输电作用下产生的静电场对生物所引起的不良影响问题。
当系统逐渐变大，发电机组的数目和容量不断增加，而且输电电网在不断扩展时，单独的电力系统通过严格协调的并网连接，使大型电力系统得到相当高的可靠性。电力系统中并网容量的增加，减少了各单个系统所需的发电储备，在大多数电力公司中，负荷损失概率被用于衡量供电的可靠性。习惯上，系统被设计成能承受所有可能发生的偶然事故，操作者很少需要为可能发生的无法预料的停电事故担心。然而，并网范围越大，发电机组容量越大和系统发展越快，则突然故障的瞬时影响将传播越广，而且操作者对系统安全的责任将越大。
多数电力系统具有计算机处理的能源中心，它的作用是控制系统运行以达到最佳的经济和安全效果。新的发电机中心现已使用数字计算机或混合式的模拟机数字计算机，这对因线路损失、机器效率以及燃料成本变化等引起的成本提高系数的计算是很有价值的。它可以使电力成本降至最小。现代化的系统也包括预测程序，它能够定时地起停现有的发电机组，使运行经济性达到最优化并能建立所要的维持时间表。
变电所是电力系统中尤为关键的，通变电所把输送线路输送的电力电压下降到工业和民用较适用的数值。具体地说，变电所有以下的作用：
❶发电机、输电线或配电线以及负荷之间的连接；
❷电力从一种电压级至另一种电压级的变换；
❸各种电源的并网；
❹转向不同的线路以及对事故和过载的线路设备进行隔离；
❺系统电压和功率流的控制；
❻无功功率的补偿；
❼过电压的抑制；
❽故障探测、监视、信息记录、功率测量和远距离通讯。变电所是按它们承担的任务来分类的。一般来说，分为输电变电所和配电变电所，前者使用高电压，后者使用低电压。变电所中基本设备包括断路器、开关、变压器、避雷器和其他保护设备、仪表、控制设备，以及其他有关电力系统专业的设备。
配电指从大电力变电所获得电力，并输送到用户配电权的这部分电力系统。它包括配电变电所，给配电变电所馈电的辅助输电线路，从配电变电所一直延伸到每一街巷的初级线路、配电变压器、次级线路、房屋供电用引线环路、仪表设备、街道和公路照明，以及各种各样的附属设备。在居民和商业区内位置方便的配电变压器上，线电压降到次级低电压，从次级再引出线路给用户供电。

电力系统

由发电厂、电力网和电力用户组成的整体，是将一次能源转换成电能并输送、分配到用户的统一动力系统。

电力系统

power system

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电力系统

electric power system