一、電力系統(tǒng)的構(gòu)成

一個(gè)完整的電力系統(tǒng)由分布各地的各種類型的發(fā)電廠、升壓和降壓變電所、輸電線路及電力用戶組成，它們分別完成電能的生產(chǎn)、電壓變換、電能的輸配及使用。

電力系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)：

電能不能大量存儲(chǔ);各環(huán)節(jié)組成的統(tǒng)一整體不可分割;過(guò)渡過(guò)程非常迅速(百分之幾秒到十分之幾秒);電力系統(tǒng)的地區(qū)性特點(diǎn)較強(qiáng);對(duì)電能質(zhì)量的要求頗為嚴(yán)格;與國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門和人民生活關(guān)系極其密切。

電力系統(tǒng)的組成示意圖 ：

電網(wǎng)電壓是有等級(jí)的，電網(wǎng)的額定電壓等級(jí)是根據(jù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要、技術(shù)經(jīng)濟(jì)的合理性以及電氣設(shè)備的制造水平等因素，經(jīng)全面分析論證，由國(guó)家統(tǒng)一制定和頒布的。

1.用電設(shè)備

用電設(shè)備的額定電壓和電網(wǎng)的額定電壓一致。實(shí)際上，由于電網(wǎng)中有電壓損失，致使各點(diǎn)實(shí)際電壓偏離額定值。為了保證用電設(shè)備的良好運(yùn)行，國(guó)家對(duì)各級(jí)電網(wǎng)電壓的偏差均有嚴(yán)格規(guī)定。顯然，用電設(shè)備應(yīng)具有比電網(wǎng)電壓允許偏差更寬的正常工作電壓范圍。

2.發(fā)電機(jī)

發(fā)電機(jī)的額定電壓一般比同級(jí)電網(wǎng)額定電壓高出5%，用于補(bǔ)償電網(wǎng)上的電壓損失。

3.變壓器

變壓器的額定電壓分為一次和二次繞組。對(duì)于一次繞組，當(dāng)變壓器接于電網(wǎng)末端時(shí)，性質(zhì)上等同于電網(wǎng)上的一個(gè)負(fù)荷(如工廠降壓變壓器)，故其額定電壓與電網(wǎng)一致，當(dāng)變壓器接于發(fā)電機(jī)引出端時(shí)(如發(fā)電廠升壓變壓器)，則其額定電壓應(yīng)與發(fā)電機(jī)額定電壓相同。對(duì)于二次繞組，額定電壓是指空載電壓，考慮到變壓器承載時(shí)自身電壓損失(按5%計(jì))，變壓器二次繞組額定電壓應(yīng)比電網(wǎng)額定電壓高5%，當(dāng)二次側(cè)輸電距離較長(zhǎng)時(shí)，還應(yīng)考慮到線路電壓損失(按5%計(jì))，此時(shí)， 二次繞組額定電壓應(yīng)比電網(wǎng)額定電壓高10%。

二、電力系統(tǒng)的額定電壓

電網(wǎng)電壓是有等級(jí)的，電網(wǎng)的額定電壓等級(jí)是根據(jù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要、技術(shù)經(jīng)濟(jì)的合理性以及電氣設(shè)備的制造水平等因素，經(jīng)全面分析論證，由國(guó)家統(tǒng)一制定和頒布的。

1.用電設(shè)備

用電設(shè)備的額定電壓和電網(wǎng)的額定電壓一致。實(shí)際上，由于電網(wǎng)中有電壓損失，致使各點(diǎn)實(shí)際電壓偏離額定值。為了保證用電設(shè)備的良好運(yùn)行，國(guó)家對(duì)各級(jí)電網(wǎng)電壓的偏差均有嚴(yán)格規(guī)定。顯然，用電設(shè)備應(yīng)具有比電網(wǎng)電壓允許偏差更寬的正常工作電壓范圍。

2.發(fā)電機(jī)

發(fā)電機(jī)的額定電壓一般比同級(jí)電網(wǎng)額定電壓高出5%，用于補(bǔ)償電網(wǎng)上的電壓損失。

3.變壓器

變壓器的額定電壓分為一次和二次繞組。對(duì)于一次繞組，當(dāng)變壓器接于電網(wǎng)末端時(shí)，性質(zhì)上等同于電網(wǎng)上的一個(gè)負(fù)荷(如工廠降壓變壓器)，故其額定電壓與電網(wǎng)一致，當(dāng)變壓器接于發(fā)電機(jī)引出端時(shí)(如發(fā)電廠升壓變壓器)，則其額定電壓應(yīng)與發(fā)電機(jī)額定電壓相同。對(duì)于二次繞組，額定電壓是指空載電壓，考慮到變壓器承載時(shí)自身電壓損失(按5%計(jì))，變壓器二次繞組額定電壓應(yīng)比電網(wǎng)額定電壓高5%，當(dāng)二次側(cè)輸電距離較長(zhǎng)時(shí)，還應(yīng)考慮到線路電壓損失(按5%計(jì))，此時(shí)， 二次繞組額定電壓應(yīng)比電網(wǎng)額定電壓高10%。

三、電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)運(yùn)行方式

在電力系統(tǒng)中，當(dāng)變壓器或發(fā)電機(jī)的三相繞組為星形聯(lián)結(jié)時(shí)，其中性點(diǎn)可有兩種運(yùn)行方式：中性點(diǎn)接地和中性點(diǎn)部接地。中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)稱為大電流接地系統(tǒng)，中性點(diǎn)不接地和中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈(或電阻)接地的系統(tǒng)稱為小電流接地系統(tǒng)。中性點(diǎn)的運(yùn)行方式主要取決于單相接地時(shí)電氣設(shè)備絕緣要求及供電可靠性。圖1-2列出了常用的中性點(diǎn)運(yùn)行方式。圖中，電容C為輸電線路對(duì)地分布電容。

中性點(diǎn)直接接地方式：當(dāng)發(fā)生一相對(duì)地絕緣破壞時(shí)，即構(gòu)成單相短路，供電中斷，可靠性降低。但是，該方式下非故障相對(duì)地電壓不變，電氣設(shè)備絕緣水平可按相電壓考慮。此外，在380/220V低壓供電系統(tǒng)中，線對(duì)地電壓為相電壓，可接入單相負(fù)荷。

中性點(diǎn)不接地方式：當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，線電壓不變，而非故障相對(duì)地電壓升高到原來(lái)相電壓的√3倍，供電不中斷，可靠性高。

四、供電質(zhì)量的主要指標(biāo)

決定用戶供電質(zhì)量的指標(biāo)為電壓、頻率和可靠性。

1.電壓

理想的供電電壓應(yīng)該是幅值恒為額定值的三相對(duì)稱正弦電壓。由于供電系統(tǒng)存在阻抗、用電負(fù)荷的變化和用電負(fù)荷的性質(zhì)等因素，實(shí)際供電電壓無(wú)論是在幅值上、波形上還是三相對(duì)稱性上都與理想電壓之間存在著偏差。

(1)電壓偏差：電壓偏差是指電網(wǎng)實(shí)際電壓與額定電壓之差，實(shí)際電壓偏高或偏低對(duì)用電設(shè)備的良好運(yùn)行都有影響。

(2)電壓波動(dòng)和閃變：電網(wǎng)電壓的均方根值隨時(shí)間的變化稱為電壓波動(dòng)，由電壓波動(dòng)引起的燈光閃爍對(duì)人眼腦的刺激效應(yīng)稱為電壓閃變。當(dāng)電弧爐等大容量沖擊性負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，劇烈變化的負(fù)荷電流將引起線路壓降的變化，從而導(dǎo)致電網(wǎng)發(fā)生電壓波動(dòng)。

(3)高次諧波：當(dāng)電網(wǎng)電壓波形發(fā)生非正弦畸變時(shí)，電壓中出現(xiàn)高次諧波。高次諧波的產(chǎn)生，除電力系統(tǒng)自身背景諧波外，在用戶方面主要由大功率變流設(shè)備、電弧爐等非線性用電設(shè)備所引起。高次諧波的存在降導(dǎo)致供電系統(tǒng)能耗增大、電氣設(shè)備絕緣老化加快，并且干擾自動(dòng)化裝置和通信設(shè)施的正常工作。

(4)三相不對(duì)稱：三相電壓不對(duì)稱指三個(gè)相電壓的幅值和相位關(guān)系上存在偏差。三相不對(duì)稱主要由系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)不對(duì)稱、三相用電負(fù)荷不對(duì)稱等因素引起。供電系統(tǒng)的不對(duì)稱運(yùn)行，對(duì)用電設(shè)備及供配電系統(tǒng)都有危害，低壓系統(tǒng)的不對(duì)稱運(yùn)行還會(huì)導(dǎo)致中性點(diǎn)偏移，從而危及人身和設(shè)備安全。

2.頻率

我國(guó)規(guī)定的電力系統(tǒng)標(biāo)稱頻率(俗稱工頻)為50Hz，國(guó)際上標(biāo)稱頻率有50Hz和60Hz兩種。由電力系統(tǒng)供電的交流用電設(shè)備的工作頻率應(yīng)與電力系統(tǒng)頻率相一致。為了達(dá)到某種特殊目的，有的用電設(shè)備需在其它頻率下工作，則可配以專用變頻電源供電，如高頻加熱、電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速等。

當(dāng)電能供需不平衡時(shí)，系統(tǒng)頻率會(huì)偏離其標(biāo)稱值。頻率偏差不僅影響用電設(shè)備的工作狀態(tài)、產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，更重要的影響到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

用戶供電系統(tǒng)的電壓頻率是由電力系統(tǒng)保證的。我國(guó)國(guó)標(biāo)規(guī)定，電力系統(tǒng)正常頻率偏差允許值為±0.2Hz，當(dāng)系統(tǒng)容量較小時(shí)，偏差值可以放到±0.5Hz。

3.可靠性

可靠性即根據(jù)用電負(fù)荷的性質(zhì)和突然中斷其供電在政治或經(jīng)濟(jì)上造成損失和影響的程度，對(duì)用電設(shè)備提出的不允許中斷供電的要求。按照供電可靠性要求，用電負(fù)荷分為下列三級(jí)：

(1)一級(jí)負(fù)荷：突然停電將造成人身傷亡，或在經(jīng)濟(jì)上造成重大損失，或在政治上造成重大不良影響者。如重要交通和通信樞紐用電負(fù)荷、重點(diǎn)企業(yè)中的重大設(shè)備和連續(xù)生產(chǎn)線、政治和外事活動(dòng)中心等。

(2)二級(jí)負(fù)荷：突然停電將在經(jīng)濟(jì)上造成較大損失，或在政治上造成不良影響者。如突然停電將造成主要設(shè)備損壞或大量產(chǎn)品報(bào)廢或大量減產(chǎn)的工廠用電負(fù)荷，交通和通信樞紐用電負(fù)荷，大量人員集中的公共場(chǎng)所等。

(3)三級(jí)負(fù)荷：不屬于一級(jí)和二級(jí)負(fù)荷者。

五、電氣主接線方式

主接線圖(亦稱原理接線圖)表示電能由電源分配給用戶的主要電路，圖中表示出所有的電氣設(shè)備及其聯(lián)接關(guān)系。

1、母線制

常用的母線制主要有三種：?jiǎn)文妇€制、單母線分段制和雙母線制，工廠供電系統(tǒng)一般不采用雙母線制。

1)單母線

單母線制如下圖所示，一般用于只有一回進(jìn)線的情況。

2)單母線分段制

六、電力系統(tǒng)的穩(wěn)定

(1)電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)受到小干擾后不發(fā)生非周期性失步，自動(dòng)恢復(fù)到起始運(yùn)行狀態(tài)。

(2)電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定是指系統(tǒng)在某種運(yùn)行方式下突然受到大的擾動(dòng)后，經(jīng)過(guò)一個(gè)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程達(dá)到新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)或回到原來(lái)的穩(wěn)定狀態(tài)。

(3)電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)受到干擾后不發(fā)生振幅不斷增大的振蕩而失步。主要有：電力系統(tǒng)的低頻振蕩、機(jī)電耦合的次同步振蕩、同步電機(jī)的自激等。

(4)電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)維持負(fù)荷電壓于某一規(guī)定的運(yùn)行極限之內(nèi)的能力。它與電力系統(tǒng)中的電源配置、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行方式、負(fù)荷特性等因素有關(guān)。當(dāng)發(fā)生電壓不穩(wěn)定時(shí)，將導(dǎo)致電壓崩潰，造成大面積停電。

(5)頻率穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)維持系統(tǒng)頻率與某一規(guī)定的運(yùn)行極限內(nèi)的能力。當(dāng)頻率低于某一臨界頻率，電源與負(fù)荷的平衡將遭到徹底破壞，一些機(jī)組相繼退出運(yùn)行，造成大面積停電，也就是頻率崩潰。

七、電力系統(tǒng)的負(fù)荷

電力系統(tǒng)的負(fù)荷大致分為：同步電動(dòng)機(jī)負(fù)荷;異步電動(dòng)機(jī)負(fù)荷;電爐、電熱負(fù)荷;整流負(fù)荷;照明用電負(fù)荷;網(wǎng)絡(luò)損耗負(fù)荷等類型。

1)有功負(fù)荷的頻率特性：

同(異)步電動(dòng)機(jī)的有功負(fù)荷：與頻率變化的關(guān)系比較復(fù)雜，與其所驅(qū)動(dòng)的設(shè)備有關(guān)。

當(dāng)所驅(qū)動(dòng)的設(shè)備是：球磨機(jī)、切削機(jī)床、往復(fù)式水泵、壓縮機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)等設(shè)備時(shí)，與頻率的一次方成正比。

當(dāng)所驅(qū)動(dòng)的設(shè)備是：通風(fēng)機(jī)、靜水頭阻力不大的循環(huán)水泵等設(shè)備時(shí)，與頻率的三次方成正比。

當(dāng)所驅(qū)動(dòng)的設(shè)備是：靜水頭阻力很大的給水泵等設(shè)備時(shí)，與頻率的高次方成正比。

電爐、電熱;整流;照明用電設(shè)備的有功負(fù)荷：與頻率變化基本上無(wú)關(guān)。

網(wǎng)絡(luò)損耗的有功負(fù)荷：與頻率的平方成正比。

2)有功負(fù)荷的電壓特性：

同(異)步電動(dòng)機(jī)的有功負(fù)荷：與電壓基本上無(wú)關(guān)(異步電動(dòng)機(jī)滑差變化很小)。

電爐、電熱;整流;照明用電設(shè)備的有功負(fù)荷：與電壓的平方成正比(其中：照明用電負(fù)荷與電壓的1.6次方成正比，為簡(jiǎn)化計(jì)算，近似為平方關(guān)系)。

網(wǎng)絡(luò)損耗的有功負(fù)荷：與電壓的平方成反比(其中：變壓器的鐵損與電壓的平方成正比，因所占比例很小，可忽略)。

3)無(wú)功負(fù)荷的電壓特性：

異步電動(dòng)機(jī)和變壓器是系統(tǒng)中無(wú)功功率主要消耗者，決定著系統(tǒng)的無(wú)功負(fù)荷的電壓特性。其無(wú)功損耗分為兩部分：勵(lì)磁無(wú)功功率與漏抗中消耗的無(wú)功功率。勵(lì)磁無(wú)功功率隨著電壓的降低而減小,漏抗中的無(wú)功損耗與電壓的平方成反比,隨著電壓的降低而增加。

輸電線路中的無(wú)功損耗與電壓的平方成反比,而充電功率卻與電壓的平方成正比。

照明、電阻、電爐等因?yàn)椴幌臒o(wú)功,所以沒(méi)有無(wú)功負(fù)荷電壓靜態(tài)特性。