4 电气工程基础北京建筑工程学院

电气工程与自动化系李英姿

2004 年 3 月

欢迎下载 -共同进步全国注册电气工程师考试——专业基础部分

4.1 电力系统基本知识 考试大纲1.1 了解电力系统运行特点和基本要求1.2 掌握电能质量的各项指标1.3 了解电力系统中各种结线方式及特点1.4 掌握我国规定的网络额定电压与发电机、变压器等元件的额定电压1.5 了解电力网络中性点运行方式及对应的电压等级

4.1.1 电力系统运行特点和基本要求 1 ．电力系统的组成 由发电厂的发电机、升压及降压变电设备、电力网及电能用户（用电设备）组成的系统统称为电力系统。 （ 1 ）发电厂：生产电能。 （ 2）电力网：变换电压、传送电能。 由变电所和电力线路组成。 （ 3 ）配电系统：将系统的电能传输给电力用户。 （ 4 ）电力用户：高压用户额定电压在 1kV以上，低 压用户额定电压在 1kV以下。 （ 5 ）用电设备：消耗电能。

4.1.1 电力系统运行特点和基本要求 2 ．电能的特点 （ 1 ）电能不能储存 电能的生产、输送、分配和使用同时完成。 （ 2 ）暂态过程非常迅速 电能以电磁波的形式传播，传播速度为 300km ／ ms 。 （ 3 ）和国民经济各部门间的关系密切 。

4.1.1 电力系统运行特点和基本要求

3 ．对电力系统提出的要求 （ 1 ）保证供电可靠性 （ 2 ）保证电能质量 （ 3 ）提高电力系统运行的经济性 （ 4）环境保护问题

4.1.2 衡量电能质量的指标 1 ．电压偏差（移） 电压偏差（移）指当供配电系统改变运行方式或负荷缓慢地变化使供配电系统各点的电压也随之改变，各点的实际电压与系统额定电压之差，通常用与系统额定电压的百分比值数表示。用公式表示为

（ 4-1-1 ）

式中 ——用电设备的额定电压， kV ； —— 用电设备的实际端电压， kV 。

%100%

N

N

UUUU

NU

U

4.1.2 衡量电能质量的指标 2 ．电压波动 一系列的电压变动或电压包络线的周期性变动，电压的最大值与最小值之差与系统额定电压的比值以百分数表示，其变化速度等于或大于每秒 0.2 ％时称为电压波动。波动的幅值为： （ 4-1-2 ）式中 ——用电设备端电压的最大波动值， kV ； —— 用电设备端电压的最小波动值， kV 。

%100% minmax

NUUUU

maxU

minU

4.1.2 衡量电能质量的指标 3 ．电压闪变 负荷急剧的波动造成供配电系统瞬时电压升高，照度随之急剧变化，使人眼对灯闪感到不适，这种现象称为电压闪变。 4 ．不对称度 不对称度是衡量多相负荷平衡状态的指标，多相系统的电压负序分量与电压正序分量之比值称为电压的不对称度，电流负序分量与电流正序分量之比值称为电流的不对称度，均以百分数表示。

4.1.2 衡量电能质量的指标 5 ．正弦波形畸变率 当网络电压波形中出现谐波（有时为非谐波）时网络电压波形就要发生畸变。谐波干扰是由于非线性系统引起的。它产生出不同于网络频率的电压波，或者具有非正弦形的电流波。 （ 1 ） n 次谐波电压、电流含有率 （ 4-1-3 ）

%1001

UU

HRU nn

%1001

II

HRI nn

4.1.2 衡量电能质量的指标 5 ．正弦波形畸变率 （ 2 ）电压、电流总谐波畸变率

（ 4-1-4 ）式中 、 —— n 次谐波电压、电流的方均根值， kV 、 A ； 、 ——基波电压（ 50Hz ）、电流的方均根值， kV 、 A 。

%100%1001

2

2

2

2

1

U

U

UU

THD nn

n

nu ）（

%100%1001

2

2

2

2

1

I

I

II

THD nn

n

ni ）（

nU nI

1U 1I

4.1.2 衡量电能质量的指标（ 3 ）谐波电压的总平均畸变系数

（ 4-1-5 ）式中 ——谐波电压的总平均畸变系数； —— 变化时间， ＝ 3s ； ——n 次谐波电压的方均根值， kV ；

tt

t nn dttU

t 2

21 ）（

t tnU

4.1.2 衡量电能质量的指标 6 ．频率偏差 频率偏差是指供电的实际频率与电网的额定频率的差值。 我国电网的标准频率为 50Hz ，又叫工频。 频率偏差一般不超过 ±0.25Hz ，当电网容量大于 3000MW 时，频率偏差不超过 ±0.2Hz 。 调整频率的办法是增大或减小电力系统发电机有功功率。

4.1.2 衡量电能质量的指标 7 ．供电可靠性 供电可靠性指标是根据用电负荷的等级要求制定的。 衡量供电可靠性的指标，用全年平均供电时间占全年时间百分数表示。

4.1.3 电网接线方式与特点 电力系统的接线方式大致分为两大类： （ 1 ）无备用电源接线 （ 2 ）有备用电源接线 具体表现型式有 （ 1 ）放射式 （ 2 ）树干式 （ 3 ）混合式 （ 4 ）环网式

4.1.3 电网接线方式与特点 1 ．无备用接线（开式电力网）方式 无备用接线包括： （ 1 ）单回放射式 （ 2 ）树干式 （ 3 ）链式网络

a）放射式 b）干线式 c）链式

4.1.3 电网接线方式与特点 2 ．有备用接线（闭式电力网）方式 有备用接线方式包括 （ 1 ）双回放射式 （ 2 ）树干式 （ 3 ）链式 （ 4 ）环式 （ 5 ）两端供电网络

a）放射式 b）干线式 c）链式 d）环式 e）两端供电网络

4.1.3 电网接线方式与特点 有备用接线的双回放射式、树干式和链式网络用于一、二级负荷。 环式接线，供电经济、可靠，但运行调度复杂，线路发生故障切除后，由于功率重新分配，可能导致线路过载或电压质量降低。 两端供电接线方式必须有两个独立的电源。

4.1.4 额定电压 1. 电网的额定电压 线路首末两端电压的平均值应等于电网额定电压。 此电压做为确定其他电力设备额定电压的依据。 2. 用电设备的额定电压 用电设备的额定电压等于电网额定电压。 3. 发电机的额定电压 发电机的额定电压规定比同级电网电压高 5 ％。补偿电压损失。

4.1.4 额定电压 4. 电力变压器的额定电压 电力变压器的一次绕组的额定电压根据连接情况不同分为两种：当变压器直接与发电机相连时，其一次绕组的额定电压与发电机的额定电压相同，即高出同级电网额定电压 5 ％； 当变压器直接与电网相连时，其一次绕组的额定电压与电网的额定电压相同，即等于同级电网额定电压。

4.1.4 额定电压 电力变压器的二次绕组的额定电压是指一次绕组在额定电压作用下，二次绕组的空载电压。 当变压器满载时，变压器的一、二次绕组的阻抗将引起变压器自身的电压降（大约相当于电网额定电压的 5％），从而使二次绕组的端电压小于空载电压。为了弥补线路中的电压损失，变压器的二次绕组的额定电压应高于电网额定电压 5 ％，因此变压器二次绕组的额定电压规定比同级电网额定电压高 10 ％； 若变压器靠近用户，供电半径较小时，由于线路较短，线路的电压损失可以忽略不计，这时变压器的二次绕组的额定电压应高于电网额定电压 5 ％，用以补偿变压器自身的电压损失。

4.1.5 电力系统的中性点运行方式 1 ．中性点不接地系统 系统中性点不接地是指系统中性点对地绝缘。当系统发生单相接地故障后系统的三相对称关系并未破坏，仅中性点及各相对地电压发生变化，中性点的电压上升到相电压，非故障相对地电压值增大为倍相电压，故对于该中性点不接地系统可以带故障继续运行 2 小时。故障相接地点的对地故障电流为正常运行时对地电容电流的 3倍。 在我国配电网电压在 10～ 35kV 之间的架空线路多采用此接地方式。

4.1.5 电力系统的中性点运行方式 2 ．中性点直接接地系统 系统中性点经一无阻抗（金属性）接地线接地的方式成为中性点直接接地。 此接地系统一般应用在接有单相负载的低压（ 380/220V ）配电系统和电力系统高压（ 110kV 以上）输电线路上。

4.1.5 电力系统的中性点运行方式 3 ．中性点经阻抗接地系统 在系统中性点与大地之间用一阻抗相连的接地方式称为中性点经阻抗接地。根据接地电阻器电阻值的大小，接地系统分为高电阻接地和低电阻接地。 （ 1 ）高电阻接地：此种方式接地电流较小，通常在 5～ 10A范围内，但至少应等于系统对地的总电容电流。保护方式需要配合接地指示器或警报器，保证故障时线路立即跳脱。 （ 2 ）低电阻接地：增大接地短路电流，使保护迅速动作，切除故障线路。电阻值的大小，必须使系统具有足够的最小接地故障电流（大约 400A 以上），保证接地继电器准确动作。 目前我国大城市 10kV 配电网的接地方式大多采用经低电阻接地的方式。

思考题、习题 1-1 ．电力网、电力系统和动力系统的定义是什么？ 1-2 ．对电力系统运行的基本要求是什么？ 1-3 ．电力系统的电气接线图和地理接线图有何区别？1-4 ．何为电力系统的中性点？其运行方式如何？它们有什么特点？我国电力系统中性点运行情况如何？1-5 ．中性点不接地的电力系统发生单相接地故障时，各相对地电压有什么变化？单相接地电流的性质如何？怎样计算？1-6 ．消弧线圈的工作原理是什么？补偿方式有哪些？电力系统一般采用哪种补偿方式？为什么？

思考题、习题 1-7 ．电力系统的额定电压是如何确定的？系统各元件的额定电压如何确定？ 1-8．目前我国电力系统的额定电压等级有哪些？额定电压等级选择确定原则有哪些？ 1-9．电力系统的接线方式有哪些？各自的优、缺点有哪些？ 1-10 ．联合电力系统的优越性有哪些？1-11 ．某一 60kV 电力线路长为 100km ，每相导线对地电容为 0.005μF/km ，当电力线路末端发生单相接地故障时，试求接地电容电流值（ 60kV 系统中性点经消弧线圈接地）。 (解答 Id=16.324 A)

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