电能系统基础
河海大学电气工程学院 陈星莺 廖迎晨
第一章 电能系统概论
概述
电能系统负荷
电能系统的电压等级
输电线路
电能系统的电气连接方式
三相电能系统中性点运行方式
电能系统的运行特点和基本要求
安全接地
1.1 概述
电气技术的发展与电力系统的形成
我国电力工业及电力系统的发展
电能系统与电力系统的定义
发电厂、变电所、电力网概述
电气技术的发展
与电力系统的形成（ 1）
电磁学的发展与电气技术的形成：
1820年奥斯特证实电流的磁效应,1831年法拉
第发现电磁感应定律；
1882年德波里实现较高电压的直流输电；
1891年德国工程师奥斯卡拉主持建立了三相交流
输电系统
电气技术的发展
与电力系统的形成（ 2）
近代电力系统的发展历程 （ 提高输电电压，
增大输送功率和输送距离，减少线路损耗）,
1906年,110~120kV；
20世纪 20~50年代,200~220kV,330~500kV；
交直流传输，引入电子技术，超过 1000kV；
电气技术的发展
与电力系统的形成（ 3）
21世纪的电力系统发展趋势：
能源开发与环境保护的协调；
电源结构的优化配置；
灵活交流输电与新型直流输电；
现代能量管理系统；
电能质量新标准；
电力市场
我国电力工业
及电力系统的发展（ 1）
发展方向：优化火电结构、优先发展水电、适当
发展核电、积极利用新能源。
我国电力工业的发展：
1882年 4月，英国人利特尔成立上海电光公司，
在南京路上创办了中国第一座发电厂。 1949年，总装
机容量为 1849MW，发电量仅有 43亿 kW.h。
1998年末，总装机容量为 277GW，发电量为
11577亿 kW.h，有大亚湾和秦山两座核电站。
我国电力工业
及电力系统的发展（ 2）
我国电力系统的发展：
时间 规模 电压 /kV 输电距离 /km
1950~1960 城网 35～ 110 50～ 100
1960~1970 省网 220 100～ 300
1970~1989 区域网 220～ 330 300～ 600
1990~2010 大区互联 500 500～ 1500
2010~2030 全国联网 500～ 750 1000～ 2000
电能系统与电力系统的定义
动力系统：
转化, 分配和应用电能, 热能, 动能等各种能量的
全部环节 。
电能系统：
生产, 输送, 转换的能量主要部分是电能 。
电力系统：
电能系统中的电气部分 。
电力网：
发电机和用电之间属于输送和分配电能的中间环节 。
电能系统、电力系统、电力网示意图
发电厂、变电所、电力网（ 1）
发电厂
电能系统的电源, 把不同种类的一次能源转换成电
能 。 （ 火力发电厂, 水力发电厂, 核动力发电厂 ）
1.火电厂
燃料化学能 锅炉 热能 汽轮机 机械能
发电机 电能
2.水电厂
水能 水轮机 机械能 发电机 电能
3.核电厂
重核裂变能 核蒸汽发生系统 热能 汽 轮 机
机械能 发电机 电能
发电厂、变电所、电力网（ 2）
电力网 （ 电力线路和变电所 ）
1,地方电力网, U<=110kV,L<100km；
2,区域电力网, 110~220kV；
3.超高压远距离输电网络,
330kV或 550kV,联系几个区域电力网形成大
型联合系统 。
发电厂、变电所、电力网（ 3）
变电所
汇集电源, 升降电压, 分配电能 。
1.枢纽变电所,220~500kV；
2.中间变电所,110~220kV；
3.终端变电所,35~110kV。
发电厂、变电所、电力网（ 4）
1.2 电能系统负荷
负荷
各种用电设备从电力系统中取用的功率或电能 。
1.一级负荷, 供电中断将造成人员伤亡, 政治极坏影响,
重大经济损失, 社会混乱 。
2.二级负荷, 供电中断将造成政治不好影响, 较大经济
损失, 社会生活的正常规律被打乱 。
3.三级负荷, 停电时不会造成较大影响 。
负荷曲线
电力负荷大小随时间变化的图形 。 主要用于计划和
分配各发电厂的发电任务；确定系统装机容量, 安排
主要设备检修计划 。
1.日负荷曲线
2.年负荷曲线
负荷曲线
t
WP t
av ?
m axP
PK av
L ?
m a x
m a x P
WT a? （ 反映了设备利用的程度和用户负荷平稳的程度 ）
1.3 电能系统的电压等级
我国：西北 330/110/35/10KV；
东北采用 500/220/63/10KV；
其它地区采用 500/220/110/35/10KV；
低压常用 0.38/0.22KV。
为使电力工业和电工制造业的生产标准化, 系列
化和统一化, 制定的有关于额定电压等级的标准 。
1.4 输电线路
架空线路 （ 导线, 避雷线, 绝缘子, 金具和杆塔 ）,
1,导线和避雷线,
裸线 （ 高压输电线 ） 和绝缘导线 （ 低压线路 ） 。
型号 有材料, 结构和截 面积三部 分表示 。 如 LGJ－
120表示为 120mm2的钢芯铝绞线 。
2.杆塔,支撑导线 。
3.绝缘子,支撑和悬挂导线并使导线与杆塔绝缘 。
4.金具,连接导线和绝缘子所使用的金属部件 。
电力电缆 （ 导线, 绝缘层和保护层 ）
1.6 电能系统的电气连接方式
1,电能系统的接线图
电气接线图 （ 电气设备之间的联系 ） ；
地理接线图 （ 各厂站之间的相对位置 ） 。
２, 电能系统的接线方式
无备用电源接线 （ 单回放射式, 树干式, 链式网
络 ） ；
有备用电源接线 （ 双回放射式, 树干式, 链式, 环
式及两端供电网络 ） 。
1.7 三相电能系统中性点
运行方式
小接地电流系统：
中性点不接地 （ 10～ 35kV ） 系统；
中性点经消弧线圈接地 （ 10～ 63kV ） 系统；
大接地电流系统：
中 性 点 直 接 接 地 （ 110kV 及以上系统,
380/220V三相四线低压系统 ） 。
中性点,
发电机，变压器。
1.8 电能系统的运行特点
与基本要求
运行特点：
电能不易贮存 ;
暂态过程十分短暂 ;
电能和国民经济各部门及人民生活密切 ;
基本要求：
安全可靠 ;
电能质量 （ 电压, 频率, 谐波 ） ;
经济性 ;
环境保护 。
1.10 安全接地
电流对人体的危害：
电伤：电流流过人体时，造成人体外部组织局部
伤害的现象。
电击：电流流过人体时, 造成人体内部组织破坏
的现象 。
我国规定不超过 1S的 安全电流为 30mA(50HZ).
保护接地的基本概念
河海大学电气工程学院 陈星莺 廖迎晨
第一章 电能系统概论
概述
电能系统负荷
电能系统的电压等级
输电线路
电能系统的电气连接方式
三相电能系统中性点运行方式
电能系统的运行特点和基本要求
安全接地
1.1 概述
电气技术的发展与电力系统的形成
我国电力工业及电力系统的发展
电能系统与电力系统的定义
发电厂、变电所、电力网概述
电气技术的发展
与电力系统的形成（ 1）
电磁学的发展与电气技术的形成：
1820年奥斯特证实电流的磁效应,1831年法拉
第发现电磁感应定律；
1882年德波里实现较高电压的直流输电；
1891年德国工程师奥斯卡拉主持建立了三相交流
输电系统
电气技术的发展
与电力系统的形成（ 2）
近代电力系统的发展历程 （ 提高输电电压，
增大输送功率和输送距离，减少线路损耗）,
1906年,110~120kV；
20世纪 20~50年代,200~220kV,330~500kV；
交直流传输，引入电子技术，超过 1000kV；
电气技术的发展
与电力系统的形成（ 3）
21世纪的电力系统发展趋势：
能源开发与环境保护的协调；
电源结构的优化配置；
灵活交流输电与新型直流输电；
现代能量管理系统；
电能质量新标准；
电力市场
我国电力工业
及电力系统的发展（ 1）
发展方向：优化火电结构、优先发展水电、适当
发展核电、积极利用新能源。
我国电力工业的发展：
1882年 4月，英国人利特尔成立上海电光公司，
在南京路上创办了中国第一座发电厂。 1949年，总装
机容量为 1849MW，发电量仅有 43亿 kW.h。
1998年末，总装机容量为 277GW，发电量为
11577亿 kW.h，有大亚湾和秦山两座核电站。
我国电力工业
及电力系统的发展（ 2）
我国电力系统的发展：
时间 规模 电压 /kV 输电距离 /km
1950~1960 城网 35～ 110 50～ 100
1960~1970 省网 220 100～ 300
1970~1989 区域网 220～ 330 300～ 600
1990~2010 大区互联 500 500～ 1500
2010~2030 全国联网 500～ 750 1000～ 2000
电能系统与电力系统的定义
动力系统：
转化, 分配和应用电能, 热能, 动能等各种能量的
全部环节 。
电能系统：
生产, 输送, 转换的能量主要部分是电能 。
电力系统：
电能系统中的电气部分 。
电力网：
发电机和用电之间属于输送和分配电能的中间环节 。
电能系统、电力系统、电力网示意图
发电厂、变电所、电力网（ 1）
发电厂
电能系统的电源, 把不同种类的一次能源转换成电
能 。 （ 火力发电厂, 水力发电厂, 核动力发电厂 ）
1.火电厂
燃料化学能 锅炉 热能 汽轮机 机械能
发电机 电能
2.水电厂
水能 水轮机 机械能 发电机 电能
3.核电厂
重核裂变能 核蒸汽发生系统 热能 汽 轮 机
机械能 发电机 电能
发电厂、变电所、电力网（ 2）
电力网 （ 电力线路和变电所 ）
1,地方电力网, U<=110kV,L<100km；
2,区域电力网, 110~220kV；
3.超高压远距离输电网络,
330kV或 550kV,联系几个区域电力网形成大
型联合系统 。
发电厂、变电所、电力网（ 3）
变电所
汇集电源, 升降电压, 分配电能 。
1.枢纽变电所,220~500kV；
2.中间变电所,110~220kV；
3.终端变电所,35~110kV。
发电厂、变电所、电力网（ 4）
1.2 电能系统负荷
负荷
各种用电设备从电力系统中取用的功率或电能 。
1.一级负荷, 供电中断将造成人员伤亡, 政治极坏影响,
重大经济损失, 社会混乱 。
2.二级负荷, 供电中断将造成政治不好影响, 较大经济
损失, 社会生活的正常规律被打乱 。
3.三级负荷, 停电时不会造成较大影响 。
负荷曲线
电力负荷大小随时间变化的图形 。 主要用于计划和
分配各发电厂的发电任务；确定系统装机容量, 安排
主要设备检修计划 。
1.日负荷曲线
2.年负荷曲线
负荷曲线
t
WP t
av ?
m axP
PK av
L ?
m a x
m a x P
WT a? （ 反映了设备利用的程度和用户负荷平稳的程度 ）
1.3 电能系统的电压等级
我国：西北 330/110/35/10KV；
东北采用 500/220/63/10KV；
其它地区采用 500/220/110/35/10KV；
低压常用 0.38/0.22KV。
为使电力工业和电工制造业的生产标准化, 系列
化和统一化, 制定的有关于额定电压等级的标准 。
1.4 输电线路
架空线路 （ 导线, 避雷线, 绝缘子, 金具和杆塔 ）,
1,导线和避雷线,
裸线 （ 高压输电线 ） 和绝缘导线 （ 低压线路 ） 。
型号 有材料, 结构和截 面积三部 分表示 。 如 LGJ－
120表示为 120mm2的钢芯铝绞线 。
2.杆塔,支撑导线 。
3.绝缘子,支撑和悬挂导线并使导线与杆塔绝缘 。
4.金具,连接导线和绝缘子所使用的金属部件 。
电力电缆 （ 导线, 绝缘层和保护层 ）
1.6 电能系统的电气连接方式
1,电能系统的接线图
电气接线图 （ 电气设备之间的联系 ） ；
地理接线图 （ 各厂站之间的相对位置 ） 。
２, 电能系统的接线方式
无备用电源接线 （ 单回放射式, 树干式, 链式网
络 ） ；
有备用电源接线 （ 双回放射式, 树干式, 链式, 环
式及两端供电网络 ） 。
1.7 三相电能系统中性点
运行方式
小接地电流系统：
中性点不接地 （ 10～ 35kV ） 系统；
中性点经消弧线圈接地 （ 10～ 63kV ） 系统；
大接地电流系统：
中 性 点 直 接 接 地 （ 110kV 及以上系统,
380/220V三相四线低压系统 ） 。
中性点,
发电机，变压器。
1.8 电能系统的运行特点
与基本要求
运行特点：
电能不易贮存 ;
暂态过程十分短暂 ;
电能和国民经济各部门及人民生活密切 ;
基本要求：
安全可靠 ;
电能质量 （ 电压, 频率, 谐波 ） ;
经济性 ;
环境保护 。
1.10 安全接地
电流对人体的危害：
电伤：电流流过人体时，造成人体外部组织局部
伤害的现象。
电击：电流流过人体时, 造成人体内部组织破坏
的现象 。
我国规定不超过 1S的 安全电流为 30mA(50HZ).
保护接地的基本概念
