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
１．１ 概述
１．２ 电能系统负荷与负荷曲线
１．３ 电能系统的电压等级
１．４ 输电线路
１．５ 发电厂、变电所电气设备
１．６ 电能系统的电气连接方式
１．７ 三相电能系统中性点运行方式
１．８ 电能系统的运行特点和基本要求
１．９ 电能系统的运行监视、控制与保护
１．１０ 安全接地
1.1 概述
1.1.1 能和能源
能量是物质运动的量度，能量有许多形式，
如机械能、热能、化学能。
不同形式的能量可相互转换。
能源则是指在自然界中可以转换成人们所
需要的能量的一些资源。
1.1.1 能和能源 (1)
１, 电能的特点：
⑴ 电能可以方便地由其它电能形式转化而
来, 也可以简便地转化成其他形式地能量 。
⑵电能便于大规模生产、输送、分配、并
且价格低廉。
⑶ 电能的生产, 输送, 分配, 控制及测量
等各环节容易实现自动控制 。
1.1.1 能和能源 (2)
2,能源的分类：
一次能源,指以现成的形式存在于自然界
的能源 。
二次能源,指由一次能源直接或间接转换
而来的其它形式的能源或人工制造的能源 。
电能属于二次能源 。 常用的用来发电的一
次能源有：燃料化学能, 水能, 核能等 。 还可
继续开发的发电能源, 如潮汐发电, 太阳能发
电, 风力发电等 。
1.1.1 能和能源 (3)
3,环境保护,
火力发电厂生产的三废 （ 废水, 废气, 废
渣 ） 已对环境造成相当严重的污染, 使生态平
衡造成破坏 。
因此, 对火电厂引起的环境污染, 采取措
施加强治理乃是当务之急 。
1.1.2 电能系统与电力系统的定义 (1)
1,动力系统：
转化, 分配和应用电能及热能的全部
环节称为动力系统, 包括锅炉, 汽轮机,
发电机, 核反应堆, 输电线, 热力管道,
电力变压器, 电动机, 电热装置, 换流
装置及电动机传动机械等等 。
1.1.2 电能系统与电力系统的定义 (2))
2,电能系统：
在动力系统中, 生产, 输送, 转换的能量主
要部分是电能的, 称为电能系统 。
3,电力系统：
电能系统中的电气部分称为电力系统 。
4,电力网：
在电力系统中通常把发电机和用电之间属于
输电和配电的环节称为电力网 。
图 1-1 电能系统、电力系统、电力网示意图
1.1.3 发电厂、变电所、电力网概述 -发电厂（１）
１,发电厂
发电厂是电能系统的电源，它的作用是把
不同种类的一次能源转换成电能。根据一次能
源的不同，可分为火力发电厂、水力发电厂、
核动力发电厂和利用其它能量发电的电厂。
1.1.3 发电厂、变电所、电力网概述 -发电厂（２）
(1) 火电厂：
火电厂按原动机类型不同可分为汽轮机发
电厂、蒸汽机发电厂、燃气轮机发电厂等。
凝汽式汽轮机发电厂电能生产过程：
燃料化学能 锅炉 热能 汽轮机 机械
能 发电机 电能
(2) 水电厂
基本能量转化过程：
水能 水轮机 机械能 发电机 电能
装机容量可用如下公式表示,
1.1.3 发电厂、变电所、电力网概述 -发电厂（３）
QHP ?81.9?
水电厂可分为坝式水电厂、引水式电厂及混
合式水电厂 。
1.1.3 发电厂、变电所、电力网概述 -发电厂（ 4）
(3) 核电厂,
基本能量转化过程,
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
1.1.3 发电厂、变电所、电力网概述－电力网（１）
2,电力网,
电力网由不同电压等级的电力线路和变电所组成 。
按其供电范围的大小和电压等级高低可分为地方电
力网, 区域电力网以及超高压远距离输电网络 。
(1) 地方电力网, 电压不超过 110kV,输送距离在几
十千米内的电力网, 主要指一般城市, 工矿区, 农村
配电网络 。
1.1.3 发电厂、变电所、电力网概述－电力网（２）
(2) 区域电力网, 电压为 110~220kV级的电力网,
区域电力网输电线路较长, 用户类型较多 。
(3) 超高压远距离输电网络, 由 330kV和 550kV
的远距离输电线路组成, 担负着远距离, 大容量发电
厂的电能输送任务, 往往同时联系几个区域电力网形
成大型联合系统 。
1.1.3 发电厂、变电所、电力网概述－变电所
变电所的任务是汇集电源, 升降电压, 分配电能 。
变电所分类：
升压变电所和降压变电所 ;
户外变电所、户内变电所及地下变电所 ;
枢纽变电所、中间变电所和终端变电所 (按变电
所容量和重要性不同 )。
1.1.４ 我国电力工业发展概况
1.1882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 。
2,1949年, 发电量仅有 43亿 kW.h。
3.新中国成立以来, 我国电力工业取得了长足的发
展 。 1996年, 我国百万千瓦以上容量的电厂就有 19座,
有大亚湾和秦山两座核电站 。
4.我国今后电力工业发展方向：我国电源结构要坚
持优化火电结构, 优先发展水电, 适当发展核电, 积
极利用新能源的方针 。
1.2 电能系统负荷与负荷曲线
1.2.1 电能系统的负荷与分类
1,电能系统的负荷,
电能系统的负荷 指从电力系统中取用功率或电能
的各种用电设备 。
2,负荷分类,
(1) 一级负荷, 指供电突然中断将造成人伤亡,
或政治上造成极坏影响, 经济上造成重大损失或引起
社会混乱的负荷 。
1.2.1 电能系统的负荷与分类
(2) 二级负荷, 指供电突然中断将造成政治上不
好影响, 经济上较大损失或社会生活的正常规律被打
乱的负荷 。
(3) 三级负荷, 指有计划停电时不会造成较大影
响的负荷 。
1.2.2 电力负荷曲线及其特性系数 （１）
1.负荷曲线定义：
电力负荷大小随时间变化的图形 。
2.负荷曲线分类：
有功负荷曲线和无功负荷曲线 （ 负荷种类 ） ；
日负荷曲线, 月负荷曲线, 年负荷曲线 （ 时间长
短 ） 。
1.2.2 电力负荷曲线及其特性系数（２）
3.负荷曲线的用途,
(1)计划和分配各发电厂的发电任务 （ 日负荷预测曲
线 ） 。 各发电厂负荷分配如图 1－ 8。
(2)确定系统装机容量, 安排主要设备检修计划 （ 年
最大负荷曲线 ） 。
4,负荷曲线的绘制及其特性系数
(1) 运行日负荷曲线, 指以横轴代表时间延续, 以
纵轴代表实测的功率变化, 逐点描绘而成的曲线 。 该
曲线下包围的面积表示一天 24小时内的电能消耗 。
图 1-8 电力系统日负荷曲线的分配
图 1-10 日有功负荷曲线梯形图
1.2.2 电力负荷曲线及其特性系数（３）
曲线中平均功率,
负荷系数,
t
WP t
av ?
m a xP
PK av
L ?
1.2.2 电力负荷曲线及其特性系数（４）
２）年负荷曲线,
? 运行年负荷曲线：其绘制与运行日负荷曲线相似。
? 电力负荷全年持续曲线：选择典型夏季日负荷曲线
和典型冬季日负荷曲线，冬季取 213天，夏天取 152
天，以全年 8760h为横轴，从最大功率开始，依功
率递减顺序依次绘制出功率及其该功率在全年持续
的时间 。
图 1-11 全年时间负荷曲线
1.2.2 电力负荷曲线及其特性系数（５）
负荷全年持续曲线下的面积代表一年消耗的电能,
最大负荷利用小时,
Tmax的大小反映了设备利用的程度和用户负荷平
稳的程度。
年平均负荷功率,
?? 8 7 6 00 P d tW a
8 7 6 0
a
av
WP ?
m a x
m a x P
WT a?
1.2.3 电能负荷的计算 （１）
计算负荷：
按发热条件选择电气设备的等效负荷, 即计算负
荷产生的热效应和实际变动负荷产生的热效应相等 。
一般计算负荷可认为是持续半小时及以上的最大负荷,
用,, 表示 。
计算负荷是选择电器设备和导线的基本依据 。
30P 30Q 30S
1.2.3 电能负荷的计算 （２）
1,单台用电设备的计算负荷
负荷点 1 的单台设备计算负荷,
2,用电设备组的计算负荷
负荷点 2 处的用电设备组的计算负荷,
称为该设备组的需要系数, 指用电设备组在最
大负荷时需要的有功功率与其总设备负荷容量的比值 。
?11.30 ?? ePP
??? 1.302.30 PKP d
dK
1.2.3 电能负荷的计算 （３）
----- 用电设备组各工作设备的同时系数。
----- 用电设备组各工作设备的负荷系数。
----- 用电设备组各工作设备的平均效率 。
----- 供电线路的效率 。
?K
LK
e?
WL?
WLe
L
d
KK
K
??
??
1.2.3 电能负荷的计算 （４）
3,变压器低压母线侧的计算负荷,
负荷点 3处的计算负荷：
式中,, 为 有功和无功同时系数 。
N
q
p
USI
QPS
QKQ
PKP
3
3.303.30
2
3.30
2
3.303.30
2.303.30
2.303.30
?
??
??
??
?
?
?
?
PK? QK?
1.3 电能系统的电压等级,
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, 世界各国都制定有关于额定电压等级的
标准 。
我国电力系统的电压等级在西北系统采用
330/110/35/10KV。 东 北 地 区 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电压等级 。
1.4 输电线路
电力线路按结构通常可分为架空和电缆线路
和架空线路与电缆线路的混合线路。
1.4.1 架空线路,
架空线路由导线, 避雷线 (架空地线 ),绝缘
子, 金具和杆塔等主要部件组成 。
1.4.1 架空线路（１）
１, 导线和避雷线,
导线可分为裸线和绝缘导线两大类 。 高压输电线常
采用裸导线, 低压线路常采用绝缘导线 。
导线材料主要有铝, 铜, 钢等 。 导线按结构形式不
同分为单股, 多股绞线和钢芯铝绞线三种 。 其中, 钢
芯铝绞线机械强度较高, 较为常用 。 其型号有 LGJQ
LGJ 和 LGJJ型 。
导线型号有材料, 结构和截面积三部分表示 。 如
LGJ－ 120表示为 120mm2的钢芯铝绞线 。
220KV以上输电线路为减小电晕损耗, 常采用分
裂导线 。
1.4.1 架空线路（２）
2,杆塔：
按材料不同可分为木杆、铁塔和钢筋混凝土杆三
种。
按使用目的和受力情况不同通常分为直线杆、转角
杆、耐张杆、终端杆、换位杆和跨越杆。
3,绝缘子和金具
1） 绝缘子：其作用为支撑和悬挂导线, 并使导线
与杆塔绝缘 。 其主要型式有针式, 悬式和棒式 。
2） 金具,连接导线和绝缘子所使用的金属部件总
称为金具 。
1.4.2 电缆线路
1.电力电缆结构：
电力电缆主要由三部分组成：导线, 绝缘层和保护
层 。
2.电力电缆的敷设：
电力电缆的敷设有以下几种：直接埋入土中、电缆
沟敷设及穿管敷设。
1.5 发电厂变电所的主要电电器设备
发电厂变电所的主要电气设备有：高压开
关电器、高压保护电器、高压测量电器等。
1.5.1 开关电器开断电路时的电弧
1,电弧的危害：
１）延长电路开断的时间；
２）破坏开关触头、引起电器烧毁；
３）形成相间短路；
1.5.1 开关电器开断电路时的电弧（１）
2,电弧中的游离和去游离方式：
１）游离方式：
电弧中的游离方式有：强电场发射、热电发
射、碰撞游离、热游离。
２）去游离方式：
电弧中的去游离方式有：复合、扩散。
1.5.1 开关电器开断电路时的电弧（２）
3,交流电弧的灭弧条件和方法：
１）灭弧条件：交流电弧自然过零后，弧隙介
质强度始终大于加在触头两端的恢复电压。
1.5.1 开关电器开断电路时的电弧（３）
２）开关电器中常用的灭弧方法：
? 提高触头的分离速度；
? 利于高速气体或油吹灭电弧；
? 采用多断口将长电弧分成多段短电弧；
? 利用磁吹线圈使电弧不断移动与拉长来灭弧；
? 采用介质强度高的物质作灭弧介质，如 SF６,
真空、压缩空气、油等。
1.5.1 开关电器开断电路时的电弧（４）
4,直流电弧的灭弧方法：
１）在直流电流上叠加一振动电流，使弧电
流过零，用交流电弧相似的方法熄灭直流电弧。
２）电阻耗散能量限流法：在开断电路的过
程中，逐级串入电阻，使直流弧电流不断减小
直至熄灭，并保证基本不产生过电压。
1.5.2 高压断路器与重合闸 （１）
１, 高压断路器的功能
? 正常工作时开断与闭合电路
? 配合继电保护装置, 自动开断电网中的
短路故障 。
? 配合自动重合闸装置, 在跳闸后能够自
动重合闸 。
1.5.2 高压断路器与重合闸（２）
２, 高压断路器种类：
? 油断路器
? 压缩空气断路器
? SF６ 断路器
? 真空断路器
1.5.2 高压断路器与重合闸（３）
3,重合器
重合器主要用在 35kV及以下中压电网 。
重合器的功能,
? 自动检测故障电流；
? 在给定时间内开断故障电流；
? 按给定次数重合电路。
1.5.3 隔离开关
1,主要功能：
检修时用于可靠的隔离电源 。
2,结构特点：
无灭弧装置；触头暴露在空气中；有明显,
清晰可见的断开点 。
隔离开关不能拉合负荷电流和短路电流，
必须与断路器配合使用，按重合闸操作规则进
行操作 。
1.5.4 负荷开关与分断器
1,负荷开关：
用于开合负载电流及过载电流的开关电器,
具有一定的灭弧能力, 常与熔断器配合使用 。
2,分断器：
配电系统中用来隔离线路区段的自动装置 。
可用来开断负载电流, 通常与重合器或断路器
配合使用 。
1.5.5 熔断器
1,功能：
在短路, 过载或过电压时切断电路 。
2,结构：
熔断器由金属熔件, 触头装置及外壳构成 。
3,灭弧方法：
纵向吹弧灭弧, 利用石英砂填料冷却灭弧 。
4,分类：
限流式熔断器与非限流式熔断器 。
1.5.6 仪用互感器
仪用互感器的作用：
? 将一次侧的高电压大电流变换成二次侧的标
准 的低电压、小电流，使二次侧装置标准化、
系列化。
? 将二次侧与高电压隔离，保证设备和人身安
全。
? 使二次侧可以使用低压小截面控制电缆传送
电压、电流信号。
1.5.6 仪用互感器 — 电压互感器（１）
1,电压互感器
电磁式电压互感器工作原理与电力变压器相同。
１）测量误差：
? 电压误差
11 UKU V?
2
1
w
wK
V ?
0
0
1
12
0
0 1 0 0
U
UUKU V ???
1.5.6 仪用互感器 — 电压互感器（２）
? 角误差,为 与 之间的夹角。
电压互感器测量误差与空载电流、二次负
载等因素有关。
２ ） 准确度级：
电压互感器的准确度级用最大允许误差表
示。有０,１、０,２、０,５、１,3、３ P,6P
等准确度级，分别用在不同的测量与保护场合。
?
1 U?
??
2U?
1.5.6 仪用互感器 — 电压互感器（３）
３ ） 结构类型：
? 电磁式 （ 包括普通的电磁式电压互感器, 及
串级式电压互感器 ） ；
? 电容分压式；
４ ） 运行注意事项：
电压互感器工作时, 二次侧有一端必须可靠
接地, 运行中二次侧不允许短路 。
1.5.6 仪用互感器 — 电流互感器（１）
２, 电流互感器
电磁式电流互感器工作原理与变压器相同 。
1） 电流互感器结构特点：
? 一 次侧匝数很数少, 二次侧匝数多 。
? 正常工作时, 二次侧负荷阻抗很小, 接近短
路状态 。
21 IKI I ??
图 1-34 电流互感器原理图
1.5.6 仪用互感器 — 电流互感器（２）
2） 电流互感器的误差：
电流误差,
角误差, 为 与－ 之间的夹角。
电流互感器的误差与互感器铁心材料、结
构、一次侧电流、二次侧负载等因素有关。
３）确度级,电流互感器有 0.2,0.5,1,3、
5,D,B,P等准确度级，可供不同的测量和
保护场合使用。
00
1
1200 1 0 0
I
IIKI I ???
1I? 2I
??
1.5.6 仪用互感器 — 电流互感器（３）
不同准确度级的电流互感器有不同的额定
二次负荷。
４ ） 运行注意事项：
? 电流互感器运行二次侧不允许断开。否则二
次侧会感应出极高电压，危及人身和设备安全。
? 电流互感器二次侧有一端应可靠接地。
1.5.7 避雷器 （１）
1,功能：
用来限制过电压的一种主要保护电器, 是
发电厂变电所防雷保护的基本保护措施之一 。
2,工作原理：
避雷器与被保护设备并联, 当线路上有雷
电侵入时, 首先击穿避雷器对地放电, 从而保
护设备绝缘 。
1.5.7 避雷器（２）
3,结构类型：
? 放电间隙；
? 阀形避雷器；
? 管形避雷器；
? 压敏避雷器 ；
1.6 电能系统的电气连接方式 （１）
1,电能系统的接线图
? 电气接线图 （ 如图１－１ ）
? 地理接线图 （ 如下图 ）
图 1-38 电力系统的地理接线图
1.6 电能系统的电气连接方式 （２）
２, 电能系统的接线方式
1） 无备用电源接线
无备用接线包括：单回放射式, 树干式,
链式网络 。
1.6 电能系统的电器连接方式（３）
2） 有备用电源接线
有备用接线方式包括,双回放射式、树干
式、链式 。
1.7 三相电能系统中性点运行方式
三相电能系统的中性点运行方式有：
? 中性点不接地；
? 中性点弧线圈接地；
? 中性点直接接地 ；
1.7.1 中性点不接地电力系统（图）
1.7.1 中性点不接地电力系统（１）
１, 中性点不接地电力系统正常工作情况
? 三相对地电压对称并等于相电压；
? 三相对地电容电流对称；
? 中性点与地同电位 ；
1.7.1 中性点不接地电力系统（２）
2,若发生一相接地 （ 例 C相接地 ）
1.7.1 中性点不接地电力系统（ 3）
由 c相接地时的相量图可见,
? 中性点对地电压升高为相电压, 如图 oo’相
量 。
? 接地相对地电压为０ 。
? 未接地两相对地电压升高为线电压 。
0?CU
ABA UUU 3????
1.7.1 中性点不接地电力系统（４）
? 接地点电容电流是正常运行时一相对地电容
电流的三倍 。
因此，这种情况下应发出预告信号，允许
继续运行２小时。
? ?
CO
C
A
C
A
CBCAC
CBCAC
I
X
U
X
U
III
III
3
3
3333 ??
?
????
??? ???
1.7.1 中性点不接地电力系统（５）
接地点处产生接地电弧, 可能引起电器设
备损坏, 甚至造成相间短路 。
接地点处产生断续电弧，可能引起电网的
谐振过电压 。
1.7.2 中性点经消弧线圈接地系统
当 10KV电网接地电流大于 30A时,35KV
电网接地电流大于 30A时，电源中性点应采用
经消弧线圈接地的方式,经消弧线圈补偿后，
接地点电流较小，将不会发生电弧。
1.7.2 中性点经消弧线圈接地线圈接地系统（图）
1.7.3 中性点直接接地系统（１）
中性点直接接地系统发生单相接地短路时：
? 中性点对地电压不变；
? 非接地相对地电压不变；
? 单相短路的短路电流较大, 易造成供电中断 ；
1.7.3 中性点直接接地系统（２）
我国 380/220低压配电系统，也广泛采用中
性点直接接地的三相四线制。
1.8 电能系统的运行特点与基本要求 (1)
1,电能系统的运行特点
? 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 ;
1.8 电能系统的运行特点与基本要求 (2)
2,对电能系统的基本要求
? 为用户提供充足的电能 ;
? 保证电能系统供电的可靠性 ;
? 保证电能的质量 ;
? 保证电能系统运行的经济性 ;
? 环境保护问题 ;
1.9.1 发电厂变电所的运行监视与控制
1.9.1 发电厂变电所的运行监视与控制
发电厂和变电所利用各种监视仪表和信号装置
随时监视系统和设备的运行状态。
发电厂和变电所的信号装置可分为断路器位置
信号、预告信号和事故信号。也可分为瞬时动作信
号和延时动作信号。
发电厂和变电所的控制对象主要是高压断路器，
其控制方式多采用控制室内的集中控制方式。
1.9.2 电能系统的运行监视与控制
电能系统的监控系统包括：信息收集、
信息传输、信息管理、显示打印、遥远控
制、遥远调节以及能量管理系统 EMS和配
电管理系统 DMS的高级应用软件系统等各
环节。
1.9.3 电力系统的故障与继电保护 (1)
1,继电保护的作用：当被保护元件发生故
障时, 将该元件切除, 避免该元件继续遭受损
坏 。 当元件出现异常运行情况时, 发出信号,
以便采取措施恢复正常运行情况 。
2,继电保护的分类
1） 线路保护
过电流保护, 接地保护, 功率方向保护,
距离保护, 高频保护, 线路纵差保护, 高频保
护 。
1.9.3 电力系统的故障与继电保护 (2)
2） 变压器保护
瓦斯保护, 差动保护, 过负荷保护, 变
压器后备保 护
3） 发电机保护
差动保护, 定子接地保护, 转子接地保护,
失磁保护, 负序保护及后备保护 。
4） 母线保护
1.9.3 电力系统的故障与继电保护 (3)
3,对继电保护装置的基本要求
? 选择性
? 速动性
? 灵敏性
? 可 靠性
1.10 安全接地
1.10.1 电流对人体的危害
1,电击：电流流过人体时, 造成人体外部
组织局部伤害的现象 。
2,电伤：电流流过人体时, 造成人体内部
组织的破坏属于电伤 。
我国规定的 1秒钟 安全电流为 30mA(50HZ),
1.10.2 保护接地的基本概念 (图）
1.10.2 保护接地的基本概念
? 接地体
? 接地线
? 接地装置
? 接触电压
? 跨步电压
1.10.3 保护接地的技术要求
1,保护接地的两种形式：
? 保护接地
? 保护接零
2,大接地电流系统的保护接地要求
3,小接地电流系统的保护接地要求
4,低压电网的保护接地要求
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
１．１ 概述
１．２ 电能系统负荷与负荷曲线
１．３ 电能系统的电压等级
１．４ 输电线路
１．５ 发电厂、变电所电气设备
１．６ 电能系统的电气连接方式
１．７ 三相电能系统中性点运行方式
１．８ 电能系统的运行特点和基本要求
１．９ 电能系统的运行监视、控制与保护
１．１０ 安全接地
1.1 概述
1.1.1 能和能源
能量是物质运动的量度，能量有许多形式，
如机械能、热能、化学能。
不同形式的能量可相互转换。
能源则是指在自然界中可以转换成人们所
需要的能量的一些资源。
1.1.1 能和能源 (1)
１, 电能的特点：
⑴ 电能可以方便地由其它电能形式转化而
来, 也可以简便地转化成其他形式地能量 。
⑵电能便于大规模生产、输送、分配、并
且价格低廉。
⑶ 电能的生产, 输送, 分配, 控制及测量
等各环节容易实现自动控制 。
1.1.1 能和能源 (2)
2,能源的分类：
一次能源,指以现成的形式存在于自然界
的能源 。
二次能源,指由一次能源直接或间接转换
而来的其它形式的能源或人工制造的能源 。
电能属于二次能源 。 常用的用来发电的一
次能源有：燃料化学能, 水能, 核能等 。 还可
继续开发的发电能源, 如潮汐发电, 太阳能发
电, 风力发电等 。
1.1.1 能和能源 (3)
3,环境保护,
火力发电厂生产的三废 （ 废水, 废气, 废
渣 ） 已对环境造成相当严重的污染, 使生态平
衡造成破坏 。
因此, 对火电厂引起的环境污染, 采取措
施加强治理乃是当务之急 。
1.1.2 电能系统与电力系统的定义 (1)
1,动力系统：
转化, 分配和应用电能及热能的全部
环节称为动力系统, 包括锅炉, 汽轮机,
发电机, 核反应堆, 输电线, 热力管道,
电力变压器, 电动机, 电热装置, 换流
装置及电动机传动机械等等 。
1.1.2 电能系统与电力系统的定义 (2))
2,电能系统：
在动力系统中, 生产, 输送, 转换的能量主
要部分是电能的, 称为电能系统 。
3,电力系统：
电能系统中的电气部分称为电力系统 。
4,电力网：
在电力系统中通常把发电机和用电之间属于
输电和配电的环节称为电力网 。
图 1-1 电能系统、电力系统、电力网示意图
1.1.3 发电厂、变电所、电力网概述 -发电厂（１）
１,发电厂
发电厂是电能系统的电源，它的作用是把
不同种类的一次能源转换成电能。根据一次能
源的不同，可分为火力发电厂、水力发电厂、
核动力发电厂和利用其它能量发电的电厂。
1.1.3 发电厂、变电所、电力网概述 -发电厂（２）
(1) 火电厂：
火电厂按原动机类型不同可分为汽轮机发
电厂、蒸汽机发电厂、燃气轮机发电厂等。
凝汽式汽轮机发电厂电能生产过程：
燃料化学能 锅炉 热能 汽轮机 机械
能 发电机 电能
(2) 水电厂
基本能量转化过程：
水能 水轮机 机械能 发电机 电能
装机容量可用如下公式表示,
1.1.3 发电厂、变电所、电力网概述 -发电厂（３）
QHP ?81.9?
水电厂可分为坝式水电厂、引水式电厂及混
合式水电厂 。
1.1.3 发电厂、变电所、电力网概述 -发电厂（ 4）
(3) 核电厂,
基本能量转化过程,
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
1.1.3 发电厂、变电所、电力网概述－电力网（１）
2,电力网,
电力网由不同电压等级的电力线路和变电所组成 。
按其供电范围的大小和电压等级高低可分为地方电
力网, 区域电力网以及超高压远距离输电网络 。
(1) 地方电力网, 电压不超过 110kV,输送距离在几
十千米内的电力网, 主要指一般城市, 工矿区, 农村
配电网络 。
1.1.3 发电厂、变电所、电力网概述－电力网（２）
(2) 区域电力网, 电压为 110~220kV级的电力网,
区域电力网输电线路较长, 用户类型较多 。
(3) 超高压远距离输电网络, 由 330kV和 550kV
的远距离输电线路组成, 担负着远距离, 大容量发电
厂的电能输送任务, 往往同时联系几个区域电力网形
成大型联合系统 。
1.1.3 发电厂、变电所、电力网概述－变电所
变电所的任务是汇集电源, 升降电压, 分配电能 。
变电所分类：
升压变电所和降压变电所 ;
户外变电所、户内变电所及地下变电所 ;
枢纽变电所、中间变电所和终端变电所 (按变电
所容量和重要性不同 )。
1.1.４ 我国电力工业发展概况
1.1882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 。
2,1949年, 发电量仅有 43亿 kW.h。
3.新中国成立以来, 我国电力工业取得了长足的发
展 。 1996年, 我国百万千瓦以上容量的电厂就有 19座,
有大亚湾和秦山两座核电站 。
4.我国今后电力工业发展方向：我国电源结构要坚
持优化火电结构, 优先发展水电, 适当发展核电, 积
极利用新能源的方针 。
1.2 电能系统负荷与负荷曲线
1.2.1 电能系统的负荷与分类
1,电能系统的负荷,
电能系统的负荷 指从电力系统中取用功率或电能
的各种用电设备 。
2,负荷分类,
(1) 一级负荷, 指供电突然中断将造成人伤亡,
或政治上造成极坏影响, 经济上造成重大损失或引起
社会混乱的负荷 。
1.2.1 电能系统的负荷与分类
(2) 二级负荷, 指供电突然中断将造成政治上不
好影响, 经济上较大损失或社会生活的正常规律被打
乱的负荷 。
(3) 三级负荷, 指有计划停电时不会造成较大影
响的负荷 。
1.2.2 电力负荷曲线及其特性系数 （１）
1.负荷曲线定义：
电力负荷大小随时间变化的图形 。
2.负荷曲线分类：
有功负荷曲线和无功负荷曲线 （ 负荷种类 ） ；
日负荷曲线, 月负荷曲线, 年负荷曲线 （ 时间长
短 ） 。
1.2.2 电力负荷曲线及其特性系数（２）
3.负荷曲线的用途,
(1)计划和分配各发电厂的发电任务 （ 日负荷预测曲
线 ） 。 各发电厂负荷分配如图 1－ 8。
(2)确定系统装机容量, 安排主要设备检修计划 （ 年
最大负荷曲线 ） 。
4,负荷曲线的绘制及其特性系数
(1) 运行日负荷曲线, 指以横轴代表时间延续, 以
纵轴代表实测的功率变化, 逐点描绘而成的曲线 。 该
曲线下包围的面积表示一天 24小时内的电能消耗 。
图 1-8 电力系统日负荷曲线的分配
图 1-10 日有功负荷曲线梯形图
1.2.2 电力负荷曲线及其特性系数（３）
曲线中平均功率,
负荷系数,
t
WP t
av ?
m a xP
PK av
L ?
1.2.2 电力负荷曲线及其特性系数（４）
２）年负荷曲线,
? 运行年负荷曲线：其绘制与运行日负荷曲线相似。
? 电力负荷全年持续曲线：选择典型夏季日负荷曲线
和典型冬季日负荷曲线，冬季取 213天，夏天取 152
天，以全年 8760h为横轴，从最大功率开始，依功
率递减顺序依次绘制出功率及其该功率在全年持续
的时间 。
图 1-11 全年时间负荷曲线
1.2.2 电力负荷曲线及其特性系数（５）
负荷全年持续曲线下的面积代表一年消耗的电能,
最大负荷利用小时,
Tmax的大小反映了设备利用的程度和用户负荷平
稳的程度。
年平均负荷功率,
?? 8 7 6 00 P d tW a
8 7 6 0
a
av
WP ?
m a x
m a x P
WT a?
1.2.3 电能负荷的计算 （１）
计算负荷：
按发热条件选择电气设备的等效负荷, 即计算负
荷产生的热效应和实际变动负荷产生的热效应相等 。
一般计算负荷可认为是持续半小时及以上的最大负荷,
用,, 表示 。
计算负荷是选择电器设备和导线的基本依据 。
30P 30Q 30S
1.2.3 电能负荷的计算 （２）
1,单台用电设备的计算负荷
负荷点 1 的单台设备计算负荷,
2,用电设备组的计算负荷
负荷点 2 处的用电设备组的计算负荷,
称为该设备组的需要系数, 指用电设备组在最
大负荷时需要的有功功率与其总设备负荷容量的比值 。
?11.30 ?? ePP
??? 1.302.30 PKP d
dK
1.2.3 电能负荷的计算 （３）
----- 用电设备组各工作设备的同时系数。
----- 用电设备组各工作设备的负荷系数。
----- 用电设备组各工作设备的平均效率 。
----- 供电线路的效率 。
?K
LK
e?
WL?
WLe
L
d
KK
K
??
??
1.2.3 电能负荷的计算 （４）
3,变压器低压母线侧的计算负荷,
负荷点 3处的计算负荷：
式中,, 为 有功和无功同时系数 。
N
q
p
USI
QPS
QKQ
PKP
3
3.303.30
2
3.30
2
3.303.30
2.303.30
2.303.30
?
??
??
??
?
?
?
?
PK? QK?
1.3 电能系统的电压等级,
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, 世界各国都制定有关于额定电压等级的
标准 。
我国电力系统的电压等级在西北系统采用
330/110/35/10KV。 东 北 地 区 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电压等级 。
1.4 输电线路
电力线路按结构通常可分为架空和电缆线路
和架空线路与电缆线路的混合线路。
1.4.1 架空线路,
架空线路由导线, 避雷线 (架空地线 ),绝缘
子, 金具和杆塔等主要部件组成 。
1.4.1 架空线路（１）
１, 导线和避雷线,
导线可分为裸线和绝缘导线两大类 。 高压输电线常
采用裸导线, 低压线路常采用绝缘导线 。
导线材料主要有铝, 铜, 钢等 。 导线按结构形式不
同分为单股, 多股绞线和钢芯铝绞线三种 。 其中, 钢
芯铝绞线机械强度较高, 较为常用 。 其型号有 LGJQ
LGJ 和 LGJJ型 。
导线型号有材料, 结构和截面积三部分表示 。 如
LGJ－ 120表示为 120mm2的钢芯铝绞线 。
220KV以上输电线路为减小电晕损耗, 常采用分
裂导线 。
1.4.1 架空线路（２）
2,杆塔：
按材料不同可分为木杆、铁塔和钢筋混凝土杆三
种。
按使用目的和受力情况不同通常分为直线杆、转角
杆、耐张杆、终端杆、换位杆和跨越杆。
3,绝缘子和金具
1） 绝缘子：其作用为支撑和悬挂导线, 并使导线
与杆塔绝缘 。 其主要型式有针式, 悬式和棒式 。
2） 金具,连接导线和绝缘子所使用的金属部件总
称为金具 。
1.4.2 电缆线路
1.电力电缆结构：
电力电缆主要由三部分组成：导线, 绝缘层和保护
层 。
2.电力电缆的敷设：
电力电缆的敷设有以下几种：直接埋入土中、电缆
沟敷设及穿管敷设。
1.5 发电厂变电所的主要电电器设备
发电厂变电所的主要电气设备有：高压开
关电器、高压保护电器、高压测量电器等。
1.5.1 开关电器开断电路时的电弧
1,电弧的危害：
１）延长电路开断的时间；
２）破坏开关触头、引起电器烧毁；
３）形成相间短路；
1.5.1 开关电器开断电路时的电弧（１）
2,电弧中的游离和去游离方式：
１）游离方式：
电弧中的游离方式有：强电场发射、热电发
射、碰撞游离、热游离。
２）去游离方式：
电弧中的去游离方式有：复合、扩散。
1.5.1 开关电器开断电路时的电弧（２）
3,交流电弧的灭弧条件和方法：
１）灭弧条件：交流电弧自然过零后，弧隙介
质强度始终大于加在触头两端的恢复电压。
1.5.1 开关电器开断电路时的电弧（３）
２）开关电器中常用的灭弧方法：
? 提高触头的分离速度；
? 利于高速气体或油吹灭电弧；
? 采用多断口将长电弧分成多段短电弧；
? 利用磁吹线圈使电弧不断移动与拉长来灭弧；
? 采用介质强度高的物质作灭弧介质，如 SF６,
真空、压缩空气、油等。
1.5.1 开关电器开断电路时的电弧（４）
4,直流电弧的灭弧方法：
１）在直流电流上叠加一振动电流，使弧电
流过零，用交流电弧相似的方法熄灭直流电弧。
２）电阻耗散能量限流法：在开断电路的过
程中，逐级串入电阻，使直流弧电流不断减小
直至熄灭，并保证基本不产生过电压。
1.5.2 高压断路器与重合闸 （１）
１, 高压断路器的功能
? 正常工作时开断与闭合电路
? 配合继电保护装置, 自动开断电网中的
短路故障 。
? 配合自动重合闸装置, 在跳闸后能够自
动重合闸 。
1.5.2 高压断路器与重合闸（２）
２, 高压断路器种类：
? 油断路器
? 压缩空气断路器
? SF６ 断路器
? 真空断路器
1.5.2 高压断路器与重合闸（３）
3,重合器
重合器主要用在 35kV及以下中压电网 。
重合器的功能,
? 自动检测故障电流；
? 在给定时间内开断故障电流；
? 按给定次数重合电路。
1.5.3 隔离开关
1,主要功能：
检修时用于可靠的隔离电源 。
2,结构特点：
无灭弧装置；触头暴露在空气中；有明显,
清晰可见的断开点 。
隔离开关不能拉合负荷电流和短路电流，
必须与断路器配合使用，按重合闸操作规则进
行操作 。
1.5.4 负荷开关与分断器
1,负荷开关：
用于开合负载电流及过载电流的开关电器,
具有一定的灭弧能力, 常与熔断器配合使用 。
2,分断器：
配电系统中用来隔离线路区段的自动装置 。
可用来开断负载电流, 通常与重合器或断路器
配合使用 。
1.5.5 熔断器
1,功能：
在短路, 过载或过电压时切断电路 。
2,结构：
熔断器由金属熔件, 触头装置及外壳构成 。
3,灭弧方法：
纵向吹弧灭弧, 利用石英砂填料冷却灭弧 。
4,分类：
限流式熔断器与非限流式熔断器 。
1.5.6 仪用互感器
仪用互感器的作用：
? 将一次侧的高电压大电流变换成二次侧的标
准 的低电压、小电流，使二次侧装置标准化、
系列化。
? 将二次侧与高电压隔离，保证设备和人身安
全。
? 使二次侧可以使用低压小截面控制电缆传送
电压、电流信号。
1.5.6 仪用互感器 — 电压互感器（１）
1,电压互感器
电磁式电压互感器工作原理与电力变压器相同。
１）测量误差：
? 电压误差
11 UKU V?
2
1
w
wK
V ?
0
0
1
12
0
0 1 0 0
U
UUKU V ???
1.5.6 仪用互感器 — 电压互感器（２）
? 角误差,为 与 之间的夹角。
电压互感器测量误差与空载电流、二次负
载等因素有关。
２ ） 准确度级：
电压互感器的准确度级用最大允许误差表
示。有０,１、０,２、０,５、１,3、３ P,6P
等准确度级，分别用在不同的测量与保护场合。
?
1 U?
??
2U?
1.5.6 仪用互感器 — 电压互感器（３）
３ ） 结构类型：
? 电磁式 （ 包括普通的电磁式电压互感器, 及
串级式电压互感器 ） ；
? 电容分压式；
４ ） 运行注意事项：
电压互感器工作时, 二次侧有一端必须可靠
接地, 运行中二次侧不允许短路 。
1.5.6 仪用互感器 — 电流互感器（１）
２, 电流互感器
电磁式电流互感器工作原理与变压器相同 。
1） 电流互感器结构特点：
? 一 次侧匝数很数少, 二次侧匝数多 。
? 正常工作时, 二次侧负荷阻抗很小, 接近短
路状态 。
21 IKI I ??
图 1-34 电流互感器原理图
1.5.6 仪用互感器 — 电流互感器（２）
2） 电流互感器的误差：
电流误差,
角误差, 为 与－ 之间的夹角。
电流互感器的误差与互感器铁心材料、结
构、一次侧电流、二次侧负载等因素有关。
３）确度级,电流互感器有 0.2,0.5,1,3、
5,D,B,P等准确度级，可供不同的测量和
保护场合使用。
00
1
1200 1 0 0
I
IIKI I ???
1I? 2I
??
1.5.6 仪用互感器 — 电流互感器（３）
不同准确度级的电流互感器有不同的额定
二次负荷。
４ ） 运行注意事项：
? 电流互感器运行二次侧不允许断开。否则二
次侧会感应出极高电压，危及人身和设备安全。
? 电流互感器二次侧有一端应可靠接地。
1.5.7 避雷器 （１）
1,功能：
用来限制过电压的一种主要保护电器, 是
发电厂变电所防雷保护的基本保护措施之一 。
2,工作原理：
避雷器与被保护设备并联, 当线路上有雷
电侵入时, 首先击穿避雷器对地放电, 从而保
护设备绝缘 。
1.5.7 避雷器（２）
3,结构类型：
? 放电间隙；
? 阀形避雷器；
? 管形避雷器；
? 压敏避雷器 ；
1.6 电能系统的电气连接方式 （１）
1,电能系统的接线图
? 电气接线图 （ 如图１－１ ）
? 地理接线图 （ 如下图 ）
图 1-38 电力系统的地理接线图
1.6 电能系统的电气连接方式 （２）
２, 电能系统的接线方式
1） 无备用电源接线
无备用接线包括：单回放射式, 树干式,
链式网络 。
1.6 电能系统的电器连接方式（３）
2） 有备用电源接线
有备用接线方式包括,双回放射式、树干
式、链式 。
1.7 三相电能系统中性点运行方式
三相电能系统的中性点运行方式有：
? 中性点不接地；
? 中性点弧线圈接地；
? 中性点直接接地 ；
1.7.1 中性点不接地电力系统（图）
1.7.1 中性点不接地电力系统（１）
１, 中性点不接地电力系统正常工作情况
? 三相对地电压对称并等于相电压；
? 三相对地电容电流对称；
? 中性点与地同电位 ；
1.7.1 中性点不接地电力系统（２）
2,若发生一相接地 （ 例 C相接地 ）
1.7.1 中性点不接地电力系统（ 3）
由 c相接地时的相量图可见,
? 中性点对地电压升高为相电压, 如图 oo’相
量 。
? 接地相对地电压为０ 。
? 未接地两相对地电压升高为线电压 。
0?CU
ABA UUU 3????
1.7.1 中性点不接地电力系统（４）
? 接地点电容电流是正常运行时一相对地电容
电流的三倍 。
因此，这种情况下应发出预告信号，允许
继续运行２小时。
? ?
CO
C
A
C
A
CBCAC
CBCAC
I
X
U
X
U
III
III
3
3
3333 ??
?
????
??? ???
1.7.1 中性点不接地电力系统（５）
接地点处产生接地电弧, 可能引起电器设
备损坏, 甚至造成相间短路 。
接地点处产生断续电弧，可能引起电网的
谐振过电压 。
1.7.2 中性点经消弧线圈接地系统
当 10KV电网接地电流大于 30A时,35KV
电网接地电流大于 30A时，电源中性点应采用
经消弧线圈接地的方式,经消弧线圈补偿后，
接地点电流较小，将不会发生电弧。
1.7.2 中性点经消弧线圈接地线圈接地系统（图）
1.7.3 中性点直接接地系统（１）
中性点直接接地系统发生单相接地短路时：
? 中性点对地电压不变；
? 非接地相对地电压不变；
? 单相短路的短路电流较大, 易造成供电中断 ；
1.7.3 中性点直接接地系统（２）
我国 380/220低压配电系统，也广泛采用中
性点直接接地的三相四线制。
1.8 电能系统的运行特点与基本要求 (1)
1,电能系统的运行特点
? 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 ;
1.8 电能系统的运行特点与基本要求 (2)
2,对电能系统的基本要求
? 为用户提供充足的电能 ;
? 保证电能系统供电的可靠性 ;
? 保证电能的质量 ;
? 保证电能系统运行的经济性 ;
? 环境保护问题 ;
1.9.1 发电厂变电所的运行监视与控制
1.9.1 发电厂变电所的运行监视与控制
发电厂和变电所利用各种监视仪表和信号装置
随时监视系统和设备的运行状态。
发电厂和变电所的信号装置可分为断路器位置
信号、预告信号和事故信号。也可分为瞬时动作信
号和延时动作信号。
发电厂和变电所的控制对象主要是高压断路器，
其控制方式多采用控制室内的集中控制方式。
1.9.2 电能系统的运行监视与控制
电能系统的监控系统包括：信息收集、
信息传输、信息管理、显示打印、遥远控
制、遥远调节以及能量管理系统 EMS和配
电管理系统 DMS的高级应用软件系统等各
环节。
1.9.3 电力系统的故障与继电保护 (1)
1,继电保护的作用：当被保护元件发生故
障时, 将该元件切除, 避免该元件继续遭受损
坏 。 当元件出现异常运行情况时, 发出信号,
以便采取措施恢复正常运行情况 。
2,继电保护的分类
1） 线路保护
过电流保护, 接地保护, 功率方向保护,
距离保护, 高频保护, 线路纵差保护, 高频保
护 。
1.9.3 电力系统的故障与继电保护 (2)
2） 变压器保护
瓦斯保护, 差动保护, 过负荷保护, 变
压器后备保 护
3） 发电机保护
差动保护, 定子接地保护, 转子接地保护,
失磁保护, 负序保护及后备保护 。
4） 母线保护
1.9.3 电力系统的故障与继电保护 (3)
3,对继电保护装置的基本要求
? 选择性
? 速动性
? 灵敏性
? 可 靠性
1.10 安全接地
1.10.1 电流对人体的危害
1,电击：电流流过人体时, 造成人体外部
组织局部伤害的现象 。
2,电伤：电流流过人体时, 造成人体内部
组织的破坏属于电伤 。
我国规定的 1秒钟 安全电流为 30mA(50HZ),
1.10.2 保护接地的基本概念 (图）
1.10.2 保护接地的基本概念
? 接地体
? 接地线
? 接地装置
? 接触电压
? 跨步电压
1.10.3 保护接地的技术要求
1,保护接地的两种形式：
? 保护接地
? 保护接零
2,大接地电流系统的保护接地要求
3,小接地电流系统的保护接地要求
4,低压电网的保护接地要求
