一、電力系統(tǒng)的構(gòu)成

一個完整的電力系統(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)運行特點：

電能不能大量存儲;各環(huán)節(jié)組成的統(tǒng)一整體不可分割;過渡過程非常迅速(百分之幾秒到十分之幾秒);電力系統(tǒng)的地區(qū)性特點較強;對電能質(zhì)量的要求頗為嚴格;與國民經(jīng)濟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)電壓是有等級的，電網(wǎng)的額定電壓等級是根據(jù)國民經(jīng)濟發(fā)展的需要、技術(shù)經(jīng)濟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。實際上，由于電網(wǎng)中有電壓損失，致使各點實際電壓偏離額定值。為了保證用電設(shè)備的良好運行，國家對各級電網(wǎng)電壓的偏差均有嚴格規(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

發(fā)電機的額定電壓一般比同級電網(wǎng)額定電壓高出5%，用于補償電網(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。對于一次繞組，當變壓器接于電網(wǎng)末端時，性質(zhì)上等同于電網(wǎng)上的一個負荷(如工廠降壓變壓器)，故其額定電壓與電網(wǎng)一致，當變壓器接于發(fā)電機引出端時(如發(fā)電廠升壓變壓器)，則其額定電壓應(yīng)與發(fā)電機額定電壓相同。對于二次繞組，額定電壓是指空載電壓，考慮到變壓器承載時自身電壓損失(按5%計)，變壓器二次繞組額定電壓應(yīng)比電網(wǎng)額定電壓高5%，當二次側(cè)輸電距離較長時，還應(yīng)考慮到線路電壓損失(按5%計)，此時， 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)電壓是有等級的，電網(wǎng)的額定電壓等級是根據(jù)國民經(jīng)濟發(fā)展的需要、技術(shù)經(jīng)濟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。實際上，由于電網(wǎng)中有電壓損失，致使各點實際電壓偏離額定值。為了保證用電設(shè)備的良好運行，國家對各級電網(wǎng)電壓的偏差均有嚴格規(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

發(fā)電機的額定電壓一般比同級電網(wǎng)額定電壓高出5%，用于補償電網(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。對于一次繞組，當變壓器接于電網(wǎng)末端時，性質(zhì)上等同于電網(wǎng)上的一個負荷(如工廠降壓變壓器)，故其額定電壓與電網(wǎng)一致，當變壓器接于發(fā)電機引出端時(如發(fā)電廠升壓變壓器)，則其額定電壓應(yīng)與發(fā)電機額定電壓相同。對于二次繞組，額定電壓是指空載電壓，考慮到變壓器承載時自身電壓損失(按5%計)，變壓器二次繞組額定電壓應(yīng)比電網(wǎng)額定電壓高5%，當二次側(cè)輸電距離較長時，還應(yīng)考慮到線路電壓損失(按5%計)，此時， 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)的中性點運行方式

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

中性點直接接地方式：當發(fā)生一相對地絕緣破壞時，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，線對地電壓為相電壓，可接入單相負荷。

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

四、供電質(zhì)量的主要指標

決定用戶供電質(zhì)量的指標為電壓、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稱正弦電壓。由于供電系統(tǒng)存在阻抗、用電負荷的變化和用電負荷的性質(zhì)等因素，實際供電電壓無論是在幅值上、波形上還是三相對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)實際電壓與額定電壓之差，實際電壓偏高或偏低對用電設(shè)備的良好運行都有影響。

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

(3)高次諧波：當電網(wǎng)電壓波形發(fā)生非正弦畸變時，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，并且干擾自動化裝置和通信設(shè)施的正常工作。

(4)三相不對稱：三相電壓不對稱指三個相電壓的幅值和相位關(guān)系上存在偏差。三相不對稱主要由系統(tǒng)運行參數(shù)不對稱、三相用電負荷不對稱等因素引起。供電系統(tǒng)的不對稱運行，對用電設(shè)備及供配電系統(tǒng)都有危害，低壓系統(tǒng)的不對稱運行還會導致中性點偏移，從而危及人身和設(shè)備安全。

2.頻率

我國規(guī)定的電力系統(tǒng)標稱頻率(俗稱工頻)為50Hz，國際上標稱頻率有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、電動機變頻調(diào)速等。

當電能供需不平衡時，系統(tǒng)頻率會偏離其標稱值。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。我國國標規(guī)定，電力系統(tǒng)正常頻率偏差允許值為±0.2Hz，當系統(tǒng)容量較小時，偏差值可以放到±0.5Hz。

3.可靠性

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

(1)一級負荷：突然停電將造成人身傷亡，或在經(jīng)濟上造成重大損失，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荷、重點企業(yè)中的重大設(shè)備和連續(xù)生產(chǎn)線、政治和外事活動中心等。

(2)二級負荷：突然停電將在經(jīng)濟上造成較大損失，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)品報廢或大量減產(chǎn)的工廠用電負荷，交通和通信樞紐用電負荷，大量人員集中的公共場所等。

(3)三級負荷：不屬于一級和二級負荷者。

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：單母線制、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，自動恢復到起始運行狀態(tài)。

(2)電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定是指系統(tǒng)在某種運行方式下突然受到大的擾動后，經(jīng)過一個機電暫態(tài)過程達到新的穩(wěn)定運行狀態(tài)或回到原來的穩(wěn)定狀態(tài)。

(3)電力系統(tǒng)的動態(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、機電耦合的次同步振蕩、同步電機的自激等。

(4)電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)維持負荷電壓于某一規(guī)定的運行極限之內(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)及運行方式、負荷特性等因素有關(guān)。當發(fā)生電壓不穩(wěn)定時，將導致電壓崩潰，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)定的運行極限內(nèi)的能力。當頻率低于某一臨界頻率，電源與負荷的平衡將遭到徹底破壞，一些機組相繼退出運行，造成大面積停電，也就是頻率崩潰。

七、電力系統(tǒng)的負荷

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

1)有功負荷的頻率特性：

同(異)步電動機的有功負荷：與頻率變化的關(guān)系比較復雜，與其所驅(qū)動的設(shè)備有關(guān)。

當所驅(qū)動的設(shè)備是：球磨機、切削機床、往復式水泵、壓縮機、卷揚機等設(shè)備時，與頻率的一次方成正比。

當所驅(qū)動的設(shè)備是：通風機、靜水頭阻力不大的循環(huán)水泵等設(shè)備時，與頻率的三次方成正比。

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

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

網(wǎng)絡(luò)損耗的有功負荷：與頻率的平方成正比。

2)有功負荷的電壓特性：

同(異)步電動機的有功負荷：與電壓基本上無關(guān)(異步電動機滑差變化很小)。

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

網(wǎng)絡(luò)損耗的有功負荷：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)無功負荷的電壓特性：

異步電動機和變壓器是系統(tǒng)中無功功率主要消耗者，決定著系統(tǒng)的無功負荷的電壓特性。其無功損耗分為兩部分：勵磁無功功率與漏抗中消耗的無功功率。勵磁無功功率隨著電壓的降低而減小,漏抗中的無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、電爐等因為不消耗無功,所以沒有無功負荷電壓靜態(tài)特性。