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第一篇 电力系统的基础知识

要对电力系统进行分析，首先必须掌握电力系统的基础知识，然后进行电力系统的基本计算和对电力系统的运行进行分析。

本篇内容由两章组成：第一章介绍电力系统的基本概念，第二章介绍电力系统各元件的特性和等值电路。

本篇是电力系统分析的基础，应认真掌握，否则将会给后续内容的学习带来困难。虽然其中不少内容在先修课程中学习过，但此处往往既是复习，又是深化和提高，同时应注意其在电力系统中的特点。

第一章 电力系统的基本概念

本章阐述电力系统的组成和结线方式、电力系统的运行特点和要求、电力系统的额定频率和额定电压、电力系统的运行状态和中性点接线方式、交流电路的基本关系和标幺制。前四节属电力系统的基本概念，第五节是对交流电路的简要复习，同时介绍了标幺制。

第一节 电力系统的组成和结线方式

电能是现代社会的主要能源，它在国民经济和人民生活中起着极其重要的作用。现代社会中，电能是通过电力系统得到的。在各种发电厂（火电厂、水电厂、核电厂等）里发电设

备将其它形式的能量（化学能、水的动能、核能等）转换成电能，电能经升压变压器和高压输电线路传输至负荷中心，再由降压变压器和配电线路分配至用户，然后通过各种用电设备（电动机、电灯、电炉等）将电能转换成其它形式的能量进行消费。各种用电设备消耗的功率（包括有功功率和无功功率）统称为电力系统的负荷。所谓电力系统就是由大量发电机、变压器、电力线路和负荷组成的旨在生产、传输、分配和消费电能的各种电气设备按一定方式联成的整体。这种一定的联结方式称为电力系统的结线。由上述定义可见，电力系统是一个由大量各种元件组成的复杂系统，发电机、变压器、电力线路和负荷是电力系统的四大主要元件。这四大元件构成了电力系统的躯干，称为一次系统。此外，为了保证其安全正常运行，电力系统还装备有相当于其神经的继电保护、通讯和调度控制系统等，称为二次系统。

如将火电厂的汽轮机和锅炉、水电厂的水轮机和水库、核电厂的汽轮机和核反应堆等动力设备包括进来，与电力系统一起，则称为动力系统。电力系统中传输和分配电能的部分称为电力网，它由变压器和电力线路组成。电力网按其职能分为输电网和配电网。前者将发电厂发出的电能传输至负荷中心，是电力网的主干部分，后者将电能分配给用户。变压器按其功能分为升压变压器和降压变压器，前者将电能由一个较低的电压级升到一个较高的电压级以利于传输，后者则将电能由一个较高的电压级降到一个

较低的电压级以利于分配或使用。电力线路按其结构分为两大类：架空线路和电缆线路，前者由杆塔、

绝缘子和金具将导线及中性线架设在地面之上，后者则敷设在地下。电力线路以架空线为主。电力系统中各个元件的联结情况通常用结线图表示。电力系统的结成图有两类：电气结线图和地理

结线图。电气结线图反映电力系统各元件之间的电气联系。现代电力系统为三相交流系统。不少三相交流系统中还含有直流输电网络，它由三相交流变压器、整流器、直流输电线路、逆变器及降压变压器组成。在送电端，升压变压器将电压升至需要的高压，由整流器将其变为直流，经直流输电线路传输至受电端，再由逆变器转换为三相交流，经降压后使用。为简明起见，电力系统的电气结线图多画成单线形式，称为单线图。图1—1示出了一个简单电力系统的示意图，并且示出了动力系统、电力系统和电力网三者之间的关系，这种关系还更清晰地显示在表1—1中。

图1—1动力系统、电力系统和电力网示意图

表1—1动力系统、电力系统和电力网之间的关系

? ?锅炉

? ?

?动力部分?水库

?? ?核反应堆

?

?

? ?发电机

? ?

汽轮机

水轮机汽轮机

（火电厂）

(火电厂

(火电厂)

(水电厂)

(核电厂)

（核电厂）

动力系统?

? ? ?升压变压器

? ? ?输电网?

? ? ?

?输电线路

电力系统

? ?电力网?

?降压变压器

? ? ?配电网?

?? ?

?

? ? ?

?? ??负荷

?配电网

电力系统的地理结线图反映各发电厂、变电所的相对地理位置以及电力线路的路径，如图1—2为

某一简单电力系统的地理结线图。地理结线图不反映各元件之间的电气联系，因此，两类结线图常常配合使用，互为补充。

发电厂变电所

图1—2 电力系统的地理结线

发电厂变电所电力系统的结线图反映了电力系统的结线方式。由于电力系统大小不一，而且处在不断发展中，因

发电厂变电所

而结线方式也多种多样。一般可将其分为简单结线方式和复杂结线方式两大类。简单结线方式又分放射式、干线式、链式、环形和两端供电方式，如图1—3所示。其中前三种结线方式：放射式、干线式和链式，称为开式网络，其特点是每个负荷只能从一个方向取得电能；后两种方式