供配电技术,工厂供电,电力系统概况(超详细)

建筑电气 教材 建筑供配电工程张凤江主编参考书 供配电技术夏国明主编 电线杆上的电线有多高的电压 这些装置都是干什么用的 为什么要接地 怎么布线 开关设备 变电设备 用什么线 导线 变电所配电所 负荷多少 接地防雷 建筑设备供电 电力系统基本规则 提示1 需要用什么东西 提示2 需要建什么装置和设施 提示3 需要知道什么信息 你如何给建筑物内分配电能 第一章建筑供配电工程概述第四章电力负荷计算第五章导线与电缆截面选择第六 七章主要开关设备和变电设备第八章变电所与配电所第九章接地保护装置与建筑物防雷 课程学时 28学时 本课程的特色与学习方法建议 课程的特色 实用性 可操作性和针对性 与实际联系紧密 分散性 学习方法的建议 注重名词区分 强调分析方法 培养实际应用能力 通过例题和习题充分熟悉供配电规则 忘了和没记过是不一样的 考勤 纪律 作业 学习要求 考核方法 期末成绩55 平时成绩45 考勤15 作业15 课堂表现15 第一章建筑供配电工程概述 第一节建筑供配电的作用与要求第二节电力系统组成第三节电力系统电压第四节电力系统中性点工作方式第五节电力接地接零系统基本方式第六节负荷分级及供电要求 第一章建筑供配电工程概述 第一节建筑供配电的作用与要求 第一章建筑供配电工程概述 为什么电能应用广泛 建筑供配电的要求 什么是建筑供配电 建筑供配电的要求 安全 可靠 优质 经济 在电能的供应 分配 使用中 不应发生人身伤亡事故和设备事故 满足不同级别用电负荷对供电可靠性的要求 为用户提供符合电能质量指标要求的电能 波形 要求系统输出波形为较严格的正弦波 频率 一般用电设备要求频率的变化范围为 0 5Hz 0 5Hz 变配电系统投资要少 运行费用要低 并尽可能节约电能和减少有色金属损耗 第二节电力系统组成 第一章建筑供配电工程概述 第一章第二节电力系统的组成 电力系统 包括发电 变电 升压和降压 输电 配电 用电五部分 这个系统实现了非电能量通过电能方式传输 最终可以在人们需要的地方 以人们希望的非电能量方式消耗的全过程 电力网 是电力系统的一部分 由变电所和各种电压的线路组成 以变换电压 变电 输送和分配电能为主要功能 是协调电力生产 分配 输送和消费的重要基础设施 用电设备的额定电压 与同级电网的额定电压相同 发电机的额定电压 比同级电网的额定电压高出5 用于补偿线路上的电压损失 一 电力系统的额定电压 电力网的额定电压 我国高压电网的额定电压等级有0 22 0 38 0 66 3 6 10 35 63 110 220 330 500 750 800 1000kV 图1 6供电线路上的电压变化示意图 图1 6为供电线路上的电压变化示意图 第一章第三节电力系统电压 表1 2电力网的额定电压与传输功率和传输距离之间的关系 变压器的二次绕组 对于用电设备而言 相当于电源 变压器的额定电压 我国公布的三相交流系统的额定电压见表1 1 变压器的一次绕组 相当于是用电设备 其额定电压应与电网的额定电压相同 注意 当变压器一次绕组直接与发电机相连时 其额定电压应与发电机的额定电压相同 当变压器二次侧供电线路较长时 应比同级电网额定电压高10 当变压器二次侧供电线路较短时 应比同级电网额定电压高5 其中5 用于补偿变压器满载供电时一 二次绕组上的电压损失 另外5 用于补偿线路上的电压损失 用于35kV及以上线路 可以不考虑线路上的电压损失 只需要补偿满载时变压器绕组上的电压损失即可 用于10kV及以下线路 第一章第三节电力系统电压 第一章第三节电力系统电压 发电机G的额定电压 UN G 1 05 10 10 5 kV 变压器T1的额定电压 U1N 10 5 kV U2N 1 1 110 121 kV 变压器T1的变比为 10 5 121kV变压器T2的额定电压 U1N 110 kV U2N 1 05 6 6 3 kV 变压器T2的变比为 110 6 3kV 例1 1已知下图所示系统中电网的额定电压 试确定发电机和变压器的额定电压 变压器T1的一次绕组与发电机直接相连 其一次侧的额定电压应与发电机的额定电压相同 变压器T1的二次侧供电距离较长 其额定电压应比线路额定电压高10 变压器T2的二次侧供电距离较短 可不考虑线路上的电压损失 第一章第三节电力系统电压 10 10 5 242 220 110 10 10 10 5 10 5 38 5 35 6 3或35 6 6 6 第一章第三节电力系统电压 练习 G 10 5kV T1 T2 220 121kV WL1 WL2 练习1确定图中所示供电系统中变压器T1和线路WL1 WL2的额定电压 G T1 T2 35kV 10kV电网 6kV电网 练习2确定图中所示供电系统中变压器和发电机的额定电压 二 电压等级的选择 220kV及以上 用于大型电力系统的主干线 110kV 用于中小型电力系统的主干线 35kV 用于大型工业企业内部电力网 10kV 常用的高压配电电压 当6kV高压用电设备较多时 也可考虑用6kV配电 3kV 仅限于工业企业内部采用 380 220V 工业企业内部的低压配电电压 电力网的额定电压 传输功率和传输距离之间的关系见表1 2 用电设备总容量在250kW以下或变压器容量在160kVA以下时 可由低压供电 JGJ 16 2008 民用建筑电气设计规范 中规定 用电设备总容量在250kW及以上或变压器容量在160kVA以上时 宜以10 6 kV供电 第一章第三节电力系统电压 1 大型用户 经过两次降压 35kV高压深入负荷中心的直配方式 中型用户 某中型工厂的平面布线示意图 某中型工厂的供电系统图 小型用户 容量不大于160kVA时 容量不大于1000kVA 工业企业供电系统 地方电力网 电压等级在35kV及以下 供电半径在20 50km以内的电力网 区域电力网 电压等级在35kV以上 供电半径超过50km的电力网 超高压远距离输电网 电压等级为330 500kV的电力网 一般由远距离输电线路连接而成 通常将220kV及以上的电力线路称为输电线路 110kV及以下的电力线路称为配电线路 配电线路又分为高压配电线路 110kV 中压配电线路 6 35kV 和低压配电线路 380 220V 浙江北仑发电厂是我国十几年前最大的现代化火力发电厂 总装机容量为300万千瓦 5 600MW 工程于1988年1月正式开工建设 2000年9月全部建成发电 年发电量167亿度 为浙江省各类发电厂发电总量的四分之一 其中两台机组的发电量就能满足宁波市全部用电所需 32 北仑发电厂主控制室 北仑发电厂汽轮机房 内蒙古托克托电厂位于呼和浩特市南约70KM的托克托县境内 现已投产发电8 600MW 2x300MW 自备 托克托电厂是我国最大的火力发电基地 电厂接入系统以500KV输电线路经安定和霸州开闭所接入京津唐电网 对稳定京津唐地区的电力供应具有重要意义 目前 托克托发电厂正在筹建五期两台600MW机组 建成后托电装机总容量将达到6600MW 成为亚洲最大的火力发电基地 2014年全年发电量194 402亿千瓦时 葛洲坝27孔泄洪闸 葛洲坝水电站 葛洲坝水电站是长江干流上修建的第一座大型水电工程 是三峡工程的反调节和航运梯级 电站始建于1970年 共有机21台机组 总装机容量271 5万千瓦 年发电量157亿度 电站以500kV和220kV输电线路并入华中电网 并通过500kV直流输电线路向距离1000km的上海输电120万千瓦 金沙江溪洛渡水电站位于四川省雷波县和云南省永善县接壤的金沙江峡谷段 左右岸电站各安装9台77万千瓦的巨型水轮发电机组机组 总装机1386万千瓦 仅次于三峡和巴西伊泰普水电站 在世界在建和已建电站中居第三位 水库坝顶高程610米 最大坝高285 5米 坝顶中心线弧长698 09米 年发电量为571 640亿千瓦时 南美伊泰普水电站是二十世纪最大的水电站 位于巴西和巴拉圭交界处的巴拉那河上 从1974年5月开始修建 于1991年5月竣工 由巴西与巴拉圭共建 总装机容量12 6GW 18 700MW 年发电量790亿度 水电站坝身长7 7公里 坝高196米 相当于65层楼的高度 三峡水电站效果图 长江三峡水电站坝长2309m 坝高185m 水头175m 总库容393亿立方米 总装机容量18 2GW 26 700MW 年发电量86 5TW h 库区将淹没耕地36万亩 淹没城镇129座 需安置迁移人口113万 电站于93年起步 首批机组于2003年10月发电 以后每年投产4台机组 280MW 2009年全部机组建成投产 三峡电站发出的强大电力将送往华中 华东地区和广东省 电站将引出15条超高压交流输电线路 其中3条线路通过换流站将交流电转换成直流电后 再通过500k 直流输电线路 2条送往华东 1条送往广东 截至去年12月31日24时 三峡电站全年发电988亿千瓦时 创单座水电站年发电量新的世界最高纪录 该发电量相当于武汉市两年半的用电量 武汉市一年用电量为350亿千瓦时左右 三峡电站总装机容量2250万千瓦 居世界第一 2012年7月 26台发电机组全部投产 现为世界最大的水电站和清洁能源生产基地 广州抽水蓄能电站为目前世界上最大的抽水蓄能电站 是为大亚湾核电站安全经济运行而建设的配套工程 同时还承担着广东 香港电网的调峰填谷和事故备用的任务 电站总装机总装机容量2 4GW 8 300MW 分两期建设 每期4台 设计水头535m 电站一期工程于1989年5月25日开工且1993年6月29日1号机投产 二期工程于1994年9月12日开工 至2000年3月14日8号机投产 秦山核电站位于东海之滨美丽富饶的杭州湾畔 是中国第一座依靠自己的力量设计 建造和运营管理的压水堆核电站 它的建成使我国成为继美 英 法 前苏联 加拿大 瑞典之后世界上第七个能够自行设计 建造核电站的国家 经过 年发展 秦山核电基地现有 台机组 总装机容量 万千瓦 年发电量约 亿千瓦时 是目前内地核电机组数量最多 堆型最丰富 装机最大的核电基地 42 秦山核电站主控制室 秦山核电站汽轮机房 达板城风力发电厂装机容量7 23万千瓦 占全国的30 羊八井电厂是我国最大的地热电厂 总装机容量为25 18MW 水温约150 担负拉萨地区50 的供电任务 电站由5眼地热井供水 单井产量为75 160立方米 小时 羊八井地热电厂 羊八井地热温泉 潮汐发电示意图 法国郎斯潮汐电站示意图 法国朗斯潮汐电站 法国郎斯电站1967年建成 位于法国圣马洛湾郎斯河口 一道750米长的大坝横跨郎斯河 坝上是通行车辆的公路桥 坝下设置船闸 泄水闸和发电机房 郎斯潮汐电站机房中安装有24台双向涡轮发电机 涨潮 落潮都能发电 总装机容量24万千瓦 年发电量5亿多度 输入国家电网 江厦潮汐电站是中国第一座双向潮汐电站 位于浙江省温岭市乐清湾北端江厦港 1980年5月第一台机组投产发电 电站装有双向贯流式机组6台 总装机容量3200干瓦 年发电量600万度 可昼夜发电14 15小时 规模仅次于法国郎斯潮汐电站 加拿大芬地湾安娜波利斯潮汐电站 居世界第三 35kV变电站 110kV变电站 500kV变电站 1000kV变电站 思考题 1 1用户供配电系统包括哪些范围 在什么情况下宜设置高压配电所 在什么情况下宜设置总降压变电所 在什么情况下可采用高压深入负荷中心的直配方式 1 2什么叫电力系统 动力系统和电力网 l 3衡量电能质量的两个基本参数是什么 1 4我国规定的 工频 是多少 对其频率偏差有何规定 l 5我国三相交流电网额定电压等级有哪些 l 6用电设备 发电机和电力变压器一 二次额定电压是如何规定的 说明理由 l 7电力网的低压 高压 超高压和特高压是如何划分的 l 8为什么工厂的高压配电电压大多采用10kV 在什么情况下可采用6kV为高压配电电压 我国电力系统中性点有三种运行方式 二 中性点不接地的电力系统 正常运行时 系统的三相电压对称 三相导线对地电容电流也对称 其电路图和相量图如图1 7所示 当系统发生A相接地故障时 A相对地电压降为零 相当于在中性点叠加上一个零序电压 其电路图和相量图如图1 8所示 中性点不接地中性点经消弧线圈接地中性点直接接地 小电流接地系统 大电流接地系统 一 概述 第四节电力系统中性点工作方式 第一章第四节电力系统中性点工作方式 中性点对地电压 图1 7中性点不接地系统正常运行时的电路图和相量图a 电路图b 相量图 1 4电力系统中性点运行方式 在数值上 图1 8中性点不接地系统发生A相接地故障时的电路图和相量图a 电路图b 相量图 1 4电力系统中性点运行方式 1 4电力系统中性点运行方式 流过故障点的接地电流为 数值上 单相接地电流 电容电流 的经验公式 式中 分别为架空线路和电缆线路的总长度 km 特点 中性点不接地系统发生单相接地故障时 线电压不变 而非故障相对地电压升高到原来相电压的倍 单相接地电流等于正常时单相对地电容电流的3倍 其值并不大 发出接地信号 值班人员一般在2小时内选择和排除接地故障 保证连续不间断供电 1 4电力系统中性点运行方式 绝缘投资大 单相故障时 非故障相对地电压升为相电压的倍 为确保设备的绝缘安全 系统相对地绝缘按线电压设计 中性点绝缘按相电压设计 单相接地电流小于30A的3 10kV电力网 单相接地电流小于10A的35kV电力网 运行可靠性高 发生单相故障时 电力网的线电压仍然对称 用户的三相用电设备仍能照常运行一段时间 但运行时间不能太长 以免另一相又发生接地故障时形成两相接地短路 优点 缺点 适用范围 当中性点不接地系统的单相接地电流较大时 将产生间歇性电弧而引起弧光接地过电压 甚至发展成多相短路 为此 可采用中性点经消弧线圈接地的方式 如图1 9所示 1 4电力系统中性点运行方式 三 中性点经消弧线圈接地的电力系统 图1 9中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障时的电路图和相量图a 电路图b 相量图 消弧线圈 特点 运行可靠性高 但绝缘投资大 适用范围 单相接地电流大于30A的3 10kV电力网 单相接地电流大于10A的35kV电力网 1 4电力系统中性点运行方式 在电力系统中一般采用过补偿运行方式 Why 消弧线圈的补偿方式 全补偿 欠补偿 过补偿 特点 中性点始终保持零电位 优点 节约绝缘投资 发生单相短路时 非故障相对地电压不变 电气设备绝缘水平可按相电压考虑 因此 我国110kV及以上的电力系统基本上都采用中性点直接接地的方式 1 4电力系统中性点运行方式 四 中性点直接接地的电力系统 图1 10中性点直接接地系统的电力系统示意图 针对缺点应采取的措施 加装自动重合闸装置 以提高供电可靠性 适用范围 110kV及以上电网和380 220V电力网 说明 110kV及以上电网采用中性点直接接地方式是为了降低工程造价 而在380 220V低压电网中是为了保证人身安全 缺点 供电可靠性不高 单相短路时 接地相短路电流很大 保护装置迅速跳闸 因此系统不能继续运行 1 4电力系统中性点运行方式 一 接地的有关概念 1 接地装置 接地 电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接 接地体 直接与大地接触的金属导体 接地线 连接接地体与电气设备接地部分的金属导体 接地装置 接地体与接地线的总和 称为接地装置 接地网 由若干个接地体在大地中相互用接地线连接起来的一个整体 称为接地网 如图9 8所示 图9 8接地网示意图1 接地体2 接地干线3 接地支线4 电气设备 第5节电气装置接地接零系统基本方式 2 地和对地电压 当电气设备发生接地故障时 接地电流IE通过接地体向大地作半球形散开 如图9 9所示 电气设备的接地部分与零电位地之间的电位差 称为接地部分的对地电压 用UE表示 实践证明 在距接地体20m以外的地方 散流电阻已趋近于零 也即电位趋近于零 该电位等于零的地方称为电气上的 地 或 大地 图9 9接地电流和对地电压分布图 第5节电气装置接地接零系统基本方式 3 接触电压和跨步电压 图9 10 接触电压 当电气设备发生接地故障时 人体触及的电气设备和大地上任意两点之间的电位差 称为接触电压Utou 跨步电压 人在接地故障点附近行走时 两脚之间的电位差 称为跨步电压Ustep 图9 10接触电压和跨步电压 第5节电气装置接地接零系统基本方式 二 接地的类型 工作接地 根据电力系统运行的需要 人为地将电力系统中性点或电气设备的某一部分进行接地 保护接地 为保证人身安全 防止触电事故 将电气设备的外露可导电部分与地作良好的连接 TN系统 TN系统的电源中性点直接接地 并引出有中性线 N线 保护线 PE线 或保护中性线 PEN线 电气设备的外露可导电部分与PE线或PEN线相连 TN C系统 系统中N线与PE线合为一根PEN线 所有设备的外露可导电部分均接PEN线 如图9 11a所示 第5节电气装置接地接零系统基本方式 第一个字母表示电源接地点对地的关系 T 法文Terre的首字母 表示直接接地 I 法文Isolant的首字母 表示不接地 包括所有带电部分与地隔离 或通过阻抗与大地相连 第二个字母表示电气设备的外露导电部分与地的关系 T 表示独立于电源接地点的直接接地 N 法文Neutre的首字母 表示直接与电源系统接地点或与该点引出的导体相连接 后续字母表示中性线与保护之间的关系 C 法文Combinaison的首字母 表示中性线N与保护线PE合并为PEN线 S 法文Separateur的首字母 表示中性线与保护线分开 C S表示在电源侧为PEN线 从某点分开为N及PE线 按接地制式划分的配电系统有TN S TN C TN C S TT IT等 TN S系统 系统中的N线与PE线完全分开 所有设备的外露可导电部分均接PE线 如图9 11b所示 TN C S系统 系统中前面线路采用TN C系统 而后面线路部分或全部采用TN S系统 所有设备的外露可导电部分接PEN线或PE线 如图9 11c所示 图9 11TN系统示意