供配电技术(第3版)完整可编辑.ppt

供电技术 GO 多媒体课件 供电技术 48 16学时 供电技术 是高等院校电类专业 主要包括电气工程及自动化 电机与电器 计算机控制技术等专业的一门选修课程 本课程主要是使学生掌握中 小型用电企业电力负荷计算 短路电流计算的基本理论 具备工厂变配电所电气设备选择 安装 调试 运行维护等职业技能 为今后从事相关工作奠定坚实的理论基础 一 课程开设意义及重要性 供电技术 32 16学时 二 本课程主要内容 本课程主要讲述中小型工厂供配电系统的基本理论知识 计算方法 系统运行及管理等相关知识 主要包括 电力系统的基本知识 工厂电力负荷的计算 三相短路分析 短路电流及短路效应的计算 电气主接线 电气主设备 供配电系统的继电保护等 供电技术 三 参考教材 工厂供电 第2版黄纯华天津大学出版社 工厂供电 第5版刘介才机械工业出版社 供配电技术 第3版唐志平电子工业出版社 供配电技术 第2版唐志平电子工业出版社 工厂供电设计指导 第2版刘介才机械工业出版社 目录 第一章电力系统概论第二章负荷计算第三章短路电流计算第四章变配电所及其一次系统第五章电气设备的选择第六章电力线路第七章供配电系统的继电保护 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 第一章电力系统概论 内容 电力系统和供配电系统的概念 系统的额定电压 电力系统中性点的运行方式 电能的质量指标和电力负荷等基本知识 重点 系统额定电压的确定和中性点的运行方式分析 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 第一章电力系统概论 1 1电力系统和供配电系统概述 1 2电力系统的额定电压 1 3电力系统的中性点运行方式 1 4电能质量指标 1 5电力负荷小结 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 1 1电力系统和供配电系统概述 电能是一种清洁的二次能源 电能已广泛应用于各个方面 电力工业已成为我国实现现代化的基础 得到迅猛发展 到2011年年底 我国发电机装机容量近106亿千瓦 居世界第2位 发电量达46037亿度 居世界第1位 工业用电量已占全部用电量的70 80 是电力系统的最大电能用户 供配电系统的任务就是用户所需电能的供应和分配 它是电力系统的重要组成部分 用户所需的电能 绝大多数是由电力系统供给的 先介绍电力系统的知识 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 一 电力系统 1 发电厂发电厂将一次能源转换成电能 根据一次能源的不同 有火力发电厂 水力发电厂和核能发电厂 此外 还有风力 地热 潮汐和太阳能等发电厂 2 变电所接受电能 变换电压和分配电能 按变电所的性质和任务不同 可分为升压变电所和降压变电所 按变电所的地位和作用不同 又分为枢纽变电所 地区变电所和用户变电所 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 电力系统组成 发电厂 变电所 电力线路和电能用户 3 电力线路将发电厂 变电所和电能用户连接起来 完成输送电能和分配电能的任务 4 电能用户电能用户又称电力负荷 所有消耗电能的用电设备或用电单位 图 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 电力系统 发电厂 变电所 电力线路和电能用户 返回 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 供配电系统是电力系统的电能用户 也是电力系统的重要组成部分 由总降变电所 高压配电所 配电线路 车间变电所或建筑物变电所和用电设备组成 总降变电所是企业电能供应的枢纽 它将35kV 110kV的外部供电电源电压降为6 10kV高压配电电压 供给高压配电所 车间变电所和高压用电设备 高压配电所集中接受6 10kV电压 再分配到附近各车间变电所或建筑物变电所和高压用电设备 一般负荷分散 厂区大的大型企业设置高压配电所 二 供配电系统 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 配电线路分为6 10kV厂内高压配电线路和380 220V厂内低压配电线路 高压配电线路将总降变电所与高压配电所 车间变电所或建筑物变电所和高压用电设备联接起来 低压配电线路将车间变电所的380 220V电压送各低压用电设备 车间变电所或建筑物变电所将6 10kV电压降为380 220V电压 供低压用电设备用 用电设备按用途可分为动力用电设备 工艺用电设备 电热用电设备 试验用电设备和照明用电设备等 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 供配电系统图 三 供配电的要求和课程任务 做好供配电工作 对于促进工业生产 降低产品成本 实现生产自动化和工业现代化有着十分重要的意义 本课程的任务主要通过讲述供配电系统电能供应和分配的基本知识和理论 使学生掌握供配电系统的设计和计算方法 管理和运行技能 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 对供配电的基本要求 1 安全在电能的供应 分配和使用中 不应发生人身事故和设备事故 2 可靠应满足用电设备对供电可靠性的要求 3 优质应满足用电设备对电压和频率等供电质量的要求 4 经济供配电应尽量做到投资省 年运行费低 尽可能减少有色金属消耗量和电能损耗 提高电能利用率 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 1 2电力系统的额定电压 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 额定电压 电气设备正常工作且能获得最佳技术性能和经济效果的电压 通常指线电压 在电气设备铭牌上标出 一 额定电压规定电力系统电压是有等级的 电压分级的原因分析 由于 当输送功率S一定时 U越高 I越小 导线等载流部分的截面积越小 投资也就越小 但电压U越高 对于设备绝缘要求也就越高 变压器 杆塔 断路器等设备的绝缘投资也就越大 综合考虑上述因素 对于一定的输送功率和输送距离总会有一最为合理的线路电压 此时最为经济 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 主要分成 220V 380V 3kV 6kV 10kV 35kV 110kV 220kV 500kV等在电力系统中同一电压等级下 不同的电气设备具有不同的额定电压规定 用电设备 电力线路 发电机以及变压器的额定电压规定分别予以介绍 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 1 用电设备额定电压铭牌上标出的线电压 没有特殊规定 2 电力线路的额定电压和所连接用电设备的额定电压相等 又称网络的额定电压 3 发电机的额定电压与网络额定电压为同一等级时 发电机的额定电压规定比网络电压高5 标称值均为空载值 4 变压器额定电压比较复杂 需视所处位置来确定 1 变压器一次绕组的额定电压与发电机直接相连时 其额定电压与发电机额定电压相同 不与发电机直接相连时 其额定电压与 网络 线路的额定电压相同 2 变压器二次绕组的额定电压当线路较短 直接向高低压用电设备供电 如10kV及以下线路 二次绕组的额定电压应比相连线路的额定电压高5 当线路较长 如35kV及以上高压线路 变压器二次绕组的额定电压应比相连线路的额定电压高10 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 4 变压器额定电压 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 电力系统电压等级规定总结 例1 1已知图1 5所示系统中线路的额定电压 试求发电机和变压器的额定电压 返回 解 发电机G的额定电压UN G 1 05UN 1WL 1 05 6 6 3kV变压器1T的额定电压UIN IT UN G 6 3kVU2N 1T 1 1UN 2WL 1 1 110 121kV1T额定电压为6 3 121kV变压器2T的额定电压UIN 2T UN 2WL 110kVU2N 2T 1 05UN 3WL 1 05 10 10 5kV2T的额定电压为110 10 5kV 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 1 3电力系统的中性点运行方式 一 电力系统中性点电力系统中性点指系统中星形联结的变压器或发电机的中性点 意义 电力系统的中性点运行方式是一个综合性问题 对于电力系统的运行特别是在系统发生单相接地故障时有明显的影响 它与电压等级 单相接地电流 过电压水平 保护配置等有关 直接影响电网的绝缘水平 系统供电的可靠性 主变压器和发电机的运行安全以及通信线路的抗干扰能力等 二 中性点运行方式及特点 假定条件 三相对称电路 电源 线路和负载均是对称的 C为相与地之间的总分布电容 表示其容抗 正常运行时的中性点不接地的电力系统 1 3 1中性点不接地的电力系统 1 系统正常时三相线电压对称 三相相电压对称 三相对地电容电流对称 三个对地电容电流平衡分析三相对地分布电容电流分别为 接地电流为 结论 系统正常时 虚拟接地点的总电容电流相量和为0 即没有电流在地中流动 正常运行时的中性点不接地的电力系统 2 系统发生单相接地短路时 如C相接地 电压特征 C相对地电压为0 中性点对地电压不为0 A相对地电压为 升高为线电压 B相对地电压为 升高为线电压 电流特征 将接地点作为广义节点 列KCL方程 由相量图得 相位上 超前 量值上 结论 一相接地的电容电流为正常运行时每相对地电容电流的3倍 3 中性点不接地系统发生单相接地时特征 经故障相流入故障点的电流为正常时本电压等级每相对地总电容电流的3倍 中性点对地电压升高为相电压 非故障相的对地电压升高为线电压 线电压与正常时的相同 依然对称 4 适用范围 中性点不接地系统仅仅适用于单相接地电容电流不大的电网 3 10kV电网中 单相接地电流 Id 30A 35 60kV电网中 单相接地电流 Id 10A 1 3 2中性点经消弧线圈接地的电力系统上述电路中如果发生单相接地故障时接地电流比较大 会出现断续电弧 由于电力线路中含有电阻 电感 电容 因此在单相弧光接地时 可能会形成串联谐振 出现过电压 正常时的2 5 3倍 导致线路上绝缘薄弱地点出现绝缘击穿 在此单相接地电容电流大于一定值的系统中 电源中性点经消弧线圈接地 发生单相接地故障时 流过中性点的电流时接地电容与流过消弧线圈的电感电流之和 超前900 而滞后900 所以在接地点相互补偿 使流过接地点的电流减小 1 特点 中性点对地电压升高为相电压 非故障相的对地电压升高为线电压 线电压与正常时的相同 依然对称 消弧线圈有效减小了接地电流 允许在单相接地故障时继续运行 2小时 在此时间内查找故障 2 适用场合 规定在中性点不接地系统中的3 60kV系统中 当电容电流超过规定数值时 需要采用消弧线圈接地 3 6kV的系统 大于30A 10kV的系统 大于20A 35 60kV的系统 大于10A 1 3 3 中性点直接接地的电力系统单相接地故障时 形成单相短路 短路电流比正常时大的多 立即跳闸 解决的问题 1 高压灭弧困难 220kV及以上的电压电网 除存在对地电容外 还存在较大的电晕损耗和泄漏损耗 因而在接地电流中既有有功分量又有无功分量 而消弧线圈只能补偿无功分量 接地点仍有较大的有功电流流过 电压等级越高 该值越大 100A 200A之上 致使电弧无法熄灭 2 高压绝缘投资大 在中性点直接接地系统中 发生单相接地故障后 中性点电位不变化 致使非故障相对地电压即相电压基本不变化 所以可以有效克服线路以及高压设备高压绝缘投资问题 3 低压单相设备运行需要 在380V 220V系统中 为了设备可靠接地以及单相设备的工作需要 也通常采用中性点直接接地运行方式 1 4电能的质量指标电能的质量是指电压质量 频率质量和供电可靠性三项指标 1 4 1电压电压质量是以电压偏离额定电压的幅度 电压波动和电压波形来衡量 1 4 2频率频率的质量是以频率偏差来衡量1 4 3供电可靠性供电可靠性是以对用户停电的时间及次数来衡量 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 1 电压偏差 电压偏差是电压偏离额定电压的幅度 一般以百分数表示 即式中 V 为电压偏差百分数 U为实际电压 UN为额定电压 我国规定了供电电压允许偏差 见表1 2 要求供电电压的电压偏差不超过允许偏差表1 2供电电压允许偏差 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 2 电压波动 电压波动是指电压的急剧变化 电压变化的速率大于每秒1 的即为电压急剧变化 电压波动程度以电压最大值与最小值之差或其百分数表示 即式中 U为电压波动 U 为电压波动百分数 电压波动的允许值见表1 3 U 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 3 波形 波形的质量是以正弦电压波形畸变率来衡量的 在理想情况下 电压波形为正弦波 但电力系统中有大量非线性负荷 使电压波形发生畸变 除基波外 还有各项谐波 表1 5公用电网谐波电压限值 相电压 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 我国采用的额定频率为50HZ 在正常情况下 频率的允许偏差 根据电网的装机容量而定 事故情况下 频率允许偏差更大 频率的允许偏差见表1 6 表1 6电力系统频率的允许偏差 4 频率质量指标 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 供电可靠性是以对用户停电的时间及次数来衡量 它常用供电可靠率Kre1表示 即实际供电时间与统计期全部时间的比值的百分数表示 Kre1 100 Ty Ts TtTt 式中 Ty为统计期实际供电时间之和 h Ts为统计期全部时间 h Tt为统计期内停电时间之和 h ti为统计期内每次停电时间 h 停电时间应包括 事故停电 计划检修停电及临时性停电时间 返回 5 供电可靠性指标 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 用户有各种用电设备 它们的工作特征和重要性各不相同 对供电的可靠性和供电的质量要求也不同 因此 应对用电设备或负荷分类 以满足负荷对供电可靠性的要求 保证供电质量 降低供电成本 1 5 1按对供电可靠性要求的负荷分类我国将电力负荷按其对供电可靠性的要求及中断供电在政治上 经济上造成的损失或影响的程度划分为三级 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 1 5电力负荷 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 1 一级负荷 中断供电将造成人员伤亡或在政治上经济上造成重大损失者 如医院手术室 矿井 消防设备等 供电要求 双电源供电 必须增设应急电源 常用的应急电源有 1 柴油发电机组 2 供电网络中独立于正常电源的专门馈电线路 3 蓄电池 2 二级负荷 中断供电在政治 经济上造成较大损失者 如大型的钢厂 化纤厂等 供电要求 两回路供电 负荷较小时可以一回专线供电 3 三级负荷 其它负荷 供电要求 对供电电源无特殊要求 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 1 5 2按工作制的负荷分类 1 连续