《供电工程课程设计》(翁双安)第一章绪论

第一章绪论,第一节电力系统的基本概念第二节电力系统的额定电压（重点）第三节电力系统的中性点接地方式（重点/难点）第四节用户供电系统及供电要求（重点）第五节供电工程设计的主要内容和程序,第一节电力系统的基本概念,一、电力系统的构成,电力系统是一个包含着发电、输电、变电、配电和用电的统一整体。,（一）发电厂发电厂将自然界存在的一次能源转换为电能（二次能源）的场所。发电厂所用的一次能源有：燃料的化学能、水流的位能、核能、太阳能、风能、地热和潮汐等。,火电厂,续上页,电力网分为远距离输电网（500kV）、区域电网（220kV及以上）和地方电网（110kV及以下）。,变电所按功能分有：升压变电所、降压变电所。按地位分有：枢纽变电所、地区变电所，用户终端变电所。,（二）电力网电力网系统中各级电压的电力线路及其联系的变电所。变电所接受电能、变换电压和分配电能的场所。配电所接受电能和分配电能的场所。,电力用户电力系统中，一切消耗电能的用电设备(单位)。,水电厂,核电厂,续上页,二、电力系统的运行特点与要求,电力系统影响重要,电力系统的地区性特色明显,电力系统的暂态过程十分迅速,电力系统发电与用电之间处于动态平衡,三、现代电力系统的发展趋势,运行要求：安全、可靠、优质、经济,能源结构的多样性和互补性,控制和调度手段的先进性,输电方式的新颖性,额定电压指保证设备正常运行且能获得最佳技术经济效果的电压。,2.用电设备的额定电压,第二节电力系统的额定电压,1.三相交流电网（线路）额定电压（线值）,低压/kV0.38、0.66、1(1.14),用电设备的额定电压和电网的额定电压一致。,高压/kV3、6、10、(20)、35、66、110、220、330、500、(750),一、电力系统中各元件额定电压的确定,续上页,3.发电机的额定电压,发电机的额定电压比同级电网额定电压高5%，从而使用电设备端的电压偏差在额定电压的5%以内变化。,线路负载时电压损失全线10%。,UN,续上页,二次绕组额定电压：（空载电压）,4.变压器的额定电压,一次绕组额定电压：,a、直接接于发电机出线端，则其额定电压应与发电机额定电压相同。,b、当接于电网时，则等于电网额定电压。,a、当二次侧线路较短时，比电网额定电压高5%。,b、当二次侧输电线路较长时，考虑线路电压损失，则应比电网额定电压高10%。,线路长,线路短,U1N.T=UG,U1N.T=UN1,U2N.T=1.1UN1,U2N.T=1.05UN2,二、电力系统中各种额定电压等级的适用范围,由于电力线路的导体截面（载流量）是有限的，而且线路电压损失又不能超过允许值，所以各种额定电压等级的电力线路所能传输的功率与传输距离是有限的。,表电力线路额定电压等级与传输功率、传输距离的经验估计,第三节电力系统的中性点运行方式,中性点接地方式指变压器或发电机的三相绕组星形连接时其中性点与大地的连接方式。,电力系统的中性点接地方式是一个综合的技术问题，它与系统的供电可靠性、人身安全、设备安全、过电压保护、继电保护、通信干扰及接地装置等问题有密切的关系。,一、电源中性点不接地的电力系统,续上页,正常运行时，系统三相电压对称，三相对地电容电流平衡，电源中性点对地电压为零。,C,中性点不接地的电力系统一相（如C相）接地时：,中性点对地电压上升为相电压，非故障相对地电压上升为线电压，因此，电气设备对地绝缘应按线电压考虑。,故障后线电压保持不变（见相量图），因而三相电气设备可以继续运行。但不能长期运行，以免故障扩大。,续上页,出现零序电压,估算：,接地电容电流,电缆线路对地电容电流比架空线路大。,当IC超过规定值时，会产生断续电弧致使电网出现暂时过电压，危及电气设备安全。,续上页,零序电流,二、电源中性点经消弧线圈接地的电力系统,一相接地时,接地点的电流减小，不再发生电弧。,续上页,一般采取过补偿运行方式。现已采用微机自动跟踪补偿技术。此系统需装设高灵敏的小电流接地选线装置以实现选择性保护。,消弧线圈电阻很小，感抗很大。,L,三、电源中性点经小电阻接地的电力系统,优点：能减少电弧接地过电压的危险性；可实现灵敏而有选择性的接地保护；对邻近通信线路的干扰也就较弱。,续上页,缺点：供电连续性因接地故障而受到影响。,R,（一）运行特点分析及应用,续上页,四、中性点直接接地的电力系统,特别有利于110kV及以上电气设备降低绝缘成本；对于低压系统（引出中性线）也有利于接入使用相电压的单相设备。,缺点：供电可靠性因接地故障而中断。,优点：非故障相对地电压仍为相电压。,(二)电源中性点直接接地的低压配电系统,续上页,1.TN系统其电源中性点直接接地，设备外露可导电部分均接公共PE线（或PEN线）。,TN-C系统（N线与PE线合二为一）,TN-C系统中PEN线有不平衡电流通过且不能采用漏电保护，故不适用于对抗电磁干扰和安全要求较高的场所。,TN-S系统（N线与PE线完全分开）,续上页,正常情况下，PE线中无电流通过，因此对连接PE线的设备不会产生电磁干扰。而且该系统可采用剩余电流保护，安全性较高。,TN-C-S系统（N线与PE线先合后分）,续上页,此系统比较灵活，对安全要求及抗电磁干扰要求较高的场所采用TN-S系统配电，而其他场所则采用较经济的TN-C系统。多用于由外部供电系统配电的建筑物。,续上页,2.TT系统其电源中性点直接接地，设备外露可导电部分均各自PE线单独接地。,优点：不存在TN系统中的故障蔓延现象。缺点：须装设高灵敏的接地故障保护电器。,第四节用户供电系统及供电要求,一、用户供电系统的构成,大型电力用户（供电总容量10000kVA及以上）及某些电源进线电压为35kV及以上的中型用户供电系统概略图如下。,续上页,一般中型电力用户（容量1000kVA10000kVA）的供电系统概略图如下。,对于小型电力用户，由于所需容量一般不大于1000kVA或稍多，因此通常只设一个10kV降压变电所。其供电系统概略图与车间变电所类似。,二、电力负荷的分级及供电要求,中断供电将造成人身伤亡时；在政治经济上造成重大损失时；影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作。,特别重要的负荷指当中断供电将发生中毒爆炸和大灾等情况负荷；特别重要场所的不允许中断供电的负荷。,中断供电将在政治上、经济上造成较大损失时影响重要用电单位的正常工作。,应由两个独立电源供电：来自两个发电厂来自两个地区变电所1路市电自备发电机,还应增设应急电源：自备发电机组独立于正常电源的专用馈电线路不间断供电装置UPS（EPS)蓄电池及干电池,宜由两回路电源供电。在负荷较小或地区供电条件困难时，可由一回6kV及以上专用的线路供电。,对供电方式无特殊要求,不属于一、二级负荷者,第五节供电工程设计的主要内容和程序,一、用户供电工程设计的主要内容,用户供电工程的设计应严格按照现行的国家标准规范和有关技术经济政策的要求，力争使设计方案技术先进、电能质量稳定、安全性能可靠和经济指标合理。,1.用户变配电所设计2.用户高低压配电线路设计,二、用户供电工程设计的程序简介,1.初步设计（方案设计）2.扩大初步设计3.施工图设计,本章小结,本章概述了供电工程的一些基本知识和基本问题。首先简要介绍了电力系统的组成结构、运行特点要求及未来发展趋势；其次重点论述了电力系统的额定电压和电力系统的中性点接地方式和运行特点；然后介绍了用户供电系统的组成结构和负荷等级的分类及其供电要求；最后简介了供电工程设计的主要内容和程序。本章重点：电力系统额定电压的有关规定、电力系统的中性点接地方式及其运行特点、电力负荷分级及其对供电的要求。本章难点：电力系统中性点各种接地方式的运行特点。教学基本要求：了解电力系统的构成、运行特点及发展趋势、用户供电系统的构成；熟悉电力系统的额定电压和中性点接地方式；理解电力系统中发电机和变压器额定电压的有关规定、电力系统中性点各种接地方式的运行特点；掌握电力负荷分级及其对供电的要求。,思考题与习题解答提示,1-1提示：参见教材P1。1-2提示：参见教材P1P3。1-3提示：见下页表。1-4提示：参见教材P10P12。1-5提示：参见教材P11。1-6提示：参见教材P12P13。1-7提示：参见教材P13P15。1-8提示：参见教材P15。1-9提示：参见教材P16。1-10提示：T1，T2一次侧与G直接相连，T3，T4一次侧与电网直接相连；110kV、10kV线路长，0.38kV线路短。,续上页,1-3题中性点接地方式的比较表,1-11提示：总降压变压器一次侧与电网直接相连，二次侧10kV线路短（厂区内部），车间变压器一次侧与电网直接相连，二次侧0.38kV线路短。1-12提示：根据教材P8公式（1-1）计算IC，当IC30A时，不需要改为经消弧线圈接地。,自测题,一、填空题1电力用户配电变压器一次侧额定电压电网额定电压，二次侧额定电压高于二次电网额定电压，主要补偿电压损失。2.用电设备的额定电压电网额定电压。发电机额定电压比同级电网额定电压高，用于补偿。3在我国电力系统中，110kV以上高压系统，为降低要求，多采用中性点方式。1kV以下的低压配电系统，考虑到的使用，中性点通常为方式。4中性点不接地电力系统发生一相接地故障时，中性点对地电压为，非故障相对地电压，但线电压大小及对称性，三相电气设备可。,续上页,5.10kV供电系统广泛采用中性点不接地系统，当系统发生单相接地故障时，线电压，三相电气设备。但流过故障点的接地电流数值较大时，就会在接地点间产生断续电弧引起，损害另外一相绝缘，可能发展成为故障。因此该系统应当装设装置，必要时还可装设保护。6在中性点不接地的10kV电力系统中，电气设备的绝缘要求必须按电压考虑。若单相接地电容电流超过规定，会产生稳态电弧致使电网出现，危及电气设备安全，此时应采取中性点经或接地的运行方式。7电力用户10kV供电系统多采用中性点接地方式；220/380V多采用中性点接地方式，以利于。8.我国电力系统常用的中性点接地方式有中性点接地，中性点经接地，中性点经接地或经小电阻接地。中性点接地方式的选择主要取决于单相接地时及等因素。,续上页,9中性点不接地的电力系统在正常运行时，各相对地电容电流，各相对地电压为。当发生一相接地故障时，线间电压，而非