第一章 电力系统概论.ppt

供配电技术课件,唐志平主编,电子工业出版社,供配电技术,GO,多媒体课件,主编：唐志平副主编：杨胡萍邹一琴郭晓丽,供电工程,专业选修课,课堂教学40学时,教学环节：,理论与工程实际紧密结合，实用性强,课程特点：,突出新技术、新产品、新标准的应用,课程实习16学时,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八章变电所二次回路和自动装置第九章电气安全、防雷和接地第十章电气照明第十一章供配电系统的运行和管理,课程主要内容,工程设计与技术应用,课程主要内容的相互关系,构成供配电系统,保护设置与整定,电气安全,负荷计算,电器电线电缆选择,一次(主)接线设计,短路电流计算,短路电流效应,电能质量,二次接线设计,教材与主要参考书目：,唐志平主编.供电工程.电子工业出版社.2008翁同安主编.供电技术.机械工业出版社.2008刘介才编著.工厂供电.机械工业出版社.雍静主编.供配电系统.机械工业出版社.2003中国航空工业规划设计研究院等编.工业与民用配电设计手册（第3版）.中国电力出版社.2005,第一章电力系统概论,内容:系统和供配电系统的概念、电力系统的额定电压、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。难点: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电力负荷小结思考题和习题,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。由于电能不仅便于输送和分配，易于转换为其它的能源，而且便于控制、管理和调度,易于实现自动化。因此，电能已广泛应用于国民经济、社会生产和人民生活的各个方面。绝大多数电能都由电力系统中发电厂提供，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年底，我国发电机装机容量达105576万千瓦，居世界第2位，发电量达46928亿度，居世界第1位。参考链接,1.1.1电力系统,1.电力系统发电厂、变电所、电力线路和电能用户组成的一个整体。电力系统示意图如下：,从发电厂到用户的发、输、配电过程,名词解释,1）发电厂：将一次能源转换成电能。有火力、水力、核能等，此外，还有风力、地热、潮汐和太阳能等发电厂。2）变电所：功能是接受电能、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，除与发电机相连的变电所为升压变电所外，其余均为降压变电所。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。3）配电所：仅用于接受和分配电能的场所。4）换流站：交、直流相互转换的场所。,5）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。（220kV及以上输电线，110kV及以下配电线（高压、中压和低压配电线路）6）电能用户：所有消耗电能的用电设备或用电单位，又称电力负荷。7）电网：电力系统中除发电厂和电能用户之外的部分。8）为什么建电力系统：减少装机容量；装设大机组；充分利用动力资源；提高供电可靠性；提高电能质量；提高运行的经济性。,1.1.2供配电系统,供配电系统由总降变电所、高压配电所、配电线路、车间变电所和用电设备组成。,总降压变电所：将35110kV的外部供电电源降到610kV，供给高压配电所、车间变电所或建筑物变电所、高压用电设备。一般大型企业都设之。高压配电所：集中接受610kV电压，再分配。一般负荷分散、厂区大的大型企业需设置。配电线路：分610kV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电压送到各低压用电设备。车间变电所或建筑物变电所：610kV降到380/220V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。,1.1.供配电的要求和课程任务供配电的基本要求是：（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。本课程的任务：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，为学生今后从事供配电技术工作奠定基础。,1.2电力系统的额定电压,1、电网（线路）额定电压UN低压380V,660V高压（3），6，10，35，（66），110，220，（330），500kV2、用电设备的额定电压，等于同级电网的额定电压3、发电机的额定电压：UNGG=1.05UN注：用电设备偏移5%，线路允许电压降10%,4、电压变压器的额定电压（1）升压变压器：U1N=UNGGG=1.05UN；U2N=1.1UN（2）降压变压器：U1N=UN（一次侧）U2N=1.05UN10kV及以下，线路较短时1.1UN35kV及以上，线路较长时,例1-1已知图示系统中线路的额定电压，求发电机和变压器的额定电压。,解：G:UNG=1.05UN3L=1.056=6.3kV,1T:U1N1T=UNG=6.3kVU2N1T=1.1UN1L=1.1X110=121kV6.3/121kV,2T:U1N2T=UN1L=110kVU2N2T=1.1UN2L=1.1X35=38.5kV110/38.5kV,习题1-8、1-9图见书P12-13。,1.3电力系统中性点运行方式,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。,1.3.1中性点不接地的电力系统正常运行三相线电压对称；三相相电压对称；三相对地电容电流对称,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。,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,2.单相接地：C相接地,接地电容电流,Ic的估算UN系统额定电压kV;lah系统架空线总长度km;lcab系统电缆总长度km,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。,接地相对地电压为零；非接地相对地电压上升为线电压；三相线电压仍对称；接地相对地电容电流为零；非接地相对地电容电流增大倍；接地电流为正常电容电流的3倍,1.3.2中性点经消弧线圈接地的电力系统正常运行：同“中性不接地系统”单相接地：除消弧线圈有电流IL外，同中性点不接地系统,消弧线圈电阻很小，感抗很大。,L,一相接地时,接地点的电流减小，不再发生电弧。全补偿ILIC；欠补偿ILIC；过补偿ILIC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。,1.3.3中性点直接接地的电力系统接地相对地电压为零；非接地相对地电压升为相电压，单相接地即单相短路，保护装置动作跳闸。,(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。,1.3.4中性点经电阻接地的电力系统,中性点经电阻接地，按接地电流大小又分为经高电阻接地和经低电阻接地。1.中性点经高电阻接地高电阻接地方式以限制单相接地电流为目的，电阻值一般为数百至数千欧姆。中性点经高电阻接地系统可以消除大部分谐振过电压，对单相间隙弧光接地过电压有一定的限制作用。但对系统绝缘水平要求较高。主要用于发电机回路。,2.中性点经低电阻接地城市635kV配电网络主要由电缆线路构成，其单相接地故障电流较大，可达1001000A，若采用中性点经消弧线圈接地方式无法完全消除接地故障点的电弧和抑制谐振过电压，可采用中性点经低电阻接地方式。该方式具有切除单相接地故障快，过电压水平低的优点。中性点经低电阻接地方式适用于以电缆线路为主，不容易发生瞬时性单相接地故障且系统电容电流比较大的城市电网，发电厂厂用电系统及企业配电系统。,缺点：供电连续性因接地故障而受到影响。,1.4电能的质量指标,1.4.1、电压电压质量是以电压偏离额定电压的幅度、电压波动与闪变和电压波形来衡量。1电压偏差电压偏差是以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,2、电压波动和闪变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,U=Umax-Umin,U%=,式中，U为电压波动；U%为电压波动百分数；Umax、Umin为电压波动的最大值和最小值（kV）；UN为额定电压（kV）。,表1-3电压波动允许值（GB/T12326-2000）,表1-4U10允许值（GB/T12326-2000）,周期性电压急剧变化引起光源光通量急剧波动而造成人眼视觉不舒适的现象，称为闪变。通常用电压调幅波中不同频率的正弦波分量的均方根值等效为10Hz正弦电压波动值的1min平均值等效闪变值U10来表示，其允许值见表1-4。,电压波动的允许值见表1-3。,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是我国规定的公用电网电压波形畸变,表1-5公用电网谐波电压限值（相电压）,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,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。,5.供电可靠性指标,1.5电力负荷,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。1一级负荷一级负荷为中断供电将造成人身伤亡者；中断供电将在政治上、经济上造成重大损失者，如重大设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废，国民经济中重点企业的连续性生产过程被打乱而需要长时间恢复等；中断供电将有重大政治、经济影响的用电单位的正常工作的负荷者。,2二级负荷二级负荷为中断供电将在政治上、经济上造成较大损失者，如主要设备损坏、大量产品报废，连续性生产过程被打乱需较长时间才能恢复，重点企业大量减产等；中断供电系统将影响重要用电单位正常工作的负荷者；中断供电将造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要公共场所秩序混乱者。,3三级负荷三级负荷为不属于一级和二级负荷者。对一些非连续性生产的中小型企业，停电仅影响产量或造成少量产品报废的用电设备，以及一般民用建筑的用电负荷等均属三级负荷。,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,1.5.2按工作制的负荷分类电力负荷按其工作制可分为三类。1连续工作制负荷连续工作制负荷是指长时间连续工作的用电设备，其特点是负荷比较稳定，连续工作发热使其达到热平衡状态，其温度达到稳定温度，用电设备大都属于这类设备。如泵类、通风机、压缩机、电炉、运输设备、照明设备等。2短时工作制负荷短时工作制负荷是指工作时间短、停歇时间长的用电设备。其运行特点为工作时其温度达不到稳定温度，停歇时其温度降到环境温度，此负荷在用电设备中所占比例很小。如机床的横梁升降、刀架快速移动电动机、闸门电动机等。,3反复短时工作制负荷反复短时工作制负荷是指时而工作、时而停歇、反复运行的设备，其运行特点为工作时温度达不到稳定温度，停歇时也达不到环境温度。如起重机、电梯、电焊机等。反复短时工作制负荷可用负荷持续率（或暂载率）来表示。,式中，tw为工作时间，to为停歇时间，T为工作周期。,小结,本章介绍了电力系统和供配电系统的概念，讲述了电能的质量指标和电力负荷，重点讨论了电力系统中各种电力设备的额定电压，电力系统中性点的运行方式。习题,1.电力系统是指由、和组成的整体。2.工厂供配电系统由、和组成。3.电力系统中性点的运行方式有、和三种。4.电能质量指标有、两项。5.电力负荷按工作制分为:、和三类。,1.发电厂、变电所、电力线路、用户2.总降变电所、配电所、车间变电所、配电线路、用电设备3.不接地、经消弧线圈接地、直接接地4.电压、频率5.连续工作制、短时工作制、反复短时工作制,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,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