供配电技术 第1章_绪论.ppt

供配电技术,主要内容,第1章概论第2章负荷计算及无功功率补偿第3章短路电流及其计算第4章变配电所系统的电气设备及选择第5章变配电所的电气主接线及结构第6章供配电系统电力线路第7章供配电系统的继电保护第8章变配电所二次回路和自动装置第9章防雷、接地与电气安全,第1章概论,主要内容,供电的意义、要求及课程任务电力系统和供配电系统概述电力系统的额定电压电力系统中性点运行方式供配电的质量指标电力负荷电力负荷分级及对供电的要求分布式发电及微电网,基本环节和作用,用电负荷类别及对供电可靠性的要求,1.0供电的意义、要求及本课任务,电力工业在国民经济中的地位,人类的生产和生活都需要消耗能量，能量的来源称为能源。,能源,一次能源：由自然界直接向人类提供的能源；,二次能源：将一次能源转换后生成的能源。,采用电能的优越性,易于传输,易于转换,易于控制,1.0供电的意义、要求及本课任务,供电的意义,在国民经济和日常生活中占重要地位,供配电技术：用电单位所需电能的供应和分配问题,电能正常供应有利于生产过程自动化,电能供应的中断将对企业生产造成严重后果,将发电厂产生的电能，经电力网和变、配电设备输送和分配到电能用户的过程。,什么是供电？,1.0供电的意义、要求及本课任务,对供电的要求,经济性,可靠性,安全性,优质性,合理选择导线截面及结线方式,对重要用户应保证可靠供电,应具有必要的事故保护,线路电压损失不应超出允许范围，减少电压波动及谐波的影响,1.0供电的意义、要求及本课任务,本课程的任务,掌握供配电系统基本理论和基本知识,掌握供配电系统设计和计算方法,1.1电力系统和供配电系统的基本构成,电力系统：由各种电压的电力线路将一些发电厂、变电所和电能用户联系起来的一个发电、输电、变电、配电和用电的整体。,为什么高压供电？,图1-1从发电厂到用户的输配电过程示意图,1.1.1电力系统的组成,1发电厂：产生电能的供配电系统，其他能源电能,火力发电厂,水力发电厂,核能发电厂,风力、地热、太阳能和潮汐能等类型发电厂,将燃料燃烧的化学能转变为电能,将水流的位能转变为电能,利用原子核裂变能量转变为电能,1.1.1电力系统,1发电厂：其他电能,火力发电厂,“火电厂”它利用燃料（煤、天然气、石油等）的化学能来生产电能。我国的火电厂以燃煤为主。为了提高燃煤效率，现代火电厂都把煤块粉碎成煤粉，用鼓风机吹入锅炉的炉膛内充分燃烧，将锅炉内的水烧成高温高压的蒸汽，推动气轮机转动，带动与它联轴的发电机旋转发电。火电厂的能量转换过程是：,发电过程为：燃料充分燃烧后，使锅炉内的水变成高温高压的蒸汽，推动汽轮机转动，带动与之联轴的发电机旋转发电。,1.1.1电力系统,1发电厂：其他电能,水力发电厂,“水电厂”的发电容量与水电站所在地点上下游的水位差（通称“水头”或“落差”）和流过水轮机的水流量的乘积成正比，因此建造水电站，必须用人工的办法来提高水位，通常水力发电厂有“坝后式水电站”、“引水式水电站”和“混合式水电站”。水电厂的能量转换过程是：,水电站将水流能量转变为电能的电站。,发电过程为：有落差的水流冲动水轮机，带动与之连轴的发电机旋转发电。,1.1.1电力系统,1发电厂：其他电能,核能发电厂,“核电厂”又称“原子能发电厂”简称“核电站”，它是利用原子核的裂变能来生产电能的供配电系统，其生产过程与火电厂基本相同，只是以核反应堆代替了燃煤锅炉。核电站的能量转换过程是：,核电站由核反应获得热能的热力发电站。,发电过程为：反应堆中的核燃料发生核裂变时释放出的能量，使水变成高温高压的蒸汽，推动汽轮机转动，带动与之联轴的发电机旋转发电。,1.1.1电力系统,1发电厂：其他电能,其他类型发电厂,我国确定21世纪在发展常规能源的同时，还要发展风能、地热能、太阳能和潮汐能等，以保持能源与国民经济及环保事业的协调发展。,在未来电能结构调整中，中国要快速提高非化石能源发电比例，到2020年可再生能源发电和核电比例将达到15%。,其他：太阳能电站、风力电站、地热电站、潮汐电站等。,其他：太阳能电站、风力电站、地热电站、潮汐电站等。,1.1.1电力系统,2电力网：电力系统中各级电压电力线路及其连接的各级各类变配电所,七大区域电网组成：东北、华北、华东、华中、西北、南方、川渝,我国电网建设目标：按照“西电东送、南北互供、全国联网”的思路，以三峡为中心，向四周辐射，形成联系紧密的骨干网架。,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。,超高压远距离电力网：电压等级500kV，输电距离300km以上；区域电力网：范围大，电压等级220330kV，输电距离50km以上；地方电力网：范围较小，电压等级35110kV，输电距离50km以内。,1.1.1电力系统,2电力线路：,0.38/0.66/3/6/10/35（66）/110（154）/220/330/500/750/1000kV,154kv：东北地区历史遗留下来的电压等级，现正被淘汰；,66kv：东北电力系统采用，选择66kv后就不再使用110和35kv了；,330kv：西北电力系统采用；,各区域电网主干线及相邻网间联络线,电压高低划分：,低压：1kv及以下；,高压：1kv以上；,城市、农村及大工业企业,按电压等级来划分：,最常用较低一级高压配电电压,1.1.1电力系统,2电力线路：,不同类型：,架空线：导线、避雷线、杆塔、绝缘子和金具等构成；,电缆线：由导线、绝缘层、保护层构成；,电缆线价格较高，电压越高，两者差别越大；维修电缆线路费时费工；电缆线路不需在地面设杆塔，供电可靠，不易受外力破坏。,1.1.1电力系统,3变电所：将一种电压的电能变换成另一种电压的电能的场所。,组成：电力变压器、母线和开关设备等,分类：升压、降压,功能：接受电能、变换电能和分配电能,仅用来接收电能和分配电能的场所称为配电所,与发电机相连的变电所为升压变电所；其余均为降压变电所。,1.1.1电力系统,4电能用户：所有消耗电能的用电设备或用电单位；,工业用电占比重较大，非工业用户比重较小。其中工业用电约占70%左右。,按使用性质不同分为工业用户和非工业用户。,图1-2大型电力系统的系统图,电力系统运行的特点与要求,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,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,1.1.2供配电系统,企业总降压变电所、高压配电所、配电线路、车间变电所、用电设备等。,在以下情况，建立自用发电厂：,本企业生产及生活需大量热能；,距离系统太远；,本企业所在地区有可供使用的能源。,本企业有大量重要负荷，需独立的备用电源；,用户电能供应的枢纽；接受电能、变换电能、分配电能,集中接收610kV电压，再分配到附近各车间变电所及高压用电设备。一般负荷分散、厂区大的大型企业需要。,接受电能、变换电能、分配电能,接受电能、变换电能、分配电能,610kV厂内高压配电线路220/380V厂内低压配电线路,对于某个具体的供配电系统的组成，主要取决于电力负荷的大小和厂区的大小。,1.1.2供配电系统,1大型企业及某些中型企业（进线电压35kV以上的）供配电系统,具有总降压变电所的方式：,电源进厂后，先经总降压变电所，将35kV及以上的电源电压降为610kV的配电电压，然后通过高压配电线将电能送到各个车间变电所，也有的经高压配电所再送到车间变电所，最后经变压器降为一般低压用电设备所需的电压。,1大型企业及某些中型企业（进线电压35kV以上的）供配电系统,1.1.2企业供配电系统,优点：可省去一级变压，简化供电系统接线，节约了投资和有色金属，降低电能电压损耗，提高供电质量；,高压深入负荷中心的直配方式：,根据厂区环境条件是否满足深入负荷中心的”安全走廊”要求而定。,1.1.2供配电系统,2中型企业供配电系统,一般，电源进线电压是610kV。电能经高压配电所集中，再由高压配电线路将电能分送到各车间变电所，或由高压配电线路直接供给高压用电设备。车间变电所内装设有电力变压器，将高压电降为一般低压用电设备所需的电压，然后由低压配电线路将电能分送给各用电设备使用。,1.1.2供配电系统,3小型企业供配电系统,如果所需容量一般不大于1000kVA或稍多，通常只设一个降压变电所即可。,这种降压变电所相当于上述的车间变电所。,1.1.2供配电系统,3小型企业供配电系统,如果供配电系统所需容量不大于160kVA，一般采用低压电源进线，直接由公共低压电网供电，只设一个低压配电间。,1.2电力系统的额定电压,额定电压：保证用电设备（电动机、白炽灯等）、发电机和变压器正常工作时能获得最佳技术经济指标的电压。,电网的额定电压用电设备的额定电压发电机的额定电压变压器一次绕组的额定电压二次绕组的额定电压是根据什么决定的呢？,1.2电力系统的额定电压,1）电网（电力线路）的额定电压,只能选用国家规定的额定电压,电网额定电压是国家根据国民经济的发展需要和电力工业的发展水平，经全面技术经济分析后确定的，是确定其他电力设备额定电压的基本依据。,0.38/0.66/3/6/10/35（66）/110（154）/220/330/500/750/1000kV,1.2电力系统的额定电压,2）用电设备的额定电压,3）发电机的额定电压,与同级电网的额定电压相同,发电机的额定电压高于电网和用电设备的额定电压值，因为考虑到线路在输送负荷电流时必然产生电压损失，发电机的额定电压比电网电压高5%来补偿电网上的电压损失。,例如：10kV电网，发电机额定电压应为10.5kV,4）变压器额定电压,1.2电力系统的额定电压,变压器一次侧额定电压,变压器二次侧额定电压,二次绕组向负荷供电，相当于供电设备：直接接高、低压用电设备：应比用电设备电压高5%左右。与后面用电设备距离较远(35kV及以上高压线路)：二次额定电压比电网和用电设备的额定电压高10%（变压器绕组的电压损失5%，电网上电压损失5%）；,一次绕组接电源，相当于用电设备：直接与发电机相连：应与发电机额定电压相同，比电网额定电压高5%；连接在线路中间：应与线路额定电压相同，等于电网额定电压。,一次绕组加额定电压而二次侧开路时的电压，即空载电压,2.发电机的额定电压,发电机的额定电压UN.G比所连接电网的系统额定电压UN高5%。用于补偿线路的电压损失。,UN,-10%,3.电力变压器的额定电压,二次绕组额定电压：（空载电压）,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，则等于电网标称电压。,a、当二次侧线路较短时，比电网标称电压高5%。,b、当二次侧输电线路较长时，考虑线路电压损失，则应比电网标称电压高10%。,线路长,线路短,U1N.T=UNG,U1N.T=U1n,U2N.T=1.1U1n,U2N.T=1.05U2N,线路传输功率越大，传输距离越远，则所选择的电压等级也应越高。,3301000kV主要用于长距离输电网；110220kV电压等级主要用于区域配电网；10110kV为一般电力用户的高压供电电压；220/380V为低压配电电压（工矿企业亦可采用380/660V）。,二、电力系统中各种标称电压的适用范围,表11我国三相交流电网和电力设备的额定电压,表1-2系统的额定电压、最高电压和部分高压设备的额定电压（单位：kV）,高压开关设备和控制设备标注的额定电压：按GB/T11022-2011高压开关设备和控制设备标准的共同技术要求规定，高压开关设备和控制设备的额定电压按其允许的最高工作电压来标注，即其额定电压不得小于它所在系统可能出现的最高电压，如表1-2所示。我国现在生产的高压设备大多已按此新规定标注。,例1：例1-1（p9）已知电力系统中线路的额定电压，试求发电机和变压器的额定电压。,变压器T2：,发电机：,变压器T1：,图1-14例1-1供电系统图,10.5/38.5kV,35/6.6kV,例2：试确定下图供电系统中变压器T1和线路WL1、WL2的额定电压。,变压器T1：,线路1：,线路2：,变压器T3：,10/0.40kV,三种运行方式,1.3电力系统的中性点运行方式,1）中性点不接地,2）中性点经消弧线圈接地,3）中性点直接接地,“大接地电流的电力系统”,我国366KV的电力系统，特别是310KV系统,如果单相接地电流大于一定值时（310KV系统30A，2066KV以上系统10A）,我国110KV及以上系统和1kV以下低压系统,1）中性点不接地的电力系统,1.3电力系统的中性点运行方式,、,系统正常运行时：,三个相的相电压、是对称的，各相对地电压就等于相电压；各相的对地电容电流也是对称的，其对地电容电流的相量和为零。,1）中性点不接地的电力系统,1.3电力系统的中性点运行方式,系统发生单相接地故障时，假设C相接地：,、,各相对地电压：,1）中性点不接地的电力系统,1.3电力系统的中性点运行方式,系统发生单相接地故障时，假设C相接地：,系统接地电流：,正常运行时每相对地电容电流的3倍。,1）中性点不接地的电力系统,1.3电力系统的中性点运行方式,、,线电压：无论其相位和量值均未发生变化,接地电流：正常运行时每相对地电容电流的3倍。,相电压：线路中完好两相的相电压变为原来的线电压。,这类系统的供配电设备的绝缘需要按线电压考虑。,该系统中的三相用电设备都能继续运行。,但不允许在单相短路故障情况下长期运行，以免再有一相发生接地故障时，形成两相接地短路，使故障扩大。,超过一定数值将在接地故障点出现断续电弧,2）中性点经消弧线圈接地的电力系统,1.3电力系统的中性点运行方式,系统发生单相接地故障时，假设C相接地：,各相对地电压：,和中性点不接地系统一样。,2）中性点经消弧线圈接地的电力系统,1.3电力系统的中性点运行方式,系统发生单相接地故障时，假设C相接地：,系统接地电流：,当两者量值差小于发生电弧的最小电流，电弧就不会发生。,3）中性点直接接地的电力系统,1.3电力系统的中性点运行方式,系统发生单相接地故障时，假设C相接地：,、,各相对地电压：,系统接地电流：,这类系统的供配电设备的绝缘只需要按相电压考虑。对于110kV及以上的超高压系统很有经济技术价值。,比线路的正常负荷电流大得多，因此在此系统发生单相短路时保护装置应动作于跳闸，切除短路故障，使系统其他部分恢复正常运行。,1.4电能的质量指标,（1）电压；（2）频率；（3）可靠性。,1）电压偏差定义：电器设备的端电压偏离额定电压的幅度：电压偏差的影响电力设备只有在额定电压下运行才能获得最佳的经济效果。允许值：供电营业规则规定：正常运行情况下，用电设备端子处的电压偏差允许值（以UN的百分值表示）宜符合下列要求：（1）线路额定电压35kV及以上：允许电压偏差为+5%；（2）线路额定电压10kV及以下：允许电压偏差为+7%；（3）线路额定电压220V以上：允许电压偏差为+7%，-10%；在电力系统非正常运行情况下，用户受电端电压最大允许偏差不应超过额定电压的+10%,1.4电能的质量指标,（1）电压；（2）频率；（3）可靠性。,2）电压波动和闪变的概念电压波动：电网电压有效值的连续快速变化，是由于负荷急剧变动引起的。负荷的急剧变动，使系统的电压损耗也相应快速变化，从而使电气设备的端电压出现波动现象。例如电焊机、电弧炉和轧钢机等冲击性负荷，都会引起电网电压波动。电压波动程度以电压最大值与最小值之差或其百分数来表示：闪变：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；允许值：国家标准GB1232690电能质量.电压允许波动和闪变规定了系统由冲击性负荷产生的电压波动允许值和闪变电压允许值，10kV及以下电网的电压波动不得超过2.5%，35110kV不得超过2%，220kV及以上不得超过1.6%。,1.4电能的质量指标,（1）电压；（2）频率；（3）可靠性。,3）电压波形波形质量：以正弦电压波形畸变率来衡量。由于系统中有各种非线性元件存在，因而在系统中和用户处的线路中出现了高次谐波，使电压或电流波形发生一定程度的畸变。高次谐波：指一个非正弦波按傅里叶级数分解后所含的频率为基波频率整数倍的所有谐波分量。因此，国家标准GB/T145491993电能质量.公用电网谐波规定了公用电网中谐波电压限值和谐波电流允许值。,1.4电能的质量指标,（1）电压；（2）频率；（3）可靠性。,供电频率及其允许偏差供电营业规则规定：供电企业供电的额定频率为交流50HZ。在电力系统正常状况下，供电频率的允许偏差为：电网装机容量在300万KW及以上的，为+0.2HZ；电网装机容量在300万KW以下的，为+0.5HZ。在电力系统非正常状况下，供电频率的允许偏差不应超过+1.0HZ。,1.4电能的质量指标,（1）电压；（2）频率；（3）可靠性。,1）供电可靠性衡量标准：对用户停电的时间及次数。2）供电可靠率：实际供电时间与统计其全部时间的比值的百分数。停电时间：事故停电、计划检修停电及临时性停电时间。,1.5电力负荷,根据用电负荷的性质和由于事故停电在政治、经济上造成损失或影响的程度，来满足用电设备对供电可靠性的要求，提出的不中断供电的要求。,用电负荷分为以下三级：(A)一级负荷：中断供电将造成人身伤亡；将在政治、经济上造成重大损失。(B)二级负荷：中断供电将在政治、经济上造成重大损失。(C)三级负荷：不属于一级和二级负荷。,1.5电力负荷,一级负荷,一级负荷对供电电源的要求一级负荷属重要负荷，应有两个独立电源供电；当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。一级负荷中特别重要的负荷，除由两个电源供电外，尚应增设应急电源，并严禁将其它负荷接入应急供电系统中。可作为应急电源的电源有：独立于正常电源的发电机组；供电网络中独立于正常电源的专用馈电线路；蓄电池；干电池。,中断供电将造成人身伤亡；将在政治、经济上造成重大损失。,1.5电力负荷,二级负荷,二级负荷对供电电源的要求二级负荷也属重要负荷但其重要程度次于一级负荷。二级负荷宜由两回线路供电，供电变压器一般也应有两台。在负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷可由一回6kV及以上专用的架空线路或电缆供电。当采用架空线时，可为一回架空线供电；当采用电缆线路时，应采用两根电缆组成的线路供电，其每根电缆应能承受100%二级负荷。,中断供电将在政治、经济上造成重大损失。,三级负荷,不属于一级和二级负荷。,1.5电力负荷,按工作制分类。,1）连续运行工作制,2）短时运行工作制,3）反复短时工作制,设备长期运行，负荷比较稳定。,周期性的时而工作，时而停歇，工作周期一般不超过10min。,设备工作时间很短，停歇时间相当长。,负荷持续率：,1.6供配电系统供电设计的主要内容,1）按照工艺、公用设计所提供的资料，计算车间及全厂的计算负荷；2）根据车间环境及计算负荷数字，选择车间变电所位置及变压器容量、数量；3）根据负荷等级，全厂计算负荷，选定供电电源、电压等级及供电方式；4）选择总降压变电所（配电所）位置、变压器台数及容量；5）确定总降压变电所（配电所）接线图和厂区内的高压配电方案；6）选择高压电气设备及配电网路载流导体的截面，必要时，并需进行短路条件下动稳定及热稳定的校验；7）选择继电保护及供电系统的自动化方式，进行参数的整定计算；8）提出变电所和供配电系统建筑物的防雷措施、接地方式及接地电阻的设计计算；9）确定提高功率因数的补偿措施；10）选定高压变电所的控制及调度方式；11）核算建设所需器材与总投资。,1.7用户用电的申请及用户受电工程的建设要求,1）用户用电的申请要求,用户申请新装用电或增加用电时，应向当地供电企业提供用电工程项目批准的文件及有关的用电资料，包括用电地点、