供电系统复习(最终版)

绪论发电厂、变电站、电力线路、用电设备分别完成电能的生产、输送、分配和使用变电站是变换电能电压和接收电能与分配电能的场所。主要由电力变压器、母线和开关控制设备等组成。并网的意义1、降低成本、提高一次能源使用效率。2、保证电力供应的可靠性。3、增强电力供应的稳定性。4、保证电能质量。1.掌握电力系统的电压等级划分。低压电网：电压在1kV以下。中压电网：1kV-10kV。高压电网：10kV-330kV。超高压电网：电压为330kV及以上。2.掌握电网的电压等级和设备的电压等级之间的关系。3.掌握供电系统中性点（变压器（或发电机）星形绕组的公共端）运行方式（中性点与大地之间的连接关系）及使用场合大接地电流系统 1）直接接地，又称为有效接地（降低了造价。110kV及以上，380/220V三相四线制的系统） 2）经低阻接地（中性点电位、接地电流限制在一定范围之内）小接地电流系统 1）不接地（单相接地），又称为中性点绝缘（单相接地电流小。3-10kV电网。要求3-10kV电网单相接地电流小于30A，35kV及以上电网小于10A。中性点不接地方式对高电压、长距离输电线路不适宜） 2）经消弧线圈接地（故广泛应用在不适合采用中性点不接地的以架空线路为主的360kV系统） 3）经高阻接地4.了解供电系统的供电质量标准。1、电能质量指标：电压偏移不超过额定值的5%；频率偏移不超过（0.2-0.5）Hz；正弦交流的波形畸变SC 对两台变压器（一般为等容量，互为备用）满足条件：SNT1 + SNT2SC SNT1Sc+ Sc SNT1Sc+ Sc 4.掌握供电系统的主要接线方式,各种接线方式的优缺点.重点掌握桥式接线单母线制的可靠性和灵活性都较低，母线或连接于母线上的任一隔离开关发生故障或检修时，都将影响全部负荷的用电。单母线分段制在可靠性和灵活性方面较单母线制有所提高，基本可满足一、二类负荷用户要求。当双回路同时供电时。母线分段开关通常是打开的，一条回路故障或一段母线故障将不影响另一段母线的正常供电。检修亦可采用分段检修方式，不致使全部负荷供电中断。在用户供电系统中，一般采用“分”的方式。单母线分段的缺点：某分段上的母线、母线分段开关发生故障或检修时，电源只能通过一回进线供电，供电功率较低，从而使部分用户停电。当分段上进行检修时，该段重要用户失去备用。双母线制优点可靠性高（1） 检修任一组母线不会中断对用户的供电（2） 当检修任一回路的母线隔离开关时只断开该回路（3） 工作母线故障时，可将全部回路转移到备用母线上，做到迅速恢复供电运行灵活方式多变：单母分段、单母线缺点（1） 开关数目增多，连锁机构复杂，切换操作繁琐，容易引起误操作（2） 占地面积大，投资费用大外桥结线优点：对变压器的切换方便。缺点：倒换线路时操作不方便，变电所一侧无线路保护。范围：这种结线适用于进线短而倒闸次数少的变电所；或变压器采取经济运行需要经常切换的终端变电所；以及可能发展为有穿越负荷的变电所。内桥结线优点：倒换线路时操作方便。缺点：操作变压器不如外桥方便。范围：适用于进线距离长，变压器切换少的终端变电所。全桥结线全桥结线适应性强，对线路、变压器的操作均方便，运行灵活。缺点：设备多、投资大，变电所占地面积大。5.掌握导线（电缆主要由导体、绝缘层、护套层和铠装层组成）截面的选择方法按发热选择：1按发热选择导线、电缆截面 IalIc 式中 Ial导线允许载流量；Ic导线的计算电流。按规定，选择导线时所用的环境温度：室外取当地最热月平均最高气温；室内取当地最热月平均最高气温加5。选择电缆时所用的环境温度：土中直埋取当地最热月平均气温；室外电缆沟、电缆隧道取当地最热月平均最高气温；室内电缆沟取当地最热月平均最高气温加5。 按经济电流密度选择：AJn=Imax/Jn 式中 AJn 导线的经济截面;Imax 线路最大长期工作电流；Jn 经济电流密度。根据上式计算出截面后，从手册或附录表中选取一种与该值最接近（可稍小）的标准截面，再校验其他条件即可。 按电压损失选择：对于输电距离较长或负荷电流较大的线路，必须按允许电压损耗来选择或校验导线的截面: 式中Uac线路实际的电压损耗；P、Q干线上总的有功负荷和无功负荷；l线路的长度；r0、x0线路单位长度的电阻和电抗；UN线路的额定电压。第二章 供电系统1.短路的类型：2.短路的危害短路电流的热效应使设备急剧发热，可能导致设备过热损坏 ；短路电流产生很大的电动力，可能使设备永久变形或严重损坏 ；短路时系统电压大幅度下降，严重影响用户的正常工作 ；短路可能使电力系统的运行失去稳定 ；不对称短路产生的不平衡磁场，会对附近的通讯系统及弱电设备产生电磁干扰，影响其正常工作 。3.短路计算的目的：为了选择和校验电气设备、载流导体和整定供电系统的继电保护装置4.无限大容量系统：工程中，当供电的电力系统容量远大于企业负荷容量，系统阻抗小于短路回路总阻抗的10%时，可以看作无限大容量供电系统。特点内阻为零、输出电压不随负载变化 5.发生短路后短路电流的暂态过程：基本过程：正常运行-正常电流（负荷电流）-发生短路-电流突然增大(周期分量加非周期分量) -稳定新值(稳态短路电流)。6.掌握有名值（电流（安培）等于电压（伏特）除以阻抗（欧姆）和标幺值（用相对值表示元件的物理量）的概念标么值法：将实际值与所选定的基准值的比值来运算。其特点是在多电压等级系统中计算比较方便。有名值法：短路计算中的各物理量均采用有名值(电流（安培）等于电压（伏特）除以阻抗（欧姆）)。实质是欧姆定律。7.掌握电流冲击值（即在发生最大短路电流的条件下，短路发生后约半个周期出现短路电流最大可能的瞬时值）的概念，什么情况下短路电流可能出现最大值。 1）短路前为空载2）设电路的感抗比电阻大得多3）短路发生于某电压瞬时值过零值时9.掌握供电系统短路计算的方法：10.掌握不对称短路计算方法。11.了解电动力效应：在空气中平行放置的两根导体中分别通有电流则两导体之间产生电动力。12.热效应：电流通过电气设备和载流导体时，由于电阻损耗、涡流以及磁滞损耗等转变成热能，使电气设备和载流导体的温度升高。当发热温度超过一定数值时，就会引起导体机械强度的下降，绝缘材料的绝缘强度下降，导体连接部分的接触情况恶化，从而使电气设备的使用年限缩短，甚至损坏电气设备。 13.掌握高压电气的一般选择方法按正常工作条件下选择额定电流、额定电压及型号等，按短路情况下校验开关的开断能力、短路热稳定和动稳定。（一）按正常工作条件选择电气设备 （1）环境：选择电气设备时还应考虑设备的安装地点、环境及工作条件，合理地选择设备的类型，如户内户外、海拔高度、环境温度及防尘、防腐、防爆等。（2）电压：电气设备的额定电压电气设备的额定电压不得低于所接电网的最高运行电压。（3）电流：电气设备的额定电流电气设备的额定电流不小于该回路的最大持续工作电流或计算电流。14.熟悉不同电气选择和效验的不同之处：（1）高压断路器、负荷开关、隔离开关和熔断器的选择条件基本相同，除了按电压、电流、装置类型选择，校验热、动稳定性外，对高压断路器、负荷开关和熔断器还应校验其开断能力。（2）电流互感器按以下条件选择： 选择额定电压和额定电流；确定装置类别和结构；确定准确度级；校验二次负荷或容量；校验力稳定和热稳定（3）电压互感器的选择：选择额定电压；确定电压互感器类型及结构；选择准确度级；二次容量的校验（4）母线的选择：母线材料和类型选择；母线截面的选择；母线热稳定性校验; 母线动稳定校验第三章 供电系统的保护1.理解继电保护装置的基本要求：对作用于跳闸的继电保护，在技术上有四个基本要求：选择性：当供电系统发生故障时，离故障点最近的保护装置应先动作，切除故障，而供电系统的其他无故障部分继续运行，满足这一要求的动作就叫有选择性。 灵敏性：保护装置对其保护区内发生故障或不正常运行状态的反应能力称为灵敏性，用灵敏系数（ks）来衡量。可靠性：指在该保护装置规定的保护范围内发生了它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作，而在任何其他该保护不应该动作的情况下，则不应该误动作。速动性：为了减小由于故障引起的损失，减少用户在故障时低电压下的工作时间，以及提高电力系统运行的稳定性，要求继电保护在发生故障时尽快动作将故障切除。可靠性最重要、灵敏性直接影响可靠性、选择性影响快速性2.掌握电流互感器（变换功能把大电压和大电流变换为低电压（一般额定值为100V）和小电流（额定值为5A或1A） ，便于连接测量仪表和继电器；隔离作用使仪表、继电器等二次设备与主电路绝缘；扩大仪表、继电器等二次设备应用的电流范围，使仪表、继电器等二次设备的规格统一，利于批量生产。）的接线方法（指作为相间短路的过电流保护用的电流继电器与电流互感器二次线圈之间的连接方式）：（1）三相完全星形接线方式：是用三台电流互感器与三只继电器对应连接的。可以反映任何形式短路故障。所用保护元件最多。（2）两相不完全星形接线 ：是在 A、C两相装有电流互感器，分别与两只电流继电器相连接。可以反映除B相单相接地短路以外的所有故障。（3）两相电流差接线：由两台电流互感器和一只电流继电器组成。3.掌握动作值、返回值、返回系数等概念：动作电流：能使继电器动作的最小电流称为动作电流，以Iop表示。返回电流：能使继电器返回的最大电流为返回电流，以Ire表示。返回系数：kre = Ire / Iop 4.掌握三段式保护整定值的计算、灵敏度效验方法，并理解各段保护之间的相互配置关系。5.熟悉变压器的保护配置。变压器的保护（1）瓦斯保护：1、优点：动作快，灵敏度高，接线简单，能反应油箱内任何故障2、缺点：可靠性不太高，仅能反应油箱内故障，不能反应油箱以外的套管及引出线等部位上的故障。 注：瓦斯保护可作为变压器的主保护之一。（2）差动保护或电流速断保护。（3）带时限的过电流保护。（4）过负荷保护。（5）温度信号。6.掌握差动保护：在变压器正常工作或保护区域外部发生短路故障时，电流互感器二次侧电流同时增加，流入继电器的动作电流也是为零，或仅为变压器一、二次侧的不平衡电流，不平衡电流小于继电器动作电流，故保护装置不动作。当变压器差动保护范围内发生故障时，在单电源的情况下，流入继电器回路的电流，如图所示。此时继电器回路的电流大于其动作电流，保护装置动作，使QF1、QF2同时跳闸，切除变压器。7.瓦斯保护的工作原理：油箱内部发生故障（包括匝间短路、经电阻的接地等轻微故障）故障点电流、电弧变压器油及其它绝缘材料受热分解产生气体流向枕的上部。当故障严重时变压器油迅速膨胀产生大量的气体，气体夹杂着油流冲向油枕的上部。1、优点：动作快，灵敏度高，接线简单，能反应油箱内任何故障。2、缺点：可靠性不太高，仅能反应油箱内故障，不能反应油箱以外的套管及引出线等部位上的故障。8.理解差动保护中不平衡电流产生的原因及其消除方法：（2）由于变压器分接头改变引起的不平衡电流（通过提高保护动作电流躲过。按“0”分接头整定，考虑5%的变动。）（3）由于变压器励磁涌流引起的不平衡电流。（减小励磁涌流影响的方法如下：采用具有速饱和铁心的差动继电器。利用BCH-2型差动继电器来实现。采用比较波形间断角来鉴别内部故障和励磁涌流的差动保护。利用二次谐波制动而躲开励磁涌流。微机保护装置可实现）9.熟悉各种避雷装置的简单工作原理，了解避雷装置配置（接闪器、引下线、接地体）：1.避雷针：避雷针是防止直击雷的有效措施。一定高度的避雷针（线）下面，有一个安全区域，此区域内的物体基本上不受雷击。我们把这个安全区域叫做避雷针的保护范围。 避雷线实际上是通过接地引下线和接地极直接接地的架空导线，故又叫架空地线，主要用来防护架空输电线路与建筑物免遭直击雷的危害，其保护原理与避雷针相同。3.避雷带和避雷网：避雷带和避雷网用于在建筑物的边缘及凸出部分上加装，通过引下线和接地装置很好地连接。对建筑物进行保护。避雷器是用来防止线路的感应雷及沿线路侵入的过电压波对变电所内的电气设备造成的损害。它一般接于各段母线与架空线的进出口处，装在被保护设备的电源侧，与被保护设备并联 10.掌握安全保护接地的概念及其分类和特点。（1）工作接地：工作接地是为保证电力系统和电气设备达到正常工作要求而进行的一种接地，例如电源中性点的接地、防雷装置的接地等。（2）保护接地:为了保障人身安全，将电力设备正常情况不带电的外壳与接地体之间作良好的金属连接，称为保护接地。 保护接地可分为三种不同类型，即TN系统、IT系统和TT系统。 1、IT系统电源小电流接地系统的保护接地方式，电气设备的不带电金属部分直接经接地体接地 3TT系统：TT系统适用于中性点直接接地的三相四线制系统，电气设备的金属外壳均各自单独接地，该接地点与系统接地点无关。 例题部分例题:已知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。发电机G的额定电压：UNG=1.05UNL1=1.0510=10.5（kV） 变压器T1的额定电压： U1NT1=UN.G=10.5（kV） U2NT1=1.1UNL2=1.1110=121(kV)变压器T1的变比为：10.5/121kV变压器T2的额定电压：U1NT2=UNL2=110（kV） U2NT2=1.05UNL3=1.056=6.3(kV)变压器T2的变比为：110/6.3kV例题：有一台10kV/380V的车间变压器，给三组用电设备供电，第一组设备的负荷为：7.5kW电动机2台，4kW电动机5台，需用系数取0.2，Cos=0.5，Tan=1.73；第二组设备的负荷为：10kW电动机4台，5kW电动机6台，需用系数取0.28，Cos=0.65，Tan=1.17；第三组设备的负荷为：5.5kW（JC=25%）行车2台，需用系数取0.15，Cos=0.5，Tan=1.73。试求该车间变压器低压侧母线的计算负荷（同期系数取0.8）。答：1）Kd=0.2，Cos=0.5，Tan=1.73PN=2*7.5+4*5=35kw，Pca=Kd*PN=7kw，Qca= Pca* Tan=12.11kw（2）Kd=0.28，Cos=0.65，Tan=1.17PN=10*4+5*6=70kw，Pca=19.6kw，Qca=22.9kvar3）Kd=0.15，Cos=0.5，Tan=1.73P=2PN（N）0.5=5.5kw（注意此处的标取25%），PN=11kw，Pca=1.65kw，Qca=2.85kw3）KSi=0.8，Pca=24.13kw（？），Qca=30.29kvar，Sca=（Pca * Pca + Qca * Qca）0.5=38.73Kva，Ica=58.85A例题:电力系统接线如下图所示，已知各元件参数如下。发电机G-1：SN=60MVA，Xd=0.15；X2=X1；发电机G-2：SN=150MVA，Xd=0.2；X2=X1；变压器T-1：SN=60MVA，VS=12%；变压器T-2：SN=90MVA，VS=12%；线路L：每回路l=80km，X=0.4欧/公里；X0=2X1；负荷LD：SLD=120MVA，XLD=0.35。计算图中，f点发生A相接地短路时的A相正序电流和故障点对地故障电流的有名值。答：取基准容量为SB=100MVA，基准电压为VB=Vav，则各元件的序阻抗等值参数如下。正负序网络等值电路：零序网络：例题：某35kV网络中每条线路的断路器均装设有三段式电流保护，示意图如下。已知电源等效阻抗为Xs.max=12，Xs.min=8；线路阻抗为XAB=9，XBC=21；最大负荷电流为300A；电流互感器采用不完全星型接法，其变比为450/5。试计算WL1各段保护动作电流及动作时限，效验保护灵敏度。1) 计算k2，k3点最大、最小运行方式下的三相短路电流。对于k2点：对于k3点：2) 线路WL1的电流速断保护一次动作电流：二次侧电流：灵敏度校验：3) 线路WL1的限时电流速断保护WL2电流速断动作电流：WL1II段保护动作电流：WL1II段继电器动作电流：时限为0.5s。灵敏度校验：4) 线路WL1的定时限电流保护一次侧动作电流计算：继电器动作电流：动作时限配合，时间为2.5+0.5=3(s)灵敏度校验：例题:某机修车间380V线路上有如下设备： 对焊机一台：SN=42kVA, N=60%,cosj=0.62 10吨桥式起重机一台：PN=39.6kW, N=40% 金属切削用三相电机：7.5kW 3台, 4kW 8台,3kW 17台，试求计算负荷。 1.掌握供电系统的主要接线方式，以及优缺点？1）母线制 单母线制：单母线制的可靠性和灵活性都较低，母线或连接于母线上的任一隔离开关发生故障或检修时，都将影响全部负荷的用电。双母线制：优点：可靠性高（1） 检修任一组母线不会中断对用户的供电（2） 当检修任一回路的母线隔离开关时只断开该回路（3） 工作母线故障时，可将全部回路转移到备用母线上，做到迅速恢复供电运行灵活方式多变：单母分段、单母线缺点：（1） 开关数目增多，连锁机构复杂，切换操作繁琐，容易引起误操作（2） 占地面积大，投资费用大2）桥式接线外桥结线: 优点：对变压器的切换方便。缺点：倒换线路时操作不方