现代供电技术第1章供电系统

现代供电技术,课程结构,现代供电技术课程分为九章，共计32学时。,第一章供电系统第二章负荷计算与功率因数补偿第三章短路电流计算第四章高压电气设备选择第五章电力线路及选择第六章继电保护与自动装置第七章过电压及其保护第八章现代供电新技术第九章特殊行业的供电,考核办法,以平时成绩和考试成绩评定学生成绩，平时成绩占30%，考试成绩占70%。平时成绩主要包括3个部分：实验、课后作业和出勤率。,参考书,现代供电技术第三版，王福忠，中国电力出版社，2015供配电技术(第2版)，唐志平，电子工业出版社，2009工厂供电，刘介才，机械工业出版社，2011供电技术第4版，余健明，机械工业出版社，2008现代供电技术，孟祥忠，清华大学出版社，2006电力工程，王思华，中国电力出版社，2011工矿企业供电，张学成，中国矿大出版社，1998供电技术，王崇林等，煤炭工业出版社，1997,第一章供电系统,电力系统的基础概念供电系统的接线方式工矿企业供电系统电网中性点运行方式,第一节电力系统的基本概念,2007年底，我国发电机装机容量达71329万千瓦，发电量达32559亿度，居世界第2位。工业用电量已占全部用电量的5070%，是电力系统的最大电能用户。,一、电力系统及供配电系统概述,2011年我国各类发电机组的装机容量构成情况,一、电力系统及供配电系统概述,电力系统：是指由发电厂、电力网（包括变电站和电力线路）与电能用户（电力负荷）所组成的整体，任务是生产、变换、输送、分配、消费电能。,图1一个简单的电力系统,发电厂（站）：将一次能源转换为电能。一次能源包括：煤炭、石油、天然气、水能、原子核能、风能、太阳能、地热、潮汐能等。我国一次能源主要是：煤炭、水力和原子能。根据一次能源的不同，主要有火力发电厂、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。,电力系统的主要环节发电厂（站）,（1）火力发电厂利用燃料（煤、石油、天然气）燃烧使汽轮机转动。,优点：建设投资小、工期短、受气候、水文条件影响小，不分丰水期和枯水期。缺点：生产过程复杂、成本高、对环境污染大。分为：凝汽式发电厂（专供发电）：热能利用率30%40%；热电厂（发电兼供热）：热能利用率70%60%,内蒙古大唐国际托克托发电公司总装机容量540万千瓦，是目前全国最大在役火力发电厂。一体化管理10台机组，总装机容量540万千瓦，每年的发电量接近北京用电总负荷的1/3。该公司8台60万千瓦亚临界火电机组通过500千伏升压站接入京津唐电网，2台30万千瓦机组通过220千伏升压站接入蒙西电网。其次是浙江宁波的国电北仑电厂。三期扩建工程第2台百万千瓦超超临界机组正式投入商业运行，7台燃煤机组、500万千瓦装机容量、275亿年设计发电量。临界是指锅炉工作情况下承受的一定温度和压力的蒸汽状态。a、压力低于25MPa（对应的蒸汽温度低于538摄氏度）时的状态为亚临界状态；b、压力在25MPa时的状态（对应的蒸汽温度高于538摄氏度）为超临界状态；c、压力在25-31MPa之间(温度在600度以上）则称为超超临界状态。,火力发电厂,内蒙古准格尔电厂（西部大开发中第一个大型火电项目）,（2）水力发电厂利用水的落差（水头H）、流量（Q）。,优点：生产过程简单、易于实现自动化、成本低、无污染。缺点：建设投资大、工期长、受气候、水文条件影响大，分丰水期和枯水期。,水力发电厂,长江三峡水利枢纽工程,目前我国最大的水力发电厂，装有26台单机容量为70万kW的水轮发电机组，总装机容量1820万kW，年均发电量847亿kWh。三峡大坝采用混凝重力坝，坝高185m，坝长(轴长)2309m，坝顶总长3035m，总投资约2039亿。,例：坝后式水电站:发电机厂房建在坝后，全部水头的压力由坝体承受，水库的水由压力水管引入厂房，推动水轮发电机发电。,图坝后式水电站示意图,（3）核电厂,核电是一种安全清洁的能源，利用它可以大大地节约煤和减少污染。一个1000MW的火电厂一天燃烧的煤是9600t，而相应1000MW的核电厂，一天只要3.3kg的U235，同样容量的电厂其用燃料量竟相差300万倍。,核电站特点：a.消耗燃烧少b.燃烧时不需要空气助燃c.容量越大越经济d.有放射性污染,在役核电站：浙江秦山核电站、广东大亚湾核电站、江苏田湾核电站、岭澳核电站,广东大亚湾核电站,太阳能热发电：它是将吸收的太阳辐射热能转换成电能的装置，其基本组成与常规火力电厂相似。太阳能光发电：太阳能光发电不通过热过程而直接将太阳的光能转换成电能，其中光伏电池是一种主要的太阳能光发电形式，也叫光伏发电。,（4）太阳能发电,太阳能发电光伏发电,徐州协鑫光伏电力有限公司20兆瓦大型光伏地面电站,（5）风力发电,1叶轮2升速齿轮箱3发电机4控制系统5改变方向的驱动装置6塔架7控制和保护装置8基础9电缆线路10配电装置,图风力发电装置的示意图,风力发电厂,地热能的储量很大，它的总量大约是煤炭的一亿七千万倍。,（6）地热发电,西藏羊八井的地热发电站（提供了拉萨市近一半的电力）,（7）潮汐发电,利用潮汐的落差推动水轮机而发电称之为潮汐发电。即在海湾或河流入海口处筑起堤坝，涨潮时蓄水，高潮时关闭。退潮时形成足以使水轮机工作的落差时才开始放水，将蓄水放出，驱动水轮发电机发电。,潮汐能是地球在自转过程中，海水受月流重力牵引产生的。还有小部分潮汐是受太阳引力牵引形成的。海水涨落的周期为12小时25分钟，同时在海底造成三角流。,潮汐发电示意图,我国最大潮汐发电站:温岭江厦潮汐试验电站,变电所接受电能、变换电压、分配电能按变电所的性质和任务不同，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，分为枢纽变电所、地区变电所和用户变电所。,电力系统的主要环节变电站（所）,变电站,电力系统的主要环节电力网,电力网按电压等级分类：低压电网：1kV及以下高压电网：3kV330kV超高压电网：330kV1000kV特高压电网：1000kV以上,2009年1月6日，由我国自主研发、设计和建设的具有自主知识产权的晋东南南阳荆门1000千伏特高压交流试验示范工程正式投运。该工程是目前世界上电压等级最高、技术水平最高的输变电工程，标志着我国在远距离、大容量、低损耗的特高压核心技术和设备国产化上取得重大突破，对保障国家能源安全和电力可靠供应具有重要意义。,电力网：将输送、变换、分配电能的各种变电所和各电压等级的电力线路构成的网络称为电力网。,电网,典型的电力系统,由一次设备和二次设备组成：一次设备：指直接生产、输送和分配电能的设备。包括变压器、高压断路器、隔离开关、电抗器、并联补偿电力电容器、电力电缆、送电线路、母线等。又称为一次部分。由这些设备构成的电路称为变电所的主电路或主接线或一次接线。二次设备：对一次设备的工作状态进行监视、测量、控制和保护的辅助电气设备称为二次设备。包括测量仪表、控制与信号回路、继电保护装置、制动装置以及远动装置等。又称为二次部分。这些设备通常由电压互感器、电流互感器、蓄电池组或低压电源供电，它们相互间所连接的电路称为二次回路或二次接线。,电能传送过程：电厂升压-远距离输电-枢纽变电所降压-远距离输电-企业变电所降压-近距离输电-负荷。并网目的是保证电网稳定。高压深入负荷中心可提高电能质量。图中一根线代表三相。,典型电力系统图说明,典型电力系统图电气设备符号,发电机G电力变压器T母线及引出线WB断路器QF负荷开关QL隔离开关QS,熔断器F电压互感器PT电流互感器CT阀型避雷器F电抗器L电容器C电缆终端头X,电力负荷：电力系统中所有用电设备消耗功率的总和。,电力设备,电力负荷,电动机,电热电炉,整流设备,照明,家用电器,电力线路,二、电力负荷与供电可靠性,工业,电力系统的综合用电负荷,通信,农业,交通运输,市政生活,电网中损耗功率,电力系统的供电负荷,发电厂消耗功率,发电负荷,发电负荷,电力负荷的分类,用户对供电的基本要求,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优质保证供电电能质量：（1）电压偏差：5%，（2）频率偏移：0.2-0.5Hz,（3）波形畸变极限值：3%-5%。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。,电工安全基本知识,1、人为什么会触电？人体本身就是一个导体，有一定的电阻。触电分为：单相触电、两相触电、跨步电压触电。2、触电程度跟哪些因素有关？通过人体电流强度、持续时间、电压频率、通过人体的途径、以及人体状况都有关系。3、怎样预防触电？要有必要的安全知识、安装保护设备、创造不导电环境：绝缘、屏护、间距。4、发生了触电怎么办？迅速切断电源、触电程度轻重的判断、立即采取相应的急救措施：口对口（或口对鼻）人工呼吸法、外心脏挤压法。,1、额定电压概念,三、电力系统的额定电压,电气设备的额定电压，就是能使电气设备正常工作的电压，在额定电压工作时，其技术性能和经济效果最好。设备电压高了容易烧坏，低了不正常工作（灯泡发光不正常，电机不正常运转）。工作在额定电压时，电器中的元器件都工作在最佳状态，只有工作在最佳状态时，电器的性能才比较稳定，这样电器的寿命才得以延长。额定电压是电缆设计和运行的基准电压,电视信号在天线上感应的电压约0.1mV维持人体生物电流的电压约1.2mV碱性电池标称电压1.5V电子手表用氧化银电池两极间的电压1.5V手持移动电话的电池两极间的电压3.7V家庭电路的电压220V（日本和一些美洲的国家的家用电压为110V）动力电路电压380V无轨电车电源的电压550600V电视机显像管的工作电压10kV以上列车上方电网电压25000v发生闪电的云层间电压可达1000kV,常用的电压,2、额定电压的等级,额定电压是能使电气设备长期运行在经济效果最好的电压，它是国家根据国民经济发展的需要，电力工业的水平和发展趋势，经全面技术经济分析后确定的。我国规定的三相交流电网和电力设备的额定电压,如表1-0所示。,表1-0我国交流电网和电力设备的额定电压,1kV以下的为低压，3-330kV为高压，330-1000kV为超高压，1000kV以上为特高压。我国目前的最高电压等级为750kV。3kV及以上的高压用于发电，配电及高压用电设备;110kV及以上的高压与超高压用于远距离输电。煤矿1140V为低压，人身安全电压为交流36V，直流92V。直流电压为平均值，交流电压为有效值，且指线电压。GB156-1993规定，电力系统电压分成等多种等级，见表1-1。,表1-13kV以下电气设备与系统额定电压等级（V）,表1-23kV以上电气设备与系统额定电压等级（kV）,电网（线路）的额定电压电网（线路）的额定电压只能选用国家规定的额定电压。它是确定各类电气设备额定电压的基本依据。用电设备的额定电压用电设备的额定电压与同级电网的额定电压相同。发电机的额定电压发电机的额定电压为线路额定电压的105%，即UN.G=1.05UN,用电设备和发电机电压说明,在表1-2中，供电设备额定电压为发电机与变压器的二次绕组的额定电压，受电设备与系统额定电压为变压器一次绕组和用电设备的额定电压。国家标准规定：供电设备的额定电压应高出电网和受电设备额定电压的5%-10%，用于补偿正常负荷时的线路电压损失，从而使受电设备获得近似额定值的电压、,设备的最高电压，指的是根据设备的绝缘性能和一些有关性能（如变压器的磁化电流、电容器的损耗等）而确定的最高运行电压，通常不超过额定电压的1.15倍。,变压器的二次绕组对于用电设备而言，相当于供电设备。第一种情况比用电设备额定电压高10%第二种情况比用电设备额定电压高5%,变压器额定电压变压器的一次绕组：相当于是用电设备，所以规定变压器一次绕组的额定电压与受电设备额定电压相同。,注意：但当变压器一次绕组直接与发电机相连时，变压器一次绕组的额定电压与发电机额定电压相等。,当变压器供电距离较长时，其中5%用于补偿变压器满载供电时，一、二次绕组上的电压损失；另外5%用于补偿线路上的电压损失，因此适用于变压器供电距离较长时的情况。,当变压器供电距离较短时，可以不考虑线路上的电压损失，只需要补偿满载时变压器绕组上的电压损失即可。,额定电压的国家标准,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1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。,变压器直接与电动机相连，供电距离较短，可以不考虑线路上的电压损失。,变压器T1的一次绕组与发电机直接相连，所以其一次绕组的额定电压取发电机的额定电压,请根据下面系统图已知参数确定各电气元件的额定电压。,6.3kV,6.3/363/121kV,110/10.5kV,330/38.5kV,6/0.4kV,电压与输送容量及距离,各种电压线路送电容量与距离的参考值,在有总降压变电所（35-110kV）的工矿企业中，经验表明6-10kV用电设备的负荷占企业总负荷的30%-40%的以上的时候，企业内部的高压配电电压采用6-10kV为宜，矿山企业的井下高压配电正在推广使用10kV级的电压。,3、线路的平均额定电压在实际线路中，电网由始端到末端的各处的电压是不一样的，离电源越远的电压越低，并且随着负荷的变换而变换。供电线路上的电压变换如图所示：,电网电压习惯用线路的平均额定电压来表示。线路平均额定电压指电网始端的最大电压和末端受电设备额定电压的平均值Uav,例如额定电压为10kV的电网，平均额定电压为一般为电网额定电压的1.05倍,该值在短路电流计算中应用。各级分别为：0.4kV，3.15kV，6.3kV,10.5kV,37kV，63kV，115kV，230kV，346kV，525kV。,4、额定电流额定电流是用电器在额定电压下工作的电流。电气设备额定电流是指在额定环境条件（环境温度、日照、海拔、安装条件等）下，允许连续通过设备的长时最大工作电流。用电器工作时电流不应超过它的额定电流。,我国采用的基准环境温度为：电力变压器和电器（周围环境温度）40发电机（冷却空气温度）3540裸导线、绝缘线和裸母线（周围环境温度）25电力电缆：空气中敷设30直埋敷设25,常用设备的额定电流,5、额定容量发电机、变压器等规定其额定容量，是指在额定环境条件（环境温度、日照、海拔、安装条件等）下，在额定电压和额定电流情况下的容量。发电机的额定容量用有功功率与功率因数来表示电力变压器额定容量常用视在功率表示,每相电压损失：UUA-UB,线电压损失：U,电压损失的百分值：,1、线路电压损失,由于线路存在阻抗，当输送一定负荷时，线路首末端将存在电压之差。,四、电压偏移及调整,电压偏差是指电网实际电压与额定电压之差对额定电压的百分数，即,产生电压偏差的主要原因是电力负荷的大小是变动的，随着负荷的变化，电网内电压损失也变化，所以用电设备的端电压随着电力负荷的变化而变化。实际电压偏高或偏低，对运行中的电气设备会造成不良影响。,2、电压偏差,电压偏差对设备的影响,白炽灯：90%额定电压下运行，寿命有所增加，但光通量降为68%左右；在110%额定电压下运行，光通量增加40%，寿命大大减少。感应电动机：90%额定电压下运行，转矩降为81%，启动受影响。电焊机：电压偏移必须在5%-10%以内，不然影响焊接质量。根据GB50052-1995，用电设备端子电压偏移允许值如下：电动机：5%；照明灯：一般为5%；其他无特殊要求用电设备：5%；,GB12325-2009电能质量供电电压允许偏差中规定，供电部门与用户的产权分界处或供用电协议规定的电能计量的最大允许电压偏差如表所示。,供电电压允许偏差,电压调整措施,正确选择供电变压器的变比和电压分接头一次侧额定电压合理选择；二次侧额定电压合理选择。合理减少供配电系统的阻抗合理选择导线及截面以减少系统的阻抗。均衡安排三相负荷三相负荷分布不均匀将产生不平衡电压，加大电压偏移。合理调整供电系统的运行方式负荷大时，调整变压器分接头，负荷小时，去掉变压器防止电压过高；两台变压器同时运行时，轻负荷时，可以切除一台变压器。,电压调整措施,采用无功功率补偿装置用于用户存在大量的感性负载，产生大量相位滞后的无功功率，降低了功率因数，增加了系统的压降。采用无功补偿装置可以减小无功，和电压损失。采用有载调压变压器可以根据负荷的变动及供电电压的实际水平实现有效的带负荷调压，技术先进，但只用于大型枢纽变电所。对于电压质量要求高的重要负荷，可以设置小型有载调压变压器。,五、负荷对供电质量的影响,1、电压波动和闪变,闪变是指人眼对灯闪的主观感觉。引起灯光（照度）闪变的波动电压，称为闪变电压。,电压波动是指电压在系统电网中作快速短时的变化。电压波动值，用电压波动过程中相继出现的电压有效值的最大值和最小值之差对额定电压UN的百分值来表示。,电压波动是由于负荷急剧变动的冲击负荷所引起。影响电气设备的正常工作。如电动机的正常起动，同步电机转子振动、计算机无法正常工作，照明的闪烁等。,电压波动和闪变的抑制,抑制电压波动和闪变的主要措施有：,采用合理的接线方式，对负荷变化剧烈的大型设备，采用专用线或专用变压器供电；提高供电电压；减少电压损失；增大供电容量；减少系统阻抗；增加系统的短路容量等方法，对抑制电网的电压波动和闪变能起到良好的作用。单回路变双回路、架空线变电缆等采用静止补偿装置。静止无功补偿器由特殊电抗器和电容器组成，有的是两者之一为可控的，有的是两者都是可控的，是一种并联联接的无功功率发生器和吸收器。近年来，电力系统中主要应用的静止补偿器有自饱和电抗器型（简记为SR）和可控硅控制电抗器型(简记为TCR)两种。,2、谐波干扰干扰,谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整倍数，也称为高次谐波。,系统中的主要谐波源可分为两大类：含半导体非线性元件的谐波源；含电弧和铁磁非线性设备的谐波源。,如在系统和用户中存在谐波干扰，将会使系统中的电压和电流发生畸变。供电系统中的谐波源主要是谐波电流源，谐波电流通过电网将在电网阻抗上产生谐波电压降，从而导致谐波电压的产生。,谐波对几乎所有连接于电网的电气设备都有损害，主要表现为产生谐波损耗，使设备过热以及谐波过电压、加速设备绝缘老化等。谐波对继电保护、电能计量精度等也有影响、谐波还对通信质量有影响。如：高次谐波通过变压器，使得变压器的铁芯损耗明显增大，变压器出现过热，寿命变短。高次谐波通过电动机，不仅使得铁芯损耗明显，而且会使得电动机转子发生振动，严重影响机械加工的精度。电容器对高次谐波阻抗很小，电容器容易过负荷而烧坏高次谐波电流使得电力线路能耗增加，使得电费计算不准确，使电力系统发生谐振，引起电压击穿设备的绝缘。高次谐波使得继电系统发生误动作。高次谐波干扰通信设备和线路。,高次谐波的抑制,高次谐波的抑制方法：,1大容量的非线性负荷由短路容量较大的电网供电,2三相整流变压器采用Yd或者Dy连接,3增加整流变压器二次侧的相数,4装设分流滤波器,5装设静止补偿装置（SVC）,波形畸变程度的几个特征量,第h次谐波电压含有率：,第h次谐波电流含有率：,谐波电压总含量：,谐波电流总含量：,电压总谐波畸变率：,电流总谐波畸变率：,使变压器和电动机的铁芯损耗增加，引起局部过热，同时振动和噪声增大，缩短使用寿命；使线路的功率损耗和电能损耗增加，并有可能使电力线路出现电压谐振，产生过电压，击穿电气设备的绝缘；使电容器产生过负荷而影响其使用寿命；使继电保护及自动装置产生误动作；使变压器使计算电费用的感应式电能表的计量不准；对附近的通信线路产生信号干扰，使数据传输失真等。,谐波的危害,三相整流变压器采用Y，d或D，y接线；增加整流器的相数；在谐波源处装设专用滤波器；限制晶闸管整流设备投入电网的容量；在大型整流设备附近装设静止型无功补偿装置。,谐波的抑制,三相不平衡,指三相系统中三相电压（或电流）的不平衡程度，用电压（或电流）负序分量有效值与正序分量有效值的百分比来表示，即,使电动机产生一个反向转矩，降低输出转矩，同时总电流增大，绕组温升增高，加速绝缘老化，缩短使用寿命。使变压器的容量得不到充分利用。使整流设备产生更多的高次谐波，进一步影响电能质量。使作用于负序电流的继电保护装置产生误动和拒动。,产生原因：三相负荷不对称。,三相电压或电流不平衡的危害,改善三相电压不平衡的措施,在三相系统中合理分配不对称负荷；将不对称负荷分散接于不同的供电点；采用高一级电压供电；采用特殊接线的平衡变压器供电及加装三相平衡装置。,暂时过电压和瞬态过电压,暂时过电压：包括工频过电压和谐振过电压，其特征为在其持续时间范围内无衰减或弱衰减；瞬态过电压：包括操作过电压和雷击过电压，其特征为振荡或非振荡衰减，且衰减很快，持续时间只有几毫秒或几十微秒。,过电压的危害：使电力设备故障、影响电力安全运行。,过电压是指峰值电压超过系统正常运行的最高峰值电压时的工况。,六、电力系统的运行特点,1电能的产生、输送和消费时一个动态过程2供电中断会造成严重后果3.电力系统中的过度非常迅速，容易产生过电压、损坏绝缘4.电能不能大量储存、只能随产随用。,第二节供电系统的接线方式,一、供电系统接线方式的要求,（1）供电可靠性供电系统接线应符合国家标准和相关技术规范的要求，充分保证人身和设备的安全。如高压断路器的两侧安装高压隔离开关；架空线路末端及变电所的高压母线上安装避雷器和过电压防护；根据负荷等级要求来采取相应的接线方式。（2）操作方便、运行安全灵活供电系统的接线应保证在正常运行和发生事故时，操作和检修方便，运行维护安全灵活。为此，应简化接线，减少供电层次和操作程序。,（3）经济合理接线方式在满足用户要求和保证供电质量的前提下应力求简单，以减少投资和运行费用。提高经济性的有效措施之一就是高压线路尽量深入负荷中心。（4）具有发展的可能性接线方式应保证便于将来发展，同时能适应分期建设的需要。,二、供电系统的接线方式,按系统接线布置方式可分为放射式、干线式、环式及两端电源供电式等接线方式。按供电系统的运行方式可分为开式和闭式接线系统。按对负荷供电可靠性的要求可分为无备用和有备用接线系统。在有备用接线系统中，其中一回线路发生故障时，其余线路能保证全部供电的称为完全备用系统；如果只能保证对重要用户供电的，则不完全备用系统。备用接线系统投入方式可分为手动、自动和经常投入三种。,1、无备用接线方式,(a)单回路放射式,(b)直接连接的干线式,(b)直接连接的干线式,(c)串联型干线式,无备用系统,优点,缺点,易于发现故障，供电可靠性差。所以这种接线主要用于对三级负荷和一部分次要的二级负荷供电。,接线简单，运行方便,2、有备用接线方式,双回路放射式接线(a),环式接线,有备用系统,优点,缺点,接线复杂，不易于发现故障。所以这种接线主要用于对一级、二级负荷负荷供电。,供电可靠性高,三、变电所的主接线,变电站的主接线是由各种电气设备（变压器、断路器、隔离开关等）及其连接线所组成的，用以接受和分配电能，是供电系统的组成部分。它与电源电压等级、进线数目、负荷大小及级别、变压器台数及容量等因素有关，所以变电站的主接线有多种形式。确定变电站的主接线与变电站电气设备的选择、配电设备的布置及运行的可靠性和经济性等都有密切的关系，确定变电站的主接线方式是变电站设计的重要任务之一。下面分别介绍工业企业总降压变电站和车间变电所的主接线方式。,（1）线路-变压器组接线方式,1、总降压变电站的主接线,（b）进线为跌落式保险,（c）进线为断路器,（a）进线为隔离开关,线路变压器组接线方式,优点,缺点,供电的可靠性低，当供电线路、变压器及低压母线发生故障或高压设备检修时全部负荷都将停止供电。,接线简单，使用的设备少，基建投资省,适用范围：线路变压器组接线方式只应用于三级或不太重要的二级负荷的变电所。,（2）桥式接线,为了保证对一、二级负荷进行可靠供电，在企业变电所中广泛采用由两回路电源线受电和装设两台变压器的桥式主接线。桥式主接线主要分外桥、内桥和全桥三种。,（a）外桥接线,优点,缺点,切换方便，比内桥少两组隔离开关，继电保护简单，易于过渡到全桥或者单母线分段式接线，投资小，占地小；,倒换线路不方便，变电所一侧无线路保护。,适用范围：合适进行短而倒闸次数少的变电所，或变压器采用经济运行需要经常切换的终端变电所，以及有可能发展成为穿越负荷的变电所。,（b）内桥接线,优点,缺点,一次侧可以设线路保护，倒换线路比较方便，设备投资与占地都比全桥接线少；,操作变压器和扩建成全桥接线或单母线分段接线不如外桥接线方便。,适用范围：适合于进线比较长，变压器切换比较少的终端变电所。,（c）全桥接线,优点,缺点,适应性强，对线路、变压器的操作比较方便，运行灵活，且易于扩展成为单母线分段式接线；,设备多、投资大、占地大。,桥式接线方式,优点,缺点,接线复杂，使用的设备多，基建投资高。,供电的可靠性高，用于对一、二级负荷供电；,(3)单母线分段接线,适用范围：有穿越负荷的两回电源进线的中间变电所，其受、配电母线以及桥式接线变电所主变压器二次侧的配电母线，多采用单母线分段接线方式，如图所示。,穿越功率指的是如果变电站为中间变电站，则该变电站高压侧（对于110kV变电站指的就是110kV侧）存在出线负荷，即经该变电站高压母线向相同电压等级的其他变电站提供电源点，则这个出线上的负荷就是穿越功率；若该变电站为终端变电站，则不考虑穿越功率；若该变电站目前为终端变电站，将来规划有新建相同电压等级的其他变电站需要经过该变电站高压母线获得电源，则在设计该变电站高压母线时需要考虑穿越功率。,单母线分段接线方式,优点,缺点,当其中任一段母线发生故障时，接于该段母线的全部进出线均停止运行。,当某回受电线路或变压器故障停止运行时，可通过母线分段器QFs的联络，保证继续对两段母线上的重要负荷供电，具备一定的可靠性。,(4)双母线接线对于特别重要的负荷，当采用单母线分段接线，可靠性不能满足要求时，可考虑采用双母线接线，如图所示。W1为工作母线，W2为备用母线，其间通过断路器QF连接起来，QF称为母联断路器。,双母线接线接线方式,优点,缺点,设备多，接线复杂，操作安全性差、投资大。,不论哪一段电源与母线同时发生故障，都不影响对用户的供电，故可靠性高。,适用范围：对于容量大、负荷要求可靠性高、进出线回路多的重要变电所，采用双母线接线。,第三节典型企业供电系统,大型而且具有一、二级负荷的工矿企业常采用35kV双电源供电，总降压变电所与高压配电线路按照一定的接线方式连接，组成企业的35/（6-10）kV高压供电系统。各车间变电所与电压配电线路按一定的接线组成（6-10）/0.4kV低压供电系统。城市各单位以及中小型企业一般采用10kV单电源供电。,一、大型企业35/（610kV）供电系统,具有一级及二级负荷的大型工业企业采用35/（610kV）的线路供电时，一般多采用双回路电源进线和两台主变压器组成的桥式接线。它的特点是当一条电源线路有故障或检修时，通过桥断路器的联络，不影响两台变压器的运行。,35/（610kV）供电系统,扩大桥式接线,当变压器台数多于两台时，可采用扩大桥式接线方式。,二、具有一、二级负荷的车间610/0.4kV供电系统,车间供电系统具有一二级负荷时，为了保证发电的可靠性，必须采用双回路供电，并设置两台610/0.4kV低压动力变压器，具体接线如图所示。,三、供电系统的运行方式,供电系统的运行方式是指系统中的线路、设备在运行中的电器开关连接关系。供电系统的运行方式涉及到大部分设计内容：电费计算、设备选择、短路计算、保护设置整定等。,（一）运行方式概念按电气设备运行分（1）并联运行电气设备和线路都同时带电运行，电气上符合并联关系的运行方式。（2）分列运行电气设备和线路都同时带电运行，电气上不构成并联关系的运行方式。（3）一台（路）使用、一台（路）备用部分设备和线路带电运行，部分作备用的运行方式。,按系统运行分（1）长时运行方式正常情况下，用户供电系统的长时运行方式可以是全并联、全分列、部分并联、部分分列等各种组合方式下的运行方式。（2）故障运行方式系统出现故障的时候，切除部分设备或者线路后继续供电维持生产所需的运行方式。,按短路电流分（1）最大运行方式从短路点向电源方向计算，运行阻抗最小，使该点短路电流最大的运行方式。一般并联运行会使得运行阻抗降低，串联运行使得运行阻抗增大。（2）最小运行方式从短路点向电源方向计算，运行阻抗最大，使该点短路电流最小的运行方式。,（二）用户35kV变电所运行方式优化分析,1、35kV电源线路并联运行方式优点：有利于负荷分配和降低线损缺点：线路不独立，保护设置复杂，短路电流较大。一路使用、一路备用优点：保护设置方便、简单，容易整定，运行灵活，短路电流小缺点：线路电压损失和功率损失大分列运行方式优点：保护设置方便、简单，容易整定运行灵活，短路电流小，线路电压损失和功率损失只有第二种方法的一半，集中前面两种方法的优点,2、主变压器并联运行方式优点：有利于负荷分配、损耗低缺点：运行上不独立，保护设置复杂，短路电流较大，对设备短路承受能力要求高。要求并联的变压器满足：一次和二次侧的额定电流分别相等，允许误差不超过0.5%。短路电压百分值相等，允许误差不超过10%。两台变压器的接线组别相同。一路使用、一路备用优点：保护设置方便、简单，容易整定，运行灵活，短路电流小。缺点：变压器的负荷率高，功率损耗大，不能实现经济运行。,分列运行方式优点：兼顾了两种方法的优点，避免了缺点，变压器保护设置方便、简单，容易整定运行灵活，短路电流小，变压器的负荷率为50%左右，功耗小、温升低，可延长变压器的使用寿命只有第二种方法的一半，集中前面两种方法的优点。,3、6-10kV单母线由于两台主变压器采用分列运行的方式，6-10kV单母线必须采用分段运行，也就是分列运行。重要的一二级负荷可由两端母线分别供电，其中一段母线发生故障时，负荷仍可以从另外一路母线获得电源。正常运行时，两段母线独立运行，故障时，可将断路器合闸，形成单母线不分段运行。,4、运行方式的优化方案经过以上35kV电源线路、主变压器和6-10kV单母线的优化分析可以知道，对于大中型企业以及具有一二级负荷的用电单位，最佳的运行方式为全分列运行，及35kV电源线路、主变压器和6-10kV单母线都为分列运行。从经济运行、供电性能和过流保护等方面，分列运行都优于并联运行和一个使用、一个备用的运行方式。,倒闸操作发电厂和变电所的电气设备可分为运行、检修和备用三种状态，将设备由一种状态改变为另一种状态的一系列有序操作称为倒闸操作。倒闸操作必须严格遵守有关规程规定，应准确无误地填写操作票，认真执行操作监护制度。,单母线倒闸送电操作,关合顺序：QSWQSlQF,倒闸操作原则：隔离开关相对断路器而言，“先通后断”。母线(电源侧)隔离开关相对线路(负荷侧)隔离开关而言，“先通后断”。,单母线倒闸停电操作,断开顺序：QFQSlQSW,第四节电网中性点运行方式,三相四线制供电,火线（相线）:,中线（零线）：N,三相交流电路星形接法,一、三相交流电路基本知识,线电压和相电压的关系,三相交流电路星形接法,特点：线电压=相电压,三相交流电路三角形接法,二、电网中性点运行方式,中性点的运行方式指的是中性点与大地之间的连接关系。中性点运行方式的选择主要取决于单相接地时电气设备的绝缘要求及供电可靠性。中性点运行方式的不同，直接影响到安全和经济问题，需要进行综合比较分析。,中性点运行方式分析,中性点运行方式分类在电力系统中，中性点可有以下几种运行方式：（1)中性点不接地方式（中性点绝缘方式）（2)中性点经消弧线圈（电抗器）接地方式（3)中性点直接接地方式（4)中性点经电阻接地方式,中性点非有效接地方式（小接地电流系统）,中性点有效接地方式（大接地电流系统）,经高阻接地方式（小接地电流系统）,经低阻接地方式（大接地电流系统）,1、中性点不接地方式,主要特点：单相接地电流小适用范围：3-10kV电网。因为在这类电网中，发生单相接地故障的比例很大。采用中性点不接地方式可以减少单相接地电流，从而减轻其危害。分析：单相接地电流，单相接地时的各相对地电压,中性点不接地方式正常运行,三相对称，没有电流在地中流过。中性点对地电位为0。各相对地电压等于相电压。其中C为电网对地电容（高压电网忽略电网对地绝缘电阻R）,我国310kV的电网，一般采用这种方式，因为这类电网单相接地故障比较多，中性点不接电的运行方式可以减少单相接地电流,中性点不接地方式单相接地,此时，C相相对地的电压为零，而A、B相对地电压为,C相接地时，电网的接地电流应为A、B两相对地电容电流之和,IE超前UC90，,单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,单相接地故障对电网的影响,单相接地时，由于线电压保持不变，使负荷电流不变，电力用户能继续工作，提高了供电可靠性。由于接地点的电弧或者由此产生的过电压可能引起故障扩大，发展成为多相接地故障。接地处有接地电流流过，会引起电弧。高温的电弧可能损坏设备，甚至导致相间短路，尤其在电机或电器内部发生单相接地出现电弧时最危险。,单相接地故障对电网的影响,非故障相电压升高到线电压，所以在这种系统中，电气设备和线路的对地绝缘