供配电课件第1章

1、1.1.1 电力系统概念1.电力系统定义 电力系统是由发电厂、变电所、电力线路和电能用户组成的一个整体。图发电知识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Company Logo2.电力系统的各组成部分功能1）发电厂发电厂将一次能源转换成电能。 2）变电所接受电能、变换电压和分配电能。3）电力线路将发电厂、变电所和电能用户联接起来，完成输送电能和分配电能的任务。4）电能用户 Company Logo1.1.2 供配电系统 供配电系统是由总降变电所、高压配电所、配电线路、车间变电所或建筑物变电所和用电设备组成。结构框图 第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章

2、第九章第十章第十一章 对于具体供配电系统，系统的组成有所差别，主要取决于电力负荷大小和厂区规模。Company Logo1.1.2 供配电系统 总降变电所是企业电能供应的枢纽。它将35kV110kV的外部供电电源电压降为610kV高压配电电压，供给高压配电所、车间变电所和高压用电设备。 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Company Logo1.1.2 供配电系统高压配电所集中接受610kV电压，再分配到附近各车间变电所或建筑物变电所和高压用电设备。一般负荷分散、厂区大的大型企业设置高压配电所。配电线路分为610kV厂内高压配电线路和380/220V厂内低压

3、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电压送各低压用电设备。车间变电所或建筑物变电所将610kV电压降为380/220V电压，供低压用电设备用。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。 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Company Logo1.1.3供配电的要求和课程任务对供配电的基本要求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Company Logo1.2 电力系统的额定电压额

4、定电压是能使电气设备长期运行在经济效果最好的电压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Company Logo1.电网的额定电压 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。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3. 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=1.05UN2.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。 用电设备和发电机电压说明Company Logo4.变压器的额定电压1)变压器一次绕组的额定电压 变压器一次绕组接电源，

5、相当于用电设备。 与发电机直接相连的升压变压器的一次绕组的额定电压应与发电机额定电压相同。 连接在线路上的降压变压器的一次绕组的额定电压应与线路的额定电压相同。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Company Logo4.变压器的额定电压2)变压器二次绕组的额定电压 变压器的二次绕组向负荷供电，相当于发电机。二次绕组电压应比线路的额定电压高5%， 而变压器二次绕组额定电压是指空载时电压。但在额定负荷下，变压器的电压降为5%。 因此，为使正常运行时变压器二次绕组电压较线路的额定电压高5%， 当线路较长（如35kV及以上高压线路），变压器二次绕组的额定电压应比相联

6、线路的额定电压高10%； 当线路较短（直接向高低压用电设备供电，如10kV及以下线路），二次绕组的额定电压应比相联线路的额定电压高5%。如下图所示： 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Company Logo 当线路较长（如35kV及以上高压线路），变压器二次绕组的额定电压应比相联线路的额定电压高10%； 当线路较短（直接向高低压用电设备供电，如10kV及以下线路），二次绕组的额定电压应比相联线路的额定电压高5%。Company Logo例1-1 已知图示系统中线路的额定电压，试求发电机和变压器的额定电压。 解： 发电机G的额定电压 UN.G =1.05U N

7、.1WL=1.056=6.3kV变压器1T的额定电压 UIN.IT=UN.G=6.3kV U2N.2T=1.1UN.2WL=1.1110=121kV 1T额定电压为6.3/121kV 变压器2T的额定电压 UIN.IT = UN.2WL=110kV U2N.2T=1.05UN.3WL=1.0510=10.5kV 2T的额定电压为110/10.5kV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Company Logo1.3 电力系统的中性点运行方式三相交流电系统的中性点是指星形联结的变压器或发电机的中性点。中性点的运行方式有三种：中性点不接地系统、中性点经消弧线圈接地系统

8、、中性点直接接地系统和中性点经电阻接地的电力系统。前两种为小接地电流系统，后一种为大接地电流系统。中性点的运行方式主要取决于单相接地时电气设备绝缘要求及对供电可靠性要求。 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Company Logo我国363kV系统，一般采用中性点不接地运行方式。当310kV系统接地电流大于30A；2063kV系统接地电流大于10A时，应采用中性点经消弧线圈接地的运行方式。110kV及以上系统和1kV以下低压系统采用中性点直接接地运行方式。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Company Logo1.3.1 中

9、性点不接地的电力系统系统正常运行时（三相电力线存在分布电容，为简化分析，用一集中电容C表示，并假设三相对地电容相等）线电压对称各相对地电压对称，等于各相的相电压中性点对地电压为零各相对地电容电流也对称，其电容电流的相量和为零。 图1-7 正常运行时的中性点不接地电力系统 A）电路图 b）相量图 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Company Logo系统发生单相接地时 接地相（C相）对地电压为零，非接地相对地电压升高为线电压，即等于相电压的1.732倍 。从而接地相电容电流为零，非接地相对地电容电流也增大到原来电流的1.732倍。 C相接地时，系统的接地电流

10、（流过接地点的电容电流）应为A、B两相对地电容电流之和。取接地电流的正方向从相线到大地，如图所示。因此， 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Company Logo系统发生单相接地时 在数值上，由于IE=1.732IC.A ，而IC.A=UAXC=1.732UAXC =I CO因此 IE=3 I CO 即单相接地的接地电流为正常运行时每相对地电容电流的3倍。 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Company Logo系统发生单相接地时 当每相对地电容不能确切知道时，接地电容的电流可用下式近似计算： 式中，U N为系统的额定电压

11、（kV）；Loh为有电的联系的架空线路总长度（km）；L Cab为有电的联系的电缆线路总长度（km）。 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Company Logo 从图1-8b可以看出，中性点不接地电力系统发生单相接地时，虽然各相对地电压发生变化，但各相间电压（线电压）仍然对称平衡，因此，三相用电设备仍可继续运行。但为了防止非接地相再有一相发生接地，造成两相短路，所以规程规定单相接地继续运行时间不得超过2小时。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小结：中性点不接地的电力系统Company Logo 此类电力系统在发生单相接地故障

12、时会出现以下情况：（1）接地电容电流不稳定且较大时，会在接地点出现断续电弧；（2）当各种条件满足要求时，系统中的电阻、电感、电容将组成串联谐振电路，引起系统谐振，较高的谐振过电压可能击穿系统绝缘，损坏线路或设备。 解决方法：当310kV系统接地电流大于30A；2063kV系统接地电流大于10A时，应采用中性点经消弧线圈接地的运行方式。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小结：中性点不接地的电力系统Company Logo接地故障相对地电压降低为零；非接地故障相电压升高为线电压（ 倍）且相位改变绝缘水平按线电压设计中性点对地电压升为相值（方向与故障相电压相反，即-

13、c） 相对中性点电压和线电压仍不变三相系统仍然对称，可以继续运行2h（供电可靠性提高）接地点流过的电容电流是正常每相对地电容电流的倍，即cco 故在接地点有电弧Company Logo1.3.2 中性点经消弧线圈接地电力系统 当中性点不接地系统的单相接地电流超过规定值时，为了避免产生断续电弧，引起过电压和造成两相或三相短路，减小接地电弧电流使电弧容易熄灭，中性点应经消弧线圈接地。消弧线圈实际上就是电抗线圈。 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Company Logo1.3.2 中性点经消弧线圈接地的电力系统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

14、第十章第十一章1.正常运行时：中性点对地电位为零：UN=0消弧线圈中无电流：IL=0流过地中的电容电流为零：IC=0消弧线圈不起作用Company Logo1.3.2 中性点经消弧线圈接地的电力系统 2.单相接地时 当中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地时，流过接地点的电流是接地电容电流IC和流过消弧线圈的电感电流IL之相量和。由于IC超前UC90，IL滞后UC90，两电流相抵后使流过接地点的电流减小。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实现补偿Company Logo电压变化特点:故障相对地电压变为零非故障相对地电压升高1.732倍系统各相对地的绝缘水平也按线

15、电压考虑 Company Logo1.3.2 中性点经消弧线圈接地电力系统消弧线圈对电容电流的补偿有3种方式： 全补偿IL=IC ，即接地点电流为0；欠补偿ILIC ，接地点电流为容性；过补偿ILIC，接地点电流为感性。 实际上都采用过补偿，以防止由全补偿引起的电流谐振，损坏设备或欠补偿由于部分线路断开造成全补偿。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网络容易因不对称形成串联谐振过电压危及绝缘易发展成为全补偿方式,切除线路或频率下降可能谐振。电感电流数值不能过大3.补偿方式Company Logo4.消弧线圈结构特点：为保持补偿电流与电压之间的线性关系，采用带气隙

16、铁芯；气隙沿整个铁芯均匀设置，以减少漏磁；为了绝缘及散热，铁芯和线圈都浸在油中；为适应系统中电容电流变化特点，设有分接头（59个）补偿容量的选择：h.e1.35cx消弧线圈的安装地点：发电厂的发电机或厂变的中性点；变电所主变的中性点。适用范围：广泛应用在不适合采用中性点不接地的以架空线路为主体的3-60kV系统；个别雷害严重的地区110kV系统不得已采用。 Company Logo1.3.3 中性点直接接地的电力系统 中性点直接接地系统发生单相接地时，通过接地中性点形成单相短路，产生很大的短路电流，继电保护动作切除故障线路，使系统的其它部分恢复正常运行。由于中性点直接接地，发生单相接地时，中性

17、点对地电压仍为零，非接地相对地电压也不发生变化。 图1-10是发生单相接地时的中性点直接接地电力系统。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Company Logo1.3.3 中性点直接接地的电力系统此类电力系统特点是： 在单相接地时，其他两相对地电压不会升高为线电压。不外加设备即可消弧。实际意义： （1）设备的经济型：对于110kV以上的高压系统，高压电气设备的绝缘问题是其设计和制造的关键问题。而在中性点直接接地的系统中，线路对地电压始终为相电压，因此电气设备的绝缘要求可相对降低。（2）人身的安全性：对于直接连接低压用电设备的380/220V的低压配电系统，采用

18、中性点直接接地可减轻对人生的威胁，同时满足220V单相设备的工作电压要求。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Company Logo1.3.4 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。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R=10Company Logo1.3.4 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（电阻值一般为数百至数千欧姆） 高电阻接地方式是以限制单相接地故障电流，并可防止谐振过电压和间歇性弧

19、光接地过电压，主要应用于大型发电机组、发电厂厂用电和某些610KV变电站。 特点：当系统发生单相接地时可继续运行2h，这与小电阻运行方式有着根本不同。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Company Logo1.3.4 中性点经电阻接地的电力系统 2） 中性点经低电阻接地（不大于10欧） 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（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

20、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。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Company Logo1.4 电能的质量指标电能质量指标有如下3项指标：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Company Logo1.4.1 电压质量指标 电压偏差是电压偏离额定电压的幅度，一般以百分数表示，即式中，U%为电压偏差百分数；U为实际电压；UN为额定电压。 线路额定电压UN 允许电压偏差 35KV及以上10KV及以下220V 5%7%7%、10% 第一章第二章第三章第四章第五章

21、第六章第七章第八章第九章第十章第十一章1. 电压偏差我国供电电压允许偏差Company Logo1.4.1 电压质量指标 （1）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2.电压波动和闪变Company Logo1.4.1 电压质量指标 （1）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2.电

22、压波动和闪变表1-3 电压波动允许值（GB/T 12326-2000） 额定电压（kV） 电压波动允许值（U%） 10及以下2.5351102.0220及以上1.6Company Logo1.4.1 电压质量指标 （2）电压闪变是指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。 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。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2.电压波动和闪变表1-4 U10允许值（GB/T 12326-2000）应用场合对照明要求U10允许值较高的白炽

23、灯负荷0.4（推荐值）一般性照明负荷0.6（推荐值）Company Logo1.4.1 电压质量指标 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。 波形质量是以正弦电压波形畸变率来衡量的。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3.电压波形表1-5 公用电网谐波电压限值（相电压）电网额定电压（kV） 电压总谐波畸变率（%） 各项谐波电压含有率（%） 奇次 偶次 0.385.04.02.06104.03.21.635663.02.41.21102.01.60.8Company Logo 我国采用的额定频率为

24、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运行情况允许频率偏差正常运行300万kW及以上300万kW及以下 0.20.5 非正常运行1.0 1.4.2 频率质量指标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Company Logo电网频率降低所造成的危害：汽轮机低压级叶片因震动加大而产生裂纹，甚至断落；辅助机械出力降低，进而影响发电设备的出力，出力降低又会使频率进一步下降，引起恶性循环。对企业生产的影响。频率降低时，可能造成铁路指示信号误动、保护信号不准，通信

25、设备工作不正常。Company Logo电网频率升高所造成的危害：汽轮机会由于危急保安器动作而使机组突然甩负荷运行；发电机、电动机和所有生产设备转速都增加，功率增加，设备损坏；危及人身安全。Company Logo频率变化的原因：系统有功负荷与发电厂的有功出力不平衡。解决方式：提高系统负荷曲线预测精度，保证系统发电和用电的平衡。（频率下降，用备用容量补充，并切除部分次要负荷；频率上升时，快速减少发电机出力，使系统频率恢复正常。）Company Logo 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，即 1.4.3 供

26、电可靠性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式中，Tw为统计期实际供电时间之和（h）；Tt为统计期全部时间（h）；Ts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。Company Logo供电可靠性与发电、用电和线路可靠性以及电网架构和变电站主接线可靠性、继电保护及安全装置的配置、系统备用容量和运行方式等有关。提高供电可靠性的常见措施：合理配置继电保护装置；采用安全自动装置，如低频率自动减载装置、备用电源自动投入装置等。从设备选型和维修入手；改变供电方式，提高供电线路和变电站主接线运行的可靠性；提高供电系统的自动化、信息化管理水平。Company Logo1.5 电力负荷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 用户有各种用电设备，它们的工作特征和重要性各不相同，对供电的可靠性和供电的质量要求也不同。因此，应对用电设备或负荷分类，以满足负荷对供电可靠性的要求，保证降低供电质量，供电成本。Company Logo1.5.1 按对供电可靠性要求的负荷分类符合下列情况之一时，应为