第一章 供电系统

第一章供电系统第一页，共六十七页，编辑于2023年，星期四什么是供电技术？供电，就是指所需电能的供应和分配，亦称配电。供电技术就是研究电力的供应和分配问题。是一门研究工矿企业如何安全有效地利用电能来进行生产活动的学科。是一门实用性很强的专业课。它以工矿企业35kV及以下供电系统的设计、运行、安全技术为重点。作为一门课程，其综合性很强，包含电力系统很多专业性概念，有的章节其实是一门专业课。第二页，共六十七页，编辑于2023年，星期四本课程学习任务了解电力用户的电力供应和分配问题；掌握供电系统设计计算、运行维护所需的基础知识和基础理论。具有工矿企业变电所初步设计能力，具有电气设备运行维护和常见故障分析处理的初步能力。第三页，共六十七页，编辑于2023年，星期四本课程主要内容第一章：供电系统第二章：负荷计算第三章：短路电流计算第四章：高压电器设备选择第五章：电力线路及选择第六章：继电保护第四页，共六十七页，编辑于2023年，星期四第1章供电系统1.1电力系统基础1.2供电系统的接线方式1.3典型企业供电系统1.4电网中性点运行方式第五页，共六十七页，编辑于2023年，星期四一、电力系统

发电厂一般建在燃料、水力等丰富的地方，与用户距离一般很远。为降低输电线路的电能损耗，发电厂的电能经过升压变压器再经输电线路传输（高压输电）；经高压输电线路送到距用户较近的降压变电所，经降压分配给用户。连接发电厂和用户之间的环节称电力网，由各级变电所和电力线路组成。发电厂、电力网和用户组成的统一整体称为电力系统,起着电能生产、变换、输送、分配和消费的作用。

第一节电力系统基础

第六页，共六十七页，编辑于2023年，星期四

1．发电厂按一次能源介质划分为火力发电厂、水力发电站、核电站等，此外，还有小容量的太阳能发电厂、风力发电厂、地热发电厂和潮汐发电厂等。

2．变电所变电所是变换电压和接受分配电能的场所。3．电力线路是输送电能的通道，是将发电厂、变电所和电力用户联系起来的纽带；4．电能用户凡取用电能的所有单位均称为电能用户，其中工业企业用电量约占我国全年总发电量的70%，是最大的电能用户。

第七页，共六十七页，编辑于2023年，星期四第八页，共六十七页，编辑于2023年，星期四中国最大水电站——三峡电站站址——湖北宜昌动工时间——1992后12月14日总投资——1179亿元设计容量——26×70万千瓦设计年发电量——847亿千瓦时首台机组发电时间——2003年7月4日送电区域——华东、华中、川俞

第九页，共六十七页，编辑于2023年，星期四CHINA

风能资源丰富，可开发利用风能2.5亿kW。内蒙、宁夏、甘肃、新疆等西北部省区，都是我国风力资源富集的地区。

截至2010年底，蒙西电网接入风电容量达630万kW，占电网装机总容量的16.4%。

建在戈壁滩上的

风电场第十页，共六十七页，编辑于2023年，星期四太阳能发电太阳能光伏发电

太阳能光伏发电是利用太阳电池组将太阳能直接转换为电能。太阳电池由单晶硅或非晶硅薄膜制成。将太阳电池排成方阵，其总面积决定所需的功率。

太阳能热发电

太阳能热发电是利用聚光集热器把太阳能聚集起来，将水加热，使产生的蒸汽去驱动汽轮发电机组。根据热电转换方式的不同，把太阳能电站分为集中型热电太阳能电站和分散型太阳能电站。

第十一页，共六十七页，编辑于2023年，星期四第十二页，共六十七页，编辑于2023年，星期四第十三页，共六十七页，编辑于2023年，星期四第十四页，共六十七页，编辑于2023年，星期四第十五页，共六十七页，编辑于2023年，星期四高压输电线第十六页，共六十七页，编辑于2023年，星期四一次系统（高电压）：在工程实际中，常把发电、输变电和配电等环节叫做一次系统。二次系统（低电压）：保证一次系统安全/可靠/经济运行的信息系统及其操作机构。包括继电保护、测量和调度等环节。

第十七页，共六十七页，编辑于2023年，星期四第十八页，共六十七页，编辑于2023年，星期四

工厂供配电系统由总降压变电所、高压配电线路、车间变电所、低压配电线路及用电设备组成。

1．总降压变电所

总降压变电所负责将35～110kV的外部供电电压变换为6～10kV的厂区高压配电电压，给厂区各车间变电所或高压电动机供电。

2．车间变电所

车间变电所将6～10kV的电压降为380/220V，再通过车间低压配电线路，给车间用电设备供电。

3．配电线路

配电线路分为厂区高压配电线路和车间低压配电线路。

供配电系统第十九页，共六十七页，编辑于2023年，星期四主要电气设备符号电力变压器(T)隔离开关(QS)不允许带电流操作

负荷开关(QL)只能分断工作电流断路器(QF)能分断任何电流第二十页，共六十七页，编辑于2023年，星期四电流互感器(TA)相当于一个电流源，二次最大输出电流为5A，为电流表、功率表、电度表等提供电流。电压互感器(TV)相当于一个小型变压器，二次最高输出100V标准电压。母线(WB)是解决一个电源与多个负荷之间供电的好办法，又叫汇流排。在原理上母线是电路上的一个电气接点，起着接受、集中和分配电能的作用。第二十一页，共六十七页，编辑于2023年，星期四二、电力负荷的分类及对供电的要求级别一级二级三级停电影响人身伤亡，重大设备损坏，政治、经济上重大损失政治、经济造成较大损失，设备局部损坏大量减产等不属于一级、二级的负荷允许停电时

间备用电源投入时间，特别重要负荷不允许停电允许短时停电几分钟停电影响不大对供电电源要求两个独立电源供电双回路供电无特殊要求举

例炼钢厂的炼钢炉、医院、人民大会堂纺织厂，化工厂第二十二页，共六十七页，编辑于2023年，星期四

电力系统运行应满足的基本要求安全：包括设备安全及人身安全可靠:保证不间断的供电优质：电能质量经济：电厂煤耗、电网网损、节约用电第二十三页，共六十七页，编辑于2023年，星期四电气设备的额定电压，就是能使电气设备长期运行时获得最好经济效果的电压。三、电力系统的额定电压电力网额定电压等级是根据国民经济发展的需要、技术经济上的合理性、电机电器制造工业的水平等因素，经全面研究分析，由国家制定颁布的。从电气设备制造的角度和电力工业的发展来看，额定电压等级不宜过多。

第二十四页，共六十七页，编辑于2023年，星期四用电设备用电设备的额定电压和电网的额定电压一致。发电机发电机的额定电压一般比同级电网的额定电压高出5%，用于补偿线路上的电压损失。电网（线路）额定电压等级低压：380V,660V高压：3，6，10，35，110，220，330，500kV第二十五页，共六十七页，编辑于2023年，星期四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。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。第二十六页，共六十七页，编辑于2023年，星期四电力系统额定电压等级线路(电网)电力设备(kV)发电机(kV)变压器电压(kV)额定电压额定电压一次二次33.153及3.153.15及3.366.36及6.36.3及6.61010.510及10.510.5及11353538.5110110121220220242330330363500500550第二十七页，共六十七页，编辑于2023年，星期四

线路电压与容量、距离的关系电压等级(kV)输送容量(MVA)输送距离（km）输电7502000~2500500以上区5001000~1500150~850跨省220100~500100~300跨地区高中压配电11010~5050~100县市352~1020~50县市内100.2~26~20市内低压配电380/220楼内、农电第二十八页，共六十七页，编辑于2023年，星期四线路的平均额定电压

线路的平均额定电压指线路始端最大电压（变压器空载电压）和末端用电设备额定电压的平均值。由于线路始端最大电压比电网额定电压高10%，因而线路的平均额定电压比电网额定电压高5%。各级分别为：0.4kV，3.15kV，6.3kV,10.5kV,37kV，63kV，115kV，230kV，346kV，525kV。第二十九页，共六十七页，编辑于2023年，星期四发电机G的额定电压：UN·G=1.05UN·L1=1.05×10=10.5（kV）变压器T1的额定电压：U1N·T1=UN.G=10.5（kV）U2N·T1=1.1UN·L2=1.1×110=121(kV)变压器T1的变比为：10.5/121kV变压器T2的额定电压：U1N·T2=UN·L2=110（kV）U2N·T2=1.05UN·L3=1.05×6=6.3(kV)变压器T2的变比为：110/6.3kV例1.已知下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第三十页，共六十七页，编辑于2023年，星期四

供电质量包括电能质量和供电可靠性两方面。

电能质量是指电压、频率和波形的质量。电能质量的主要指标有：频率偏差、电压偏差、电压波动和闪变、高次谐波（电压波形畸变）及三相电压不平衡度等。四、电能的质量指标

第三十一页，共六十七页，编辑于2023年，星期四1．电压理想：幅值恒为额定值的三相对称正弦电压(1)电压偏差：电网实际电压与额定电压之差实际电压偏高或偏低对用电设备的运行有影响以照明日炽灯为例，电压升高，则光效高，但寿命减少；电压降低，则光效严重下降。(2)电压波动：电压波动是指电压的急剧变化。大容量冲击性负荷（电弧炉等）运行时，剧烈变化的负荷电流将引起线路压降的变化，从而导致电网发生电压波动；第三十二页，共六十七页，编辑于2023年，星期四引起灯光闪烁；使电动机转速脉动、电子仪器工作失常等。电压闪变：电压波动引起灯光闪烁，对人眼产生的刺激效应。(3)高次谐波：当电网电压波形发生非正弦畸变时，电压中出现高次谐波。产生原因：电力系统自身谐波；用户方面：大功率变流设备、电弧炉等非线性用电设备所引起。危害：供电系统能耗增大；电气设备尤其是静电电容器过流、绝缘老化加快；干扰自动化装置和通信设施的正常工作。第三十三页，共六十七页，编辑于2023年，星期四2.频率频率的质量是以频率偏差来衡量。我国规定，电力系统的额定频率为50Hz，频率的允许偏差不得超过±0.5Hz，容量大于3000MW的用户，频率偏差不得超过±0.2Hz。3.电压波形

电压波形的质量是以正弦电压波形畸变率来衡量的。第三十四页，共六十七页，编辑于2023年，星期四五、电力系统的运行特点电能不能大量储存，电能的生产、输送、分配和消费，几乎是同时进行的。暂态过程非常短促：如开关的切换操作、电网短路等过程，都是在很短的时间内完成的。电力系统由一种运行状态到另一种运行状态的过程是非常短暂的。与国民经济及日常生活关系密切供电中断后果严重第三十五页，共六十七页，编辑于2023年，星期四第二节供电系统的接线方式按网络接线布置方式可分为放射式、干线式、环式及两端供电式等接线系统；按其网络接线运行方式可分为开式和闭式网络接线系统；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，还有明备用和暗备用的区别；备用系统的投入方式可分为手动投入和自动投入等几种。第三十六页，共六十七页，编辑于2023年，星期四一、对电力系统接线方式的要求安全可靠规定条件和规定时间内保证不中止供电的能力操作方便，运行灵活

能适应系统或本厂所的各种运行方式且运行方式相互转换灵活。经济合理投资费用和运行费用。便于发展具有初期—终期—扩建的灵活方便性第三十七页，共六十七页，编辑于2023年，星期四二、供电系统的接线方式1.单回路放射式

这种供电方式的特点是供电可靠性较高，当任意一回线路故障时，不影响其它回路供电，且操作灵活方便，易于实现保护和自动化。但出线回路数较多，设备和投资也多。可用于对容量较大、位置较分散的三级负荷供电。此种网络结构在中压和低压系统中均比较常见。

第三十八页，共六十七页，编辑于2023年，星期四2.单回路树干式

如下图所示，树干式网络结构就是由电源端向负荷端配出干线，在干线的沿线引出数条分支线向用户供电。

一般用于向三级负荷供电。第三十九页，共六十七页，编辑于2023年，星期四3.双回路放射式对于重要的用户，为保证供电回路故障时，不影响对用户供电，可采用双回路放射式接线，如下图所示。 一次投资较大，因此一般仅用于确需高可靠性的用户，并可将双回路的电源端接于不同的电源，以保证电源和线路同时得以备用，可向一、二级负荷供电。此种网络结构在中压和低压系统中均常见。第四十页，共六十七页，编辑于2023年，星期四4.双回路树干式

对于要求高可靠性的用户，采用双回路干线，使线路互为备用，同时可将双回路引自不同的电源，如图所示，实现电源和线路的两种备用，达到向一、二级负荷供电的目的。这种结构在中、低压系统中均广泛应用。

第四十一页，共六十七页，编辑于2023年，星期四5.环式网络结构

环式网络结构一般用于中压系统或高压系统，尤其在城市供配电网络中得到广泛应用。可用于对二、三级负荷供电。如图所示，电源可为多个或一个，通常采用开环运行方式。第四十二页，共六十七页，编辑于2023年，星期四三、变电所的主接线

变电所的电气主接线是由电力变压器、各种开关电器、电流互感器、电压互感器、母线、电力电缆或导线、移相电容器、避雷器等电气设备以一定次序相连接的接受和分配电能的电路。第四十三页，共六十七页，编辑于2023年，星期四（一）有汇流母线的主接线

母线（bus）实质上是主接线电路中接受和分配电能的一个电气联结点，形式上它将一个电气联结点延展成一条线，以便于多个进出线回路的联结。 有汇流母线的主接线是我国目前广泛采用的接线形式，按母线设置组数的不同，又可分为单母线接线和双母线接线两大类。

第四十四页，共六十七页，编辑于2023年，星期四1．单母线接线常用的单母线接线方式有单母线制和单母线分段制。单母线制

单母线制形式如图所示，是有汇流母线的主接线中结构最为简单的一类。在这种接线中所有电源和引出线回路都连接于同一母线上。 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。第四十五页，共六十七页，编辑于2023年，星期四

单母线分段接线

为了提高单母线接线的供电可靠性和灵活性，可采用断路器分段的单母线接线，如图所示，图中的QF3称为分段断路器。第四十六页，共六十七页，编辑于2023年，星期四2.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。第四十七页，共六十七页，编辑于2023年，星期四(二）无汇流母线的主接线

前面分析的各种有母线的主接线形式中所采用的断路器数目一般都大于连接回路的数目，造成整个配电装置占地面积大，建设成本高。对于一些对经济性要求较高的场合，在满足主接线可靠性要求的前提下，可考虑采用无汇流母线的主接线。 常见的有单元式接线和桥式接线。

第四十八页，共六十七页，编辑于2023年，星期四1.单元式接线——线路-变压器组接线

单元式接线用于只有一回进线和一回出线的场合，只有一种运行方式，如图所示。这种这主接线形式只适用于向三级负荷供电。第四十九页，共六十七页，编辑于2023年，星期四2.桥式接线

当只有两台变压器和两条线路时，可以采用桥式接线。桥式接线是单母线分段接线中进出线回路数相同，且取消进线或出线断路器时的特殊情况，将此时的母线分段断路器称为桥断路器。

桥式接线可分为：内桥式接线外桥式接线全桥式接线第五十页，共六十七页，编辑于2023年，星期四

桥断路器在进线断路器的内侧（即变压器侧），则称为内桥式接线，如图(a)所示。内桥式接线的特点是：线路的投切比较方便，变压器的投切比较复杂，所以内桥式接线适用于进线线路较长，负荷比较平稳，变压器不需要经常投切的场合。

(1)L1故障

仅QF1跳闸，T1及其它回路继续运行(2)T1检修

①断开QF3、QF1，再拉开QS1，出线l1停电②关合QF和QF1，恢复L1供电。QF1QF2QF3T1T2QS1L1L2第五十一页，共六十七页，编辑于2023年，星期四

桥断路器在进线断路器的外侧（即进线侧），则称为外桥式接线，如图(b)所示。

外桥式接线的特点和内桥相反：它适用于进线线路较短、负荷变化较大，变压器需要经常切换的场合。 (1)L1故障①QF3和QF1同时自动跳闸，T1被切除②断开QS2，合QF1和QF3，恢复T1运行。(2)T1检修仅停QF1和QS1QF1QF2QF3QS1QS2T1T2L1L2第五十二页，共六十七页，编辑于2023年，星期四跨接桥居中，进线回路与变压器均装有断路器，称为全桥式接线。特点：适应性强，供电可靠性高，操作方便，运行灵活，容易扩展成单母线分段的中间变电所；缺点是设备多，投资大，占地面积大。适用于负荷较大，对供电要求较高的大型终端变电所。第五十三页，共六十七页，编辑于2023年，星期四第三节典型企业供电系统一、大型企业35/（6-10）kV供电系统第五十四页，共六十七页，编辑于2023年，星期四二、车间（6-10）/0.4kV供电系统第五十五页，共六十七页，编辑于2023年，星期四第四节电网中性点运行方式

电力系统中性点有三种运行方式：中性点直接接地中性点不接地中性点经消弧线圈接地小电流接地系统大电流接地系统电力系统的中性点：星形连接的变压器或发电机的中性点。特点：三相对称交流系统中性点电位为零。中性点运行方式的选择：主要取决于单相接地时电气设备绝缘要求及供电可靠性。第五十六页，共六十七页，编辑于2023年，星期四一、中性点不接地方式

负荷ABCCCCICa.电路图0UAUBUCIB0IC0IA0b.矢量图正常运行时UA＋UB＋UC＝0IA＋IB＋IC＝0结论：三相电压对称，三相导线对地电容电流也是对称的，三相电容电流相量之和为零，这说明没有电容电流经过大地流动。适用范围3kV~60kV的电力系统第五十七页，共六十七页，编辑于2023年，星期四单相金属性接地故障时(C相)ICAICAICBICBICCICCIPEABC第五十八页，共六十七页，编辑于2023年，星期四

C相接地时，系统的接地电流为A、B两相对地电容电流之和。即一相接地的电容电流为正常运行时每相对地电容电流IC0的3倍。第五十九页，共六十七页，编辑于2023年，星期四中性点不接地系统单相接地故障的结论故障相对地电压降为零；非故障相对地电压升高为线电压，且相位相差600。因此，线路及各种电气设备的绝缘要按线电压设计，绝缘投资所占比重加大，显而易见，电压等级越高绝缘投资越大。三相之间的线电压仍然对称，用户的三相用电设备仍能照常运行，但允许继续运行的时间不能超过2h。第六十页，共六十七页，编辑于2023年，星期四接地电流在故障处可能产生稳定的或间歇性的电弧。如果接地电流大于30A时，将形成稳定电弧，成为持续性电弧接地，这将烧毁电气设备和可能引起多相相间短路。如果接地电流大于5A~10A，而小于30A，则有可能形成间歇性电弧；间歇性电弧容易引起弧光接地过电压，其