《供配电技术》课件项目一 供配电系统基础知识

供配电技术冯红岩本次课，通过对供配电系统基础知识的学习，要求：国内外供配电技术的发展概况及电力系统的组成掌握电力系统电压的确定原则和依据熟悉电力用户对电能质量的要求和电能质量评价指标电力系统的中性点的运行方式及特点学习目标电力系统的额定电压了解1.1

电力系统概述电力相当于现代工业社会得以正常运转的的血液，其发展水平是反应一个国家经济发达程度的重要标志。

我国的电力建设多年保持快速增长的态势。总装机容量和总用电量均已超过美国位居世界第一。截至2018年底，全国人均年用电量4956千瓦时，全国发电装机容量19.0亿千瓦，同比增长6.5%。全年发电设备平均利用小时数为3862小时，同比增加73小时。风电、水电、光伏装机容量已越居世界第一，我国电力供应已从紧张短缺转向宽松过剩。截至2018年底，全国电网220千伏及以上输电线路回路长度73万千米；220千伏及以上变电设备容量40亿千伏安。糯扎渡水电站送广东±800千伏特高压直流工程全部建成投运，“西电东送”形成“八交八直”输电大通道。随着我国最长的特高压交流工程----榆横～潍坊1000千伏特高压交流输变电工程正式开工，列入我国大气污染防治行动计划的四条特高压交流工程已经全部开工。电力行业发展概述1.1.1

电力系统的组成电力系统是由发电厂、输电网、配电网和电力用户组成的整体，是将一次能源转换成电能并输送和分配到用户的一个统一系统。发电厂将一次能源转换成电能，经过电网将电能输送和分配到电力用户的用电设备，从而完成电能从生产到使用的整个过程。输电网和配电网统称为电网，是电力系统的重要组成部分。到目前为止电能依然不能大量存储，电能的生产、输送、分配和消费必须在同一时间完成。电力系统还包括保证其安全可靠运行的继电保护装置、安全自动装置、调度自动化系统和电力通信等相应的辅助系统（一般称为二次系统）。1.1.1

电力系统的组成图1-1动力系统、电力系统、和工厂供配电系统示意图1.1.2

发电厂发电厂负责电力生产，将各种一次能源转化为电能，是电网的心脏。图1-22020年我国的电源生产结构目标能源总生产量或总消费量中各类一次能源、二次能源的构成及其比例关系称为能源结构。我国的《能源发展“十三五”规划》制订了压煤、稳气、增风光的发展战略。“十三五”期间我国电力工业投资规模将达到7.17万亿元，以2020年非化石能源消费比重达到15%为硬指标，提出全国煤电装机规模力争控制在11亿千瓦以内，稳步发展核电、天然气，优先发展新能源，弃风、弃光率控制在5%左右的合理水平。1.1.3

电力网络在电力系统中，电网是联系发电和用电的设施和设备的统称。属于输送和分配电能的中间环节，它主要由联结成网的送电线路、变电所、配电所和配电线路组成。图1-3电力系统及电力网输电网配电网配电所变电所1.1.2

发电厂

利用水的流量和落差使水轮机转动。水能机械能电能水电站利用燃煤(或石油、天然气)燃烧使汽轮机转动。化学能热能机械能电能核电站利用原子能在反应堆的核裂变使汽轮机转动核裂变能→热能→机械能→电能。风能机械能电能太阳能发电光能→电能1.1.3

电力网络变电站是电网的重要节点，起着接受电能、变换电压和分配电能的作用，是联系发电厂和电力用户的的中间环节。变电所有升压和降压之分。升压变电所多建在发电厂内，降压变电所多设在用电区域。枢纽变电所枢纽变电所位于电力系统的枢纽点，电压等级一般为330kV及以上，联系多个电源，出线回路多，变电容量大；全站停电后将造成大面积停电，或系统瓦解，枢纽变电站对电力系统运行的稳定和可靠性起到重要作用。不同电网通过枢纽变电所实现互联。2.中间变电所中间变电所一般位于系统的主要环路线路中或系统主要于线的接口处，汇集有2-3个电源。高压侧以交换潮流为主，同时又降压供给当地用户，主要起中间环节作用，电压为220kv-330kV。全所停电时，将引起区域电网解列。3.地区变电所地区变电所以对地区用户供电为主，是一个地区或城市的主要变电所，电压一般为110-220kv。全所停电时，仅使该地区中断供电。4.终端变电所终端变电所位于输电线路终端，接近负荷点，率转送任务，电能经降压后直接向用户供电，不承担功率转送任务，电压为110kv以下。全所停电时，仅使其所供的用户中断供电。根据变电站在系统中的地位和作用，可分为以下几类：1.1.4

电力用户用户对供电的基本要求体现在四方面：安全、可靠、优质、经济。我国将电力负荷按其对供电可靠性的要求及中断供电在政治上、经济上造成的损失或影响的程度划分为三级：一、符合下列情况之一时，应为一级负荷：１．中断供电将造成人身伤亡时。例如：医院的手术室

２．中断供电将在政治、经济上造成重大损失时。例如：大规模冶炼车间３．中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作。

例如：重要交通枢纽、重要通信枢纽、重要宾馆、大型体育场馆、经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所二、符合下列情况之一时，应为二级负荷：１．中断供电将在政治、经济上造成较大损失时。

２．中断供电将影响重要用电单位的正常工作。例如：交通枢纽、通信枢纽等用电单位中的重要电力负荷，以及中断供电将造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要的公共场所秩序混乱。三、不属于一级和二级负荷者应为三级负荷。1.1.4

电力用户一级负荷：要求由两路电源供电，当其中一路电源发生故障时，另一路电源应不致同时受到损坏。一级负荷中特别重要的负荷，除上述两路电源外，还必须增设应急电源。常用的应急电源有：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门供电线路，蓄电池，干电池。各级负荷对供电电源的要求：二级负荷：二级负荷也属于重要负荷，要求由两回路供电，供电变压器也应有两台，但这两台变压器不一定在同一变电所。在其中一回路或一台变压器发生常见故障时，二级负荷应不致中断供电，或中断后能迅速恢复供电。三级负荷：三级负荷对供电电源没有特殊要求，一般由单回电力线路供电。电力系统由那几部分组成，分别起什么作用？你能回答吗？

一次能源包括哪些？说一说电能属于一次能源吗？问题与思考为什么要对电力负荷进行分级？课下网上查一下丹麦、日本、德国、法国等国家的能源结构和发展规划，对比我国的。第一类：100V以下额定电压，用于蓄电池和安全照明用具等电气设备。

国家规定：线路首端与末端的平均电压确定为电网的额定电压。同一电压的线路允许电压差为±5%。即线路的电压损耗不允许超过10%。通常选用线路首末端的电压平均值作为电力系统的额定电压。1.2电力系统的电压和电能质量第二类：大于100V、小于1000V的额定电压，用于一般工业和民用电气设备。第三类：1000V以上的额定电压，用于高压电气设备。1.2.1电网的额定电压分类电网和用电设备额定电压/kV发电机

额定电压/kV电力变压器额定电压/kV一次绕组二次绕组接电网接发电机低压0.380.400.380.400.400.660.690.660.690.69高压33.1533.153.15,3.366.366.36.3,6.61010.51010.510.5，11__13.8,15.75,1820,22,24,26

13.8,15.75,1820,22,24,26__35__35__38.566__66__72.5110__110__121220__220__242330__330__363500__500__550750__750__825特高压1000__1000__1100表1-1我国三相交流电网和电力设备的额定电压1.2.1电网的额定电压（一）电力变压器的额定电压（二）发电机的额定电压发电机处于电网首端，规定其额定电压比电力网的电压高5％。（三）用电设备的额定电压用电设备的额定电压规定与同级电网的额定电压相同。1.2.1电网的额定电压1.2.2

电能质量理想的电能应该是以额定电压、额定频率的完美对称的正弦波。衡量电能质量的主要指标是交流电的电压和频率，除此之外还有三相不平衡、谐波、电压波动和闪变等指标。这些指标间接的表征了供配电系统工作的优略。

电压电压波动的危害：电压波动对电动机、照明设备、电热设备都有不利影响。允许电压偏差：GB/T12325-2008《电能质量

供电电压偏差》中规定：35kV及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过标称电压的10%；20kV及以下三相供电电压偏差为标称电压的土7%；220V单相供电电压偏差为标称电压的+7%，-10%。电压偏差对系统和用户的影响电压偏差过大会对供配电系统的正常运行产生以下不利影响：1．对感应电动机的影响：由于电动机转矩与电压的平方成正比，当电压出现正偏差时，电动机机端电压升高，激磁电流和温升增加，绝缘受到过电压和过热的威胁；当电压出现负偏差时，转矩下降转速降低，同时负荷电流会增加，都将影响电动机的使用寿命。2．对照明设备的影响：照明设备的发光效率与电压的关系极大，当电压降低时会引起照明设备的效率降低，造成照度不足，影响照明效果，同时还会导致气体放电光源的照明器不能正常点燃；当电压偏高时，光源寿命缩短很多。3．对电子设备的影响：对于大规模自动控制系统计算中心来说，电压偏差会造成系统的工作紊乱，数据损坏；对于精密机床、机器人等，电压偏差可能造成无法保持对由其驱动过程的精确控制。4．电压偏差对无功补偿的影响电压过低会引起补偿电容器组输出无功减少，不能满足补偿要求。1.2.2

电能质量二频率1.频率波动的原因我国电力系统的标称频率为50Hz，频率的稳定与否反映了电力系统当前的供、用电量是否平衡。发电量大于用电负荷时或有部分线路跳闸时，系统频率会升高，当负荷突增或发电机跳闸时，系统频率会下降。2.频率波动的危害1）频率变化将引起电动机转速的变化2）电容器对电压的支持作用受到削弱，不利于系统电压的调整3）电力系统频率降低，会对发电厂和系统的安全运行带来影响。3.允许频率偏差GB/T15945-2008《电能质量电力系统频率偏差》中规定：电力系统正常运行条件下频率偏差限值为±0.2Hz，当系统容量较小时，偏差限值可放宽到±0.5Hz。《全国供用电规则》中规定“供电局供电频率的允许偏差：电网容量在300万千瓦及以上者为±0.2Hz；电网容量在300万千瓦以下者，为±0.5Hz”。实际运行中，全国各大电力系统都保持在不大于±0.1Hz范围内。你能回答吗？

用户电能的频率是通过什么环节进行调整的？在供配电系统中频率可调吗？问题与思考

怎么电能评价指标里没提到电流呢？电流的大小和什么有关系呢？

衡量电能质量的两个重要指标是什么？

1.3

工厂供配电系统

工厂供配电电压的高低，对电能质量及降低电能损耗均有重大的影响。在输送功率一定的情况下，若提高供电电压，就能减少电能损耗，提高用户端电压质量。从另一方面讲，电压等级越高，对设备的绝缘性能要求也越高，投资费用相应增加。因此，供配电电压的选择主要取决于用电负荷的大小和供电距离的长短。线路电压/kV线路结构输送功率/kW

输送距离/km0.380.386610103566110220架空线电缆架空线电缆架空线电缆架空线架空线架空线架空线≤100≤175≤1000≤3000≤2000≤50002000～100003500～3000010000～50000100000～500000≤0.25≤0.35≤10≤86～20

≤1020～5030～10050～150200～300表1-2各级电压电网的经济输送距离1.5.1供电电压的选择（一）工厂供电电压的选择用户对供电电压的选择，一般规律是用户所需的功率越大，供电电压等级应相应提高；输电线路越长，供电电压等级越高，以降低线路的电能损耗。（1）对于一般没有高压用电设备的小型工厂，设备容量在100kW以下，输送距离在600m以内，可选380/220电压供电。（2）对于中、小型工厂，设备容量在100~2000kW，输送距离在4~20km以内的，可采用6~10kV电压供电。（3）对于大型工厂，设备容量在2000~50000kW，输送距离在20~150km以内，采用35~110kV电压供电。1.5.1供电电压的选择（二）工厂配电电压的选择工厂的高压配电电压一般选用6-10kV。6kV与10kV比较，变压器、开关设备、投资差不多，传输距离相同的情况下，10kV线路可以减少投资，节约有色金属，减少线路电能和电压损耗，所以选用10kV配电的工厂较多。如果工厂的供电电压就是6kV，或者6kV的电动机多而且分散，选用6kV的配电电压就比较经济。工厂的低压配电电压，除因安全所规定的的特殊电压外，一般采用220/380V。对矿山化工等部门，因其负荷中心离变电所较远，为了减少线路的电能和电压损耗，提高负荷端的电压水平，也有采用660V配电电压的。1.4电力系统中性点的运行方式

电力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和中性点直接接地系统。前两种为小接地电流系统，后一种为大接地电流系统。目前，我国电力系统中，3～66kV系统，为了提供高供电可靠性，一般采用中性点不接地运行方式；当3～10kV系统接地电流大于30A，20～63kV系统接地电流大于10A时，采用中性点经消弧线圈接地的运行方式。110kV及以上系统，为了降低对设备的绝缘要求，采用中性点直接接地的运行方式。380/220V的低压配电系统广泛采用中性点直接接地运行方式。1.4.1中性点直接接地1.4电力系统中性点的运行方式

中性点直接接地方式就是把电源中性点直接与“地”相接，我国110kV及以上电压等级的电力系统均属于这种