《供配电系统的运行与维护》-项目１

任务１.１电能及电力系统的基本概念１.１.１电能及电能的重要性（１）电能是一种由煤、石油、天然气、水能、核能、风能、太阳能等一次能源转换成的二次能源。（２）电能可以大规模生产，高电压远距离输送；电能易于自动化调节、操作和控制。（３）电能是应用最广、输送最快、使用十分方便的最清洁的绿色能源。电力工业的发展水平代表一个国家经济发达程度。１.１.２电力系统电力系统是由发电厂、电力网和电能用户组成的一个发电、输电、变配电和用电的整体，如图１.１所示。下一页返回任务１.１电能及电力系统的基本概念１.发电厂能够将煤炭、石油等其他形式的能源转换为电能的工厂称为发电厂。１）火力发电厂火力发电厂是将燃料的热能转换成电能的工厂，如图１.２所示。其简单的生产过程是将燃料送入锅炉燃烧，使炉膛内水管中的水被加热成高温高压的蒸气，通过推动汽轮机来带动发电机旋转发电。２）水力发电厂上一页下一页返回任务１.１电能及电力系统的基本概念水力发电厂利用水流的位能来生产电能，如图１.３所示。发电的过程为高位的水所具有的势能冲击水轮机叶片使水轮机旋转，水轮机带动发电机发电。水力发电成本仅为火电发电成本的１／４～１／３。３）核能发电厂核能（原子能）发电厂通称核电站，如图１.４所示。利用原子核的裂变产生的热量来生产电能。上一页下一页返回任务１.１电能及电力系统的基本概念我国核电在整个发电量中的比重逐年增长。４）风力发电厂风力发电是利用风力的动能来生产电能，如图１.５所示。风能是一种具有随机性和不稳定性的能源。风力发电必须配备一定的蓄电装置，以保证其连续供电。风能是一种取之不尽、清洁、价廉和可再生的能源。２.变电所上一页下一页返回任务１.１电能及电力系统的基本概念变电所的功能是接收电能、变换电压及分配电能，如图１.６所示。电力系统中的变电所的种类有：地区降压变电所（２２０～５００ｋＶ降为３５～１１０ｋＶ）为某一区域供电；终端变电所（３５～１１０ｋＶ降为６～１０ｋＶ）为某些具体用电单位供电。工厂变电所的种类有：总降压变电所（３５～１１０ｋＶ降为６～１０ｋＶ，向几千米以内供电）；车间变电所（６～１０ｋＶ降为３８０／２２０Ｖ，向５００ｍ以内供电）。上一页下一页返回任务１.１电能及电力系统的基本概念３.电力线路电力线路的作用就是输送电能，并将发电厂、变电所和电能用户连接起来，如图１.７所示。电力线路的种类：电力线路按功能分为输电线路（电压为110～500ｋＶ）和配电线路（高压配电线路３～１１０ｋＶ和低压配电线路０.４ｋＶ）。电力线路按材料分为架空线路和电缆线路。电力线路按电流分为交流线路和直流线路。４.电能用户电能用户是指一切消耗电能的设备，如电动机等。上一页返回任务１.２电力系统的供电质量指标及电压调整１.２.１衡量供电质量的主要指标１.电压能使用电设备处在最佳运行状态的电压称为额定电压。电压的高低对用电设备的影响：对于电动机而言，当电压低时，其转矩急剧减小，使得转速降低，电流增大；当电压高时，容易绝缘老化。对于照明设备而言，当电压低时，灯的发光效率降低，灯光变暗；当电压高时，灯的寿命缩短。２.频率我国规定工业频率（工频）为５０Ｈｚ。下一页返回任务１.２电力系统的供电质量指标及电压调整电网频率降低，电动机转速将降低，规定频率偏差不应超过±０.５Ｈｚ。１.２.２电压偏移与电压调整１.电压偏移电压偏移是指用电设备端电压Ｕ与用电设备额定电压ＵＮ差值的百分数。电压偏移的规定如下：电动机的电压偏移≤±５％；照明灯的电压偏移≤－２.５％～＋５％；上一页下一页返回任务１.２电力系统的供电质量指标及电压调整其他用电设备无特殊规定时电压偏移≤±５％。２.电压调整电压调整方法：（１）调整变压器的电压分接开关位置（５％、０、－５％）。（２）合理选择导线及其截面以减少系统阻抗。（３）均衡安排三相负荷。（４）根据负荷变化适时改变变压器运行台数。（５）采用无功功率补偿装置，提高功率因数，降低线路电压损耗。（６）采用有载调压变压器及时调整电压。上一页下一页返回任务１.２电力系统的供电质量指标及电压调整１.２.３用户对供电质量的基本要求（１）保证供电的安全性：供电系统如果发生故障或遇到异常情况，将造成对用户供电的中断，甚至造成重大或无法挽回的损失。（２）保护供电的可靠性：借助保护装置把故障隔离，防止事故扩大，尽快恢复供电，维持较高的供电可靠性。（３）保证电能的良好质量：电压和频率。（４）保证电力系统运行的经济性：做到技术合理、投资少、运行费用低及兼顾当前和长远的关系。上一页返回任务１.３电力系统的额定电压及工厂供配电电压的选择１.３.１额定电压能使电气设备正常工作的电压，称为额定电压（ＵＮ）。电气设备在额定电压运行时，技术性能和经济效果最好。我国交流电力网和电气设备的额定电压见表１.１。１.３.２电力线路及电气设备的额定电压１.电力线路（或电网）的额定电压电力线路（或电网）的额定电压由国家规定，是由线路首端与末端电压的平均值来确定的，如图１.８所示。下一页返回任务１.３电力系统的额定电压及工厂供配电电压的选择同一等级电压的线路允许电压差为±５％。国家电网的额定电压等级有０.４ｋＶ、３ｋＶ、６ｋＶ、１０ｋＶ、３５ｋＶ、６０ｋＶ、１１０ｋＶ、２２０ｋＶ、３３０ｋＶ、５００ｋＶ、７５０ｋＶ等。２.用电设备的额定电压国家规定，用电设备的额定电压与同级电力线路的额定电压相等。３.发电机的额定电压发电机处于电网首端，规定其额定电压高于同级电网电压５％，如图１.９所示。４.电力变压器的额定电压上一页下一页返回任务１.３电力系统的额定电压及工厂供配电电压的选择变压器的一次绕组是从电网接收电能的，故相当于用电设备。其二次绕组是输出电能，相当于发电机。１）变压器一次绕组的额定电压当变压器（Ｔ１）直接与发电机相连时（见图１.９）：其一次绕组的额定电压与发电机的额定电压相同。当变压器（Ｔ２）与线路相连时（见图１.９）时：一次绕组额定电压应与线路额定电压相同。２）变压器二次绕组的额定电压变压器二次绕组额定电压是变压器空载电压。当变压器负载运行时，二次绕组内有约５％的阻抗电压降。上一页下一页返回任务１.３电力系统的额定电压及工厂供配电电压的选择当变压器（Ｔ１）二次侧供电线路较长（见图１.９）时：二次绕组额定电压应比相连电网额定电压高１０％（其中５％补偿内部的压降，另外５％补偿线路上的电压损耗）。当变压器（Ｔ２）二次侧供电线路较短（见图１.９）时：二次绕组额定电压应高于所接线路额定电压的５％。１.３.３工厂供配电电压的选择依据及选择参考１.工厂供配电电压的选择依据电压越高，在输送功率一定的情况下，电能损耗越少，线路电压降越小。但电压越高，对设备的绝缘性能要求越高，费用增加。上一页下一页返回任务１.３电力系统的额定电压及工厂供配电电压的选择因此，电压的选择主要取决于负荷大小和供电距离的长短。２.工厂供配电电压的选择参考（１）对于小型工厂：设备容量在１００ｋＷ以下，输送距离在６００ｍ以内，可选３８０／２２０Ｖ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的，可采用６～１０ｋＶ电压供电。上一页下一页返回任务１.３电力系统的额定电压及工厂供配电电压的选择（３）对于大型工厂：设备容量在２０００～５００００ｋＷ，输送距离在２０～１５０ｋｍ的，可采用３５～１１０ｋＶ电压供电。（４）工厂的高压配电电压一般选用６～１０ｋＶ，低压配电电压一般选用３８０／２２０Ｖ。各级电压的经济输送容量与输送距离见表１.２。上一页返回任务１.４电力系统中性点运行方式１.４.１中性点直接接地的电力系统运行分析中性点直接接地的电力系统，如图１.１２所示。其特点是：（１）当发生单相接地故障时，形成单相短路，保护装置动作，立即切断电源。（２）中性点始终是零电位，相对地绝缘按相电压考虑。（３）中性点直接接地后，发生人身一相对地触电时，危险较大。１.４.２中性点不接地的电力系统运行分析下一页返回任务１.４电力系统中性点运行方式１.系统正常运行（见图１.１３）

即中性点对地电压各相对地电压：三相对地电容电流也对称，中性点无电流流过。２.系统故障时（见图１.１４）设第３相接地，对地电压为０，即第１、第２相对地电压上一页下一页返回任务１.４电力系统中性点运行方式结论：（１）接地相对地电压为零，非接地相对地电压升高倍。（２）因非接地相对地电压升高倍,所以电容电流也升高倍。（３）接地点总的电容电流：两非接地相电容电流升高倍。（４）接地点总的电容电流为正常运行时电容电流的３倍，即Ｉ３＝３ＩＣ０。电容电流通常采用下列经验公式来计算：３.运行管理上一页下一页返回任务１.４电力系统中性点运行方式（１）对于高电压、长距离输电线路，单相接地电容电流较大，在接地点容易发生电弧周期性的熄灭与重燃，引起电网高频振荡形成过电压，造成短路故障。（２）在发生单相接地时，电网线电压的相位和量值均未发生变化，三相用电设备仍可照常运行。规程规定，发生单相接地故障时，允许暂时运行２ｈ。经２ｈ后接地故障仍未消除时，就应该切除此故障线路。（３）对于危险易爆场所应立即跳闸断电，以确保安全。１.４.３中性点经消弧线圈接地的电力系统运行分析上一页下一页返回任务１.４电力系统中性点运行方式在中性点不接地系统中，当单相接地电流超过规定数值时，电弧不能自行熄灭。一般采用经消弧线圈接地措施来减小接地电流，使故障电弧减小，甚至自行熄灭，这种方式称为中性点经消弧线圈接地的运行方式，如图１.１５所示。消弧线圈实际上就是铁芯线圈式电抗器，其电阻很小，感抗很大，而且可调。下列情况电力系统需接消弧线圈：（１）对３～６ｋＶ电网，故障点总电容电流超过３０Ａ。（２）对１０ｋＶ电网，故障点总电容电流超过２０Ａ。（３）对２２～６６ｋＶ电网，故障点总电容电流超过１０Ａ。上一页下一页返回任务１.４电力系统中性点运行方式消弧原理：利用消弧线圈的感性电流ＩＬ补偿电网接地电容电流ＩＣ，可使总的接地电流大为减少。运行管理：中性点经消弧线圈接地方式，当发生单相接地时，其他两相对地电压也要升高到线电压，但三相线电压正常，也允许继续运行２ｈ。１.４.４低压配电ＴＮ系统的中性点运行方式低压配电的ＴＮ系统是指电源中性点直接接地，并引出中性线。中性线（Ｎ线）的作用：一是提供相电压；二是传导不平衡电流；三是减少中性点的电压偏移。上一页下一页返回任务１.４电力系统中性点运行方式ＴＮ系统种类：ＴＮ－Ｃ系统；ＴＮ－Ｓ系统；ＴＮ－Ｃ－Ｓ系统。１.ＴＮ－Ｃ系统ＰＥ线（保护线）与Ｎ线合为一根ＰＥＮ线，设备外壳接ＰＥＮ线，如图１.１６所示。ＰＥＮ线正常时可能有不平衡电流流过，容易打火及对电子设备产生电磁干扰；如ＰＥＮ线断线，可使接ＰＥＮ的设备外壳带电，造成人身触电危险，使单相设备烧坏。适用场所：可满足一般供电可靠性的要求，但不适用于安全要求高及抗电磁干扰要求高的场所；适用于工厂配电。２.ＴＮ－Ｓ系统上一页下一页返回任务１.４电力系统中性点运行方式ＴＮ－Ｓ系统的特点是ＰＥ线与Ｎ线分开，ＰＥ线中无电流流过，设备外壳接ＰＥ线，无电磁干扰，如图１.１７所示。ＰＥ线断线时，正常情况不会使ＰＥ的设备外露可导电部分带电，但在有设备发生一相接壳故障时，将会带电，危及人身安全。适用场所：适于对安全或抗电磁干扰要求高的场所，广泛应用于民