电力系统和供配电系统

第一章电力系统概论

内容:电力系统和供配电系统的概念、电力系统的额定电压、电力系统中性点的运行方式、电能的质量指标和电力负荷等基本知识。重点:系统额定电压的确定和中性点的运行方式分析。

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

第一章电力系统概论§1.1电力系统和供配电系统概述§1.2电力系统的额定电压§1.3电力系统的中性点运行方式§1.4电能的质量指标§1.5电力负荷小结思考题和习题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1.1电力系统和供配电系统概述

电能是一种清洁的二次能源，已广泛应用于国民经济、社会生产和人民生活的各个方面。到2003年底，我国发电机装机容量达38450万千瓦，发电量达19080亿度，居世界第2位。工业用电量已占全部用电量的50～70%，是电力系统的最大电能用户，供配电系统的任务就是用户所需电能的供应和分配，供配电系统是电力系统的重要组成部分。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1.1.1电力系统

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。

1.发电厂

发电厂将一次能源转换成电能。

根据一次能源的不同，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。

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

2.

变电所

变电所的功能是接受电能、变换电压和分配电能。

按变电所的性质和任务不同，可分为升压变电所和降压变电所，除与发电机相连的变电所为升压变电所外，其余均为降压变电所。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。

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

电能用户又称电力负荷，所有消耗电能的用电设备或用电单位。

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发电返回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

配电线路分为6～10kV厂内高压配电线路和380/220V厂内低压配电线路。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6～10kV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。返回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1.1.3供配电的要求和课程任务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对供配电的基本要求是：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．优质应满足用电设备对电压和频率等供电质量的要求。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。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本课程的主要任务：讲述供配电系统电能供应和分配的基本知识和理论，使学生掌握供配电系统的设计和计算方法，管理和运行技能，为学生今后从事供配电技术工作奠定基础。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表1-1我国交流电网和电力设备的额定电压分类

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

低压

0.380.66

0.40.69

0.38/0.220.66/0.38

0.4/0.230.69/0.4

高压3610－35661102203305003.156.310.513.8，15.7518，20，2224，26－－－－－－

3，3.156，6.310，10.513.8，15.7518.20，22，24，263566110220330500

3.15，3.36.3，6.610.5，11－38.572.6121242363550

返回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1.2.1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。

1.2.2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1.2.3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=1.05UN

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1.变压器一次绕组的额定电压

变压器一次绕组接电源，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。连接的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。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：例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1.2.4变压器的额定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例1-1已知图1-6所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。返回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解：发电机G的额定电压UN.G=1.05UN.1WL=1.05×6=6.3kV

变压器1T的额定电压UIN.IT=UN.G=6.3kVU2N.1T=1.1UN.2WL=1.1×110=121kV1T额定电压为6.3/121kV

变压器2T的额定电压UIN.2T=UN.2WL=110kVU2N.2T=1.05UN.3WL=1.05×10=10.5kV2T的额定电压为110/10.5kV1.3.1中性点不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第十章第十一章系统正常运行时

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

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。返回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返回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1.3.3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1.3.4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高电阻接地方式以限制单相接地电流为目的，电阻值一般为数百至数千欧姆。中性点经高电阻接地系统可以消除大部分谐振过电压，对单相间隙弧光接地过电压有一定的限制作用。但对系统绝缘水平要求较高。主要用于发电机回路。2.中性点经低电阻接地城市6~35kV配电网络主要由电缆线路构成，其单相接地故障电流较大，可达100~1000A，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1.4电能的质量指标1.4.1电压

电压质量是以电压偏离额定电压的幅度、电压波动与闪变和电压波形来衡量。1.4.2频率

频率的质量是以频率偏差来衡量

1.4.3供电可靠性

供电可靠性是以对用户停电的时间及次数来衡量。

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电能的质量是指电压质量、频率质量和供电可靠性三项指标。1.电压偏差

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，ΔU%为电压偏差百分数；U为实际电；UN为额定电压。

我国规定了供电电压允许偏差，见表1-2，要求供电电压的电压偏差不超过允许偏差。表1-2供电电压允许偏差线路额定电压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

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，即式中，δU为电压波动；δU%为电压波动百分数；UMAX、UMIN为电压波动的最大值和最小值（kV）；UN为额定电压（kV）。

电压波动的允许值见表1-3。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，称为闪变。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δU10来表示，其允许值见表1-4。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表1-3电压波动允许值（GB/T12326-2000）额定电压（kV）电压波动允许值（δU%）10及以下2.535~1102.0220及以上1.6表1-4δU10允许值（GB/T12326-2000）应用场合对照明要求δU10允许值较高的白炽灯负荷0.4（推荐值）一般性照明负荷0.6（推荐值）返回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

我国采用的额定频率为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±0.2±0.5

非正常运行±1.0

返回4.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

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

式中，Ty为统计期实际供电时间之和（h）；Ts为统计期全部时间（h）；Tt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。

返回5.供电可靠性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

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，保证供电质量，降低供电成本。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1.5电力负荷

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。1．一级负荷

一级负荷为中断供电将造成人身伤亡者；中断供电将在政治上、经济上造成重大损失者；中断供电将影响有重大政治、经济影响的用电单位的正常工作的负荷。

一级负荷应由两个独立电源供电。所谓独立电源，就是当一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到损坏。在一级负荷中的特别重要负荷，除上述二个独立电源外，还必须增设应急电源。1.5.1按对供电可靠性要求的负荷分类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1.5.2按工作制的负荷分类

1.连续工作制负荷

连续工作制负荷是指长时间连续工作的用电设备，其特点是负荷比较稳定，连续工作发热使其达到热平衡状态，其温度达到稳定温度，用电设备大都属于这类设备。如泵类、通风机、压缩机、电炉、运输设备、照明设备等。

2.短时工作制负荷