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1、EXIT供电技术课程基本内容供电技术课程基本内容l l供电，就是指工矿企业所需电能的供应和分供电，就是指工矿企业所需电能的供应和分供电，就是指工矿企业所需电能的供应和分供电，就是指工矿企业所需电能的供应和分配，亦称配电。配，亦称配电。配，亦称配电。配，亦称配电。l l供电系统：工矿企业的用电系统。工矿企业供电系统：工矿企业的用电系统。工矿企业供电系统：工矿企业的用电系统。工矿企业供电系统：工矿企业的用电系统。工矿企业所需的电力电源从进厂起到所有用电设备入所需的电力电源从进厂起到所有用电设备入所需的电力电源从进厂起到所有用电设备入所需的电力电源从进厂起到所有用电设备入端止的整个电路及其中的变配电
2、设备。端止的整个电路及其中的变配电设备。端止的整个电路及其中的变配电设备。端止的整个电路及其中的变配电设备。l l供配电技术供配电技术供配电技术供配电技术 (Engineering of power and (Engineering of power and (Engineering of power and (Engineering of power and distribution)distribution)distribution)distribution)就是研究电力的供应和分配问就是研究电力的供应和分配问就是研究电力的供应和分配问就是研究电力的供应和分配问题。题。题。题。EXITl
3、l学习任务：学习任务：学习任务：学习任务：l l 了解电力用户的电力供应和分配问题；掌握了解电力用户的电力供应和分配问题；掌握了解电力用户的电力供应和分配问题；掌握了解电力用户的电力供应和分配问题；掌握简单供电系统运行、维护和设计计算所需的简单供电系统运行、维护和设计计算所需的简单供电系统运行、维护和设计计算所需的简单供电系统运行、维护和设计计算所需的基础知识和基础理论基础知识和基础理论基础知识和基础理论基础知识和基础理论.l l 前修课程：电路、电子、电机学前修课程：电路、电子、电机学前修课程：电路、电子、电机学前修课程：电路、电子、电机学EXIT第一章第一章供电系统的基本概念供电系统的基本
4、概念1.1 1.1 电力系统基础电力系统基础1.2 1.2 电力系统接线方式电力系统接线方式1.3 1.3 典型企业供电系统典型企业供电系统1.4 1.4 电网中性点运行方式电网中性点运行方式EXIT1.1.1 1.1.1 电力系统电力系统1.1.系统：系统：由相互作用、依赖的若干部分组成的具有由相互作用、依赖的若干部分组成的具有特定功能的有机整体，它又从属于一个更大特定功能的有机整体，它又从属于一个更大的系统（系统论）的系统（系统论）2.2.电力系统：电力系统：完成电能生产、输送、分配、消费完成电能生产、输送、分配、消费 的统的统一整体。通常由发电机、变压器、电力线路一整体。通常由发电机、变
5、压器、电力线路和负荷等电力设备组成的三相交流系统。和负荷等电力设备组成的三相交流系统。1.1电力系统基础电力系统基础EXIT3.3.电力系统组成电力系统组成n 一次系统一次系统在工程在工程实际实际中，常把中，常把电电力系力系统统中的中的发电发电、输变电输变电与供配与供配电电等等环节环节叫做一次系叫做一次系统统。1.1 电力系统基础EXITn 二次系统：二次系统：包括继电保护、测量和调度等环节。继包括继电保护、测量和调度等环节。继电保护主要是对系统中出现的各种故障，电保护主要是对系统中出现的各种故障，如短路、过电流、断相、接地等，进行如短路、过电流、断相、接地等，进行切断电源或声响报警等动作；测
6、量是对切断电源或声响报警等动作；测量是对电力系统的运行参数进行在线测定和显电力系统的运行参数进行在线测定和显示，如电压、电流、功率、功率因数等；示，如电压、电流、功率、功率因数等；调度主要包括负荷分配、功率平衡、电调度主要包括负荷分配、功率平衡、电压调整、线路的投入与切除等工作。压调整、线路的投入与切除等工作。1.1 电力系统基础EXIT图图1 11 1典型的典型的电电力系力系统统EXIT1 1 工厂的电力负荷，根据其对供电可靠性的要求及工厂的电力负荷，根据其对供电可靠性的要求及中断供电造成的损失或影响的程度分为三级中断供电造成的损失或影响的程度分为三级 。1 1）一级负荷）一级负荷 这类负荷
7、若供电突然中断将造成对人员的生命危害，或造成重大设备损坏且难以修复，或打乱复杂的生产过程并使大量产品报废，给国民经济带来极大损失。例如冶金企业的炉体冷却水泵、浇铸车间、连续轧钢生产线，矿山企业的主排水泵、主扇风机，化工企业的反应炉、建材行业的水泥回转窑、医院以及国家重要的铁路枢纽、通信枢纽、国防设施等，均属于一级负荷。电力负荷及对供电的要求电力负荷及对供电的要求1.1 电力系统基础EXIT2 2）二级负荷）二级负荷 这类负荷若突然断电，将造成生产设备局部损坏，或生产流程紊乱且恢复较困难，企业内部运输停顿，或出现大量废品或大量减产，因而在经济上造成较大的损失。这类负荷一般允许短时停电几分钟，它在
8、工业企业中占的比例最大。3 3）三级负荷）三级负荷 三级负荷为一般的电力负荷.1.1 电力系统基础EXIT2 2 负荷供电要求负荷供电要求 1 1）一级负荷对供电电源的要求）一级负荷对供电电源的要求 应由两个独立电源独立电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到损坏。n独立电源独立电源是指不受其它电源的影响与干扰的电源。具备下列两个条件的发电厂或变电所的不同母线段均属独立电源：每段母线的电源来自不同的发电机，且以后的输、变、配电各环节叉均为分列运行；母线段之间无联系，或虽有联系但当其中一段母线发生故障时，能自动断开联系，不影响其余母线段继续供电。1.1 电力系统基础EXITn特殊
9、重要的一级负荷通常称为保安负荷保安负荷。对保安负荷必须备有应急使用的可靠电源。常用的应急电源有：独立于正常电源的发电机组，干电池，蓄电池，供电系统中有效地独立于正常电源的专门供电线路。1.1 电力系统基础EXIT2 2）二级负荷对供电电源的要求）二级负荷对供电电源的要求 n要求做到当发生供电变压器故障时不致中断供电，或中断后能迅速恢复供电。二级负荷应由两回线路供电，两回线路应尽可能引自不同的变压器或母线段。n当取得两回线路确有困难时，允许由一回专用架空线路供电。3）三级负荷对供电电源的要求）三级负荷对供电电源的要求 对供电电源无特殊要求，允许较长时间停电，可用单回线路供电。1.1 电力系统基础
10、EXITn在大型工业企业中，一、二级负荷约占总负在大型工业企业中，一、二级负荷约占总负荷的荷的6060以上，因此即使是短时停电所造成以上，因此即使是短时停电所造成的损失也是很大的。此外，各级负荷不能孤的损失也是很大的。此外，各级负荷不能孤立地看待，一个企业中只要有一个一级负荷，立地看待，一个企业中只要有一个一级负荷，则该企业的总降压变电所对于上级供电部门则该企业的总降压变电所对于上级供电部门来说就是一级负荷。在掌握了负荷分级及其来说就是一级负荷。在掌握了负荷分级及其对供电的要求后，在设计新建企业的供电系对供电的要求后，在设计新建企业的供电系统时可以根据实际情况来进行方案的拟定和统时可以根据实际
11、情况来进行方案的拟定和分析比较，使确定的供电方案在技术经济上分析比较，使确定的供电方案在技术经济上最合理。最合理。1.1 电力系统基础EXIT3 3 用户对供电的要求用户对供电的要求保证供电安全可靠保证供电安全可靠n安全是指不发生人身触电事故和因电气故障而引起的爆炸、火灾等重大灾害事故。n供电的可靠性是指供电系统不间断供电的可能程度。保证供电电能质量保证供电电能质量n对于用户，良好的电能质量是指电压偏移不超过额定值的5，频率偏移不超过0.20.5Hz，正弦交流的波形畸变极限值在35的允许范围之内。1.1 电力系统基础EXIT保证供电系统的经济性保证供电系统的经济性 该项要求供电系统的一次投资要
12、少，运行费用要低。在满足前两项要求的前提下，尽可能节约电能和减少有色金属的消耗量。1.1 电力系统基础EXIT1.1.3 1.1.3 电力系统电压等级电力系统电压等级1.1.电力网为何要采用高电压？电力网为何要采用高电压？远距离大容量输电的压降和损耗：远距离大容量输电的压降和损耗：容量：容量：压降：压降：损耗：损耗：a.a.截面积与损耗截面积与损耗b.b.绝缘与投资绝缘与投资 两方面取折衷两方面取折衷1.1 电力系统基础EXIT电压电压等等级级(kV)输输送容量送容量(MVA)输输送距离送距离（km）输电输电75020002500500以上区以上区50010001500150850跨省跨省22
13、0100500100300跨地区跨地区高中高中压压配配电电110105050100县县市市352102050县县市内市内100.22620市内市内低低压压配配电电380/220楼内、楼内、农电农电2.2.线路电压与容量、距离的关系线路电压与容量、距离的关系1.1 电力系统基础EXIT3.3.为何要确定额定电压为何要确定额定电压?n电网电网(线路线路)的额定电压只能使用国家规定的的额定电压只能使用国家规定的额定电压。它是确定各类电气设备额定电压额定电压。它是确定各类电气设备额定电压的基本依据。的基本依据。n标准化：避免电压等级数量的无限制扩大，标准化：避免电压等级数量的无限制扩大，导致互联困难。
14、导致互联困难。n最佳的技术经济性能：电力设备需要在额定最佳的技术经济性能：电力设备需要在额定电压下进电压下进 行优化设计、制造和使用。行优化设计、制造和使用。1.1 电力系统基础EXITn用电设备的额定电压用电设备的额定电压:线路首端与末端的平均 电压即电网的额定电压。用电设备的额定电压规定 与同级电网的额定电压相 同。如图中虚线所示。n发电机的额定电压发电机的额定电压:发电机额定电压规定高于同级电网额定电压5用电设备与发电机的额定电压说明4 4 4 4 如何确定额定电压如何确定额定电压如何确定额定电压如何确定额定电压?(?(?(?(电压分布电压分布电压分布电压分布:5%):5%):5%):5
15、%)1.1 电力系统基础EXITn电力变压器的额定电压：电力变压器的额定电压：（1 1）电力变压器一次绕组的额定电压分两种情况）电力变压器一次绕组的额定电压分两种情况：当变压器直接与发电机相联时，如图中的变压器T1，高于同级电网额定电压5。电力变压器额定电压说明 当变压器不与发电机相联而是连接在线路上时，如图变压器T2，其一次绕组额定电压应与电网额定电压相同。1.1 电力系统基础EXIT（2 2）电力变压器二次绕组的额定电压亦分两种情况：）电力变压器二次绕组的额定电压亦分两种情况：变压器二次侧供电线路较长，如图中的变压器T1，其二次绕组额定电压应比相联电网额定电压高10。电力变压器额定电压说明
16、 变压器二次侧供电线路不长时，如图中的变压器T2，其二次绕组额定电压只需高于所联电网额定电压5。1.1 电力系统基础EXIT图：电网额定电压确定示意图 1.1 电力系统基础EXIT5 5 平均额定电压概念平均额定电压概念l在短路电流计算时，为了简化计算且使问题的处理在技术上合理，习惯上用线路的平均额定电压（Uav）来表示电力网的电压。Uav是指电网始端的最大电压（变压器最大空载电压）和末端受电设备额定电压的平均值，例如额定电压为10kV的电网，其平均额定电压为1.1 电力系统基础EXIT55050050036333033024222022012111011038.5353510.5及及1110
17、及及10.510.5106.3及及6.66及及6.36.363.15及及3.33及及3.153.153二次二次一次一次额定电压额定电压额定电压额定电压变压器电压变压器电压(kV)发电机发电机(kV)线路线路(电网电网)电力设备电力设备(kV)我国电网额定电压等级我国电网额定电压等级1.1 电力系统基础EXIT1 1 电压质量电压质量 电压质量是电能质量的重要指标之一。它以电压偏差、电压波动与闪变和电压波形来衡量。n电压偏差电压偏差电压偏差是以电压偏离额定电压的幅度，一般以百分数表示，即 1.1.4 1.1.4 供电系统电能质量供电系统电能质量1.1 电力系统基础EXIT线路额定电压线路额定电压
18、U UN N允许电压偏差允许电压偏差35kV35kV及以上及以上 10kV10kV及以下及以下220V220V 5%5%7%7%+7%+7%、-10%-10%V%为电压偏差百分数，为电压偏差百分数，U为实际电压，为实际电压，UN为额定电压为额定电压我国规定了供电电压允许偏差，见下表，要我国规定了供电电压允许偏差，见下表，要求供电电压的电压偏差不超过允许偏差。求供电电压的电压偏差不超过允许偏差。1.1 电力系统基础EXITn电压波动和闪变电压波动和闪变电压波动是指电压的急剧变化。电压波动程度电压波动是指电压的急剧变化。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，以电压最大值与最小值之差或
19、其百分数表示，即即U=Umax-Umin式中，式中，U为电压波动；为电压波动；Umax、Umin为为电压波动的最大值和最小值（电压波动的最大值和最小值（kV）；）；UN为额定为额定电压（电压（kV）。）。周期性电压急剧变化引起光源光通量急剧波动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。而造成人眼视觉不舒适的现象，称为闪变。1.1 电力系统基础EXITn波形波形波形的质量是以正弦电压波形畸变率来衡波形的质量是以正弦电压波形畸变率来衡量的。在理想情况下，电压波形为正弦波，但量的。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形负荷，使电压波形发电力系统中
20、有大量非线形负荷，使电压波形发生畸变，除基波外，还有各项谐波。生畸变，除基波外，还有各项谐波。2频率频率频率的质量是以频率偏差来衡量。我国采频率的质量是以频率偏差来衡量。我国采用的额定频率为用的额定频率为50赫兹，在正常情况下，频率赫兹，在正常情况下，频率的允许的允许偏差，根据电网的装机容量而定；事故偏差，根据电网的装机容量而定；事故情况下，频率允许偏差更大，频率的允许偏差情况下，频率允许偏差更大，频率的允许偏差见下表。见下表。1.1 电力系统基础EXIT电力系统频率的允许偏差电力系统频率的允许偏差运运 行行 情情 况况允许频率偏差允许频率偏差H HZ Z正常运行正常运行300300万千瓦及以
21、上万千瓦及以上 300300万千瓦以下万千瓦以下 0.2 0.2 0.50.5非正常运非正常运行行 1.01.03 3 供电可靠性供电可靠性 供电可靠性是以对用户停电的时间及次数供电可靠性是以对用户停电的时间及次数来衡量。它常用供电可靠率来衡量。它常用供电可靠率K Kre1re1表示，即实际供表示，即实际供电时间与统计期全部时间的比值的百分数表示。电时间与统计期全部时间的比值的百分数表示。1.1 电力系统基础EXITl供电系统的接线方式按网络接线布置方式可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
22、方式可分为开接线系统；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。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，其中一回路发生故障在有备用接线系统中，其中一回路发生故障时，其余回路能保证全部供电的称为完全备时，其余回路能保证全部供电的称为完全备用系统；如果只能保证对重要用户供电的，用系统；如果只能保证对重要用户供电的，则称为不完全备用系统。备用系统的投入方则称为不完全备用系统。备用系统的投入方式可分为手动投入，自动投入和经常投入等式可分为手动投入，自动投入和经常投入等几种。几种。1.2
23、 供电系统的接线方式1.2 供电系统的接线方式EXITl1.2.1供电系统接线方式的要求供电系统接线方式的要求l（一）安全可靠（一）安全可靠l（二）操作方便，运行灵活（二）操作方便，运行灵活l（三）经济合理（三）经济合理l（四）便于发展（四）便于发展1.2 供电系统的接线方式EXIT1.2.2供电系统的接线方式供电系统的接线方式1无备用系统接线2有备用系统的接线n双回路放射式双回路放射式n环式环式n双回路干线式双回路干线式1.2 供电系统的接线方式EXIT无备用系统接线EXIT双回路放射式接线EXIT环式接线双回路干线式接线EXIT1.2.3变电所的主接线变电所的主接线1线路变压器组接线2桥式
24、接线3单母线分段式接线4双母线接线1.2 供电系统的接线方式EXIT线路变压器组接线单母线分段主接线EXIT桥式接线EXIT双母线接线EXIT 电力系统的一个子集，主要包括配电网电力系统的一个子集，主要包括配电网和负荷。供电系统处于电力系统的末端，经和负荷。供电系统处于电力系统的末端，经过一至两级降压后直接向负荷供电。过一至两级降压后直接向负荷供电。1.3.1 1.3.1 供电系统在电力系统中的地位和作用供电系统在电力系统中的地位和作用1.3.2 1.3.2 供电系统分类供电系统分类1.3 典型企业供电系统EXIT系统侧要求系统侧要求用户侧要求用户侧要求1供配电工作供配电工作:1）保证工厂生产
25、和生活用电的需要）保证工厂生产和生活用电的需要2）搞好）搞好“三电三电”-安全用电、节约用电、计安全用电、节约用电、计划用电划用电2基本要求：安全、可靠、优质、经济基本要求：安全、可靠、优质、经济1.3.1 1.3.1 供电系统在电力系统中的地位和作用供电系统在电力系统中的地位和作用1.3 典型企业供电系统EXIT1.3.2 1.3.2 供电系统分类供电系统分类1.具有高压配电所的供电系统具有高压配电所的供电系统2.具有总降压变电所的供电系统具有总降压变电所的供电系统3.只有一个变电所或配电所的供电系统只有一个变电所或配电所的供电系统4.高压深入负荷中心的供电系统高压深入负荷中心的供电系统1.
26、3 典型企业供电系统EXIT1 1 具有高压配电所的供电系统具有高压配电所的供电系统 如图所示是一个比较典型如图所示是一个比较典型的中型工厂供电系统的系统的中型工厂供电系统的系统图图(system diagram(system diagram）。可）。可以看出，该厂的高压配电所以看出，该厂的高压配电所有两条有两条6-l0kV 6-l0kV 的电源进的电源进线，分别接在高压配电所的线，分别接在高压配电所的两段母线上。这两段母线间两段母线上。这两段母线间装有一个分段隔离开关，形装有一个分段隔离开关，形成所谓成所谓“单母线分段制单母线分段制”。1.3 典型企业供电系统EXIT2 2 具有总降压变电所
27、的供电系统具有总降压变电所的供电系统 如图如图 总降压变总降压变电所高压两电所高压两回路供电回路供电高低压均单母高低压均单母分段接线，分段接线，1.3 典型企业供电系统EXIT对于小型工厂，由于对于小型工厂，由于所需容量一般不大所需容量一般不大于于1000kVA或稍多，或稍多，因此通常只设一个因此通常只设一个降压变电所，将降压变电所，将6-l0kV电压降为低压电压降为低压用电设备所需的电用电设备所需的电压，如图所示。压，如图所示。3 3 只有一个变电所或配电所的供电系统只有一个变电所或配电所的供电系统1.3 典型企业供电系统EXIT4 4 高压深入负荷中心的供电系统高压深入负荷中心的供电系统这
28、种接线方式无总配电所，而是采用T 接形式接入车间变电所1.3 典型企业供电系统EXIT1.4 1.4 电网中性点运行方式电网中性点运行方式 1.4.1 中性点运行方式分析分类三相交流电系统的中性点是指星形连接的变压器或发电机中性点。中性点的运行方式有三种：l中性点不接地系统，l中性点经消弧线圈接地系统l中性点直接接地系统。EXIT1.4.2 1.4.2 中性点不接地方式中性点不接地方式正常运行时，各相的对地电压均等于相电压，中性点对地电压为零。各相的对地电容电流对称，其电容电流的向量和为零。1.4 电网中性点运行方式EXIT系统发生单相接地时，接地相对地电压为非接地相对地电压升高为线电压，即为
29、相电压的倍,接地相的电容电流为零，非接地相的对地电流也增大为倍,接地电流为正常运行时每相的对地电容电流的3倍。1.4 电网中性点运行方式EXIT1.4.3 1.4.3 中性点经消弧线圈接地运行方式中性点经消弧线圈接地运行方式当中性点不接地系统的单相接地电流超过规定值(310kV系统接地电流大于30A；2063kV 系统接地电流大于10A时，为了避免产生断续电弧引起过电压或造成短路，中性点应经消弧线圈接地，消弧线圈实际上就是电抗线圈。消弧线圈对电容电流的补偿有三种方式：（1）全补偿IL=IC；（2）欠补偿ILIC；（3）过补偿ILIC。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
30、 欠补偿由于部分线路断开造成全补偿。1.4 电网中性点运行方式EXIT1.4.4 1.4.4 中性点直接接地方式中性点直接接地方式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，非接地的相电压不发生变化。1.4 电网中性点运行方式EXIT1.4.5 1.4.5 中性点的运行方式及接地点的选择中性点的运行方式及接地点的选择主要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。l 供电可靠性l 绝缘投资与运行维护费用 l 对继电保护的影响l 对通信的影响1.4 电网中性点运行方式