《供电技术》(第4版)【全】

现代供电技术余健明西安理工大学自动化与信息工程学院教学内容、教学环节及参考资料1、教学内容绪论（电力系统的基本概念、用户供电系统的特点、供电质量的主要指标）用户供电系统（电力负荷及计算、供电电压及电源的选择、用户供电系统的设计、用户供电系统的电能损耗及电能节约）短路电流计算（短路计算的意义及目的、无限容量电源供电系统短路过程分析、短路参数的计算、供电系统中电气设备的选择与校验）教学内容、教学环节及参考资料供电系统的保护（继电保护的基本概念、单端供电网络的保护、电力变压器的保护、低压配电系统的保护、供电系统的微机保护）供电系统的保护接地与防雷（供电系统的安全保护接地、供电系统的防雷保护）供电系统的电能质量与无功补偿（电压质量的含义、电压偏差及调节、电压波动（闪变）及其抑制、电力谐波及抑制、供电系统的三相不平衡、供电系统的无功功率补偿）教学内容、教学环节及参考资料供电系统变电所的自动化（变电所自动化的基本功能、变电所综合自动化系统的结构、备用电源自动投入装置、自动重合闸装置、变电所的电压、无功综合控制、单相接地自动选线装置、电力负荷管理与控制）2、教学环节课程实习——理论教学＋课程实验（考试）——课程设计（答辩）教学内容、教学环节及参考资料3、参考资料教材：《供电技术》（第四版）余健明、同向前、苏文成机械工业出版社.2008.2参考资料：《供电技术》（第三版）余健明等机械工业出版社《现代供电技术》孟祥忠清华大学出版社《电力系统继电保护》张保会等中国电力出版社《电能质量》程浩忠等清华大学出版社《变电站综合自动化技术》丁书文中国电力出版社《工业与民用配电设计手册》（第三版）中国航空工业规划设计研究院中国电力出版社第1章绪论（1-1）一、电力系统的基本概念1、电力系统的构成电力系统由各种不同类型的发电厂、输配电网及电力用户组成。它们分别完成电能的生产、输送、分配及使用。如图所示:第1章绪论（1-2）图1-1电力系统示意图第1章绪论（1-3）发电厂火力发电厂水力发电厂原子能发电厂利用风能发电；利用太阳能发电；利用可再生能源发电——生物（秸杆）发电；（利用农作物秸秆和林业废弃物作为燃料发电。特点：二氧化碳零排放）发电厂：第1章绪论（1-4）输（配）电电压等级；(10、35、110、220、330、500、750kV)输电线路的结构；（架空线、电缆）输电距离；（电压等级、输送功率）输电方式：（交流、直流）交流输电的特点频率确定；三相输电线路；无功问题；直流输电的特点换流站；两条输电线；不同频率电网的互联；开关元件问题；输（配）电网：第1章绪论（1-5）用户：工业用电；农业用电；市政、交通、生活用电；第1章绪论（1-6）组成大型电力系统的优点：1)发电量不受地方负荷的限制，可以增大单台机组容量，充分利用地方自然资源，提高发电效率，降低电能成本。2)充分利用各类发电厂的特点，合理地分配负荷，使系统能保持在最经济的条件下运行。3)在减少备用机组的情况下，能提高对用户供电的可靠性。第1章绪论（1-7）2、电力网的额定电压电力网的额定电压等级是根据国民经济发展的需要、技术经济的合理性以及电气设备的制造水平等因素，经全面分析论证，由国家统一制定和颁布的。我国公布的标准额定电压如表1-1所示。第1章绪论（1-8）电力网和用电设备额定电压发电机额定电压电力变压器额定电压一次绕组二次绕组低压（V）220／127380／220660／380230400690220／127380／220660／380230／133400／230690／400高压（kV）3610—351102203305007503.156.310.513.8,15.75,18,20------------3及3.156及6.310及10.513.8,15.75,18,20351102203305007503.15及3.36.3及6.6l0.5及1138.5121242363550表1-1我国交流电力网和电气设备的额定电压第1章绪论（1-9）变压器的额定电压NGNUU05.1.升压变降压变MMGdU=10%UN用电设备的额定电压和电网的额定电压是一致的。即NMNUU.发电机的额定电压升压变压器：NTTNNGNTNUUUUUU1.105.120...二次侧一次侧降压变压器：NNTTNNTNUUUUUU05.11.120..二次侧一次侧第1章绪论（1-10）3、电力系统的中性点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。其中性点运行方式可分为中性点有效接地系统和中性点非有效接地系统两大类。中性点有效接地系统中性点非有效接地系统中性点直接接地系统中性点不接地系统中性点经消弧线圈(或电阻)接地系统第1章绪论（1-11）1）中性点不接地系统在正常运行时，各相对地电压、、是对称的，其值为相电压；各相对地电容相同（设线路单位长度电容为，线路长度为），电容电流对称且超前相电压90°，其值为，故三相电容电流矢量和为零。AUBUCUUl0ClUCIIICCBC000C0AUAUBUCIC0CIC0BIC0A第1章绪论（1-12）BBAACUUUUU330COBCOAkIII)1(c00(1)k333IlUCI图1-2中性点不接地系统发生单相接地故障当发生一相接地故障时(如C相)，BCBBCACAACCCCIUlCIIUlCIUlCI0000000033330第1章绪论（1-13）以上分析表明，中性点不接地系统发生单相接地故障时：故障相电压为零，非故障相对地电压升高到原来相电压的倍，线间电压不变，流过故障点的电流为正常情况下每一相对地电容电流的3倍。采用中性点不接地系统运行方式时：1）电气设备对地绝缘要求必须按线电压数值来考虑。2）若单相接地电容电流超过规定值(6～10kV线路为30A，35kV线路为10A)，会产生稳定电弧致使电网出现暂态过电压，危及电气设备安全。这时应采取中性点经消弧线圈（或电阻）接地的运行方式。3第1章绪论（1-14）消弧线圈实际上是一个铁心可调的电感线圈，安装在变压器或发电机中性点与大地之间，如图1-3所示。系统发生单相接地故障时，接地故障相与消弧线圈构成了另一个回路，接地电流中增加了一个感性电流，它和装设消弧线圈前的电容电流方向相反，相互补偿，减小了接地点的故障电流，使电弧易于自行熄灭，提高了供电可靠性。LI图1-3中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障2）中性点经消弧线圈接地第1章绪论（1-15）中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障时，与中性点不接地的系统一样，非故障相电压仍升高倍，三相导线之间的线电压仍然平衡，电力系统可以继续运行。3第1章绪论（1-16）电力系统经消弧线圈接地时，有三种补偿方式，即全补偿、欠补偿和过补偿。全补偿方式：（）此时系统将发生串联谐振，产生危险的高电压和过电流，可能造成设备的绝缘损坏，影响系统的安全运行。因此，一般系统都不采用全补偿方式。(1)LkII第1章绪论（1-17）欠补偿方式（），此时接地点有未被补偿的电容电流流过，当系统运行方式改变而切除部分线路时，整个系统的对地电容电流将减少，有可能发展成为全补偿方式，从而出现上述严重后果，所以也很少被采用。过补偿方式（），在过补偿方式下，即使系统运行方式改变而切除部分线路时，也不会发展成为全补偿方式，致使系统发生谐振。因此，实际工程中大都采用过补偿方式。(1)LkII(1)LkII第1章绪论（1-18）当发生一相对地绝缘破坏时，即构成单相接地故障，供电中断，可靠性降低。但是由于中性点接地的钳位作用，非故障相对地电压不变，电气设备绝缘水平可按相电压考虑。3）中性点直接接地系统ABC中性点直接接地系统第1章绪论（1-19）110kV及以上高压系统，为降低设备绝缘要求，多采用中性点直接接地运行方式；6～35kV中压系统中，为提高供电可靠性，首选中性点不接地运行方式，当接地电流不满足要求时，可采用中性点经消弧线圈接地的运行方式；低于1kV的低压配电系统中，通常为中性点直接接地运行方式。（380／220V供电系统中，中性点直接接地，可以减少中性点的电压偏差，可以防止一相接地时出现超过250V的危险电压）第1章绪论（1-20）二、用户供电系统的特点和决定供电质量的主要指标1、用户供电系统的特点用户供电系统由用户内部变配电所、供电线路和用电设备等组成，其中变配电所是电力系统的终端降压变配电所。对于某些大型工业企业，在可靠性要求或技术经济比较合理时，也可建立自备发电站。用户供电系统的供电电压一般在110kV及以下。第1章绪论（1-21）1）电压理想的供电电压应该是幅值恒为额定值的三相对称正弦电压。由于供电系统存在阻抗、用电负荷的变化和用电负荷的性质(如冲击性负荷、非线性负荷)等因素，实际供电电压无论是在幅值上、波形上还是三相对称性上都可能与理想电压之间存在着偏差。2、决定供电质量的主要指标决定用户供电质量的指标为电压、频率和可靠性。第1章绪论（1-22）电压偏差电压偏差是指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良好运行都有影响。我国对用电单位的供电额定电压及容许偏差规定：35kV及以上：电压正、负偏差绝对值之和为10％；10kV及以下：±7％；220V（单相）：＋7％，－10％。第1章绪论（1-23）电压波动和闪变电压波动:电网电压幅值（或半周波方均根值）的连续快速变化。电压闪变:波动电压照明灯具工作面上照度闪烁人的视觉大脑反映人能接受闪烁的程度第1章绪论（1-24）电力谐波系统中大量的非线性负荷是引起供电系统电流和电压波形发生畸变的主要原因。含有半导体器件的变流设备；（电力电子变换器）具有电弧特性的设备；（电弧炉、电弧焊机、日光灯、气体放电光源等）具有磁饱和特性的设备；（电力变压器、铁心电抗器等）对系统的影响：增大系统损耗；系统保护装置误动；增大计量误差；干扰通信和自动化设备的正常工作。第1章绪论（1-25）三相不对称三相电压不对称指三个相电压在幅值和相位关系上存在偏差。三相不对称主要由系统运行参数不对称、三相用电负荷不平衡等因素引起。供电系统的不对称运行，会产生负序电流，影响发电机的出力；同时对用电设备及供配电系统都有危害，低压系统的不对称运行还会导致中性点偏移，从而危及人身和设备安全。第1章绪论（1-26）2）频率我国规定的电力系统标称频率(俗称工频)为50Hz。国际上标称频率有50Hz和60Hz两种。当电能供需不平衡时，系统频率便会偏离其标称值。频率偏差不仅影响用电设备的工作状态、产品的产量和质量，更重要地影响到电力系统的稳定运行。大多数国家规定频率偏差在(±0.1～±0.3)Hz之间。我国相关标准规定：系统容量在300万kW以上频率允许偏差±0.2Hz；系统容量在300万kW以下频率允许偏差±0.5Hz。第1章绪论（1-27）3）可靠性供电可靠性指供电系统持续供电的能力，衡量供电系统供电可靠性的主要指标有：(1)供电可靠率在统计期间内，对用户有效供电时间总小时数与统计期间小时数的比值。(2)用户平均停电时间用户在统计期间内的平均停电小时数。％统计期间时间用户平均停电时间－供电可靠率＝1001每次停电持续时间每次停电用户数用户平均停电时间＝总供电户数第1章绪论（1-28）(3)用户平均停电次数用户在统计期间内的平均停电次数。(4)用户平均故障停电次数用户在统计期间内的平均故障停电次数。每次停电用户数用户平均停电次数＝总用户数用户总数每次故障停电用户数＝用户平均故障停电次数第二章用户供电系统(2-1)用户供电系统的基本设计目标是为各电力用户的生产活动和人民生活提供一个安全、可靠、合理、优质的供电环境。电气设计的基本要素包括：电力负荷及其计算；供电电压的选择与调整；电源（包括备用电源和应急电源）的选择；配电系统（包括变电所和配电网）的设计；供电系