第一章-供电系统

供配电技术什么是供电技术？供电，就是指所需电能的供应和分配，亦称配电。供电技术就是研究电力的供应和分配问题。是一门研究工矿企业如何安全有效地利用电能来进行生产活动的学科。是一门实用性很强的专业课。它以工矿企业35kV及以下供电系统的设计、运行、安全技术为重点。作为一门课程，其综合性很强，包含电力系统很多专业性概念，有的章节其实是一门专业课。本课程学习任务了解电力用户的电力供应和分配问题；掌握供电系统设计计算、运行维护所需的基础知识和基础理论。具有工矿企业变电所初步设计能力，具有电气设备运行维护和常见故障分析处理的初步能力。本课程主要内容第一章：供电系统第二章：负荷计算第三章：短路电流计算第四章：高压电气设备选择第五章：电力线路及选择第六章：继电保护第七章：过电压及其保护第八章：特殊行业的安全供电第1章供电系统1.1电力系统基础1.2供电系统的接线方式1.3典型企业供电系统1.4电网中性点运行方式一、电力系统发电厂、电力网和用户组成的统一整体称为电力系统,起着电能生产、变换、输送、分配和消费的作用。发电厂一般建在燃料、水力等丰富的地方，与用户距离一般很远。为降低输电线路的电能损耗，发电厂的电能经过升压变压器再经输电线路传输（高压输电）；经高压输电线路送到距用户较近的降压变电所，经降压分配给用户。连接发电厂和用户之间的环节称电力网，由各级变电所和电力线路组成。~输电线路电能用户电力网电力系统发电机升压变压器降压变压器第一节电力系统基础用户火力发电站——由燃煤或碳氢化合物获得热能的热力发电站(将热能转变为电能的发电站)。（一）发电厂（站）——由建筑物、能量转换设备和全部必要的辅助设备组成的生产电能的工厂。是电力系统的核心。生产电能，将一次能源转换成二次能源（电能），分为火、水、核、风、太阳、地热等发电厂。火力发电过程为：燃料充分燃烧后，使锅炉内的水变成高温高压的蒸汽，推动汽轮机转动，带动与之联轴的发电机旋转发电。水电站——将水流能量转变为电能的电站。发电过程为：有落差的水流冲动水轮机，带动与之连轴的发电机旋转发电。核电站——由核反应获得热能的热力发电站。发电过程为：反应堆中的核燃料发生核裂变时释放出的能量，使水变成高温高压的蒸汽，推动汽轮机转动，带动与之联轴的发电机旋转发电。其他：太阳能电站、风力电站、地热电站、潮汐电站等。其他：太阳能电站、风力电站、地热电站、潮汐电站等。（二）电力网电力网——输电、配电的各种装置和设备、变电站、电力线路的组合。电力线路——电力系统两点间用于输配电的导线、绝缘材料和附件组成的设施。变电站——电力系统的一部分，它集中在一个地方，主要包括输电或配电线路的终端、开关设备及控制设备、变压器和建筑物，通常还包括电力系统安全和控制所需的设施（例如保护装置）。电力网由不同电压等级的输电线路和变压器组成，可分为地方电力网、区域电力网及超高压远距离输电网三种类型。地方电力网：电压为110kV以下的电力网（如35kV、10kV等）区域电力网：电压为110kV以上的电力网（如220kV）超高压远距离输电网：电压为330～500kV及以上的电力网110kV属于地方网还是区域网，要视其在电力系统中的作用而定（三）电力用户一般由配电网供电的电能使用者称为电力用户。（四）电力系统的构成图高压输电线一次系统（高电压）：在工程实际中，常把发电、输变电和配电等环节叫做一次系统。二次系统（低电压）：保证一次系统安全/可靠/经济运行的信息系统及其操作机构。包括继电保护、测量、信号、操作电源和调度等环节。220～500kV220～500kV35～110kV图1.1.1电力系统示意图区域变电站终端变电站10kV380/220V地区供配电系统工厂供配电系统M总降变电所6～10kV车间变电所380/220V35～110kV220～500kV火力发电厂～～水力发电厂枢纽变电所升压变电所升压变电所供配电系统是电力系统的电力用户，由总降压变电所、高压配电线路、车间变电所、低压配电线路及用电设备组成。1）．总降压变电所总降压变电所负责将35～110kV的外部供电电压变换为6～10kV的厂区高压配电电压，给厂区各车间变电所或高压电动机供电。2）．车间变电所车间变电所将6～10kV的电压降为380/220V，再通过车间低压配电线路，给车间用电设备供电。3）．配电线路配电线路分为厂区高压配电线路和车间低压配电线路。供配电系统主要电气设备符号•电力变压器(T)•隔离开关(QS)不允许带电流操作•负荷开关(QL)只能分断工作电流•断路器(QF)能分断任何电流电流互感器(TA)相当于一个电流源，二次最大输出电流为5A，为电流表、功率表、电度表等提供电流。电压互感器(TV)相当于一个小型变压器，二次最高输出100V标准电压。母线(WB)是解决一个电源与多个负荷之间供电的好办法，又叫汇流排。在原理上母线是电路上的一个电气接点，起着接受、集中和分配电能的作用。二、电力负荷及其对供电可靠性的要求（一）．电力负荷1、负荷：系统中所有电力用户的用电设备所消耗的电功率总和。也称电力系统的综合用电负荷。是所有用户的负荷总加。2、负荷分类（按负荷性质分类）：工业、农业、交通运输业、商业、生活等。3、电力系统的供电负荷：综合用电负荷加上电力网的功率损耗。4、电力系统的发电负荷：供电负荷加上发电厂厂用电消耗的功率。（二）电力负荷分类及其对供电的要求级别一级二级三级停电影响人身伤亡，重大设备损坏，政治、经济上重大损失政治、经济造成较大损失，设备局部损坏大量减产等不属于一级、二级的负荷允许停电时间备用电源投入时间，特别重要负荷不允许停电允许短时停电几分钟停电影响不大对供电电源要求两个独立电源供电双回路供电无特殊要求举例炼钢厂的炼钢炉、医院、人民大会堂纺织厂，化工厂（三）用户对供电的基本要求安全：包括设备安全及人身安全。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。可靠:保证不间断的供电。应满足电力用户对供电可靠性的要求优质：电能质量。应满足电力用户对电压和频率等供电质量的要求经济：应使供配电系统的投资少、运行费用低，并尽可能地节约电能和减少有色金属消耗量。电气设备的额定电压，就是能使电气设备长期运行时获得最好经济效果的电压。三、电力系统的额定电压电力网额定电压等级是根据国民经济发展的需要、技术经济上的合理性、电机电器制造工业的水平等因素，经全面研究分析，由国家制定颁布的。从电气设备制造的角度和电力工业的发展来看，额定电压等级不宜过多。用电设备用电设备的额定电压和电网的额定电压一致。发电机发电机的额定电压一般比同级电网的额定电压高出5%，用于补偿线路上的电压损失。电网（线路）额定电压等级低压：380V,660V高压：3，6，10，35，110，220，330，500kV变压器的二次绕组对于用电设备而言，相当于供电设备。第一种情况比用电设备额定电压高10%第二种情况比用电设备额定电压高5%变压器变压器的一次绕组：相当于是用电设备，所以规定变压器一次绕组的额定电压与受电设备额定电压相同。注意：但当变压器一次绕组直接与发电机相连时，变压器一次绕组的额定电压与发电机额定电压相等。其中5%用于补偿变压器满载供电时，一、二次绕组上的电压损失；另外5%用于补偿线路上的电压损失，因此适用于变压器供电距离较长时的情况。当变压器供电距离较短时，可以不考虑线路上的电压损失，只需要补偿满载时变压器绕组上的电压损失即可。表1-2电力系统额定电压等级线路(电网)电力设备(kV)发电机(kV)变压器电压(kV)额定电压额定电压一次二次33.153及3.153.15及3.366.36及6.36.3及6.61010.510及10.510.5及11353538.5110110121220220242330330363500500550线路的平均额定电压线路的平均额定电压指线路始端最大电压（变压器空载电压）和末端用电设备额定电压的平均值。由于线路始端最大电压比电网额定电压高10%，因而线路的平均额定电压比电网额定电压高5%。各级分别为：0.4kV，3.15kV，6.3kV,10.5kV,37kV，63kV，115kV，230kV，346kV，525kV。发电机G的额定电压：UN·G=1.05UN·L1=1.05×10=10.5（kV）变压器T1的额定电压：U1N·T1=UN.G=10.5（kV）U2N·T1=1.1UN·L2=1.1×110=121(kV)变压器T1的变比为：10.5/121kV变压器T2的额定电压：U1N·T2=UN·L2=110（kV）U2N·T2=1.05UN·L3=1.05×6=6.3(kV)变压器T2的变比为：110/6.3kV例1.已知下图所示系统中电网的额定电压，试确定发电机和变压器的额定电压。10kV图1.2.1例1.2.1图110kVG～6kVT1T2L2L1L3M变压器直接与电动机相连，供电距离较短，可以不考虑线路上的电压损失。变压器T1的一次绕组与发电机直接相连，所以其一次绕组的额定电压取发电机的额定电压供电质量包括电能质量和供电可靠性两方面。电能质量是指电压、频率和波形的质量。电能质量的主要指标有：频率偏差、电压偏差、电压波动和闪变、高次谐波（电压波形畸变）及三相电压不平衡度等。四、电能的质量指标频率的质量是以频率偏差来衡量。我国规定，电力系统的额定频率为50Hz，频率的允许偏差不得超过±0.5Hz，容量大于3000MW的用户，频率偏差不得超过±0.2Hz。四、电能的质量指标电压偏差是指用电设备的实际电压与额定电压之差，用占额定电压的百分数来表示频率偏差额定频率：50Hz允许偏差：正常允许偏差为±0.2Hz，当容量较小时可放宽到±0.5Hz电压偏差%100%NNUUUU电压偏差的危害白炽灯：电压低时，寿命延长，但发光效率降低，照度下降；电压高时，发光效率增加，但使用寿命大大缩短。，电压低时，转矩将急剧减小，电流由于2UM电动机：增大，使电动机绕组绝缘过热受损，缩短使用寿命。电压偏差的允许值35kV及以上电压供电的用户：±5%10kV及以下高压供电和低压电力用户：±7%低压照明用户：+5%～–10%%100%minmaxNUUUU电压波动与闪变电压波动是指电网电压短时、快速的变动，用电压最大值与最小值之差对电网额定电压的百分比表示，即正确选择变压器的电压分接头或采用有载调压变压器；合理减少系统的阻抗；尽量保持系统三相负荷平衡；改变系统的运行方式；采用无功功率补偿设备等。电压调整的措施电压波动产生的原因：是由负荷急剧变动引起的。闪变是指人眼对因电压波动引起灯闪的一种主观感觉，引起灯闪的电压称为闪变电压。使电动机无法正常起动，引起同步电动机转子振动；使某些电子设备无法正常工作；使照明灯发生明显的闪烁现象等。电压波动的危害对负荷变动剧烈的大型电气设备，采用专线或专用变压器供电；增大供电容量，减小系统阻抗；增加系统的短路容量或提高供电电压；在电压波动严重时减少或切除引起电压波动的负荷；对大型冲击性负荷，可装设能吸收冲击无功功率的静止型无功补偿装置（SVC）。电压波动的抑制谐波谐波是指对周期性非正弦交流量进行傅里叶级数分解后所得到的频率为基波频率整数倍的各次分量，通常称为高次谐波。谐波产生的原因：是由于电力系统中存在各种非线性元件。波形畸变程度的几个特征量第h次谐波电压含有率：%1001UUHRUhh第h次谐波电流含有率：%1001IIHRIhh谐波电压总含量：22)(hhHUU谐波电流总含量：22)(hhHII电压总谐波畸变率：%1001UUTHDHU电流总谐波畸变率：%1001IITHDHI使变压器和电动机的铁芯损耗增加，引起局部过热，同时振动和噪声增大，缩短使用寿命；使线路的功率损耗和电能损耗增加，并有可能使电力线路出现电压谐振，产生过电压，击穿电气设备的绝缘；使电容器产生过负荷而影响其使