第一章供電系統(tǒng)基本概念

1、EXIT供電技術(shù)課程基本內(nèi)容供電技術(shù)課程基本內(nèi)容EXITEXIT第一章第一章 供電系統(tǒng)的基本概念供電系統(tǒng)的基本概念1.1 1.1 電力系統(tǒng)基礎(chǔ)電力系統(tǒng)基礎(chǔ)1.2 1.2 電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)接線方式接線方式1.3 1.3 典型企業(yè)典型企業(yè)供電系統(tǒng)供電系統(tǒng)1.4 1.4 電網(wǎng)中性點運行方式電網(wǎng)中性點運行方式EXIT1.1.1 1.1.1 電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)1. 1. 系統(tǒng)：系統(tǒng)： 由相互作用、依賴的若干部分組成的具有由相互作用、依賴的若干部分組成的具有特定功能的有機整體，它又從屬于一個更大特定功能的有機整體，它又從屬于一個更大的系統(tǒng)（的系統(tǒng)（系統(tǒng)論系統(tǒng)論）2. 2. 電力系統(tǒng)：電力系統(tǒng)： 完成電能生產(chǎn)

2、、輸送、分配、消費完成電能生產(chǎn)、輸送、分配、消費 的統(tǒng)的統(tǒng)一整體。通常由發(fā)電機、變壓器、電力線路一整體。通常由發(fā)電機、變壓器、電力線路和負荷等電力設(shè)備組成的三相交流系統(tǒng)。和負荷等電力設(shè)備組成的三相交流系統(tǒng)。1.1 電力系統(tǒng)基礎(chǔ)電力系統(tǒng)基礎(chǔ)EXIT3. 3. 電力系統(tǒng)組成電力系統(tǒng)組成n 一次系統(tǒng)一次系統(tǒng) 在工程實際中，常把電力系統(tǒng)中的發(fā)電、在工程實際中，常把電力系統(tǒng)中的發(fā)電、輸變電與供配電等環(huán)節(jié)叫做一次系統(tǒng)。輸變電與供配電等環(huán)節(jié)叫做一次系統(tǒng)。1.1 電力系統(tǒng)基礎(chǔ)EXITn 二次系統(tǒng)：二次系統(tǒng)： 包括繼電保護、測量和調(diào)度等環(huán)節(jié)。繼包括繼電保護、測量和調(diào)度等環(huán)節(jié)。繼電保護主要是對系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種故障

3、，電保護主要是對系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種故障，如短路、過電流、斷相、接地等，進行如短路、過電流、斷相、接地等，進行切斷電源或聲響報警等動作；測量是對切斷電源或聲響報警等動作；測量是對電力系統(tǒng)的運行參數(shù)進行在線測定和顯電力系統(tǒng)的運行參數(shù)進行在線測定和顯示，如電壓、電流、功率、功率因數(shù)等；示，如電壓、電流、功率、功率因數(shù)等；調(diào)度主要包括負荷分配、功率平衡、電調(diào)度主要包括負荷分配、功率平衡、電壓調(diào)整、線路的投入與切除等工作。壓調(diào)整、線路的投入與切除等工作。1.1 電力系統(tǒng)基礎(chǔ)EXIT圖圖1 11 1典型的電力系統(tǒng)典型的電力系統(tǒng)EXIT1 1 工廠的電力負荷，根據(jù)其對供電可靠性的要求及工廠的電力負荷，根據(jù)其對

4、供電可靠性的要求及中斷供電造成的損失或影響的程度分為三級中斷供電造成的損失或影響的程度分為三級 。1 1）一級負荷）一級負荷 這類負荷若供電突然中斷將造成對人員的生命危害，或造成重大設(shè)備損壞且難以修復(fù)，或打亂復(fù)雜的生產(chǎn)過程并使大量產(chǎn)品報廢，給國民經(jīng)濟帶來極大損失。例如冶金企業(yè)的爐體冷卻水泵、澆鑄車間、連續(xù)軋鋼生產(chǎn)線，礦山企業(yè)的主排水泵、主扇風(fēng)機，化工企業(yè)的反應(yīng)爐、建材行業(yè)的水泥回轉(zhuǎn)窯、醫(yī)院以及國家重要的鐵路樞紐、通信樞紐、國防設(shè)施等，均屬于一級負荷。 1.1.2 電力負荷及對供電的要求電力負荷及對供電的要求1.1 電力系統(tǒng)基礎(chǔ)EXIT2 2）二級負荷）二級負荷 這類負荷若突然斷電，將造成生產(chǎn)設(shè)

5、備局部損壞，或生產(chǎn)流程紊亂且恢復(fù)較困難，企業(yè)內(nèi)部運輸停頓，或出現(xiàn)大量廢品或大量減產(chǎn)，因而在經(jīng)濟上造成較大的損失。這類負荷一般允許短時停電幾分鐘，它在工業(yè)企業(yè)中占的比例最大。3 3）三級負荷）三級負荷 三級負荷為一般的電力負荷.1.1 電力系統(tǒng)基礎(chǔ)EXIT2 2 負荷供電要求負荷供電要求 1 1）一級負荷對供電電源的要求）一級負荷對供電電源的要求 應(yīng)由兩個獨立電源獨立電源供電，當一個電源發(fā)生故障時，另一個電源應(yīng)不致同時受到損壞。 n獨立電源獨立電源是指不受其它電源的影響與干擾的電源。具備下列兩個條件的發(fā)電廠或變電所的不同母線段均屬獨立電源： 每段母線的電源來自不同的發(fā)電機，且以后的輸、變、配電各

6、環(huán)節(jié)叉均為分列運行； 母線段之間無聯(lián)系，或雖有聯(lián)系但當其中一段母線發(fā)生故障時，能自動斷開聯(lián)系，不影響其余母線段繼續(xù)供電。1.1 電力系統(tǒng)基礎(chǔ)EXITn特殊重要的一級負荷通常稱為保安負荷保安負荷。對保安負荷必須備有應(yīng)急使用的可靠電源。 常用的應(yīng)急電源有：獨立于正常電源的發(fā)電機組，干電池，蓄電池，供電系統(tǒng)中有效地獨立于正常電源的專門供電線路。 1.1 電力系統(tǒng)基礎(chǔ)EXIT2 2）二級負荷對供電電源的要求）二級負荷對供電電源的要求 n要求做到當發(fā)生供電變壓器故障時不致中斷供電，或中斷后能迅速恢復(fù)供電。二級負荷應(yīng)由兩回線路供電，兩回線路應(yīng)盡可能引自不同的變壓器或母線段。n當取得兩回線路確有困難時，允許

7、由一回專用架空線路供電。3）三級負荷對供電電源的要求）三級負荷對供電電源的要求 對供電電源無特殊要求，允許較長時間停電，可用單回線路供電。 1.1 電力系統(tǒng)基礎(chǔ)EXITn在大型工業(yè)企業(yè)中，一、二級負荷約占總負在大型工業(yè)企業(yè)中，一、二級負荷約占總負荷的荷的6060以上，因此即使是短時停電所造成以上，因此即使是短時停電所造成的損失也是很大的。此外，各級負荷不能孤的損失也是很大的。此外，各級負荷不能孤立地看待，一個企業(yè)中只要有一個一級負荷，立地看待，一個企業(yè)中只要有一個一級負荷，則該企業(yè)的總降壓變電所對于上級供電部門則該企業(yè)的總降壓變電所對于上級供電部門來說就是一級負荷。在掌握了負荷分級及其來說就是

8、一級負荷。在掌握了負荷分級及其對供電的要求后，在設(shè)計新建企業(yè)的供電系對供電的要求后，在設(shè)計新建企業(yè)的供電系統(tǒng)時可以根據(jù)實際情況來進行方案的擬定和統(tǒng)時可以根據(jù)實際情況來進行方案的擬定和分析比較，使確定的供電方案在技術(shù)經(jīng)濟上分析比較，使確定的供電方案在技術(shù)經(jīng)濟上最合理。最合理。 1.1 電力系統(tǒng)基礎(chǔ)EXIT3 3 用戶對供電的要求用戶對供電的要求保證供電安全可靠保證供電安全可靠n安全是指不發(fā)生人身觸電事故和因電氣故障而引起的爆炸、火災(zāi)等重大災(zāi)害事故。n供電的可靠性是指供電系統(tǒng)不間斷供電的可能程度。保證供電電能質(zhì)量保證供電電能質(zhì)量n對于用戶，良好的電能質(zhì)量是指電壓偏移不超過額定值的5，頻率偏移不超過

9、0.20.5Hz，正弦交流的波形畸變極限值在35的允許范圍之內(nèi)。1.1 電力系統(tǒng)基礎(chǔ)EXIT保證供電系統(tǒng)的經(jīng)濟性保證供電系統(tǒng)的經(jīng)濟性 該項要求供電系統(tǒng)的一次投資要少，運行費用要低。在滿足前兩項要求的前提下，盡可能節(jié)約電能和減少有色金屬的消耗量。1.1 電力系統(tǒng)基礎(chǔ)EXIT1.1.3 1.1.3 電力系統(tǒng)電壓等級電力系統(tǒng)電壓等級1. 1. 電力網(wǎng)為何要采用高電壓？電力網(wǎng)為何要采用高電壓？遠距離大容量輸電的壓降和損耗：遠距離大容量輸電的壓降和損耗：容量：容量：壓降：壓降：損耗：損耗：a.a.截面積與損耗截面積與損耗b.b.絕緣與投資絕緣與投資 兩方面取折衷兩方面取折衷IZVRIPL2UIS 1.1

10、 電力系統(tǒng)基礎(chǔ)EXIT電壓等級電壓等級(kV)輸送容量輸送容量 (MVA)輸送距離（輸送距離（km）輸電輸電7502 0 002 5 005 00以上區(qū)以上區(qū)5001 00015001 50850跨省跨省2201 005 001 00300跨地區(qū)跨地區(qū)高中壓配電高中壓配電110105050100縣市縣市352102050縣市內(nèi)縣市內(nèi)100 .22620市內(nèi)市內(nèi)低壓配電低壓配電380/220 樓內(nèi)、農(nóng)電樓內(nèi)、農(nóng)電2.2. 線路電壓與容量、距離的關(guān)系線路電壓與容量、距離的關(guān)系1.1 電力系統(tǒng)基礎(chǔ)EXIT3.3. 為何要確定額定電壓為何要確定額定電壓? ?n電網(wǎng)電網(wǎng)( (線路線路) )的額定電壓只能

11、使用國家規(guī)定的的額定電壓只能使用國家規(guī)定的額定電壓。它是確定各類電氣設(shè)備額定電壓額定電壓。它是確定各類電氣設(shè)備額定電壓的基本依據(jù)。的基本依據(jù)。n標準化：避免電壓等級數(shù)量的無限制擴大，標準化：避免電壓等級數(shù)量的無限制擴大，導(dǎo)致互聯(lián)困難。導(dǎo)致互聯(lián)困難。n最佳的技術(shù)經(jīng)濟性能：電力設(shè)備需要在額定最佳的技術(shù)經(jīng)濟性能：電力設(shè)備需要在額定電壓下進電壓下進 行優(yōu)化設(shè)計、制造和使用。行優(yōu)化設(shè)計、制造和使用。1.1 電力系統(tǒng)基礎(chǔ)EXITn用電設(shè)備的額定電壓用電設(shè)備的額定電壓: : 線路首端與末端的平均 電壓即電網(wǎng)的額定電壓。 用電設(shè)備的額定電壓規(guī)定 與同級電網(wǎng)的額定電壓相 同。如圖中虛線所示。n發(fā)電機的額定電壓發(fā)

12、電機的額定電壓: : 發(fā)電機額定電壓規(guī)定高于同級電網(wǎng)額定電壓5用電設(shè)備與發(fā)電機的額定電壓說明1.1 電力系統(tǒng)基礎(chǔ)EXITn電力變壓器的額定電壓：電力變壓器的額定電壓： （1 1）電力變壓器一次繞組的額定電壓分兩種情況）電力變壓器一次繞組的額定電壓分兩種情況： 當變壓器直接與發(fā)電機相聯(lián)時，如圖中的變壓器T1，高于同級電網(wǎng)額定電壓5。 電力變壓器額定電壓說明 當變壓器不與發(fā)電機相聯(lián)而是連接在線路上時，如圖變壓器T2，其一次繞組額定電壓應(yīng)與電網(wǎng)額定電壓相同。1.1 電力系統(tǒng)基礎(chǔ)EXIT（2 2）電力變壓器二次繞組的額定電壓亦分兩種情況：）電力變壓器二次繞組的額定電壓亦分兩種情況： 變壓器二次側(cè)供電線

13、路較長，如圖中的變壓器T1，其二次繞組額定電壓應(yīng)比相聯(lián)電網(wǎng)額定電壓高10。電力變壓器額定電壓說明 變壓器二次側(cè)供電線路不長時，如圖中的變壓器T2，其二次繞組額定電壓只需高于所聯(lián)電網(wǎng)額定電壓5。1.1 電力系統(tǒng)基礎(chǔ)EXIT圖 ： 電網(wǎng)額定電壓確定示意圖 1.1 電力系統(tǒng)基礎(chǔ)EXIT5 5 平均額定電壓概念平均額定電壓概念l在短路電流計算時，為了簡化計算且使問題的處理在技術(shù)上合理，習(xí)慣上用線路的平均額定電壓（Uav）來表示電力網(wǎng)的電壓。Uav是指電網(wǎng)始端的最大電壓（變壓器最大空載電壓）和末端受電設(shè)備額定電壓的平均值，例如額定電壓為10kV的電網(wǎng)，其平均額定電壓為av11 1010.5kV2U1.1

14、 電力系統(tǒng)基礎(chǔ)EXIT55050050036333033024222022012111011038.5353510.5及及1110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額定電壓額定電壓額定電壓額定電壓變壓器電壓變壓器電壓(kV)發(fā)電機發(fā)電機(kV)線路線路(電網(wǎng)電網(wǎng))電力設(shè)備電力設(shè)備(kV)我國電網(wǎng)額定電壓等級我國電網(wǎng)額定電壓等級1.1 電力系統(tǒng)基礎(chǔ)EXIT1 1 電壓質(zhì)量電壓質(zhì)量 電壓質(zhì)量是電能質(zhì)量的重要指標之一。它以電壓偏差、電壓波動與閃變和電壓波形來衡量。n電壓偏差電壓偏差 電壓偏差是以電壓偏離額定電壓的幅度

15、，一般以百分數(shù)表示，即 1.1.4 1.1.4 供電系統(tǒng)電能質(zhì)量供電系統(tǒng)電能質(zhì)量NUUV/%1.1 電力系統(tǒng)基礎(chǔ)EXIT線路額定電壓線路額定電壓U UN N允許電壓偏差允許電壓偏差35kV35kV及以上及以上 10kV10kV及以下及以下220V220V 5% 5% 7%7%+7%+7%、-10%-10%V%為電壓偏差百分數(shù)，為電壓偏差百分數(shù)，U為實際電壓，為實際電壓，UN為額定電壓為額定電壓 我國規(guī)定了供電電壓允許偏差，見下表，要我國規(guī)定了供電電壓允許偏差，見下表，要求供電電壓的電壓偏差不超過允許偏差。求供電電壓的電壓偏差不超過允許偏差。 1.1 電力系統(tǒng)基礎(chǔ)EXITn 電壓波動和閃變電壓波

16、動和閃變電壓波動是指電壓的急劇變化。電壓波動程度電壓波動是指電壓的急劇變化。電壓波動程度以電壓最大值與最小值之差或其百分數(shù)表示，以電壓最大值與最小值之差或其百分數(shù)表示，即即 U=Umax-Umin 式中，式中，U為電壓波動；為電壓波動；Umax、Umin為為電壓波動的最大值和最小值（電壓波動的最大值和最小值（kV）；）； UN為額為額定電壓（定電壓（kV）。）。 周期性電壓急劇變化引起光源光通量急劇波動周期性電壓急劇變化引起光源光通量急劇波動而造成人眼視覺不舒適的現(xiàn)象，稱為閃變。而造成人眼視覺不舒適的現(xiàn)象，稱為閃變。 1.1 電力系統(tǒng)基礎(chǔ)EXITn 波形波形 波形的質(zhì)量是以正弦電壓波形畸變率來

17、衡波形的質(zhì)量是以正弦電壓波形畸變率來衡量的。在理想情況下，電壓波形為正弦波，但量的。在理想情況下，電壓波形為正弦波，但電力系統(tǒng)中有大量非線形負荷，使電壓波形發(fā)電力系統(tǒng)中有大量非線形負荷，使電壓波形發(fā)生畸變，除基波外，還有各項諧波。生畸變，除基波外，還有各項諧波。 2 頻率頻率 頻率的質(zhì)量是以頻率偏差來衡量。我國采頻率的質(zhì)量是以頻率偏差來衡量。我國采用的額定頻率為用的額定頻率為50赫茲，在正常情況下，頻率赫茲，在正常情況下，頻率的允許的允許 偏差，根據(jù)電網(wǎng)的裝機容量而定；事故偏差，根據(jù)電網(wǎng)的裝機容量而定；事故情況下，頻率允許偏差更大，頻率的允許偏差情況下，頻率允許偏差更大，頻率的允許偏差見下表。

18、見下表。1.1 電力系統(tǒng)基礎(chǔ)EXIT 電力系統(tǒng)頻率的允許偏差電力系統(tǒng)頻率的允許偏差運運 行行 情情 況況允許頻率偏差允許頻率偏差H HZ Z正常運行正常運行300300萬千瓦及以上萬千瓦及以上 300300萬千瓦以下萬千瓦以下 0.2 0.2 0.50.5非正常運非正常運行行 1.01.03 3 供電可靠性供電可靠性 供電可靠性是以對用戶停電的時間及次數(shù)供電可靠性是以對用戶停電的時間及次數(shù)來衡量。它常用供電可靠率來衡量。它常用供電可靠率K Kre1re1表示，即實際表示，即實際供電時間與統(tǒng)計期全部時間的比值的百分數(shù)表供電時間與統(tǒng)計期全部時間的比值的百分數(shù)表示。示。 1.1 電力系統(tǒng)基礎(chǔ)EXIT

19、l供電系統(tǒng)的接線方式按網(wǎng)絡(luò)接線布置方式可供電系統(tǒng)的接線方式按網(wǎng)絡(luò)接線布置方式可分為放射式、干線式、環(huán)式及兩端供電式等分為放射式、干線式、環(huán)式及兩端供電式等接線系統(tǒng)；按其網(wǎng)絡(luò)接線運行方式可分為開接線系統(tǒng)；按其網(wǎng)絡(luò)接線運行方式可分為開式和閉式網(wǎng)絡(luò)接線系統(tǒng)；按對負荷供電可靠式和閉式網(wǎng)絡(luò)接線系統(tǒng)；按對負荷供電可靠性的要求可分為無備用和有備用接線系統(tǒng)。性的要求可分為無備用和有備用接線系統(tǒng)。在有備用接線系統(tǒng)中，其中一回路發(fā)生故障在有備用接線系統(tǒng)中，其中一回路發(fā)生故障時，其余回路能保證全部供電的稱為完全備時，其余回路能保證全部供電的稱為完全備用系統(tǒng)；如果只能保證對重要用戶供電的，用系統(tǒng)；如果只能保證對重要用

20、戶供電的，則稱為不完全備用系統(tǒng)。備用系統(tǒng)的投入方則稱為不完全備用系統(tǒng)。備用系統(tǒng)的投入方式可分為手動投入，自動投入和經(jīng)常投入等式可分為手動投入，自動投入和經(jīng)常投入等幾種。幾種。 1.2 供電系統(tǒng)的接線方式1.2 供電系統(tǒng)的接線方式EXITl1.2.1 供電系統(tǒng)接線方式的要求供電系統(tǒng)接線方式的要求l（一）安全可靠（一）安全可靠l（二）操作方便，運行靈活（二）操作方便，運行靈活l（三）經(jīng)濟合理（三）經(jīng)濟合理l（四）便于發(fā)展（四）便于發(fā)展1.2 供電系統(tǒng)的接線方式EXIT1.2.2 供電系統(tǒng)的接線方式供電系統(tǒng)的接線方式1 無備用系統(tǒng)接線2 有備用系統(tǒng)的接線n雙回路放射式雙回路放射式n環(huán)式環(huán)式n雙回路干

21、線式雙回路干線式1.2 供電系統(tǒng)的接線方式EXIT無備用系統(tǒng)接線EXIT雙回路放射式接線EXIT環(huán)式接線雙回路干線式接線EXIT1.2.3 變電所的主接線變電所的主接線 1 線路變壓器組接線 2 橋式接線 3 單母線分段式接線 4 雙母線接線1.2 供電系統(tǒng)的接線方式EXIT線路變壓器組接線單母線分段主接線EXIT橋式接線EXIT雙母線接線EXIT1.3 典型企業(yè)供電系統(tǒng)EXIT系統(tǒng)側(cè)要求系統(tǒng)側(cè)要求 用戶側(cè)要求用戶側(cè)要求 1 供配電工作供配電工作: 1）保證工廠生產(chǎn)和生活用電的需要）保證工廠生產(chǎn)和生活用電的需要 2）搞好）搞好“三電三電”-安全用電、節(jié)約用電、計安全用電、節(jié)約用電、計劃用電劃用

22、電 2 基本要求：安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟基本要求：安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟1.3.1 1.3.1 供電系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的地位和作用供電系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的地位和作用1.3 典型企業(yè)供電系統(tǒng)EXIT1.3.2 1.3.2 供電系統(tǒng)分類供電系統(tǒng)分類1.具有高壓配電所的供電系統(tǒng)具有高壓配電所的供電系統(tǒng) 2.具有總降壓變電所的供電系統(tǒng)具有總降壓變電所的供電系統(tǒng) 3.只有一個變電所或配電所的供電系統(tǒng)只有一個變電所或配電所的供電系統(tǒng)4.高壓深入負荷中心的供電系統(tǒng)高壓深入負荷中心的供電系統(tǒng) 1.3 典型企業(yè)供電系統(tǒng)EXIT1 1 具有高壓配電所的供電系統(tǒng)具有高壓配電所的供電系統(tǒng) 如圖所示是一個比較典型如圖所示是

23、一個比較典型的中型工廠供電系統(tǒng)的系統(tǒng)的中型工廠供電系統(tǒng)的系統(tǒng)圖圖(system diagram(system diagram）?？桑??？梢钥闯?，該廠的高壓配電所以看出，該廠的高壓配電所有兩條有兩條6-l0kV 6-l0kV 的電源進的電源進線，分別接在高壓配電所的線，分別接在高壓配電所的兩段母線上。這兩段母線間兩段母線上。這兩段母線間裝有一個分段隔離開關(guān)，形裝有一個分段隔離開關(guān)，形成所謂成所謂“單母線分段制單母線分段制”。1.3 典型企業(yè)供電系統(tǒng)EXIT2 2 具有總降壓變電所的供電系統(tǒng)具有總降壓變電所的供電系統(tǒng) 如圖如圖 總降壓變總降壓變電所高壓兩電所高壓兩回路供電回路供電高低壓均單母高低壓

24、均單母分段接線，分段接線，1.3 典型企業(yè)供電系統(tǒng)EXIT 對于小型工廠，由于對于小型工廠，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，因此通常只設(shè)一個因此通常只設(shè)一個降壓變電所，將降壓變電所，將6-l0kV電壓降為低壓電壓降為低壓用電設(shè)備所需的電用電設(shè)備所需的電壓，如圖所示。壓，如圖所示。 3 3 只有一個變電所或配電所的供電系統(tǒng)只有一個變電所或配電所的供電系統(tǒng)1.3 典型企業(yè)供電系統(tǒng)EXIT4 4 高壓深入負荷中心的供電系統(tǒng)高壓深入負荷中心的供電系統(tǒng)這種接線方式無總配電所，而是采用T 接形式接入車間變電所1.3 典型企業(yè)供電系統(tǒng)EXIT1.4 1.4 電網(wǎng)中性點運行方式電網(wǎng)中性點運行方式 1.4.1 中性點運行方式分析分類三相交流電系統(tǒng)的中性點是指星形連接的變壓器或發(fā) 電機中性點。中性點