供配電技術基礎 第1章 供配電系統(tǒng)

1、第1章 供配電系統(tǒng) 電能是一種便于輸送、分配和清潔的二次能源，既易于由其他能源產(chǎn)生，也易于轉(zhuǎn)換為其他的能源使用，并且還便于測量、控制、管理、調(diào)度、實現(xiàn)自動化。因此它廣泛應用于國民經(jīng)濟、社會生產(chǎn)和人民生活的各個方面。電力工業(yè)已成為我國實現(xiàn)現(xiàn)代化的基礎產(chǎn)業(yè)。1.1 1.1 電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)1.1.1 1.1.1 概述概述1. 1. 電力系統(tǒng)電力系統(tǒng) 各種電壓的電力線路將發(fā)電廠、變配電所和電力用戶聯(lián)系起來的發(fā)、輸、變、配及用電的整體，即為電力系統(tǒng)，如圖1-1所示。圖1-1 電力系統(tǒng)的構(gòu)成示意圖 (1) 發(fā)電 將一次能源轉(zhuǎn)換成電能的過程，即為“發(fā)電”。根據(jù)一次能源的不同，有火力發(fā)電、水力發(fā)電和核能發(fā)電

2、，還有風力、地熱、潮汐和太陽能等發(fā)電方式。 1) 火力發(fā)電。 將煤、天然氣、石油所儲存的化學能通過“燃燒”轉(zhuǎn)換為電能的方式稱為火力發(fā)電。 2）水力發(fā)電。 由位能轉(zhuǎn)化為動能的高速水流驅(qū)動水輪機轉(zhuǎn)動，帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)發(fā)電，這種將水的位能轉(zhuǎn)換為電能的方式為水力發(fā)電。 3）核能發(fā)電。 核燃料在原子反應堆中裂變釋放核能，將水轉(zhuǎn)換為高溫高壓的蒸汽，蒸汽推動汽輪機轉(zhuǎn)動，汽輪機帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)發(fā)出電能，這種利用原子核蘊藏的巨大核能生產(chǎn)電能的方式為核能發(fā)電。它的后段過程與火力發(fā)電基本相同。 （2）輸電 輸電靠的是電力線路。它將發(fā)電廠、變電所和電能用戶連接起來，完成輸送電能和分配電能的任務。220kV及以上的電力線路

3、稱為輸電線路，110kV及以下的電力線路稱為配電線路。在配電線路中，110kV、66kV電壓等級為高壓配電線路，一般作為城市配電網(wǎng)骨架和特大型企業(yè)供電；635kV電壓等級為中壓配電線路，多為城市主要配電網(wǎng)和大中型企業(yè)供電；220/380V電壓等級為低壓配電線路，一般為城鄉(xiāng)居民和企業(yè)配電。 除交流輸電線路外，還有直流輸電線路。它造價低、損耗小、調(diào)節(jié)控制迅速、簡便和不無穩(wěn)定性問題，但換流站造價高。 （3）變電與配電 變電所的功能是接受電能、轉(zhuǎn)換電壓和分配電能，由電力變壓器、配電裝置和二次裝置等構(gòu)成。變電所按性質(zhì)和任務可分為兩類：為實現(xiàn)電能的遠距離輸送，需由變電所將發(fā)電機的電壓進行提升的為升壓變電所

4、；從輸電線路獲取電能，并將電壓逐級降低，分配到用戶的為降壓變電所。按變電所的地位和作用，又分為樞紐變電所、地區(qū)變電所和用戶變電所。 僅用于接收和分配電能，而不變換電壓的場所為配電所，而用于交流與直流電流相互轉(zhuǎn)換的場所則為換流站。 （4）用電 電能的消耗即為用電。用電的設備即為電能用戶，也稱為電力負荷，常簡稱為負荷。按行業(yè)可劃分為工業(yè)用戶、農(nóng)業(yè)用戶、商業(yè)及公共工程用戶和居民生活用戶等。 電網(wǎng)是指電力系統(tǒng)中除發(fā)電廠和電能用戶之外的其余部分。 2 2供配電系統(tǒng)供配電系統(tǒng) 以110kV及以下電壓等級，對某地區(qū)或某企業(yè)單位供配電的電力系統(tǒng)即為供配電系統(tǒng)。它包含分配和使用電能兩個環(huán)節(jié)，是電力系統(tǒng)的重要組成

5、部分。常將工業(yè)企業(yè)中的供配電系統(tǒng)稱為工廠供配電系統(tǒng)，而其余用電的供配電系統(tǒng)則統(tǒng)稱為民用供配電系統(tǒng)。 （1）總降壓所 位于圖1-1的（A）所示處，它將35110kV的供電電壓降至610kV，再供給下一級終端變電所，或直接供610kV的高壓電動機。中型工礦企業(yè)的總降壓所，常稱為“總變電所”；地區(qū)和較大居民小區(qū)的民用總降壓所多稱為“高壓變電所”。 （2）終端變電所 位于圖1-1的（B）所示處，它將610kV降至普通市電電壓220/380V，供各終端用電負荷用電。在民用供配電中被稱為“終端降壓所”；而工礦企業(yè)將此級常設于車間，稱為“車間變電所”。1.1.2 1.1.2 額定電壓額定電壓 額定電壓是國家

6、根據(jù)國民經(jīng)濟發(fā)展的需要、電力設備制造工業(yè)的水平和發(fā)展趨勢，經(jīng)全面技術經(jīng)濟分析后確定的電力系統(tǒng)中各種發(fā)電、供電、用電設備長期運行能獲得最好經(jīng)濟效益的電壓。 1.1.電網(wǎng)（線路）的額定電壓電網(wǎng)（線路）的額定電壓 電網(wǎng)（線路）的額定電壓只能選用國家規(guī)定的額定電壓，它是確定各類電氣設備額定電壓的基本根據(jù)。 2.2.用電設備的額定電壓用電設備的額定電壓 線路輸送電力負荷要產(chǎn)生電壓降，沿線各用電設備的端電壓將不同，首端高于末端，電網(wǎng)的額定電壓即首末兩端電壓的平均值。 為使各用電設備的電壓偏移差異不大，用以確定用電設備批量生產(chǎn)標準的用電設備的額定電壓與同級電網(wǎng)（線路）的額定電壓相同。 3.3.發(fā)電機的額定電

7、壓發(fā)電機的額定電壓 為保證設備在線路各處都正常運行，發(fā)電機處于線路首端，故一般比同級電網(wǎng)額定電壓高5%，以補償電網(wǎng)輸送的電壓損失，即為105%。 4. 4. 電力變壓器的額定電壓電力變壓器的額定電壓 (1)變壓器的一次繞組 1)與發(fā)電機相連的升壓變壓器：其電壓與發(fā)電機額定電壓相同，高于同級電網(wǎng)額定電壓5%。 2)線路上的降壓變壓器：相當于用電設備，其電壓與線路額定電壓相同，高于同級電網(wǎng)額定電壓0%（即等于額定電壓）。 （2）變壓器的二次繞組 1) 線路較長時（35kV及以上高壓線路）：要考慮變壓器繞組自身電壓損失（按5%計）及線路的電壓損失（按5%計），變壓器二次繞組的額定電壓應比相連線路的額

8、定電壓高10%。 2) 線路較短時（直接向高、低壓用電設備供電，如10kV及以下線路）：僅考慮變壓器繞組的自身電壓損失，而不計上述第二項線路的電壓損失，故變壓器二次繞組電壓較線路的額定電壓高5%。 電力系統(tǒng)額定電壓示例如圖1-2所示，圖中1T為升壓變壓器、2T/3T為降壓變壓器、1WL/2WL為高壓線路（較長）、3WL為低壓線路（較短）。圖1-2 電力系統(tǒng)額定電壓示例 1.1.3 1.1.3 中性點的運行方式中性點的運行方式 電力系統(tǒng)的中性點是指星形連接的變壓器或發(fā)電機的中性點，其運行方式取決于供電可靠性與故障范圍、絕緣水平與絕緣配合、對電力系統(tǒng)繼保的影響、對電力通信與信號的干擾及對電力系統(tǒng)穩(wěn)

9、定性的影響5個方面。共有3種運行方式。 1 1中性點不接地中性點不接地 （1）系統(tǒng)正常時 如圖1-3a所示，為便于分析，將三相導體沿線路全長的分布電容用一個集中電容C表示，并設三相對地電容相等，線電壓對稱，則各相對地電壓等于各相的相電壓，且相等。中性點對地電壓為零，各相對地電容電流對稱，其電容電流的相量和為零。 （2）系統(tǒng)發(fā)生單相接地時 設故障相為L3相，如圖1-3b。通過分析可知： 1）電壓變化。故障相L3接地，對地電壓為零；中性點電壓升為相電壓；非故障相對地電壓升高為倍，為線電壓。 2）電流變化。對于接地電容電流，非故障相升高為根號3倍，故障相增加為原來的3倍。 a） 正常運行 b） 單相

10、接地圖1-3 中性點不接地方式示意圖 （3） 相應措施 1）適用于310kV不直接連發(fā)電機和35、66kV單相接地電容電流不超規(guī)定值的系統(tǒng)。 2）各相間電壓（線電壓）仍對稱平衡，使三相用電設備仍可繼續(xù)運行。但為了防止非接地相再有一相發(fā)生接地，造成兩相短路，所以規(guī)程規(guī)定單相接地連續(xù)運行時間不得超過2小時。 3）單相接地電容電流超規(guī)定值時將產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)電弧，使電網(wǎng)出現(xiàn)暫態(tài)過電壓，危及設備安全。應采取中性點經(jīng)消弧線圈或電阻接地方式。 4）電氣設備對地絕緣應按線電壓考慮，故110kV高壓系統(tǒng)不采用中性點不接地方式。 2. 2. 中性點經(jīng)消弧線圈接地中性點經(jīng)消弧線圈接地 中性點不接地的單相接地電流超過規(guī)定值

11、時，為避免產(chǎn)生斷續(xù)電弧，引起過電壓或造成短路，減少接地電弧電流，使電弧容易熄滅，中性點需經(jīng)消弧線圈（實際上就是電抗線圈）接地。 通過分析可知：當中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(設故障相為L3相)，流過接地點的電流是接地電容電流和流過消弧線圈的電感電流的相量和。由于電容電流超前電壓，電感電流滯后電壓，兩電流相抵消后，使流過接地點的電流值減少。而各相對地電壓和對地電容電流的變化情況與中性點不接地系統(tǒng)相同。 3 3中性點直接接地中性點直接接地 中性點直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，通過接地中性點形成單相短路，產(chǎn)生很大的短路電流，繼電保護系統(tǒng)動作，切除故障線路，使系統(tǒng)的其他部分恢復正常運行。這對于

12、110kV及以上超高壓系統(tǒng)及單相接地多發(fā)的1kV以下低壓系統(tǒng)極為有用。 由于中性點直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，中性點對地電壓仍為零，非接地相對地電壓也不發(fā)生變化。因此這種方式中，電力設備絕緣只需按相壓考慮，而不需提高到線電壓考慮。這對110kV以上超高壓系統(tǒng)設備的制造極具經(jīng)濟及技術價值。圖1-4為其示意圖。 圖1-4 中性點直接接地發(fā)生單相接地示意例例1-11-1：如圖1-5所示的電力系統(tǒng)，試標出變壓器一、二次側(cè)和發(fā)電機的額定電壓。 圖1-5 例1-1圖 解： 1. 發(fā)電機額定電壓 考慮要予以補償電網(wǎng)的輸送壓損，故提高5%為10.5kV。 2. 變壓器一次側(cè)（原邊） 1） 一次側(cè)與發(fā)電機相連：

13、 即為電站出口的升壓變壓器，與發(fā)電機相同，相對電網(wǎng)電壓升值5%，亦為10.5kV。 2） 一次側(cè)與線路相連： 即用戶（降壓）變壓器，與用電設備相同，相對電網(wǎng)電壓升降值為0，為110kV。 3.變壓器二次側(cè)（副邊） 1） 、 二次側(cè)（兩個繞組）：高壓輸送，必線路長，要考慮補償變壓器內(nèi)部繞組以及線路輸送電壓損失各5%，故相對電網(wǎng)電壓升值為10%， 的二次繞組、 第一/第二個二次繞組電壓依次為121、38.5及11.0kV。 12/TT3T12/TT2T3T3T3T2T 2） 二次繞組：低壓輸電，必線路短，不計線路壓損，僅補償變壓器內(nèi)部壓損，電壓升值為+5%，即電壓0.23/0.4kV。 答案表達為

14、百分值及電壓值均可，但電壓值應與標準額定電壓相符。注意標注的精度應符合工程標準。如圖1-6所示。答案填入虛線之中，兩種答題方式用“、”隔開，可取其中之一，電壓單位為kV。 1T圖1-6 例1-1解附圖1.2 1.2 供電質(zhì)量供電質(zhì)量1.2.1 1.2.1 電壓電壓1.1.電壓偏差電壓偏差 （1）概念 供配電系統(tǒng)改變運行方式、負荷緩慢變化使供配電系統(tǒng)各點的電壓隨之變化的各點實際電壓與系統(tǒng)額定電壓之差為電壓偏差，記為：U%100%NNUUUU 式中， 為電壓偏差百分數(shù)；U為實際電壓；UN為額定電壓。 （2）電壓偏差的不利影響 1）感應電動機的轉(zhuǎn)矩與端電壓的平方成正比。電壓正偏差，電動機端電壓升高，

15、其激磁電流和溫升也增加，絕緣受到過電壓和過熱的威脅，影響其使用壽命，同時還產(chǎn)生有害的諧波電流；電壓負偏差，其實際轉(zhuǎn)矩下降較多，轉(zhuǎn)速降低，引起產(chǎn)品質(zhì)量和數(shù)量的降低。而負荷電流卻增加，影響電動機的使用壽命。 2）同步電動機的端電壓偏高或偏低時，轉(zhuǎn)速雖保持不變，但對與電壓平方成正比的轉(zhuǎn)矩、負荷電流和溫升將產(chǎn)生不利影響。 3）照明設備的發(fā)光效率與電壓的關系極大，電壓降低會引起照明設備效率降低，造成照度不足, 影響照明效果；電壓過低，會導致氣體放電光源不能正常啟動點燃；電壓偏高，光源壽命縮短很多。 4）隨著計算機系統(tǒng)的大規(guī)模應用和自動控制系統(tǒng)的不斷精細，電壓偏差造成計算機系統(tǒng)的工作紊亂和數(shù)據(jù)損壞，能造成

16、精密機床、機器人無法保持對驅(qū)動過程的精確控制。 5）電壓過低會引起補償電容器組輸出無功減少，無功補償系統(tǒng)不能滿足補償要求。（3）偏差允許值 1）GB123252008 規(guī)定了電能質(zhì)量供電電壓允許偏差見下表。 供電電壓允許偏差（GB12325）2）國家標準供配電系統(tǒng)設計規(guī)范GB50052規(guī)定“用電設備端子電壓允許偏差（%）”如下。 電動機：正常情況下為-5+5，少數(shù)遠離變電所的電動機為-10+5。 照明：一般工作場所、道路照明-5+5 ，遠離變電所的小面積一般工作場所、應急及安全特低電壓供電的照明-10+5。 其他用電設備當無特殊規(guī)定時允許電壓偏差為額定電壓的5%。 （4）電壓的調(diào)節(jié)。 1）改變

17、發(fā)電機端電壓直接用發(fā)電機電壓向用戶供電的中小系統(tǒng)，供電線路較短、線路電壓損失不大時，可通過調(diào)節(jié)電機勵磁來改變發(fā)電機母線電壓。這是一種不耗費投資，且最直接的調(diào)壓方法。 2）改變變壓器變比改變變壓器變比可升高或降低次級繞組的電壓。改變變壓器的變比，實際上就是根據(jù)調(diào)壓要求，選擇適當?shù)姆纸宇^。雙繞組變壓器的高壓繞組和三繞組變壓器的高、中壓繞組都設有分接頭，分接頭一般設置為2（2.5%）或2（5%），如圖1-7所示。 圖1-7 變壓器的分接頭和分接頭開關 3）無功功率補償大量感性負荷的存在，使系統(tǒng)中產(chǎn)生大量相位滯后的無功功率，增加了系統(tǒng)的電壓損失。可采用并聯(lián)電容器或同步補償機,按調(diào)壓要求進行無功功率補償

18、，既改變網(wǎng)絡中無功功率來調(diào)壓。補償無功功率不僅能減少電網(wǎng)中的電能損失，提高發(fā)供電設備的利用率，且能減少電壓損失，達到調(diào)壓的目的。 4）平衡三相負荷三相相負荷分布不均，將產(chǎn)生零序電壓，使零點移位，某相電壓降低，其他相電壓升高，增大了電壓偏差。線間負荷分布不均，也會引起線間電壓不平衡，增大電壓偏差。所以應盡量做到三相平衡。 5）減少線路電壓損失電壓偏差與電壓損失極相關，而供電元件的電壓損失又與阻抗大小成正比，因此，在經(jīng)濟技術合理前提下，減少電壓損失常用如下方法。 高壓深入負荷中心供電，配電變壓器分散設置，減少變壓級數(shù)，降低變壓器產(chǎn)生的電壓損失。 增加線路級數(shù)，降低線路阻抗，減少線路的電壓損失。 電

19、纜線路的電抗值比相同截面的架空線路和普通絕緣導線小得多，用電纜線路替代架空線路或普通絕緣導線，可有效減少電壓損失。2.2.電壓的波動與閃變電壓的波動與閃變 （1）電壓波動 變化速度等于或大于每秒0.2%的電壓或電壓包絡線的周期性變動稱為電壓波動。依據(jù)GB12326-2008電能質(zhì)量電壓波動和閃變，電力系統(tǒng)公共供電點由沖擊性負荷產(chǎn)生的電壓波動允許值d如下表所示。r/(次/h)d(%)LV、MVHV r1431r1032.510r1002*1.5*100r10001.251注1 很少的變動頻度r(每日少于1次)，電壓變動限值d還可以放寬，但不在本標準中規(guī)定。2 對于隨機性不規(guī)則的電壓波動，依95%

20、概率大值衡量，表中標有“*”的值為其限值。3 本標準中系統(tǒng)標稱電壓UN等級按以下劃分：低壓（LV） UN1kV中壓（MV） 1kVUN35kV高壓（HV） 35kVUN220kV對于220kV以上的超高壓（EHV）系統(tǒng)的電壓波動限值可參照高壓（HV）系統(tǒng)執(zhí)行 （2）電壓閃變 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。閃變電壓限值分為：長時間閃變值P及短時間閃變值P。依據(jù)GB/T 12326電能質(zhì)量電壓波動和閃變，電力系統(tǒng)公共連接點在系統(tǒng)正常運行的較小方式下，以一周（168h）測得的P應滿足下表。閃變電壓P允許值 （據(jù)GB/T12326） （3）電壓波動與閃變的

21、原因 主要由大型用電設備負載快速變化引起的沖擊性負荷、電動機的直接起停及加減載造成負荷急劇變化，使電網(wǎng)的電壓損耗相應變動。如軋鋼機咬鋼、起重機提升起動、電弧爐熔化期發(fā)生短路、電弧焊機引弧、電氣機車起動或爬坡等都是較大的沖擊性負荷。 （4）電壓波動與閃變的危害 對系統(tǒng)和用電設備的危害和影響包括以下幾方面。 1）引起光源的閃爍，使照明質(zhì)量下降，引起人們視覺不適和情緒煩躁。 2）電壓波動和閃變引起電視機、計算機顯示器中顯像器件工作不正常，圖像變形。 3）電壓不穩(wěn)定使電動機轉(zhuǎn)速不均勻，同步電動機還可引起其轉(zhuǎn)子振動，影響產(chǎn)品的質(zhì)量。 4）導致電子設備、自控設備、運動裝置、電子設備、計算機或測試儀器無法準

22、確工作。（5）電壓波動與閃變的抑制措施 1）采用合理的接線方式，即給負荷變化劇烈的電氣設備以專線單獨供電或?qū)^大功率的沖擊性負荷(或負荷群)由專門的變壓器供電，以及雙回線路并聯(lián)供電，以限制其對其他負荷的影響。增大供電容量是最簡便、有效的方法。 2）沖擊負荷與其他負荷共用配電線路時，應降低配電線路阻抗，使系統(tǒng)的電壓損失減少，從而減少負荷變動時引起的電壓波動。 3）電壓損失的百分比與電網(wǎng)額定電壓的平方成反比，故提高供電電壓無疑會抑制電網(wǎng)電壓波動的程度。 4）同樣的沖擊功率，短路容量越大，電壓的波動就越小。 5）靜止無功補償SVC由特殊電抗器和電容器組成，兩者之一或兩者都可控，它是一種并聯(lián)的無功功率

23、發(fā)生器和吸收器?！办o止”就是指它的主要元件不能旋轉(zhuǎn)。這種裝置在調(diào)節(jié)的快速性、功能的多樣性、工作的可靠性、投資和運行費用的經(jīng)濟性等方面均具有顯著的優(yōu)點。1.2.2 1.2.2 三相對稱性三相對稱性1.1.對稱性的概念對稱性的概念 三相供電系統(tǒng)中三相的電壓、電流幅值彼此相等及相位差保持為120的程度為三相供電的對稱性。反過來說，它們幅值彼此不相等及相位差偏離120的程度則為不對稱性，定義為不平衡度。電流和電壓的不平衡是影響電能質(zhì)量的一個重要指標。供電系統(tǒng)的三相不平衡主要是由三相負荷不對稱引起。電流和電壓的不平衡現(xiàn)象有短時的（一相不對稱短路、斷線等），也有持續(xù)的（一相非對稱運行方式，以及非對稱負荷等

24、）。 2 2不對稱的影響不對稱的影響 三相電壓不對稱時，電壓負序分量的存在會對電力設備的運行產(chǎn)生如下影響。1）變壓器 變壓器容量必須大于其負荷最大一相的容量的3倍，這樣一來，可能使其他兩相容量得不到充分的利用，導致三相電力變壓器的利用率降低。2）電動機 負序電流流入同步或異步電動機，使電動機產(chǎn)生附加損耗而過熱，產(chǎn)生附加轉(zhuǎn)矩而降低使用效率，使其有效轉(zhuǎn)距減小的同時，還會使電動機壽命降低。 3）變流裝置 對于多相整流裝置，不對稱電壓使各整流元件的導通時間和大小發(fā)生差異，嚴重影響多相脈沖的對稱性，降低了整流裝置的允許功率，從而導致部分元器件效能得不到充分利用。此外不對稱電壓對多相整流裝置會產(chǎn)生偶次非特

25、征諧波。 4）補償電容 不對稱電壓引起對稱連接的電容器的三相無功功率輸出不平衡，改變總無功功率的輸出。3 3對稱性的度量對稱性的度量 供電系統(tǒng)對稱性多從逆向-三相不平衡的程度來度量，即用不平衡度來表征。不平衡度的定義如下。I%=I1/I2100%U%=U1/U2100% 式中： 、 分別為三相電壓和電流的不平衡度；U1、I1分別為電壓和電流的正序分量方均根值；U2、I2分別為電壓和電流的負序分量方均根值。 供電系統(tǒng)三相不平衡度可用測量儀器測定。在三相電源及負荷對稱的系統(tǒng)中，由于在某一相上增設了單相負荷而引起的三相電壓不平衡度也可按下式進行估算。UI U%=SL(1) /Sk(3)100% 式中

26、： 為單相負荷的容量； 為計算點系統(tǒng)三相短路容量。S SL L(1)(1)S Sk k(3)(3)4 4不對稱的限值不對稱的限值 國際電工委員會（IEC）規(guī)定：3%、5%，國家標準GB/T15543電能質(zhì)量三相電壓允許不平衡度中規(guī)定：電力系統(tǒng)公共連接點的正常不平衡度允許值為2%，短時不得超過4%；接于公共連接點的每個用戶，引起該點電壓不平衡度允許值一般為1.3%。5 5三相不平衡的改善措施三相不平衡的改善措施 產(chǎn)生三相電壓不對稱的原因主要是單相負荷在三相系統(tǒng)中容量和位置的不合理分布，應采取的措施如下。 設計、建設供電系統(tǒng)時，注意使分布在三相上的單相負荷盡量均衡。還應考慮到設備功率因數(shù)的不同，使

27、有功和無功功率在三相系統(tǒng)亦盡量均衡。低壓系統(tǒng)三相之間的容量之差不宜超過15%。 將不對稱負荷盡量連接在短路容量較大的系統(tǒng)，甚至對不平衡負荷采用單相變壓器單獨供電。 采用平衡電抗器和電容器組成的電流平衡裝置使三相負荷能達到平衡。 對于大容量且較恒定的單相負荷，可以采用特殊接線的高壓大容量平衡變壓器。1.2.3 1.2.3 頻率頻率 1. 1. 頻率質(zhì)量的概念頻率質(zhì)量的概念 頻率變化會引起異步電動機轉(zhuǎn)速變化，從而導致傳動機械的產(chǎn)品質(zhì)量受影響；使與系統(tǒng)頻率有關的測控設備受其影響降低其性能，甚至不能正常工作；還會引起電動機的轉(zhuǎn)速和功率降低，導致傳動機械效率降低；引起異步電動機和變壓器勵磁電流增加，所消

28、耗的無功功率增加，惡化電力系統(tǒng)的電壓水平；頻率的變化還可能引起系統(tǒng)中濾波器失諧和電容器組發(fā)出的無功功率變化。頻率的質(zhì)量以頻率偏差來衡量，頻率偏差是電力系統(tǒng)實際基波頻率偏離標稱頻率的程度，即：f = f - fN 式中f為頻率偏差；f為實際基波頻率；fN為標稱頻率。2 2頻率偏差的允許值頻率偏差的允許值 我國采用的額定頻率為50Hz，在正常情況下，頻率的允許偏差是根據(jù)電網(wǎng)的裝機容量而定的。事故情況下，頻率允許偏差更大。頻率的允許偏差如下表。 電力系統(tǒng)頻率的允許偏差 頻率偏差通常由電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)，供配電系統(tǒng)一般不采用調(diào)整措施。1.2.4 1.2.4 電磁兼容性電磁兼容性 國際標準定義為：“設備或系統(tǒng)

29、在其電磁環(huán)境中能正常工作，且不對該環(huán)境中的任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力”。對于供配電系統(tǒng)而言主要是后者：不產(chǎn)生有害的電磁干擾主要是諧波污染，所以提高電磁兼容性，即是減小諧波的污染程度。1.1.諧波的概念諧波的概念 在理想情況下，我國電力系統(tǒng)中使用的工頻電壓的波形應為50Hz的正弦波。但電力系統(tǒng)中大量的非線性負荷使電壓波形發(fā)生畸變，畸變后的非工頻正弦波形按傅里葉級數(shù)分解為50Hz及其他更高的各種頻率的正弦波交流分量之和。50Hz的正弦波為基波，其他頻率均為基波頻率的整數(shù)倍，稱為高次諧波。電能的波形質(zhì)量是以正弦電壓的波形畸變程度來衡量，而波形的畸變則是用諧波的多少來表達。 （1）產(chǎn)生的原因

30、 電力諧波是由具有非線性伏安特性的負載設備引起的，電氣設備中的諧波源主要有3類。 1）半導體非線性元件：多相整流裝置；變頻調(diào)速裝置；開關整流電源；其他交直流換流設備、變流器、直流拖動設備的整流器，以及現(xiàn)代工業(yè)設施為節(jié)能和控制用的電力電子設備等。 2）電弧和鐵磁非線性設備：電弧爐；電力變壓器；非線性照明； 家用電器及辦公自動化設備。 3）并聯(lián)電容器：在供配電系統(tǒng)中無功補償廣泛應用到并聯(lián)電容器。系統(tǒng)中的電容器一方面由于其諧波阻抗小，系統(tǒng)高次諧波電壓會在其中產(chǎn)生明顯的高次諧波電流，使電容器過熱，嚴重影響其使用壽命；另一方面，電容器的投入使用也可能引起系統(tǒng)諧波嚴重放大。 （2）危害 1）使電網(wǎng)的電能質(zhì)

31、量下降：無功功率加大，功率因數(shù)降低；使公用電網(wǎng)的元件產(chǎn)生了附加諧波損耗，降低發(fā)、輸及用電設備的效率，大量的三次諧波流過中性線時會使線路過熱甚至發(fā)生火災；降低繼電保護、控制以及檢測裝置的工作精度和可靠性；使通信線路出現(xiàn)噪聲，干擾通信線路的正常工作；導致公用電網(wǎng)發(fā)生局部并聯(lián)諧振，從而使各種危害大增，甚至引起嚴重事故。 2）對各種電氣設備產(chǎn)生危害。 諧波流入變壓器，耦合到一次側(cè)繞組形成環(huán)流，增加額外損耗，使變壓器過熱，加速絕緣老化，壽命縮短，甚至燒壞。 導致電動機其鐵耗、銅耗增加，引起溫度升高，降低有功功率，產(chǎn)生機械振動和噪聲。 諧波縮短照明設施的壽命，特別是白熾燈。電壓的畸變會使熒光燈不易啟動，加

32、速老化。 諧波可能影響計算機程序正常運行，丟失數(shù)據(jù)，降低其穩(wěn)定性和可靠性，甚至損害計算機磁性元器件等硬件，還可能使計算機使用的UPS工作失常。 電壓表、電流表等受諧波影響會造成測量誤差，諧波較大時會引起電磁型和感應型儀表（例如電能表）計量混亂。諧波干擾會引起斷路器、熔斷器、繼電器、剩余電流保護電路、自動控制裝置誤動作，降低斷路器、自動開關、接觸器等開關設備的斷流能力。 高次諧波會使改善功率因數(shù)的電容過熱，易引起并聯(lián)電容與電網(wǎng)發(fā)生諧振。無功補償電容與系統(tǒng)中電感局部構(gòu)成的回路還可能會對高次諧波起放大作用，加劇諧波危害。 有高次諧波時，過零時電壓的變化率很高，產(chǎn)生的dv/dt可能會造成電子設備損壞或

33、誤動作，影響控制器正確開關。此外工作于低電壓水平的很多電子設備易受下限電壓的危害。 3）對通信造成的干擾。 諧波電壓的靜電干擾和諧波電流的電磁干擾，通過電容耦合、電磁感應引起通信系統(tǒng)的噪聲，使得信號質(zhì)量變差，損害通信的清晰度。 諧波和基波的綜合作用可能導致信息丟失，使通信系統(tǒng)無法正常工作，極端情況會威脅通信設備和人員的安全。 4）對配電系統(tǒng)的影響。 三相配電系統(tǒng)中，諧波電流（尤其是3次諧波）形成的零序電流在中性線或保護中線上相互疊加，導致中線或保護中線上的電流值過大，甚至超過相線電流。 諧波次數(shù)越高，集膚效應使諧波電流越趨向表面，導致導線內(nèi)截面流通的電流越少。而外表面的電流密度越大，使導線溫度

34、越升高。 （3）限值 國家技術監(jiān)督局1993年發(fā)布的國家標準GB/T14549電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波中，10kV電壓總諧波畸變率為4%，0.38kV為5%。2003年發(fā)布GB17625.1電磁兼容、限值、諧波電流發(fā)射限值（設備每相輸入限流16A）和GB/Z17625.6電磁兼容、限值、對額定電流大于16A的設備的低壓供電系統(tǒng)中產(chǎn)生的諧波電流的限制，對其限值范圍均有詳細規(guī)定。 必須把配電網(wǎng)中的諧波含量控制在國家標準限定的范圍之內(nèi)，而各種電氣設備也應能滿足電磁兼容的標準要求。下表分別列出了諧波電壓及電流的限值。 公共電網(wǎng)諧波電壓（相電壓）限值（據(jù)GB/T14549） 注入公共連接點的諧波電流允許值（

35、據(jù)GB/T14549）2.2.提高電磁兼容性的措施提高電磁兼容性的措施（1）主動措施 1）加強系統(tǒng)承受諧波的能力。 增大系統(tǒng)容量，可以增強系統(tǒng)承受諧波的能力，并降低系統(tǒng)的諧波電壓水平。 將諧波源負荷改由容量較大的母線供電，或改由高一等級電壓的電網(wǎng)供電。 2）中小功率非線性負載在電源和負載間級聯(lián)有源功率因數(shù)校正器APFC。APFC一般采用有源兩級多開關或兩級單開關結(jié)構(gòu)，處理負載消耗的所有功率，以校正電源輸出電流波形和相位。三相APFC的研究將是這一領域今后發(fā)展的重點。 3）改造大功率非線性負載。因其技術含量高，難度大，普遍存在成本高、效率低的缺點，運用尚不普遍。其改造方法有如下3種。 改用脈寬調(diào)

36、制技術，如PWM整流。 多重化技術，如多脈整流。 兩者的結(jié)合。 4）變壓器選型。 10（6）/0.4-0.23kV變壓器應選用Dyn11聯(lián)繞組 因其3n次諧波（n為正整數(shù)）在三角形接線的一次的繞組內(nèi)形成環(huán)流，不致注入公共電網(wǎng)，較之一次繞組接成星形的Yyn0聯(lián)繞組更能有效地抑制高次諧波。 三相整流變壓器采用Yd或Dy接線 因為采用此兩種接線的三相整流變壓器都有一組繞組，能使注入電網(wǎng)的諧波電流中消除3及3的倍數(shù)次諧波。 5）增加換流器的相數(shù) 相數(shù)增加，諧波電流將減小。 6）氣體放電光源將電子式和電感式鎮(zhèn)流器混用，可將兩者主要諧波相位錯開，互相抵消。 （2）被動措施 通過設置各種濾波設備或者其他設備

37、來吸收、補償已產(chǎn)生的諧波。 1）無源電力濾波器PPF。 由電力電容、電抗和電阻等無源元件通過適當組合而成的PPF，除起濾波作用外，還兼顧無功補償。它結(jié)構(gòu)簡單、成本低、技術成熟、運行費用低，是目前使用最普遍，技術和經(jīng)濟上都較合理的抑制諧波的方式。高壓PPF裝在建筑物10kV配電系統(tǒng)的電源公共連接點，各電源母線均安一套，各用戶共用；低壓PPF裝在配電變壓器低壓母線及長干線末端用戶配電箱諧波源附近。 2）有源電力濾波器APF。 它取得補償信號參考值后，通過反饋環(huán)節(jié)控制變流器的開關器件，使變流器產(chǎn)生與參考信號相等的諧波信號，自動跟蹤補償諧波的變化。故能高度可控和快速響應地抑制幅值和頻率都變化的各次諧波

38、，又可對變化的無功進行補償，其補償特性不受系統(tǒng)阻抗的影響，具有自適應能力。 有源電力諧波器既可與諧波源設備配套使用，用于消除特定設備的諧波污染，也可單獨用于配電網(wǎng)消除某些分散性諧波（如家用電器等）造成的電網(wǎng)諧波。它是20世紀80年代迅速發(fā)展的治理諧波污染的新裝置。 （3）建筑物電磁污染治理 1）民用建筑物與高壓、超高壓輸電線和雷達站之間應保持足夠的安全距離。 2）除醫(yī)院醫(yī)技樓、專業(yè)實驗室等，建筑物內(nèi)不應設置大型有電磁輻射的裝置、核輻射裝置和電磁輻射較為嚴重的高頻電子設備。對必須安裝這些設備的醫(yī)技樓、專業(yè)實驗室等必須采取屏蔽措施。 3）對大功率射頻干擾源的設備及安裝設備的建筑物應采取板屏蔽、網(wǎng)屏

39、蔽、室屏蔽等屏蔽措施。 （4）供電線路的諧波治理 1）民用建筑的低壓配電，尤其是用電負荷主要為單相用電設備供電的配電干線，中性線（N）的截面不應小于相線截面積。大量集中使用計算機、電視等電子設備供電的場合，TN系統(tǒng)配電回路的N線及PEN線的截面積不應小于相線截面積的2倍，以增加其載流量，避免導線過載發(fā)熱而損壞。 2）電子設備和元件較多的配電線路，應選帶中性線過流保護的開關電器，且應適當加大斷路器的斷流容量，防止短路故障因諧波干擾導至斷流容量不足而損壞開關和設備。 3）為防止電力電容器對諧波的放大，以致引起諧振過電壓或過電流，對電容器的設置應注意如下幾點。 適當調(diào)整電容器的安裝位置，以改變網(wǎng)絡參

40、數(shù)。 根據(jù)可能產(chǎn)生諧振的諧波次數(shù)，確定電容器的容量，或調(diào)整電容器投切分組容量，以避開諧振點。 電容器回路中串適當?shù)目招碾娍蛊?，限制電容器支路的諧波電流。裝設電抗器的電抗率（感抗與容抗之百分比），取決于系統(tǒng)的諧波：3次諧波突出，電抗率為12%13%；5次諧波突出，電抗率為4.5%6%。 相當于電容器容量4%6%的串聯(lián)電抗器，限制35次諧波電流； 為X光機、CT機，核磁共振機等設備供電的變壓器及饋線，應盡可能降低電源阻抗。1.2.5 1.2.5 供電可靠性供電可靠性 1.1.可靠性的慨念可靠性的慨念 供電可靠性是以對用戶停電的時間及次數(shù)來衡量的，常用供電可靠率Krel表示。Krel即實際供電時間與

41、統(tǒng)計期其全部時間的比值的百分數(shù)表示。 Krel=Tw/Tt100% Tw=Tt-Ts 式中,Tw為統(tǒng)計期實際供電時間之和（h）；Tt為統(tǒng)計期全部時間（h）；Ts為統(tǒng)計期內(nèi)停電時間之和（h）；ti為統(tǒng)計期內(nèi)每次停電時間（h）。停電時間應包括事故停電、計劃檢修停電及臨時性停電時間。 2. 2. 按可靠性的負荷分類按可靠性的負荷分類 國家規(guī)范依據(jù)中斷供電在政治、經(jīng)濟上造成損失或影響的程度，將電力負荷按其對供電可靠性的要求分為3級。 （1）一級負荷 中斷供電將造成人身傷亡，將在政治上、經(jīng)濟上造成重大損失（如重大設備損壞，重大產(chǎn)品報廢，用重要原料生產(chǎn)的產(chǎn)品大量報廢，國民經(jīng)濟重點企業(yè)的連續(xù)性生產(chǎn)過程被打亂

42、而需要長時間恢復等），將影響有重大政治、經(jīng)濟影響的用電單位的正常工作的負荷為一級負荷。 （2）二級負荷 中斷供電將在政治上、經(jīng)濟上造成較大損失（如主要設備損壞，大量產(chǎn)品報廢，連續(xù)生產(chǎn)過程被打亂需較長時間才能恢復，重點企業(yè)大量減產(chǎn)等），將影響重要用電單位正常工作，將造成較多人員集中的重要場所秩序混亂（如大型劇院、大型商場等）的負荷為二級負荷。 （3）三級負荷 一級和二級外的其它負荷。對一些非連續(xù)性生產(chǎn)的中小型企業(yè)，停電僅影響產(chǎn)量或造成少量產(chǎn)品報廢的用電設備，以及一般民用建筑的用電負荷均屬三級負荷。 三級負荷對供電電源沒有特殊要求，一般由單回電力線路供電即可。1.3 1.3 電源電源1.3.1 1

43、.3.1 明備用與暗備用明備用與暗備用 明備用和暗備用是針對雙電源供電系統(tǒng)供電電源分工的方式而言，多與此兩電源自動切換裝置(APD)聯(lián)系密切，如圖1-8所示。 （1）明備用方式 兩電源供同一系統(tǒng)用電，一電源為工作電源，另一電源為備用電源。各自工作/備用供電分工明確的供電方式為明備用。 如圖1-8a所示，S1為工作電源，S2為備用電源。正常時工作電源S1向母線供電，當S1因故障失壓時， APD自動使QF分閘、QF合閘，系統(tǒng)改由備用電源S2代替S1供電，從而保證供電的連續(xù)性。 （2）暗備用方式 兩電源同時各為同一系統(tǒng)的不同部分供電，為各自部分的工作電源。而兩電源又彼此為對方后備，為各自另一部分潛在

44、的備用電源。這種工作/備用潛在的供電方式為暗備用。 如圖1-8b，S1為母線WB1的工作電源，S2為母線WB2的工作電源。且S1為WB2潛在備用，S2為WB1潛在備用。正常時QF分閘，S1向 WB1、S2向WB2供電。如S1因故障失壓時，APD自動使QF分閘、QF合閘。電源S2向WB2供電的同時，還代替S1向 WB1供電（因供電能力，可能WB1/2上要減少部分負荷），從而保證整系統(tǒng)供電的連續(xù)性。反之，S2失電壓，亦然。 a）明備用方式 b）暗備用方式圖1-8 APD與電源備用方式示意圖1.3.2 1.3.2 集中式與分布式集中式與分布式 1.1.集中式電源集中式電源 將不同地域、不同電壓等級、

45、不同發(fā)電方式發(fā)出的電能集中于統(tǒng)一的系統(tǒng)供電，則形成了集中式電源。我國的國家電網(wǎng)便是其典型代表。 2.2.分布式電源分布式電源 分散于各地，未并入集中式電網(wǎng)的個別、獨立式發(fā)電站，相對于集中式電源便是分布式電源。大、中企業(yè)熱電聯(lián)產(chǎn)未并網(wǎng)的自備式余熱發(fā)電站，分散于各風區(qū)、地熱點的風力、地熱發(fā)電站均屬此。1.3.3 1.3.3 應急電源與備用電源應急電源與備用電源 為正常電源后備的電源即后備電源，包括應急電源與備用電源。 1.1.后備電源的功能分類后備電源的功能分類 (1)備用電源 當正常電源斷電時，基于非安全原因維持電氣裝置或其某些部分用電所需的電源。 (2)應急電源 為了人體和家畜的健康和安全，為

46、避免對環(huán)境或其他設備造成損失，對應急供電系統(tǒng)供電的電源，又稱為安全設施電源。為絕對保證應急供電系統(tǒng)的供電，防止應急電源超荷斷電，規(guī)范不允許應急供電系統(tǒng)外其他負荷由應急電源供電。 2.2.后備電源的技術分類后備電源的技術分類 (1)取自電網(wǎng) 1）另一路獨立電源來自另一個上級變電所，由于與原供電源非直接共用供電級，故獨立性好。 2）另一路電源取自同一個上級變電所，由于與原電源直接共用供電級，若直接供電的上一級變電所斷電，此電源也無備用能力，獨立性更差。 （2）逆變電源 市電整流，對蓄電池充電，其直流逆變?yōu)榻涣鞴╇?。又有以下有兩種。 1）UPS。一直接入市電，不間斷對蓄電池浮充，可無間斷“交-直-交”逆變供電，缺點是功率較小。 2）EPS。市電對電池充電后設備不再接入市電，后備供電時通過切換，瞬間應急“直-交”逆變供電。節(jié)能效率更高，功率可更大。