供電系統(tǒng)課件

1、第一章供電系統(tǒng)第一節(jié)電力系統(tǒng)基礎(chǔ)由發(fā)電廠、電力網(wǎng)與電能用戶（電力負荷）所組成的整體，叫電力系統(tǒng)，它的任務(wù)是生產(chǎn)、變換、輸送、分配與消費電能。一、電力系統(tǒng)目前以火力發(fā)電廠和水力發(fā)電廠為主。其他類型有核電廠、風力發(fā)電廠、潮汐發(fā)電廠、地熱發(fā)電廠和太陽能發(fā)電廠等。根據(jù)電壓等級的高低，將電力網(wǎng)分成低壓、高壓、超高壓和特高壓等四種。電壓在1kV以下的電網(wǎng)為低壓電網(wǎng)；3330kV的為高壓電網(wǎng)；3301000kV的為超高壓電網(wǎng)；1000kV以上的為特高壓電網(wǎng)。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)。電力系統(tǒng)中的二次系統(tǒng)包括繼電保護、測量和調(diào)度等環(huán)節(jié)。變電所有升壓和降壓之分，根據(jù)它

2、在電力網(wǎng)中所處的地位不同，又分為樞紐、地區(qū)、企業(yè)變電所及車間變電所等，主要由電力變壓器和開關(guān)控制設(shè)備等組成。變電所中主要設(shè)備有變壓器T、母線WB、斷路器QF、隔離開關(guān)QS等，如圖12所示，其他還有保護和測量裝置以及所用電操作電源等設(shè)備。母線是匯集受電電源和配出負荷線路的設(shè)備，常用的母線材料是鋼芯鋁絞線和矩形鋁板。斷路器用作線路主開關(guān)，有性能較好的滅弧裝置，用來切、合負荷及事故電流，決定線路的運行狀態(tài)。隔離開關(guān)因沒有滅弧裝置，不能切斷負荷電流和事故（短路等）電流，故主要在檢修等情況下用來隔離電源，通過其明顯的斷口結(jié)構(gòu)，保證操作人員的安全。 圖12變電所的主要設(shè)備及符號二、電力負荷及對供電的要求（

3、一）電力負荷電力負荷是電力系統(tǒng)中所有用電設(shè)備消耗功率的總和。將各工業(yè)部門消耗的電功率與農(nóng)業(yè)、交通運輸業(yè)、通訊業(yè)和市政生活等所消耗的電功率相加即為電力系統(tǒng)的綜合用電負荷，該負荷再加上電力網(wǎng)中損耗的功率就是系統(tǒng)中各發(fā)電廠應提供的功率，稱為電力系統(tǒng)的供電負荷。供電負荷再加上各發(fā)電廠本身消耗的功率（廠用電），就是系統(tǒng)中各發(fā)電機應發(fā)出的功率，稱為電力系統(tǒng)的發(fā)電負荷。（二）電力負荷分級及其對供電的要求1一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，或打亂復雜的生產(chǎn)過程并使大量產(chǎn)品報廢，給國民經(jīng)濟帶來極大損失。特殊重要的一級負荷通常稱為保安負荷。對保安負荷必須備有應急使

4、用的可靠電源。以便當工作電源突然中斷時，保證企業(yè)安全停產(chǎn)。一級負荷要求由兩個獨立電源供電。對特殊重要的一級負荷，必須由兩個獨立電源供電。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。2二級負荷這類負荷若突然斷電，將造成生產(chǎn)設(shè)備局部損壞，或生產(chǎn)流程紊亂且恢復較困難，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，

5、它在工業(yè)企業(yè)中占的比例最大。二級負荷應由兩回線路供電，兩回線路應盡可能引自不同的變壓器或母線段。當取得兩回線路確有困難時，允許由一回專用架空線路供電。3三級負荷凡不屬于一、二級負荷的用電設(shè)備，均列為三級負荷。三級負荷對供電無特殊要求，允許較長時間停電，可用單回線路供電。（三）用戶對供電的基本要求1保證供電安全可靠安全是指不發(fā)生人身觸電事故和因電氣故障而引起的爆炸、火災等重大災害事故。供電的可靠性是指供電系統(tǒng)不間斷供電的可能程度。2保證供電電能質(zhì)量對于用戶，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±0.20.5Hz，正弦交流的波形畸變極限值在35的允許范圍

6、之內(nèi)。3保證供電系統(tǒng)的經(jīng)濟性三、電力系統(tǒng)的電壓（一）額定電壓（UN）能使受電器（電動機、白熾燈等）、發(fā)電機、變壓器等正常工作的電壓，稱為電氣設(shè)備的額定電壓。當電氣設(shè)備按額定電壓運行時，一般可使其技術(shù)性能和經(jīng)濟效果為最好。（二）額定電壓等級電氣設(shè)備的額定電壓在我國已經(jīng)統(tǒng)一標準化，發(fā)電機和用電設(shè)備的額定電壓分成若干標準等級，電力系統(tǒng)的額定電壓也與電氣設(shè)備的額定電壓相對應，它們統(tǒng)一組成了電力系統(tǒng)的標準電壓等級。國家標準GB1561993標準電壓規(guī)定的3kV以下的電氣設(shè)備與系統(tǒng)（電力網(wǎng)）額定電壓等級如表11所示；3kV及以上的設(shè)備與電力網(wǎng)額定電壓和與其對應的設(shè)備最高電壓如表12所示。3kV及以上的高壓

7、主要用于發(fā)電、配電及高壓用電設(shè)備；110kV及以上高壓與超高壓主要用于遠距離的電力輸送。表11 3kV以下電氣設(shè)備與系統(tǒng)的額定電壓等級（V）直 流單相交流三相交流受電設(shè)備供電設(shè)備受電設(shè)備供電設(shè)備受電設(shè)備供電設(shè)備1.51.522336122461224612246122436363642364236423642486072486072110220115230100127*220100133*230100127*220380100133*230400400，4408001000400，46080010003806601140*4006901200*注：1）電氣設(shè)備和電子設(shè)備分為供電設(shè)備與受電設(shè)備兩

8、大類，受電設(shè)備的額定電壓也是電力系統(tǒng)的額定電壓。2）直流電壓為平均值，交流電壓為有效值。3）在三相交流欄下，斜線“”之上為相電壓，斜線之下為線電壓，無斜線者都是線電壓。4）帶“”號者為只用于電壓互感器、繼電器等控制系統(tǒng)的電壓，帶“”號者為使用于單臺供電的電壓。帶“*”號者為只用于煤礦井下、熱工儀表和機床控制系統(tǒng)的電壓，帶“*”號者為只限于煤礦井下及特殊場合使用的電壓。表12 三相交流3kV及以上的設(shè)備與系統(tǒng)的額定電壓和與其對應的設(shè)備最高電壓（kV）受電設(shè)備與系統(tǒng)額定電壓供電設(shè)備額定電壓設(shè)備最高電壓36103.15（3.3）6.3（6.6）10.5（11）3.56.911.513.8*；15.7

9、5*；18*；20*；22*；24*；26*356311022033050075038.56912124236355080040.572.6126252363550800注： 帶“*”號者只用作發(fā)電機電壓； 括號內(nèi)的數(shù)據(jù)只用作電力變壓器。在表12中，供電設(shè)備欄的額定電壓為發(fā)電機和變壓器二次繞組的額定電壓，受電設(shè)備欄的額定電壓為變壓器一次繞組和用電設(shè)備的額定電壓。國家標準規(guī)定，供電設(shè)備額定電壓高出電網(wǎng)和受電設(shè)備額定電壓510，用以補償正常負荷時的線路電壓損失，從而使受電設(shè)備獲得近于額定值的電壓。表12中的“設(shè)備最高電壓”是根據(jù)設(shè)備的絕緣性能和一些其它有關(guān)性能（如變壓器的磁化電流、電容器的損耗等）

10、而確定的最高運行電壓，通常不超過該級系統(tǒng)額定電壓的1.15倍。電力變壓器常接在電力系統(tǒng)的末端，相當于電網(wǎng)的負載，故規(guī)定其一次繞組額定電壓與用電設(shè)備相同。當變壓器離發(fā)電機很近時（如發(fā)電廠的升壓變壓器等），則規(guī)定其一次繞組的額定電壓與發(fā)電機相同。同理，當變壓器靠近用戶，配電距離較近時，可選用二次繞組額定電壓比用電設(shè)備額定電壓高出5的變壓器；否則應選用二次繞組額定電壓高出10的變壓器。電力變壓器二次繞組額定電壓均指空載電壓，高出的10電壓用來補償正常負載時變壓器內(nèi)部阻抗和線路阻抗所造成的電壓損失。對于110kV及以下的配電線路，其輸電容量與距離的關(guān)系見表13。表13各種電壓線路送電容量與距離的參考值

11、電網(wǎng)電壓kV架空線路電纜線路輸送容量MW輸送距離km輸送容量MW輸送距離km0.220.060.150.10.20.0380.10.250.1750.353.01.0131.51.86.02.05103.08103.08155.010351020706030301001105050150220500100300在有總降壓變電所（35110kV受電）的工礦企業(yè)中，經(jīng)驗證明當610kV用電設(shè)備的負荷占企業(yè)總負荷的3040以上時，企業(yè)內(nèi)部的高壓配電電壓采用610kV為宜。礦山企業(yè)的井下高壓配電正在推廣使用10kV級。（三）平均額定電壓習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

12、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。在電力系統(tǒng)中，各種標準電壓等級的平均額定電壓分別為：0.23，0.4，6.3，10.5，37，115，230kV等。 圖13供電線路上電壓的變化（四）額定電流電氣設(shè)備的額定電流是指在一定的基準環(huán)境下，允許連續(xù)通過設(shè)備的長時最大工作電流，在該電流的作用下，設(shè)備的載流部分與絕緣的最高溫度不超過規(guī)定的允許值。我國采用的基準環(huán)境溫度如下：電力變壓器和電器（周圍空氣溫度） 40；發(fā)電機（冷卻空氣溫度） 3540；裸導線，絕緣導線和裸母線（周圍空氣溫度） 25；電力電纜：空氣中敷設(shè) 30；直埋敷設(shè) 25。電力變壓器的的額定容量常用視在

13、功率表示，這樣便于各種設(shè)計參數(shù)的確定。四、電壓偏移及調(diào)整（一）電壓降與電壓損失電壓降即線路兩端電壓的相量差，而線路兩端電壓的幅值差UU1U2稱為電壓損失，它近似等于電壓降的水平分量。電壓損失常用它對額定電壓UN的百分比來表示，稱為電壓損失百分值。其表達式為 （18）（二）電壓偏移及危害電力負荷的大小是變動的，當最大負荷時，電網(wǎng)內(nèi)電壓損失增大，使用電設(shè)備的端電壓降低；反之則升高。因此，用電設(shè)備的端電壓是隨電力負荷的變化而變化的，這種緩慢變化的、實際電壓與額定電壓之差稱為電壓偏移，即 （19）為正偏移，為負偏移。與電壓損失一樣，電壓偏移一般也用它對額定電壓的百分比來表示，稱為電壓偏移百分值。其表達

14、式為 （110）按照供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范（GB500521995）規(guī)定：正常運行情況下，用電設(shè)備端子處電壓偏移的允許值為：1）電動機：±5。2）照明燈：一般工作場所±5；在視覺要求較高的室內(nèi)場所5、2.5；在遠離變電所的小面積一般工作場所，難以滿足上述要求時為5、10，如應急照明、道路照明和警衛(wèi)照明等。3）其它無特殊規(guī)定的用電設(shè)備：±5。（三）電壓調(diào)整措施1正確選擇供電變壓器的變比和電壓分接頭一般變壓器高壓側(cè)電壓分接頭可調(diào)整的總范圍是10，按±5、±2×2.5或0、2×5等制造，利用電壓分接頭改變變壓器的變比，調(diào)整其二次線圈電

15、壓，保證用電設(shè)備的端電壓不超過允許值。2合理減少供配電系統(tǒng)的阻抗3均衡安排三相負荷4合理調(diào)整供電系統(tǒng)的運行方式6采用有載調(diào)壓變壓器五、負荷對供電質(zhì)量的影響（一）電壓波動和閃變1電壓波動和閃變的概念供電系統(tǒng)中的電壓有效值快速變化的現(xiàn)象叫做電壓波動。電壓波動是由于負荷急劇變動，引起系統(tǒng)的電壓損耗快速變化，從而使電氣設(shè)備的端電壓出現(xiàn)快速變化而產(chǎn)生的。電壓波動對照明的影響最為明顯，可使照明燈發(fā)生明顯的閃爍，故稱為“閃變”。2電壓波動和閃變的抑制1）采用專線或?qū)Ｓ米儔浩鞴╇?，選用短路容量較大或電壓等級較高的電網(wǎng)供電。2）降低線路阻抗。3）采用靜止補償裝置。（二）諧波干擾1高次諧波的概念高次諧波是指對周期

16、性非正弦波形按傅立葉方法分解后所得到的頻率為基波頻率整數(shù)倍的所有高次分量，而基波頻率就是50Hz。高次諧波簡稱“諧波”。2高次諧波的抑制（1）大容量的非線性負荷由短路容量較大的電網(wǎng)供電。（2）三相整流變壓器采用Yd或Dy聯(lián)結(jié)。（3）增加整流變壓器二次側(cè)的相數(shù)。（4）裝設(shè)分流濾波器。（5）裝設(shè)靜止補償裝置（SVC）。六、電力系統(tǒng)的運行特點供電中斷會造成嚴重后果；電力系統(tǒng)中的過渡過程非常迅速，容易產(chǎn)生過電壓，損壞設(shè)備的絕緣；電能目前尚不能大量儲存，只能隨產(chǎn)隨用。 第二節(jié)供電系統(tǒng)的接線方式供電系統(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)式及兩端供電式等接線系統(tǒng)；按其網(wǎng)絡(luò)接線運行方式可分為

17、開式和閉式網(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)。一、供電系統(tǒng)接線方式的要求（一）安全可靠（二）操作方便，運行靈活（三）經(jīng)濟合理（四）便于發(fā)展二、供電系統(tǒng)的接線方式（一）無備用系統(tǒng)接線無備用系統(tǒng)接線如圖15所示，其中a為單回路放射式，b為直接聯(lián)接的干線式，c為串聯(lián)型干線式。 圖15無備用系統(tǒng)接線無備用系統(tǒng)接線簡單、運行方便、易于發(fā)現(xiàn)故障，缺點是供電可靠性差。所以這種接線主要用于對三級負荷和一部分次要的二級負荷供電。放射式的主要優(yōu)點是供電線路獨立、線路故障互不影響、故障停電范圍小、易于實現(xiàn)自動化、繼電保護設(shè)置整定簡單、保護動作時間短等。缺點是電源出線回路較多，設(shè)備和投

18、資也多。干線式的主要優(yōu)點是線路總長度較短，造價較低，可節(jié)約有色金屬；由于最大負荷一般不同時出現(xiàn)，系統(tǒng)中的電壓波動和電能損失較??；電源出線回路數(shù)少，可節(jié)省設(shè)備。缺點是前段線路公用，增多了故障停電的可能性。（二）有備用系統(tǒng)的接線有備用系統(tǒng)的接線方式有雙回路放射式、雙回路干線式、環(huán)式和兩端供電式等，如圖16至圖l8所示。它們的主要優(yōu)點是供電可靠性高，正常時供電電壓質(zhì)量好。但是設(shè)備多，投資大。1雙回路放射式由于每個用戶用雙回路供電，故線路總長度長，電源出線回路數(shù)和所用開關(guān)設(shè)備多，投資大；如果負荷不大，常會造成有色金屬的浪費。優(yōu)點是當雙回路同時工作時，可減少線路上的功率損失和電壓損失。這種結(jié)線適用于負荷

19、大或獨立的重要用戶。對于容量大，而且特別重要的用戶，可采用圖16b所示的母線用斷路器分段的結(jié)線，從而可以實現(xiàn)自動切換，提高供電系統(tǒng)的可靠性。 圖16雙回路放射式接線2環(huán)式環(huán)式接線系統(tǒng)所用設(shè)備少，各線路途徑不同，不易同時發(fā)生故障，故可靠性較高且運行靈活；因負荷由兩條線路負擔，故負荷波動時電壓比較穩(wěn)定，缺點是故障時線路較長，電壓損失大（特別是靠近電源附近段故障）。故這種系統(tǒng)適于負荷容量相差不大，所處地位離電源都較遠，而彼此較近及設(shè)備較貴的用戶。兩端供電式網(wǎng)絡(luò)和環(huán)式具有大致相同的特點，比較經(jīng)濟。但必須具有兩個以上獨立電源且與各負荷點的相對位置合適。圖17環(huán)式接線3雙回路干線式雙回路干線式接線如圖18

20、a所示。它較雙回路放射式線路短，比環(huán)式長，所需設(shè)備較放射式少，但繼電保護較放射式復雜。 圖18雙回路干線式接線低壓供電系統(tǒng)接線方式的基本類型與高壓系統(tǒng)相似。在大中型工礦企業(yè)供電系統(tǒng)中的有備用系統(tǒng)接線，一般多采用雙回放射式或環(huán)式接線。三、變電所的主接線變電所的主接線是由各種電氣設(shè)備（變壓器、斷路器、隔離開關(guān)等）及其連接線組成，用以接受和分配電能，是供電系統(tǒng)的組成部分。它與電源回路數(shù)、電壓和負荷的大小、級別以及變壓器的臺數(shù)、容量等因素有關(guān)，所以變電所的主結(jié)線有多種形式。確定變電所的主結(jié)線對變電所電氣設(shè)備的選擇、配電裝置的布置及運行的可靠性與經(jīng)濟性等都有密切的關(guān)系，是變電所設(shè)計的重要任務(wù)之一。（一）

21、線路變壓器組接線當供電電源只有一回線路，變電所裝設(shè)單臺變壓器時，宜采用線路變壓器組結(jié)線，如圖19所示。圖19線路變壓器組接線a進線為隔離開關(guān)；b進線為跌落式保險；c進線為斷路器變電所變壓器的高壓側(cè)可以裝設(shè)隔離開關(guān)QS、高壓跌落式熔斷器FU或高壓斷路器QF受電，裝設(shè)哪種設(shè)備合適視具體情況而定。線路變壓器組接線方式的優(yōu)點是結(jié)線簡單，使用的設(shè)備少，基建投資省。缺點是供電可靠性低，當主接線中任一設(shè)備（包括供電線路）發(fā)生故障或檢修時，全部負荷都將停電。所以這種接線方式多用于僅有二、三級負荷的變電所，如大型企業(yè)的車間變電所和小型用電單位的10kV變電所等。（二）橋式接線為了保證對一、二級負荷進行可靠供電，

22、在企業(yè)變電所中廣泛采用由兩回電源線路受電和裝設(shè)兩臺變壓器的橋式主接線。橋式接線分為內(nèi)橋、外橋和全橋三種，其接線如圖110所示。圖110橋式接線a外橋接線；b內(nèi)橋接線；c全橋接線圖中WL1和WL2為兩回電源線路，經(jīng)過斷路器QF1和QF2分別接至變壓器T1和T2的高壓側(cè)，向變電所送電。斷路器QF3猶如橋一樣將兩回線路連在一起，由于斷路器QF3可能位于線路斷路器QF1、QF2的內(nèi)側(cè)或外側(cè)，故又分為內(nèi)橋和外橋接線。全橋接線適應性強，對線路、變壓器的操作均方便，運行靈活，且易于擴展成單母線分段式的中間變電所（高壓有穿越負荷時）。缺點是設(shè)備多、投資大，變電所占地面積較大。外橋接線對變壓器的切換方便，比內(nèi)橋

23、少兩組隔離開關(guān)，繼電保護簡單，易于過渡到全橋或單母線分段的接線，且投資少，占地面積小。缺點是倒換線路時操作不方便，變電所一側(cè)無線路保護。所以這種結(jié)線適用于進線短而倒閘次數(shù)少的變電所；或變壓器采取經(jīng)濟運行需要經(jīng)常切換的終端變電所；以及可能發(fā)展為有穿越負荷的變電所。內(nèi)橋接線一次側(cè)可設(shè)線路保護，倒換線路時操作方便，設(shè)備投資與占地面積均較全橋少。缺點是操作變壓器和擴建成全橋或單母線分段不如外橋方便。所以適用于進線距離長，變壓器切換少的終端變電所。對于內(nèi)橋接線，為了在檢修線路斷路器QF1或QF2時不使供電中斷，可在線路斷路器的外側(cè)增設(shè)由兩組隔離開關(guān)構(gòu)成的跨條，并且在跨條上聯(lián)接所用電變壓器T3，如圖110

24、b虛線所示。（三）單母線分段式接線有穿越負荷的兩回電源進線的中間變電所，其受、配電母線以及橋式結(jié)線變電所主變壓器二次測的配電母線，多采用單母線分段的接線方式，如圖111所示。圖111單母線分段主接線多用于具有一、二級負荷，且進、出線較多的變電所。母線采用斷路器分段比用隔離開關(guān)操作方便，運行靈活，可實現(xiàn)自動切換以提高供電的可靠性。一般只在出線較少，供電可靠性要求不高時，為了經(jīng)濟才采用隔離開關(guān)作為母線的聯(lián)絡(luò)開關(guān)。單母線分段主接線的不足之處是當其中任一段母線需要檢修或發(fā)生故障時，接于該段母線的全部進、出線均停止運行。為此，一、二級負荷必須由接在兩段母線上的環(huán)形系統(tǒng)或雙回路供電，以便互為備用。單母線分

25、段比雙母線所用設(shè)備少，系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟，操作安全。（四）雙母線接線雙母線接線如圖112所示。這種接線方式有兩組母線WB1和WB2，兩組母線之間用斷路器QF聯(lián)絡(luò)，每一回路都通過一臺斷路器和兩臺隔離開關(guān)分別接到兩組母線上，因此不論哪一回路電源與哪一組母線同時發(fā)生故障，都不影響對用戶的供電，故可靠性高，運行靈活。雙母線接線的缺點是設(shè)備投資多，接線復雜，操作安全性較差。這種接線主要用于負荷容量大，可靠性要求高，進、出線回路多的重要變電所。圖112雙母線接線第三節(jié) 典型企業(yè)供電系統(tǒng)企業(yè)的受電電源，一般為電力系統(tǒng)中的地區(qū)或工業(yè)區(qū)變電所，受電電壓為6、10、35kV不等，視企業(yè)的負荷大小、性質(zhì)及上級變電所的供

26、電電壓而定。大型且具有一、二級負荷的工礦企業(yè)常采用35kV雙電源受電，總降壓變電所與高壓配電線路按一定的結(jié)線方式聯(lián)接，組成企業(yè)的35610kV高壓供電系統(tǒng)，為各車間及高壓用電設(shè)備供電。各車間變電所與低壓配電線路按一定的結(jié)線方式，組成企業(yè)的（610）0.4kV低壓供電系統(tǒng)。城市各單位及中小型一般企業(yè)，常采用10kV單電源受電。一、大型企業(yè)35610kV供電系統(tǒng)大型企業(yè)的一、二級負荷占有相當?shù)谋戎?，負荷總量也較大，其35610kV總降壓變電所的一次接線如圖l13所示。圖113大型企業(yè)35610kV總降壓變電所一次接線圖1需限制短路電流的一、二級負荷；2高壓靜電電容器；3，4企業(yè)一、二級負荷組；58

27、企業(yè)各三級負荷；9所內(nèi)低壓動力變壓器；10其他三類負荷；1114備用出線柜二、具有一、二級負荷的車間（610）0.4kV供電系統(tǒng)這種車間供電系統(tǒng)與35610kV供電系統(tǒng)類似，為了保證供電的可靠性，必須采用雙回路受電，并設(shè)置兩臺（610）0.4kV低壓動力變壓器，車間變電所的一次接線如圖114所示。圖114具有一、二級負荷的車間（610）0.4kV變電所一接線圖1，2車間一、二級低壓負荷；3，4，6，8各低壓動力負荷；5低壓照明負荷；7，9低壓補償電容器三、供電系統(tǒng)的運行方式供電系統(tǒng)的運行方式是指系統(tǒng)中的線路、設(shè)備在運行中的電器開關(guān)聯(lián)接關(guān)系。在供電設(shè)計中，供電系統(tǒng)的運行方式涉及大部分設(shè)計內(nèi)容，如

28、電費計算、設(shè)備選擇、短路計算、保護設(shè)置與整定等等。（一）各種運行方式的概念1按電氣設(shè)備運行分（1）并聯(lián)運行。各電氣設(shè)備或線路同時帶電運行，且電氣上符合并聯(lián)關(guān)系的運行方式。（2）分列運行。各電氣設(shè)備或線路同時帶電運行，但電氣上不構(gòu)成并聯(lián)關(guān)系的運行方式。兩臺設(shè)備或兩回線路采用分列運行，其電源側(cè)通過上級變電所直到大電力網(wǎng)一般是聯(lián)接在一起的，但它們的負荷側(cè)則無直接的電聯(lián)系因而不構(gòu)成并聯(lián)關(guān)系。（3）一臺（路）使用、一臺（路）備用。部分設(shè)備或線路帶電運行、部分作備用的運行方式。2按系統(tǒng)運行分（1）主要運行方式。正常情況下，用電戶供電系統(tǒng)的長時運行方式,可以是全并聯(lián)、全分列、部分并聯(lián)、部分分列等各種組合下的

29、運行方式。（2）故障運行方式。系統(tǒng)出現(xiàn)故障時、切除部分設(shè)備或線路后繼續(xù)供電以維持生產(chǎn)或保安負荷需要的運行方式。3按短路電流計算分（1）最大運行方式。從短路點向電源方向計算，運行阻抗最小，使該點短路電流為最大的運行方式。一般情況下，并聯(lián)運行會使總的運行阻抗降低，串聯(lián)運行會使總的運行阻抗增大。（2）最小運行方式。從短路點向電源方向計算，運行阻抗最大，使該點短路電流為最小的運行方式。不同的地點的最大、最小短路電流是選擇校驗電氣設(shè)備和系統(tǒng)繼電保護整定校驗的重要參數(shù)。（二）用戶35kV變電所運行方式優(yōu)化分析135kV電源線路兩回線路采用分列運行，該方案同樣是線路獨立，保護設(shè)置方便、簡單、容易整定，而且運

30、行靈活、短路電流相對較小，負荷電流近似為用戶總電流的一半，故電壓損失和功率損失都較小，等于集中了前兩種方案的優(yōu)點，所以是較優(yōu)的運行方式。此時35kV母聯(lián)開關(guān)QF7（圖113）應處于分閘狀態(tài)。2主變壓器兩臺主變壓器若采用并聯(lián)運行，雖有負荷分配容易，損耗低等優(yōu)點，但運行上不獨立，保護設(shè)置困難，6kV母線上的短路電流大，對設(shè)備的短路承受能力要求高。此外對并聯(lián)運行的變壓器參數(shù)性能要求較高，必須滿足以下三個條件： 兩臺變壓器原、副邊的額定電流應分別相等，即兩臺變壓器的變比相等，其允許誤差不應超過0.5%； 兩臺變壓器的短路電壓百分值應相等，其允許差值不應超過10%； 兩臺變壓器的接線組別相同。為此，兩臺

31、變壓器不宜采用并聯(lián)運行方式。如果兩臺變壓器采用一臺使用一臺備用的方式，則變壓器獨立運行，保護設(shè)置方便，容易整定，運行較靈活，短路電流較小，但變壓器負荷率高，功率損耗大，不能實行經(jīng)濟運行，故應在一定條件下或不得已時采用。兩臺變壓器采用分列運行的方式是較優(yōu)的方案，它兼顧了前兩種方式的優(yōu)點，避免了其缺點，變壓器獨立運行，保護設(shè)置整定方便、運行靈活，短路電流較小，每臺變壓器的負荷率為50%左右，正在變壓器的經(jīng)濟負荷范圍內(nèi)，功率損耗小、溫升低，可延長變壓器的使用壽命。3610kV單母線由于兩臺主變壓器采用分列運行，故610kV母線必須采用分段運行，也就是分列運行，此時分段開關(guān)QF8（圖113）或QF5（

32、圖114）處于分閘狀態(tài)。正常運行時，兩段母線相互獨立，運行靈活，保護設(shè)置簡單，一路電源故障時，可將分段開關(guān)合閘，形成單母線不分段運行，使一些由單回路供電的三類負荷也不致于長期斷電。4運行方式的優(yōu)化方案由以上分析可確定，對于大中型工礦企業(yè)及重要的城區(qū)35kV變電所，其最佳運行方式為全分列運行，即35kV電源線路、主變壓器、610kV母線均為分列運行的方案。該方案無論從經(jīng)濟運行與節(jié)約設(shè)備初期投資的角度，還是從供電性能與過流保護設(shè)置的角度都優(yōu)于一路（臺）使用、一路（臺）備用以及并聯(lián)運行的方案。第四節(jié)電網(wǎng)中性點運行方式在電力系統(tǒng)中，作為供電電源的發(fā)電機和變壓器的中性點有三種運行方式。一種是中性點不接地

33、方式，又稱中性點絕緣方式；一種是中性點經(jīng)消弧線圈接地的方式；第三種是中性點直接接地的方式。前兩種可合稱為中性點非有效接地方式，屬小接地電流系統(tǒng)；后一種稱為中性點有效接地方式，屬大接地電流系統(tǒng)。在電力系統(tǒng)中還少量應用有中性點經(jīng)電阻接地的運行方式，其按接地電阻的大小又分為高阻接地和低阻接地兩種，中性點經(jīng)高阻接地方式屬于小接地電流系統(tǒng)，而中性點經(jīng)低阻接地的方式屬于大接地電流系統(tǒng)。中性點不同的運行方式，在電網(wǎng)發(fā)生單相接地時有明顯的不同，因而決定著系統(tǒng)保護與監(jiān)測裝置的選擇與運行。各種接地方式都有其優(yōu)缺點，對不同電壓等級的電網(wǎng)亦有各自的適用范圍。一、中性點不接地方式我國310kV電網(wǎng)，一般采用中性點不接地

34、方式。中性點不接地電網(wǎng)，單相接地電流基本上由電網(wǎng)對地電容決定，其電路與相量關(guān)系如圖115所示。圖115中性點不接地方式的電力系統(tǒng)a電路圖；b一相量圖系統(tǒng)正常運行時，三相電壓對稱，三相經(jīng)對地電容入地的電流相量和為零，沒有電流在地中流動。各相對地電壓就等于相電壓、和。系統(tǒng)發(fā)生一相接地時，例如C相接地，如圖115a所示。此時C相對地電壓為零，而A相對地電壓，B相對地電壓，如圖115b所示。這表明，中性點不接地電網(wǎng)當發(fā)生一相接地時，其余兩非故障相相電壓將升高到線電壓，因而易使電網(wǎng)絕緣薄弱處擊穿，造成兩相接地短路。這是中性點不接地方式的缺點之一。C相接地時，電網(wǎng)的接地電流（電容電流）應為A、B兩相對地電

35、容電流之和。取電源到負荷為各相電流的正方向，可得由圖115b可知，相位超前90°，在量值上，由于，而，故得 （111）即一相接地的電容電流為正常運行時每相對地電容電流IC0的3倍。為了避免發(fā)生間歇電弧，要求310kV電網(wǎng)單相接地電流小于30A，35kV及以上電網(wǎng)小于10A。因此，中性點不接地方式對高電壓、長距離輸電線路不適宜。應該指出，中性點不接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地時，三相用電設(shè)備的正常工作并未受到影響。對于危險易爆場所，當中性點不接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，應立即跳閘斷電，以確保安全。二、中性點經(jīng)消弧線圈接地方式消弧線圈實際上就是鐵芯線圈式電抗器，其電阻很小，感抗很大，利用電抗器的感

36、性電流補償電網(wǎng)的對地電容電流，可使總的接地電流大為減少。設(shè)電網(wǎng)C相發(fā)生單相接地，則流過接地點的電網(wǎng)電容電流為：（參閱圖l15b）圖116中性點經(jīng)消弧圈接地的電力系統(tǒng)a電路圖；b一相量圖消弧線圈的電感為L，其流過的電流為因與相位差180°，如果選擇消弧線圈使和的量值相等，則可達到完全補償，其條件為故得 （112）消弧線圈一般采用過補償運行，即選擇參數(shù)使電感電流大于電容電流，這是該接地方式的缺點之一。此外，因要根據(jù)運行電網(wǎng)的長短來決定消弧線圈投入的數(shù)量或調(diào)節(jié)其電感值，故系統(tǒng)運行較復雜，設(shè)備投資較大，實現(xiàn)選擇性接地保護也比較困難。與中性點不接地方式一樣，中性點經(jīng)消弧線圈接地方式當發(fā)生單相接

37、地時，其他兩相對地電壓也要升高到線電壓，但三相線電壓正常，也允許繼續(xù)運行兩小時用于查找故障。三、中性點直接接地方式圖117是中性點直接接地方式電網(wǎng)在發(fā)生單相接地時的電路。這種單相接地，實際上就是單相短路，用符號K表示。由于變壓器和線路的阻抗都很小，故所產(chǎn)生的單相短路電流比線路中正常的負荷電流大得多。因而保護裝置動作使斷路器跳閘或線路熔斷器熔斷，將短路故障部分切除，其它部分則恢復正常運行。圖117中性點直接接地的電力系統(tǒng)我國1l0kV及以上的高壓、超高壓系統(tǒng)均采取中性點直接接地的運行方式。對于380220V低壓配電系統(tǒng)，我國廣泛采用中性點直接接地的運行方式，而且引出有中性線N和保護線PE。中性線

38、N的功能，一是用于需要220V相電壓的單相設(shè)備，二是用來傳導三相系統(tǒng)中的不平衡電流和單相電流；三是減少負荷中性點的電位偏移。保護線PE的功能是防止發(fā)生觸電事故，保證人身安全。通過公共的PE線將電氣設(shè)備外露的可導電部分連接到電源的接地中性點上，當系統(tǒng)中設(shè)備發(fā)生單相接地（碰殼）故障時，便形成單相短路，使保護動作，開關(guān)跳閘，切除故障設(shè)備，從而防止人身觸電。這種保護稱保護接零。按新的國家標準規(guī)定，凡含有中性線的三相系統(tǒng)，通稱為三相四線制系統(tǒng)，即“TN”系統(tǒng)。若中性線與保護線共用一根導線保護中性線PEN，則稱為“TNC”系統(tǒng)；若中性線與保護線完全分開，備用一根導線，則稱為“TNS”系統(tǒng)；若中性線與保護線

39、在前段共用，而在后段又全部或部分分開，則稱為“TNCS”系統(tǒng)。四、電網(wǎng)單相接地電流計算圖118為各種接地方式下電網(wǎng)單相接地電流的計算圖。設(shè)電網(wǎng)中性點通過電阻和電感接地，電網(wǎng)對地有分布電容和漏電導。以A相為參考相，發(fā)生A相接地，接地處有接地電導GE。圖118接地電流計算圖設(shè)接地前各相對地電壓對稱，分別為、和，其中a為相量算子，即電網(wǎng)發(fā)生A相接地后破壞了對地的對稱性，故中性點N出現(xiàn)電壓（零序電壓），此時三相對地電壓分別為根據(jù)節(jié)點電流定律，如以大地為一節(jié)點，則流過大地的電流關(guān)系為故 （113）式中GA、GB、GC 三相對地漏電導，S；CA、CB、CC 三相對地分布電容，F(xiàn)； G0、B0 中性點接地電

40、導和電感電納，其值為GE 接地點的電導，其值為：設(shè)各相對地電容和電導相等則上式可化簡為 （114）故流過接地點的電流為 （115）式（115）為接地電流的綜合計算式，當在不同接地方式及電網(wǎng)參數(shù)下發(fā)生單相接地時，各接地電流有更簡潔的計算式。（一）消弧線圈方式發(fā)生金屬性單相接地此時GE，G00 ，對絕緣正常的電網(wǎng)漏電流可忽略，即G0，而B01L0，其接地電流為 （116）式（116）與前述消弧線圈接地方式分析中的結(jié)論一致。（二）中性點不接地方式發(fā)生單相經(jīng)接地電阻RE接地此時的條件是：G00，B00，其接地電流為 （117）如令 則式（117）變?yōu)?（118）其有效值為 （119）當電網(wǎng)絕緣水平較高

41、時，G0，接地電流為 （120）其有效值為 （121）對于低壓短線路，電網(wǎng)對地電容可忽略，則式（117）變?yōu)?（122）其有效值為 （123）（三）中性點經(jīng)電阻接地方式發(fā)生金屬性單相接地此時GE，B00，對絕緣正常的電網(wǎng)漏電流可忽略，即G0，其接地電流為 （124）中性點經(jīng)電阻接地的方式，在某些國家的煤礦井下電網(wǎng)中被采用，它能將接地電流限制在一定范圍之內(nèi)，由于設(shè)置了相應的接地保護裝置，亦可滿足安全要求。由于電網(wǎng)對地電容的量值不易確定，所以對于中性點不接地系統(tǒng)的單相接地電流（主要是電容電流），工程上常采用下列經(jīng)驗公式來計算 （125）式中IE電網(wǎng)單相接地電流，A；Kin因電氣設(shè)備而引起的電容電流

42、增值系數(shù)，對于6kV電網(wǎng)，Kin1.18，對于10kV電網(wǎng)，Kin1.16；LchUN下具有電聯(lián)系的架空線路總長度，km；LcaUN下具有電聯(lián)系的電纜線路總長度，km；UN電網(wǎng)額定電壓，kV。第二章 負荷計算與功率因數(shù)補償?shù)谝还?jié) 負荷曲線及參數(shù)表示電力負荷隨時間而變化的圖形叫做負荷曲線。在直角坐標上，縱坐標表示電力負荷，P、Q、S等，橫坐標表示對應的時間，小時、日、月、年等，對應的函數(shù)關(guān)系是Pf (t) 。負荷曲線按負荷對象分，有企業(yè)的、車間的或是某用電設(shè)備組的負荷曲線；按負荷的功率性質(zhì)分，有有功和無功負荷曲線；按所表示負荷變動的時間分，有年負荷曲線、月負荷曲線、日負荷曲線或工作班的負荷曲線。

43、日負荷曲線代表用戶一晝夜（24h）實際用電負荷的變化情況。最重要的負荷曲線是日有功負荷曲線和年有功負荷曲線。一、日有功負荷曲線日負荷曲線可用測量的方法來繪制。繪制的方法是：先將橫坐標按一定時間間隔（一般為半小時）分格，再根據(jù)功率表讀數(shù)，將每一時間間隔內(nèi)功率的平均值，對應橫坐標相應的時間間隔繪在圖上，即得階梯形負荷曲線。其時間間隔取得愈短，則該負荷曲線愈能反映負荷的實際情況。日負荷曲線與坐標所包圍的面積代表全日所消耗的電能數(shù)。對于不同性質(zhì)的用戶，負荷曲線是不相同的。從負荷曲線上，可以直觀地了解負荷變化的情況，掌握它的變化規(guī)律，對企業(yè)的生產(chǎn)計劃、負荷調(diào)整有重要意義。二、年有功負荷曲線年有功負荷曲線

44、又叫做有功負荷全年持續(xù)時間曲線。它表示用戶在一年內(nèi)（8760小時）各不同大小的負荷所持續(xù)的時間，在排列上不分日、月界線，從0小時到8760小時，以有功負荷的大小和實際使用時間累積從左向右階梯繪出。企業(yè)的年有功負荷曲線可以根據(jù)企業(yè)一年中具有代表性的冬季和夏季的日有功負荷曲線來繪制。三、年每日最大負荷曲線該曲線按全年每日的最大負荷（一般取為每日最大負荷的半小時平均值）繪制的，稱為年每日最大負荷曲線。這種年每日最大負荷曲線，可用來確定擁有多臺電力變壓器的企業(yè)變電站在一年內(nèi)不同時期宜于投入幾臺變壓器運行，即所謂經(jīng)濟運行方式，以降低電能損耗，提高供電系統(tǒng)的經(jīng)濟效益。四、有關(guān)負荷計算的幾個物理量（一）年最

45、大負荷和年最大負荷利用小時年最大負荷，就是全年中負荷最大的工作班內(nèi)消耗電能最大的半小時平均功率。并分別用符號Pmax、Qmax和Smax表示年有功最大負荷、年無功最大負荷和年視在功率最大負荷。年最大負荷又稱最大半小時平均負荷，有時用P30 表示。它不是指全年偶然出現(xiàn)的最大負荷工作班，而是指一個月至少出現(xiàn)3次的最大負荷工作班。年最大負荷利用小時是一個假想時間，在此時間內(nèi)，電力負荷按年最大負荷Pmax持續(xù)運行所消耗的電能，恰好等于該電力負荷全年實際消耗的電能。年最大負荷利用小時用符號Tmax表示，全年實際消耗的電能為Ap。因此，年最大負荷利用小時 Tmax=ApPmax , h （21）式中Ap全

46、年消耗的有功電能，kW.h。 年最大負荷利用小時是反映企業(yè)電力負荷是否均勻的一個重要指標。這一概念在計算電能損耗和電氣設(shè)備選擇中均要用到。Tmax與企業(yè)的生產(chǎn)班制有較大的關(guān)系。（二）平均負荷和負荷系數(shù)平均負荷是電力負荷在一定時間內(nèi)消耗功率的平均值，分別用符號Pav、Qav和Sav表示平均有功、無功和視在負荷。也就是電力負荷在時間t內(nèi)消耗的電能At除以時間t，即 Pav =Att （22）對于年平均負荷，t取8760（h）。因此，年平均負荷Pav= At8760 （23）負荷系數(shù)Klo，是平均負荷Pav與最大負荷Pmax的比值，即 Klo=PavPmax （24）負荷系數(shù)也稱負荷率，又叫負荷曲線

47、填充系數(shù)，它是表征負荷變化規(guī)律的一個參數(shù)，其值越大，則負荷曲線越平坦，負荷波動越小。對用電設(shè)備來說，負荷系數(shù)就是設(shè)備在最大負荷時的輸出功率P與設(shè)備額定容量PN的比值，即Klo=PPN （25）（三）需用系數(shù)和利用系數(shù)需用系數(shù)Kd是用電設(shè)備組實際從電網(wǎng)吸收的最大負荷與該用電設(shè)備組的額定總?cè)萘康谋戎?。?Kd=PmaxPN （26）式中PN用電設(shè)備組的額定總?cè)萘?，kW。利用系數(shù)Kc是用電設(shè)備組實際從電網(wǎng)吸收負荷的平均值與該用電設(shè)備組額定容量的比值。Kc=PavPN （27）對于同一用電設(shè)備組，其需用系數(shù)和利用系數(shù)的值是很接近的。（四）計算負荷計算負荷是按發(fā)熱條件選擇導體和電器設(shè)備時所使用的一個假想

48、負荷?！坝嬎阖摵伞背掷m(xù)運行所產(chǎn)生的熱效應，與按實際變動負荷持續(xù)運行所產(chǎn)生最大熱效應相等。換言之，當導體持續(xù)流過“計算負荷”時所產(chǎn)生的恒定溫升，恰好等于導體持續(xù)流過實際變動負荷時所產(chǎn)生的平均最高溫升，從發(fā)熱效果來看，二者是等效的。通常規(guī)定取最大半小時平均負荷Pmax、Qmax和Smax作為該用戶的“計算負荷”，用Pca、Qca和Sca表示。理論依據(jù)：理論分析和實驗證明，導線達到穩(wěn)定溫升的時間約為33×1030min。因此，只有持續(xù)時間在30min以上的負荷值，才有可能構(gòu)成導線的最大溫升。這就是規(guī)定選取“最大半小時平均負荷”的理論依據(jù)。從以上定義可見，雖然年最大負荷Pmax和計算負荷Pc

49、a定義不同，但其物理意義很相近。因此，基本滿足以下關(guān)系 （28）計算負荷Pca是設(shè)計階段經(jīng)計算而得到的一個穩(wěn)定負荷，它等效了實際變動負荷和最大半小時平均負荷Pmax。第二節(jié) 負荷計算方法供電設(shè)計常采用的電力負荷計算方法有：需用系數(shù)法、二項系數(shù)法、利用系數(shù)法和單位產(chǎn)品電耗法等。需用系數(shù)法計算簡便，對于任何性質(zhì)的企業(yè)負荷均適用，且計算結(jié)果基本上符合實際，尤其對各用電設(shè)備容量相差較小，且用電設(shè)備數(shù)量較多的用電設(shè)備組，因此，這種計算方法采用最廣泛。二項系數(shù)法主要適用于各用電設(shè)備容量相差大的場合。利用系數(shù)法以平均負荷作為計算的依據(jù)，利用概率論分析出最大負荷與平均負荷的關(guān)系，這種計算方法目前積累的實用數(shù)據(jù)

50、不多，且計算步驟較繁瑣，故工程應用較少。單位產(chǎn)品電耗法常用于方案設(shè)計。一、設(shè)備容量的確定用電設(shè)備銘牌上標出的功率（或稱容量）稱為用電設(shè)備的額定功率PN，該功率是指用電設(shè)備（如電動機）額定的輸出功率。各用電設(shè)備，按其工作制分，有長期連續(xù)工作制、短時工作制和斷續(xù)周期工作制三類。因而需將不同工作制的用電設(shè)備額定功率換算成統(tǒng)一規(guī)定的工作制條件下的功率，稱之為用電設(shè)備功率PNµ。（一）長期連續(xù)工作制這類工作制的用電設(shè)備長期連續(xù)運行，負荷比較穩(wěn)定，如通風機、空氣壓縮機、水泵、電動發(fā)電機，機床電動機等。對長期工作制的用電設(shè)備有PNµ=PN （29）（二）短時工作制這類工作制的用電設(shè)備工作

51、時間很短，而停歇時間相當長。如煤礦井下的排水泵等。對這類用電設(shè)備也同樣有PNµ=PN （210）（三）短時連續(xù)工作制用電設(shè)備這類工作制的用電設(shè)備周期性地時而工作，時而停歇。如此反復運行，而工作周期一般不超過10分鐘。如電焊機、吊車電動機等。斷續(xù)周期工作制設(shè)備，可用“負荷持續(xù)率”來表征其工作性質(zhì)。負荷持續(xù)率為一個工作周期內(nèi)工作時間與工作周期的百分比值，用表示 （211）式中T工作周期，s；t工作周期內(nèi)的工作時間，s；t0工作周期內(nèi)的停歇時間，s。應該注意：同一用電設(shè)備，在不同的負荷持續(xù)率工作時，其輸出功率是不同的。因此，不同負荷持續(xù)率的設(shè)備容量（銘牌容量）必須換算為同一負荷持續(xù)率下的容量才能進行相加運算。并且，這種換算應該是等效換算，即按同一周期內(nèi)相同發(fā)熱條件來進行換算。由于電流I通過設(shè)備在t時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量為I2Rt，因此，在設(shè)備電阻不變而產(chǎn)生熱量又相同的條件下，。而在同電壓下，設(shè)備容量PI。由式（211）可知，同一周期的負荷持續(xù)率t。因此，即設(shè)備容量與負荷持續(xù)率的平方根值成反比。假如設(shè)備在N下的額定容量為PN，則換算到下的設(shè)備容量P為： （212）