供配电技术基本知识

模块一供配电技术基本知识1供配电技术研究工厂所需电能的供应和分配的问题。电能是现代工业生产的主要能源和动力，在现代工业生产和整个国民经济的各个领域中有着极为广泛的应用。本模块主要介绍供配电技术有关的一些基本知识，包括电力系统的组成及基本要求，供配电系统的构成，电力系统的中性点运行方式等供配电技术的基本知识，使学生对供配电系统有初步的认识和了解，为今后从事供配电技术方面的工作奠定一定的基础。2学习单元一电力系统的概念知识目标了解国内外供配电技术的发展概况，正确理解电力系统的各个环节，掌握发电厂、变配电所、电力网等知识。能力目标理解电力系统的概念、电力系统的基本要求和供电质量等。3学习单元一电力系统的概念一、供配电技术的发展概况二、电力系统的组成三、电力系统的基本要求4学习单元一电力系统的概念一、供配电技术的发展概况5供配电技术主要研究电力用户的电力供应和分配问题。电力系统是生产、输送、使用电能的统一整体，供配电系统则是电力系统的重要组成部分，是电力系统的电能用户，也是用电设备的电源。电力系统和供配电系统的基本任务是安全、可靠、优质、经济地供电。供配电技术目前在向高电压、大容量、自动化程度高的方向发展，而且发展越来越迅速。20世纪70年代，欧美各国对1kV级交流高压输电技术进行了很多研究开发。中国的供配电技术在近50年的研究开发中也取得了突破性的进展，目前已建成东北、华北、华中、华东、西北、川渝、南方7个跨省电网，以及山东、新疆、福建、海南、西藏5个独立省区网。学习单元一电力系统的概念6电力系统：把由各种类型发电厂中的发电机、升降压变压器、输电线路和电力用户连接起来的一个发电、输电、变电、配电和用电的统一的整体。二、电力系统的组成图1-1电力系统的组成示意图7学习单元一电力系统的概念图1-2动力系统、电力系统及电力网的示意图学习单元一电力系统的概念8（1）动力系统。电力系统和发电厂的动力部分所构成的整体称为动力系统，它是将电能、热能的生产、消费联系起来的纽带。（2）电力系统。电力系统是由发电机及其配电装置、变压器、输电线路、配电线路和用电设备组成的统一体，是动力系统的一部分，完成电能的生产、输送、变换、分配和使用。（3）电力网。各级电压的电力线路及各类变电所总称为电力网，它是电力系统的一部分，是输送电能、变换电能和分配电能的通道。学习单元一电力系统的概念9下面将电力系统的各组成部分分别加以介绍。1.发电厂1）火力发电厂是将煤、石油、天然气等燃料的化学能转换成电能的工厂。其能量转换过程为燃料的化学能→热能→机械能→电能。火力发电厂可分为凝气式火力发电厂（又称坑口电厂或区域电厂）和供热式火力发电厂（又称热电厂或热电站）。2）水力发电厂是利用水的势能和动能转变成电能的工厂，其能量转换过程为水的势能→机械能→电能。水力发电厂主要分为堤坝式水力发电厂、引水式水力发电厂和混合式水力发电厂。学习单元一电力系统的概念103）核能发电厂是利用核能发电的发电厂。利用原子能反应堆代替火力发电厂的锅炉，把核燃料不断发生裂变产生的原子能转化为热能，用该热能将水加热成高温高压的蒸汽，把蒸汽送至汽轮机中，推动汽轮机带动同轴的发电机发电。其能量转换过程为核裂变能→热能→机械能→电能。4）其他类型发电厂其他类型发电厂有地热发电厂、风力发电厂、潮汐发电厂、太阳能发电厂等。学习单元一电力系统的概念112.变配电所变电所的作用是接受电能、变换电压及分配电能。只接受电能和分配电能，而不承担变换电压的场所，称为配电所。图1-3变电所的结构示意图学习单元一电力系统的概念121）枢纽变电所枢纽变电所位于电力系统的枢纽点，汇集多个电源和多条出线回路，对电力系统的稳定可靠运行起重要作用。一次侧电压通常为330kV或500kV，二次侧电压通常为220kV或110kV。2）中间变电所中间变电所位于系统主要干线的接口处，一次侧电压通常为220~330kV，汇集2~3个电源和多条线路，向地区用户供电。根据在电力系统中所处的地位和作用，变电所又可分为学习单元一133）地区变电所地区变电所是一个地区的主要供电点，一次侧电压通常为110~220kV，给中低压的下一级变电所供电。4）工厂企业变电所包括工厂总降压变电所和车间变电所。其中，工厂总降压变电所把35～110kV电压降压为6～10kV电压，向车间变电所供电；车间变电所把6～10kV电压降压为380V/220V电压，向低压用电设备供电。5）终端变电所一般建在接近负荷处，高压侧电压为10～110kV，经降压后向用户供电。电力系统的概念学习单元一143.电力网按电压高低和供电范围的大小可分为地方电网、区域电网、超高压电网。按功能不同可分为输电网和配电网。输电网的电压等级为110kV以上；配电网的电压等级为110kV及以下，。配电网是分配电能的通道。4.电能用户所有用电单位或用电设备均称为电能用户。电能用户可分为工业企业电能用户和民用电能用户。在中国，工业企业是最大的电能用户，其用电量占全年总发电量的70%以上。电力系统的概念学习单元一151.电力系统的电压要求1）额定电压的国家标准电力系统的概念三、电力系统的基本要求表1-1我国交流电网和电力设备的额定电压等级(kV)电网和用电设备额定电压交流发电机额定电压变压器额定电压一次绕组二次绕组0.383610-35601101542203305000.403.156.310.515.75-------0.383及3.156及6.310及10.515.7535601101542203305000.403.15及3.36.3及6.610.5及11-38.566121169242363525学习单元一电力系统的概念161.电网的额定电压电网的额定电压必须符合国家规定的电压等级。当电网的电压选定后，其他各类电力设备的额定电压即可根据电网的电压来确定。2.用电设备的额定电压由于线路通过电流时要产生电压降，因此线路上各点的电压都略有不同，如图1-4中虚线所示。但是成批生产的用电设备，规定用电设备的额定电压与同级电网的额定电压相同。3.发电机的额定电压电力线路允许的电压偏差一般为±5％，即整个线路允许有10％的电压损耗值，因此为了维持线路的平均电压在额定值，线路首端电压可较线路额定电压高5％，而线路末端电压则可较线路额定电压低5％，如图1-4所示。规定发电机额定电压高于同级电网额定电压的5％。学习单元一电力系统的概念17图1-4用电设备和发电机的额定电压说明4.电力变压器的额定电压(1)电力变压器一次绕组的额定电压分为两种情况：1）当变压器直接与发电机相连时，如图1-5中的变压器T1，其一次绕组额定电压应与发电机额定电压相同，即高于同级电网额定电压的5％；2）当变压器不与发电机相连而是连接在线路上时，如图1-5中的变压器T2，则可看做是线路的用电设备，因此其一次绕组额定电压应与电网额定电压相同。学习单元一电力系统的概念19(2)电力变压器二次绕组的额定电压也分为两种情况：1）当变压器二次侧供电线路较长时，如图1-5中变压器T1，其额定电压高于同级电网额定电压的10％，以此补偿变压器二次绕组内阻抗压降和线路上的电压损失；2）当变压器二次侧供电线路不太长时，如图1-5中变压器T2，其额定电压只需高于电网额定电压的5％即可，以此来补偿变压器内部5％的电压损耗。学习单元一电力系统的概念2020学习单元一电力系统的概念图1-5电力变压器的额定电压说明学习单元一21电力系统的概念2）电压分类电力系统额定电压分为以下三类。（1）额定电压为100V及以下，如12V、24V、36V等，主要用在安全照明、潮湿工作场所建筑物内部的局部照明及小容量负荷。（2）额定电压为100V以上1000V以下，如127V、220V、380V、600V等，主要用于低压动力电源及照明电源。（3）额定电压为1000V以上，如6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV、750kV等，主要用于高压用电、发电及输电设备。学习单元一222.工厂供配电电压的选择1）工厂供电电压的选择工厂供电电压是指供配电系统从电力系统取得的电源电压。供电电压的选择主要取决于供电企业供电的电压等级，工厂用电设备的电压、容量和输送距离等因素。电力系统的概念表1-2各级电压下电力线路较合理的输送容量和输送距离线路电压(kV)输送功率(kW)输送距离(km)0.38361035110220100以下100-1000100-1200200-20002000-1000010000-50000100000-5000000.61-34-156-2020-5050-150100-300学习单元一影响供电电压的因素还有很多，比如导线的截面积、负荷的功率因数、电价制度等。在选择供电电压时，必须进行技术、经济比较，才能确定应该采用的供电电压。一般来讲，大中型用户常采用35～110kV作供电电压，中小型用户常采用10kV、6kV作供电电压。其中，采用10kV供电电压最为常见。电力系统的概念学习单元一242）工厂配电电压的选择配电电压是指用户内部供电系统向用电设备配电的电压等级。由用户总降压变电所或高压配电所向高压用电设备配电的电压称为高压配电电压；由用户车间变电所或建筑物变电所向低压用电设备配电的电压称为低压配电电压。1)高压配电电压中小型用户采用的高压配电电压通常为10kV或6kV。从技术经济指标来看，最好采用10kV作为配电电压。因为在同样的输送功率和输送距离的条件下，配电电压越高，线路电流越小，线路所采用的导线或电缆截面就越小，这样可减少线路的初投资和金属消耗量，减少线路的电能损耗和电压损耗。电力系统的概念学习单元一25对于一些区域面积大、负荷多而且集中的大型用户，如环境条件允许采用架空线路和较经济的电气设备时，则可考虑采用35kV作为高压配电电压直接深入各用电负荷中心，并经负荷中心变电所直接降为用电设备所需电压。这种直配方式省去了中间变压，简化了供电接线，节约了有色金属，降低了功率损耗和电压损失。2)低压配电电压用电单位的低压配电电压一般采用220／380V的标准电压等级。但在某些特殊场合(如矿井)，负荷中心远离变电所，为保证负荷端的电压水平一般采用660V作为配电电压。另外，在某些场合中，考虑到安全的原因可以采用特殊的安全低电压配电。电力系统的概念学习单元一263.工厂供配电系统的质量要求1）安全性要求保证供电的安全性是对工厂供配电系统的最基本要求，供配电系统在电能的供应、分配及使用过程中，不应发生人身和设备事故。2）电压的质量要求提高工厂供配电系统的电能质量主要是提高电压的质量，分为电压幅值和波形两个方面。电压质量对各类用电设备的性能、使用寿命、安全以及经济运行等方面有直接的影响。电力系统的概念学习单元一27(1)电压偏差电压偏差是指实际电压U偏离额定电压UN的幅度，一般用百分数表示，即(1-1)%100－ΔNNUUUU电力系统的概念学习单元一电力系统的概念当电压偏离额定值时，对电力系统本身及电力设备将产生很大的影响。供配电系统主要影响电力设备。国家标准GB12325―2008《电能质量供电电压允许偏差》规定了不同电压等级的允许电压偏差。表1-3供电电压允许偏差线路额定电压允许的电压偏差35kV及35kV以上10kV及10kV以下±5%±7%220V+7%，―10%(2)波形畸变近年来，随着硅整流、晶闸管变流设备、微机和网络以及各种非线性负荷使用的增加，致使大量谐波电流注入电网，造成电压正弦波波形畸变，使电能质量大大下降，给供电设备及用电设备带来了严重危害，不仅使损耗增加，还使某些用电设备不能正常运行，甚至可能引起系统谐振，从而在线路上产生过电压，击穿线路设备绝缘。还可能造成系统的继电保护和自动装置发生误动作；对附近的通信设备和线路产生干扰。因此国家标准GB/T14549-1993《电能质量·公共电网谐波》规定了电压波形的畸变率，2%~5%。学习单元一电力系统的概念2.频率的质量要求在电力系统稳定的条件下，频率是一个全系统一致的运行参数。频率的稳