供配电系统基础知识

供配电系统基本知识2020/4/221工程师技术培训项目主要内容2020/4/222电力系统（供配电系统）概述中性点运行方式电力线路的接线方式变配电所的主接线方案电气设备选择与校验电力系统故障概述概述2020/4/223电能是人们生产和生活的重要能源，属于二次能源。发电厂将一次能源(如煤、油、水、原子能等)转换成电能，再进行输送和分配，最后可以转换为其他形式的能量(如机械能、光能、热能等)。概述2020/4/224构成：发电厂、变电所、电力线路、用户2020/4/226概述2020/4/227中性点运行方式星形接线变压器或发电机的中性点称为电力系统的中性点。电力系统中性点接地方式与电压等级、单相接地短路电流、过电压水平、继电保护和自动装置的配置等有关，直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、主变压器和发电机的运行安全以及对通信系统的干扰等。中性点运行方式中性点非有效接地中性点有效接地中性点不接地中性点经消弧线圈接地中性点经高电阻接地中性点直接接地中性点经小阻抗接地小接地电流系统大接地电流系统我国电力系统广泛采用的中性点接地方式主要有不接地，经消弧线圈接地及直接接地三种。中性点运行方式一、中性点不接地的电力系统正常运行中性点运行方式一、中性点不接地的电力系统单相（C相）接地（1）C相对地电压为零,非接地相A相对地电压=+(-)=,B相对地电压=+(-)=,如图所示。结论：当一相接地时，非接地两相对地电压均升高倍，变为线电压。而且，该两相对地电容电流也相应的增大倍。AUAUCUACUBUBUCUBCU0CI33中性点运行方式一、中性点不接地的电力系统单相（C相）接地（2）当C相接地时，系统的接地电流（电容电流）为非接地两相对地电容电流之和。因此由相量图可知，在相位上正好超前90°；而在量值上，由于，而，因此。CI)(BCACCIII03CCIICICUACCII3CACAACXUXUI/3/30CI结论：一相接地的电容电流为正常运行时每相对地电容电流的3倍。中性点运行方式一、中性点不接地的电力系统单相（C相）接地（3）系统三相的线电压仍保持对称且大小不变。因此，对接于线电压的用电设备的工作并无影响，无须立即中断对用户供电。中性点运行方式一、中性点不接地的电力系统中性点不接地系统发生单相接地故障时产生的影响当接地电流不大时，交流电流过零时电弧将自行熄灭，接地故障随之消失，电网即可恢复正常运行；当接地电流超过一定值时，将会产生稳定的电弧，形成持续的电弧接地，高温的电弧可能损坏设备，甚至可能导致相间短路，尤其在电机或电器内部发生单相接地出现电弧时最危险；接地电流小于30A而大于5～10A时，有可能产生一种周期性熄灭与复燃的间歇性电弧，将引起过电压，其幅值可达2.5～3倍的相电压，这个过电压对于正常电气绝缘来说应能承受，但当绝缘存在薄弱点时，可能发生击穿而造成短路，危及整个电网的安全。单相接地时，在接地处有接地电流流过，会引起电弧，此电弧的强弱与接地电流的大小成正比。中性点运行方式一、中性点不接地的电力系统单相接地故障时，由于线电压保持不变，对电力用户没有影响，用户可继续运行，提高了供电可靠性。为防止由于接地点的电弧及伴随产生的过电压，引起故障范围扩大，在这种系统中必须装设交流绝缘监察装置，当发生单相接地故障时，立即发出绝缘下降的信号，通知运行值班人员及时处理。电力系统的有关规程规定：在中性点不接地的三相系统中发生单相接地时，允许继续运行的时间不得超过2ｈ，并要加强监视。系统中电气设备和线路的对地绝缘必须按能承受线电压考虑设计，从而相应地增加了投资。中性点不接地系统发生单相接地故障时产生的影响中性点运行方式一、中性点不接地的电力系统适用范围我国60kV以下系统，特别是3~10kV系统，一般采用中性点不接地运行方式。中性点运行方式在中性点不接地系统中，单相接地电流超过如下的规定数值：（1）3～10KV系统中，接地电流大于30A，（2）20KV及以上系统中，接地电流大于10A，采用经消弧线圈接地的措施来减小接地电流，熄灭电弧，避免过电压的产生。二、中性点经消弧线圈接地的电力系统中性点运行方式二、中性点经消弧线圈接地的电力系统消弧线圈装在系统中发电机或变压器的中性点与大地之间，正常运行时，中性点的对地电压为零，消弧线圈中没有电流通过。当系统发生单相接地故障时，中性点的对地电压等于接地相电压，消弧线圈在中性点电压即作用下，有一个电感电流通过，此电感电流必定通过接地点形成回路，接地点的电流为接地电流与电感电流的相量和。中性点运行方式二、中性点经消弧线圈接地的电力系统接地电流超前90°，电感电流滞后90°，在接地处接地电流和电感电流互相抵消，称为电感电流对接地电容电流的补偿。CILIwUwU适当选择消弧线圈的匝数，可使接地点的电流变得很小或等于零，从而消除了接地处的电弧以及由电弧所产生的危害，消弧线圈也正是由此得名。通过消弧线圈的电感电流：LUIphL中性点运行方式二、中性点经消弧线圈接地的电力系统当发生单相接地故障时，接地相电压为零，三个线电压不变，其它两相电压也将升高倍。（与中性点不接地系统一样）3中性点运行方式二、中性点经消弧线圈接地的电力系统特点适用范围供电可靠性高，绝缘投资较大；中性点经消弧线圈接地后，能有效地减少单相接地故障时接地处的电流，使接地处的电弧迅速熄灭，防止了经间歇性电弧接地时所产生的过电压。中性点经消弧线圈接地系统多用于以架空线路为主体的3～60kV系统中，还可用在雷害事故严重的地区和某些大城市电网的110kV系统。中性点运行方式三、中性点直接接地的电力系统中性点的电压为零，中性点没有电流流过。由于接地相直接通过大地与电源构成单相回路，形成单相短路故障，则短路电流很大，继电保护装置立即动作，断路器断开，迅速切除故障部分。当中性点直接接地时，接地电阻近似为0，所以中性点与地之间的电位相同，即。单相短路时，故障相的对地电压为零，非故障相的对地电压基本保持不变，仍接近于相电压。0nU正常运行时发生单相接地时中性点运行方式三、中性点直接接地的电力系统中性点直接接地系统的应用（1）110KV以上的超高压系统目前我国110KV以上电力网均采用中性点直接接地方式。理由：高压电器的绝缘问题是影响电器设计和制造的关键，电器绝缘要求的降低，直接降低了电器的造价，同时改善了电器的性能。（2）380/220V低压配电系统我国380/220V低压配电系统也采用中性点直接接地方式，而且引出中性线（N线）、保护线（PE线）或保护中性线（PEN线），这样的系统，称为TN系统。中性点运行方式低压配电系统的接地方式按照IEC的标准规定，低压配电系统，按照其保护接地的形式，可以分为IT、TT、和TN供电系统。中性点运行方式TN系统（1）中性线（N线）的作用：①用来接相电压为220V的单相用电设备；②用来传导三相系统中的不平衡电流和单相电流；③减少负载中性点的电压偏移。（2）保护线（PE线）的作用：保障人身安全，防止触电事故发生。保护零线PE是专门以防止触电为目的用来与系统中各设备或线路的金属外壳、接地母线等作电气连接的导线。在正常工作时工作零线中有电流，保护零线中不应有电流，如果保护零线中出现电流，则必定有设备漏电情况发生。中性点运行方式TN系统TN-C系统①保护中性线（PEN线）兼有中性线（N线）和保护线（PE线）的功能，当三相负荷不平衡或接有单相用电设备时，PEN线上均有电流通过。②这种系统一般能够满足供电可靠性的要求，而且投资较省，节约有色金属，但是当PEN断线时，可使设备外露可导电部分带电，对人有触电危险。在安全要求较高的场所和要求抗电磁干扰的场所均不允许采用该系统。中性点运行方式TN系统TN-S系统①公共PE线在正常情况下没有电流通过，因此不会对接在PE线上的其他用电设备产生电磁干扰。②由于其N线与PE线分开，因此其N线即使断线也并不影响接在PE线上的用电设备的安全。该系统多用于环境条件较差，对安全可靠性要求较高及用电设备对抗电磁干扰要求较严的场所。中性点运行方式TN系统TN-C-S系统兼有TN-C系统和TN-S系统的优点常用于配电系统末端环境条件较差并且要求无电磁干扰的数据处理或具有精密检测装置等设备的场所。为确保PE和PEN安全可靠，除在电源中性点直接接地外，还必须在以下地方重复接地：在架空线的干线和分支线的中端及沿线每1km处，以及电缆和架空线在引入车间或大型建筑物处。中性点运行方式TT系统中性点直接接地，引出中性线N。电气设备外露可导电部分经各自的保护线PE分别直接接地。中性点运行方式IT系统中性点不直接接地或经阻抗接地，通常不引出中性线N，电气设备外露可导电部分经各自保护线PE接地。中性点运行方式总结中性点运行方式电力系统的中性点通常采用不接地、经消弧线圈接地、直接接地和经低电阻接地四种运行方式。前两种系统发生单相接地时，三个线电压不变，但会使非接地相对地电压升高倍。因此，规定带接地故障运行不得超过两小时。中性点直接接地系统发生单相接地时，则构成单相对地短路，引起保护装置动作跳闸，切除接地故障。我国6～10KV电力网和部分35KV电力网采用中性点不接地方式；110KV以上电力网和380/220V低压电网均采用中性点直接接地方式；20KV及以上系统中单相接地电流大于10A及3～10KV电力网中单相接地电流大于30A，其中性点均采用经消弧线圈接地方式；我国一些大城市的10KV系统采用经低电阻接地的方式。低压配电的380/220V三相四线制系统，通常接成TN系统。因其N线和PE线的不同形式，又可分为TN-C、TN-S、TN-C-S三种系统。32020/4/2232电力线路的接线方式电力线路结线方式选择的考虑因素(1)供配电系统的安全可靠；(2)供配电系统的操作方便、灵活；(3)供配电系统的运行经济；(4)有利于发展；(5)电源的数量、位置；(6)供配电对象的负荷性质和大小；(7)供配电对象的建筑布局；2020/4/2233电力线路的接线方式高压电力线路的接线方案：放射式、树干式、环式1.高压放射式结线电能在高压母线汇集后向各高压配电线路输送，每个高压配电回路直接向一个用户供电，沿线不分接其他负荷。2020/4/2234电力线路的接线方式（1）高压单回路放射式结线特点：①结线清晰，操作维护方便，各供电线路互不影响，供电可靠性较高，还便于装设自动装置，保护装置也较简单；②高压开关设备用的较多，投资高，某一线路发生故障或需检修时，该线路供电的全部负荷都要停电。应用：只能用于二、三级负荷或容量较大及较重要的专用设备。1.高压放射式结线2020/4/2235电力线路的接线方式（2）采用公共备用干线的放射式结线特点：和单回路放射式结线相比，除拥有其优点外，供电可靠性得到了提高。开关设备的数量和导线材料的消耗量比单回路放射式结线有所增加。应用：一般用于供电给二级负荷；如果备用干线采用独立电源供电且分支较少，则可用于一级负荷。1.高压放射式结线2020/4/2236电力线路的接线方式（3）双回路放射式结线特点：采用两路电源进线，然后经分段母线用双回路对用户进行交叉供电。其供电可靠性更高，但投资相对较大。应用：可供电给一、二级的重要负荷1.高压放射式结线2020/4/2237电力线路的接线方式（4）采用低压联络线路作备用干线的放射式结线特点：比较经济、灵活，除了可提高供电可靠性以外，还可实现变压器的经济运行。应用：多用于工矿企业。1.高压放射式结线2.高压树干式结线由变配电所高压母线上引出的每路高压配电干线上沿线均连接了数个负荷点的结线方式。2020/4/2238电力线路的接线方式2.高压树干式结线2020/4/2239电力线路的接线方式（1）单回路树干式结线特点：①较之单回路放射式结线，出线大大减少，高压开关柜数量也相应减少，同时可节约有色金属的消耗量②因多个用户采用一条公用干线供电，各用户之间互