供配电技术

目录第一章电力系统概论第二章负荷计算第三章短路电流计算第四章变配电所及其一次系统第五章电气设备的选择第六章电力线路第七章供配电系统的继电保护第八章变电所二次回路和自动装置第九章电气安全、防雷和接地第十章电气照明第十一章供配电系统的运行和管理第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章第一章电力系统概论内容:电力系统和供配电系统的概念、电力系统的额定电压、电力系统中性点的运行方式、电能的质量指标和电力负荷等基本知识。重点:系统额定电压的确定和中性点的运行方式分析。第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章第一章电力系统概论§1.1电力系统和供配电系统概述§1.2电力系统的额定电压§1.3电力系统的中性点运行方式§1.4电能的质量指标§1.5电力负荷小结思考题和习题第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章1.1电力系统和供配电系统概述电能是一种清洁的二次能源，已广泛应用于国民经济、社会生产和人民生活的各个方面。到2003年底，我国发电机装机容量达38450万千瓦，发电量达19080亿度，居世界第2位。工业用电量已占全部用电量的50～70%，是电力系统的最大电能用户，供配电系统的任务就是用户所需电能的供应和分配，供配电系统是电力系统的重要组成部分。第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章1.1.1电力系统电力系统是由发电厂、变电所、电力线路和电能用户组成的一个整体。1.发电厂发电厂将一次能源转换成电能。根据一次能源的不同，有火力发电厂、水力发电厂和核能发电厂，此外，还有风力、地热、潮汐和太阳能等发电厂。第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章2.变电所变电所的功能是接受电能、变换电压和分配电能。按变电所的性质和任务不同，可分为升压变电所和降压变电所，除与发电机相连的变电所为升压变电所外，其余均为降压变电所。按变电所的地位和作用不同，分为枢纽变电所、地区变电所和用户变电所。3.电力线路将发电厂、变电所和电能用户联接起来，完成输送电能和分配电能的任务。4.电能用户电能用户又称电力负荷，所有消耗电能的用电设备或用电单位。第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章发电返回第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章返回第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章供配电系统是电力系统的电能用户，也是电力系统的重要组成部分。它由总降变电所、高压配电所、配电线路、车间变电所或建筑物变电所和用电设备组成。总降变电所是企业电能供应的枢纽。它将35kV～110kV的外部供电电源电压降为6～10kV高压配电电压，供给高压配电所、车间变电所和高压用电设备。高压配电所集中接受6～10kV电压，再分配到附近各车间变电所或建筑物变电所和高压用电设备。一般负荷分散、厂区大的大型企业设置高压配电所。1.1.2供配电系统第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章配电线路分为6～10kV厂内高压配电线路和380/220V厂内低压配电线路。高压配电线路将总降变电所与高压配电所、车间变电所或建筑物变电所和高压用电设备联接起来。低压配电线路将车间变电所的380/220V电压送各低压用电设备。车间变电所或建筑物变电所将6～10kV电压降为380/220V电压，供低压用电设备用。用电设备按用途可分为动力用电设备、工艺用电设备、电热用电设备、试验用电设备和照明用电设备等。返回第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章1.1.3供配电的要求和课程任务第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章对供配电的基本要求是：1．安全在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。2．可靠应满足用电设备对供电可靠性的要求。3．优质应满足用电设备对电压和频率等供电质量的要求。4．经济供配电应尽量做到投资省，年运行费低，尽可能减少有色金属消耗量和电能损耗，提高电能利用率。第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章本课程的主要任务：讲述供配电系统电能供应和分配的基本知识和理论，使学生掌握供配电系统的设计和计算方法，管理和运行技能，为学生今后从事供配电技术工作奠定基础。1.2电力系统的额定电压第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章电力系统的电压是有等级的，电力系统的额定电压包括电力系统中各种发电、供电、用电设备的额定电压。额定电压是能使电气设备长期运行在经济效果最好的电压，它是国家根据国民经济发展的需要，电力工业的水平和发展趋势，经全面技术经济分析后确定的。我国规定的三相交流电网和电力设备的额定电压,如表1-1我国交流电网和电力设备的额定电压分类电网和用电设备额定电压kV发电机额定电压kV电力变压器额定电压kV一次绕组二次绕组低压0.380.660.40.690.38/0.220.66/0.380.4/0.230.69/0.4高压3610－35661102203305003.156.310.513.8，15.7518，20，2224，26－－－－－－3，3.156，6.310，10.513.8，15.7518.20，22，24，2635661102203305003.15，3.36.3，6.610.5，11－38.572.6121242363550返回第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章1.2.1电网（线路）的额定电压电网（线路）的额定电压只能选用国家规定的额定电压。它是确定各类电气设备额定电压的基本依据。1.2.2用电设备的额定电压用电设备的额定电压与同级电网的额定电压相同。1.2.3发电机的额定电压发电机的额定电压为线路额定电压的105%，即UN.G=1.05UN第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章1.变压器一次绕组的额定电压变压器一次绕组接电源，相当于用电设备。与发电机直接相连的升压变压器的一次绕组的额定电压应与发电机额定电压相同。连接的线路上的降压变压器的一次绕组的额定电压应与线路的额定电压相同。2.变压器二次绕组的额定电压变压器的二次绕组向负荷供电，相当于发电机。二次绕组电压应比线路的额定电压高5%，而变压器二次绕组额定电压是指空载时电压。但在额定负荷下，变压器的电压降为5%。因此，为使正常运行时变压器二次绕组电压较线路的额定电压高5%，当线路较长（如35kV及以上高压线路），变压器二次绕组的额定电压应比相联线路的额定电压高10%；当线路较短（直接向高低压用电设备供电，如10kV及以下线路），二次绕组的额定电压应比相联线路的额定电压高5%。如下图所示：第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章1.2.4变压器的额定电压例1-1已知图1-6所示系统中线路的额定电压，试求发电机和变压器的额定电压。返回第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章解：发电机G的额定电压UN.G=1.05UN.1WL=1.05×6=6.3kV变压器1T的额定电压UIN.IT=UN.G=6.3kVU2N.1T=1.1UN.2WL=1.1×110=121kV1T额定电压为6.3/121kV变压器2T的额定电压UIN.2T=UN.2WL=110kVU2N.2T=1.05UN.3WL=1.05×10=10.5kV2T的额定电压为110/10.5kV1.3电力系统的中性点运行方式三相交流电系统的中性点是指星形联结的变压器或发电机的中性点。中性点的运行方式有三种：中性点不接地系统，中性点经消弧线圈接地系统、中性点直接接地系统和中性点经电阻接地的电力系统。前两种为小接地电流系统，后一种为大接地电流系统。中性点的运行方式主要取决于单相接地时电气设备绝缘要求及对供电可靠性要求。我国3～63kV系统，一般采用中性点不接地运行方式。当3～10kV系统接地电流大于30A；20～63kV系统接地电流大于10A时，应采用中性点经消弧线圈接地的运行方式。110kV及以上系统和1kV以下低压系统采用中性点直接接地运行方式。第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章1.3.1中性点不接地的电力系统第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章系统正常运行时线电压对称，各相对地电压对称，等于各相的相电压，中性点对地电压为零各相对地电容电流也对称，其电容电流的相量和为零。图1-7正常运行时的中性点不接地电力系统a）电路图b）相量图系统发生单相接地时接地相（C相）对地电压为零，非接地相对地电压升高为线电压，即等于相电压的倍。从而，接地相电容电流为零，非接地相对地电容电流也增大倍。C相接地时，系统的接地电流，（流过接地点的电容电流）应为A、B两相对地电容电流之和。取接地电流的正方向从相线到大地，如图1-8b所示，因此在数值上，由于IE=IC.A，而IC.A=UA＇／XC=UA／XC=ICO因此IE=3ICO即单相接地的接地电流为正常运行时每相对地电容电流的3倍。当每相对地电容不能确切知道时，接地电容可用下式近似计算式中，UN为系统的额定电压（kV）；loh为有电的联系的架空线路总长度（km）；LCab为有电的联系的电缆线路总长度（km）。3B.CA.CEIII3335035CabohNELLUI第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章33从图1-8b可以看出，中性点不接地电力系统发生单相接地时，虽然各相对地电压发生变化，但各相间电压（线电压）仍然对称平衡，因此，三相用电设备仍可继续运行。但为了防止非接地相再有一相发生接地，造成两相短路，所以规程规定单相接地继续运行时间不得超过2小时。返回第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章1.3.2中性点经消弧线圈接地电力系统当中性点不接地系统的单相接地电流超过规定值时，为了避免产生断续电弧，引起过电压和造成短路，减小接地电弧电流使电弧容易熄灭，中性点应经消弧线圈接地。消弧线圈实际上就是电抗线圈。当中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地时，流过接地点的电流是接地电容电流和流过消弧线圈的电感电流之相量和。由于超前90°，滞后90°，两电流相抵后使流过接地点的电流减小。消弧线圈对电容电流的补偿有三种方式：（1）全补偿IL=IC（2）欠补偿IL＜IC（3）过补偿IL＞IC实际上都采用过补偿，以防止由全补偿引起的电流谐振，损坏设备或欠补偿由于部分线路断开造成全补偿。第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章返回第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章1.3.3中性点直接接地的电力系统中性点直接接地系统发生单相接地时，通过接地中性点形成单相短路，产生很大的短路电流，继电保护动作切除故障线路，使系统的其它部分恢复正常运行。由于中性点直接接地，发生单相接地时，中性点对地电压仍为零，非接地相对地电压也不发生变化。图1-10是发生单相接地时的中性点直接接地电力系统。第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章1.3.4中性点经电阻接地的电力系统中性点经电阻接地，按接地电流大小又分为经高电阻接地和经低电阻接地。1.中性点经高电阻接地高电阻接地方式以限制单相接地电流为目的，电阻值一般为数百至数千欧姆。中性点经高电阻接地系统可以消除大部分谐振过电压，对单相间隙弧光接地过电压有一定的限制作用。但对系统绝缘水平要求较高。主要用于发电机回路。2.中性点经低电阻接地城市6~35kV配电网络主要由电缆线路构成，其单相接地故障电流较大，可达100~1000A，若采用中性点经消弧线圈接地方式无法完全消