第一章-供电系统课件.ppt

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1、现代供 电 技 术,第一章-供电系统,什么是供电技术？,供电，就是指所需电能的供应和分配，亦称配电。供电技术就是研究电力的供应和分配问题。 是一门研究工矿企业如何安全有效地利用电能来进行生产活动的学科。是一门实用性很强的专业课。它以工矿企业35kV及以下供电系统的设计、运行、安全技术为重点。 作为一门课程，其综合性很强，包含电力系统很多专业性概念，有的章节其实是一门专业课。,第一章-供电系统,本课程学习任务,了解电力用户的电力供应和分配问题；掌握供电系统设计计算、运行维护所需的基础知识和基础理论。 具有工矿企业变电所初步设计能力，具有电气设备运行维护和常见故障分析处理的初步能力。,第一章-供电

2、系统,本课程主要内容,第一章：供电系统 第二章：负荷计算 第三章：短路电流计算 第四章：高压电器设备选择 第五章：电力线路及选择 第六章：继电保护 第九章：特殊行业的安全供电,第一章-供电系统,第1章 供电系统,1.1 电力系统基础 1.2 供电系统的接线方式 1.3 典型企业供电系统 1.4 电网中性点运行方式,第一章-供电系统,一、电力系统 发电厂一般建在燃料、水力等丰富的地方，与用户距离一般很远。为降低输电线路的电能损耗，发电厂的电能经过升压变压器再经输电线路传输（高压输电）；经高压输电线路送到距用户较近的降压变电所，经降压分配给用户。连接发电厂和用户之间的环节称电力网，由各级变电所和电

3、力线路组成。发电厂、电力网和用户组成的统一整体称为电力系统,起着电能生产、变换、输送、分配和消费的作用。,第一节 电力系统基础,第一章-供电系统,第一章-供电系统,第一章-供电系统,第一章-供电系统,第一章-供电系统,第一章-供电系统,高压输电线,第一章-供电系统,一次系统（高电压）：在工程实际中，常把发电、输变电和配电等环节叫做一次系统。 二次系统（低电压）：保证一次系统安全/可靠/经济运行的信息系统及其操作机构。包括继电保护、测量和调度等环节。,第一章-供电系统,工厂供配电系统由总降压变电所、高压配电线路、车间变电所、低压配电线路及用电设备组成。 1总降压变电所 总降压变电所负责将3511

4、0kV的外部供电电压变换为610kV的厂区高压配电电压，给厂区各车间变电所或高压电动机供电。 2车间变电所 车间变电所将610kV的电压降为380/220V，再通过车间低压配电线路，给车间用电设备供电。 3配电线路 配电线路分为厂区高压配电线路和车间低压配电线路。,供配电系统,第一章-供电系统,主要电气设备符号,电力变压器(T) 隔离开关(QS) 不允许带电流操作 负荷开关(QL) 只能分断工作电流 断路器(QF) 能分断任何电流,第一章-供电系统,电流互感器(TA) 相当于一个电流源，二次最 大输出电流为5A，为电流表、功率表、电度表等提 供电流。 电压互感器(TV) 相当于一个小型变压器，

5、 二次最高输出100V标准电压。 母线(WB) 是解决一个电源与多个负荷之间 供电的好办法，又叫汇流排。在原理上母线是电路上 的一个电气接点，起着接受、集中和分配电能的作用。,第一章-供电系统,二、电力负荷的分类及对供电的要求,第一章-供电系统,电力系统运行应满足的基本要求 安全：包括设备安全及人身安全 可靠: 保证不间断的供电 优质：电能质量 经济：电厂煤耗、电网网损、节约用电,第一章-供电系统,电气设备的额定电压，就是能使电气设备长期运行时获得最好经济效果的电压。,三、 电力系统的额定电压,电力网额定电压等级是根据国民经济发展的需要、技术经济上的合理性、电机电器制造工业的水平等因素，经全面

6、研究分析，由国家制定颁布的。从电气设备制造的角度和电力工业的发展来看，额定电压等级不宜过多。,第一章-供电系统,用电设备 用电设备的额定电压和电网的额定电压一致。,发电机 发电机的额定电压一般比同级电网的额定电压高出5%，用于补偿线路上的电压损失。,电网（线路）额定电压等级 低压： 380V,660V 高压： 3，6，10，35，110，220，330，500kV,第一章-供电系统,变压器的二次绕组对于用电设备而言，相当于供电设备。 第一种情况比用电设备额定电压高10% 第二种情况比用电设备额定电压高5%,变压器 变压器的一次绕组：相当于是用电设备，所以规定变压器一次绕组的额定电压与受电设备额

7、定电压相同。,注意：但当变压器一次绕组直接与发电机相连时，变压器一次绕组的额定电压与发电机额定电压相等。,其中5%用于补偿变压器满载供电时，一、二次绕组上的电压损失； 另外5%用于补偿线路上的电压损失，因此适用于变压器供电距离较长时的情况。,当变压器供电距离较短时，可以不考虑线路上的电压损失，只需要补偿满载时变压器绕组上的电压损失即可。,第一章-供电系统,电力系统额定电压等级,第一章-供电系统,线路的平均额定电压 线路的平均额定电压指线路始端最大电压（变压器空载电压）和末端用电设备额定电压的平均值。由于线路始端最大电压比电网额定电压高10%，因而线路的平均额定电压比电网额定电压高5%。各级分别

8、为： 0.4kV，3.15kV，6.3kV, 10.5kV, 37kV，63kV，115kV，230kV，346kV，525kV。,第一章-供电系统,发电机G的额定电压：UNG=1.05UNL1=1.0510=10.5（kV） 变压器T1的额定电压： U1NT1=UN.G=10.5（kV） U2NT1=1.1UNL2=1.1110=121(kV) 变压器T1的变比为：10.5/121kV 变压器T2的额定电压：U1NT2=UNL2=110（kV） U2NT2=1.05UNL3=1.056=6.3(kV) 变压器T2的变比为：110/6.3kV,例1. 已知下图所示系统中电网的额定电压，试确定发

9、电机和变压器的额定电压。,变压器直接与电动机相连，供电距离较短，可以不考虑线路上的电压损失。,变压器T1的一次绕组与发电机直接相连，所以其一次绕组的额定电压取发电机的额定电压,第一章-供电系统,供电质量包括电能质量和供电可靠性两方面。 电能质量是指电压、频率和波形的质量。电能质量的主要指标有：频率偏差、电压偏差、电压波动和闪变、高次谐波（电压波形畸变）及三相电压不平衡度等。,四、电能的质量指标,第一章-供电系统,1电压 理想：幅值恒为额定值的三相对称正弦电压 (1)电压偏差：电网实际电压与额定电压之差 实际电压偏高或偏低对用电设备的运行有影响 以照明日炽灯为例，电压升高，则光效高，但寿命减少；

10、电压降低，则光效严重下降。 (2)电压波动：电压波动是指电压的急剧变化。 大容量冲击性负荷（电弧炉等）运行时，剧烈变化的负荷电流将引起线路压降的变化，从而导致电网发生电压波动；,第一章-供电系统,引起灯光闪烁；使电动机转速脉动、电子仪器工作失常等。 电压闪变：电压波动引起灯光闪烁，对人眼产生的刺激效应。 (3)高次谐波：当电网电压波形发生非正弦畸变时，电压中 出现高次谐波。 产生原因： 电力系统自身谐波； 用户方面：大功率变流设备、电弧炉等非线性用电设备所引起。 危害： 供电系统能耗增大； 电气设备尤其是静电电容器过流、绝缘老化加快； 干扰自动化装置和通信设施的正常工作。,第一章-供电系统,2

11、.频率 频率的质量是以频率偏差来衡量。我国规定，电力系统的额定频率为50Hz，频率的允许偏差不得超过0.5Hz，容量大于3000MW的用户，频率偏差不得超过0.2Hz。 3.电压波形 电压波形的质量是以正弦电压波形畸变率来衡量的。,第一章-供电系统,一、对电力系统接线方式的要求,安全可靠 规定条件和规定时间内保证不中止供电的能力 操作方便，运行灵活 能适应系统或本厂所的各种运行方式且运行方式相互转换灵活。 经济合理 投资费用和运行费用。 便于发展 具有初期终期扩建的灵活方便性,第二节 供电系统的接线方式,第一章-供电系统,二、供电系统的接线方式 1. 单回路放射式 这种供电方式的特点是供电可靠

12、性较高，当任意一回线路故障时，不影响其它回路供电，且操作灵活方便，易于实现保护和自动化。但出线回路数较多，设备和投资也多。可用于对容量较大、位置较分散的三级负荷供电。此种网络结构在中压和低压系统中均比较常见。,第一章-供电系统,2. 单回路树干式 如下图所示，树干式网络结构就是由电源端向负荷端配出干线，在干线的沿线引出数条分支线向用户供电。 一般用于向三级负荷供电 。,第一章-供电系统,3. 双回路放射式 对于重要的用户，为保证供电回路故障时，不影响对用户供电，可采用双回路放射式接线，如下图所示。 一次投资较大，因此一般仅用于确需高可靠性的用户，并可将双回路的电源端接于不同的电源，以保证电源和

13、线路同时得以备用，可向一、二级负荷供电。此种网络结构在中压和低压系统中均常见。,第一章-供电系统,4. 双回路树干式 对于要求高可靠性的用户，采用双回路干线，使线路互为备用，同时可将双回路引自不同的电源，如图所示，实现电源和线路的两种备用，达到向一、二级负荷供电的目的。这种结构在中、低压系统中均广泛应用。,第一章-供电系统,5. 环式网络结构 环式网络结构一般用于中压系统或高压系统，尤其在城市供配电网络中得到广泛应用。可用于对二、三级负荷供电。如图所示，电源可为多个或一个，通常采用开环运行方式。,第一章-供电系统,三、 变电所的主接线,变电所的电气主接线是由电力变压器、各种开关电器、电流互感器

14、、电压互感器、母线、电力电缆或导线、移相电容器、避雷器等电气设备以一定次序相连接的接受和分配电能的电路。,第一章-供电系统,（一） 有汇流母线的主接线 母线（bus）实质上是主接线电路中接受和分配电能的一个电气联结点，形式上它将一个电气联结点延展成一条线，以便于多个进出线回路的联结。 有汇流母线的主接线是我国目前广泛采用的接线形式，按母线设置组数的不同，又可分为单母线接线和双母线接线两大类。,第一章-供电系统,1单母线接线 常用的单母线接线方式有单母线制和单母线分段制。,单母线制 单母线制形式如图所示，是有汇流母线的主接线中结构最为简单的一类。在这种接线中所有电源和引出线回路都连接于同一母线上

15、。 单母线制的可靠性和灵活性都较低，母线或连接于母线上的任一隔离开关发生故障或检修时，都将影响全部负荷的用电。,第一章-供电系统,单母线分段接线 为了提高单母线接线的供电可靠性和灵活性，可采用断路器分段的单母线接线，如图所示，图中的QF3称为分段断路器。,第一章-供电系统,2. 双母线接线 对于特别重要的负荷，当采用单母线分段接线，可靠性不能满足要求时，可考虑采用双母线接线，如图所示。W1为工作母线，W2为备用母线，其间通过断路器QF连接起来，QF称为母联断路器。,第一章-供电系统,(二） 无汇流母线的主接线 前面分析的各种有母线的主接线形式中所采用的断路器数目一般都大于连接回路的数目，造成整

16、个配电装置占地面积大，建设成本高。对于一些对经济性要求较高的场合，在满足主接线可靠性要求的前提下，可考虑采用无汇流母线的主接线。 常见的有单元式接线和桥式接线。,第一章-供电系统,1. 单元式接线线路-变压器组接线 单元式接线用于只有一回进线和一回出线的场合，只有一种运行方式，如图所示。这种这主接线形式只适用于向三级负荷供电。,第一章-供电系统,2. 桥式接线 当只有两台变压器和两条线路时，可以采用桥式接线。桥式接线是单母线分段接线中进出线回路数相同，且取消进线或出线断路器时的特殊情况，将此时的母线分段断路器称为桥断路器。,桥式接线可分为： 内桥式接线 外桥式接线 全桥式接线,第一章-供电系统

17、,桥断路器在进线断路器的内侧（即变压器侧），则称为内桥式接线，如图(a)所示。 内桥式接线的特点是：线路的投切比较方便，变压器的投切比较复杂，所以内桥式接线适用于进线线路较长，负荷比较平稳，变压器不需要经常投切的场合。,(1)L1故障 仅QF1跳闸，T1及其它回路继续运行 (2) T1检修 断开QF3、QF1，再拉开QS1，出线l1停电 关合QF和QF1，恢复L1供电。,第一章-供电系统,桥断路器在进线断路器的外侧（即进线侧），则称为外桥式接线 ，如图(b)所示。 外桥式接线的特点和内桥相反：它适用于进线线路较短、负荷变化较大，变压器需要经常切换的场合。,(1) L1故障 QF3和QF1同时自

18、动跳闸，T1被切除 断开QS2，合QF1和QF3，恢复T1运行。 (2) T1检修 仅停QF1和QS1,第一章-供电系统,跨接桥居中，进线回路与变压器均装有断路器，称为全桥式接线。 特点：适应性强，供电可靠性高，操作方便，运行灵活，容易扩展成单母线分段的中间变电所；缺点是设备多，投资大，占地面积大。适用于负荷较大，对供电要求较高的大型终端变电所。,第一章-供电系统,第三节 典型企业供电系统 一、大型企业35/（6-10）kV供电系统,第一章-供电系统,二、车间（6-10）/0.4kV供电系统,第一章-供电系统,第四节 电网中性点运行方式,电力系统中性点有三种运行方式： 中性点直接接地 中性点不

19、接地 中性点经消弧线圈接地,小电流接地系统,大电流接地系统,电力系统的中性点：星形连接的变压器或发电机的中性点。 特点：三相对称交流系统中性点电位为零。,中性点运行方式的选择：主要取决于单相接地 时电气设备绝缘要求及供电可靠性。,第一章-供电系统,一、中性点不接地方式,正常运行时,UAUBUC0 IAIBIC0 结论： 三相电压对称，三相导线对地电容电流也是对称的，三相电容电流相量之和为零，这说明没有电容电流经过大地流动。,适用范围 3kV60kV的电力系统,第一章-供电系统,单相金属性接地故障时(C相),ICA,ICA,ICB,ICB,ICC,ICC,IPE,A,B,C,第一章-供电系统,C

20、相接地时，系统的接地电流为A、B两相对地电容电流之和。,即一相接地的电容电流为正常运行时每相对地电容电流IC0的3倍。,第一章-供电系统,中性点不接地系统单相接地故障的结论 故障相对地电压降为零；非故障相对地电压升高为线电压，且相位相差600。因此，线路及各种电气设备的绝缘要按线电压设计，绝缘投资所占比重加大，显而易见，电压等级越高绝缘投资越大。 三相之间的线电压仍然对称，用户的三相用电设备仍能照常运行，但允许继续运行的时间不能超过2h。,第一章-供电系统,接地电流在故障处可能产生稳定的或间歇性的电弧。 如果接地电流大于30A时，将形成稳定电弧，成为持续性电弧接地，这将烧毁电气设备和可能引起多

21、相相间短路。 如果接地电流大于5A10A，而小于30A，则有可能形成间歇性电弧；间歇性电弧容易引起弧光接地过电压，其幅值可达（2.53）U，将危害整个电网的绝缘安全。 如果接地电流在5A以下，当电流经过零值时，电弧就会自然熄灭。,第一章-供电系统,二、中性点经消弧线圈接地方式,消弧线圈？ 安装在变压器或发电机中性点与大地之间的具有铁芯的电感线圈。,第一章-供电系统,消弧线圈的作用 当发生单相接地故障时，接地故障相与消弧线圈构成了另一个回路，接地故障相接地电流中增加了一个感性电流，它和装设消弧线圈前的容性电流的方向刚好相反，相互补偿，减少了接地故障点的故障电流，使电弧易于自行熄灭，从而避免了由此

22、引起的各种危害，提高了供电可靠性。,ICA,ICA,ICB,ICB,ICC,ICC,IPE,A,B,C,IL,第一章-供电系统,全补偿方式：按IL=IC选择消弧线圈的电感，使接地故障点电流为零，此即全补偿方式。即使电容电流被完全补偿，故障点还是会流过一个不大的电阻电流。 欠补偿方式：按ILIC选择消弧线圈的电感，此时接地故障点有剩余的电感电流流过。,消弧线圈的补偿方式,第一章-供电系统,补偿效果评价：,全补偿方式会使电力网将发生谐振；欠补偿方式在切除线路时有可能发展成为全补偿方式；在过补偿方式下，即使电力网运行方式改变而切除部分线路时，也不会发展成为全补偿方式，致使电力网发生谐振，因此实际上大多采用过补偿方式。 补偿后希望故障点故障电流尽可能小 综自系统的自动调谐接地补偿装置可以实现系统中性点的无谐振全补偿运行,第一章-供电系统,三、中性点直接接地,特点： 供电可靠性不如电力系统中性点不接地和经消弧线圈接地方式。如发生单相接地时即形成单相接地短路，接地相电流很大。 迅速切除接地相甚至三相，供电中断，可靠性低 非故障相对地电压不变，电气设备的绝缘水平只需按电力网的相电压考虑，可以降低工程造价。 适用于110KV及以上系统； 380/220V低压供电系统（方便接单相负荷）,第一章-供电系统,作业： 28页3、4、7、9、12、14,第一章-供电系统,