1、课 程 简 介,什么是电气？,电气供应的组织,了解供电技术,供电系统的设计工作,供配电系统,供电技术课程基本内容,1.什么是电气？,电气？,能 量,安全,商品,经济,电气工程？,雷电、静电电磁现象电磁波理论,信息工程,电气工程,2.电气供应的组织,发电、输电和配电的组织方式及关系 公共服务企业 商业企业 电力系统（两种定义） 完成电能产生、输送和使用的商业活动的技术平台 由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产、传输、分配和消费的系统,3.供配电系统,供配电系统： 完成电能交换、消费的技术平台 物理结构上从属于电力系统 供电系统的任务 将电能（从变电站或小型发电厂）安全、可靠、优质的
2、送到每一个用电设备的装设场所，必要时转换适当的电压等级。,4.什么是供电技术？,供电技术：研究电力的供应和分配问题。 供电技术特点：两大工程的结合,电气工程,终端用户工程,供电用户需求： 可靠性、电能质量、安全性,5.供电系统设计内容,本课程的学习是以供电系统设计为主线，以供电系统的安全、可靠、优质、经济的最优为目标。,设计工作的几个基本问题 什么是设计？ 供配电系统设计需具备的知识与技能 供配电系统设计需要做的工作,6.供电技术课程基本内容,电能是商品，卖方：电力系统买方：电力用户电能交换环节：供电系统 作为电能买卖双方，确立供电系统，首先要明确的问题：买卖多少电？其次作为实现电能交换消费的
3、平台，供电系统能够承载多少电能？,一、供电系统,二、负荷计算,供电技术课程基本内容,电是一种能量，供电系统不仅应承受正常工作条件下的负荷功率，还应尽可能承受各种故障情况下的能量冲击： 供电系统物理结构上是有众多电气元件联结而成，需要考虑参数选择和设备选型问题 控制供电系统、保证系统安全可靠运行,四、电气设备选择,五、继电保护与自动装置,三、短路电流计算,第一章：供电系统,主要内容： 电力系统基础 供电系统接线方式 典型企业供电系统 电网中性点运行方式,第一节 电力系统基础,什么是电力系统？ 1、定义： 完成电能生产、输送、分配、消费 的统一整体。通常由发电机、变压器、电力线路和负荷等电力设备组
4、成的三相交流系统。,一、什么是电力系统？,一、什么是电力系统？,2 电力系统的组成 一次系统（高电压）：与电能量生产、传递、转化直接相关的电气设备二次系统（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。,二次系统,一、什么是电力系统？,3 电力系统运行的特点电能不能大量储存 暂态过程非常短促 与国民经济及日常生活关系密切 现代电力系统的高度自动化,4 电力系统联网运行 从工程角度看，联网运行有以下好处： 提高发电设备利用率 提高供电可靠性 提高电能质量 优化一次能源的利用,一、什么是电力系统？,一、什么是电力系统？,目前世界上最大的人造机器，人类20世纪最伟大的发明之一，当
5、今社会最庞大的工业之一，是国民经济的支柱产业（我国1/4国有资产）,二、电力负荷及对供电的要求,电力负荷的含义： 用电设备 电力用户 用电设备消费电功率的总和 (功率、电流),2 电力负荷分级（一级 二级 三级） 一级负荷：对这一级负荷中断供电，将造成人身事故，经济严重损失，人民生活发生混乱。 二级负荷：对这一级负荷中断供电，将造成大量减产，人民生活受影响。 三级负荷：所有不属于一、二级的负荷。,二、电力负荷及对供电的要求,电力负荷对供电的要求 一级负荷应有两个独立电源供电。所谓独立电源，就是当一个电源发生故障，另一个电源应不致同时受到损坏。 二级负荷应由双回线路供电，供电变压器亦应有两台。做
6、到当电力变压器发生故障或电力线路发生常见故障时，不致中断供电或中断后能迅速恢复。 三级负荷对于供电电源没有特殊要求，一般由单回电力线路供电。,用户对供电的基本要求 保证供电安全、可靠 保证供电电能质量 保证供电系统的经济性,三 电力系统电压等级,1 电力网为何要采用高电压？ 远距离大容量输电的压降和损耗： 容量： 压降： 损耗： 电网电压等级的确定考虑两个方面 a.截面积与投资 b.绝缘与投资,2 线路电压与容量、距离的关系,3 为何要确定额定电压?,电能规格，可以建立规范的工程体系 标准化：避免电压等级数量的无限制扩大，导致互联困难。 最佳的技术经济性能：电力设备需要在额定电压下进行优化设计
7、、制造和使用。,4 如何确定额定电压？,系统标称电压(电网电压)UN 是量值标准：用来划分电力系统电压等级，也是制定电气设备额定电压的依据，但不是系统实际运行电压。 线路的额定电压 怎样确定？,须要做人为的设定,人为规定：,线路的额定电压：规定与同级电网的额定电压相同，且线路首末两端电压降不得超过额定电压的10%。 用电设备的额定电压:用电设备的额定电压规定,与所接线路的额定电压相同。实际运行电压允许有5%的偏差。 发电机的额定电压:发电机额定电压规定高于同级电网额定电压5。,电力变压器的额定电压：,电力变压器一次绕组的额定电压分两种情况： 当变压器直接与发电机相联时，如图中的变压器T1，高于
8、同级电网额定电压5。 当变压器不与发电机相联而是连接在线路上时，如图的变压器T2，此其一次绕组额定电压应与电网额定电压相同。,电力变压器额定电压说明,电力变压器二次绕组的额定电压亦分两种情况： 变压器二次侧供电线路较长，如图中的变压器T1，其二次绕组额定电压应比相联电网额定电压高10。 变压器二次侧供电线路不长时，如图中的变压器T2，其二次绕组额定电压只需高于所联电网额定电压5。,电力变压器额定电压说明,电力系统额定电压等级,四 供电系统的电能质量指标,电能的质量是指电压质量、频率质量和供电可靠性三项指标 。 电压电压是以电压偏差、电压波动与闪变和电压波形来衡量。 电压偏差电压偏差是以电压偏离
9、额定电压的幅度，一般以百分数表示，即,我国规定了供电电压允许偏差，见下表，要求供电电压的电压偏差不超过允许偏差。,电压波动和闪变电压波动是指电压的急剧变化。电压波动程度以电压最大值与最小值之差或其百分数表示，U=Umax-Umin 周期性电压急剧变化引起光源光通量急剧波动而造成人眼视觉不舒适的现象，称为闪变。,波形波形的质量是以正弦电压波形畸变率来衡量的。在理想情况下，电压波形为正弦波，但电力系统中有大量非线形负荷，使电压波形发生畸变，除基波外，还有各项谐波。,2 频率 频率的质量是以频率偏差来衡量。我国采用的额定频率为50赫兹，在正常情况下，频率的允许 偏差，根据电网的装机容量而定；事故情况
10、下，频率允许偏差更大，频率的允许偏差见下表。,3 供电可靠性 供电可靠性是以对用户停电的时间及次数来衡量。它常用供电可靠率Kre1表示，即实际供电时间与统计期全部时间的比值的百分数表示。,第二节 供电系统接线方式,一 、什么是供电系统接线方式？ 供电系统接线方式就是供电系统一次电气设备的设置及连接方式 电气设备设置 电气设备连接方式 供电系统接线主要包括： 供电系统网络接线 变电所电气主接线,一 、什么是供电系统接线方式？,电力系统有哪些接线方式？ 按网络接线物理结构可分为放射式、干线式、环式及两端供电式等接线系统； 按其网络接线运行方式可分为开式和闭式网络接线系统； 按对负荷供电可靠性的要求
11、可分为无备用和有备用接线系统。,可维护性,设备和人员安全,技术和经济方面,可扩展性,易操作性,运行连续性,对电力系统接线方式的要求,一 、什么是供电系统接线方式？,二、供电系统网络接线方式,无备用接线方式（单回路） 优点：简单、经济、运行方便 缺点：供电可靠性差,干线式,二、供电系统网络接线方式,有备用接线方式 优点：供电可靠性和电压质量高 缺点：不经济,(a),- 环网供电（城市供电系统常用）,开环,闭环,辐射网供电,单辐射,双辐射,并列双回线供电,三、 变电所主接线,1 单母线接线供电可靠性差 灵活性差,2 单母分段接线,克服W或WQS检修全厂所停电的缺点,3 带旁路母线的单母线接线,4
12、双母线接线,5 桥形接线,(1)L1故障仅QF1跳闸，T1及其它回路继续运行(2) T1检修断开QF、QF1，再拉开QS1，出线l1停电 关合QF和QF1，恢复L1供电。,(1) L1故障QF和QF1同时自动跳闸，T1被切除 断开QS2，合QF1和QF，恢复T1运行。(2) T1检修仅停QF1和QS1,第三节 典型企业供电系统,企业的受电电源，一般为电力系统中的地区或工业区变电所 受电电压 的确定： 上级变电所的供电电压 上级变电所与用电企业的距离 企业的负荷大小、性质 企业供配电系统按电压层次的分类 二次降压的供配电系统 一次降压的供配电系统 低压直供的供配电系统,一、大型企业35610kV
13、供电系统 （二次降压的供配电系统）,二、具有一、二级负荷的车间（610）0.4kV供电系统（一次降压的供配电系统）,高压配电所（一次降压的供配电系统）,如图所示是一个比较典型 的中型工厂供电系统的系统 图(system diagram）。可 以看出，该厂的高压配电所 有两条6-l0kV 的电源进 线，分别接在高压配电所的 两段母线上。这两段母线间 装有一个分段隔离开关，形 成所谓“单母线分段制”。,高压变电所（一次降压的供配电系统）,对于小型工厂，由于所需容量一般不大于1000kVA或稍多，因此通常只设一个降压变电所，将6-l0kV电压降为低压用电设备所需的电压，如图所示。,低压直供的供配电系
14、统,如果工厂所需容量不大于 160kV A时，一般采用低压电源进线，因此工厂只需设 一低压配电间，如图所示。,三、供电系统的运行方式,（一）各种运行方式的概念 1按电气设备运行分 并联运行。 分列运行。 一台（路）使用、一台（路）备用。 2按系统运行分 正常运行方式。 故障运行方式。 3按短路电流计算分 最大运行方式。 最小运行方式。,（二）用户35kV变电所运行方式优化分析,用户35kV变电所简化图,35kV母线,10kV母线,用户35kV变电所典型接线及运行方式,1#进线,2#进线,1DL,3DL,2DL,I1,I2,1#PT,2#PT,Ia,Ib,Ic,Uab1,Ubc1,Uca1,Ua
15、b2,Ubc2,Uca2,Ux1,Ux1,Ux1,Ux2,1#主变,2#主变,1DL,3DL,2DL,I1,I2,1#PT,2#PT,Ia,Ib,Ic,Uab1,Ubc1,Uca1,Uab2,Ubc2,Uca2,图1 两进线带母线运行,图2 两主变带母线运行,方式二 一路运行、一路带电备用（明备用）,方式三 分列运行（暗备用）,方式一 并列运行,第四节 电力系统中性点的运行方式,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。,作用：构成三相交流系统电流流通回路；中性点接地时可防止过电压危害以及形成系统内故障时接地电流通路；,中性点运行方式:是指系统
16、中性点与大地的电气联系方式，即系统中性点接地方式。 电力系统的中性点接地方式 中性点不接地 中性点经消弧线圈接地 中性点直接接地 中性点经电阻接地（高、中、低值电阻器）,小电流接地系统,大电流接地系统,一 中性点不接地的电力系统,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 3kV35kV的电力系统,单相金属性接地故障时(A相),ICA,ICA,ICB,ICB,ICC,ICC,IPE,A,B,C,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
17、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。,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。,接地电
18、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。,二 中性点经消弧线圈接地的电力系统,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气隙铁芯的电抗器。,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
19、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,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。 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,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
20、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,有关安装消弧线圈规程,三 中性点直接接地系统,适用范围：我国110kV及以上电压等级的电力系统 。,Ik(1),ICA,ICA,ICB,ICB,ICC,ICC,IPE,A,B,C,IL,特点： 故障时：如发生单相接地故障，短路回路阻抗很小，接地相电流很大。有利于保护装置迅速动作跳闸或熔断器熔断，从而切出故障，其它部分恢复运行。 故障后对地电压UN，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以上系统。 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。,四 如何确定电力系统中性点接地方式,中性点不同的运行方式，在电网发生单相接地时有明显的不同，因而决定着系统保护与监测装置的选择与运行。各种接地方式都有其优缺点，对不同电压等级的电网亦有各自的适用范围。 应从供电可靠性、绝缘水平、对通信线路的干扰、继电保护以及确保人身安全诸方面综合考虑。 电力系统中性点接地点的数量和位置决定单相短路电流的大小和分布。,
