华工自动化企业供电第1章电力系统概述

1、电话：电话email：工厂供配电技术工厂供配电技术主讲教师主讲教师: :高焕丽高焕丽讲授学时及参考教材讲授学时及参考教材学时要求学时要求：32学时学时参考教材参考教材： 1、供配电技术、供配电技术 唐志平唐志平 主编主编 电子工业出版社；电子工业出版社； 2、工厂供电（第三版）、工厂供电（第三版） 刘介才刘介才 编编 机械工业出版社；机械工业出版社； 3、电力工程基础、电力工程基础 孙丽华孙丽华 主编主编 机械工业出版社；机械工业出版社；本课程主要内容本课程主要内容本课程主要讲述中小型工厂供配电系统的基本理论知本课程主要讲述中小型工厂供配电系统的基本理论知识、计算方法

2、、系统运行及管理的相关知识。识、计算方法、系统运行及管理的相关知识。主要包括：主要包括：供配电系统和电力系统的基本知识；供配电系统和电力系统的基本知识；工厂电力负荷的计算；工厂电力负荷的计算；三相短路分析、短路电流及短路效应的计算；三相短路分析、短路电流及短路效应的计算；电气主接线及电气主设备；电气主接线及电气主设备；二次回路、自动装置及继电保护；二次回路、自动装置及继电保护；防雷与接地；防雷与接地；第一章第一章 电力系统概论电力系统概论本章将主要介绍电力系统的基本概念、供配电系统设本章将主要介绍电力系统的基本概念、供配电系统设计的相关基础知识，主要包括以下几个内容：计的相关基础知识，主要包括

3、以下几个内容：电力系统和供配电系统概述电力系统和供配电系统概述q电力系统的基本概念；电力系统的基本概念；q供配电系统的组成；供配电系统的组成；q电力系统的运行特点及运行要求；电力系统的运行特点及运行要求；电力系统的额定电压电力系统的额定电压q电力系统的电压分级；电力系统的电压分级；q电力系统中各元件的额定电压规定；电力系统中各元件的额定电压规定；电力系统的中性点运行方式电力系统的中性点运行方式q电力系统中性点运行方式基本概念；电力系统中性点运行方式基本概念；q电力系统中性点各种运行方式特点及适用场合；电力系统中性点各种运行方式特点及适用场合；第一章第一章 电力系统概论电力系统概论电能的质量指标

4、电能的质量指标q电力系统电能质量衡量标准；电力系统电能质量衡量标准；q各指标的具体含义；各指标的具体含义；供配电系统的组成供配电系统的组成q供配电系统设计的对象；供配电系统设计的对象；q供配电系统设计的主要内容；供配电系统设计的主要内容；第一节第一节 电力系统的基本概念电力系统的基本概念一、电力系统一、电力系统1、电力系统的定义、电力系统的定义按对象描述：按对象描述：发电厂、电力网及用电设备组成的统一整体；发电厂、电力网及用电设备组成的统一整体；按过程描述：按过程描述：由发电、变电、输电、供电、配电以及用电等由发电、变电、输电、供电、配电以及用电等设备和技术组成的一个将一次能源转换成电能设备和

5、技术组成的一个将一次能源转换成电能的统一系统。的统一系统。第一章 工厂供电系统的基本概念第一节第一节 电力系统的基本概念电力系统的基本概念2、电力系统的组成、电力系统的组成第一节第一节 电力系统的基本概念电力系统的基本概念第一节第一节 电力系统的基本概念电力系统的基本概念3动力系统动力系统 动力系统动力系统 ：电力系统与：电力系统与“动力部分动力部分”的总和。的总和。动力系统、电力系统、电力网三部分的关系如下图所示。动力系统、电力系统、电力网三部分的关系如下图所示。可见电力网是电力系统的组成部分；电力系统是动力系可见电力网是电力系统的组成部分；电力系统是动力系统的组成部分。统的组成部分。第一节

6、第一节 电力系统的基本概念电力系统的基本概念2、要求：、要求：（1）安全、可靠）安全、可靠首要任务；首要任务；（2）保证良好的供电质量（优质）；）保证良好的供电质量（优质）；（3）经济性（高效）；）经济性（高效）；（4）灵活、方便且有冗余；）灵活、方便且有冗余；二、电力系统运行的特点和要求二、电力系统运行的特点和要求1、特点：、特点：（1）电能不能大量贮存；）电能不能大量贮存；（2）电力系统电磁暂态过程非常短暂；）电力系统电磁暂态过程非常短暂；（3）电力系统重要性。）电力系统重要性。第二节第二节 电力系统额定电压电力系统额定电压q额定电压额定电压 ：电气设备正常工作且能获得最佳技术性能和经济效

7、果的电压。通常是指线电压，在电气设备铭牌上标出。 一、额定电压规定一、额定电压规定q电力系统电压是有等级的。电力系统电压是有等级的。q电压分级的原因分析：电压分级的原因分析： 由于 ，当输送功率S 一定时，U越高，I 越小，导线等载流部分的截面积越小，投资也就越小； 但电压U越高，对于设备绝缘要求也就越高，变压器、杆塔、断路器等设备的绝缘投资也就越大， 综合考虑上述因素，对于一定的输送功率和输送距离总会综合考虑上述因素，对于一定的输送功率和输送距离总会有一最为合理的线路电压，此时最为经济。有一最为合理的线路电压，此时最为经济。 UIS3第二节第二节 电力系统额定电压电力系统额定电压q主要分成：

8、主要分成：220V,380V,3kV,6kV,10kV,35kV,110kV,220kV,500kV;q在电力系统中同一电压等级下，不同的电气设备在电力系统中同一电压等级下，不同的电气设备具有不同的额定电压规定。用电设备、电力线路、具有不同的额定电压规定。用电设备、电力线路、发电机以及变压器的额定电压规定分别予以介绍。发电机以及变压器的额定电压规定分别予以介绍。第二节第二节 电力系统额定电压电力系统额定电压1、用电设备额定电压、用电设备额定电压铭牌上标出的线电压，没有特殊规定；铭牌上标出的线电压，没有特殊规定；2、电力线路的额定电压：、电力线路的额定电压：和所连接的用电设备的额定电压相等，又称

9、网络的额定电和所连接的用电设备的额定电压相等，又称网络的额定电压；压；3、发电机的额定电压：、发电机的额定电压：与网络额定电压为同一等级时，发电机的额定电压规定比与网络额定电压为同一等级时，发电机的额定电压规定比网络电压高网络电压高5%；标称值均为空载值。；标称值均为空载值。4、变压器额定电压：、变压器额定电压：比较复杂，需视所处位置来确定；比较复杂，需视所处位置来确定；第二节第二节 电力系统额定电压电力系统额定电压变压器一次绕组变压器一次绕组q与发电机直接相连时，其额定电压与发电机额定电压与发电机直接相连时，其额定电压与发电机额定电压相等；相等；q不与发电机直接相连时，其额定电压与网络额定电

10、压不与发电机直接相连时，其额定电压与网络额定电压相等；相等；变压器二次绕组变压器二次绕组q与用户直接相连时，其额定电压比网络电压高与用户直接相连时，其额定电压比网络电压高 5%；q与用户不直接相连时，额定电压比网络电压高与用户不直接相连时，额定电压比网络电压高 10%；第二节第二节 电力系统额定电压电力系统额定电压电力系统电压等级规定总结电力系统电压等级规定总结第二节第二节 电力系统额定电压电力系统额定电压例：例：图A为一升压变压器，一次侧接发电机，电 压等级为10KV；二次侧接输电网，电压等级（网络电压）为220KV。第二节第二节 电力系统额定电压电力系统额定电压变压器一次侧额定电压为：变压

11、器一次侧额定电压为： UTn1=10.0*(1+5%)=10.5KV; 变压器二次侧主抽头额定电压为：变压器二次侧主抽头额定电压为：UTn2=220*(1+10%)=242KV;变压器二次侧变压器二次侧5%抽头额定电压为：抽头额定电压为： UTn2+5%=242*(1+5%)=254KV;（比主触头的额定电压高（比主触头的额定电压高5%）变压器二次侧变压器二次侧5%抽头额定电压为：抽头额定电压为： UTn25%=242*(15%)=229.9KV; （比主触头的额定电压低（比主触头的额定电压低5%）第二节第二节 电力系统额定电压电力系统额定电压例：例：图B为一降压变压器，一次侧接输电网，网络额

12、定电压为220KV；二次侧接配电网，网络额定电压为10KV。图B 降压变压器第二节第二节 电力系统额定电压电力系统额定电压变压器一次侧主抽头额定电压为：变压器一次侧主抽头额定电压为：UTn1=Un1=220KV；一次侧一次侧+5%抽头的额定电压为：抽头的额定电压为：UTn1+5%=220*(1+5%)=231KV；一次侧一次侧5%抽头的额定电压为：抽头的额定电压为：UTn1-5%=220*(1-5%)=209KV；二次侧主抽头额定电压为：二次侧主抽头额定电压为：UTn2=10*(1+10%)=11KV；图B 降压变压器第二节第二节 电力系统额定电压电力系统额定电压二、各种电压等级的适用范围二、

13、各种电压等级的适用范围 注意对各电压等级对应的输送容量以及输送距离限制！注意对各电压等级对应的输送容量以及输送距离限制！ 第三节第三节 电力系统中性点运行方式电力系统中性点运行方式一电力系统中性点一电力系统中性点电力系统中性点电力系统中性点 q指系统中星形联结的变压器或发电机的中性点。指系统中星形联结的变压器或发电机的中性点。意义：意义：电力系统的中性点运行方式是一个综合性问题，电力系统的中性点运行方式是一个综合性问题，对于电力系统的运行特别是在系统发生单相接地故障时有对于电力系统的运行特别是在系统发生单相接地故障时有明显的影响：明显的影响：q它与电压等级、单相接地电流、过电压水平、保护配置等

14、有关；它与电压等级、单相接地电流、过电压水平、保护配置等有关；q直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性、主变压器和发电直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性、主变压器和发电机的运行安全以及通信线路的抗干扰能力等。机的运行安全以及通信线路的抗干扰能力等。第三节第三节 电力系统中性点运行方式电力系统中性点运行方式二中性点运行方式及特点二中性点运行方式及特点第三节第三节 电力系统中性点运行方式电力系统中性点运行方式假定条件：假定条件：q三相对称电路：电源、线路和负载均是对称的；三相对称电路：电源、线路和负载均是对称的；q C为相与地之间的总分布电容；为相与地之间的总分布电容； 表示其容抗；表示其

15、容抗；Xc正常运行时的中性点不接地的电力系统1中性点不接地的电力系统中性点不接地的电力系统（1）系统正常时）系统正常时三相线电压对称三相线电压对称; 三相相电压对称三相相电压对称;三相对地电容电流对称三相对地电容电流对称;第三节第三节 电力系统中性点运行方式电力系统中性点运行方式三个对地电容电流平衡分析三个对地电容电流平衡分析三相对地分布电容电流分别为：三相对地分布电容电流分别为：CCCcoCCBBcoBCAAcoAXUIXUIXUI;0COCCOBCOAoIIII接地电流为：接地电流为： 结论：结论：系统正常时，系统正常时，虚拟接地点的总电容电流相量和为虚拟接地点的总电容电流相量和为0，即没

16、有电流在地中流动。即没有电流在地中流动。正常运行时的中性点不接地的电力系统第三节第三节 电力系统中性点运行方式电力系统中性点运行方式（2）系统发生单相接地短路时（如）系统发生单相接地短路时（如C相接地）相接地）电压特征：电压特征：qC 相对地电压为相对地电压为0；中性点对地电压不为；中性点对地电压不为0；q A相对地电压为：相对地电压为： ；升高为线电压；升高为线电压；q B相对地电压为：相对地电压为： ；升高为线电压；升高为线电压； 电流特征：电流特征： n将接地点作为广义节点，列将接地点作为广义节点，列KCL方程：方程：ACCAAUUUU)(BCCBBUUUU)(0.BCACCIII)(.

17、BCACCIII第三节第三节 电力系统中性点运行方式电力系统中性点运行方式q由相量图得，相位上：由相量图得，相位上： 超前超前 ；q量值上：量值上：CI090CU00333,3CCCCACAACACCIIIXUXUIII，得：且结论：结论： 一相接地的电容电流为正常运行时每相对地电容电一相接地的电容电流为正常运行时每相对地电容电流的流的3倍；倍； 第三节第三节 电力系统中性点运行方式电力系统中性点运行方式（3）中性点不接地系统发生单相接地时特征：）中性点不接地系统发生单相接地时特征：q经故障相流入故障点的电流为正常时本电压等级每相对经故障相流入故障点的电流为正常时本电压等级每相对地总电容电流的

18、地总电容电流的3倍；倍；q中性点对地电压升高为相电压；中性点对地电压升高为相电压；q非故障相的对地电压升高为线电压；非故障相的对地电压升高为线电压；q线电压与正常时的相同，依然对称；线电压与正常时的相同，依然对称；（4）适用范围：）适用范围： 中性点不接地系统仅仅适用于单相接地电容电流不中性点不接地系统仅仅适用于单相接地电容电流不大的电网：大的电网：q310kV电网中，单相接地电流：电网中，单相接地电流：Id30A；q3560kV电网中，单相接地电流：电网中，单相接地电流：Id10A；第三节第三节 电力系统中性点运行方式电力系统中性点运行方式2中性点经消弧线圈接地的电力系统中性点经消弧线圈接地

19、的电力系统 q上述电路中如果发生单相接地故障时接地电流比较大，上述电路中如果发生单相接地故障时接地电流比较大，会出现断续电弧，由于电力线路中含有电阻、电感、电会出现断续电弧，由于电力线路中含有电阻、电感、电容，因此在单相弧光接地时，可能会形成串联谐振，出容，因此在单相弧光接地时，可能会形成串联谐振，出现过电压（正常时的现过电压（正常时的2.5-3倍），导致线路上绝缘薄弱地倍），导致线路上绝缘薄弱地点出现绝缘击穿；在此单相接地电容电流大于一定值的点出现绝缘击穿；在此单相接地电容电流大于一定值的系统中，电源中性点经消弧线圈接地。系统中，电源中性点经消弧线圈接地。第三节第三节 电力系统中性点运行方式

20、电力系统中性点运行方式q发生单相接地故障时，流过中性点的电流时接地电容与发生单相接地故障时，流过中性点的电流时接地电容与流过消弧线圈的电感电流之和；流过消弧线圈的电感电流之和； 超前超前 90 900 0，而，而 滞滞后后 90900 0，所以在接地点相互补偿。，所以在接地点相互补偿。当与的量值差小于当与的量值差小于发生电弧的最小电流（最小生弧电流），电弧不会发生，发生电弧的最小电流（最小生弧电流），电弧不会发生，不会出现串联谐振过电压现象。不会出现串联谐振过电压现象。CICULICU第三节第三节 电力系统中性点运行方式电力系统中性点运行方式（1）特点：）特点：中性点对地电压升高为相电压；中性

21、点对地电压升高为相电压；非故障相的对地电压升高为线电压；非故障相的对地电压升高为线电压；线电压与正常时的相同，依然对称；线电压与正常时的相同，依然对称；消弧线圈有消减小了接地电流，允许在单相接地故障时继消弧线圈有消减小了接地电流，允许在单相接地故障时继续运行（续运行（2小时），在此时间内查找故障。小时），在此时间内查找故障。（2）适用场合：）适用场合： 规定在中性点不接地系统中的规定在中性点不接地系统中的360kV系统中，当电容系统中，当电容电流超过规定数值时，需要采用消弧线圈接地：电流超过规定数值时，需要采用消弧线圈接地：36kV的系统，的系统， 大于大于30A;10kV的系统的系统, 大于

22、大于20A;3560kV的系统的系统, 大于大于10A;第三节第三节 电力系统中性点运行方式电力系统中性点运行方式3中性点直接接地的电力系统中性点直接接地的电力系统 单相接地故障时，形成单相短路，短路电流比正常时单相接地故障时，形成单相短路，短路电流比正常时大的多，立即跳闸；大的多，立即跳闸；解决的问题：解决的问题：q（1）.高压灭弧困难：高压灭弧困难：220kV及以上的电压电网，除存及以上的电压电网，除存在对地电容外，还存在较大的电晕损耗和泄漏损耗，因在对地电容外，还存在较大的电晕损耗和泄漏损耗，因而在接地电流中既有有功分量又有无功分量，而消弧线而在接地电流中既有有功分量又有无功分量，而消弧

23、线圈只能补偿无功分量，接地点仍有较大的有功电流流过；圈只能补偿无功分量，接地点仍有较大的有功电流流过；电压等级越高，该值越大：电压等级越高，该值越大：100A200A之上；致使电弧之上；致使电弧无法熄灭；无法熄灭；第三节第三节 电力系统中性点运行方式电力系统中性点运行方式q（2）高压绝缘投资大：在中）高压绝缘投资大：在中性点直接接地系统中，发生单性点直接接地系统中，发生单相接地故障后，中性点电位不相接地故障后，中性点电位不变化，致使非故障相对地电压变化，致使非故障相对地电压即相电压基本不变化，所以可即相电压基本不变化，所以可以有效克服线路以及高压设备以有效克服线路以及高压设备高压绝缘投资问题；

24、高压绝缘投资问题；q（3）低压单相设备运行需要：）低压单相设备运行需要：在在380V/220V系统中，为了设系统中，为了设备可靠接地以及单相设备的工备可靠接地以及单相设备的工作需要，也通常采用中性点直作需要，也通常采用中性点直接接地运行方式。接接地运行方式。第四节第四节 电能的质量指标电能的质量指标 衡量电能质量的三个指标：电压、频率、供电可靠性衡量电能质量的三个指标：电压、频率、供电可靠性;一、电压一、电压 电压质量是以电压偏离额定电压的幅度（电压偏差）、电压质量是以电压偏离额定电压的幅度（电压偏差）、电压波动与闪变和电压波形来衡量。电压波动与闪变和电压波形来衡量。1、电压偏差、电压偏差 电

25、压偏差是以电压偏离额定电压的幅度，一般以百分电压偏差是以电压偏离额定电压的幅度，一般以百分数表示，即：数表示，即：式中：式中：V%为电压偏差百分数，为电压偏差百分数，U为实际电压，为实际电压，UN为额定电压。为额定电压。%100%NNUUUV第四节第四节 电能的质量指标电能的质量指标2、 电压波动电压波动电压波动是指电压的急剧变化。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，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，即：即：式中式中， 为电压波动；为电压波动； 为电压波动百分数；为电压波动百分数； 为电压波动的最大值和最小值（为电压波动的最大值和最

26、小值（kV）；）； 为额定电压（为额定电压（kV）。）。 minmaxUUU%100%minmaxNUUUUU%Uminmax,UUNU第四节第四节 电能的质量指标电能的质量指标3、波形、波形波形的质量是以正弦电压波形畸变率来衡量的。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性负荷，使电压波形发生畸变，除基波外，还有各项非线性负荷，使电压波形发生畸变，除基波外，还有各项谐波，电力系统中主要以谐波，电力系统中主要以3次、次、5次等奇次谐波为主次等奇次谐波为主。 二、频率二、频率频率的质量是以频

27、率偏差来衡量。频率的质量是以频率偏差来衡量。第四节第四节 电能的质量指标电能的质量指标三、供电的可靠性三、供电的可靠性供电可靠性是以对用户停电的时间及次数来衡量。供电可靠性是以对用户停电的时间及次数来衡量。通常采用供电可靠率表示供电可靠性，即实际供电时间与通常采用供电可靠率表示供电可靠性，即实际供电时间与统计期全部时间的比值的百分数表示：统计期全部时间的比值的百分数表示：式中：式中：Ty为统计期实际供电时间之和（为统计期实际供电时间之和（h）；）； Ts为统计期全部时间（为统计期全部时间（h）；）； Tt为统计期内停电时间之和（为统计期内停电时间之和（h）；）； ti为统计期内每次停电时间（为

28、统计期内每次停电时间（h）；）；%1001niiCtKtsyTTTniittT1第五节第五节 工厂供配电系统的组成工厂供配电系统的组成 2003年底，我国发电机装机容量年底，我国发电机装机容量3 8450万千瓦，发万千瓦，发电量达电量达1 9080亿度（亿度（kWh），居世界第二位。工业用），居世界第二位。工业用户占据户占据50%70%，供配电系统的任务就是用户电能的，供配电系统的任务就是用户电能的供应和分配，是电力系统的主要组成部分；对于工厂供应和分配，是电力系统的主要组成部分；对于工厂供配电系统进行研究和设计很有必要。供配电系统进行研究和设计很有必要。 一、工厂供配电系统研究对象一、工厂供配电系统研究对象 从供电角度，工厂规模的分类：从供电角度，工厂规模的分类： 第五节第五节 工厂供配电系统的组成工厂供配电系统的组成本科程主要介绍中小型工厂内部供配电系统的设计问本科程主要介绍中小型工厂内部供配电系统的设计问题，设计整个工厂（企业）内部接受、变换、分配、消费题，设计整个工厂（企业）内部接受、变换、分配、消费电能的总电路；初步掌握中小型工厂的供电系统和电气照电能的总电路；初步掌握中小型工厂的供电系统和电气照明系统的维护和设计的基本知识。明系统的维护和设计的基本知识。二工厂供配电系统总体构成：二工厂供配电系统总体构成：q电源系统电源系统