用户供电系统 第二节

1、EXIT内容提要：本章介绍了用户供电系统的电力负荷与负荷内容提要：本章介绍了用户供电系统的电力负荷与负荷计算，介绍了供电电压以及电源的选择，还介绍了配电计算，介绍了供电电压以及电源的选择，还介绍了配电系统的设计，最后简单介绍了供电系统的电能节约与电系统的设计，最后简单介绍了供电系统的电能节约与电能质量控制。能质量控制。EXIT第二节第二节 供电电压与电源的选择供电电压与电源的选择 EXIT 供配电电压的选择主要取决于用电负荷的大小和供供配电电压的选择主要取决于用电负荷的大小和供电距离的长短。电距离的长短。因为，在输送功率一定的情况下，若提高供因为，在输送功率一定的情况下，若提高供电电压，就能减

2、少电能损耗，提高用户端电压质量电电压，就能减少电能损耗，提高用户端电压质量; ;另一方面，另一方面，电压等级越高，对设备的绝缘性能要求随之增高，投资费用电压等级越高，对设备的绝缘性能要求随之增高，投资费用相应增加相应增加。决定用户供电电压的高低因素是电压质量和安全经济性。决定用户供电电压的高低因素是电压质量和安全经济性。 供电系统的线路损耗一直是电力部门十分重视的问题。供电系统的线路损耗一直是电力部门十分重视的问题。EXITABUUU一、线路电压损失一、线路电压损失 在按允许电压损失之前，必须先知道有关电压损失的基本概念在按允许电压损失之前，必须先知道有关电压损失的基本概念和定义和定义. .

3、由于线路存在电阻和电抗，通电流后除了电能损失外，还有由于线路存在电阻和电抗，通电流后除了电能损失外，还有电压损失，影响电压质量。电压损失，影响电压质量。 以一相线路为例分析以一相线路为例分析 1.1.电压降落：电压降落： 电网两端电压的向量电网两端电压的向量差差EXITl线路线路ABAB的电压降：的电压降： l l U UZ Z ：电压降纵分量；：电压降纵分量； U UHH：电压降横分量。：电压降横分量。 ABZHUUUUj U cossincossinZHUacabbcI RI XUfcfeecI XI R EXITl其中：其中： l实际上，由于线路不长，在线路末端电压相位差实际上，由于线路

4、不长，在线路末端电压相位差 很小：很小：l电压损失的百分比电压损失的百分比：（把末端电压近似为额定电压：（把末端电压近似为额定电压UB=UN）其中量纲：其中量纲：UN（kV），）， U（V），P（kW），），Q（kvar）。）。 BBBBBBBBUQXUSXUIXUIXUPRUSRUIRUIRsinsinsincoscoscosBBAUQXPRacagUUU2%100%100%NNUPRQXUUUBHBZUQRPXRIXIecfefcUUQXPRXIRIbcabacUsincossincosEXIT对于分段接有负荷的干线线路的电压损失计算： p，q：支线上的负荷。 P，Q：干线上的负荷。 l,

5、r,x：每段线路的长度和阻抗； L,R,X：各负荷到线路首端的长度和阻抗.121122222222211211%11101010101101%10NNNNnni iiiiiNnniiiiNUUUPQPQrxrxUUUUPrQ xUUpiRqiXU EXITl参数关系参数关系：lP1=p1+p2，P2=p2；Q1=q1+q2，Q2=q2 R1=r1，R2= r1+r2；X1=x1，X2= x1+x2l如果导线的截面处处相同：如果导线的截面处处相同：lro,xo:单位长度导线的电阻和电抗单位长度导线的电阻和电抗l上式表明输送功率与输送距离的乘积决定了电压损失，称其为负荷矩，它上式表明输送功率与输送

6、距离的乘积决定了电压损失，称其为负荷矩，它是判断电压质量的重要技术指标。是判断电压质量的重要技术指标。1000022111111%nnnni ii iiiiiiiiiNNUrPlxQlrp Lxq LUU为什么电力系统采用交流输电为什么电力系统采用交流输电为什么地铁要用直流供电为什么地铁要用直流供电 EXIT地铁的车辆牵引电机是直流电动机，但为什么选择直流电动机而不选用交地铁的车辆牵引电机是直流电动机，但为什么选择直流电动机而不选用交流电动机？流电动机？1）这是因为绕线式直流电动机的启动转矩远远大于普通鼠笼式）这是因为绕线式直流电动机的启动转矩远远大于普通鼠笼式交流电动机，而启动电流却远远小于

7、交流电机，交流电动机，而启动电流却远远小于交流电机，具有很好的启动特性具有很好的启动特性；2）直流电动机调速的直流电动机调速的平稳性、方便性和可靠性平稳性、方便性和可靠性也远远优于交流电动机。也远远优于交流电动机。3）直）直流电机的流电机的输出特性输出特性也比交流电机平也比交流电机平硬硬；4）虽然单就电机而言，直流电机肯）虽然单就电机而言，直流电机肯定比交流电机要贵得多，但是把启动、调速设备加在一起考虑，再考虑到定比交流电机要贵得多，但是把启动、调速设备加在一起考虑，再考虑到机车对启动、加速性能和运行平稳性的要求，选直流电机的机车对启动、加速性能和运行平稳性的要求，选直流电机的总体方案肯定总体

8、方案肯定优于选交流电机优于选交流电机。 铁路的机车功率较大（几千铁路的机车功率较大（几千kW），地铁的功率较小（几百），地铁的功率较小（几百kW），而），而DC1500/750V无法承受如此大的功率，而为了满足功率，继续升电压无法承受如此大的功率，而为了满足功率，继续升电压又比较困难又比较困难 另外地铁车辆为了减自重，一般采用直流另外地铁车辆为了减自重，一般采用直流-交流传动，如交流传动，如果也使用交流供电，那么还要再加变压器之类的设备，又要增加自重果也使用交流供电，那么还要再加变压器之类的设备，又要增加自重为什么铁路接触网用交流为什么铁路接触网用交流,而地铁用直流而地铁用直流? EXIT二、

9、电压与负荷容量和输送距离的关系二、电压与负荷容量和输送距离的关系 由于受导线截面的限制和线路电压损失的要求，每一标称电压下线路的输电能力是有限的。 1) 最大输送功率 通常用户供电系统所用的导线最大标称截面为240mm2，其承载电流的能力限制了某一电压下输送功率的大小。对截面为A的导线，设在满足经济性条件下其可承载的最大电流为Imax，则其可输送的最大功率为%5%100tan%100%2N002N00UxrlPUlxQlrPUtan%5002NxrUPl2) 按线路电压损失要求(一般不应大于5)，在额定电压UN下，对某一截面导线的负荷矩限制如下：cos3maxNmaxIUP其中最大电流其中最大

10、电流Imax受截面限制受截面限制EXITl例例:若截面为若截面为240mm2的铝绞线架空线的铝绞线架空线,线间几何均距线间几何均距1m,功率因数功率因数0.8,线路电线路电压为压为10Kv,求最大负荷距离求最大负荷距离.已知满足经济性条件下架空线所承载的最大电流已知满足经济性条件下架空线所承载的最大电流为为216Al解解:lr0,x0是根据截面为是根据截面为240mm2的铝绞线的参数表的铝绞线的参数表:附录表附录表20.l最大传输距离最大传输距离:maxmax3cos3 10 216 0.82993NPU IkWkmkWkmkWPl32109 .1375. 0305. 0132. 01050k

11、mknPPll65. 42993109 .133maxEXIT1 导线导线l架空导线架设在空中，要承受自重、风压、冰雪荷载等机械力架空导线架设在空中，要承受自重、风压、冰雪荷载等机械力的作用和空气中有害气体的侵蚀，同时还受温度变化的影响，的作用和空气中有害气体的侵蚀，同时还受温度变化的影响，运行条件比较恶劣。因此，它们的材料应有较高的机械强度和运行条件比较恶劣。因此，它们的材料应有较高的机械强度和抗腐蚀能力，而且导线要有良好的导电性能。导线按结构分为抗腐蚀能力，而且导线要有良好的导电性能。导线按结构分为单股线与多股绞线；按材质分为铝（单股线与多股绞线；按材质分为铝（L）、钢（）、钢（G）、铜（

12、）、铜（T）、）、铝合金（铝合金（HL）等类型。由于多股绞线优于单股线，故架空导）等类型。由于多股绞线优于单股线，故架空导线多采用多股绞线。线多采用多股绞线。l铝绞线（铝绞线（LJ） 导电率高、质轻价廉，但机械强度较小、耐腐蚀性差，故多用于挡导电率高、质轻价廉，但机械强度较小、耐腐蚀性差，故多用于挡距不大的距不大的10kV及以下的架空线路。及以下的架空线路。供电系统线缆及杆塔介绍供电系统线缆及杆塔介绍EXIT架空线路结构示意图架空线路结构示意图l钢芯铝绞线（钢芯铝绞线（LGJ） 将多股铝线绕在钢芯外将多股铝线绕在钢芯外层，铝导线起载流作层，铝导线起载流作用，机械载荷由钢芯用，机械载荷由钢芯与铝

13、线共同承担，使与铝线共同承担，使导线的机械强度大为导线的机械强度大为提高，因而在提高，因而在10kV以以上的架空线路中得到上的架空线路中得到广泛应用广泛应用EXITl铝合金绞线（铝合金绞线（LHJ） 机械强度大、防腐性能好、导电性亦好，可用于一般输配电线路。机械强度大、防腐性能好、导电性亦好，可用于一般输配电线路。 l铜绞线（铜绞线（TJ） 导电率高、机械强度大、耐腐蚀性能好，是理想的导电材料。但为导电率高、机械强度大、耐腐蚀性能好，是理想的导电材料。但为了节约用铜，目前只限于有严重腐蚀的地区使用。了节约用铜，目前只限于有严重腐蚀的地区使用。l钢绞线（钢绞线（GJ） 机械强度高，但导电率差、易

14、生锈、集肤效应严重，故只适用于机械强度高，但导电率差、易生锈、集肤效应严重，故只适用于电流较小、年利用小时低的线路及避雷线。电流较小、年利用小时低的线路及避雷线。EXITEXITEXITEXITEXIT橡胶橡胶聚氯乙稀聚氯乙稀交联聚乙烯交联聚乙烯矿物绝缘矿物绝缘2. 电缆线路电缆线路特点：运行可靠、美观、维护工作特点：运行可靠、美观、维护工作 量小，但造价高，故障时量小，但造价高，故障时 不易排除。不易排除。几根（单根）绞绕的绝缘导线几根（单根）绞绕的绝缘导线三相统包绝缘（对地）三相统包绝缘（对地）高压电缆采用，使各相分布电容及电容电流均衡。高压电缆采用，使各相分布电容及电容电流均衡。导线导线

15、:绝缘层绝缘层:屏蔽层屏蔽层:结结构构保护层保护层敷设：直接埋地敷设、利用电缆沟、敷设：直接埋地敷设、利用电缆沟、 利用电缆桥架室内敷设、利用电缆桥架室内敷设、 利用管道（钢管、塑料管、利用管道（钢管、塑料管、 混凝土管）、混凝土管）、 利用电缆隧利用电缆隧 道、海底水中等。道、海底水中等。 保护屏蔽层、绝缘层保护屏蔽层、绝缘层铠装层铠装层:外护套外护套:内护层内护层: 外护层外护层防止较重的外部机械损伤（需要时）防止较重的外部机械损伤（需要时）保护铠装层、防腐保护铠装层、防腐应遵守应遵守GB50217-94电力工程电缆设计规范电力工程电缆设计规范EXIT聚氯乙烯绝缘电力电缆采用IEC标准，适

16、用于3.6/6KV及以下输配电系统，电气、物理性能优良，敷设使用方便，近年来又开发了阻燃、耐火及五芯系列电力电缆。 EXIT 110kV电缆执行GB11017.111017.3-2002 额定电压110kV交联聚乙烯绝缘电力电缆及其附件的规定，该标准与IEC60840 额定电压30kV-150kV 挤包绝缘电力电缆试验，AEIC CS7 额定电压69kV-138kV交联聚乙烯绝缘屏蔽电力电缆技术规范等效，220kV电缆执行标准GB18890.118890.3-2002 额定电压220kV（Um=252kV）交联聚乙烯绝缘电力电缆及其附件的规定，该标准与SS424 14 17额定电压12kV-4

17、20kV交联聚乙烯绝缘塑料护套电力电缆的实验方法等效，并参照IEC60840和AEIC CS7进行了延伸。EXITEXIT 2 杆塔杆塔l杆塔是用来支持绝缘子和导线，使导线相互之间、导杆塔是用来支持绝缘子和导线，使导线相互之间、导线对杆塔和大地之间保持一定的距离（挡距），以保线对杆塔和大地之间保持一定的距离（挡距），以保证供电与人身安全。对应于不同的电压等级，有一个证供电与人身安全。对应于不同的电压等级，有一个技术经济上比较合理的挡距，如技术经济上比较合理的挡距，如0.4kV及以下为及以下为3050m ，610kV为为40100m ，35kV水泥杆为水泥杆为100150m ，110220kV铁

18、塔为铁塔为150400m等。等。l杆塔根据所用材料的不同可分为木杆、钢筋混凝土杆杆塔根据所用材料的不同可分为木杆、钢筋混凝土杆和铁塔等三种。和铁塔等三种。l杆塔按用途可划分为：直线杆、耐张杆、转角杆、终杆塔按用途可划分为：直线杆、耐张杆、转角杆、终端杆、特种杆（如分支杆、跨越杆、换位杆等）。端杆、特种杆（如分支杆、跨越杆、换位杆等）。EXITEXITEXIT3 横担横担l横担的主要作用是固定绝缘子，并使各导线相互之横担的主要作用是固定绝缘子，并使各导线相互之间保持一定的距离，防止风吹或其他作用力产生摆间保持一定的距离，防止风吹或其他作用力产生摆动而造成相间短路。目前使用的主要是铁横担、木动而造

19、成相间短路。目前使用的主要是铁横担、木横担、瓷担等。横担、瓷担等。l横担的长度取决于线路电压的高低、挡距的大小、横担的长度取决于线路电压的高低、挡距的大小、安装方式和使用地点。主要是保证在最困难条件下安装方式和使用地点。主要是保证在最困难条件下（如最大弧垂时受风吹动）导线之间的绝缘要求。（如最大弧垂时受风吹动）导线之间的绝缘要求。35kV以下电力线路的线间最小距离见有关设计手册。以下电力线路的线间最小距离见有关设计手册。EXITEXITEXIT4 绝缘子绝缘子l绝缘子的作用是使导线之间、导线与大地之间彼此绝缘。绝缘子的作用是使导线之间、导线与大地之间彼此绝缘。故绝缘子应具有良好的绝缘性能和机械

20、强度，并能承受故绝缘子应具有良好的绝缘性能和机械强度，并能承受各种气象条件的变化而不破裂。线路绝缘子主要有针式各种气象条件的变化而不破裂。线路绝缘子主要有针式绝缘子、悬式绝缘子。绝缘子、悬式绝缘子。5 金具金具l用于连接、固定导线或固定绝缘子、横担等的金属部件。用于连接、固定导线或固定绝缘子、横担等的金属部件。常用的金具有：悬垂线夹、耐张线夹、接续金具、联结常用的金具有：悬垂线夹、耐张线夹、接续金具、联结金具、保护金具等。金具、保护金具等。EXITEXITEXITEXIT三、电压的选择三、电压的选择 用户供电系统的电压等级应符合电力系统的额定电压。用户供电系统的电压等级应符合电力系统的额定电压

21、。由于用户负由于用户负荷相对较小、供电距离较短，故从安全和经济的角度考虑，用户供电荷相对较小、供电距离较短，故从安全和经济的角度考虑，用户供电系统的电压等级一般在系统的电压等级一般在35kV及以下及以下 。1供电电压的选择供电电压的选择 供电电压的选择应根据用电容量和供电距离参照表供电电压的选择应根据用电容量和供电距离参照表2-6并考虑当并考虑当地电网现状、用户的用电负荷性质及未来发展规划等因素综合而定。地电网现状、用户的用电负荷性质及未来发展规划等因素综合而定。一般用户的供电电压为一般用户的供电电压为610kV，大中型工业企业的供电电压可为，大中型工业企业的供电电压可为35kV。对于个别电力

22、用户，当用电负荷很大、输电距离长且有大功对于个别电力用户，当用电负荷很大、输电距离长且有大功率冲击性负荷率冲击性负荷(如电弧炼钢炉、轧钢设备及大型整流装置等如电弧炼钢炉、轧钢设备及大型整流装置等)时，在时，在技术经济合理的条件下，可考虑采用更高一级电压供电。技术经济合理的条件下，可考虑采用更高一级电压供电。 EXIT2高压配电电压的选择高压配电电压的选择 用户供电系统的高压配电电压一般采用用户供电系统的高压配电电压一般采用610kV。由于由于10kV技术经济技术经济指标好，如供电系统能耗和有色金属耗量均较小，因而高压配电电压指标好，如供电系统能耗和有色金属耗量均较小，因而高压配电电压应首选应首

23、选10kV。当用户有多台当用户有多台6kV用电设备、且容量较大、在技术经济用电设备、且容量较大、在技术经济上合理时，才采用上合理时，才采用6kV。当用户有少量。当用户有少量3kV电动机时，可用电动机时，可用10(6)3kV专用变压器供电。专用变压器供电。3低压配电电压的选择低压配电电压的选择 1000V以下的电压，除非因为安全所规定的特殊电压外，对于供以下的电压，除非因为安全所规定的特殊电压外，对于供给用户直接使用的交流动力及照明电压，我国是给用户直接使用的交流动力及照明电压，我国是380220V。对于对于矿山和油田等特殊场合，由于负荷分散，供电距离长，为了保证矿山和油田等特殊场合，由于负荷分

24、散，供电距离长，为了保证电压质量，动力用电可采用电压质量，动力用电可采用660380V或或1140/660V。EXIT四、电源的选择四、电源的选择由于生产性质或使用场合的不同，不同用户或同一用户内的不同设由于生产性质或使用场合的不同，不同用户或同一用户内的不同设备对供电可靠性的要求是不同的。可靠性即根据用电负荷的性质和备对供电可靠性的要求是不同的。可靠性即根据用电负荷的性质和突然中断其供电在政治或经济上造成损失或影响的程度对用电设备突然中断其供电在政治或经济上造成损失或影响的程度对用电设备提出的不允许中断供电的要求。供电电源首先应满足用电负荷的特提出的不允许中断供电的要求。供电电源首先应满足用

25、电负荷的特定要求。定要求。1负荷等级负荷等级 按照用电负荷对供电可靠性的要求，即中断供电对人身生命、生产按照用电负荷对供电可靠性的要求，即中断供电对人身生命、生产安全造成的危害及对经济影响的程度，用电负荷分为下列三级：安全造成的危害及对经济影响的程度，用电负荷分为下列三级： (1)一级负荷（关键负荷）一级负荷（关键负荷） 突然停电将关乎人身生命安全，或突然停电将关乎人身生命安全，或在经济上造成重大损失，或在政治上造成重大不良影响者。在经济上造成重大损失，或在政治上造成重大不良影响者。 (2)二级负荷（重要负荷）二级负荷（重要负荷） 突然停电将在经济上造成较大损突然停电将在经济上造成较大损失，或

26、在政治上造成不良影响者。失，或在政治上造成不良影响者。 (3)三级负荷（一般负荷）三级负荷（一般负荷） 不属于一级和二级负荷者。不属于一级和二级负荷者。 EXIT2电源及其选择电源及其选择电力用户可由多种电源供电，以满足不同设备对电力和供电可靠性的电力用户可由多种电源供电，以满足不同设备对电力和供电可靠性的需要。需要。直接来自电力系统的电源是绝大多数电力用户的主要电能来源，它为直接来自电力系统的电源是绝大多数电力用户的主要电能来源，它为用户提供了满足长期稳定持续供电需要的大宗电能，属于正常电源。除用户提供了满足长期稳定持续供电需要的大宗电能，属于正常电源。除正常电源外，用户根据需要可以设置一些

27、应急电源，以备正常电源故障正常电源外，用户根据需要可以设置一些应急电源，以备正常电源故障中断时的急需之用。譬如，独立于正常电源的备用发电机组、独立于正中断时的急需之用。譬如，独立于正常电源的备用发电机组、独立于正常电源的备用馈电线路、蓄电池组、不间断电源（常电源的备用馈电线路、蓄电池组、不间断电源（UPS）等。）等。1 1、柴油发电机组自备电源：操作简便、起动迅速、效率较高。、柴油发电机组自备电源：操作简便、起动迅速、效率较高。2 2、UPSUPS：由整流器：由整流器(UR)(UR)、逆变器、逆变器(uV(uV) )和蓄电池组和蓄电池组(GB)(GB)等三部分组成等三部分组成EXIT 各级用电

28、负荷的供电电源和供电方式，应根据负荷对供电可靠性各级用电负荷的供电电源和供电方式，应根据负荷对供电可靠性的要求和地区供电条件，按下列原则考虑确定：的要求和地区供电条件，按下列原则考虑确定： （1）一级负荷一级负荷 应由两个独立电源供电应由两个独立电源供电，有特殊要求的一级负荷，有特殊要求的一级负荷，两个独立电源应来自两个不同的地点。两个供电电源应在设备的控制两个独立电源应来自两个不同的地点。两个供电电源应在设备的控制箱内实现自动切换，切换时间应满足设备允许中断供电的要求。除正箱内实现自动切换，切换时间应满足设备允许中断供电的要求。除正常电源外，还需增设应急电源。常电源外，还需增设应急电源。 （2）二级负荷二级负荷 应由两回线路供电应由两回线路供电，并可在配电装置内实现切换，并可在配电装置内实现切换，当一回线路故障时，应不影响另一回线路供电。当负荷较小或取得两当一回线路故障时，应不影响另一回线路供电。当负荷较小或取得两回线路有困难时，可由一回专用线路供电。小容量负荷可以采用一路回线路有困难时，可由一回专用线路供电。小容量负荷可以采用一