《供电技术》(第4版)

1、 现代供电技术现代供电技术余健明余健明西安理工大学西安理工大学自动化与信息工程学院自动化与信息工程学院教学内容、教学环节及参考资料1、教学内容教学内容n绪论绪论 （电力系统的基本概念、用户供电系统（电力系统的基本概念、用户供电系统 的特点、供电质量的主要指标）的特点、供电质量的主要指标）n用户供电系统用户供电系统 （电力负荷及计算、供电电压及电源的（电力负荷及计算、供电电压及电源的 选择、用户供电系统的设计、用户供选择、用户供电系统的设计、用户供 电系统的电能损耗及电能节约）电系统的电能损耗及电能节约）n短路电流计算短路电流计算 （短路计算的意义及目的、无限容量电（短路计算的意义及目的、无限容

2、量电 源供电系统短路过程分析、短路参数源供电系统短路过程分析、短路参数 的计算、供电系统中电气设备的选择的计算、供电系统中电气设备的选择 与校验）与校验）教学内容、教学环节及参考资料n供电系统的保护供电系统的保护 （继电保护的基本概念、单端供电网（继电保护的基本概念、单端供电网 络的保护、电力变压器的保护、低络的保护、电力变压器的保护、低 压配电系统的保护、供电系统的微压配电系统的保护、供电系统的微 机保护）机保护）n供电系统的保护接地与防雷供电系统的保护接地与防雷 （供电系统的安全保护接地、供电系（供电系统的安全保护接地、供电系 统的防雷保护）统的防雷保护）n供电系统的电能质量与无功补偿供电

3、系统的电能质量与无功补偿 （电压质量的含义、电压偏差及调节、（电压质量的含义、电压偏差及调节、 电压波动（闪变）及其抑制、电力电压波动（闪变）及其抑制、电力 谐波及抑制、供电系统的三相不平谐波及抑制、供电系统的三相不平 衡、供电系统的无功功率补偿）衡、供电系统的无功功率补偿）教学内容、教学环节及参考资料n供电系统变电所的自动化供电系统变电所的自动化 （变电所自动化的基本功能、变电所（变电所自动化的基本功能、变电所 综合自动化系统的结构、备用电源综合自动化系统的结构、备用电源 自动投入装置、自动重合闸装置、自动投入装置、自动重合闸装置、 变电所的电压、无功综合控制、单变电所的电压、无功综合控制、

4、单 相接地自动选线装置、电力负荷管相接地自动选线装置、电力负荷管 理与控制理与控制 ）2 2、教学环节、教学环节 课程实习课程实习理论教学课程实验（考试）理论教学课程实验（考试）课程课程设计（答辩）设计（答辩）教学内容、教学环节及参考资料3 3、参考资料、参考资料n 教材：教材：供电技术供电技术（第四版）（第四版） 余健明、同向前、苏文成余健明、同向前、苏文成 机械工业出版社机械工业出版社. 2008.2. 2008.2n参考资料：参考资料： 供电技术供电技术（第三版）（第三版） 余健明等余健明等 机械工业出版社机械工业出版社 现代供电技术现代供电技术 孟祥忠孟祥忠 清华大学出版社清华大学出版

5、社 电力系统继电保护电力系统继电保护 张保会等张保会等 中国电力出版社中国电力出版社 电能质量电能质量 程浩忠等程浩忠等 清华大学出版社清华大学出版社 变电站综合自动化技术变电站综合自动化技术 丁书文丁书文 中国电力出版社中国电力出版社 工业与民用配电设计手册工业与民用配电设计手册 （第三版）（第三版） 中国航空工业规划设计研究院中国航空工业规划设计研究院 中国电力出版社中国电力出版社第第1 1章章 绪论绪论 （1-11-1） 一、电力系统的基本概念一、电力系统的基本概念 1 1、电力系统的构成、电力系统的构成 电力系统由各种不同类型的发电厂、输配电网及电力系统由各种不同类型的发电厂、输配电网

6、及 电力用户组成。它们分别完成电能的生产、输送、分电力用户组成。它们分别完成电能的生产、输送、分 配及使用。如图所示配及使用。如图所示: :第第1 1章章 绪论绪论 （1-21-2）图图1-1 1-1 电力系统示意图电力系统示意图第第1 1章章 绪论绪论 （1-31-3）发电厂发电厂火力发电厂火力发电厂水力发电厂水力发电厂原子能发电厂原子能发电厂利用风能发电；利用风能发电；利用太阳能发电；利用太阳能发电；利用可再生能源发电利用可再生能源发电 生物（秸杆）发电；生物（秸杆）发电；（利用农（利用农作物秸秆和林业废弃物作为燃料发电。特点：二氧化碳零排放）作物秸秆和林业废弃物作为燃料发电。特点：二氧化

7、碳零排放）发电厂：发电厂：第第1 1章章 绪论绪论 （1-41-4）n输（配）电电压等级；输（配）电电压等级； (10(10、3535、110110、220220、330330、500500、750kV)750kV)n输电线路的结构；输电线路的结构； （架空线、电缆）（架空线、电缆）n输电距离；输电距离； （电压等级、输送功率）（电压等级、输送功率）n输电方式：输电方式： （交流、直流）（交流、直流）交流输电的特点交流输电的特点n频率确定；频率确定；n三相输电线路；三相输电线路；n无功问题；无功问题；直流输电的特点直流输电的特点n换流站；换流站；n两条输电线；两条输电线；n不同频率电网的互联；

8、不同频率电网的互联；n开关元件问题；开关元件问题；输（配）电网：输（配）电网：第第1 1章章 绪论绪论 （1-51-5） 用户：用户：n工业用电；工业用电；n农业用电；农业用电；n市政、交通、生活用电；市政、交通、生活用电；第第1 1章章 绪论绪论 （1-61-6）组成大型电力系统的优点：组成大型电力系统的优点： 1)1)发电量不受地方负荷的限制，可以增大单台发电量不受地方负荷的限制，可以增大单台 机组容量，充分利用地方自然资源，提高发机组容量，充分利用地方自然资源，提高发 电效率，降低电能成本。电效率，降低电能成本。 2)2)充分利用各类发电厂的特点，合理地分配负充分利用各类发电厂的特点，合

9、理地分配负 荷，使系统能保持在最经济的条件下运行。荷，使系统能保持在最经济的条件下运行。 3)3)在减少备用机组的情况下，能提高对用户供在减少备用机组的情况下，能提高对用户供 电的可靠性。电的可靠性。 第第1 1章章 绪论绪论 （1-71-7）2 2、电力网的额定电压、电力网的额定电压 电力网的额定电压等级是根据国民经济发展的电力网的额定电压等级是根据国民经济发展的需要、技术经济的合理性以及电气设备的制造水平需要、技术经济的合理性以及电气设备的制造水平等因素，经全面分析论证，由国家统一制定和颁布等因素，经全面分析论证，由国家统一制定和颁布的。我国公布的标准额定电压如表的。我国公布的标准额定电压

10、如表1-11-1所示。所示。 第第1 1章章 绪论绪论 （1-81-8） 电力网和用电设备电力网和用电设备 额定电压额定电压 发电机发电机 额定电压额定电压 电力变压器额定电压电力变压器额定电压 一次绕组一次绕组 二次绕组二次绕组 低压（低压（V） 220127 380220 660380 230 400 690 220127 380220 660380 230133 400230 690400 高压（高压（kV） 3 6 10 35 110 220 330 500 750 3.15 6.3 10.5 13.8,15.75,18,20 - - - - - -3及及3.156及及6.310及及1

11、0.513.8,15.75,18,2035110220330500750 3.15及及3.3 6.3及及6.6 l0.5及及11 38.5 121 242 363 550表表1-1 1-1 我国交流电力网和电气设备的额定电压我国交流电力网和电气设备的额定电压第第1 1章章 绪论绪论 （1-91-9）n变压器的额定电压变压器的额定电压NGNUU05. 1.n用电设备的额定电压用电设备的额定电压和电网的额定电压是一致的。和电网的额定电压是一致的。即即 NMNUU.n发电机的额定电压发电机的额定电压 升压变压器：升压变压器： NTTNNGNTNUUUUUU1 . 105. 120.二次侧一次侧降压变

12、压器：降压变压器：NNTTNNTNUUUUUU05. 11 . 120.二次侧一次侧第第1 1章章 绪论绪论 （1-101-10） 3 3、电力系统的中性点运行方式、电力系统的中性点运行方式 电力系统的中性点是指星形联结的变压器或发电机的电力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。其中性点运行方式可分为。其中性点运行方式可分为中性点有效接地系统中性点有效接地系统和和中性点非有效接地系统中性点非有效接地系统两大类。两大类。中性点有效接地系统中性点有效接地系统中性点非有效接地系统中性点非有效接地系统中性点直接接地系统中性点直接接地系统中性点不接地系统中性点不接地系统中性点经消弧线圈

13、中性点经消弧线圈( (或电阻或电阻) )接地系统接地系统第第1 1章章 绪论绪论 （1-111-11） 1 1）中性点不接地系统）中性点不接地系统 在正常运行时，各相对地电压在正常运行时，各相对地电压 、 、 是对称的，是对称的，其值为相电压其值为相电压 ；各相对地电容相同（设线路单位；各相对地电容相同（设线路单位长度电容为长度电容为 ，线路长度为，线路长度为 ），电容电流对称且超），电容电流对称且超前相电压前相电压9090，其值为，其值为 ， 故三相电容电流矢量和为零。故三相电容电流矢量和为零。AUBUCUUl0ClUCIIICCBC000C0A第第1 1章章 绪论绪论 （1-121-12）

14、BBAACUUUUU330COBCOAkIII)1(c00(1)k333IlUCI图图1-2 1-2 中性点不接地系统中性点不接地系统发生单相接地故障发生单相接地故障当发生一相接地故障时当发生一相接地故障时( (如如C C相相) )，BCBBCACAACCCCIUlCIIUlCIUlCI0000000033330第第1 1章章 绪论绪论 （1-131-13） 以上分析表明，中性点不接地系统发生单相接以上分析表明，中性点不接地系统发生单相接地地故障时：故障时：故障相电压为零，非故障相对地电压升高故障相电压为零，非故障相对地电压升高到到原来相电压的原来相电压的 倍，线间电压不变，流过故障点的倍，线

15、间电压不变，流过故障点的电电流为正常情况下每一相对地电容电流的流为正常情况下每一相对地电容电流的3 3倍。倍。 采用中性点不接地系统运行方式时：采用中性点不接地系统运行方式时：1 1）电气设备对地绝缘要求必须按线电压数值来考虑。）电气设备对地绝缘要求必须按线电压数值来考虑。2 2）若单相接地电容电流超过规定值）若单相接地电容电流超过规定值(6(610kV10kV线路为线路为30A30A， 35kV35kV线路为线路为10A)10A)，会产生稳定电弧致使电网出现暂态，会产生稳定电弧致使电网出现暂态 过电压，危及电气设备安全。这时应采过电压，危及电气设备安全。这时应采 取中性取中性点点 经消弧线圈

16、（或电阻）接地的运行方式。经消弧线圈（或电阻）接地的运行方式。3第第1 1章章 绪论绪论 （1-141-14） 消弧线圈实际上是一个铁心可消弧线圈实际上是一个铁心可调的电感线圈，安装在变压器或发调的电感线圈，安装在变压器或发电机中性点与大地之间，如图电机中性点与大地之间，如图1-31-3所示。系统发生单相接地故障时，所示。系统发生单相接地故障时，接地故障相与消弧线圈构成了另一接地故障相与消弧线圈构成了另一个回路，接地电流中增加了一个感个回路，接地电流中增加了一个感性电流性电流 ，它和装设消弧线圈前的，它和装设消弧线圈前的电容电流方向相反，相互补偿，减电容电流方向相反，相互补偿，减小了接地点的故

17、障电流，使电弧易小了接地点的故障电流，使电弧易于自行熄灭，提高了供电可靠性。于自行熄灭，提高了供电可靠性。LI图图1-3 1-3 中性点经消弧线圈接中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障地系统发生单相接地故障2 2）中性点经消弧线圈接地）中性点经消弧线圈接地第第1 1章章 绪论绪论 （1-151-15） 中性点经消弧线圈接地系统发生单中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障时，与中性点不接地的系统相接地故障时，与中性点不接地的系统一样，非故障相电压仍升高一样，非故障相电压仍升高 倍，三相倍，三相导线之间的线电压仍然平衡，电力系统导线之间的线电压仍然平衡，电力系统可以继续运行。可以继续运行。3

18、第第1 1章章 绪论绪论 （1-161-16） 电力系统经消弧线圈接地时，有三种补偿方式，电力系统经消弧线圈接地时，有三种补偿方式，即即全补偿全补偿、欠补偿欠补偿和和过补偿过补偿。 全补偿方式全补偿方式：（：（ ） 此时系统将发生串联谐振，产生危险的高电压和过此时系统将发生串联谐振，产生危险的高电压和过电流，可能造成设备的绝缘损坏，影响系统的安全电流，可能造成设备的绝缘损坏，影响系统的安全运行。因此，一般系统都不采用全补偿方式。运行。因此，一般系统都不采用全补偿方式。 (1)LkII第第1 1章章 绪论绪论 （1-171-17）欠补偿方式欠补偿方式（ ），）， 此时接地点有未被补偿的电容电流流

19、过，当系此时接地点有未被补偿的电容电流流过，当系统运行方式改变而切除部分线路时，整个系统的对统运行方式改变而切除部分线路时，整个系统的对地电容电流将减少，有可能发展成为全补偿方式，地电容电流将减少，有可能发展成为全补偿方式，从而出现上述严重后果，所以也很少被采用。从而出现上述严重后果，所以也很少被采用。过补偿方式过补偿方式（ ），）， 在过补偿方式下，即使系统运行方式改变而切在过补偿方式下，即使系统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，致使除部分线路时，也不会发展成为全补偿方式，致使系统发生谐振。因此，实际工程中大都采用过补偿系统发生谐振。因此，实际工程中大都采用过补偿方式。

20、方式。(1)LkII(1)LkII第第1 1章章 绪论绪论 （1-181-18） 当发生一相对地绝缘破当发生一相对地绝缘破坏时，即构成单相接地故障，坏时，即构成单相接地故障，供电中断，可靠性降低。但供电中断，可靠性降低。但是由于中性点接地的钳位作是由于中性点接地的钳位作用，非故障相对地电压不变，用，非故障相对地电压不变，电气设备绝缘水平可按相电电气设备绝缘水平可按相电压考虑。压考虑。3 3）中性点直接接地系统）中性点直接接地系统中性点直接接地系统中性点直接接地系统第第1 1章章 绪论绪论 （1-191-19）n110kV110kV及以上高压系统，为降低设备绝缘要求，多及以上高压系统，为降低设备

21、绝缘要求，多采用中性点直接接地运行方式；采用中性点直接接地运行方式；n6 635kV35kV中压系统中，为提高供电可靠性，中压系统中，为提高供电可靠性， 首选中性点不接地运行方式，当接地电流不首选中性点不接地运行方式，当接地电流不 满足要求时，可采用中性点经消弧线圈接地满足要求时，可采用中性点经消弧线圈接地 的运行方式；的运行方式；n低于低于1kV1kV的低压配电系统中，通常为中性点直接接的低压配电系统中，通常为中性点直接接地运行方式。地运行方式。 （380380220V220V供电系统中，中性点直接接地，可以减少中性点的供电系统中，中性点直接接地，可以减少中性点的电压偏差，可以防止一相接地时

22、出现超过电压偏差，可以防止一相接地时出现超过250V250V的危险电压）的危险电压）第第1 1章章 绪论绪论 （1-201-20）二、用户供电系统的特点和决定供电质二、用户供电系统的特点和决定供电质 量的主要指标量的主要指标 1 1、用户供电系统的特点、用户供电系统的特点 用户供电系统由用户供电系统由用户内部变配电所、供电线路用户内部变配电所、供电线路和和用电设备用电设备等组成，其中变配电所是电力系统的终端降等组成，其中变配电所是电力系统的终端降压变配电所。对于某些大型工业企业，在可靠性要求压变配电所。对于某些大型工业企业，在可靠性要求或技术经济比较合理时，也可建立自备发电站。或技术经济比较合

23、理时，也可建立自备发电站。 用户供电系统的供电电压一般在用户供电系统的供电电压一般在110kV110kV及以下。及以下。第第1 1章章 绪论绪论 （1-211-21）1 1）电压）电压 理想的供电电压应该是幅值恒为额定值的三理想的供电电压应该是幅值恒为额定值的三相对称正弦电压。由于供电系统存在阻抗、用电相对称正弦电压。由于供电系统存在阻抗、用电负荷的变化和用电负荷的性质负荷的变化和用电负荷的性质( (如冲击性负荷、如冲击性负荷、非线性负荷非线性负荷) )等因素，实际供电电压无论是在幅等因素，实际供电电压无论是在幅值上、波形上还是三相对称性上都可能与理想电值上、波形上还是三相对称性上都可能与理想

24、电压之间存在着偏差。压之间存在着偏差。 2 2、决定供电质量的主要指标、决定供电质量的主要指标决定用户供电质量的指标为决定用户供电质量的指标为电压电压、频率频率和和可靠性可靠性。第第1 1章章 绪论绪论 （1-221-22）电压偏差电压偏差 电压偏差是指电网实际电压与额定电压之电压偏差是指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良好运差。实际电压偏高或偏低对用电设备的良好运行都有影响。我国对用电单位的供电额定电压行都有影响。我国对用电单位的供电额定电压及容许偏差规定：及容许偏差规定： 35kV35kV及以上：及以上： 电压正、负偏差绝对值之和为电压正、负偏差绝对值之和为101

25、0； 10kV10kV及以下：及以下：7 7； 220V220V（单相）：（单相）：7 7，1010。 第第1 1章章 绪论绪论 （1-231-23） 电压波动和闪变电压波动和闪变 电压波动电压波动: : 电网电压幅值（或半周波方均根值）的连续快速电网电压幅值（或半周波方均根值）的连续快速 变化。变化。 电压闪变电压闪变: : 波动电压波动电压照明灯具照明灯具工作面上工作面上照度闪烁照度闪烁人的视觉人的视觉大脑反映大脑反映人能接受闪人能接受闪 烁的程度烁的程度第第1 1章章 绪论绪论 （1-241-24）电力谐波电力谐波 系统中大量的非线性负荷是引起供电系统电系统中大量的非线性负荷是引起供电系

26、统电流和电压波形发生畸变的主要原因。流和电压波形发生畸变的主要原因。n含有半导体器件的变流设备；含有半导体器件的变流设备；（电力电子变换器）（电力电子变换器）n具有电弧特性的设备；具有电弧特性的设备；（电弧炉、电弧焊机、日光灯、（电弧炉、电弧焊机、日光灯、 气体气体 放电光源等）放电光源等）n具有磁饱和特性的设备；具有磁饱和特性的设备；（电力变压器、铁心电抗器等）（电力变压器、铁心电抗器等）对系统的影响：对系统的影响：增大系统损耗；系统保护装置误动；增大系统损耗；系统保护装置误动； 增大计量误差；干扰通信和自动化设备的正常工作。增大计量误差；干扰通信和自动化设备的正常工作。第第1 1章章 绪论

27、绪论 （1-251-25）三相不对称三相不对称 三相电压不对称指三个三相电压不对称指三个相电压相电压在在幅值幅值和和相位相位关系上存在关系上存在偏差偏差。三相不对称主要由。三相不对称主要由系统运行参系统运行参数不对称数不对称、三相用电负荷不平衡三相用电负荷不平衡等因素引起。供等因素引起。供电系统的不对称运行，会产生负序电流，影响发电系统的不对称运行，会产生负序电流，影响发电机的出力；同时对用电设备及供配电系统都有电机的出力；同时对用电设备及供配电系统都有危害，低压系统的不对称运行还会导致中性点偏危害，低压系统的不对称运行还会导致中性点偏移，从而危及人身和设备安全。移，从而危及人身和设备安全。

28、第第1 1章章 绪论绪论 （1-261-26） 2 2）频率）频率 我国规定的电力系统标称频率我国规定的电力系统标称频率( (俗称工频俗称工频) )为为50Hz50Hz。国际上标称频率有国际上标称频率有50Hz50Hz和和60Hz60Hz两种。两种。 当电能供需不平衡时，系统频率便会偏离其标称值。当电能供需不平衡时，系统频率便会偏离其标称值。频率偏差不仅影响用电设备的工作状态、产品的产量和频率偏差不仅影响用电设备的工作状态、产品的产量和质量，更重要地影响到电力系统的稳定运行。质量，更重要地影响到电力系统的稳定运行。 大多数国家规定频率偏差在大多数国家规定频率偏差在( (0.10.10.3)Hz

29、0.3)Hz之间。之间。我国相关标准规定：我国相关标准规定：系统容量在系统容量在300300万万kWkW以上以上 频率允许偏差频率允许偏差0.2Hz0.2Hz；系统容量在系统容量在300300万万kWkW以下以下 频率允许偏差频率允许偏差0.5Hz0.5Hz。第第1 1章章 绪论绪论 （1-271-27） 3 3）可靠性）可靠性 供电可靠性指供电系统持续供电的能力，衡供电可靠性指供电系统持续供电的能力，衡量供电系统供电可靠性的主要指标有量供电系统供电可靠性的主要指标有： (1)(1)供电可靠率供电可靠率 在统计期间内，对用户有效供电时间在统计期间内，对用户有效供电时间 总小时数与统计期间小时数

30、的比值。总小时数与统计期间小时数的比值。 (2)(2)用户平均停电时间用户平均停电时间 用户在统计期间内的平均停电用户在统计期间内的平均停电 小时数。小时数。 统计期间时间用户平均停电时间供电可靠率1001每次停电持续时间 每次停电用户数用户平均停电时间总供电户数第第1 1章章 绪论绪论 （1-281-28）(3)(3)用户平均停电次数用户平均停电次数 用户在统计期间内的平均停电次数。用户在统计期间内的平均停电次数。 (4)(4)用户平均故障停电次数用户平均故障停电次数 用户在统计期间内的平均故障用户在统计期间内的平均故障 停电次数。停电次数。 每次停电用户数用户平均停电次数总用户数用户总数每

31、次故障停电用户数用户平均故障停电次数第二章第二章 用户供电系统用户供电系统 (2-1)(2-1) 用户供电系统的基本设计目标是为各电力用用户供电系统的基本设计目标是为各电力用户的生产活动和人民生活提供一个安全、可靠、户的生产活动和人民生活提供一个安全、可靠、合理、优质的供电环境。电气设计的基本要素包合理、优质的供电环境。电气设计的基本要素包括：括：n电力负荷及其计算；电力负荷及其计算；n供电电压的选择与调整；供电电压的选择与调整；n电源（包括备用电源和应急电源）的选择；电源（包括备用电源和应急电源）的选择；n配电系统（包括变电所和配电网）的设计；配电系统（包括变电所和配电网）的设计；n供电系统

32、的电能节约与电能质量控制；供电系统的电能节约与电能质量控制； 第二章第二章 用户供电系统用户供电系统 (2-2)(2-2)一、电力负荷与负荷计算一、电力负荷与负荷计算 1.1.关于负荷的基本概念关于负荷的基本概念 1 1）设备安装容量）设备安装容量 设备安装容量（亦称设备功率）是指连续工作的设备安装容量（亦称设备功率）是指连续工作的 用电设备铭牌上的标称功率。用电设备铭牌上的标称功率。 用电设备工作制分为：连续运行工作制、短时运用电设备工作制分为：连续运行工作制、短时运 行工作制、断续周期工作制行工作制、断续周期工作制 2 2）负荷与负荷曲线）负荷与负荷曲线 电力负荷电力负荷是指用电设备从电源

33、取用的电功率，包括是指用电设备从电源取用的电功率，包括 有功功率、无功功率和视在功率。电力负荷随时间变化有功功率、无功功率和视在功率。电力负荷随时间变化 的曲线称为的曲线称为负荷曲线负荷曲线。第二章第二章 用户供电系统用户供电系统 (2-3)(2-3)负荷曲线负荷曲线电力负荷的变化规律电力负荷的变化规律记录电力负荷变化的时间间隔记录电力负荷变化的时间间隔（负荷变化规律不同得到的曲线亦不同）（负荷变化规律不同得到的曲线亦不同）（同一变化规律的负荷，记录负荷变化的间（同一变化规律的负荷，记录负荷变化的间隔不同，得到的曲线亦不同）隔不同，得到的曲线亦不同）第二章第二章 用户供电系统用户供电系统 (2

34、-4)(2-4) 根据负荷曲线绘制的时间长度分类：根据负荷曲线绘制的时间长度分类：u工作班负荷曲线：工作班负荷曲线：8 8小时工作班内的负荷曲线；小时工作班内的负荷曲线；u日负荷曲线：表示在一天中一定时间间隔日负荷曲线：表示在一天中一定时间间隔 t t内的平均内的平均 负荷随时间的变化情况；负荷随时间的变化情况；u周负荷曲线周负荷曲线; ;u月负荷曲线月负荷曲线; ;u年负荷曲线：表示全年负荷变动与负荷持续时间关系年负荷曲线：表示全年负荷变动与负荷持续时间关系 的曲线，是由不同季节典型日负荷曲线推算而来的。的曲线，是由不同季节典型日负荷曲线推算而来的。 第二章第二章 用户供电系统用户供电系统

35、(2-5)(2-5)a)a)日有功负荷曲线日有功负荷曲线 b)b)年有功负荷曲线年有功负荷曲线图图2-1 2-1 日负荷曲线与年负荷曲线日负荷曲线与年负荷曲线第二章第二章 用户供电系统用户供电系统 (2-6)(2-6)3 3）平均负荷、最大负荷、有效负荷与计算负荷）平均负荷、最大负荷、有效负荷与计算负荷 (1) (1) 平均负荷平均负荷Pav：指电力负荷在一段时间内的平均值：指电力负荷在一段时间内的平均值： (2) (2) 最大负荷最大负荷Pmax：是指一年中典型日负荷曲线中的最：是指一年中典型日负荷曲线中的最 大负荷，记作大负荷，记作Pmax或或P30。 (3) (3) 有效负荷有效负荷Pe

36、：指由典型工作班负荷曲线（工作班时：指由典型工作班负荷曲线（工作班时 间为间为T T）按下式计算所得的有效值：）按下式计算所得的有效值： gzaavTWPTdtPTP02e1第二章第二章 用户供电系统用户供电系统 (2-7)(2-7)(4) (4) 计算负荷计算负荷P Pc c：是为方便工程设计而假想的一个等效：是为方便工程设计而假想的一个等效 负荷。（系统实际运行中该负荷是不存在的）。负荷。（系统实际运行中该负荷是不存在的）。 电力用户的实际负荷并不等于用户中所有用电设备电力用户的实际负荷并不等于用户中所有用电设备 额定功率之和，因为：额定功率之和，因为：n 并非所有的用电设备都同时投入运行

37、；并非所有的用电设备都同时投入运行；n 并非所有的用电设备都能工作在额定状态；并非所有的用电设备都能工作在额定状态；n 并非所有的用电设备的功率因数都相同；并非所有的用电设备的功率因数都相同；n 用电设备的效率不完全相同；用电设备的效率不完全相同； 配电设备亦有功率损耗等。配电设备亦有功率损耗等。第二章第二章 用户供电系统用户供电系统 (2-8)(2-8) 在供电系统设计中，考虑上述因素后就需要确定在供电系统设计中，考虑上述因素后就需要确定一个一个最大的、恒定不变的等效负荷最大的、恒定不变的等效负荷来代替来代替实际变化的实际变化的真实负荷真实负荷，作为工程设计的依据。该最大的、恒定不，作为工程

38、设计的依据。该最大的、恒定不变的等效负荷（假想负荷）在供电系统工程设计中称变的等效负荷（假想负荷）在供电系统工程设计中称为计算负荷。为计算负荷。 实际负荷实际负荷：真是存在、随机变化的；：真是存在、随机变化的； 计算负荷计算负荷：假想最大的、恒定不变的等效负荷；：假想最大的、恒定不变的等效负荷；第二章第二章 用户供电系统用户供电系统 (2-9)(2-9) 假想负荷于实际负荷之间的关系（等效含义）：假想负荷于实际负荷之间的关系（等效含义）：根据计算负荷所选择的配电设备，在实际负荷长期作根据计算负荷所选择的配电设备，在实际负荷长期作用下，其温升不超过配电设备在规定使用年限内所允用下，其温升不超过配

39、电设备在规定使用年限内所允许的最高温升。许的最高温升。即：用电设备在实际运行中对配电设即：用电设备在实际运行中对配电设备所产生的最大热效应与计算负荷（等效负荷）产生备所产生的最大热效应与计算负荷（等效负荷）产生的热效应相同。的热效应相同。 计算负荷是供电系统结构设计、导线及变压器等计算负荷是供电系统结构设计、导线及变压器等配电设备参数选择的依据。配电设备参数选择的依据。 从发热的角度分析，计算负荷在数值上等于用户从发热的角度分析，计算负荷在数值上等于用户典型日负荷曲线中的典型日负荷曲线中的30min30min最大平均负荷最大平均负荷P30。第二章第二章 用户供电系统用户供电系统 (2-10)(

40、2-10) 4 4）负荷系数、利用系数、需要系数与形状系数）负荷系数、利用系数、需要系数与形状系数 (1) (1) 负荷系数负荷系数：负荷系数是指平均负荷与最大负荷之比，：负荷系数是指平均负荷与最大负荷之比， 它反映了负荷的平稳程度。它反映了负荷的平稳程度。 (2)(2) 利用系数利用系数 ：定义为用电设备组在最大负荷工作班内：定义为用电设备组在最大负荷工作班内 消耗的平均负荷与该设备组的总安装容量之比。消耗的平均负荷与该设备组的总安装容量之比。 无功负荷系数）有功负荷系数）(maxmaxQQPPavavNavxPPK第二章第二章 用户供电系统用户供电系统 (2-11)(2-11)(3) (3

41、) 需要系数需要系数：定义为用电设备组的最大负荷与该设：定义为用电设备组的最大负荷与该设 备组的总安装容量之比。备组的总安装容量之比。 (4) (4) 形状系数形状系数：定义为有效负荷与平均负荷之比。形：定义为有效负荷与平均负荷之比。形 状系数与负荷的平稳程度有关。当负荷曲线无间状系数与负荷的平稳程度有关。当负荷曲线无间 断时，断时，1 1 K Kz z1.5 Z ZF F F F选用方案选用方案若若Z Z Z ZF F R3时才计算时才计算X的影响。因的影响。因XR3时，用时，用R代替代替Z，误差，误差5.4%，在工程允许范围内。，在工程允许范围内。 3) 低压配电网电气元件的电阻多以低压配

42、电网电气元件的电阻多以m计，因而用计，因而用有名值比较方便。有名值比较方便。 第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-51)(3-51) 4) 因低压配电网的非周期分量衰减快，一般因低压配电网的非周期分量衰减快，一般 值在值在11.3范围。范围。 可通过求出可通过求出XR比值比值后在图后在图3-8中的曲线查出，也可按下式直接计算：中的曲线查出，也可按下式直接计算： 图图38冲击系数冲击系数 与与 的关系曲线的关系曲线 shkshkXRek1shshkXR第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-52)(3-52) 2 2、低压配电网中各主要元件的阻抗计算、低压配电网中各主要元件的

43、阻抗计算 1）高压侧系统阻抗高压侧系统阻抗 由于配电变压器一次侧可视为由于配电变压器一次侧可视为无穷大功率电源供电来考虑。高压系统阻抗一般可忽略无穷大功率电源供电来考虑。高压系统阻抗一般可忽略不计。若需精确计算时，归算至低压侧的高压系统阻抗不计。若需精确计算时，归算至低压侧的高压系统阻抗可按下式计算：可按下式计算：式中式中 归算至低压侧的高压系统阻抗归算至低压侧的高压系统阻抗(m)(m) 配电变压器低压侧电网的平均线电压配电变压器低压侧电网的平均线电压(V)(V) 配电变压器高压侧的短路容量配电变压器高压侧的短路容量(MVA)(MVA) 23avS(3)k10UZSSZavU)3(kS第第3

44、3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-53)(3-53) 在工程实用计算中，一般高压侧系统电抗在工程实用计算中，一般高压侧系统电抗 ；高压侧系统电阻高压侧系统电阻 。 2） 配电变压器的阻抗配电变压器的阻抗 变压器电阻变压器电阻式中式中 PCuNT 变压器额定负荷下的短路损耗变压器额定负荷下的短路损耗(kW)(kW) SNT 变压器的额定容量变压器的额定容量(kVA)(kVA) UNT2 变压器二次侧的额定电压变压器二次侧的额定电压(V) (V) SS0.995XZSS0.1RX2TN2T2NTNCuTSUPR第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-54)(3-54) 变压器阻抗变压

45、器阻抗式中式中 uk %变压器的短路电压百分数。变压器的短路电压百分数。 变压器的电抗变压器的电抗 3）长度在长度在(10-15)m以上的母线的阻抗以上的母线的阻抗 母线的电阻母线的电阻TN2T2N00kT100SUuZ2T2TTRZX3M10AlRMR 母线的电阻 (m) 母线长(m) 材料电阻率(mm2)/m A 母线截面积 (mm2) l第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-55)(3-55) 水平排列的平放矩形母线，每相母线的电抗水平排列的平放矩形母线，每相母线的电抗 可可按下式计算：按下式计算：式中式中 母线的电抗母线的电抗 (m)(m) l 母线长度母线长度 (m)(m)

46、 母线的相间几何均距母线的相间几何均距(mm)(mm) b 母线宽度母线宽度 (mm)(mm) 在工程实用计算中，母线的电抗的近似计算公式：在工程实用计算中，母线的电抗的近似计算公式：母线截面积在母线截面积在500 mm500 mm2 2以下时以下时母线截面积在母线截面积在500 mm500 mm2 2以上时以上时 MXbDlXavM4lg145. 0MXavDmlX17. 0MmlX13. 0M第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-56)(3-56) 4）电流互感器一次线圈的电阻及电抗、低压断路器过电流互感器一次线圈的电阻及电抗、低压断路器过流线圈的电阻以及刀开关和低压断路器的触头

47、接触电阻通流线圈的电阻以及刀开关和低压断路器的触头接触电阻通常由制造厂家提供，计算时可参考相应的产品手册。常由制造厂家提供，计算时可参考相应的产品手册。3 3、低压配电网的短路计算、低压配电网的短路计算 三相阻抗相同的低压配电系统、短路电流可根据下式三相阻抗相同的低压配电系统、短路电流可根据下式计算计算式中式中 低压侧平均线电压低压侧平均线电压（V V）； R及及X 电源至短路点的总电阻、电抗电源至短路点的总电阻、电抗(m)(m)； 三相短路电流周期分量有效值三相短路电流周期分量有效值(kA)(kA)。 (3)avZ223 ()UIRXavU)3(ZI第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算

48、(3-57)(3-57) 五、不对称短路电流的计算方法五、不对称短路电流的计算方法1 1 、对称分量法、对称分量法 对称分量法指出，任意一组不对称的相量对称分量法指出，任意一组不对称的相量 、 和和 ，可分解为对称的正序、负序和零序三个分量之，可分解为对称的正序、负序和零序三个分量之和。即：和。即： AFBFCFC0C2C1CB0B2B1BA0A2A1AFFFFFFFFFFFF第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-58)(3-58)23j21ej12023j21ej24021ej3603012A12B1FFA1C1FFA2B2FFA22C2FF在三相对称系统中，其旋转因子：在三相对称

49、系统中，其旋转因子：则则B B相、相、C C相与相与A A相正序、负序间有如下关系：相正序、负序间有如下关系：第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-59)(3-59) 用用A相分量来表示相分量来表示B相、相、C相分量，可得：相分量，可得： 简写成简写成 其逆变换关系是其逆变换关系是 A0A2A122CBA11111FFFFFFA120ABCFTFABC122A1201111131FTFFABC第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-60)(3-60) 2 2、利用对称分量法分析供电系统中不对称短路、利用对称分量法分析供电系统中不对称短路 当供电系统内某处发生三相不对称短路时，

50、当供电系统内某处发生三相不对称短路时，短路点的三相电压短路点的三相电压 、 和和 不对称，利用不对称，利用对称分量法可将这组不对称电压分解成三组各自对称分量法可将这组不对称电压分解成三组各自对称的正序、负序和零序分量。根据对称分量法对称的正序、负序和零序分量。根据对称分量法的特点，只需求解出其中一相电压的正序、负序、的特点，只需求解出其中一相电压的正序、负序、零序分量零序分量(往往是往往是A相相)，即可得出另外两相电压的，即可得出另外两相电压的参数。参数。KAUKBUKCU第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-61)(3-61) 下图所示是一个简化的供电系统图，图中下图所示是一个简化

51、的供电系统图，图中k k 处的处的 、 、 是从该点的不对称三相电压分解是从该点的不对称三相电压分解出来的各序电压分量。在这个系统中，线路上相出来的各序电压分量。在这个系统中，线路上相应地要流过正序、负序和零序电流，各序电流流应地要流过正序、负序和零序电流，各序电流流经回路的不同相序阻抗产生相应的压降。经回路的不同相序阻抗产生相应的压降。 k1Uk2Uk0U第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-62)(3-62) 其值可以表示为其值可以表示为k0k2k1021k0k2k1.0.00.00.0.IIIjXjXjXUUU第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-63)(3-63)

52、图图310 用对称分量法分析供电系统的不对称短路用对称分量法分析供电系统的不对称短路 b)正序网络正序网络 c) 负序网络负序网络 d)零序网络零序网络 因此，可作出系统的序网络图如下：因此，可作出系统的序网络图如下：第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-64)(3-64) 无论是正常情况或是故障情况，电源发电无论是正常情况或是故障情况，电源发电机的电势总被认为是纯正弦的正序对称电动势，机的电势总被认为是纯正弦的正序对称电动势，不存在负序和零序分量。故各序网络的方程为不存在负序和零序分量。故各序网络的方程为： k0k2k1021k0k2k1.0.00.00.0.00IIIjXjXjX

53、UUUE第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-65)(3-65) 由供电系统的序网络方程可知：由供电系统的序网络方程可知：3NUE电源电势已知型确定根据系统结构及短路类各序阻抗021XXX在求解不对称短路参数中只要确定了短路回路中在求解不对称短路参数中只要确定了短路回路中的序阻抗，根据对称分量法方程组和序网络方程的序阻抗，根据对称分量法方程组和序网络方程组及短路的初始条件可求得相应的短路参数。因组及短路的初始条件可求得相应的短路参数。因此序阻抗的计算是不对称短路计算的关键。此序阻抗的计算是不对称短路计算的关键。第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-66)(3-66) 3 3

54、、供电系统元件的各序阻抗、供电系统元件的各序阻抗 1)1) 正序阻抗正序阻抗 正序阻抗即各个元件在三相对称正序阻抗即各个元件在三相对称工作时的基波阻抗值，也就是在计算三相对称工作时的基波阻抗值，也就是在计算三相对称短路时所采用的阻抗值。短路时所采用的阻抗值。 第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-67)(3-67) 2) 2) 负序阻抗负序阻抗 交流电路中同一静止元件相与相之交流电路中同一静止元件相与相之间的互感抗与相序无关，故各元件的负序阻抗与间的互感抗与相序无关，故各元件的负序阻抗与正序阻抗相等，即正序阻抗相等，即X2=X1。如架空线、电缆、变压。如架空线、电缆、变压器和电抗器等

55、。器和电抗器等。 3) 3) 零序阻抗零序阻抗 系统中的零序电抗取决于零序电系统中的零序电抗取决于零序电流的回路。流的回路。 供电系统各类元件各序电抗值如表供电系统各类元件各序电抗值如表3-4所示。所示。 第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-68)(3-68) 表表3-4 各类元件的平均电抗值各类元件的平均电抗值 第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-69)(3-69) 供电系统是由各类元件连结组成。它的零序供电系统是由各类元件连结组成。它的零序阻抗与变压器的接法很有关系，所以需要着重分阻抗与变压器的接法很有关系，所以需要着重分析一下变压器的零序电抗。析一下变压器的零序电

56、抗。 变压器的零序电抗决定于其绕组接法和结构，变压器的零序电抗决定于其绕组接法和结构，图图3-11表示双绕组变压器在绕组各种不同接法下表示双绕组变压器在绕组各种不同接法下计算零序阻抗时的接线示意图。根据变压器绕组计算零序阻抗时的接线示意图。根据变压器绕组的不同接法，可以想像开关置于不同的相应位置。的不同接法，可以想像开关置于不同的相应位置。图中图中 分别表示变压器一次绕组与二次绕组电抗，分别表示变压器一次绕组与二次绕组电抗，X为为其励磁电抗。其励磁电抗。 1002100k21uXX第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-70)(3-70) 图图311 双绕组变压器计算零序电抗时不同接法

57、示意图双绕组变压器计算零序电抗时不同接法示意图 第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-71)(3-71) 不同接线方式情况下变压器的零序等效电路不同接线方式情况下变压器的零序等效电路 xxx100 xxxxxxx2210210 xxx0 x第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-72)(3-72) 4 4、不对称短路的计算方法、不对称短路的计算方法 应用对称分量法分析供电系统不对称短路时，应用对称分量法分析供电系统不对称短路时，总共有总共有 、 、 和和 12个变量，而依据个变量，而依据对称分量法和序网络方程组则有对称分量法和序网络方程组则有共共9个方程，再加上不对称短路时的

58、初始条件，即个方程，再加上不对称短路时的初始条件，即可求出供电系统中发生不对称短路时的短路参数。可求出供电系统中发生不对称短路时的短路参数。 ABCUABCIA120UA120IA120ABCUTUA120ABCITIA0A2A1021A0A2A100IIIjXjXjXEUUU第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-73)(3-73) 5 5、正序等效定则、正序等效定则 正序等效定则就是不对称短路下最大一相短正序等效定则就是不对称短路下最大一相短路电流用正序短路电流分量来表示的方法。即：路电流用正序短路电流分量来表示的方法。即： n相短路时最大一相短路电流周期分量相短路时最大一相短路电

59、流周期分量 该短路类型的正序电流分量值。该短路类型的正序电流分量值。 m(n) 与短路类型有关的系数。与短路类型有关的系数。 Xa 与短路类型有关的附加电抗。与短路类型有关的附加电抗。 E E 电源电势电源电势 。 a1(n)k1XXEIa1)()(k1)(n)ZXXEmImInnn)(ZnI)(k1nI3NUE 第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-74)(3-74)短路类型短路类型三相短路三相短路两相短路两相短路单相接地短路单相接地短路两相接地短路两相接地短路表表3-5 不同类型短路的不同类型短路的Xa、m(n)计算值计算值 X)(nm)(n)3()2() 1 () 1 , 1

60、(02X02 XX0202XXXX33020213XXXX1第第3 3章章 短路电流计算短路电流计算 (3-75)(3-75) 由于正序等效定则的应用，使计算不对称短路由于正序等效定则的应用，使计算不对称短路电流变得非常简捷。因此，计算供电系统不对称短电流变得非常简捷。因此，计算供电系统不对称短路电流可按下列步骤进行：路电流可按下列步骤进行： 1) 求出短路点至供电电源的序阻抗，作出各序等效求出短路点至供电电源的序阻抗，作出各序等效网络图，忽略电阻，可得网络图，忽略电阻，可得X1、X2、X0。2) 根据短路类型确定根据短路类型确定Xa和和m(n)的算式，进行计算的算式，进行计算。3) 计算短路