供配电系统认知58

供配配电电系系统统概概述述和和认认知知浙江江大大学学电电气气工工程程学学院院杨强强[qyang@]1.5供配配电电电电压压的的选选择择1.1供配配电电技技术术发发概概况况1.6工厂厂供供配配电电系系统统的的构构成成1.3电力力系系统统中中性性点点运运行行方方式式项目目一一供配配电电系系统统认认知知1.4供电电质质量量及及其其改改进进措措施施1.2发电电厂厂变变电电所所类类型型学习要求

作为未来电力系统技术人员，通过对供配电系统基础知识的学习，要求：了解供配电技术的发展及电力系统的组成电力系统的运行特点熟悉电力系统相关基本概念供电质量及其改善措施工厂供配电系统的基本结构组成掌握电力用户供配电电压的选择我国国第第一一座座火火电电厂厂12KW———上海海(1882)第一一座座水水电电站站2××240KW———昆明明滇滇池池石石龙龙坝坝(1912)年份装机容量（万kw）年发电量（亿KWh）

世界排名19491854325197857122566819962,10801,3556220033,48501,8462220077,13293,2458220098,74284,882921.1

供配电技术发展概况及电力系统的组成

作为我国经济建设飞速发展的先行工业—电力系统，建设步伐异常迅猛。2014年，我国电网格局将形成：发展展战战略略是是：：西西电电东东送送、、南南北北互互供供、、全全国国联联网网。。截至至2007年底底，，全全国国发发电电装装机机容容量量达达到到71329万千千瓦瓦，，同同比比增增长长14.36%.其中中水水电电达达到到14526万千千瓦瓦，，占占20.3%，火火电电装装机机达达55442万千千瓦瓦，，占占77.73%，核核电电达达885万千千瓦瓦，，占占1.24%。《全国国电电力力供供需需与与经经济济运运行行形形势势分分析析预预测测报报告告(2007-2008)》》数据据显显示示：：2007年全全社社会会用用电电量量完完成成32458亿千千瓦瓦时时，，其其中中工工业业用用电电量量为为24566亿千千瓦瓦时时，，比比重重为为75.09%。这这一一数数字字说说明明我我国国目目前前用用电电结结构构已已趋趋于于重重型型化化。。国内供配电技术发展概况

为满足经济增长对电力的需求，国家加大电力建设投资，计划全国每年发电规模在1500万千瓦以上。2009年我国电力装机容量达到8.74亿千瓦，全社会用电量达到4.88万亿千瓦时；2020年，装机容量将达到10亿千瓦，全社会用电量达到6.4万亿千瓦时。的发发展展战战略略为为我我国国电电力力系系统统的的发发展展带带来来了了极极大大的的空空间间。。西电电东东送送南北北互互供供全国国联联网网中国国电电力力跨跨越越式式发发展展，，使使得得发发电电装装机机容容量量和和发发电电量量先先后后超超过过法国日本德国加拿大德国英国俄罗斯跃升升世世界界第第二二！！美国1.电力系统的组成多个个发发电电厂厂并并网网组组成成的的发电电环环节节输电电网网110kV以上上配电电网网110kV以下下电力力用用户户＋＋＋发电电供电电用电电同时时完完成成，，电电能能不不能能储储存存！！电力系统的生产特点：对电力系统的要求：

完成电能的生产、输送和分配电力系统的功能安全可靠质量良好经济有效电量足够运行稳定动力系统＝电力系统＋动力装置＋能源系统电力力网网＝＝按供供电电范范围围的的大大小小和和电电压压等等级级的的高高低低，，电电力力网网可可分分为为地方电电力力网网、、区区域域电电力力网网和和超超高高压压输输电电网网三种种类类型型。。一一般般地地方电力网网的电压压不超过过35kV，区域电电力网电电压为110～220kV，电压为为330kV及以上的的为超高高压远距距离输电电网。动力系统统是电能能、能源源的生产产与消费费联系起起来的纽纽带。＋＋输电网电力用户电力系统的基本概念2.电力系统统的结构构电力系统统=发电厂+变电所+输电线路路+用户动力系统统=电力系统统+动力装置置电力网=升压变电电所+输电线路路+降压变电电所第一类：100V以下额定电压，用于蓄电池和安全照明用具等电气设备。国家规定定：电力力网的额额定电压压分有500KV、330KV、220KV、110KV、63KV、35KV、10kV。为保证证电力设设备端电电压不超超过额定定电压的的±5%，通常允允许发电电机额定定电压比比电网额额定电压压高5%，末端受受电变电电站端电电压比电电网额定定电压低低5%。第二类：大于100V、小于1000V的额定电压，用于一般工业和民用电气设备。

第三类：1000V以上的额定电压，用于高压电气设备。电力系统的额定电压用电设备额定电压与电力网额定电压发电机额定电压变压器额定电压原边绕组副边绕组接电力网接发电机30.230.400.380.400.4033.1533.153.15及3.366.366.36.3及6.61010.51010.510.5及11353538.5606066110110121220220242330330363500500550750750825①电力系统是一个有机的整体，其中任何一个主要设备运行情况的改变，都将影响整个电力系统的正常运行。②发电厂发出的交流电不能直接储存，决定了电能的生产、输送、分配和使用必须同时进行。因此要时刻保持电力系统有功功率和无功功率的平衡。③电力系统统的运行行状态是是时时变化的动态，，除了设设备的计计划停送送电外，异常常和事故故对系统统的冲击击是随机的；正常常情况下下电力系系统的负负荷和机组出出力的变变化也是是随机的。何谓电力力系统？？何谓动动力系统统？什么么是电力力网？电力系统统为什么么要求““无功功功率平衡衡”？如如果不平平衡，会会出现什什么情况况？电力系统的特性凝汽式火火电厂这类火电电厂利用用燃煤（（或石油油、天然然气）燃燃烧使汽汽轮机转转动，带带动发电电机转子子运转发发电。仅仅向用户户供出电电能，通通常建在在能源附附近。1.2发电厂、变电所的类型生产过程程：化学能热能机械能能电能能热电厂热电厂的的发电过过程与凝凝汽式火火电厂相相同。这这类电厂厂不仅向向用户供供出电能能，同时时还向用用户供蒸蒸汽或热热水，由由于供热热距离限限定，热热电厂大大多建在在城市和和用户附附近利用水的的流量和和落差使使水轮机机转动生产过程程：水能机械械能电电能水电电站站核电电站站利用原子能在在反应堆堆的核裂裂变使汽轮机机转动生产过程程：原子能机械能能电能能生产过程程：风能机机械能电能风力发电电站风力发电电是利用用风力带带动风车车叶片旋旋转，再再通过增增速机将将旋转的的速度提提升，來來促使发发电机发发电。依依据目前前的风车车技术，，大約是是每秒三三公尺的的微风速速度，便便可以开开始发电电。生产过程程：潮汐能机械能能电能能潮汐发电电站潮汐发电电是利用用潮汐能能。潮汐汐发电必必须具备备两个物物理条件件：①潮潮汐的幅幅度必须须大，至至少要有有几米；；②海岸岸地形必必须能储储蓄大量量海水，，并可进进行土建建工程。。潮汐发电电的工作作原理与与一般水水力发电电的原理理相近，，即在河河口或海海湾筑一一条大坝坝，以形形成天然然水库，，水轮发发电机组组就装在在拦海大大坝里。。潮汐电站站可以是是单水库库或双水水库。太阳能发电以地热、、风力、、潮汐、、太阳能能等为一一次能源源的发电电厂（站站）容量量较小，，分布在在离这些些一次能能源较近近的区域域，发电电量占总总发电量量的极小小一部分分。地热能发电

世界上所有国家，主要发电形式仍为火力发电、水利发电和核能发电，其他除潮汐和风力发电外还有发电厂通通常建立立在距离离一次能能源丰富富或传输输便利的的地域，，与电力力用户有有一定的的距离。。为了经济济、可靠靠、快速速地把电电能从发发电厂输输送至用用户，必必须经过过变电所所升高电电压，因因此，升升压变电电所一般般安装在在发电厂厂中，不不另设变变电所。。由于高压压危险，，距离用用户较近近时须把把传送的的高压降降低，降降压变电电所的作作用就是是在传递递电能的的同时降降低电压压。所以以，变电电所是电电力供应应的中间转运运站，用来提提高或降降低电压压，向用用电单位位输送和和分配电电能。从规模上上分，变变电所有有枢纽变电电所、地区重要要变电所所和一般变电电所。变电所类型枢纽变电电所枢纽变电电所电压压等级高高，供电电范围广广，在系系统中处处于举足足轻重的的地位，，全所停停电后，，将引起起系统解解列，造造成大区区域停电电，甚至至造成电电力系统统瓦解，，使社会会的运行行处于瘫瘫痪状态态。枢纽纽变电所所的一次次电压通通常为330kV和500kV，二次电电压为220kV或110kV。中间变电电所中间变电电所起系系统功率率交换的的作用，，或使长长距离输输电线路路分段，一一般汇集集2～3个电源，，同时有有降压给给当地用用户供电电，这样的变变电所全全所停电电后，将将引起区区域网络络的解列列，造成成大面积停电电。地区变电电所地区变电电所是以以对地区区用户供供电为主主的变电电所，全全所停电电后，将将使地区区中断电电源。地地区变电电所的一一次电压压通常为为220kV和110kV，二次电电压为35kV或10kV。终端变电电所终端变电电所处于于输电线线路的终终端，接接近负荷荷点，高高压侧一一般为110~35干伏，经经降压后后直接给给用户供供电。终终端变电电所全所所停电后后，将使使用户中中断电源源。终端端变电所所的一次次电压大大多为110kV，二次电电压为10kV或以下等等。枢纽变电电所和地地区变电电所有什什么区别别？你能回答答吗？

一次能源包括哪些？说一说电能属于一次能源吗？问题与思思考热电厂和和凝汽式式电厂有有什么不不同？这这类火力力发电厂厂通常建建在哪些些地方？？电力系统统中性点点是指发发电机、、变压器器星形接接线中性性点。1.3电力系统中性点运行方式(1)中性点直直接接地地方式中性点直直接接地地方式就就是把电源中性性点直接接与“地”相接，我我国110kV及以上电电压等级级的电力力系统均均属于这这种大接地电电流系统统。该系统运行中若若发生一一短路，，立即造成成系统中中流过很很大的单单相接地电流流。依靠系统统中继电电保护装装置跳闸闸可迅速速切除故故障。再再通过合合闸恢复复正常供供电。优点：操作过电电压均比比中性点点绝缘电电网低，，系统不不易过电电压。缺点：短路大接接地电流流对通讯讯系统造造成的干干扰影响响较大。。电力中性点的运行方式中性点不不接地系系统适用用于10kV架空线路为为主的辐辐射形或或树状形形的供电网络。。该接地地方式在在运行中中若发生单相接接地故障障，流过过故障点点电流仅为电网网对地电电容中通通过的电电流，其值是正正常运行行的单相相对地电电容电流的3倍，称为为小接地电电流系统统。(2)中性点不不接地方方式优点：中性点不接地系统由于故障时接地电流很小，瞬时故障一般可自动熄弧，非故障相电压升高不大，不会破坏系统的对称性，故可带故障连续供电2h，供电的可靠性相对提高。

缺点：中性点不不接地方方式的中中性点绝绝缘，在在发生弧弧光接地地时，电电弧的反反复熄灭灭与重燃燃，相当当于电容容反复充充电。由由于对地地电容中中的能量量不能释释放，可可造成电电压升高高，从而而对设备备绝缘造造成威胁胁。(3)中性点经经消弧线线圈接地地方式利用消弧弧线圈的的电感电电流对接接地电容容电流进进行补偿偿，使通通过故障障点的电电流减小小到能自自行熄弧弧范围。。利用对对消弧线线圈无载载分接开开关的操操作，使使其在一一定范围围内达到到过补偿偿运行，，从而实实现减小小接地电电流的目目的。使使电网持持续运行行时间延延长，相相对提高高了供电电可靠性性。此方方式也是小接地电电流系统统。在各级电电压网络络中，当当单相接接地故障障时，通通过故障障点总的的电容电电流超过过下列数数值时，，必须尽尽快安装装消弧线线圈：①对3kV～6kV电网，故故障点总总电容电电流超过过30A；②对10kV电网，故故障点总总电容电电流超过过20A；③对22kV～66kV电网，故故障点总总电容电电流超过过10A。你能回答答吗？

电力系统中性点接地方式有哪几种？采用中性点不接地系统有何优缺点？

问题与思思考中性点不不接地系系统若发发生单相相接地故故障时，，其故障障相对地地电压等等于多少少？此时时接地点点的短路路电流是是正常运运行的单单相对地地电容电电流的多多少倍？？答1：故障相相对地电电压为零零，接地地点的短短路电流流是正常常运行的的单相对对地电容容电流的的3倍。答2：电力系系统中性性点接地地方式有有中性点点直接接接地方式式、中性性点不接接地方式式和中性性点经消消弧线圈圈接地方方式三种种。（优优缺点略略）(1)用户对供供电质量量的基本本要求保证对用用户不间间断地供供给充足足、优质质而又经经济的电电能，是是现代工工矿企业业对供配配电系统统的基本本要求。。安全性可靠性优质性经济性1.4.2供配电的的电能质质量①电压供配电系系统改变变运行方方式和负负荷缓慢慢地变化化会使供供配电系系统各点的电压压也随之之变化，，这时各各点实际际电压与与系统标标称电压压之差与与系统标称电压压之比ΔU称为电压偏差差。电压偏差差ΔU也常用与系统统标称电压的百百分比表示。。即：1.4电力系统供电质量及改进措施评价电能质量量的主要指标标有：①电压；②波波形；③频率率；电压偏差过大大会对供配电电系统的正常常运行产生以以下不利影响响：1．对感应电动机机的影响：由于电动机转转矩与电压的的平方成正比比，当电压出出现正偏差时时，电动机机机端电压升高高，激磁电流流和温升增加加，绝缘受到到过电压和过过热的威胁；；当电压出现现负偏差时，，转矩下降转转速降低，同同时负荷电流流会增加，都都将影响电动动机的使用寿寿命。2．对照明设备的的影响：照明设备的发发光效率与电电压的关系极极大，当电压压降低时会引引起照明设备备的效率降低低，造成照度度不足，影响响照明效果，，同时还会导导致气体放电电光源的照明明器不能正常常点燃；当电电压偏高时，，光源寿命缩缩短很多。3．对电子设备的的影响：对于大规模自自动控制系统统计算中心来来说，电压偏偏差会造成系系统的工作紊紊乱，数据损损坏；对于精精密机床、机机器人等，电电压偏差可能能造成无法保保持对由其驱驱动过程的精精确控制。4．对无功补偿的的影响:电压过低会引引起补偿电容容器组输出无无功减少，不不能满足补偿偿要求。电压偏差对系统和用户的影响电压偏差的允允许值35kV以上系统：±5%Ue10kV以下系统：±7%Ue低压照明：（-10%~5%）Ue电压偏差的改改善措施①就地进行无功功功率补偿：：无功负荷的变变化在电网各各级系统中均均产生电压偏偏差，是产生生电压偏差的的源，及时调调整补偿量，，从源上解决决问题，是最最有效的措施施。②调整同步电动动机的励磁电电流：调整后使同步步电动机产生生超前或滞后后的无功功率率，使网络负负荷的功率因因数得到改善善，达到调整整电压偏差的的目的。③采用有载调压压变压器，是最经济有有效地措施之之一。电压波动：电压在某一段段时间内急剧剧变化而偏离离额定值的现现象，称为电电压波动；周周期性电压急急剧变化引起起电源光通量量急剧波动而而造成人的视视觉感官不舒舒适的现象，，称为闪变。。电压波动和和电压闪变是是由电弧炉、、轧机、电弧弧焊机等波动动负荷引起的的。电压波动和闪闪变的限制措措施①采用单独回路路供电②降低共用用配电线路阻阻抗③提高供电电电压④增加短路路容量⑤采用静止止型无功功率率补偿装置由于电力系统统中存在大量量的非线性供供用电设备，，使得电压波波形偏离正弦弦波，这种现现象称为电压压正弦波畸变变。电压波形形的畸变程度度用电压正弦弦波畸变率来来衡量，也称称为电压谐波波畸变率。波形的改善措措施①加强系统承受受谐波的能力力；②提高供、、用电设备抗抗谐波干扰的的能力；③限制谐波波的产生；④装设交流流滤波器吸收收谐波。②波形

频率偏差是指供电的实际频率与电网的额定频率的差值。我国电网的标准频率为50Hz，又叫工频。频率偏差一般不超过±0.5Hz，对于大容量电网，频率偏差不超过±0.2Hz。频率偏差改善善措施调整频率的办办法是增大或或减小电力系系统发电机有有功功率。③频率你能回答吗？？

用户电能的频率是通过什么环节进行调整的？在供配电系统中频率可调吗？问题与思考何谓电压波动动与闪变？电电压正弦波畸畸变是什么原原因造成的？？衡量电能质量量的两个重要要指标是什么么？电压和频率是是衡量电能的的两个重要指指标。用户电能的频频率是通过发发电厂调节发发电机的转速速来调整的。。供配电系统统中频率是不不可调的。电压在某一段段时间内急剧剧变化而偏离离额定值的现现象，称为电电压波动。周周期性电压急急剧变化引起起电源光通量量急剧波动而而造成人的视视觉感官不舒舒适的现象，，称为闪变。。电压正弦波波畸变是由于电力系统统中存在大量量的非线性供供用电设备造造成的。供配电系统电电力变压器的的额定电压

工厂供配电电压的高低，对电能质量及降低电能损耗均有重大的影响。在输送功率一定的情况下，若提高供电电压，就能减少电能损耗，提高用户端电压质量。从另一方面讲，电压等级越高，对设备的绝缘性能要求也越高，投资费用相应增加。因此，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。①一次绕组的额额定电压＝配配电网的额定定电压②二次绕组额额定电压是指指变压器的一一次绕组加额额定电压，二二次绕组开路路时的空载电电压。变压器的二次次绕组端电压压应高于供电电电网电压10%。1.5

供配电电压的选择电压的适用范范围220kV及以上：为输输电电压，用用来完成电能能的远距离输输送。110kV及以下：为配配电电压，完完成降压和电电能的分配。。35～110kV配电网：高压压配电网；10～35kV配电网：中压压配电网；1kV以下：为低压压配电网；电压等级适用范围工矿企业用户户的供配电电电压有高压和和低压两种①中、小型企业业通常采用6～10kV的电压等级，当6kV用电设备的总总容量较大，，选用6kV就比较经济合合理；②大型工厂宜采采用35～110kV电压等级，以节约电能能和投资③低压供配电是是指采用1kV及以下的电压压等级。大多多数低压用户户采用380/220V的电压等级，在某些特殊殊场合，例如如矿井下，因因用电负荷往往往离变配电电所较远，为为保证远端负负荷的电压水水平，要采用用660V电压等级。企业对供配电电压的选择3kV、6kV、10kV是工矿企业高压电气设备的供电电压你能回答吗？？

我国工矿企业用户为什么提倡提高低压供配电的电压等级？

问题与思考我国工矿企业业用户的供配配电电压通常常有哪些等级级？供配电电压的的选择主要取取决于什么？？主要取决于用用电负荷的大大小和供电距距离的长短。。提倡提高低压压供配电的电电压等级，目目的是为了减减少线路的电电压损耗，保保证远端负荷荷的电压水平平，减小导线线截面积和线线路投资，增增大供配电半半径，减少变变配电点，简简化供配电系系统。35～110kV；6～10kV；1kV；660V；380/220V。一类负荷：若对此负荷停停电，将会造造成人的生命命危险及设备备损坏，打乱乱复杂的生产产过程，造成成重大设备损损坏且难以修修复，或给国国民经济带来来极大损失。。应由两个独立立的电源点供供电。二类负荷：若对此种负荷荷停电，将会会造成生产流流程紊乱且难难以恢复，致致使产品大量量减产；或使使城市居民的的正常生活受受到影响。应由两个回路路供电，也可以由一一回专用架空空线路供电。。三类负荷：所有不属于一一、二类负荷荷的其他负荷荷均属于三类类负荷。三类类负荷可采用用单回路供电。（1）供配电系统的负荷1.6供配电系统的构成及布置（2）企业供配电电系统设备组组成供配电系统一一般由电力变压器、、配电装置、、保护装置、、操作机构、、自动装置、、测量仪表及及附属设备构成。电力变压器电力变压器在在供配电系统统中的作用是是将一种电压压的电能转变变为另一种或或几种电压的的电能供给用用户。变电所所或配电房中中的电力变压压器，通常是是将高压电能能转变为低压压电能，馈电电给用电设备备。工厂供配电系统的构成（2）企业供配电电系统设备组组成供配电系统中中的保护装置置也属于配电电装置，按其其工作电压的的不同又可分分为高压配电装置置和低压配电电装置。配电装置包括括母线隔离开关断路器操作系统及测测量仪表电压、电流互互感器作用：接受和分配电电能。工厂供配电系统的构成（1）户内配电室室的组成户内式变配电电所主要由三三部分组成：：高压配电室、、变压器室、、低压配电室室。此外，有的还还设有高压电电容器室和值值班室。与户内变配电电室相邻的户户外电气设备备安装在屋外外，一般用于于35KV及以上电压级级。工厂供配电系统的布置（2）户外配电装装置户外配电装置置根据电器设设备和导体的的布置高度及及重叠情况，，分为中型、半高型型和高型几种布置型式式。户外配电装置置的特点：①①土建工作量量和费用较小小，建设周期期短；②扩建比较方方便；③相邻邻设备之间距距离较大，便便于带电作业业；④占地面积大大；⑤受外界界环境影响，，设备运行条条件较差，需需加强绝缘；；⑥不良气候候对设备维修修和操作有影影响。工厂供配电系统的布置①便于运行维护护和检修：值班室一般应应尽量靠近高高低压配电室室，特别是靠靠近高压配电电室，且有直直通门或与走走廊相通。②运行要安全全：变压器室的大大门应向外开开并避开露天天仓库，以利利于在紧急情情况下人员出出入和处理事事故。门最好好朝北开，不不要朝西开，，以防“西晒晒”。③进出线方便便：如果是架空线线进线，则高高压配电室宜宜位于进线侧侧。户内供配配电的变压器器一般宜靠近近低压配电室室。④节约占地面面积和建筑费费用：当供配电场所所有低压配电电室时，值班班室可与其合合并。但这时时低压电屏的的正面或侧面面离墙不得小小于3m.⑤高压电力电容容器组应装设设在单独的高高压电容器室室内，该室一般临近近高压配电室室，两室之间间砌防火墙。。低压电力电电容器柜装在在低压配电室室内。⑥留有发展余余地，且不妨妨碍车间和工工厂的发展。。在确定供配电电场所的总体