供配电技术第1章

1/28/20241河北科技大学电气信息学院第一章概论1.1供配电系统概述1.2电力系统的额定电压与电能质量1.3电力系统中性点的运行方式1.1供配电系统概述1.2电力系统的额定电压与电能质量1.3电力系统中性点的运行方式1.1供配电系统概述1.2电力系统的额定电压与电能质量

1/28/20242河北科技大学电气信息学院1.1供配电系统概述

一、电力系统电力系统是由发电厂、变电所、电力线路和电力用户组成的一个发电、输电、变配电和用电的整体。图1-1从发电厂到用户的送电过程

1/28/20243河北科技大学电气信息学院图1-2电力系统示意图工业企业供电系统

1/28/20244河北科技大学电气信息学院

电力网由不同电压等级的输电线路和变压器组成，可分为地方电力网、区域电力网及超高压远距离输电网三种类型。发电厂：生产电能，将一次能源转换成二次能源（电能），分为火、水、核、风、太阳、地热等发电厂。地方电力网：电压为110kV以下的电力网（如35kV、10kV等）区域电力网：电压为110kV以上的电力网（如220kV）超高压远距离输电网：电压为330～500kV及以上的电力网110kV属于地方网还是区域网，要视其在电力系统中的作用而定火电厂的燃料：煤炭、石油、天然气等。能量转换过程：燃料的化学能→热能→机械能→电能。（1）火力发电厂

1/28/20245河北科技大学电气信息学院火电厂的分类：凝汽式火电厂、热电厂。火电厂的组成：锅炉、汽轮机、电力系统。火电厂是我国目前最主要的电源，比例大于75%。安全问题：采矿和运输中的安全性灾难等。环境问题：酸雨、温室效应、可吸入颗粒物等。效率问题：凝汽式火电厂效率为40%，热电厂为60%~70%。火力发电存在的问题江苏谏壁发电厂浙江北仑发电厂张家口发电总厂今后火电建设的重点：采用高参数、大容量、高效率的设备；开发清洁煤燃烧发电、天然气蒸汽联合循环发电；鼓励热电联产；加强煤炭基地的矿口电厂建设。

1/28/20246河北科技大学电气信息学院（2）水力发电厂水电厂的能量转换过程：水的位能→机械能→电能。水电厂的总发电功率：水电厂的分类：堤坝式（分为坝后式和河床式）、引水式和抽水蓄能电站。水电厂的组成：水库、水轮机、电力系统水电厂是我国目前最重要的电源之一，比例大于10%。葛洲坝水电站长江三峡水电站广州抽水蓄能电站水力发电的特点：是最干净、最廉价的能源之一，发电成本低，不产生污染、运行维护简单，同时还兼有防洪、灌溉、航运、水产养殖等综合效益；但投资大，工期长。

1/28/20247河北科技大学电气信息学院（3）核能发电厂核电厂的能量转换过程：核燃料的裂变能→热能→机械能→电能。核电厂的组成：核反应堆、汽轮机、电力系统。核电厂是我国目前最重要的电源之一，比例大于10%。秦山核电站大亚湾核电站核能发电的优缺点节省大量煤炭、石油等燃料，避免燃料运输。不需空气助燃，可建在地下、水下、山洞或空气稀薄地区。存在问题：放射性污染。

1/28/20248河北科技大学电气信息学院（4）其它新能源发电太阳能发电：太阳光能或太阳热能→电能。风力发电：风力的动能→机械能→电能。地热发电：地热能→电能。潮汐发电：海水涨潮或落潮的动能或势能→电能。太阳能发电系统的组成新疆达板城风电厂西藏羊八井电厂江厦潮汐电站其它新能源还有燃料电池、生物智能、垃圾燃料等。新能源都属于清洁、廉价的可再生能源，是未来能源的主要形式。法国郎斯潮汐电站潮汐发电示意图

1/28/20249河北科技大学电气信息学院变电所：是变换电压和接受分配电能的场所。区域变电所：电压等级高，变压器容量大，进出线回路数多，由大电网供电，高压侧电压330～750kV，全所停电后，将引起整个系统解列甚至瓦解；地区变电所：由发电厂或区域变电所供电，高压侧电压110～220kV，全所停电后，将使该地区中断供电；工业企业变电所：是电网的末端变电所，主要由地区变电所供电，其高压侧为35～110kV，全所停电后，将使用户中断供电。变电所分类：升压变电所、降压变电所。配电所（或开闭所）：只接受和分配电能，不变换电压。降压变电所分为区域变电所、地区变电所和工业企业变电所。

1/28/202410河北科技大学电气信息学院电力用户：又称电力负荷，指所有消耗电能的用电设备或用电单位。高压配电线路：110kV中压配电线路：6～35kV低压配电线路：380/220V电力线路：输送电能，并把发电厂、变配电所和电力用户连接起来。输电线路：220kV及以上的电力线路。配电线路：110kV及以下的电力线路。

1/28/202411河北科技大学电气信息学院二、供配电系统

供配电系统是电力系统的电力用户，由总降压变电所（或高压配电所）

、配电线路、车间变电所和用电设备等组成。

总降压变电所：将35～110kV的供电电压变换为6～10kV的高压配电电压；高压配电所：集中接收6~10kV电压，再分配到附近各车间变电所和高压用电设备；配电线路：分为厂区高压配电线路和车间低压配电线路；车间变电所：将6~10kV的电压降为380/220V。

1/28/202412河北科技大学电气信息学院三、对供配电工作的基本要求安全：在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。可靠：应满足电力用户对供电可靠性的要求。优质：应满足电力用户对电压和频率等供电质量的要求。经济：应使供配电系统的投资少、运行费用低，并尽可能地节约电能和减少有色金属消耗量。

1/28/202413河北科技大学电气信息学院用电设备的额定电压：与同级电网的额定电压相同。发电机的额定电压：比同级电网的额定电压高出5%。1.2电力系统的额定电压与电能质量

一、额定电压的国家标准电力线路的额定电压：我国高压电网的额定电压等级有3kV、6kV、10kV、35kV、63kV、110kV、220kV、330kV、500kV等。图1-3供电线路上的电压变化示意图图1-3为供电线路上的电压变化示意图。

1/28/202414河北科技大学电气信息学院变压器的二次绕组：对于用电设备而言，相当于电源。变压器的额定电压我国公布的三相交流系统的额定电压见表1-1。

变压器的一次绕组：相当于是用电设备，其额定电压应与电网的额定电压相同。注意：当变压器一次绕组直接与发电机相连时，其额定电压应与发电机的额定电压相同。当变压器二次侧供电线路较长时：应比同级电网额定电压高10%

当变压器二次侧供电线路较短时：应比同级电网额定电压高5%其中5%用于补偿变压器满载供电时一、二次绕组上的电压损失；另外5%用于补偿线路上的电压损失，用于35kV及以上线路。可以不考虑线路上的电压损失，只需要补偿满载时变压器绕组上的电压损失即可，用于10kV及以下线路。

1/28/202415河北科技大学电气信息学院~T1GT2110kV10kV6kVM发电机G的额定电压：UN·G=1.05×10=10.5（kV）变压器T1的额定电压：U1N=10.5（kV）

U2N=1.1×110=121（kV）变压器T1的变比为：10.5/121kV变压器T2的额定电压：U1N=110（kV）

U2N=1.05×6=6.3（kV）变压器T2的变比为：110/6.3kV例1-1已知下图所示系统中电网的额定电压，试确定发电机和变压器的额定电压。变压器T1的一次绕组与发电机直接相连，其一次侧的额定电压应与发电机的额定电压相同变压器T1的二次侧供电距离较长，其额定电压应比线路额定电压高10%变压器T2的二次侧供电距离较短，可不考虑线路上的电压损失

1/28/202416河北科技大学电气信息学院

二、电压等级的选择220kV及以上：用于大型电力系统的主干线。110kV：用于中小型电力系统的主干线。35kV：用于大型工业企业内部电力网。10kV：常用的高压配电电压，当6kV高压用电设备较多时，也可考虑用6kV配电。3kV：仅限于工业企业内部采用。380/220V：工业企业内部的低压配电电压。电力网的额定电压、传输功率和传输距离之间的关系见表1-2

1/28/202417河北科技大学电气信息学院三、电能质量电压偏差是指用电设备的实际电压与额定电压之差，用占额定电压的百分数来表示频率偏差额定频率：50Hz允许偏差：正常允许偏差为±0.2Hz，当容量较小时可放宽到±0.5Hz

电压偏差

1/28/202418河北科技大学电气信息学院电压偏差的危害白炽灯：电压低时，寿命延长，但发光效率降低，照度下降；电压高时，发光效率增加，但使用寿命大大缩短。

，电压低时，转矩将急剧减小，电流由于电动机：增大，使电动机绕组绝缘过热受损，缩短使用寿命。电压偏差的允许值35kV及以上电压供电的用户：±5%

10kV及以下高压供电和低压电力用户：±7%低压照明用户：+5%～–10%

1/28/202419河北科技大学电气信息学院电压波动与闪变

电压波动是指电网电压短时、快速的变动，用电压最大值与最小值之差对电网额定电压的百分比表示，即正确选择变压器的电压分接头或采用有载调压变压器；合理减少系统的阻抗；尽量保持系统三相负荷平衡；改变系统的运行方式；采用无功功率补偿设备等。电压调整的措施

1/28/202420河北科技大学电气信息学院电压波动产生的原因：是由负荷急剧变动引起的。

闪变是指人眼对因电压波动引起灯闪的一种主观感觉，引起灯闪的电压称为闪变电压。使电动机无法正常起动，引起同步电动机转子振动；使某些电子设备无法正常工作；使照明灯发生明显的闪烁现象等。电压波动的危害

1/28/202421河北科技大学电气信息学院对负荷变动剧烈的大型电气设备，采用专线或专用变压器供电；增大供电容量，减小系统阻抗；增加系统的短路容量或提高供电电压；在电压波动严重时减少或切除引起电压波动的负荷；对大型冲击性负荷，可装设能吸收冲击无功功率的静止型无功补偿装置（SVC）。电压波动的抑制谐波谐波是指对周期性非正弦交流量进行傅里叶级数分解后所得到的频率为基波频率整数倍的各次分量，通常称为高次谐波。

1/28/202422河北科技大学电气信息学院谐波产生的原因：是由于电力系统中存在各种非线性元件

。

波形畸变程度的几个特征量第h次谐波电压含有率：

第h次谐波电流含有率：谐波电压总含量：

谐波电流总含量：

电压总谐波畸变率：

电流总谐波畸变率：

1/28/202423河北科技大学电气信息学院使变压器和电动机的铁芯损耗增加，引起局部过热，同时振动和噪声增大，缩短使用寿命；使线路的功率损耗和电能损耗增加，并有可能使电力线路出现电压谐振，产生过电压，击穿电气设备的绝缘；使电容器产生过负荷而影响其使用寿命；使继电保护及自动装置产生误动作；使变压器使计算电费用的感应式电能表的计量不准；对附近的通信线路产生信号干扰，使数据传输失真等。谐波的危害

1/28/202424河北科技大学电气信息学院三相整流变压器采用Y，d或D，y接线；增加整流器的相数；在谐波源处装设专用滤波器；限制晶闸管整流设备投入电网的容量；在大型整流设备附近装设静止型无功补偿装置。谐波的抑制三相不平衡指三相系统中三相电压（或电流）的不平衡程度，用电压（或电流）负序分量有效值与正序分量有效值的百分比来表示，即

1/28/202425河北科技大学电气信息学院使电动机产生一个反向转矩，降低输出转矩，同时总电流增大，绕组温升增高，加速绝缘老化，缩短使用寿命。使变压器的容量得不到充分利用。使整流设备产生更多的高次谐波，进一步影响电能质量。使作用于负序电流的继电保护装置产生误动和拒动。产生原因：三相负荷不对称

。三相电压或电流不平衡的危害改善三相电压不平衡的措施在三相系统中合理分配不对称负荷；将不对称负荷分散接于不同的供电点；采用高一级电压供电；采用特殊接线的平衡变压器供电及加装三相平衡装置。

1/28/202426河北科技大学电气信息学院暂时过电压和瞬态过电压暂时过电压：包括工频过电压和谐振过电压，其特征为在其持续时间范围内无衰减或弱衰减；瞬态过电压：包括操作过电压和雷击过电压，其特征为振荡或非振荡衰减，且衰减很快，持续时间只有几毫秒或几十微秒。过电压的危害：使电力设备故障、影响电力安全运行。过电压是指峰值电压超过系统正常运行的最高峰值电压时的工况。

1/28/202427河北科技大学电气信息学院我国电力系统中性点有三种运行方式：二、中性点不接地的电力系统正常运行时，系统的三相电压对称，三相导线对地电容电流也对称，其电路图和相量图如图1-4所示。当系统发生A相接地故障时，A相对地电压降为零，相当于在中性点叠加上一个电压。其电路图和相量图如图1-5所示。

中性点不接地中性点经消弧线圈接地中性点直接（或经低电阻）接地1.3电力系统中性点运行方式小电流接地系统大电流接地系统一、概述

1/28/202428河北科技大学电气信息学院中性点对地电压图1-4中性点不接地系统正常运行时的电路图和相量图a）电路图b）相量图

1/28/202429河北科技大学电气信息学院

在数值上图1-5中性点不接地系统发生A相接地故障时的电路图和相量图a）电路图b）相量图

1/28/202430河北科技大学电气信息学院流过故障点的接地电流（电容电流）为：

数值上：单相接地电流（电容电流）的经验公式：式中，、分别为架空线路和电缆线路的总长度（km）。特点中性点不接地系统发生单相接地故障时，线电压不变，而非故障相对地电压升高到原来相电压的倍。单相接地电流等于正常时单相对地电容电流的3倍。

1/28/202431河北科技大学电气信息学院

绝缘投资大。单相故障时，非故障相对地电压升为相电压的倍，为确保设备的绝缘安全，系统相对地绝缘按线电压设计，中性点绝缘按相电压设计。单相接地时的电容电流小于30A的3~10kV电力网；单相接地时的电容电流小于10A的35kV电力网。

运行可靠性高。发生单相故障时，电力网的线电压仍然对称，用户的三相用电设备仍能照常运行一段时间。但运行时间不能太长，以免另一相又发生接地故障时形成两相接地短路。优点缺点适用范围

1/28/202432河北科技大学电气信息学院三、中性点经消弧线圈接地的电力系统（图1-6）图1-6中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障时的电路图和相量图a）电路图b）相量图消弧线圈中性点对地电压

1/28/202433河北科技大学电气信息学院特点：运行可靠性高，但绝缘投资大。补偿度与脱谐度消弧线圈的补偿容量：适用范围：单相接地时的电容电流大于30A的3~10kV电力网；单相接地时的电容电流大于10A的35kV电力网。补偿度（调谐度）：

脱谐度：

在电力系统中一般采用过补偿运行方式Why?消弧线圈的补偿方式全补偿:欠补偿:过补偿:

1/28/202434河北科技大学电气信息学院特点：中性点始终保持零电位。优点

节约绝缘投资。发生单相短路时，非故障相对地电压不变，电气设备绝缘水平可按相电压考虑。因此，我国110kV及以上的电力系统基本上都采用中性点直接接地的方式。四、中性点直接接地的电力系统图1-7中性点直接接地系统的电力系统示意图

1/28/202435河北科技大学电气信息学院针对缺点应采取的措施加装自动重合闸装置，以提高供电可靠性。适用范围110kV及以上电网和380/220V电力网。缺点

供电可靠性不高。单相短路时，接地相短路电流很大，保护装置迅速跳闸，因此系统不能继续运行。说明：110kV及以上电网采用中性点直接接地方式是为了降低工程造价，而在380/220V低压电网中是为了保证人身安全。

1/28/202436河北科技大学电气信息学院我国380/220V低压配电系统采用中性点直接接地方式，并引出有中性线（N线）、保护线（PE线）或保护中性线（PEN线）。接额定电压为相电压的单相设备；传输三相系统中的不平衡电流和单相电流；减少负荷中性点的电位偏移。中性线的作用保护线的作用保障人身安全，防止触电事故发生。

1/28/202437河北科技大学电气信息学院江苏谏壁发电厂始建于1959年，于1987年9月全部建成，共安装10台机组，总容量162.5万千瓦，年发电量在100亿度左右，成为80年代末到90年代初国内最大的火力发电厂。

1/28/202438河北科技大学电气信息学院浙江北仑发电厂是我国目前最大的现代化火力发电厂，总装机容量为300万千瓦(5×600MW)，工程于1988年1月正式开工建设，2000年9月全部建成发电。年发电量167亿度，为浙江省各类发电厂发电总量的四分之一，其中两台机组的发电量就能满足宁波市全部用电所需。

1/28/202439河北科技大学电气信息学院

张家口发电总厂成立于1988年8月，由下花园发电厂和沙岭子发电厂合并而成，位于张家口市东南14km，距首都北京170km，距煤都大同180km。发电厂总装机容量240万千瓦（8×300MW），通过500kV双回线向北京供电，同时兼顾地方用电，担负着北京地区1/4电力负荷的供电任务。张家口发电总厂夜景厂区景色汽轮机房

1/28/202440河北科技大学电气信息学院葛洲坝27孔泄洪闸葛洲坝水电站葛洲坝水电站是长江干流上修建的第一座大型水电工程，是三峡工程的反调节和航运梯级。电站始建于1970年，共有机21台机组，总装机容量271.5万千瓦，年发电量157亿度。电站以500kV和220kV输电线路并入华中电网，并通过500kV直流输电线路向距离1000km的上海输电120万千瓦。

1/28/202441河北科技大学电气信息学院三峡水电站效果图长江三峡水电站坝长2309m，坝高185m，水头175m，总库容393亿立方米，总装机容量18.2GW（26×700MW），年发电量86.5TW·h；库区将淹没耕地36万亩，淹没城镇129座，需安置迁移人口113万；电站于93年起步，首批机组于2003年10月发电，以后每年投产4台机组（280MW），2009年全部机组建成投产。三峡电站发出的强大电力将送往华中、华东地区和广东省。电站将引出15条超高压交流输电线路，其中3条线路通过换流站将交流电转换成直流电后，再通过500kＶ直流输电线路，2条送往华东、1条送往广东。

1/28/202442河北科技大学电气信息学院三期导流图三峡大坝模型三峡大坝由多个功能模块组成，从左至右（面向下游）依次为永久船闸、升船机、泄沙通道（临时船闸）、左岸大坝及电站、泄洪坝段、右岸大坝及电站、山体地下电站等。升船机的最大提升高度为113米，供3000吨以下船只通过大坝，用时约40分钟；永久船闸是双线五级船闸，供3000吨以上船只从这里翻过大坝，用时约3小时。

1/28/202443河北科技大学电气信息学院三峡工程综合效益防洪：三峡水库正常蓄水位175米，总库容393亿立方米，防洪库容221.5亿立方米，能有效地控制长江上游洪水，保护长江中下游荆江地区1500万人口、2300万亩土地，是世界上防洪效益最为显著水利工程。发电：三峡水电站装机总容量为1820万kW，年均发电量847亿kW·h。以直线距离1000公里为半径，全国除辽宁、吉林、黑龙江、新疆、西藏、海南、台湾7省区外，其余地区的主要城市和工业基地都在这个范围内。航运：它将改善航运里程660公里，使重庆至宜昌航道通行的船队吨位由现在的3000吨级提高至万吨级，年单向通过能力由1000万吨提高到5000万吨。供电范围图

1/28/202444河北科技大学电气信息学院三峡双线五级船闸

三峡船闸全长6.4公里，可通过万吨级船队，单向年通过能力5000万吨。船闸主体段闸首和闸室分南北两线，每线船闸主体段由6个闸首和5个闸室组成，每个闸室长280米、宽34米。而船闸人字门是名副其实的“天下第一门”，单扇门宽20.2米，高38.5米，厚度3米，面积有两个篮球场那么大，重达850多吨。

1/28/202445河北科技大学电气信息学院广州抽水蓄能电站为目前世界上最大的抽水蓄能电站，是为大亚湾核电站安全经济运行而建设的配套工程，同时还承担着广东、香港电网的调峰填谷和事故备用的任务。电站总装机总装机容量2.4GW（8×300MW），分两期建设，每期4台，设计水头535m，电站一期工程于1989年5月25日开工且1993年6月29日1号机投产，二期工程于1994年9月12日开工，至2000年3月14日8号机投产。

1/28/202446河北科技大学电气信息学院三峡的供电范围

1/28/202447河北科技大学电气信息学院秦山核电站位于东海之滨美丽富饶的杭州湾畔，是中国第一座依靠自己的力量设计、建造和运营管理的压水堆核电站，总装机容量2×300MW。1985年3月动工，1991年12月首次并网发电。它的建成使我国成为继美、英、法、前苏联、加拿大、瑞典之后世界上第七个能够自行设计、建造核电站的国家。

1/28/202448河北科技大学电气信息学院秦山核电站主控制室秦山核电站汽轮机房

1/28/202449河北科技大学电气信息学院

大亚湾核电站位于深圳市东部大亚湾畔，为我国目前最大的核电站。大亚湾核电站是我国引进国外资金、设备和技术建设的第一座大型商用核电站。核电站安装有两台单机容量为900MW的压水堆反应堆机组。1987年8月7日工程正式开工，1994年2月1日和5月6日两台机组先后投入商业营运。大亚湾核电站每年发电量超过100亿度，其中七成电力供应香港，三成电力供应广东电网。大亚湾核电站电站设备

1/28/202450河北科技大学电气信息学院太阳能发电系统的组成太阳能电池板：将太阳的辐射能转换为电能。太阳能控制器：控制整个系统的工作状态，对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。蓄电池：在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。逆变器：将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能。

光电板控制器逆变器配电线路负载蓄电池

1/28/202451河北科技大学电气信息学院达板城风力发电厂装机容量7.23万千瓦，占全国的30%。

1/28/202452河北科技大学电气信息学院

羊八井电厂是我国最大的地热电厂，总装机容量为25.18MW，水温约150℃，担负拉萨地区50%的供电任务。电站由5眼地热井供水，单井产量为75～160立方米／小时。羊八井地热电厂

羊八井地热温泉

1/28/202453河北科技大学电气信息学院潮汐发电示意图

1/28/202454河北科技大学电气信息学院法国郎斯潮汐电站示意图