工厂供电 第一章 绪论

工厂供电教学目标

本课程是电气工程及其自动化专业的选修课。通过对本课程的学习，应：掌握供电系统的基本概念、基本原理、工程设计方法、运行维护管理知识；掌握供电系统的电能质量的分析与控制、电能节约新技术；了解供电领域的最新发展动向。参考教材余建明、同向前等.供电技术[M].北京：机械工业出版社,2008.周瀛、李鸿儒.工业企业供电[M].北京:冶金工业出版社，2007.刘介才.工厂供电[M].北京：机械工业出版社,2009.孟祥忠.现代供电技术[M].北京：清华大学出版社,2006教学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识、计算方法、系统运行及管理的相关知识。主要包括1、电力系统的基本知识2、工厂电力负荷的计算3、三相短路分析、短路电流及短路效应的计算（接线与设备）4、二次回路、继电保护5、防雷与接地6、电能质量与自动装置、管理第一章绪论工厂供电第一章电力系统绪论本章主要介绍电力系统的基本概念、电力系统特点、设计等相关基础知识，主要包括以下几个内容：电力系统基本概念：

基本概念；

运行特点与要求；电力系统的额定电压：

电压分级；

各元件的额定电压规定；电力系统的中性点运行方式

基本概念；

特点及适用场合电能的质量指标

电能衡量标准；

各指标的具体含义第一节电力系统的基本概念一、电力系统1、电力系统的定义按对象描述： 发电厂、输配电网及用电设备组成按过程描述： 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的统一系统。§1.1电力系统的构成§1.1电力系统的构成 2、电力系统的组成电力系统发电厂(电能生产)输配电网(电能的变换、输送与分配)用电设备(电能消耗)火力发电厂水力发电厂原子能力发电厂(核电站,核能发电厂)风力发电等变电所

(电压等级的变换)配电所

(电能能量的分配)电力线路

(电能的输送)升压变电所(电厂)降压变电所(负荷中心)输电线路(>=220KV)配电线路(110KV及以下)§1.1电力系统的构成§1.1电力系统的构成二、电力系统运行的特点和要求1、特点：

（1）电量不能大量储存（2）电力系统的电磁暂态过程非常短暂（3）电力系统重要性2、要求：（1）安全、可靠——首要任务（负荷分级）（2）保证良好的供电质量（优质）（3）经济型（高效）（4）灵活、方便且有冗余§1.2电力系统的额定电压

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、额定电压规定电力系统电压是有等级的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，对于设备的绝缘要求也就越高，变压器、杆塔、断路器等设备的绝缘投资也就越大。§1.2电力系统的额定电压综合考虑上述因素，对于一定的的输送功率和输送距离总会有一最合理的线路电压，此时最为经济。

额定电压主要分成：220V，380V，3KV,6KV,35KV,110KV,220KV,500KV;在电力系统同同一电压等级下

，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、发电机以及变压器的额定电压规定下面分别予以介绍。§1.2电力系统的额定电压1、用电设备额定电压

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

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3、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网络电压高5%；标称值为空载值。4、变压器额定电压

比较复杂，需根据所处位置决定§1.2电力系统的额定电压

一次绕组：规定变压器接收功率的一侧，相当于用电设备；二次绕组：规定变压器输出功率的一侧，相当于电源设备；变压器一次绕组与发电机直接相连时，其额定电压与发电机额定电压相等；不与发电机直接相连时，其额定电压与网络额定电压相等；变压器二次绕组与用户直接相连时，其额定电压与网络额定电压高5%；与用户不直接相连时，其额定电压比网络额定电压高10%。§1.2电力系统的额定电压

电力系统电压等级规定总结G~M~10.5KV10.5KV121KV110KV110KV6.3KV6KV10KVT-1T-2L

电力系统不同电气设备额定电压规定示意图5%5%10%0%5%0%§1.2电力系统的额定电压表1-1我国交流电网和电力设备的额定电压分类

电网和用电设备额定电压kV

发电机额定电压kV

电力变压器额定电压kV

一次绕组

二次绕组

低压

0.380.66

0.40.69

0.38/0.220.66/0.380.4/0.230.69/0.4

高压3610－35661102203305003.156.310.513.8，15.7518，20，2224，26－－－－－－

3，3.156，6.310，10.513.8，15.7518.20，22，24，263566110220330500

3.15，3.36.3，6.610.5，11－38.572.6121242363550

§1.2电力系统的额定电压二、各种电压等级的适用范围各种额定电压等级线路的输送功率和输送距离注意对各电压等级对应的输送容量以及输送距离限制额定电压（KV）输送功率（KW）输送距离（Km）0.2250以下0.15以下0.38100以下0.6以下3100~1,0001~36100~1,2004~1510200~2,0006~20352,000~10,00020~5011010,000~50,00050~150220100,000~500,000100~300§1.3中性点运行方式一、电力系统中性点电力系统中性点

是指系统中星形连接的变压器或发电机的中性点。意义： 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明显的影响：它与电压等级、单相接地电流、过电压水平、保护配置等有关；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。§1.3中性点运行方式二、中性点运行方式及特点

中性点直接接地（大电流接地系统）：

220KV，110KV，380/220V

中性点不接地：3KV-10KV

中性点非直接接地

（小电流接地系统）中性点经消弧线圈接地：

3-6KV,Id>30A；

10KV,Id>20A； 20-63KV,Id>10A。§1.3中性点运行方式1、中性点不接地的电力系统假定条件三相对称电路：电源、线路和负载均是对称的；C为相与地之间的总分布电容：Xc表示其容抗；（1）系统正常时三相线电压对称；三相相电压对称；三相对地电容电流对称；正常运行时的中性点不接地的电力系统§1.3中性点运行方式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：

接地电流为：结论：系统正常时，虚拟接地点的总电容电流相量和为0，即没有电流在地中流动。（2）系统发生单相接地短路时（如C相接地）电压特征C相对地电压为0；中性点对地电压不为0；A相对地电压为：；升高为线电压；B相对地电压为：；升高为线电压；电流特征将接地点作为广义节点，列KCL方程：§1.3中性点运行方式单相接地时的中性点不接地的电力系统§1.3中性点运行方式由相量图得，相位上：超前90o；量值上，结论：

一相接地的电容电流为正常运行时每相对地电容电流的3倍。单相接地时的中性点不接地的电力系统§1.3中性点运行方式(3)中性点不接地系统发生单相接地时的特征：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流的3倍；中性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；线电压与正常时的相同，依然对称；(4)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大的电网3-10KV电网中，单相接地电流Id<30A；35-60KV电网中，单相接地电流Id<10A；§1.3中性点运行方式2、中性点经消弧线圈接地的电力系统上述电路中，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、电容、电感，因此在单相弧光接地时，可能会出现串联谐振，出现过电压（正常时的2.5-3倍），导致线路上绝缘薄弱的地点出现绝缘击穿；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。§1.3中性点运行方式发生单相接地故障时，流过中性点的电流是接地电容与经过消弧线圈的电感电流之和；

超前90o，而；

滞后90o，所以在接地点相互补偿。当和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，不会出现串联谐振过电压现象。§1.3中性点运行方式3、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，短路电流比正常时大得多，立即跳闸。解决的问题（1）高压灭弧困难：220KV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露损耗，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；100A-200A之上；致使电弧无法熄灭。§1.3中性点运行方式（2）高压绝缘投资大：在中性点直接接地系统中，发生单相接地故障后，中性点电位不变化，致使非故障相对地电压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高压绝缘投资问题；（3）低压单向设备运行需要：在380V/220V系统中，为了设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接接地运行方式。§1.3中性点运行方式4、中性点经电阻接地，按接地电流大小又分为经高电阻接地和经低电阻接地。

中性点经高电阻接地高电阻接地方式以限制单相接地电流为目的，电阻值一般为数百至数千欧姆。中性点经高电阻接地系统可以消除大部分谐振过电压，对单相间隙弧光接地过电压有一定的限制作用。但对系统绝缘水平要求较高。主要用于发电机回路。§1.3中性点运行方式4、中性点经电阻接地，按接地电流大小又分为经高电阻接地和经低电阻接地。

中性点经低电阻接地中性点经低电阻接地方式适用于以电缆线路为主，不容易发生瞬时性单相接地故障且系统电容电流比较大的城市电网、发电厂厂用电系统及企业配电系统。结论：110kV及以上高压系统，为降低设备绝缘要求，多采用中性点直接接地运行方式；6～35kV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，当接地电流不满足要求时，可采用中性点经消弧线圈接地的运行方式；低于1kV的低压配电系统中，通常为中性点直接接地运行方式。380／220V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出现超过250V的危险电压。第三节中性点运行方式第二节用户供电系统特点和决定供电质

量的主要指标1、用户供电系统的特点

用户供电系统由用户内部变配电所、供电线路和用电设备等组成，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，在可靠性要求或技术经济比较合理时，也可建立自备发电站。用户供电系统的供电电压一般在110kV及以下。第二节用户供电系统特点和决定供电质

量的主要指标2、决定供电质量的主要指标

衡量电能质量的指标为电压、频率和可靠性。电压电压质量是以电压偏离额定电压的幅度、电压波动与闪变、电压波形来衡量。§2.2供电质量的主要指标电压：1.偏离额定电压的幅度（电压偏差）：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行都有影响。一般以百分数表示，即式中，ΔV%为电压偏差百分数；U为实际电；UN为额定电压。§2.2供电质量的主要指标电压：1.偏离额定电压的幅度（电压偏差）：我国对用电单位的供电额定电压及容许偏差规定：

35kV及以上：电压正、负偏差绝对值之和为10％；

10kV及以下：±7％；

220V（单相）：＋7％，－10％。§2.2供电质量的主要指标电压：

2.电压波动和闪变：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，即式中，δU为电压波动；δU%为电压波动百分数；Umax、Umin为电压波动的最大值和最小值（kV）；UN为额定电压（kV）。§2.2供电质量的主要指标电压：

2.电压波动和闪变：电压波动的允许值见下表表电压波动允许值（GB/T12326-2000）

额定电压（kV）电压波动允许值（δU%）10及以下2.535~1102.0220及以上1.6§2.2供电质量的主要指标电压：

2.电压波动和闪变：电压波动引起的灯光闪烁对人眼、脑产生的刺激效应，称为电压闪变。通常用电压调幅波中不同频率的正弦波分量的均方根值等效为10Hz正弦电压波动值的1min平均值——等效闪变值δU10来表示，其允许值见下表。应用场合对照明要求δU10允许值较高的白炽灯负荷0.4（推荐值）一般性照明负荷0.6（推荐值）§2.2供电质量的主要指标电压：

2.电压波动和闪变：

电压波动:

电压幅值（或半周波方均根值）的连续快速变化。电压闪变:波动电压照明灯具工作面上照度闪烁人的视觉大脑反映人能接受闪烁的程度§2.2供电质量的主要指标电压：3.电压波形：电压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3次、5次等奇次谐波为主。§2.2供电质量的主要指标电压：

3.电压波形：含有半导体器件的变流设备；（电力电子变换器）具有电弧特性的设备；（电弧炉、电弧焊机、日光灯、气体放电光源等）具有磁饱和特