《供配电技术》课件 1 供配电系统简述

供配电技术省级职业教育专业教学资源库成果教材新时代职业教育课证融通新形态一体化教材主编

申九菊

乔志杰

赵晓东供配电系统简述项目一供配电系统概述一典型的供配电系统三供配电系统简述目录供配电系统概述11.1.1电力系统的组成由发电厂、区域变电所、低压配电线路与电力用户组成的统一整体称为电力系统，该电力系统使得电能的生产、输送、分配和使用保持严格的平衡，电力系统的组成示意图如图所示。电力系统是通过各级电压的电力线路，将发电厂、变配电所和电力用户连接起来的一个发电、输电、变电、配电和用电的整体。发电厂和电力用户之间的输电、变电和配电的整体，包括所有变配电所和各级电压线路，称为电网。但习惯上，电网或系统往往是以电压等级来区分的，如10kV电网或10kV系统。这里的电网或系统，实际上是指某一电压等级相互联系的整个电力线路。1.1.1电力系统的组成由于电能和其他产品相比有着不能储存的特点，所以电能的生产（发电厂）和使用（用户）总是平衡的，即供电和用电是在同一瞬间完成的。从发电厂到用户的输电过程示意图如图所示。我国电网按电压等级、输送功率和供电范围大小，可分为区域电网和地方电网。区域电网的供电范围较大，电压一般在220kV及以上，如华北电网、东北电网等。地方电网的供电范围较小，最高电压一般不超过110kV，工厂供配电系统属于地方电网的一种。为了充分利用动力资源，降低发电成本，发电厂的选址往往远离城市和电力用户。例如，火力发电厂大多建在靠近一次能源的地区。因此，就需要输送和分配电能，将发电厂生产的电能经过升压、输送、降压和分配，然后输送给用户。发电厂发电厂将一次性能源转换成电能的工厂一、火力发电厂二、水力发电厂三、核能发电厂四、风力发电厂······发电厂火力发电的原理是：燃料在锅炉中充分燃烧，将锅炉中的水转换为蒸汽，蒸汽推动汽轮机转动，从而带动发电机旋转产生电能。我国火力发电厂燃料以煤炭为主，随着西气东输工程的竣工，将逐步扩大天然气燃料的使用比例。火力发电厂将煤、天然气、石油的化学能转换为电能，由于煤、天然气和石油是不可再生能源，且燃烧时会产生大量的二氧化碳、二氧化硫等，对大气环境造成污染。因此，我国正发展超临界压力火力发电站，逐步淘汰小火力发电机组，加快水电站和核电站的建设，大力发展绿色能源。水力发电厂将水的势能转换成电能，水流驱动水轮机转动，从而带动发电机旋转产生电能。按集中落差分类，水力发电厂分为堤坝式水电厂、引水式水电厂和混合式水电厂3类。核能发电厂利用核反应堆产生的热量将水转换成蒸汽，蒸汽推动汽轮机转动，从而带动发电机旋转产生电能，其生产过程与火力发电厂基本相同。变电所变电所的功能是接收电能、变换电压和分配电能。变电所由电力变压器、配电装置和二次装置等构成。根据性质和任务不同，变电所可分为升压变电所和降压变电所；根据地位和作用不同，变电所又分为枢纽变电所、地区变电所和用户变电所。仅用于接收电能和分配电能的场所称为配电所，而用于交流电流与直流电流相互转换的场所称为换流所。电力线路电力线路将发电厂、变电所和电力用户连接起来，完成输送电能和分配电能的任务。电力线路有各种不同的电压等级，通常将220kV及以上的电力线路称为输电线路，110kV及以下的电力线路称为配电线路。交流1000kV及以上和直流800kV及以上的输电线路称为特高压输电线路，220～800kV输电线路称为超高压输电线路。配电线路又分为高压配电线路（110kV）、中压配电线路（35～6kV）和低压配电线路（380/220V），前者一般为城市配电网骨架和特大型企业供电线路；中者一般为城市主要配网和大中型企业供电线路；后者一般为城市和企业的低压配网。除上述交流输电线路以外，还有直流输电线路。电力用户电力用户又称电力负荷，所有消耗电能的用电设备或用电单位均称为电力用户。根据行业不同，电力用户可分为工业用户、农业用户、市政商业用户和居民用户等。与电力系统相关联的还有动力系统和电网。火力发电厂的汽轮机和锅炉、水力发电厂的水轮机和水库、核能发电厂的汽轮机和核反应堆等动力设备，这些动力设备与电力系统一起称为动力系统。电网是指电力系统中除发电厂和电力用户以外的部分。1.1.2电力系统的基本要求1.保证供电的安全可靠性（1）采用高度可靠的发电、供电设备，做好维护保养工作，防止各种错误操作。（2）提高供电线路的可靠性，重要线路可以采用双回路或双电源（两个不同的系统电源）供电。（3）选择合理的电力系统结构和主接线形式，在设计阶段就应保证有高度的可靠性，对重要用户应采用双电源供电。（4）保证适当的备用容量，使电力系统在发电设备定期检修、机组发生事故时均不会造成用户停电现象。（5）制定合理运行方式，必须满足系统稳定性和可靠性要求。（6）对高压输电线路采用自动重合闸装置，变配电所装设按频率自动减负荷装置等。（7）采用快速继电保护装置和以计算机为核心的自动安全监视系统和控制系统。2.保证良好的电能质量电压和频率是衡量电能质量的主要指标。我国交流电力设备的额定频率为50Hz（工频）。此外，三相交流系统中三相电压或三相电流是否平衡也是衡量电能质量的一个指标。1.1.3电力系统的额定电压电力系统的电压包括电力系统中各种供电设备、用电设备和电力线路的额定电压。按《标准电压》（GB/T156—2017）规定，用电设备额定线电压、交流发电机线电压以及变压器线电压如表所示。1.1.3电力系统的额定电压1.电网的额定电压电网的额定电压（标准电压）等级是国家根据国民经济发展的需要和电力工业发展的水平，经全面的技术经济分析后所确定的。它是确定各类电力设备额定电压的基本依据。2.用电设备的额定电压用电设备的额定电压一般规定与同级电网的额定电压相同。通常用线路首端和末端电压的算术平均值作为用电设备的额定电压，这个电压也是电网的额定电压。由于线路在运行时会产生电压降，所以线路上各点的电压都有差异。如图所示为用电设备和发电机的额定电压说明。用电设备的额定电压只能取线路首端和末端电压的平均电压。3.发电机的额定电压电力线路允许的电压偏差一般为±5%，即整个线路允许有10%的电压损耗值。为了使线路的平均电压维持在额定值，线路首端（电源端）的电压较线路额定电压高5%，而线路末端的电压较线路额定电压低5%（见图），因此发电机的额定电压规定高于同级电网额定电压5%。1.1.3电力系统的额定电压4.电力变压器的额定电压（1）电力变压器一次绕组的额定电压。电力变压器一次绕组的额定电压分两种情况。①当变压器与发电机直接相连时，如图中的变压器T1，其一次绕组额定电压应与发电机额定电压相同，都高于同级电网额定电压5%。②当变压器不与发电机直接相连而是连接在供电线路上时，如图中的变压器T2，则可将其看作线路的用电设备，因此其一次绕组额定电压应与电网额定电压相同。（2）电力变压器二次绕组的额定电压。电力变压器二次绕组的额定电压分两种情况。①当变压器二次侧供电线路较长时，如图中的变压器T1，其二次绕组额定电压应比电网额定电压高10%，其中有5%用于补偿变压器满载运行时绕组本身约5%的电压降，另5%用于补偿线路上的电压降。②当变压器二次侧供电线路不长时，如图中的变压器T2，其二次绕组额定电压只需高于电网额定电压5%，仅考虑补偿变压器满载运行时绕组本身的5%电压降。1.1.3电力系统的额定电压5.各级电压等级的适用范围在我国电力系统中，220kV以上的电压等级主要用于大型电力系统的主干线；110kV电压既能用于中小型电力系统的主干线，又能用于大型电力系统的二次网络；35kV电压多用于中小型城市或大型企业的内部供电网络，也广泛用于农村电网。一般企业内部多采用6～10kV的高压配电电压且10kV电压用得较多。当企业6kV电压设备数量较多时，才会考虑采用6kV作为配电电压。380/220V电压等主要作为企业的低压配电电压。1.1.4供配电系统的组成供配电系统既是电力系统的电力用户，也是电力系统的重要组成部分。它主要由总降压变电所、高压配电所、配电线路、车间变电所或建筑物变电所和用电设备组成。供配电系统的组成示意图如图所示。总降压变电所将35～220kV的外部供电电源电压降为6～10kV高压配电电压，供给高压配电所、车间变电所或建筑物变电所和高压用电设备。高压配电所集中接收电压，再分配到附近各车间变电所或建筑物变电所和高压用电设备。配电线路分为6～10kV高压配电线路和380/220V低压配电线路。高压配电线路将总降压变电所与高压配电所、车间变电所或建筑物变电所和高压用电设备连接起来。低压配电线路将车间变电所或建筑物变电所的380/220V电能送到各低压用电设备。车间变电所或建筑物变电所将6～10kV电压降为380/220V电压，供低压用电设备使用。一、安全：杜绝人身事故及设备事故。二、可靠：满足电能用户对供电稳定性的要求。三、优质：满足电能用户对电压和频率等质量的要求。四、经济：供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属消耗量。供配电的基本要求1.1.5供配电的基本要求一、远距离输电及跨海输电。二、连接两个不同频率的电网，并可实现定电流控制，限制短路电流。三、限制短路电流。四、向长距离的大城市供电。直流输电的应用典型的供配电系统21.2.1中性点不接地的电力系统中性点不接地的电力系统在正常运行时的电路图和相量图如左图所示，中性点不接地的电力系统发生单相接地时的电路图和相量图如右图所示。三相交流的相序代号统一采用A、B、C。1.2.1中性点不接地的电力系统1.系统正常运行时这时，3个相的相电压U·A、U·B、U·C是对称的，3个相的对地电容电流I·C0也是平衡的，如左图（b）所示。因此3个相的电容电流的相量和为零，地中没有电流流过。各相的对地电压就是各相的相电压。2.系统发生单相接地时当中性点不接地的电力系统发生单相接地时，假设C相接地。这时C相对地电压变为零，而完好的A、B两相对地电压将由原来的相电压升高到线电压，即升高为原对地电压的3倍，如图右（b）所示。当C相接地时，系统的接地电流（电容电流）I·C应为A、B两相对地电容电流相量之和。由图右（b）的相量图可知，I·C=3I·C0，即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。1.2.1中性点不接地的电力系统3.系统发生不完全接地时当系统发生不完全接地时，故障相对地电压将大于零而小于相电压，而其他完好两相的对地电压则大于相电压而小于线电压，接地电容电流也比完全接地时略小。当中性点不接地的电力系统发生单相接地时，三相用电设备的正常运行并未受到影响，因为线路的线电压的相位和量值均未发生变化，因此系统中的三相用电设备仍能正常运行。但是这种线路不允许在单相接地故障情况下长期运行（规定单相接地后带故障运行时间最多不超过2h），如果再有一相发生接地故障，则会形成两相接地短路，这将产生很大的短路电流，有可能损坏线路和电力设备。因此，在中性点不接地的电力系统中，应装设相应的单相接地保护装置或绝缘监察装置。当系统发生单相接地时，发出报警信号或指示，提醒值班人员注意，及时采取措施，查找和消除接地故障；如果有备用线路，则可将重要负荷转移到备用线路上。当单相接地危及人身安全和设备安全时，单相接地保护装置应动作于跳闸，切除故障部分。中性点不接地的运动方式，高压多用于3～10kV的电力系统，低压则用于三相三线制的IT系统。1.2.2中性点经消弧线圈接地的电力系统目前，我国35～60kV的高压电网大多采用中性点经消弧线圈接地的运行方式。若消弧线圈能正常运行，则是消除因雷击等原因而发生瞬间单相接地故障的有效措施之一。消弧线圈其实就是一个具有可调铁芯的电感线圈，其电阻很小，感抗很大，用于消除单相接地故障点的电弧。如图所示为中性点经消弧线圈接地的电力系统发生单相接地时的电路图和相量图。1.2.2中性点经消弧线圈接地的电力系统当中性点经消弧线圈接地的电力系统发生单相接地时，流过接地点的电流是接地电容电流I·C与流过消弧线圈的电感电流I·L之和。由于I·C超前U·C90°，而I·L滞后U·C90°，所以I·L与I·C在接地点互相补偿。当I·L与I·C的量值差小于发生电弧的最小起弧电流时，不会形成电弧，从而也不会出现谐振过电压。在中性点经消弧线圈接地的电力系统中，与中性点不接地的电力系统一样，允许在发生单相接地时短时（一般规定为2