电力系统概论供配电技术讲义

电力系统概论供配电技术讲义

什么叫电力系统？为什么要建立电力系统？

电力系统是由发电厂、变电所、电力线路和电能用户组成的

一个整体。

为了充分利用动力资源，降低发电成本，发电厂往往远离城

市和电能用户，因此，这就需要输送和分配电能，将发电厂

发出的电能经过升压、输送、降压和分配，送到用户。

供配电系统由那些部分组成？在什么情况下应设总降压变

电所或高压配电所？

供配电系统由总降变电所、高压配电所、配电线路、车间变

电所和用电设备组成。

总降压变电所是企业电能供应的枢纽。它将35kV-110kV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、车间变电所和高压用电设备。高压配电所集中接受6~

10kV电压，再分配到附近各车间变电所和高压用电设备。一

般负荷分散、厂区大的大型企业设置高压配电所。

发电机的额定电压、用电设备的额定电压和变压器额定电压

是如何规定的？为什么？

用电设备的额定电压等于电力线路的额定电压；发电机的额

定电压较电力线路的额定电压要高5%；变压器的一次绕组的

额定电压等于发电机的额定电压（升压变压器）或电力线路

的额定电压（降压变压器）；二次绕组的额定电压较电力线路

的额定电压要高10%或5%（视线路的电压等级或线路长度而

定）。

额定电压是能使电气设备长期运行在经济效果最好的电压,

它是国家根据经济发展的需要及电力的水平和发展的趋势

经过全面技术经济分析后确定的。

电能的质量指标包括哪些？

电能的质量指标是指电压质量、频率质量、供电可靠性。

什么叫电压偏移，电压波动和闪变？如何计算电压偏移和电

压波动？

电压偏差是电压偏离额定电压的幅度。电压波动是指电压的

急剧变化。周期性电压急剧变化引起光源光通量急剧波动而

造成人眼视觉不舒适的现象，成为闪变。

电压偏差一般以百分数表示，即

AU%=fxlOO,式中△〃％为电压偏差百分数；U为实际电压;

UN

力,为额定电压。

电压波动程度以电压最大值与最小值之差或其百分数来表

示，即

.％=3U——-U迎X10D

式中，灰/为电压波动；加％为电压波动百分数；UmaK,喜而为

电压波动的最大值和最小值（kV）；以为额定电压（kV）。

电力系统的中性点运行方式有哪几种？中性点不接地电力

系统和中性点直接接地系统发生单相接地时各有什么特点？

电力系统的中性点运行方式有三种：中性点不接地系统、中

性点经消弧线圈接地系统和中性点直接接地系统。中性点不

接地电力系统发生单相接地时，接地相对地电压为零，电容

电流为零，非接地相对地电压升高为线电压，电容电流增大

倍，但各相间电压（线电压）仍然对称平衡。中性点直接接

地系统发生单相接地时，通过中性点形成单相短路，产生很

大的短路电流，中性点对地电压仍为零，非接地相对地电压

也不发生变化。

电力负荷按对供电可靠性要求分几类？对供电各有什么要

求？

电力负荷按对供电可靠性可分为三类，一级负荷，二级负荷

和三级负荷。对供电的要求：一级负荷要求最严，应由两个

独立电源供电，当一个电源发生故障时，另一电源应不同时

受到损坏，在一级负荷中的特别重要负荷，除上述两个独立

电源外，还必须增设应急电源。为保证对特别重要负荷的供

电，严禁将其他负荷接入应急供电系统。二级负荷要求比一

级负荷低，应由两回线路供电，供电变压器亦应有两台，从

而做到当电力变压器发生故障或电力线路发生常见故障时，

不致中断供电或中断后能迅速恢复。三级负荷要求最低，没

有特殊要求，一股有单回路电力线路供电。

试确定图所示供电系统中发电机G和变压器IT,2T和3T的

额定电压。

图1-11习题1-8图

解：

发电机的额定电压发L05X10KV=10.5kV；

变压器IT的额定电压一次侧U=10.5kV；

二次侧U=LlX35kV=38.5kV；

变压器2T的额定电压一次侧U=35kV；

二次侧二L05X10kV=10.5kV；

变压器3T的额定电压一次侧U=10kV；

二次侧U=l.05X0.38=0.399kV；

试确定图中所示供电系统中发电机G,变压器2T,3T线路

1WL,2WL的额定电压。

110KV

解：发电机G,额定电压U=L05U尸10.5kV

变压器2TUFU=10.5kV

lX220=242kV故额定电压为:10.5/242；

变压器3TU尸220kVU：尸L05X10=10.5kV

U2=l.lX110=121kV

线路1WL的额定电压为U=10kV

线路2WL的额定电压为U=0.38kV

试查阅相关资料或网上查阅，找出去年我国的发电机装机容

量，年发电量和年用电量。

答案（略）

画出中性点不接地系统A相发生单相接地时的相量图。

IE“

Uc

第2章负荷预测

2-1什么叫负荷曲线？有哪几种？与负荷曲线有关的物理量

有哪些？

答：负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的一种图形,

反映了用户用电的特点和规律。

负荷曲线按负荷的功率性质不同，分有功负荷和无功负荷曲

线；按时间单位的不同，分日负荷曲线和年负荷曲线；按负

荷对象不同，分用户，车间或某类设备负荷曲线。

与负荷曲线有关的物理量有：年最大负荷和年最大负荷利用

小时；平均负荷和负荷系数。

2-2什么叫年最大负荷利用小时？什么叫年最大负荷和年平

均负荷？什么叫负荷系数？

答：年最大负荷利用小时是指负荷以年最大负荷就持续运行

一段时间后，消耗的电能恰好等于该电力负荷全年实际消耗

的电能，这段时间就是最大负荷利用小时。

年最大负荷/指全年中负荷最大的工作班内（为防偶然性,

这样的工作班至少要在负荷最大的月份出现2〜3次）30分

钟平均功率的最大值，因此年最大负荷有时也称为30分钟

最大负荷勺。

负荷系数勺是指平均负荷与最大负荷的比值。

2-3什么叫计算负荷？为什么计算负荷通常采用30min最大

负荷？正确确定计算负荷有何意义？

答：计算负荷是指导体中通过一个等效负荷时，导体的最高

温升正好和通过实际的变动负荷时产生的最高温升相等，该

等效负荷就称为计算负荷。

导体通过电流达到稳定温升的时间大约为（3〜4）一工为发热

时间常数。对中小截面的导体，其「约为lOmin左右,故截

流倒替约经30min后达到稳定温升值。但是，由于较大截面

的导体发热时间常数往往大于lOmin,30min还不能达到稳

定温升。由此可见，计算负荷Pc实际上与30min最大负荷基

本是相当的。

计算负荷是供电设计计算的基本依据。计算符合的确定是否

合理，将直接影响到电气设备和导线电缆的选择是否合理。

计算负荷不能定得太大，否则选择的电气设备和导线电缆将

会过大而造成投资和有色金属的浪费；计算负荷也不能定得

太小，否则选择的电气设备和导线电缆将会长期处于过负荷

运行，增加电能损耗，产生过热，导致绝缘体过早老化甚至

烧毁。

2-4各工作制用电设备的设备容量如何确定？

答：长期工作制和短期工作制的设备容量就是该设备的铭牌

额定功率，即

Pe=PN

反复短时工作制的设备容量是指某负荷持续率下的额定功

率换算到统一的负荷持续率下的功率。

2-5需要系数的含义是什么？

答：所有用电设备的计算负荷并不等于其设备容量，两者之

间存在一个比值关系，因此需要引进需要系数的概念，即：

B=K/。

式中，L为需要系数；Pc为计算负荷；匕为设备容量。

形成该系数的原因有：用电设备的设备容量是指输出容量,

它与输入容量之间有一个平均效率；用电设备不一定满负荷

运行，因此引入符合系数KL；用电设备本身及配电线路有功

率损耗，所以引进一个线路平均效率%;用电设备组的所有

设备不一定同时运行，故引入一个同时系数勺。

2-6确定计算负荷的估算法.需要系数法和二项式法各有什

么特点？各适合哪些场合？

答：估算法实为指标法，其特点是进行方案比较时很方便,

适用于做任务书或初步设计阶段；需要系数法的特点是简单

方便，计算结果较符合实际，而长期使用已积累了各种设备

的需要系数，是世界各国普遍采用的方法，适用于多组三相

用电设备的计算负荷；二项式法其特点是既考虑了用电设备

的平均负荷，又考虑了几台最大用电设备引起的附加负荷,

其计算的结果比按需要系数法计算的结果大得多，适用于容

量差别悬殊的用电设备的负荷计算。

2-7在确定多组用电设备总的视在计算负荷和计算电流时，

可否将各组的视在计算负荷和计算电流分别直接相加？为

什么？应如何正确计算？

答：不可以。需要考虑用电设备各组的最大负荷不同时出现

的因素，因此在确定总计算负荷时，只能在各组用电设备中

取一组最大的附加负荷，再加上各组用电设备的平均负荷，

即：

2=ZS七tan+（cR）nuxtan外J

式中，（此J为各用电设备组的平均功率，其中七是各用电设

备组的设备总容量；叱为每组用电设备组中x台容量较大的

设备的附加负荷；（cR）x为附加负荷最大的一组设备的附加

负荷；tanez为最大附加负荷设备组的功率因数角的正切值。

2-8在接有单相用电设备的三相线路中，什么情况下可将

单相设备与三相设备综合按三相负荷的计算方法计算确定

负荷?而在什么情况下应进行单相负荷计算？

答：单相设备应尽可能地均匀分布在三相上，以使三相负荷

保持平衡.

a；三相线路中单相设备的总容量不超过三相总容量的15%0f,

单相设备可按三用负荷平衡计算.

b：三相线路中单相设备的总容量超过三相总容量的15%时,

应把单相设备容量换算为等效三相设备容量，再算出三相等

效计算负荷.

2-9如何分配单相(220伏，380伏)用电设备，使计算负荷

最小？如何将单相负荷简便地换算成三相负荷？

答：可以用负荷密度法和需要系数法来分配用电设备；

这样换算：⑴当单相设备的总容量不超过三相总容量的15%,

单相设备按三相负荷平衡来计算。⑵当单相设备的总容量超

过三相总容量的15%,应该换成等效三相设备容量，再算出

三相等效计算负荷。

2-10电力变压器的有功功率和无功功率损耗各如何计算？

其中哪些损耗是与负荷无关的？哪些损耗与负荷有关？按

简化公式如何计算？

解：有功功率损耗二铁损+铜损二二PFC+UPCU

有功功率损耗为：

，sYfsY

APT=EPFe-«PCu=OPFe<]PCu.N萨切R)+DPk/

无功功率二匚Q)+匚Q

△Q。是变压器空载时，由产生主磁通电流造成的，4Q是变

压器负荷电流在一次，二次绕组电抗上所产生的无功损耗。

无功功率损耗为:

口Q-Q。+0仔卜惴+喘2]

△PFe和4Q。是与负荷无关，△£口和与负荷有关

简化公式:

2

□Pt<]P()-HJPk^

口QTN好需加)

2-11什么叫平均功率因数和最大负荷时功率因数?各如何计

算?各有何用途？

答：平均功率因数是指导在某一时间内的平均功率因数，也

称加权平均功率因数.最大负荷时的功率因数是指在年最大

负荷时的功率因数.平均功率因数计算功式：略

用途供电部门能根据月平均功率因数来调整用户的电费电

价.

2-12进行无功功率补偿，提高功率因数，有什么意义？如何

确定无功补偿容量？

答：降低电能损耗，降低电压损失，提高供电设备利用率。

补偿容量(1)采用固定补偿Q”=Pav(tg%,]-tg%，2),式中，Qcc为

补偿容量；Pav为平均有功负荷,P*aPc或Wa/t,Pc为负荷计

算得到的有功计算负荷，a为有功负荷系数，W”为时间t内

消耗的电能；tgRvl为补偿前平均功率因数角的正切值；tg(Pa,，2

为补偿后平均功率因数角的正切值；tgQw—tgpm称为补偿

率，可用△口，.表示（2）采用自动补偿装二Pc（tg（pi-tg（p2）

2-13提高自然功率因素有哪些常用的方法？他们的基本原

理是什么？

答：提高自然功率因素的主要方法有：

合理选择电动机的规格、型号

防止电动机空载运行

保证电动机的检修质量

合理选择变压器的容量

交流接触器的节电运行

他们的基本原理是在不添置任何补偿设备的情况下，采用科

学措施减少用电设备的无功功率的需要量，使供配电系统总

功率因素提高。

2-14并联电容器的补偿的装设有几种？各有何特点？适用

于什么场合？

答：并联电容器的补偿的装设有一下几种：

高压集中补偿，指将高压电容器组集中装设在总降压变电所

的6〜10kV母线上。该补偿方式只能补偿总降压变电所的6〜

10kV母线之前的供配电系统中由无功功率产生的影响，而对

无功功率在即也内部的供配电系统中引起的损耗无法补偿,

因此补偿范围最小，经济效果较后两种补偿方式差。但由于

装设集中，运行条件较好，维护管理方便，投资较少。且总

降压变电所6〜10kV母线停电机会少，因此电容器利用率高。

这种方式在一些大中型企业中应用相当普遍。

低压集中补偿，是指将低压电容器集中装设在车间变电所或

建筑物变电所的低压母线上。该补偿方式只能补偿车间变电

所或建筑物变电所低压母线前变电器和高压配电线路及电

力系统的无功功率，对变电所低压母线后的设备则不起补偿

作用。但其补偿范围比高压集中补偿要大，而且该补偿方式

能使变压器的视在功率减小，从而使变压器的容量可选得较

小，因此比较经济。这种低压电容器补偿屏一般可安装在低

压配电室内，运行维护安全方便。该补偿方式在用户中应用

相当普遍。

单独就地补偿（个别补偿或分散补偿），是指在个别功率因素

较低的设备旁边装设补偿电容器组。该补偿方式能补偿安装

部位以前的所有设备，因此补偿范围最大，效果最好。但投

资较大，而且如果被补偿的设备停止运行的话，电容器组也

被切除，电容器的利用率较低。同时存在小容量电容器的单

位价格、电容器易受到机械震动及其他环境条件影响等缺点。

所以这种补偿方式适用于长期稳定运行，无功功率需要较大,

或距电源较远，不便于实现其他补偿的场合。

2-15什么是尖峰电流？尖峰电流的计算有什么用处？

答：尖峰电流是指单台或多台用电设备持续1〜2秒的短时

最大负荷电流。

尖峰电流的计算可以提供选定用电设备的型号以及保护用

电设备等。

2-16某车间380伏线路供电给下列设备：长期工作的设备有

7.5kW的电动机2台，4kW的电动机3台，3kW的电动机10

台；反复短时工作的设备有42kVA的电焊机1台(额定暂载

率为60%,cos^(v=0.62,以=0.85),10t吊车1台(在暂载率

为40%的条件下，其额定功率为39.6kW,cos%=0.5)o试确

定它们的设备容量。

解：对于长期工作制的设备，其设备容量就是它们的额定功

率，所以长期工作设备的设备容量为：

PC1=7.5X2kW+4x3kW+3xlOkW=57kW

对于反复短时工作制的设备，其设备容量为：

电焊机：取=辰x42x0.62kW=20.2kW

吊车：匕=2x7(14x39.6kW=5().1kW

所以，它们的总的设备容量为：

P”匕+巳+匕=(57+20.2+50.1)kW=127.3kW

2-17已知有一汽车拖拉机厂每年生产拖拉机2400台，汽车

1200辆，试用估算法求该厂的计算负荷。

解：查询资料得知，生产拖拉机的单位产品耗电量为5000〜

8000kWh,这里估算取6500kWh/台；生产汽车的单位产品耗

电量为1500~2500kWh,这里估算取2000kWh/辆。

年最大负荷利用小时数取4960h。

此=q町=2400x6500kWh=15600000kW/z

叱,，=a2m2=1200x2000攵W/?=2400000攵仞7

P=幺9」56。000。+24。000。=二4394.53楸

,小4096

2-18某厂金工车间的生产面积为60mX32m,试用估算法估算

该车间的平均负荷。

解：查表可知负荷密度指标

p=()AkW/m2

S=60mx32m=1920m2

P,=PS=0.1x1920ZW=192kW

答：用估算法估算该车间的平均负荷为192kW

2-19某工厂35/6kV总降压变电所，分别供电给1〜4号车间

变电所及6台冷却水泵用的高压电动机工〜4号车间变电所

的计算负荷分别为：Pd=840kW,Qci=680kvar；Pc2=920kw,

Qc2=750kvar；PC3=850kw,QC3=700kvar；PC4=900kw,QC4=720kvaro

高压电动机每台容量为300kW,试计算该总降压变电所总的

计算负荷（忽略线损）。

解：由题意可知：水泵用的高压电动机假设同时系数K=0.9

Kd=0.8/=0.65,cos°=0.8,tan（p=Q75

P.()=kdx几i=O.8x3OOx6=\440kW

Q(o=P.oxtan°=1440x0.75kvar=1080Avar

R=KX(R0+R1+R2+匕+R4)=0.9x(1440+840+920+850+900)kW=4455kW

Qc=Kx(Qc0+Qcl+Q,2+QC3+QC4)=0.9x(1080+68()+750+7(X)+720)kvar=3537kvar

=Pe2+Qe2=(44522+35372)V<4=5688.36KE4

4-548.014

高压侧Pe[=?+0.015S,=4540.33ZW

+0.06S,=3878.32var

答：该总降压变电所高压侧总的计算负荷Pe尸4540.33丑,

Qei=3878.3kvar,Sei=5971.25,ICei-98.62A

2-20某车间采用一台10/0.4kV变压器供电，低压负荷有生

产用通风机5台共60kW,点焊机（£=65%）3台共10.5kW,

有连锁的连续运输机械8台共40kW,5.IkW的行车（£=15的）

2台。试确定该车间变电所低压侧的计算负荷。

解：通风机K山=0.8,cos例=0.8,tana=0.75

Pcl=K.R=0.8x60〃W=48kW

21=tana=48x1.73攵var=83.04Zvar

点焊机Kd2=0.35,cos(p2=0.6,tan(P)=1.33

P2=病叫2=>/0^5x10.5kW=8.47仙V

P2=K{i2P2=0.35x8.47W=2.96AW

=P,>tan(p、=2.96x1.33攵var=394kvar

有连锁的连续运输机械储3=0.7,cos%=0.75,tan例=0.88

P3=Kd.Pe3=0.7x40AlM=2SkW

QC3=匕tan0=28x0.88kvar=24.644var

行车K(l4=0.15,cos(p4=0.5,tan(p4=1.73

匕=后6=A/0J5x10.2kW=3.95kW

P.4=Kd4Pe4=0.15x3.95ZW=().59kW

Q(4=《4tan(p4=0.59x\.73kvar=1.03%var

同时系数取K“,Kfg=0.9

车间计算负荷为:

P=GPEP,=0.9X(48+2.96+28+0.59»W=71.60W

Q(=K^qZQ=0.9x(83.04+3.94+24.64+1.03洪var=101.39/:var

S"JH+Q；=124.12kVA

S124.12

tA=179.16A

GE0.4

2-21某车间设有小批量生产冷加工机床电动机40台，总容

量152kW,其中较大容量的电动机有lOkWl台、7kW2台、

4.5kW5台、2.8kW10台；卫生用通风机6台共6kW。试分别

用需要系数法和二项式法求车间的计算负荷。

解：需要系数法：查表AT可得：

冷加工机床：Kdl-O.2,cos0-0.5,tanW]-1.73

P,=0.2xl52ZW=30.4kW

Q।=30.4x1.73攵W=52.6攵W

通风机组：埼师0.80.8,t^2=0.75(p2=

P2=0.8x6kW=4.8kW

QC2=4.8x().75kW=3.6kW

车间的计算负荷：

P=0.9x(30.4+4.8)kW=31.68kW

Qc=0.9x(52.6+4.8)kW=50.58kW

Sc=JP：+Qj=59.68kVA

晨=Sj6人=59.68/(1.732x0.38)=90.7A

二项式法：查表AT可得：

冷加工机床:b}=0.14,C]=0.4,X1=5,cos(p[=0.5,tan(px=1.73

(bRc乙y).I=0.14x152kW=2L28kW

(cPj=0.4x(10+7x2+2x4.5)kW=13.2kW

通风机组：b2=0.65,c2=0.25,x2=5,cos0=0.8,tan(p2=0.75

因为n=6<2x2,取X2=3.则

(bPy)2=0.65x6kW=3.9kW

(cP)=0.25X3kW=().75kW

显然在二组设备中第一组附加负荷(CP3最大

故总计算负荷为：

=(21.28+3.9+13.2kW)=38.38kW

Qc=(21.28x1.73+3.9x0.75+13.2xL73)kvar=62.56kvar

p2+2

Sc=7cQc=73.4kVA

Ic=SC/(V3UN)=I1L55A

2-22某220/380V三相四线制线路上接有下列负荷：220V3kW

电热箱2台接于A相，6kWl台接于B相，4.5kWl台接于C

相；380V20kW(e=65%)单头手动瓠焊机1台接于AB相，6kW

(『10%)3台接于BC相，10.5kW(^=50%)2台接于CA相。

试求该线路的计算负荷。

解：(1)电热箱的各相计算负荷

查表AT得，Kd=0.7,cos=1,tan=0,因此各相的有功计算负荷

为：

A/目PM=KdPeA=0.7x3x2kW=4.2AW

B/目=K“QR=0.7x6xlkW=4.2kW

C相匕」=K(fP,c=0.7x4.5x\kW=3A5kW

(2)单头手动弧焊机的各相计算负荷

查表A—1得，Kd=0.35,cos(p=0.35,tan(p=2.68;查表2-4得，cos(p=0.35

时,则

PAB-A=PRC-R-PCA-C=L27

PAB-B=PBC-C=PCA-A=-0.27

QAB-A~QBC-B-QCA-C=L°5

^AB-B=QBC-C=^CA-A=163

将各相换算成£=100%的设备容量，即：

P、B=向冗=疯记x2()kW=16.12kW

PBC=疯加=Ex6x3kW=5.69AW

［八二7^T&3=>/^X105X2ZW=14.85AW

各相的设备容量为

4小二〃,味八以8+P6r己人=U27X16.12+(—0.27X14.85)kW=16.46ZW

QeA=qAR_APAl{+qCA_AP(=(1.05xl6.12+1.63x14.85)2W=41.13Z:var

B相PeB=PBC-BPBC+PAB-BPAB=[1.05x5.69+(-0.27)X16.12]=1.62kW

=

QeB=qBC-BPBC+qAB-BP,\B(127x5.69+1.63x16.12)Z:vaT=33.50Z:var

C相pec=PCA-CPCA+PBC-CPBC=H.27x14.85+(-().27)x5.69JW=17.32W

Q，c=QCAC^CA+QHC-C^HC=(1°5x14.85+1.63x5.69)“var=24.87Avar

各相的计算负荷为

P=KP=0.7x16.46攵W=11.52kW

A相A2dcA

QVA2=K&=0.7x41.13A:var=28.79AW

B相"Kd%=0.7xl.62%W=L13ZW

口QCBI=K,Q«B=°-7x33.50kvar=23.45ZW

C相Pcci==0.7x17.32HV=\2A2kW

QCC2=K,Qc=0.7x24.87左var=17.41W

(3)各相总的计算负荷为(设同时系数为0.95)

A相匕=卷(小心2)=0.95X(4.2+1L52)1W=14.93，W

“QA=心(Q川+QA2)=0.95x(0+28.79)ZW=27.35AW

B相%=K£E.+以2)=0.95x(4.2+1.62MW=5.53ZW

”QH=隆9⑻+Qs)=0.95x(0+33.50"W=31.83HV

C相联=K式PcCX+心2)=0.95X(3.15+12.12)kW=14.51kW

口QcC=掩(2。+QC2)=0-95X(0+17.41"W=16.54%W

(4)总的等效三相计算负荷

因为A相的有功计算负最大，所以

「诙二以=14.93ZW,Q种=QCA=2735kvar,贝

P=3匕=3x14.93AW=44.79&W

2==3x27.35Avar=82.05/:var

S,=>/44.792+82.()52/CK4=93ASKVA

S_93.48

cA=142.03A

GUN-6x0.38

2-23某厂机械工车间变电所供电电压10kV,低压侧负荷拥

有金属切削机床容量共920kW,通风机容量共56kW,起重机

容量共76kW(£=15%)，照明负荷容量42kW(白炽灯)，线路

额定电压380V。试求：

(1)该车间变电所高压侧(10kV)的计算负荷以2总4及cos。

(2)若车间变电所低压侧进行自动补偿，功率因数补偿到

0.95,应装BW0.4-28-3型电容器多少台？

(3)补偿后车间高压侧的计算负荷,22/及c°s夕，计算视在

功率减小多少？

解：(1)查表AT

Kdi=().2,cos=0.5,tan=1.73

小批量金属切削机床：P,」=Kd岛=0.2x920W=184W

Qd=Pc{tan(p、=184x1.73/:var=318.32〃var

K(l2=0.8,cos(p2=0.8,tan(p2=0.75

通风机：P2=Kd2Pf2=0.8x56攵W=44.8HV

QC2=Pc2tan(p2=44.8x0.75/rvar=33.6攵var

Kfs=0.2,cos(p3=0.5,tan(p3=1.73

起重机：匕=2Kd3后匕=04x疯记x76kW=11.78W

Qy=P,tan仍=11.78x1.73Avar=2O.38Zvar

照明：以=42%W

0”=0左var

总的计算负荷为(设同时系数为0.95)

P=KX(匕+P2+P3+P4)=0.95x(184+44.8+11.78+42"W=268.45%W

Q(=KfQ+QI2+Q<3+Q,J=0.95x(318.32+33.6+20.38+0)kvar=353.69Avar

S”yjp：+Q：=444O3ZW1

cos6=上=0.60

变压器的功率损耗为

A/^=0.015Sc=O.OI5x444.03〃W=6.66ZW

△Or=0.06S,=0.06x444.03女var=26.642var

变电所高压侧总的计算负荷为

P：=P+APr=215A\kW

Qc'=QC+、QT=380.33女var

S；-yJpJ+Q，-469.404VA

变电所高压侧的功率因数为

cos^'=y-；=0.586

(2)

Q((=P'(tan(px-tan%)=268.45x[tan(arccos().60)-tan(arccos().95)]=268.45%var

实际补偿容量为280kvar

（3）变电所低压侧视在计算负荷为

3=y/E+Q-Qj=278.38m

明=0.015X278.38攵W=4.1SkW

△Qr=0.06x278.38%var=16.70kvar

变电所高压侧总的计算负荷为

P2=A,+\PT=268.45+4.18=272.63AW

QC2=Qe]+Agr=353.69-280+16.70=90.29kvar

S；2=J*Q；；=287.19H<4

AS=469.4-287.19=182.2im

变电所高压侧的功率因数为

cos%=0.95

2-24某厂10kV母线上的有功计算负荷为320kW,平均功率

因数为0.67o如果要使平均功率因数提高到0.9,在10kV母

线上固定补偿，则需要装设BW型并联电容器的总容量是多

少？并选择电容器的型号和个数。

解：tan(paA=tan(arccos0.67)=1.1080

tan(pav2=tan(arccos0.9)=0.4843

2”以(tan%Tan%,2)

=&/(tan%-tan/2)

=0.75x320x(l.l080-0.4843)kvar

=149.688kvar

n=Qci/qcN=149.688/10=15

考虑到三相均衡分配，每相装设5个，此时并联电容器的实

际补偿容量为150kvar。选择BW-10.5-10-1型电容器15个。

2-25某工具厂全年消耗的电能义为2500万度，Wr为2100万

度，供电电压为lOkVo其平均有功功率和平均功率因数是多

少？欲将功率因数提高到0.9,需装设BWF10.5-30-1并联电

容器多少台？

7

解：pv=U////=2.5xlO/8760=2853.884W

tan^rl=2100/2500=0.84

cos(pg=cos(arctan0.84)=0.77

2c师°皿-七咚2)

=2853.88x(0.84-0.4843)kvar

=1015.13kvar

n=Q<r/qeN=1015.13/30=34

考虑到三相平衡应装设36台，每相12台。

2-26某工厂35kV总降压变电所10kV侧计算负荷为：1#车间

720kW+j510kvar；2#车间580kW+j400kvar；3#车间

630kW+j490kvar；4#车间475Kw+j335kvar(a=0.76,B=0.82,

忽略线损)。试求：

(1)全厂计算负荷及平均功率因数；

(2)功率因数是否满足供用电规程？若不满足，应补偿到多

少？

(3)若在10kV侧进行固定补偿，应装BW—10.5—16—1型

电容器多少台？

(4)补偿后全厂的计算负荷及平均功率因数。

解：⑴

[=72(W，a=510女var

P2=580女W,02=400%var

6=630kW,03=490%var

E=475kW,Q4=3354var

全厂计算负荷：

P==2164.5AW

Q=kSf)xSQ(,=1561.54var

cosF=cos(arctanF)=cos(31.88°)=0.81

(2)cosF<0.9

所以不满足，应补偿到0.9

(3)

Q(=以(tanF}-tanF2)=394.27kvar

〃=Z/16=24

⑷补偿后功率因数cosF=Pav/sav=0.92

第3章短路电流计算

3-1什么叫短路?短路的类型有哪些?造成短路的原因是什么?

短路有什么危害？

答：短路是不同用之间，相对中线或地线之间的直接金属性

连接或经小阻抗连接.

短路种类有三相短路，两相短路，单相短路和两相接地短路.

短路的原因主要有设备长期运行，绝缘自然老化，操作过电

压，雷电过电压，绝缘受到机械损伤等.

短路的危害：

1短路产生很大的热量，导体温度身高，将绝缘损坏。

2短路产生巨大的电动力，使电器设备受到机械损坏。

3短路使系统电区严重减低，电器设备正常工作受到破坏。

4短路造成停电，给国家经济带来损失，给人民生活带累不

便。

5严重的短路将影响电力系统运行的稳定性，使并联运行的

同步发电机失去同步，严重的可能造成系统解列，甚至崩溃。

6单相短路产生的不平横磁场，对附近的通信线路和弱电设

备产生严重的电磁干扰，影响其正常工作。

3-2什么叫无限大容量系统？它有什么特征?为什么供配电系

统短路时，可将电源看做无限大容量系统？

答：无限大容量系统的指端电压保持恒定，没有内部阻抗和

容量无限大的系统.它的特征有：系统的容量无限大.系统阻

抗为零和系统的端电压在短路过程中维持不变.实际上，任

何电力系统都有一个确定的容量，并有一定的内部阻抗•当

供配电系统容量较电力系统容量小得多，电力系统阻抗不超

过短路回路总阻抗的5%^10%,或短路点离电源的电气距离足

够远，发生短路时电力系统母线降低很小，此时可将电力系

统看做无限大容量。

3-3无限大容量三相短路时，短路电流如何变化？

答：三相短路后，无源回路中的电流由原来的数值衰减到零;

有源回路由于回珞阻抗减小，电流增大，但由于回路内存在

电感，电流不能发生突变，从而产生一个非周期分量电流,

非周期分量电流也不断衰减，最终达到稳态短路电流。短路

电流周期分量按正弦规律变化，而非周期分量是按指数规律

衰减，最终为零，又称自由分量。

3-4产生最严重三相短路电流的条件是什么？

答：(1)短路前电路空载或cos①二1；

(2)短路瞬间电压过零，t=0时度或180度；

(3)短路回路纯电感,即①k=90度。

3-5什么是次暂杰短路电流?什么是冲击短路电流?什么是稳

态短路电流？它们与短路电流周期分量有效值有什么关系？

答：次暂态短路电流是短路电流周期分量在短路后第一个周

期的有效值.

冲击短路电流是短路全电流的最大瞬时值.高压系统

Ksh=1.8,J=2.55「4=1.51/”,低压系统31.3,骁=L84「&=1.09Z"

稳态短路电流是短路电流非周期分量衰减完后的短路电流.

无限大容量系统/”=/0=〃，高压系统源=2.55/",*=1.51/”，低压

系统骁=1.84/",乙=1.09]”

3-6什么叫标幺值？如何选取基准值？

答：用相对值表示元件的物理量，称为标幺值。任意一个物

理量的有名值与基准值的比值成为标幺值，标幺值没有单位。

基准值的选取是任意的，但为了计算方便，通常取100MVA为

基准容量，取线路平均额定电压为基准电压，即4=4不1.。5”。

3-7如何计算三相短路电路？

答：①根据短路计算要求画出短路电流计算系统图，该系统

图应包含所有与短路计算有关的元件，并标出各元件的参数

和短路点。

②画出计算短路电流的等效电路图，每个元件用一个阻抗表

示，电源用一个小圆表示，并标出短路点，同时标出元件的

序号和阻抗值，一般分子标序号，分母标阻抗值。

③选取基准容量和基准电压，计算各元件的阻抗标幺值

④等效电路化简，求出短路回路总阻抗的标幺值，简化时电

路的各种简化方法都可以使用，如串联、并联、△-Y或Y-△

变换、等电位法等。

⑤按前述公式由短路回路总阻抗标幺值计算短路电流标幺

值，再计算短路各量，即短路电流、冲击短路电流和三相短

路容量。

3-8电动机对短路电流有什么影响？

答：供配电系统发生短路时，从电源到短路点的系统电压下

降，严重时短路点的电压可降为零。接在短路点附近运行的

电动机的反电势可能大于电动机所在处系统的残压，此时电

动机将和发动机一样，向短路点馈送短路电流，同时电动机

迅速受到制动，它所提供的短路电流很快衰减。

3-9在无限大容量系统中，两相短路电流与三相短路电流有

什么关系？

答：㈠在三相短路电流计算中

记线路平均额定电压为上.，

短路回路阻抗用乙表示。

则有：三相短路电流％=U./L732Zk①

冲击电流i⑶=1.414khIp.............②

shsr

其中ksh=l+e-0.01/r为短路电路冲击系数

㈡在两相短路电流计算中

记”,为短路点的平均额定电压，

Z,为短路回路的一相总阻抗。

则有：两相短路电流L=去..........③

2Zk

冲击电流嘘=1.414kJ............④

其中匕=l+e-0.01〃为短路电路冲击系数

将①与②、③与④对比可得：

=0-866。端=0.866端

由以上分析可得：

在无限大容量系统中，两相短路电流较三相短路电流小。

3-L0什么是短路电流的电动力效应？如何计算？

短路电流通过导体或电气设备，会产生很大的电动力和产生

很高的温度，称

为短路的电动力效应和热效应。

短路电流的电动力效应是当电路短路时，短路冲击电流流过

导体瞬间，导

线间相互电磁作用产生的力。

两平行载流导体间的电动力

F=QJK1乙/a)xlOT(N)式中a为两平行导线间距；1为导线长;

K『为形状系数，圆形，管形导体KLI。

三相平行载流导体间的电动力

].I■I

，力晨0

B---

b=(GK//#/a)xl(r7(N)c忻始)

式中L为线电流幅值；K1为形状系数。

3.短路电流的电动力

三相短路产生的最大电动力为

R⑶地K/；)2//axlO-7(N)

两相短路产生的最大电动力为

/⑵=(2勺骁⑵2〃a)X10~7(N)

两相短路冲击电流与三相短路冲击电流的关系为

32)

/th二(5广6

两相短路和三相短路产生的最大电动力的关系为

F⑵=(6/2)F⑶

备注：K「为形状系数，圆形，管形导体K「二l；矩形导体根据

(a-b)/(b+h)和m=(b/h)查表可得。

3-11什么是短路电流的热效应？如何计算？

答：供配电系统发生短路时，短路电流非常大。短路电流通

过导体或电气设备，会产生很高的温度，称为热效应。

短路发热和近似为绝热过程，短路时导体内产生的热量等于

导体温度升高吸收的能量，导体的电阻率和比热也随温度而

变化，其热平衡方程如下：

将R=夕。(1+aO)ls,c=c0(l+P0\m="代入上式，得

0.24[J：Ilp0(l+aO)lsdt]=广cc(l+阐ylsde

整理上式后

——0

112r2,Co/+sC^Ya-B.c、Bc*a«

——l-dt=--———dO=----=皿1+K9)+匕8=A-A.

2K

$2儿&0.24外儿1+a。O.24po\_a夕」为

式中，P是导体0℃时的电阻率(。」7面/如7)；a为Po的温度系

数；c。为导体AC时的比热容；B为c。的温度系数；Y为导

体材料的密度；S为导体的截面积(mm2)；1为导体的长度

(km)；L为短路全电流的有效值(A)；AK和人为短路和正常

的发热系数，对某导体材料,A值仅是温度的函数，即A-f(9).

短路电流产生的热量的计算式：

£飞⑴出=Ctima

短路发热假想时间可按下式计算：

(vV

「=4+005—

式中，如为短路持续时间，它等于继电保护动作时间top和短

路器短路时间t℃之和，即

Ema=lop+噎

在无限大容量系统中发生短路，由于所以上式变为

ima=k+S05

导体短路发热系数AK

AK=A\

式中，S为导体的截面积（mm"）,L为稳态短路电流（A）,tima

为短路发热假想时间（s）.

短路热稳定最小截面S班

3-12试求图3-18所示供电系统中及和4点分别发生三相短

路时的短路电流、冲击短路电流和短路容量？

解:取基准容量SFIOOMVA,基准电压Ud=Uav,两个电压基准

电压分别是Udl=37kV,Ud2=6.3kVo

各元件标幺值为：

线路1WLX；=Xo/,=0.4X18X=0.526

101372

变压器丁元=也&=竺心=2.6

-100SN1002.5

（1）七点三相短路时

XK1=x=0.526

Id=-^—=,1°°M=1.56M

yJ3Ud6x37

Al=-=---=1.901

XlKx1.0.526

L=156x1.901乂=2.966乂

ishK}=2.55/口=2.55x2.966M=7.563乂

SK.=-^-=-^-MVA=\90A\MVA

Ki

XK.0.526

(2)(点三相短路时

X：=+X；=0.526+2.6=3.126

〃=齐=4=9/64乂

y/3UdV3x6.3

1K'=~二=—■—=0.32

A

-XAK1，3.126

J\L=/(IJA"X=9.164x0.32姑=2.932加

心K2=1.84X2.932加=5.394加

q100

S0=^-=-^-MVA=3\.SSMVA

K~XK?3.126

3-13试求图3-19所示供电系统中K1和K2点分别发生三相

短路时的短路电流、冲击短路电流和短路容量？

解：取基准容量SFIOOMVA,基准电压UFIU两个电压基准

电压分别是U410.5kV,Ud2=0.4kVo

各元件标幺值为：

系统Sx：号。.5

线路WLX；=XJ块=0.35X2.5X等=0.875

变压器1T,2TX；=X：=鬻*嗑畔”

(1)M点三相短路

X~=X：+X,=1.375

Sd100

M=5.5M

一圆-\/3X10.5

*=-4-=—!—=0.727

AX41.375

="Ki=5-5X0.727,S=4^A

ish.Ki=2.55/~=2.55x4乂=10.2姑

-^-MVA=72.12MVA

SKI

XK11.375

(2)K2点三相短路

X；,=X'+X*//X*=3.625

KI34

100

fd=s“M=I44.34M

yf3Ud~V3x0.4

=0.276

X；,3.625

IK2=1.1*=144.34x0.276M=39.818M

h,0=1.84〃，=1.84x39.8I8M=73.265乂

C1(V)

SQ==---------MVA=27.586MK4

人-XA1N3.625

3-14试求图3-20所示无限大容量系统中K点发生三相短

路电流，冲击短路电流和短路容量，以及变压器2T一次流

过的短路电流.各元件参数如下：

变压器IT：SN=31.5MVA,UK%=10.5,10.5/121kV；

变压器2T,3T：SN=15MVA,UK%=10.5,110/6.6kV；

线路1WL,2WL：L=100km,Xo=O.40/km

电抗器L：U『6kV,INL=1.5kA,XNL%=8O

解：(1)由图所示的短路电流计算系统图画出短路电流干算

等校电路图，如图所示.由断路器断流容量估算系统电抗，用

X表示.

3T

1/91.8271/。71/0,424

-------nrm------rrm____rrm

1/0.333

O-------nrm------

------_________________rrm_

1\1/0.7

L.91.827

⑵取基准容量Sd=100MVA,基准电压U产UAV,基准电压是

Uai=121kV,Ud2=6.6kV,Ud3=6.6kV,则各元件电抗标幺值为

变压器IT:X,=(Uk%/100)X(sd/Sn)=(10.5/100)X(100/31.5)=0.333

线路Wl,W2:X2=X3=X0L(Sd/U^=91.827

变压器2T3T:X4=X5=Uk%!Sd/lOOSn=0.7

电抗器；X。=0424

6

100xl.7321InU^

当K点发生三相短路时：

一短路回路总阻抗标幺值

x

X氏=X,+(X2+X4+xs)/(x3+5)=0.333+(91.827+0.7+0.424)/(91.827+0.7)=0.355

二K点所在电压基准电流

Id=Sd/1.732Ud=8.748

三K短路电流各值为

/A=1/Xt=1/0.355=2.817

Ik=13=8.748x2.817=24.64乂

I/,=1.84x24.64=45.34M

5,=57/X；=100x2.817=28i.7ME4

（2）变压器2T一次流过的短路电流为:

42=//CZ*2=8.748x2.817=24.64M

3.15试求图3-21所示系统中K点发生三相短路时的短路电

流，冲击电流和短路容量.已知线路单位长度电抗X.=0.4Q

/km,其余参数见图所示.

解:取基准容量SFIOOMVA,基准电压分别为Ud2=Ud7=121kV,

Ud3=115.5kV,QF的断路容量Sos=1000MVAo

X；=Uk%Sd/l()()SN=10.5x1(X)/100x31.5=()333

2

X；=X,Sd/=60x0.4x100/121=0.164

同理：

X；=0.4x10x100/115.52=0.0299

X；=0.175

X；=Sd/St(c=100/1000=0.1

X；=0.525

X；=0.4X20X100/1212=0.055

计算短路回路总阻抗标幺值：

X：=(X；+X；)/(X；+X；)+X；+X：+X；=0.5726

计算K点所在电压的基准电流：Id=Sd/L732Ud=1.4996kA

计算K点短路电流各值：I*=l/X；=1/0.5726=1.7464

Ik=Id3；=1()4996x1.7464=2.6189kA

I>sJhl.Kk=2.55IKk=60678kA

sk=Sd/Xk=100/0.5726=174.642MVA

3-16在题3-12中，若6kV的母线接有一台400kW的同步电

动机，cos4)=0.95,n=0.94,试求小点发生三相短路时的

冲击短路电流。

解：

小=—=—A=66.67A

UM6

=6394+0.952)乂=6.346乂

第4章供配电系统

4-1如何确定工厂的供配电电压？

供电电压等级有Oo22KV,0o38KV,6KV,10KV,35KV,66KV,

110KV,220KV

配电电压等级有10KV,6KV,380V/220V

供电电压是指供配电系统从电力系统所取得的电源电压。究

竟采用哪一级供电电压，主要取决于以下3个方面的因素:

电力部门所弄提供的电源电压；企业负荷大小及距离电源线

远近；企业大型设备的额定电压决定了企业的供电电压。

配电电压是指用户内部向用电设备配电的电压等级。有高压

配电电压和低压配电电压。

高压配电电压通常采用10KV或6KV,一般情况下，优先采用

10KV高压配电电压。

低压配电电压等级为380V/220V,但在石油、化工及矿山（井）

场所可以采用660V的配电电压。

4-2确定工厂变电所变压器容量和台数的原则是什么？

答：（1）变压器容量的确定

a应满足用电负荷对可靠性的要求。在一二级负荷的变电所

中，选择两台主变压器，当在

技术上，经济上比较合理时，主变器选择也可多于两台；

b对季节性负荷或昼夜负荷比较大的宜采用经济运行方式的

变电所，技术经济合理时可采用两台主变压器

c三级负荷一般选择一台猪变压器，负荷较大时，也可选择

两台主变压器。

（2）变压器容量的确定

装单台变压器时，其额定容量&应能满足全部用电设备的计

算负荷Sc,考虑负荷发展应留有一定的容量裕度，并考虑变

压器的经济运行，即SN>=（L15-L4）SC

装有两台主变压器时，其中任意一台主变压器容量）SN应同

时满足下列两个条件：

a任一台主变压器运行时，应满足总计算负荷的60%~70%的

要求，即S后（0.6〜0.7）Sc

b任一台变压器单独运行时，应能满足全部一二级负荷

Sc(I+II)的要求,即SN>=Sc(i+u)

4-3高压断路器有哪些作用？常用的10kV高压断路器有哪

几种？各写出一种型号并解释型号的含义。

答：(1)高压断路器是一种专门用于断开或接通电路的升关

设备，它有完善的灭弧装置，因此，不仅能在正常时通断负

荷电流，而且能在出现短路故障时在保护装置作用下切断短

路电流。

(2)常用10kV高压断路器有高压少油断路器，高压真空断

路器，SF6断路器。

(3)略

4-4高压少油断路器和高压真空断路器各自的灭瓠介质是什

么？比较其灭瓠性能，各适用于什么场合？

高压少油断路器的灭弧介质是油。高压真空断路器的灭弧介

质是真空。

高压少油断路器具有重量轻，体积小，节约油和钢材，价格

低等优点，但不能频繁操作，用于6-35KV的室内配电装置。

高压真空断路器具有不爆炸，噪声低，体积小，重量轻，寿

命长，结构简单，无污染，可靠性高等优点。在35KV配电系

统及以下电压等级中处于主导地位，但价格昂贵。

4-5,高压隔离开关的作用是什么？为什么不能带负荷操作？

答：高压隔离开关的作用是隔离高压电源，以保证其他设备

和线路的安全检修及人身安全。但隔离开关没有灭弧装置，

因此不能带负荷拉、合闸，不能带负荷操作。

4-6高压负荷开关有哪些功能？能否实施短路保护？在什么

情况下自动跳闸？

答：功能：隔离高压电源，以保证其他设备和线路的安全检

修及人身安全。

高压负荷开关不能断开短路电流，所以不能实施短路保护。

常与熔断器一起使用，借助熔断器来切除故障电流，可广泛

应用于城网和农对电网改造。

高压负荷开关上端的绝缘子是一个简单的灭弧室，它不仅起

到支持绝缘子的作用，而且其内部是一个汽缸，装有操动机

构主轴传动的活塞，绝缘子上部装有绝缘喷嘴和孤静触头。

当负荷开始分闸时，闸刀一端的弧动触头与弧静触头之间产

生电弧，同时在分闸时主轴转动而带动活塞，压缩汽缸内的

空气，从喷嘴往外吹弧，使电弧迅速熄灭。

4-7试画出高压断路器、高压隔离器、高压负荷开关的图形

和文字符号。

答：高压断路器（文字符号为QF,图形符号为——X/—）；

高压隔离器（文字符号为Q