《供配电工程》第1章概论

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1、供配电工程 第1章概论 山东农业大学电气工程系 第1章概论 1 1供配电系统的一般概念1 2电力系统的额定电压1 3电力系统中性点运行方式1 4电能的质量1 5供配电设计的内容程序与要求1 6本课程的特点及学习要求 山东农业大学电气工程系 1 1供配电系统的一般概念 工厂供电 工厂所需电能的供应和分配 课程任务 掌握和了解中小型工厂供电系统的运行维护 设计计算的基本理论和知识 对工厂供电系统基本要求 安全 可靠 优质 经济 安全 在电能的供应 分配和使用中 不应当发生人身及设备事故 可靠 应满足电能用户对供电可靠性的地要求 优质 应满足电能用户对电压质量和频率等方面的要求 经济 供电系统的投资

2、要少 运行费用要低 并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量 山东农业大学电气工程系 1 1供配电系统的一般概念 变配电系统 包括变电 降压 配电 包括短距离输电 和用电三部分 一个完整的电力系统由各种不同类型的发电厂 变电所 输电线路及电力用户组成 图1 7 一 电力系统 electricalpowersystem 由各级电压的电力线路将一些发电厂 变电所和电力用户联系起来的一个发电 输电 变电 配电和用电的整体 称为电力系统 山东农业大学电气工程系 电能2003年 全国总装机容量39141万kW2004年底 全国发电装机容量达到4 4亿KW 发电量为21870亿千瓦小时 居世界第二位 其中

3、 火电 78 水电 21 核电 1 2005年全國電力裝機總容量達到50 800萬千瓦預計2006 2007及2008年分別將達到60 000萬千瓦 65 000萬千瓦及74 000萬千瓦預計2020年將會達到123 000萬千瓦 其中水電佔29 000萬千瓦 而其它如 核電及風電將達到7 000萬千瓦 山东农业大学电气工程系 预计到2050年 全国总装机容量可达15 18亿kw 每年总发电量可达7 8万亿kw h 山东农业大学电气工程系 山东农业大学电气工程系 山东农业大学电气工程系 1 1供配电系统的一般概念 1 发电厂 generatingplant 发电厂将一次能源转换成电能 按一次能

4、源介质划分为火力发电厂 水力发电站 核电站等 此外 还有小容量的太阳能发电厂 风力发电厂 地热发电厂和潮汐发电厂等 正在研究的还有磁流体发电和氢能发电等 火力发电厂将煤 天然气 石油的化学能转换为电能 我国火力发电厂燃料以煤炭为主 随着西气东输 将逐步扩大天然气燃料的比例 山东农业大学电气工程系 1 1供配电系统的一般概念 水力发电厂将水的位能转换成电能 其原理是水流驱动水轮机转动 带动发电机旋转发电 按提高水位的方法 电厂有堤坝式水电厂 引水式水电厂和混合式水电厂三类 火力发电的原理 燃料在锅炉中充分燃烧 将锅炉中的水转换为高温高压蒸汽 蒸汽推动汽轮机转动 带动发电机旋转发出电能 彩图1 1

5、 山东农业大学电气工程系 1 1供配电系统的一般概念 2 变电所 substation 变电所是变换电能电压和接受分配电能的场所 如果仅用以接受电能和分配电能 则称为配电所 站 仅用以把交流电能变换成直流电能 则称为变流所 变电所 核能发电厂利用原子核的核能生产电能 核燃料在原子反应中堆裂变释放核能 将水转换成高温高压的蒸汽 蒸汽推动汽轮机转动 带动发电机旋转发出电能 其生产过程与火电厂基本相同 彩图1 1 电力建设方针 大力发展火电 积极发展水电 适当发展核电 山东农业大学电气工程系 升压变电6 10 15kv升110 220 500kv降压变电110 220 500kv降6 10 kv3

6、电力网 electricalpowernetwork 电力系统中各级电压的电力线路及其联系的变电所 称为电力网 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 配电线路又分为高压配电线路 110kV 中压配电线路 6 35kV 和低压配电线路 380 220V 区域电网 供电电压在220kV及以上 彩图5山东电网 地方电网 供电电压小于等于110kV 山东农业大学电气工程系 4 电能用户凡取用电能的所有单位均称为电能用户 其中工业企业用电量约占我国全年总发电量的64 是最大的电能用户 电力系统示意图 例某一办公楼各种能源比例 电力84 照明插座42 一般动

7、力21 空调机14 冷冻机7 例我国居民用电 1996年1130亿kw h2000年1690亿kw h2005年2700亿kw h2010年3920亿kw h 山东农业大学电气工程系 山东农业大学电气工程系 工厂供配电系统由总降压变电所 高压配电线路 车间变电所 低压配电线路及用电设备组成 1 总降压变电所总降压变电所负责将35 110kV的外部供电电压变换为6 10kV的厂区高压配电电压 给厂区各车间变电所或高压电动机供电 2 车间变电所车间变电所将6 10kV的电压降为380 220V 再通过车间低压配电线路 给车间用电设备供电 3 配电线路配电线路分为厂区高压配电线路和车间低压配电线路

8、二 供配电系统 山东农业大学电气工程系 典型的工厂供电系统用户负荷在1000kVA以下 称为小型工厂供电系统用户负荷在1000kVA 10000kVA 称为中型工厂供电系统用户负荷在10000kVA以上 称为大型工厂供电系统1 具有高压配电所的工厂供电系统 中型 图1 1电能输送过程 2 具有总降变的工厂供电系统 大中型 图1 3电能输送过程 山东农业大学电气工程系 3 高压深入负荷中心的供电方式图1 44 只有车间变电所的工厂供电系统 小型 图1 5 配电所与变电所的区别 工厂供电系统范围 从电源进线进厂到高低压用电设备进线端止的整个电路 包括厂内的变配电所和高低压配电线路 山东农业大学电气

9、工程系 山东农业大学电气工程系 山东农业大学电气工程系 山东农业大学电气工程系 山东农业大学电气工程系 1 2电力系统的额定电压 电气设备的额定电压 能使电气设备长期运行时获得最好经济效果的电压 电力网的电压等级是比较多的 不同的电压等级有不同的作用 从输电的角度看 电压越高则输送的距离就越远 传输的容量越大 电能的损耗就越小 但电压越高 要求绝缘水平也越高 因而造价也越高 目前 我国电力网的电压等级主要有0 22 0 38 3 6 10 35 110 220 330 500 750 1000kV等 山东农业大学电气工程系 1 2电力系统的额定电压 1 电网 电力线路 的额定电压 额定电压是确

10、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 规定与同级电网的额定电压相同 3 发电机的额定电压 规定高于同级电网额定电压的5 用于补偿线路上的电压损失 山东农业大学电气工程系 山东农业大学电气工程系 山东农业大学电气工程系 1 2电力系统的额定电压 4 电力变压器的额定电压 5 10 0 5 1 一次绕组的额定电压 当变压器直接与发电机相连时 如T1 其一次绕组的额定电压应与发电机的额定电压相同 即高于同级电网额定电压的5 当变压器不与发电机相连 而是连接在线上 如T2 则可看作是线路的用电设备 因此其一次绕组的额定电压应与电网额定电压相同 山东农业大学电气工程系 变压器的二次绕

11、组对于用电设备而言 相当于供电设备 第一种情况若变压器二次侧供电线路较长 如为较大的高压电网 时 则二次侧额定电压 比用电设备额定电压高10 第二种情况变压器二次侧线路不太长 如为低压电网或直接供电给高 低压用电设备时额定电压 时 二次侧比用电设备额定电压高5 1 2电力系统的额定电压 变压器的一次绕组 相当于是用电设备 所以规定变压器一次绕组的额定电压与受电设备额定电压相同 注意 但当变压器一次绕组直接与发电机相连时 变压器一次绕组的额定电压与发电机额定电压相等 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 因此适用于变压器供电距离较长时的情况

12、 当变压器供电距离较短时 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 山东农业大学电气工程系 1 2电力系统的额定电压 线路的平均额定电压线路的平均额定电压 averageratedvoltage 指线路始端最大电压 变压器空载电压 和末端用电设备额定电压的平均值 由于线路始端最大电压比电网额定电压高10 因而线路的平均额定电压比电网额定电压高5 各级分别为 0 4kV 3 15kV 6 3kV 10 5kV 37kV 63kV 115kV 230kV 346kV 525kV 山东农业大学电气工程系 发电机G的额定电压 UN G 1 05UN L1 1 05 10

13、10 5 kV 变压器T1的额定电压 U1N T1 UN G 10 5 kV U2N T1 1 1UN L2 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 T2 UN L2 110 kV U2N T2 1 05UN L3 1 05 6 6 3 kV 变压器T2的变比为 110 6 3kV 例1 2 1已知图1 2 1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 变压器直接与电动机相连 供电距离较短 可以不考虑线路上的电压损失 变压器T1的一次绕组与发电机直接相连 所以其一次绕组的额定电压取发电机的额定电压 山东农业大学电气工程系

14、 1 3电力系统中性点运行方式 电力系统的中性点是指星形联结的变压器或发电机的中性点 小电流接地系统 大电流接地系统 电力系统中性点有三种运行方式 中性点直接接地中性点不接地中性点经消弧线圈接地 山东农业大学电气工程系 一 中性点不接地方式 系统正常运行时 线电压对称 各相对地电压对称 等于各相的相电压 中性点对地电压为零 各相对地电容电流也对称 其电容电流的相量和为零 相量图如图1 7b所示 图1 7正常运行时的中性点不接地电力系统a 电路图b 相量图 山东农业大学电气工程系 一 中性点不接地方式发生单相接地故障时 中性点不接地系统发生单相接地故障时 故障相电压降为0 非故障相对地电压升高到

15、原来相电压的倍即线电压线电压不变 不影响三相用电设备的正常运行 但不允许长时间运行 一般不超过2小时 防止另外再有一相绝缘被击穿 形成两相接地短路 图1 14单相接地电流等于正常时单相对地电容电流的三倍 山东农业大学电气工程系 山东农业大学电气工程系 山东农业大学电气工程系 二 中性点经消弧线圈接地方式 当电容Ic 或称接地电容电流 大于一定数值 接地点将出现断续电弧 引起过电压危害系统绝缘 所以要采用中性点经消弧线圈接地 当发生单相接地故障时 线圈可提供一感性电流IL抵消Ic使接地电流减小 电弧就不会发生了 单相接地电容电流的计算 估算 UN 系统额定电压 loh 架空线路长度 km lca

16、b 电缆线路长度 km 山东农业大学电气工程系 二 中性点经消弧线圈接地方式 消弧线圈 消弧线圈对电容电流的补偿可以有三种方式 1 全补偿 2 欠补偿 3 过补偿 在电力系统中一般不采用完全补偿的方式 而采用过补偿运行方式 Why 山东农业大学电气工程系 消弧线圈对电容电流的补偿有三种方式 1 全补偿IL IC 2 欠补偿IL IC 3 过补偿IL IC 实际上都采用过补偿 以防止由全补偿引起的电流谐振 损坏设备或欠补偿由于部分线路断开造成全补偿 中性点经消弧线圈接地系统 发生单相接地时 各相对地电压和对地电容电流的变化情况与中性点不接地系统相同 山东农业大学电气工程系 山东农业大学电气工程系 三 中性点直接接地方式当发生单相接地故障时 形成回路 短路电流很大 保护装置动作 切除故障 图1 16 由于中性点直接接地 发生单相接地时 中性点对地电压仍为零 非接地相对地电压也不发生变化 结论 电气设备绝缘水平可按相电压考虑 对于110KV及以上的高压电器很有经济意义 山东农业大学电气工程系 直接接地特点 供电可靠性低 比较经济 故障时 如发生接地故障 则构成短路回路 接地相电流很大 适用范