电工技能实训基础第1章

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1、第一章 供 配 电 知 识,1.1 电力系统概述 1.2 对供电系统的基本要求和电能质量 1.3 工业与民用供电系统 1.4 实训电力系统及变配电所 思考题,1.1 电力系统概述,1.1.1 电力系统1. 电力系统的概念由于电能不能大量储存, 电能的生产、传输、分配和使用就必须在同一时间内完成。“由各种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、变电、输电、配电和用电的整体, 称为电力系统。 电力系统加上发电厂的动力部分及其热能系统和热能用户, 就是动力系统。,在整个动力系统中, 除发电厂的锅炉、汽轮机等动力设备外的所有电气设备都属于电力系统的范畴,主要包括发电机、 变压

2、器、架空线路、电缆线路、配电装置、各类用电设备。 图1-1所示是电力整体结构示意图, 图1-2所示是从发电厂到电力用户的输、 配电过程示意图。,图 1-1 电力结构示意图,图 1-2 从发电厂到电力用户的输、 配电过程示意图,2. 电力系统的优点建立大型的电力系统可以更经济合理地利用动力资源, 减少电能损耗, 降低发电成本, 保证供电质量, 并大大提高供电可靠性, 有利于整个国民经济的发展。为了充分利用动力资源, 减少燃料运输, 降低发电成本, 可以在有水力资源的地方建造水电站, 在有燃料资源的地方建造火电厂。但是, 这些有动力资源的地方, 往往离用电中心地区较远, 必须用高压输电线路进行远距

3、离输电。这就需要各种升压、降压变电所和输配电线路。特别是在构成环网后, 对重要用户的供电就有了保证, 当系统中某局部设备故障或某部分线路检修时,可以通过变更电力网的运行方式,对用户连续供电, 这就减少了由于停电所造成的损失, 减少了系统的备用容量, 使电力系统的运行更具有灵活性。另外，各地区也可以通过电力网互相支援, 电网所必需的备用机组数量可大大地减少。,1.1.2 发电厂1. 发电厂类型自然界中存在的电能只有雷电。人类使用的所有电能都不能从一次能源中直接获得, 而必须由其他形式的能源(如水能、 热能、风能、光能等)转化而来。发电厂是实现这种能源转化的场所。它是电力系统的中心环节。发电厂按照

4、所利用的能源种类可分为水力、火力、风力、核能、太阳能发电厂等。现阶段我国的发电厂主要是火力发电厂和水利发电厂,同时核电厂也在大力发展中。近年来, 国家也开始建立起一批利用绿色能源和再生能源进行发电的发电厂,如风力发电厂、潮汐发电厂、太阳能发电厂、地热发电厂和垃圾发电厂等,以逐步缓解未来能源短缺和绿色环保问题并做到因地制宜, 合理利用。,根据电厂容量大小及其供电范围, 发电厂可分为区域性发电厂、地方性发电厂和自备电厂等。区域性发电厂大多建在水力或煤矿资源丰富的地区附近,其容量大,距离用电中心远, 往往是几百公里以至一千公里以上,需要超高压输电线路进行远距离输电。地方性发电厂一般为中小型电厂, 建

5、在用户附近。自备电厂建在大型厂矿企业,作为自备电源,对重要的大型厂矿企业和电力系统起到后备作用。,2. 发电厂的电压、频率一般发电厂的发电机发出的电是对称的三相正弦交流电(有效值相等, 相位差分别相差120,三相电压为eu、ev、ew,如图1-3所示)。在我国, 发电厂发出的电压等级主要有10.5 kV、13.8kV、15.75kV、18kV等, 频率则为50Hz, 此频率通称为“工频”。工频的频率偏差一般不得超过0.5Hz。频率的调整主要是依靠发电厂调节发电机的转速来实现的。电力系统中的所有电气设备, 都是在一定的电压和频率下工作的。能够使电气设备正常工作的电压就是它的额定电压。各种电气设备

6、在额定电压下运行时, 其技术性能和经济性最佳。频率和电压是衡量电能质量的两个基本参数。由于发电厂发出的电压不能满足各种用户的需要, 同时电能在输送过程中会产生不同的损失, 所以需要在发电厂和用户之间建立电力网, 将电能安全、可靠、经济地输送、分配给用户。,图 1-3 对称的三相电源,1.1.3 电力网1. 电力网的概念在电力系统中, 在各个发电厂、变电所和电力用户之间, 用不同电压的电力线路将它们连接起来,这些不同电压的电力线路和变电所的组合, 称为电力网。电力网的任务是输送和分配电能, 即把由各发电厂发出的电能经过输电线路传送并分配给用户。,2. 电力网的分类电力网按其电压、用途和特征可分为

7、: 直流电力网和交流电力网, 低压电力网和高压电力网, 城市电力网、工矿电力网和农村电力网, 户外电力网和户内电力网等。 通常为了便于分析研究, 把电力网分成区域电力网和地方电力网。电压在35 kV以上, 供电区域较大的电力网叫区域电力网。电压在35 kV以下, 供电范围不大的电力网叫地方电力网。至于35 kV的电力网, 可属于区域电力网, 也可属于地方电力网。,电力网按其在电力系统中的作用不同, 又可分为供电网和配电网。 如果电能是先从电源输送到供、 配电中心, 然后从供、配电中心再引出配电网, 则这种电力网叫供电网, 它是电力系统中的主网, 又称网架, 电压通常在35 kV以上。 如果电能

8、是由电源侧直接引向用户变电所, 它的作用是把电能分配给配电所和用户, 则这种电力网叫配电网, 电压通常在10 kV以下。 电力网往往按电压等级来区分,如10kV电力网、220/380 V电力网等, 这里的电力网实际指的是电力线路。,3. 输电线路采用高压、超高压远距离输电是各国普遍采用的途径。 在传输容量相同的条件下,高电压输电能减少输电电流,从而减少电能消耗。送电距离愈远, 要求输电线的电压愈高。目前我国国家标准中规定的输电电压等级有35kV、110kV、220 kV、330 kV、500kV等多种。输送电能通常采用三相三线制交流输电方式。随着电能输送的距离愈来愈长, 输送的电压也愈来愈高,

9、 有些国家已经开始使用直流高压输电方式, 把交流电转化成直流电后再进行输送。,4. 变电所变电所有升压与降压之分。 升压变电所通常与大型发电厂结合在一起, 在发电厂电气部分中装有升压变压器, 把发电厂发出的电压升高, 通过高压输电网络将电能送向远方。 降压变电所设在用电中心, 将高压的电能适当降压后, 向该地区用户供电。 根据供电的范围不同, 降压变电所可分为一次(枢纽)变电所和二次变电所。一次变电所是从110 kV以上的输电网受电, 将电压降到35110 kV, 供给一个大的区域用电。 二次变电所大多数从35110 kV输电网络受电, 将电压降到610 kV, 向较小范围供电。,5. 配电线

10、路“配电”就是电力的分配,从配电变电站到用户终端的线路称为配电线路。配电线路上的电压, 简称配电电压。电力系统电压高低的划分有不同的方法, 但通常以1kV为界限来划分。额定电压在1kV及以下的系统为低压系统; 额定电压在1 kV以上的系统为高压系统。 常用的高压配电线的额定电压有3kV、6kV和10kV三种, 常用的低压配电线的额定电压有380 V/220 V。,1.1.4 电力负荷 1. 电力负荷的概念电力负荷是指电路中的电功率。在交流电路中, 电功率包含有功功率和无功功率。有功功率又称为有功负荷, 单位为千瓦; 无功功率称为无功负荷, 单位为千乏。 视在功率包含着有功、无功两部分, 往往以

11、负荷电流取而代之。由于系统电压比较稳定, 电压乘电流就是视在功率。因此, 系统中的电力负荷, 也可以通过负荷电流反映出来。,2. 电力负荷的分类1) 按负荷发生的不同部位分类(1) 发电负荷: 指电力系统中, 发电厂的发电机向电网输出的电力。对电力系统来说, 是发电厂向电网的总供电负荷。 (2) 供电负荷: 指电力系统向电网输出的发电负荷扣除厂用电、 发电厂变压器损耗以及线路损耗以后的负荷。 (3) 线损负荷: 指电力网在输送和分配电能的过程中, 线路和变压器功率损耗的总和。(4) 用电负荷: 指电力系统中, 用户实际消耗的负荷。,2) 按负荷发生的不同时间分类(1) 高峰负荷: 又称最高负荷

12、, 是指电网或用户在一天时间内所发生的最高负荷值。为了分析的方便常以小时用电量作为负荷。高峰负荷又分为日高峰负荷和晚高峰负荷。 在分析某单位的负荷率时, 选择一天24小时中用电量最高的一个小时的平均负荷作为高峰负荷。,(2) 低谷负荷: 又称最低负荷, 是指电网中或某用户在24小时内发生的用电量最少的一个小时的平均电量。为了合理用电, 尽量减少发生低谷负荷的时间, 对于电力系统来说,峰、谷负荷差越小, 用电则越趋近于合理。 (3) 平均负荷: 指电网中或某用户在某一确定时间段的平均小时用电量。为了分析负荷率, 常用日平均负荷, 即一天的用电量被一天的用电小时来除。为了安排用电量, 做好用电计划

13、, 往往也用月平均负荷和年平均负荷。,3) 按用电性质及重要性分类电力系统中的所有用电部门均为电力系统的用户。根据用户的重要程度和对供电的可靠性来分级, 用电负荷可为三个级别, 且各级别的负荷分别采用相应的方式供电。(1) 类负荷。 主要包括下列类型： 停电会造成人身伤亡、火灾、爆炸等恶性事故的用电设备的负荷。例如, 炼钢厂、医院手术室、煤矿等井下工作场所。, 停电将造成巨大的甚至不可挽回的政治或经济损失的用电设备和用电单位的负荷。例如,电视台、电台、大使馆用电或重要的活动场所。 重要交通枢纽、通信枢纽及国际、国内带有政治性的公共活动场所的用电。,对类负荷供电电源的要求如下: 应由两个或两个以

14、上的电源供电, 当一个电源发生故障时, 其他电源仍可保证重要负荷的连续供电。 为保证重要负荷用电, 严禁将其他非重要用电的负荷与重要用电负荷接入同一个供电系统。 ,(2)类负荷。 主要包括下列类型： 停电将大量减产或破坏生产设备, 在经济上造成较大损失的用电负荷。 停电会造成较大政治影响的重要用电单位的正常工作的用电负荷。 大型影剧院、商店、体育馆及公共场所的用电负荷。 ,对于第类负荷, 尽可能要有两个独立的电源供电。 (3) 类负荷。这是指不属于、类的用电负荷。 类负荷对供电没有什么特别要求,可以非连续性地供电, 如市镇公共用电, 以及生产单位一般的辅助车间、小型加工作坊和农村照明负荷等,

15、通常用一个电源供电。 根据电气设计规程的有关规定, 对于类负荷的供电, 应有至少两个独立的电源供电, 必要时, 应安装柴油发电机组作为紧急备用电源。 ,1.2 对供电系统的基本要求和电能质量 1.2.1 基本要求1. 供电可靠性用户要求供电系统有足够的可靠性, 特别是连续供电。 要求供电系统能在任何时间内都能满足用户用电的需要, 即使在供电系统局部出现故障的情况下, 也不能对某些重要用户的供电有很大的影响。 因此, 为了满足供电系统的供电可靠性, 要求电力系统至少具备1015的备用容量。 ,2. 供电质量供电质量的优、劣直接关系到用电设备的安全经济运行和生产的正常运行, 对国民经济的发展有着重

16、要的意义。 无论是供电的电压还是频率, 哪一方面达不到标准, 都会对用户造成不良的后果。 因此, 要求供电系统应确保对用户供电的电能质量。,3. 供电的安全性、 经济性与合理性供电系统要能够安全、经济、合理地供电, 这也是供、用电双方要求达到的目标。为达到这一目标, 就需要供、用电双方共同加强运行的管理, 做好技术管理工作, 同时还要求用户积极配合和密切协作, 提供必要的方便条件。 例如负荷、电量的管理, 电压、无功功率的管理工作等等。 ,4. 电力网运行调度的灵活性对于一个庞大的电力系统和电力网, 必须做到运行方式灵活, 调度管理先进。 只有这样, 才能做到系统的安全可靠运行。 只有灵活的调度, 才能解决对系统局部出现故障时的及时检修, 从而达到系统的安全、可靠、经济和合理地运行。 ,1.2.2 电能质量指标供电电能的质量指标主要有以下几项:1. 电压供电系统向用户供电首先应保持额定电压运行, 受电端电压变动的幅度不应超过以下数值: (1) 35 kV及以上电压供电, 电压正、负误差的绝对值之和不超过额定电压的10。 (2) 10 kV及以下高压电力用户和低压电力用户供电电压误差为额定电压的7。 (3) 低压照明用户受电端电压变动幅度为额定电压的+7-10。 供电部门应定期对用户受电端的电压进行调查和测量, 发现不符合质量标准时应及时采取措施, 加以改善。 ,