如何上好“供配电技术”这门课刘介才

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1、,刘介才,如何上好“供配电技术”这门课,“供配电技术”课（原为“工厂供电”）是高等学校电气工程与自动化专业的一门主要专业课程。要上好这门课，首先要充分理解和掌握该课的教学大纲和采用的教材体系及其重点和难点。以我主编机械工业出版社出版的工厂供电第6版为例，讲解该教材十章内容的安排顺序及其重点和难点。,“工厂供电”,1954年国内都采用苏联亚布科夫编著的电力网中译本做教材，1958年我结合当时的教学改革和我国的电力系统实际情况，将变电站电气设备、输配电、电气照明、保安防火技术、高电压技术整合在一起，编著了工业企业供电讲义，1961年被一机部教育局推荐给中国工业出版社公开出版，,1973年一机部教育

2、局成立以我任主编的六厂一校（国营宏明无线电厂、西南专用材料厂、国光电子管厂、南光机器厂等）工厂供电教材编写组， 1979年机械工业出版社正式出版工厂供电。以后不断更新完善，至今已出版到第六版。,以后又编写工厂供电设计指导作为工程院校电类专业辅助教材，以及工厂供电简明设计手册、供电工程师技术手册、工厂供用电实用手册、实用供配电技术手册、 工厂供电500问答、 现代电工技术手册 ，为教学与工程应用提供了丰富宝贵的教学资源。,工厂供电教材力求文字叙述深入浅出，明白易懂，插图简明清晰，图文配合，便于学习。,第一章 概论 简要概述供配电有关的一些基本知识和基本问题，为学生学习“供配电技术”课程打好初步的

3、基础。,首先扼要说明工厂供配电的意义、要求及本课程的任务。 然后简介一些典型的工厂供配电系统及发电厂、电力系统和工厂备用电源的基本知识。 接着重点讲述电力系统的电压和电能质量问题。 最后介绍电力系统的中性点运行方式和低压配电系统的接地形式。,其中第一节工厂供配电的意义、要求及课程任务是重中之重。首先要了解工厂供配电的含义是指工厂所需电能的供应和分配问题。,供电必须达到以下基本要求： 一、安全在电能的供应、分配和使用中，要注意环境保护，特别要注意防止发生人身事故和设备事故。 二、可靠应满足电能用户对供电可靠性即连续供电的要求。 三、优质应满足电能用户对电压和频率等的质量要求。 四、经济供电系统的

4、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。,此外，在供配电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远的关系，既要照顾局部和当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。例如计划供用电问题，就不能只考虑一个单位的局部利益，更要有全局观点。,本课程的任务，主要是讲述各类电力用户包括中小型工厂内部的电能供应和分配问题，并讲述电气照明运行维护和简单设计计算所必须的基本理论和基本知识，为今后从事供配电技术工作奠定一定的基础。,第二节介绍工厂供配电系统及发电厂、电力系统及工厂的自备电源的基本知识。,对工厂供电系统 介绍了610kV 的中型工厂供电系统 （图1-1）,36kV及以上

5、进线的 大中型工厂供电系统 （图1-3）,高压深入负荷中心 的工厂供电系统 （图1-4）,只设一个降压变电所 的小型工厂供电系统 （图1-5）,直接用低压进线的 小型工厂供电系统 （图1-6）,在这里就要介绍变电所、配电所、母线及工厂供电系统的概念。,第二节随后简介各种发电厂（包括水力发电厂、火力发电厂、核能发电厂及风力发电、地热发电和太阳能发电等）的基本知识。 接着介绍电力系统、电力网、动力系统及智能电网的基本知识。,图1-7为从发电厂到用户的送电过程示意图。,图1-8为一个 大型电力系统 简图,（图1-9）工厂的 自备电源，包括 采用柴油发电机,最后简介采用 系统不停电或 应急的自备电源

6、（图1-10）,还特别说明： 交流不停电的自备电源UPS为“在线式”，即其工作电源与重要负荷的工作电源在同一条线路上；而应急电源EPS为“离线式”或“后备式”，即其工作电源与重要负荷的工作电源是分开的，在重要负荷的正常工作电源故障停电时，应急电源要经过极短时间的切换才能向重要负荷供电，其间有短暂的停电时间。,第三节讲述电力系统的电源和电能质量问题。,表1-1是我国三相交流电网和电力设备的标准电压等级。,新的国标GB/T11022-2011高压开关设备和控制设备标准的共同技术要求规定：高压开关设备和控制设备的额定电压按其允许的最高工作电压来标注，如表1-2所示。,我国近年生产的高压设备已按此规定

7、标准。,在这里就要介绍变电所、配电所、母线及工厂供电系统的概念。,关于发电机额定电压，应高于同级电网（线路）额定电压5%(图1-12)。,电力变压器一次绕组额定电压，分两种情况： 1、当变压器与发电机直接相连时，应高于同级电网（线路）额定电压5%，与发电机额定电压相同。 2、当变压器不与发电机直接相连时，即可视为线路的用电设备，与线路（电网）额定电压相同。,变压器二次绕组的额定电压，也分两种情况： 1、变压器二次测供电线路较长，如为较大的高压电网时，其二次绕组额定电压应比电网的额定电压高10%，其中5%用来补偿变压器满负荷时绕组内部的约5%的电压降（因为变压器二次绕组的额定电压是指变压器一次绕

8、组加上额定电压时其二次绕组开路的电压）；,此外，变压器满负荷时输出的二次电压还要高于电网额定电压5%，以补偿线路上的电压损耗。,变压器二次绕组的额定电压，也分两种情况： 2、变压器二次侧供电线路不长，如为低压电网，或者是直接供电给高低压用电设备，则其二次绕组额定电压只需高于电网额定电压5%，仅考虑补偿变太器满负荷时绕组内部的约5%的电压降。,关于本节讲述的电压偏差与电压调整、电压波动及其抑制、电网谐波及其抑制、三相不平衡及其改善和工厂供配电电压的选择等内容，也是学生需要掌握的基本知识。,第四节讲述电力系统中性点的运行方式及低压配电系统的接地形式，也是学生必须掌握的基本知识。,关于本节讲述的电压

9、偏差与电压调整、电压波动及其抑制、电网谐波及其抑制、三相不平衡及其改善和工厂供配电电压的选择等内容，也是学生需要掌握的基本知识。,电力系统中性点的运行方式有三种。 一是中性点不接地的电力系统； 二是中性点经消弧线圈接地的电力系统； 三是中性点直接接地或经低电阻接地的电力系统。 讲述时，必须配合相量图分析，这也可能是本章的难点所在。,讲中性点不接地的电力系统正常运动时各相对地电容电流与各相对地电压即相电压的相量图如图1-15所示。,当C相发生接地故障时，系统的接地电容电流如图1-16a所示, 为:,由图1-16b的相量图可知， 在相位上超前 ，而在量值上,由于 ， 而 ，因此,即单相接地电容电流

10、为系统正常运行时相电容电流的3倍。,由于 和 都不好根据C值来精确计算，故采用下列经验公式计算：,电压 的具有电气联系的架空线路。 同一电压 的具有电气联系的电缆线路总长度 。,必须指出：当中性点不接地系统中发生单相接地时，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(大小）都未发生变化。但不允许长期运行，以免另一相发生接地故障时，就形成两相接地短路，使故障扩大。因此，在中性点不接地系统中，应装设单相接地保护（参看6章5节）或绝缘监视装置（参看7章3节）。当系统发生单相接地故障时，发出报警信号，提醒供电值班人员注意，及时处理。,中性点对经消弧线圈接地的电力系统，是为了防止系

11、统单相接地时在接地故障点出现断续电弧，引起谐振过电压，因此在单相接地电容电流 大于一定值时，（310kV系统中30A时，20 kV 及以上系统中10A时），电力系统中性点必须采取经消弧线圈接地的运行方式。,图1-17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。,中性点直接接地的电力系统，适用于既有三相负荷又有单相负荷的情况。,图1-18为中性点直接接地的电力系统发生单相接地时的情况，其单相短路电流 远大于 ，因此系统发生事故时，系统的保护装置必须动作于跳闸。,我国规定，110kV及以上的超高压系统的电源中性点通常采取直接接地的运行方式。在低压配电系统中，我国广泛应用的TN系

12、统及国外应用较广的TT系统，都是中性点直接接地系统。 关于中性点经低电阻接地的运行方式，适用于广泛采用电缆取代架空线路的高压配电网。,由式（1-6）： 可以看出，同样长度的电缆线跌的 为同样长度的架空线路的35倍。因此广泛采用电缆取代架空线路的低压系统，其中性点采取经消弧线圈接地的方式也无法消除接地故障点的电弧，也就无法抑制由此引起的危险的谐振过电压。因此我国有的城市（如北京市）的10kV电网中性点就采取低电阻接地的运行方式。,关于“低压配电系统的接地型式”，分别介绍了TN系统（图1-19）、TT系统（图1-20）和IT系统（图1-21），都是学生必需了解的一些基本知识。,TN-S系统（图1-

13、19b），其中的N线与PE线分开，设备外露可导电部分（外壳）接PE线。 ,TN-C系统（图1-19a)，其中的N线与PE线合并为一根PEN线，设备外露可导电部分（外壳）接PEN线。,TN-C-S系统（图1-19c），前一部分为TN-C系统，后边有一部分为TN-S系统。,上述三种系统各有优缺点，各有适用场所（见教材）。 必须指出：GB50096-2011住宅设计规范规定，住宅供电系统应采用TT、TN-C-S或TN-S系统。,TT系统（图1-20），其中性点直接接地，而其中用电设备的外露可导电部分各自经PE线接地。该系统适用于安全要求及对抗干扰要求较高的场所。,IT系统（图1-21），其中性点不接

14、地，或经高阻抗（约1000）接地。其中单相用电设备的额定电压只能是系统的线电压。该系统主要用于对连续供电要求较高及有易燃易爆危险的场所，特别是矿山、井下等场所的供电。,下面讲一下第二章工厂的电力负荷及其计算和第三章短路电流及其计算。这两章都是工厂供电发析的设计计算的基础知识和技能。第二章是讲供电系统正常运行时的负荷情况，第三章是讲供电系统在短路故障情况下的电流及其后果。,第二章第一节首先讲工厂电力负荷的分组及其对供电电源的要求。 电力负荷分一级负荷、二级负荷和三级负荷，各级负荷对供电电源有不同的要求。,第二节讲三相用电设备组计算负荷的确定。介绍了两种确定方法，一是需要系数法，另一种是二项式法。

15、 需要系数法是普遍可以应用的计算方法，而二项式法主要用于机械加工工业的设备台数较少而容量差别较大的低压干线和分支线的负荷计算。,第三节讲单相用电设备计算负荷的确定。 要注意：单相设备无论接于相电压还是接于线电压，都要计算其等效三相计算负荷。,第四节讲工厂总计算负荷的确定。确定方法有按需要系数法确定，按年产量来估算，或按逐级计算法来确定。另外，还介绍了工厂的功率因数的计算、无功功率补偿及补偿原工厂的计算负荷的确定，并介绍了工厂年耗电量的计算。,第五节讲尖峰电流及其计算。,第三章第一节讲短路的原因、后果及短路以形式，如图3-1所示。,第三章第二节讲无限大容量电力系统发生三相短路时的物理过程和物理量，第三节讲无限大容量电力系统中短路电流的计算，第四节讲短路电流的效应稳定度校验，都是很重要的内容，必须让学生理解其概念，掌握其计算和校验方法。,第四章工厂变配电所及其一次系统和第五章工厂电力线路，都是讲的工厂供配电系统的一次系统，是本课程的重点内容。,第四章第一节介绍工厂变配电所的任务和类型。 第二节讲述变电所中最关键的一项设备电力变压器的功能、类别、联结组别及变电所主变压器台数的选择，另外还讲了电力变压器并列运行的条件。,第三节讲述电流互感器和电压互感器，互感器实际上是一种特殊变压器。它们的选择校验和使用注意事项很重要。 第四节讲述高压一次设备。一次设备按功能分有变换设备、控制设备、保护