《供配電技術(shù)》課件 1 供配電系統(tǒng)簡(jiǎn)述

供配電技術(shù)省級(jí)職業(yè)教育專業(yè)教學(xué)資源庫(kù)成果教材新時(shí)代職業(yè)教育課證融通新形態(tài)一體化教材主編

申九菊

喬志杰

趙曉東供配電系統(tǒng)簡(jiǎn)述項(xiàng)目一供配電系統(tǒng)概述一典型的供配電系統(tǒng)三供配電系統(tǒng)簡(jiǎn)述目錄供配電系統(tǒng)概述11.1.1電力系統(tǒng)的組成由發(fā)電廠、區(qū)域變電所、低壓配電線路與電力用戶組成的統(tǒng)一整體稱為電力系統(tǒng)，該電力系統(tǒng)使得電能的生產(chǎn)、輸送、分配和使用保持嚴(yán)格的平衡，電力系統(tǒng)的組成示意圖如圖所示。電力系統(tǒng)是通過(guò)各級(jí)電壓的電力線路，將發(fā)電廠、變配電所和電力用戶連接起來(lái)的一個(gè)發(fā)電、輸電、變電、配電和用電的整體。發(fā)電廠和電力用戶之間的輸電、變電和配電的整體，包括所有變配電所和各級(jí)電壓線路，稱為電網(wǎng)。但習(xí)慣上，電網(wǎng)或系統(tǒng)往往是以電壓等級(jí)來(lái)區(qū)分的，如10kV電網(wǎng)或10kV系統(tǒng)。這里的電網(wǎng)或系統(tǒng)，實(shí)際上是指某一電壓等級(jí)相互聯(lián)系的整個(gè)電力線路。1.1.1電力系統(tǒng)的組成由于電能和其他產(chǎn)品相比有著不能儲(chǔ)存的特點(diǎn)，所以電能的生產(chǎn)（發(fā)電廠）和使用（用戶）總是平衡的，即供電和用電是在同一瞬間完成的。從發(fā)電廠到用戶的輸電過(guò)程示意圖如圖所示。我國(guó)電網(wǎng)按電壓等級(jí)、輸送功率和供電范圍大小，可分為區(qū)域電網(wǎng)和地方電網(wǎng)。區(qū)域電網(wǎng)的供電范圍較大，電壓一般在220kV及以上，如華北電網(wǎng)、東北電網(wǎng)等。地方電網(wǎng)的供電范圍較小，最高電壓一般不超過(guò)110kV，工廠供配電系統(tǒng)屬于地方電網(wǎng)的一種。為了充分利用動(dòng)力資源，降低發(fā)電成本，發(fā)電廠的選址往往遠(yuǎn)離城市和電力用戶。例如，火力發(fā)電廠大多建在靠近一次能源的地區(qū)。因此，就需要輸送和分配電能，將發(fā)電廠生產(chǎn)的電能經(jīng)過(guò)升壓、輸送、降壓和分配，然后輸送給用戶。發(fā)電廠發(fā)電廠將一次性能源轉(zhuǎn)換成電能的工廠一、火力發(fā)電廠二、水力發(fā)電廠三、核能發(fā)電廠四、風(fēng)力發(fā)電廠······發(fā)電廠火力發(fā)電的原理是：燃料在鍋爐中充分燃燒，將鍋爐中的水轉(zhuǎn)換為蒸汽，蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生電能。我國(guó)火力發(fā)電廠燃料以煤炭為主，隨著西氣東輸工程的竣工，將逐步擴(kuò)大天然氣燃料的使用比例?；鹆Πl(fā)電廠將煤、天然氣、石油的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，由于煤、天然氣和石油是不可再生能源，且燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳、二氧化硫等，對(duì)大氣環(huán)境造成污染。因此，我國(guó)正發(fā)展超臨界壓力火力發(fā)電站，逐步淘汰小火力發(fā)電機(jī)組，加快水電站和核電站的建設(shè)，大力發(fā)展綠色能源。水力發(fā)電廠將水的勢(shì)能轉(zhuǎn)換成電能，水流驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生電能。按集中落差分類，水力發(fā)電廠分為堤壩式水電廠、引水式水電廠和混合式水電廠3類。核能發(fā)電廠利用核反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱量將水轉(zhuǎn)換成蒸汽，蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生電能，其生產(chǎn)過(guò)程與火力發(fā)電廠基本相同。變電所變電所的功能是接收電能、變換電壓和分配電能。變電所由電力變壓器、配電裝置和二次裝置等構(gòu)成。根據(jù)性質(zhì)和任務(wù)不同，變電所可分為升壓變電所和降壓變電所；根據(jù)地位和作用不同，變電所又分為樞紐變電所、地區(qū)變電所和用戶變電所。僅用于接收電能和分配電能的場(chǎng)所稱為配電所，而用于交流電流與直流電流相互轉(zhuǎn)換的場(chǎng)所稱為換流所。電力線路電力線路將發(fā)電廠、變電所和電力用戶連接起來(lái)，完成輸送電能和分配電能的任務(wù)。電力線路有各種不同的電壓等級(jí)，通常將220kV及以上的電力線路稱為輸電線路，110kV及以下的電力線路稱為配電線路。交流1000kV及以上和直流800kV及以上的輸電線路稱為特高壓輸電線路，220～800kV輸電線路稱為超高壓輸電線路。配電線路又分為高壓配電線路（110kV）、中壓配電線路（35～6kV）和低壓配電線路（380/220V），前者一般為城市配電網(wǎng)骨架和特大型企業(yè)供電線路；中者一般為城市主要配網(wǎng)和大中型企業(yè)供電線路；后者一般為城市和企業(yè)的低壓配網(wǎng)。除上述交流輸電線路以外，還有直流輸電線路。電力用戶電力用戶又稱電力負(fù)荷，所有消耗電能的用電設(shè)備或用電單位均稱為電力用戶。根據(jù)行業(yè)不同，電力用戶可分為工業(yè)用戶、農(nóng)業(yè)用戶、市政商業(yè)用戶和居民用戶等。與電力系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的還有動(dòng)力系統(tǒng)和電網(wǎng)?；鹆Πl(fā)電廠的汽輪機(jī)和鍋爐、水力發(fā)電廠的水輪機(jī)和水庫(kù)、核能發(fā)電廠的汽輪機(jī)和核反應(yīng)堆等動(dòng)力設(shè)備，這些動(dòng)力設(shè)備與電力系統(tǒng)一起稱為動(dòng)力系統(tǒng)。電網(wǎng)是指電力系統(tǒng)中除發(fā)電廠和電力用戶以外的部分。1.1.2電力系統(tǒng)的基本要求1.保證供電的安全可靠性（1）采用高度可靠的發(fā)電、供電設(shè)備，做好維護(hù)保養(yǎng)工作，防止各種錯(cuò)誤操作。（2）提高供電線路的可靠性，重要線路可以采用雙回路或雙電源（兩個(gè)不同的系統(tǒng)電源）供電。（3）選擇合理的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和主接線形式，在設(shè)計(jì)階段就應(yīng)保證有高度的可靠性，對(duì)重要用戶應(yīng)采用雙電源供電。（4）保證適當(dāng)?shù)膫溆萌萘?，使電力系統(tǒng)在發(fā)電設(shè)備定期檢修、機(jī)組發(fā)生事故時(shí)均不會(huì)造成用戶停電現(xiàn)象。（5）制定合理運(yùn)行方式，必須滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性要求。（6）對(duì)高壓輸電線路采用自動(dòng)重合閘裝置，變配電所裝設(shè)按頻率自動(dòng)減負(fù)荷裝置等。（7）采用快速繼電保護(hù)裝置和以計(jì)算機(jī)為核心的自動(dòng)安全監(jiān)視系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。2.保證良好的電能質(zhì)量電壓和頻率是衡量電能質(zhì)量的主要指標(biāo)。我國(guó)交流電力設(shè)備的額定頻率為50Hz（工頻）。此外，三相交流系統(tǒng)中三相電壓或三相電流是否平衡也是衡量電能質(zhì)量的一個(gè)指標(biāo)。1.1.3電力系統(tǒng)的額定電壓電力系統(tǒng)的電壓包括電力系統(tǒng)中各種供電設(shè)備、用電設(shè)備和電力線路的額定電壓。按《標(biāo)準(zhǔn)電壓》（GB/T156—2017）規(guī)定，用電設(shè)備額定線電壓、交流發(fā)電機(jī)線電壓以及變壓器線電壓如表所示。1.1.3電力系統(tǒng)的額定電壓1.電網(wǎng)的額定電壓電網(wǎng)的額定電壓（標(biāo)準(zhǔn)電壓）等級(jí)是國(guó)家根據(jù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要和電力工業(yè)發(fā)展的水平，經(jīng)全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析后所確定的。它是確定各類電力設(shè)備額定電壓的基本依據(jù)。2.用電設(shè)備的額定電壓用電設(shè)備的額定電壓一般規(guī)定與同級(jí)電網(wǎng)的額定電壓相同。通常用線路首端和末端電壓的算術(shù)平均值作為用電設(shè)備的額定電壓，這個(gè)電壓也是電網(wǎng)的額定電壓。由于線路在運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生電壓降，所以線路上各點(diǎn)的電壓都有差異。如圖所示為用電設(shè)備和發(fā)電機(jī)的額定電壓說(shuō)明。用電設(shè)備的額定電壓只能取線路首端和末端電壓的平均電壓。3.發(fā)電機(jī)的額定電壓電力線路允許的電壓偏差一般為±5%，即整個(gè)線路允許有10%的電壓損耗值。為了使線路的平均電壓維持在額定值，線路首端（電源端）的電壓較線路額定電壓高5%，而線路末端的電壓較線路額定電壓低5%（見(jiàn)圖），因此發(fā)電機(jī)的額定電壓規(guī)定高于同級(jí)電網(wǎng)額定電壓5%。1.1.3電力系統(tǒng)的額定電壓4.電力變壓器的額定電壓（1）電力變壓器一次繞組的額定電壓。電力變壓器一次繞組的額定電壓分兩種情況。①當(dāng)變壓器與發(fā)電機(jī)直接相連時(shí)，如圖中的變壓器T1，其一次繞組額定電壓應(yīng)與發(fā)電機(jī)額定電壓相同，都高于同級(jí)電網(wǎng)額定電壓5%。②當(dāng)變壓器不與發(fā)電機(jī)直接相連而是連接在供電線路上時(shí)，如圖中的變壓器T2，則可將其看作線路的用電設(shè)備，因此其一次繞組額定電壓應(yīng)與電網(wǎng)額定電壓相同。（2）電力變壓器二次繞組的額定電壓。電力變壓器二次繞組的額定電壓分兩種情況。①當(dāng)變壓器二次側(cè)供電線路較長(zhǎng)時(shí)，如圖中的變壓器T1，其二次繞組額定電壓應(yīng)比電網(wǎng)額定電壓高10%，其中有5%用于補(bǔ)償變壓器滿載運(yùn)行時(shí)繞組本身約5%的電壓降，另5%用于補(bǔ)償線路上的電壓降。②當(dāng)變壓器二次側(cè)供電線路不長(zhǎng)時(shí)，如圖中的變壓器T2，其二次繞組額定電壓只需高于電網(wǎng)額定電壓5%，僅考慮補(bǔ)償變壓器滿載運(yùn)行時(shí)繞組本身的5%電壓降。1.1.3電力系統(tǒng)的額定電壓5.各級(jí)電壓等級(jí)的適用范圍在我國(guó)電力系統(tǒng)中，220kV以上的電壓等級(jí)主要用于大型電力系統(tǒng)的主干線；110kV電壓既能用于中小型電力系統(tǒng)的主干線，又能用于大型電力系統(tǒng)的二次網(wǎng)絡(luò)；35kV電壓多用于中小型城市或大型企業(yè)的內(nèi)部供電網(wǎng)絡(luò)，也廣泛用于農(nóng)村電網(wǎng)。一般企業(yè)內(nèi)部多采用6～10kV的高壓配電電壓且10kV電壓用得較多。當(dāng)企業(yè)6kV電壓設(shè)備數(shù)量較多時(shí)，才會(huì)考慮采用6kV作為配電電壓。380/220V電壓等主要作為企業(yè)的低壓配電電壓。1.1.4供配電系統(tǒng)的組成供配電系統(tǒng)既是電力系統(tǒng)的電力用戶，也是電力系統(tǒng)的重要組成部分。它主要由總降壓變電所、高壓配電所、配電線路、車間變電所或建筑物變電所和用電設(shè)備組成。供配電系統(tǒng)的組成示意圖如圖所示。總降壓變電所將35～220kV的外部供電電源電壓降為6～10kV高壓配電電壓，供給高壓配電所、車間變電所或建筑物變電所和高壓用電設(shè)備。高壓配電所集中接收電壓，再分配到附近各車間變電所或建筑物變電所和高壓用電設(shè)備。配電線路分為6～10kV高壓配電線路和380/220V低壓配電線路。高壓配電線路將總降壓變電所與高壓配電所、車間變電所或建筑物變電所和高壓用電設(shè)備連接起來(lái)。低壓配電線路將車間變電所或建筑物變電所的380/220V電能送到各低壓用電設(shè)備。車間變電所或建筑物變電所將6～10kV電壓降為380/220V電壓，供低壓用電設(shè)備使用。一、安全：杜絕人身事故及設(shè)備事故。二、可靠：滿足電能用戶對(duì)供電穩(wěn)定性的要求。三、優(yōu)質(zhì)：滿足電能用戶對(duì)電壓和頻率等質(zhì)量的要求。四、經(jīng)濟(jì)：供電系統(tǒng)的投資要少，運(yùn)行費(fèi)用要低，并盡可能地節(jié)約電能和減少有色金屬消耗量。供配電的基本要求1.1.5供配電的基本要求一、遠(yuǎn)距離輸電及跨海輸電。二、連接兩個(gè)不同頻率的電網(wǎng)，并可實(shí)現(xiàn)定電流控制，限制短路電流。三、限制短路電流。四、向長(zhǎng)距離的大城市供電。直流輸電的應(yīng)用典型的供配電系統(tǒng)21.2.1中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)的電路圖和相量圖如左圖所示，中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)的電路圖和相量圖如右圖所示。三相交流的相序代號(hào)統(tǒng)一采用A、B、C。1.2.1中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng)1.系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)這時(shí)，3個(gè)相的相電壓U·A、U·B、U·C是對(duì)稱的，3個(gè)相的對(duì)地電容電流I·C0也是平衡的，如左圖（b）所示。因此3個(gè)相的電容電流的相量和為零，地中沒(méi)有電流流過(guò)。各相的對(duì)地電壓就是各相的相電壓。2.系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)當(dāng)中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，假設(shè)C相接地。這時(shí)C相對(duì)地電壓變?yōu)榱悖旰玫腁、B兩相對(duì)地電壓將由原來(lái)的相電壓升高到線電壓，即升高為原對(duì)地電壓的3倍，如圖右（b）所示。當(dāng)C相接地時(shí)，系統(tǒng)的接地電流（電容電流）I·C應(yīng)為A、B兩相對(duì)地電容電流相量之和。由圖右（b）的相量圖可知，I·C=3I·C0，即一相接地的電容電流為正常運(yùn)行時(shí)每相對(duì)地電容電流的3倍。1.2.1中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng)3.系統(tǒng)發(fā)生不完全接地時(shí)當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生不完全接地時(shí)，故障相對(duì)地電壓將大于零而小于相電壓，而其他完好兩相的對(duì)地電壓則大于相電壓而小于線電壓，接地電容電流也比完全接地時(shí)略小。當(dāng)中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，三相用電設(shè)備的正常運(yùn)行并未受到影響，因?yàn)榫€路的線電壓的相位和量值均未發(fā)生變化，因此系統(tǒng)中的三相用電設(shè)備仍能正常運(yùn)行。但是這種線路不允許在單相接地故障情況下長(zhǎng)期運(yùn)行（規(guī)定單相接地后帶故障運(yùn)行時(shí)間最多不超過(guò)2h），如果再有一相發(fā)生接地故障，則會(huì)形成兩相接地短路，這將產(chǎn)生很大的短路電流，有可能損壞線路和電力設(shè)備。因此，在中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng)中，應(yīng)裝設(shè)相應(yīng)的單相接地保護(hù)裝置或絕緣監(jiān)察裝置。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)或指示，提醒值班人員注意，及時(shí)采取措施，查找和消除接地故障；如果有備用線路，則可將重要負(fù)荷轉(zhuǎn)移到備用線路上。當(dāng)單相接地危及人身安全和設(shè)備安全時(shí)，單相接地保護(hù)裝置應(yīng)動(dòng)作于跳閘，切除故障部分。中性點(diǎn)不接地的運(yùn)動(dòng)方式，高壓多用于3～10kV的電力系統(tǒng)，低壓則用于三相三線制的IT系統(tǒng)。1.2.2中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng)目前，我國(guó)35～60kV的高壓電網(wǎng)大多采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式。若消弧線圈能正常運(yùn)行，則是消除因雷擊等原因而發(fā)生瞬間單相接地故障的有效措施之一。消弧線圈其實(shí)就是一個(gè)具有可調(diào)鐵芯的電感線圈，其電阻很小，感抗很大，用于消除單相接地故障點(diǎn)的電弧。如圖所示為中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)的電路圖和相量圖。1.2.2中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng)當(dāng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，流過(guò)接地點(diǎn)的電流是接地電容電流I·C與流過(guò)消弧線圈的電感電流I·L之和。由于I·C超前U·C90°，而I·L滯后U·C90°，所以I·L與I·C在接地點(diǎn)互相補(bǔ)償。當(dāng)I·L與I·C的量值差小于發(fā)生電弧的最小起弧電流時(shí)，不會(huì)形成電弧，從而也不會(huì)出現(xiàn)諧振過(guò)電壓。在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng)中，與中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng)一樣，允許在發(fā)生單相接地時(shí)短時(shí)（一般規(guī)定為2