《供配電技術(shù)》課件第1章

第1章概論1.1電力系統(tǒng)和供配電系統(tǒng)概述1.2電力系統(tǒng)的電壓1.3電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式1.4供電系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)1.5電力負(fù)荷的分級(jí)及其對(duì)供電的要求基本技能訓(xùn)練電力系統(tǒng)圖的閱讀思考題與習(xí)題1.1電力系統(tǒng)和供配電系統(tǒng)概述1.1.1電力系統(tǒng)電能是由發(fā)電廠生產(chǎn)的。為了充分利用動(dòng)力資源，降低發(fā)電成本，發(fā)電廠大多建在一次能源豐富的偏遠(yuǎn)地區(qū)，而電能用戶一般在大中城市和負(fù)荷集中的大工業(yè)區(qū)，因此發(fā)電廠生產(chǎn)出的電能要經(jīng)過高壓遠(yuǎn)距離輸電線路輸送，才能到達(dá)各電能用戶。從發(fā)電廠到用戶的送電過程示意圖如圖1-1所示。圖1-1從發(fā)電廠到用戶的送電過程示意圖在圖1-1中，發(fā)電機(jī)生產(chǎn)電能，電力線路輸送電能，變壓器變換電壓，電動(dòng)機(jī)、電燈等用電設(shè)備使用電能，這些設(shè)備聯(lián)系起來就組成了一個(gè)電力系統(tǒng)。電力系統(tǒng)就是由各種電壓的電力線路將發(fā)電廠、變電所和電力用戶聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)電能的生產(chǎn)、輸送、分配、變換和使用的統(tǒng)一整體。電力生產(chǎn)具有不同于一般商品生產(chǎn)的特點(diǎn)，其生產(chǎn)、輸送、分配和使用的全過程幾乎在同一瞬間完成。典型電力系統(tǒng)的系統(tǒng)圖如圖1-2所示。圖1-2典型電力系統(tǒng)的系統(tǒng)圖電力系統(tǒng)將分散于各地的眾多發(fā)電廠連接起來并聯(lián)工作，并通過電力網(wǎng)將分散在各地的負(fù)荷中心的用戶聯(lián)系起來，從而實(shí)現(xiàn)電能的大容量、遠(yuǎn)距離輸送。隨著負(fù)荷的不斷增長(zhǎng)和電源建設(shè)的不斷發(fā)展，將一個(gè)電力系統(tǒng)與鄰近的電力系統(tǒng)互連已成為歷史發(fā)展的必然。建立大型電力系統(tǒng)可以經(jīng)濟(jì)合理地利用一次能源，降低發(fā)電成本，減少電能損耗，提高電能質(zhì)量，還可實(shí)現(xiàn)電能的靈活調(diào)節(jié)和調(diào)度，從而大大提高供電的可靠性。下面我們將對(duì)電力系統(tǒng)的各主要部分作一介紹。

1.發(fā)電廠發(fā)電廠是將煤、石油、水能、核能、風(fēng)能、太陽(yáng)能等各種一次能源轉(zhuǎn)變成電能的一種特殊工廠。根據(jù)利用的一次能源的不同，發(fā)電廠可分為火力發(fā)電廠、水力發(fā)電廠、核能發(fā)電廠、風(fēng)力發(fā)電廠、潮汐發(fā)電廠等。此外，還有地?zé)岚l(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電、垃圾發(fā)電和沼氣發(fā)電等能源轉(zhuǎn)換方式。目前，我國(guó)和世界大多數(shù)國(guó)家仍以火力發(fā)電、水力發(fā)電和核能發(fā)電為主。

(1)火力發(fā)電廠是利用煤、石油、天然氣等作為燃料來生產(chǎn)電能的工廠。其主要設(shè)備有鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等。其基本生產(chǎn)過程為：燃料在鍋爐的爐膛中燃燒，加熱鍋爐中的水使之變成高溫高壓蒸汽，進(jìn)入汽輪機(jī)，推動(dòng)汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，汽輪機(jī)帶動(dòng)聯(lián)軸的發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電。其能量轉(zhuǎn)換過程為：燃燒的化學(xué)能→熱能→機(jī)械能→電能。

(2)水力發(fā)電廠是利用江河水流的位能來生產(chǎn)電能的工廠。水力發(fā)電廠主要由水庫(kù)、水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)組成。其基本生產(chǎn)過程為：從河流較高處或水庫(kù)內(nèi)引水，利用水的壓力或流速使水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，水輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電。其能量轉(zhuǎn)換過程為：水流位能→機(jī)械能→電能。

(3)核能發(fā)電廠是利用原子核的裂變能來生產(chǎn)電能的工廠。主要設(shè)備有反應(yīng)堆、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等。其生產(chǎn)過程與火力發(fā)電廠基本相同，只是用核反應(yīng)堆代替了燃煤鍋爐，以少量的核燃料代替了煤炭。其能量轉(zhuǎn)換過程為：核裂變能→熱能→機(jī)械能→電能。

2.變電所變電所的功能是接受電能、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。按變電所的性質(zhì)和任務(wù)不同，將其分為升壓變電所和降壓變電所。升壓變電所通常緊靠發(fā)電廠，降壓變電所通常遠(yuǎn)離發(fā)電廠而靠近負(fù)荷中心。根據(jù)變電所在電力系統(tǒng)中所處的地位和作用，可將其分為樞紐變電所、地區(qū)變電所和用戶變電所。樞紐變電所位于電力系統(tǒng)的樞紐點(diǎn)，聯(lián)系多個(gè)電源，出線回路多，變電容量大，電壓等級(jí)一般為330kV或330kV以上；地區(qū)變電所一般用于地區(qū)或中、小城市配電網(wǎng)，其電壓等級(jí)一般為110～220kV；用戶變電所位于配電線路的終端，接近負(fù)荷處，高壓側(cè)為10～110kV引入線，經(jīng)降壓后向用戶供電。

3.電力網(wǎng)電力網(wǎng)是由變電所和不同電壓等級(jí)的輸電線路組成的，其作用是輸送、控制和分配電能。按供電范圍、輸送功率和電壓等級(jí)的不同，電力網(wǎng)可分為地方網(wǎng)、區(qū)域網(wǎng)和遠(yuǎn)距離網(wǎng)三類。電壓為110kV及110kV以下的電力網(wǎng)，其電壓較低，輸送功率小，線路距離短，主要供電給地方變電所，稱為地方網(wǎng)；電壓在110kV以上的電力網(wǎng)，其傳輸距離和傳輸功率都比較大，一般供電給大型區(qū)域性變電所，稱為區(qū)域網(wǎng)；供電距離在300km以上，電壓在330kV及330kV以上的電力網(wǎng)，稱為遠(yuǎn)距離網(wǎng)。如果僅從電壓的高低來劃分，則電力網(wǎng)可分為低壓網(wǎng)(1kV以下)、中壓網(wǎng)(1~20kV)、高壓網(wǎng)(35~220kV)及超高壓網(wǎng)(330kV及330kV以上)。

4.電能用戶所有消耗電能的單位均稱為電能用戶，從大的方面可將其分為工業(yè)電能用戶和民用電能用戶。1.1.2供配電系統(tǒng)供配電系統(tǒng)是工業(yè)企業(yè)供配電系統(tǒng)和民用建筑供配電系統(tǒng)的總稱。供配電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分，是電力系統(tǒng)的電能用戶。對(duì)用電單位來講，供配電系統(tǒng)的范圍是指從電源線路進(jìn)入用戶起到高低壓用電設(shè)備進(jìn)線端止的整個(gè)電路系統(tǒng)，它由變配電所、配電線路和用電設(shè)備構(gòu)成。圖1-2中虛線框1、2為供配電系統(tǒng)示意圖。本書主要介紹電能用戶的供配電系統(tǒng)。對(duì)不同容量或類型的電能用戶，供配電系統(tǒng)的組成是不相同的。對(duì)大型用戶及某些電源進(jìn)線電壓為35kV及35kV以上的中型用戶，供配電系統(tǒng)一般要經(jīng)過兩次降壓，也就是在電源進(jìn)廠以后，先經(jīng)過總降壓變電所，將35kV及35kV以上的電源電壓降為6～10kV的配電電壓，然后通過高壓配電線路將電能送到各個(gè)車間變電所，也有的經(jīng)高壓配電所再送到車間變電所，最后經(jīng)配電變壓器降為一般低壓用電設(shè)備所需的電壓。圖1-3所示為具有總降壓變電所的供配電系統(tǒng)簡(jiǎn)圖。圖1-3具有總降壓變電所的供配電系統(tǒng)簡(jiǎn)圖對(duì)電源進(jìn)線電壓為6～10kV的中型用戶，一般電能先經(jīng)高壓配電所集中，再由高壓配電線路將電能分送到各車間變電所，或由高壓配電線路直接供給高壓用電設(shè)備。車間變電所內(nèi)裝有電力變壓器，可將6～10kV的高壓降為一般低壓用電設(shè)備所需的電壓(如220／380V)，然后由低壓配電線路將電能分送給各用電設(shè)備使用。圖1-4所示為具有高壓配電所的供配電系統(tǒng)簡(jiǎn)圖。圖1-4具有高壓配電所的供配電系統(tǒng)簡(jiǎn)圖對(duì)于小型用戶，由于所需容量一般不超過1000kV·A或比1000kV·A稍多，因此通常只設(shè)一個(gè)降壓變電所，將6～10kV電壓降為低壓用電設(shè)備所需的電壓，如圖1-5所示。當(dāng)用戶所需容量不大于160kV·A時(shí)，一般采用低壓電源進(jìn)線，此時(shí)用戶只需設(shè)一個(gè)低壓配電間，如圖1-6所示。圖1-5只有一個(gè)降壓變電所的供配電系統(tǒng)簡(jiǎn)圖(a)裝有一臺(tái)變壓器；(b)裝有兩臺(tái)變壓器圖1-6低壓進(jìn)線的供配電系統(tǒng)簡(jiǎn)圖1.2電力系統(tǒng)的電壓1.2.1三相交流電網(wǎng)和電力設(shè)備的額定電壓電力系統(tǒng)的額定電壓是我國(guó)根據(jù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要以及電力工業(yè)的現(xiàn)有水平，經(jīng)過全面的技術(shù)分析后確定的。電力系統(tǒng)的額定電壓分為不同的等級(jí)。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB156—2003《標(biāo)準(zhǔn)電壓》規(guī)定，我國(guó)三相交流電網(wǎng)和電力設(shè)備的額定電壓等級(jí)如表1-1所示。

1.電網(wǎng)的額定電壓電網(wǎng)的額定電壓必須符合國(guó)家規(guī)定的電壓等級(jí)。當(dāng)電網(wǎng)的電壓選定后，其他各類電力設(shè)備的額定電壓即可根據(jù)電網(wǎng)的電壓來確定。

2.用電設(shè)備的額定電壓由于線路通過電流時(shí)要產(chǎn)生電壓降，因此線路上各點(diǎn)的電壓都略有不同，如圖1-7中虛線所示。但是成批生產(chǎn)的用電設(shè)備，其額定電壓不可能按使用處線路的實(shí)際電壓來制造，而只能按線路首端與末端的平均電壓即電網(wǎng)的額定電壓UN來制造。因此規(guī)定用電設(shè)備的額定電壓與同級(jí)電網(wǎng)的額定電壓相同。圖1-7用電設(shè)備和發(fā)電機(jī)的額定電壓說明

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，因此為了維持線路的平均電壓在額定值，線路首端(電源端)電壓可較線路額定電壓高5％，而線路末端電壓則可較線路額定電壓低5％，如圖1-7所示。所以規(guī)定發(fā)電機(jī)額定電壓高于同級(jí)電網(wǎng)額定電壓的5％。

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分為兩種情況：當(dāng)變壓器直接與發(fā)電機(jī)相連時(shí)，如圖1-8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，即高于同級(jí)電網(wǎng)額定電壓的5％；當(dāng)變壓器不與發(fā)電機(jī)相連而是連接在線路上時(shí)，如圖1-8中的變壓器T2，則可看做是線路的用電設(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也分為兩種情況：當(dāng)變壓器二次側(cè)供電線路較長(zhǎng)時(shí)，如圖1-8中變壓器T1，其額定電壓高于同級(jí)電網(wǎng)額定電壓的10％，以此補(bǔ)償變壓器二次繞組內(nèi)阻抗壓降和線路上的電壓損失；當(dāng)變壓器二次側(cè)供電線路不太長(zhǎng)時(shí)，如圖1-8中變壓器T2，其額定電壓只需高于電網(wǎng)額定電壓的5％即可，以此來補(bǔ)償變壓器內(nèi)部5％的電壓損耗。圖1-8電力變壓器的額定電壓說明

【例1-1】已知如圖1-9所示電力系統(tǒng)中線路的額定電壓，試求發(fā)電機(jī)和變壓器的額定電壓。圖1-9例1-1供電系統(tǒng)圖解：(1)發(fā)電機(jī)G的額定電壓應(yīng)高出同級(jí)電網(wǎng)WL3額定電壓的5％，即UN.G=1.05UN.WL3=1.05×10=10.5kV(2)計(jì)算變壓器T1的額定電壓。一次繞組的額定電壓應(yīng)等于發(fā)動(dòng)機(jī)的額定電壓，即

U1N.T1=UN.G=10.5kV

二次繞組的額定電壓應(yīng)高出遠(yuǎn)距離輸電線路WL1額定電壓的10％，即U2N.T1=1.1UN.WL1=1.1×35=38.5kV

因此，變壓器T1的額定電壓為10.5/38.5kV。

(3)計(jì)算變壓器T2的額定電壓。一次繞組的額定電壓應(yīng)等于線路WL1的額定電壓，即UIN.T2=UN.WL1=35kV二次繞組的額定電壓應(yīng)高出線路WL2額定電壓的10％，即U2N.T2=1.1UN.WL2=1.1×6=6.6kV因此，變壓器T2的額定電壓為35/6.6kV。

(4)計(jì)算變壓器T3的額定電壓。一次繞組的額定電壓應(yīng)等于線路WL3的額定電壓，即U1N.T3=UN.WL3=10kV二次繞組的額定電壓應(yīng)高出線路WL4額定電壓5％，即

U2N.T3=1.05UN.WL4=1.05×0.38=0.40kV因此，變壓器T3的額定電壓為10/0.40kV。1.2.2電壓的分類及高低電壓的劃分

1.電壓的分類按國(guó)標(biāo)規(guī)定，額定電壓分為三類：第一類額定電壓為100V及100V以下，如12V、24V、36V等，主要用于安全照明、潮濕工地建筑內(nèi)部的局部照明及小容量負(fù)荷的電源；第二類額定電壓為100V以上、1000V以下，如127V、220V、380V、660V等，主要用作低壓動(dòng)力電源和照明電源；第三類額定電壓為1000V以上，如6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV、750kV等，主要用作高壓用電設(shè)備、發(fā)電及輸電設(shè)備的額定電壓。

2.電壓高低的劃分我國(guó)的一些設(shè)計(jì)、制造和安裝規(guī)程通常以1000V為界來劃分電壓高低，即低壓指額定電壓在1000V及1000V以下者；高壓指額定電壓在1000V以上者。此外，將330kV以上的電壓稱為超高壓，將1000kV以上的電壓稱為特高壓。1.2.3供配電系統(tǒng)電壓的選擇

1.供電電壓的選擇供電電壓是指供配電系統(tǒng)從電力系統(tǒng)所取得的電源電壓。供電電壓的選擇主要取決于以下三方面的因素。

(1)電力部門所能提供的電源電壓。例如，某一中小型企業(yè)可采用10kV供電電壓，但附近只有35kV電源線路，而要取得遠(yuǎn)處的10kV供電電壓投資較大，因此只有采用35kV供電電壓。

(2)企業(yè)負(fù)荷大小及電源線路遠(yuǎn)近。每一級(jí)供電電壓都有其合理的供電容量和供電距離。當(dāng)負(fù)荷較大時(shí)，相應(yīng)的供電距離就會(huì)減小。當(dāng)企業(yè)距離供電電源較遠(yuǎn)時(shí)，為了減少能量損耗，可采用較高的供電電壓。

(3)企業(yè)大型設(shè)備的額定電壓決定企業(yè)的供電電壓。例如，某些制藥廠或化工廠的大型設(shè)備的額定電壓為6kV，因此必須采用6kV電源電壓供電。當(dāng)然也可采用35kV或10kV電源進(jìn)線，再降為6kV廠內(nèi)配電電壓供電。影響供電電壓的因素還有很多，比如導(dǎo)線的截面積、負(fù)荷的功率因數(shù)、電價(jià)制度等。在選擇供電電壓時(shí)，必須進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較，才能確定應(yīng)該采用的供電電壓。我國(guó)目前電能用戶所用的供電電壓為35～110kV、10kV、6kV。一般來講，大中型用戶常采用35～110kV作供電電壓，中小型用戶常采用10kV、6kV作供電電壓。其中，采用10kV供電電壓最為常見。表1-2所示為各級(jí)電壓下電力線路較合理的輸送容量和輸送距離。

2.配電電壓的選擇配電電壓是指用戶內(nèi)部供電系統(tǒng)向用電設(shè)備配電的電壓等級(jí)。由用戶總降壓變電所或高壓配電所向高壓用電設(shè)備配電的電壓稱為高壓配電電壓；由用戶車間變電所或建筑物變電所向低壓用電設(shè)備配電的電壓稱為低壓配電電壓。

1)高壓配電電壓中小型用戶采用的高壓配電電壓通常為10kV或6kV。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來看，最好采用10kV作為配電電壓，只有在6kV用電設(shè)備數(shù)量較多或者由地區(qū)6kV電壓直接配電時(shí)，才采用6kV作為配電電壓。這是因?yàn)樵谕瑯拥妮斔凸β屎洼斔途嚯x的條件下，配電電壓越高，線路電流越小，線路所采用的導(dǎo)線或電纜截面就越小，這樣可減少線路的初投資和金屬消耗量，減少線路的電能損耗和電壓損耗。從設(shè)備的選型及將來的發(fā)展來說，采用10kV配電電壓更優(yōu)于6kV。對(duì)于一些區(qū)域面積大、負(fù)荷多而且集中的大型用戶，如環(huán)境條件允許采用架空線路和較經(jīng)濟(jì)的電氣設(shè)備時(shí)，則可考慮采用35kV作為高壓配電電壓直接深入各用電負(fù)荷中心，并經(jīng)負(fù)荷中心變電所直接降為用電設(shè)備所需電壓。這種高壓深入負(fù)荷中心的直配方式省去了中間變壓，從而大大簡(jiǎn)化了供電接線，節(jié)約了有色金屬，降低了功率損耗和電壓損失。

2)低壓配電電壓用電單位的低壓配電電壓一般采用220／380V的標(biāo)準(zhǔn)電壓等級(jí)，其中線電壓380V接三相動(dòng)力設(shè)備及380V單相設(shè)備，相電壓220V接一般照明燈具及其他220V的單相設(shè)備。但在某些特殊場(chǎng)合(如礦井)，負(fù)荷中心遠(yuǎn)離變電所，為保證負(fù)荷端的電壓水平一般采用660V作為配電電壓。另外，在某些場(chǎng)合中，考慮到安全的原因可以采用特殊的安全低電壓配電。1.3電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式電力系統(tǒng)中性點(diǎn)是指電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)及各電壓等級(jí)變壓器的中性點(diǎn)。我國(guó)電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式主要有三種：①中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式；②中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地運(yùn)行方式；③中性點(diǎn)直接接地或經(jīng)低電阻接地運(yùn)行方式。前兩種接地系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障時(shí)的接地電流較小，因此統(tǒng)稱為小接地電流系統(tǒng)；后一種系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障時(shí)的接地電流較大，因此稱為大接地電流系統(tǒng)。電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式將直接影響電網(wǎng)的絕緣水平、系統(tǒng)供電的可靠性和連續(xù)性、電網(wǎng)的造價(jià)等，同時(shí)還與故障分析、繼電保護(hù)配置、絕緣配合等密切相關(guān)。1.3.1中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng)圖1-10所示為中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)的電路圖。三相線路的相間及相與地間都存在著分布電容。但相間電容與這里將討論的問題無關(guān)，因此不予考慮。這里只考慮相與地間的分布電容，且用集中電容C來表示。圖1-10正常運(yùn)行時(shí)中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，三個(gè)相的相電壓、、是對(duì)稱的，三個(gè)相的對(duì)地電容電流、、也是對(duì)稱的，此時(shí)三個(gè)相的對(duì)地電容電流的相量和為零，即沒有電流在地中流過。各相對(duì)地電壓均為相電壓。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，假設(shè)C相發(fā)生金屬性接地，則其接地電阻為零，如圖1-11所示。圖1-11單相接地時(shí)中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng)這時(shí)C相對(duì)地電壓為零，而非故障相A、B相的對(duì)地電壓在相位和數(shù)值上都將發(fā)生改變，即(1-1)(1-2)(1-3)

由此可見，C相發(fā)生接地故障時(shí)，非故障相A相和B相對(duì)地電壓值增大倍，變?yōu)榫€電壓，而系統(tǒng)的三個(gè)線電壓無論其相位和大小均無改變，因此，系統(tǒng)中所有設(shè)備仍可照常運(yùn)行，這是中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)。但是，單相接地后，其運(yùn)行時(shí)間不能太長(zhǎng)，以免在另一相又接地時(shí)形成兩相短路。一般允許運(yùn)行時(shí)間不超過2小時(shí)，并且這種中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)必須裝設(shè)單相接地保護(hù)或絕緣監(jiān)視裝置。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，可發(fā)出報(bào)警信號(hào)或指示，以提醒運(yùn)行值班人員注意，及時(shí)采取措施，查找和消除接地故障；如有備用線路，則可將重要負(fù)荷轉(zhuǎn)移到備用線路上；當(dāng)危及人身和設(shè)備安全時(shí)，單相接地保護(hù)裝置應(yīng)自動(dòng)跳閘。當(dāng)C相接地時(shí)，系統(tǒng)的接地電容電流為非接地相對(duì)地電容電流之和，即(1-4)在工程中，通常采用下列經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算系統(tǒng)的接地電容電流：

(1-5)式中，IC為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的單相接地電容電流，單位為A；UN為電網(wǎng)額定電壓，單位為kV；loh為與UN具有電氣聯(lián)系的架空線路總長(zhǎng)度，單位為km；Lcab為與UN具有電氣聯(lián)系的電纜線路總長(zhǎng)度，單位為km。通過計(jì)算，如果3～10kV系統(tǒng)中接地電流大于30A，或20kV及20kV以上的系統(tǒng)中接地電流大于10A，則系統(tǒng)應(yīng)采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式。1.3.2中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是發(fā)生單相接地時(shí)仍可繼續(xù)向用戶供電，但有一種情況相當(dāng)危險(xiǎn)，即當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，如果接地電流較大，則將在接地點(diǎn)產(chǎn)生斷續(xù)電弧，這就可能使線路發(fā)生諧振過電壓現(xiàn)象，從而使線路上出現(xiàn)危險(xiǎn)的過電壓(可達(dá)相電壓的2.5～3倍)，這可能導(dǎo)致線路上絕緣薄弱地點(diǎn)的絕緣被擊穿，因此中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)不宜用于單相接地電流較大的系統(tǒng)。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，可將電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地，如圖1-12所示。圖1-12中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng)消弧線圈實(shí)際上是一種帶有鐵芯的電感線圈，其電阻很小，感抗很大。當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，中性點(diǎn)電位為零，沒有電流流過消弧線圈。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，流過接地點(diǎn)的總電流是接地電容電流與流過消弧線圈電感電流的相量和。由于超前

90°，而滯后90°，因此和在接地點(diǎn)互相補(bǔ)償，可使接地電流小于發(fā)生電弧的最小電流，從而消除接地點(diǎn)的電弧以及由此引起的各種危害。另外，當(dāng)電流過零而電弧熄滅后，消弧線圈還可減小故障相電壓的恢復(fù)速度，從而減小了電弧重燃的可能性，有利于單相接地故障的消除。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)與中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)一樣，接地相對(duì)地電壓為零，非故障相對(duì)地電壓增大倍。由于相間電壓沒有改變，因此三相設(shè)備仍可以正常運(yùn)行；但也不能長(zhǎng)期運(yùn)行，必須裝設(shè)單相接地保護(hù)或絕緣監(jiān)視裝置。在單相接地時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)或指示，運(yùn)行值班人員應(yīng)及時(shí)采取措施，查找和消除故障，如有可能則將重要負(fù)荷轉(zhuǎn)移到備用線路上。1.3.3中性點(diǎn)直接接地或經(jīng)低電阻接地的電力系統(tǒng)將系統(tǒng)的中性點(diǎn)直接接地，如圖1-13所示，這種系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，通過接地中性點(diǎn)形成單相短路。由于單相短路電流比線路正常負(fù)荷電流大得多。因此，這種系統(tǒng)中裝設(shè)的短路保護(hù)裝置會(huì)立即動(dòng)作，切斷線路，切除接地故障部分，從而使系統(tǒng)的其他部分仍能正常運(yùn)行。圖1-13單相接地時(shí)中性點(diǎn)直接接地的電力系統(tǒng)當(dāng)中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，相間電壓的對(duì)稱關(guān)系被破壞，但未發(fā)生接地故障的另外兩個(gè)完好相的對(duì)地電壓不會(huì)升高，仍維持相電壓。因此，中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中的供電設(shè)備的相絕緣只需按相電壓來考慮即可。這對(duì)110kV及110kV以上的高壓系統(tǒng)來說，具有顯著的經(jīng)濟(jì)技術(shù)價(jià)值，因?yàn)楦邏弘娖鳎貏e是超高壓電器，其絕緣問題是影響電器設(shè)計(jì)制造的關(guān)鍵問題。電器絕緣要求的降低將直接降低電器的造價(jià)，同時(shí)還可改善電器的性能。因此110kV及110kV以上的電力系統(tǒng)通常都采用中性點(diǎn)直接接地的運(yùn)行方式。近年來，隨著10kV配電系統(tǒng)應(yīng)用的擴(kuò)大，現(xiàn)代化大、中城市逐漸以電纜線路取代架空線路，而電纜線路的單相接地電容電流遠(yuǎn)比架空線路的大得多。因此，即使采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的方式也無法在發(fā)生接地故障時(shí)完全熄滅電?。欢g歇性電弧及諧振引起的過電壓會(huì)損壞供配電設(shè)備和線路，從而導(dǎo)致供電的中斷。為了解決上述問題，我國(guó)一些大城市的10kV系統(tǒng)采用了中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地的方式。例如，北京市四環(huán)路以內(nèi)地區(qū)的變電站，10kV系統(tǒng)中性點(diǎn)均采用經(jīng)低電阻接地的方式，它接近于中性點(diǎn)直接接地的運(yùn)行方式。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，保護(hù)裝置會(huì)迅速動(dòng)作，切除故障線路，通過備用電源的自動(dòng)投入，使系統(tǒng)的其他部分恢復(fù)正常運(yùn)行。必須指出，這類城市電網(wǎng)通常都采用環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，并且保護(hù)完善，因此供電可靠性是相當(dāng)高的。1.3.4中性點(diǎn)不同運(yùn)行方式的比較和應(yīng)用范圍電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)運(yùn)行方式是一個(gè)涉及面很廣的問題。它對(duì)于供電可靠性、過電壓、絕緣配合、短路電流、繼電保護(hù)、系統(tǒng)穩(wěn)定性以及對(duì)弱電系統(tǒng)的干擾等諸多方面都有不同程度的影響，特別是在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)有明顯的影響。因此，電力系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式應(yīng)依據(jù)國(guó)家的有關(guān)規(guī)定，并根據(jù)實(shí)際情況來確定。表1-3比較了中性點(diǎn)不同運(yùn)行方式在供電可靠性、過電壓與絕緣水平、繼電保護(hù)、對(duì)通信的干擾及系統(tǒng)穩(wěn)定性方面產(chǎn)生的影響。在我國(guó)電力系統(tǒng)中，中性點(diǎn)接地方式的應(yīng)用范圍大致如下：

(1)220/380V系統(tǒng)均采用中性點(diǎn)直接接地方式，在發(fā)生單相接地故障時(shí)，一般能使保護(hù)裝置迅速動(dòng)作，切除故障部分，保障人身安全。

(2)3～10kV系統(tǒng)多采用中性點(diǎn)不接地方式，僅在線路長(zhǎng)或有電纜線路而且單相接地電流越限時(shí)，才采用經(jīng)消弧線圈接地方式。這種接地系統(tǒng)供電可靠性較高。

(3)35～66kV系統(tǒng)多采用經(jīng)消弧線圈接地方式，以限制過大的單相接地電流。

(4)110kV及110kV以上系統(tǒng)多數(shù)采用中性點(diǎn)直接接地方式。系統(tǒng)電壓升高，絕緣費(fèi)用在總投資中所占比重增大，中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)對(duì)降低絕緣水平有明顯的優(yōu)勢(shì)。1.4供電系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)對(duì)電能用戶而言，衡量供電質(zhì)量的主要指標(biāo)有電壓、頻率和可靠性。1.4.1電壓的質(zhì)量要求交流電的電壓質(zhì)量包括電壓的數(shù)值與波形兩個(gè)方面。電壓質(zhì)量對(duì)各類用電設(shè)備的工作性能、使用壽命、安全及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都有直接的影響。電氣設(shè)備的額定電壓和額定頻率是電氣設(shè)備正常工作并獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益的條件。

1.電壓偏差電壓偏差是指實(shí)際電壓U偏離額定電壓UN的幅度，一般用百分?jǐn)?shù)表示，即(1-6)當(dāng)電壓偏離額定值時(shí)，對(duì)電力系統(tǒng)本身及電力設(shè)備將產(chǎn)生很大的影響。供配電系統(tǒng)主要影響電力設(shè)備。對(duì)于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，其最大轉(zhuǎn)矩與端電壓的平方成正比，當(dāng)電壓降低時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩顯著減小，轉(zhuǎn)差增大，從而使定子、轉(zhuǎn)子電流都顯著增大，溫升增加，絕緣老化加速，甚至燒毀電動(dòng)機(jī)；并且由于轉(zhuǎn)矩減小，轉(zhuǎn)速下降，將導(dǎo)致生產(chǎn)效益降低，產(chǎn)量減少，產(chǎn)品質(zhì)量下降。反之，當(dāng)電壓過高時(shí)，激磁電流與鐵損都大大增加，將引起電機(jī)過熱，從而效率降低。對(duì)電熱裝置，這類設(shè)備的功率與電壓平方成正比，所以電壓過高將損傷設(shè)備，電壓過低又達(dá)不到所需溫度。電壓偏移對(duì)白熾燈影響顯著，白熾燈的端電壓降低10％時(shí)，發(fā)光效率下降30％以上，燈光明顯變暗；端電壓升高10％時(shí)，發(fā)光效率將提高1/3，但使用壽命將只有原來的1/3。因此我國(guó)規(guī)定了供電電壓與用電設(shè)備端子電壓的允許偏差。

(1)供電電壓允許偏差。由于輸電線路具有阻抗，變壓器作為電源也有內(nèi)阻抗，因此當(dāng)用戶用電量大小發(fā)生變化時(shí)，這些阻抗上的壓降也會(huì)隨之變化，從而引起供電線路上各點(diǎn)電壓的變化。要嚴(yán)格保證在任何時(shí)刻供電電壓都為額定電壓是不可能的。因此國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB12325—90《電能質(zhì)量·供電電壓允許偏差》規(guī)定了不同電壓等級(jí)的允許電壓偏差，見表1-4。

(2)用電設(shè)備端子電壓允許偏差。用電設(shè)備都是按額定電壓設(shè)計(jì)制造的，當(dāng)用電設(shè)備端子電壓實(shí)際值偏離額定值時(shí)，其性能將直接受到影響。而大多數(shù)用電設(shè)備在稍微偏離額定值的電壓下運(yùn)行時(shí)仍具有良好的技術(shù)指標(biāo)。為此國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50052—95《供配電設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定了用電設(shè)備端子電壓允許偏差，見表1-5。為了滿足用電設(shè)備對(duì)電壓偏差的要求，供配電系統(tǒng)可采用不同方法進(jìn)行電壓的調(diào)整，如正確選擇無載調(diào)壓型變壓器的電壓分接頭或采用有載調(diào)壓型變壓器，合理減少系統(tǒng)的阻抗，改變系統(tǒng)的運(yùn)行方式，盡量使系統(tǒng)的三相負(fù)荷均衡，采用無功功率補(bǔ)償裝置等措施。

2.波形畸變近年來，隨著硅整流、晶閘管變流設(shè)備、微機(jī)和網(wǎng)絡(luò)以及各種非線性負(fù)荷使用的增加，致使大量諧波電流注入電網(wǎng)，造成電壓正弦波波形畸變，使電能質(zhì)量大大下降，給供電設(shè)備及用電設(shè)備帶來了嚴(yán)重危害，不僅使損耗增加，還使某些用電設(shè)備不能正常運(yùn)行，甚至可能引起系統(tǒng)諧振，從而在線路上產(chǎn)生過電壓，擊穿線路設(shè)備絕緣；還可能造成系統(tǒng)的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置發(fā)生誤動(dòng)作；對(duì)附近的通信設(shè)備和線路產(chǎn)生干擾。因此國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/

T14549—1993《電能質(zhì)量·公共電網(wǎng)諧波》規(guī)定了電壓波形的畸變率，如表1-6所示。1.4.2頻率的質(zhì)量要求在電力系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下，頻率是一個(gè)全系統(tǒng)一致的運(yùn)行參數(shù)。頻率的穩(wěn)定取決于電力系統(tǒng)有功功率的平衡，而電力系統(tǒng)中負(fù)荷是不斷變化的，因此頻率的波動(dòng)是難免的。但頻率超過規(guī)定范圍的變化，將對(duì)發(fā)電設(shè)備和用電設(shè)備的工作產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。我國(guó)采用的額定頻率為50Hz，當(dāng)電網(wǎng)低于額定頻率運(yùn)行時(shí)，所有電力用戶的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速都將相應(yīng)降低，因而工廠的產(chǎn)量和質(zhì)量都將不同程度地受到影響。頻率的變化還將影響到計(jì)算機(jī)、自控裝置等設(shè)備的準(zhǔn)確性，影響供配電系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，因而對(duì)頻率的要求比對(duì)電壓的要求更嚴(yán)格。頻率的質(zhì)量是以頻率偏差來衡量的。在正常情況下，頻率的允許偏差是根據(jù)電網(wǎng)的裝機(jī)容量來確定的；在事故情況下，頻率允許的偏差更大。表1-7給出了電力系統(tǒng)頻率的允許偏差。1.4.3供電的可靠性要求供電的可靠性是指確保用戶能夠隨時(shí)得到供電，它是衡量供電質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，涉及系統(tǒng)中供電電源的保證率、輸配電設(shè)備的完好率以及各個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)備的事故率等。供電的可靠性可用供電企業(yè)對(duì)電力用戶全年實(shí)際供電小時(shí)數(shù)與全年總小時(shí)數(shù)(8760h)的百分比值來衡量，也可用全年的停電次數(shù)和停電持續(xù)時(shí)間來衡量。我國(guó)在《中國(guó)縣(市)電力企業(yè)現(xiàn)代化標(biāo)準(zhǔn)》中，要求城網(wǎng)供電可靠率應(yīng)達(dá)到99.8%以上，農(nóng)網(wǎng)應(yīng)達(dá)到98%以上。造成用戶供電中斷的原因主要包括預(yù)安排停電、設(shè)備故障停電以及系統(tǒng)停電三個(gè)方面。其中，預(yù)安排停電占絕大多數(shù)。供配電系統(tǒng)應(yīng)不斷提高供電可靠性，減少設(shè)備檢修和電力系統(tǒng)事故對(duì)用戶的停電次數(shù)及每次停電持續(xù)時(shí)間。供電設(shè)備計(jì)劃?rùn)z修應(yīng)做到統(tǒng)一安排。供電設(shè)備計(jì)劃?rùn)z修時(shí)，對(duì)35kV及35kV以上電壓供電的用戶，每年停電不應(yīng)超過1次；對(duì)10kV供電的用戶，每年停電不應(yīng)超過3次。1.5電力負(fù)荷的分級(jí)及其對(duì)供電的要求

1.電力負(fù)荷的概念電力負(fù)荷又稱電力負(fù)載。它有兩種含義：一是指耗用電能的用電設(shè)備或用電單位(用戶)，如重要負(fù)荷、不重要負(fù)荷、動(dòng)力負(fù)荷、照明負(fù)荷等；另一是指用電設(shè)備或用電單位所耗用的電功率或電流大小，如輕負(fù)荷(輕載)、重負(fù)荷(重載)、空負(fù)荷(空載)、滿負(fù)荷(滿載)等。電力負(fù)荷的具體含義視具體情況而定。

2.電力負(fù)荷的分級(jí)及對(duì)供電電源的要求在用電單位中，各類負(fù)荷的運(yùn)行特點(diǎn)及重要性是不一樣的，它們對(duì)供電的可靠性和電能質(zhì)量的要求也不相同。為了合理選擇供電電壓并擬定供配電系統(tǒng)的方案，根據(jù)對(duì)供電可靠性的要求及中斷供電造成的損失或影響程度，可將電力用戶負(fù)荷分為以下三類。

1)一級(jí)負(fù)荷一級(jí)負(fù)荷是指中斷供電將造成人身傷亡危險(xiǎn)，或造成重大設(shè)備損失且難以修復(fù)，或給國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來重大損失，或在政治上造成重大影響的電力負(fù)荷，如火車站、大會(huì)堂、重要賓館、通信交通樞紐、重要醫(yī)院的手術(shù)室、煉鋼爐、國(guó)家級(jí)重點(diǎn)文物保護(hù)場(chǎng)所等。一級(jí)負(fù)荷要求由兩個(gè)獨(dú)立電源供電，當(dāng)其中一個(gè)電源發(fā)生故障時(shí)，另一個(gè)電源應(yīng)不致同時(shí)受到損壞。一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷，除上述兩個(gè)電源外，還必須增設(shè)應(yīng)急電源。常用的應(yīng)急電源有：獨(dú)立于正常電源的發(fā)電機(jī)組、專門供電線路、蓄電池和干電池。

2)二級(jí)負(fù)荷二級(jí)負(fù)荷是指中斷供電將在政治和經(jīng)濟(jì)上造成較大損失的電力負(fù)荷，如主要設(shè)備損壞、大量產(chǎn)品報(bào)廢、連續(xù)生產(chǎn)過程被打亂需較長(zhǎng)時(shí)間才能恢復(fù)、重點(diǎn)企業(yè)大量減產(chǎn)等。二級(jí)負(fù)荷要求由雙回路供電，供電變壓器也應(yīng)有兩臺(tái)(這兩臺(tái)變壓器不一定在同一變電所)。當(dāng)其中一回路或一臺(tái)變壓器發(fā)生常見故障時(shí)，二級(jí)負(fù)荷應(yīng)不致中斷供電，或中斷供電后能迅速恢復(fù)供電。

3)三級(jí)負(fù)荷三級(jí)負(fù)荷為一般電力負(fù)荷，所有不屬于上述一、二級(jí)負(fù)荷的均屬于三級(jí)負(fù)荷。由于三級(jí)負(fù)荷為不重要的一般負(fù)荷，因此它對(duì)供電電源無特殊要求，一般由一個(gè)電源供電。表1-8列出了一些常用重要電力負(fù)荷級(jí)別。基本技能訓(xùn)練電力系統(tǒng)圖的閱讀

1.電力系統(tǒng)圖的特點(diǎn)電力系統(tǒng)圖是從總體上描述電力系統(tǒng)的，這個(gè)系統(tǒng)可以大到一個(gè)省、一個(gè)區(qū)域的電力網(wǎng)，也可以小到一個(gè)地區(qū)、一個(gè)用電單位的供電關(guān)系。電力系統(tǒng)圖所描述的內(nèi)容是電力系統(tǒng)的基本組成和主要特征，而不是全部組成和全部特征，因此有些元件在圖中就沒有表示出來。通過閱讀系統(tǒng)圖