第1章供配電系統(tǒng)基礎(chǔ)知識

供配電技術(shù)主編：曾令琴課件制作：曾令琴作為我國經(jīng)濟建設(shè)飛速發(fā)展的先行工業(yè)—電力系統(tǒng)，建設(shè)步伐異常迅猛。隨著三峽電廠的建成，我國電網(wǎng)將以三峽為中心華中電網(wǎng)華東電網(wǎng)西北電網(wǎng)川渝電網(wǎng)山東電網(wǎng)連接?xùn)|北電網(wǎng)初步形成以華北電網(wǎng)為中心的大規(guī)模北部電網(wǎng)。學(xué)習(xí)目標南方電網(wǎng)也將隨著的開發(fā)，進一步加強我國南部電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，增加云南外送的電力，最終形成全國統(tǒng)一特大規(guī)模電網(wǎng)。龍灘水電站小灣水電站貴州煤電基地學(xué)習(xí)目標作為未來電力系統(tǒng)技術(shù)人員，通過對供配電系統(tǒng)基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，要求了解國內(nèi)外供配電技術(shù)的發(fā)展概況及電力系統(tǒng)的組成熟悉電力系統(tǒng)相關(guān)基本概念掌握電力系統(tǒng)的運行特點供電質(zhì)量及其改善措施工廠供配電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)組成電力用戶供配電電壓的選擇學(xué)習(xí)目標1.1國內(nèi)外供配電技術(shù)發(fā)展概況及電力系統(tǒng)的組成1.1.1國內(nèi)外供配電技術(shù)發(fā)展概況20世紀三相交流電發(fā)明之后，供配電技術(shù)就朝著的方向不斷發(fā)展，截至2007年底，全國發(fā)電裝機容量達到71329萬千瓦，同比增長14.36%，其中水電達到14526萬千瓦，占20.36%，火電裝機達55442萬千瓦，占77.73%，核電達885萬千瓦，同比增長29.2%，并網(wǎng)生產(chǎn)風(fēng)電設(shè)備容量達到403萬千瓦，同比增長94.4%。大機組大電網(wǎng)超高壓高自動化《全國電力供需與經(jīng)濟運行形勢分析預(yù)測報告(2007-2008)》數(shù)據(jù)顯示：2007年全社會用電量完成32458億千瓦時，其中工業(yè)用電量為24566億千瓦時，比重為75.09%。這一數(shù)字說明我國目前用電結(jié)構(gòu)趨于重型化。法國日本為滿足經(jīng)濟增長對電力的需求，國家加大電力建設(shè)投資，計劃全國每年發(fā)電規(guī)模在1500萬千瓦以上。預(yù)計2010年我國電力裝機容量將達到6.7億千瓦，全社會用電量達到3.09萬億千瓦時；2020年，裝機容量將達到10億千瓦，全社會用電量達到4.6萬億千瓦時。的發(fā)展戰(zhàn)略為我國電力系統(tǒng)的發(fā)展帶來了極大的空間。

西電東送南北互供全國聯(lián)網(wǎng)中國電力跨越式發(fā)展，使得發(fā)電裝機容量和發(fā)電量先后超過德國加拿大德國英國俄羅斯躍升世界第二！美國日本首次量產(chǎn)發(fā)電效率全球最高的燃料電池，并正在開發(fā)高效家用燃料電池?zé)犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)；

世界范圍內(nèi)，電力工業(yè)正在進行以打破壟斷、引進競爭為特征的電力體制改革，2008世界電力工業(yè)概況統(tǒng)計顯示：

德國靠“秘密技術(shù)”讓太陽和地?zé)崴l(fā)電；印度核電技術(shù)瞄準提高單位核燃料的發(fā)電量；菲律賓擬利用意大利援助的資金采用海流發(fā)電；挪威石油公司將于2009年建立世界第一個深海風(fēng)電裝置；奧地利將加大水電開發(fā)以推動節(jié)能減排；英國擬建水上太陽能板；俄羅斯研制出新一代核電廠挑戰(zhàn)通用電氣搶占國際電力市場電力系統(tǒng)的組成：

發(fā)電供電用電同時完成，電能不能儲存！1.1.2電力系統(tǒng)的組成電力系統(tǒng)的生產(chǎn)特點：

發(fā)電廠輸電網(wǎng)配電網(wǎng)電力用戶對電力系統(tǒng)的要求：

安全可靠連續(xù)電力系統(tǒng)的功能就是完成電能的生產(chǎn)、輸送和分配。110kV以上110kV以下多個電廠并網(wǎng)組成動力系統(tǒng)＝電力系統(tǒng)＋動力裝置＋熱能系統(tǒng)電力網(wǎng)＝變壓器＋輸配電線路＋電能用戶按供電范圍的大小和電壓等級的高低，電力網(wǎng)可分為地方電力網(wǎng)、區(qū)域電力網(wǎng)和超高壓輸電網(wǎng)三種類型。一般情況下，地方電力網(wǎng)的電壓不超過35kV，區(qū)域電力網(wǎng)電壓為110～220kV，電壓為330kV及以上的為超高壓遠距離輸電網(wǎng)。1.電力系統(tǒng)的基本概念由電力系統(tǒng)加上發(fā)電廠的動力部分及其熱能系統(tǒng)和熱能用戶組成的電能與熱能的整體就是動力系統(tǒng)。動力系統(tǒng)是電能、熱能的生產(chǎn)與消費聯(lián)系起來的紐帶。

電力系統(tǒng)通常由許多發(fā)電廠并列起來組成。電力系統(tǒng)按供電范圍的大小和電壓等級的高低，電力網(wǎng)可分為地方電力網(wǎng)、區(qū)域電力網(wǎng)和超高壓輸電網(wǎng)三種類型。一般情況下，地方電力網(wǎng)電壓不超過35kV，區(qū)域電力網(wǎng)電壓為110～220kV，電壓為330kV及以上的為超高壓遠距離輸電網(wǎng)。變電站分為升壓變電站和降壓變電站兩類，但按其作用和地位又可分為樞紐變電站、區(qū)域樞紐變電站和終端變電站。2.電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)第一類：100V以下額定電壓，用于蓄電池和安全照明用具等電氣設(shè)備。

國家規(guī)定：電力網(wǎng)的額定電壓分有500KV、220KV、110KV、63KV、35KV、10kV。為保證電力設(shè)備端電壓不超過額定電壓的±5%，通常允許發(fā)電機額定電壓比電網(wǎng)額定電壓高5%，末端受電變電站端電壓比電網(wǎng)額定電壓低5%。

3.電力系統(tǒng)的額定電壓第二類：大于100V、小于1000V的額定電壓，用于一般工業(yè)和民用電氣設(shè)備。第三類：1000V以上的額定電壓，用于高壓電氣設(shè)備。某發(fā)電機發(fā)電為3kMW，所帶負荷僅為2.4kM

W。問：余下的0.6kMW電能到哪兒去了？（1）電力系統(tǒng)是一個有機的整體，其中任何一個主要設(shè)備運行情況的改變，都將影響整個電力系統(tǒng)的正常運行。4.電力系統(tǒng)的特性（2）發(fā)電廠發(fā)出的交流電不能直接儲存，決定了電能的生產(chǎn)、輸送、分配和使用必須同時進行。因此要時刻保持電力系統(tǒng)有功功率和無功功率的平衡。（3）電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)是時時變化的動態(tài)，除了設(shè)備的計劃停送電外，異常和事故對系統(tǒng)的沖擊是隨機的；正常情況下電力系統(tǒng)的負荷和機組出力的變化也是隨機的。何謂電力系統(tǒng)？何謂動力系統(tǒng)？什么是電力網(wǎng)？電力系統(tǒng)為什么要求“無功功率平衡”？如果不平衡，會出現(xiàn)什么情況？1.2發(fā)電廠、變電所的類型1.2.1發(fā)電廠類型利用燃煤(或石油、天然氣)燃燒使汽輪機轉(zhuǎn)動。凝汽式火電廠生產(chǎn)過程：化學(xué)能熱能機械能電能這類火電廠僅向用戶供出電能，通常建在能源附近。1.2.1發(fā)電廠類型熱電廠熱電廠不僅向用戶供出電能，同時還向用戶供蒸汽或熱水，由于供熱距離不宜太遠，所以熱電廠大多建在城市和用戶附近。利用水的流量和落差使水輪機轉(zhuǎn)動。

生產(chǎn)過程：水能機械能電能水電站核電站利用原子能在反應(yīng)堆的核裂變使汽輪機轉(zhuǎn)動

生產(chǎn)過程：原子能機械能電能

生產(chǎn)過程：風(fēng)能機械能電能風(fēng)力發(fā)電站風(fēng)力發(fā)電是利用風(fēng)力帶動風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再通過增速機將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機發(fā)電。依據(jù)目前的風(fēng)車技術(shù)，大約是每秒三公尺的微風(fēng)速度，便可以開始發(fā)電。

生產(chǎn)過程：潮汐能機械能電能潮汐發(fā)電站潮汐發(fā)電是利用潮汐能。潮汐發(fā)電必須具備兩個物理條件：①潮汐的幅度必須大，至少要有幾米；②海岸地形必須能儲蓄大量海水，并可進行土建工程。潮汐發(fā)電的工作原理與一般水力發(fā)電的原理相近，即在河口或海灣筑一條大壩，以形成天然水庫，水輪發(fā)電機組就裝在攔海大壩里。潮汐電站可以是單水庫或雙水庫。

太陽能發(fā)電以地?zé)?、風(fēng)力、潮汐、太陽能等為一次能源的發(fā)電廠（站）容量較小，分布在離這些一次能源較近的區(qū)域，發(fā)電量占總發(fā)電量的極小一部分。地?zé)崮馨l(fā)電世界上所有國家，主要發(fā)電形式仍為火力發(fā)電、水利發(fā)電和核能發(fā)電，其他除潮汐和風(fēng)力發(fā)電外還有1.2.2變電所類型發(fā)電廠通常建立在距離一次能源豐富或傳輸便利的地域，與電力用戶有一定的距離。為了經(jīng)濟、可靠、快速地把電能從發(fā)電廠輸送至用戶，必須經(jīng)過變電所升高電壓，因此，升壓變電所一般安裝在發(fā)電廠中，不另設(shè)變電所。由于高壓危險，距離用戶較近時須把傳送的高壓降低，降壓變電所的作用就是在傳遞電能的同時降低電壓。所以，變電所是電力供應(yīng)的中間轉(zhuǎn)運站，用來提高或降低電壓，向用電單位輸送和分配電能。從規(guī)模上分，變電所有樞紐變電所、地區(qū)重要變電所和一般變電所。樞紐變電所樞紐變電所的一次電壓通常為330kV和500kV，二次電壓為220kV或110kV。地區(qū)重要變電所地區(qū)重要變電所的一次電壓通常為220kV和330kV，二次電壓為110kV、35kV或10kV。一般變電所一般變電所的一次電壓大多為110kV，二次電壓為10kV或以下等級。一般變電所均設(shè)在負荷中心，盡可能靠近用戶，如果變電所遠離用戶，不僅電能損耗大，造成用戶端電壓不足，而且極易使電源頻率不穩(wěn)定而影響供電質(zhì)量。

樞紐變電所和一般變電所有什么區(qū)別？你能回答嗎？

一次能源包括哪些？說一說電能屬于一次能源嗎？問題與思考熱電廠和凝汽式電廠有什么不同？這類火力發(fā)電廠通常建在哪些地方？

1.3電力系統(tǒng)中性點運行方式電力系統(tǒng)中性點是指發(fā)電機、變壓器星形接線中性點。

1.3.1中性點直接接地方式電力系統(tǒng)中性點的運行方式共三種中性點直接接地中性點經(jīng)消弧線圈接地中性點不接地中性點直接接地方式就是把電源中性點直接與“地”相接，我國110kV及以上電壓等級的電力系統(tǒng)均屬于這種大接地電流系統(tǒng)。該系統(tǒng)運行中若發(fā)生一短路，立即造成系統(tǒng)中流過很大的單相接地電流。依靠系統(tǒng)中繼電保護裝置跳閘可迅速切除故障。再用重合閘恢復(fù)正常供電。優(yōu)點：操作過電壓均比中性點絕緣電網(wǎng)低，系統(tǒng)不易過電壓。缺點：短路大接地電流對通訊系統(tǒng)造成的干擾影響較大。中性點不接地系統(tǒng)適用于10kV架空線路為主的輻射形或樹狀形的供電網(wǎng)絡(luò)。該接地方式在運行中若發(fā)生單相接地故障，流過故障點電流僅為電網(wǎng)對地電容中通過的電流，其值是正常運行的單相對地電容電流的3倍，稱為小接地電流系統(tǒng)。1.3.2中性點不接地方式優(yōu)點：中性點不接地系統(tǒng)由于故障時接地電流很小，瞬時故障一般可自動熄弧，非故障相電壓升高不大，不會破壞系統(tǒng)的對稱性，故可帶故障連續(xù)供電2h，供電的可靠性相對提高。

缺點：中性點不接地方式的中性點絕緣，在發(fā)生弧光接地時，電弧的反復(fù)熄滅與重燃，相當(dāng)于電容反復(fù)充電。由于對地電容中的能量不能釋放，可造成電壓升高，從而對設(shè)備絕緣造成威脅。1.3.3中性點經(jīng)消弧線圈接地方式利用消弧線圈的電感電流對接地電容電流進行補償，使通過故障點的電流減小到能自行熄弧范圍。利用對消弧線圈無載分接開關(guān)的操作，使其在一定范圍內(nèi)達到過補償運行，從而實現(xiàn)減小接地電流的目的。使電網(wǎng)持續(xù)運行時間延長，相對提高了供電可靠性。此方式也是小接地電流系統(tǒng)。在各級電壓網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)單相接地故障時，通過故障點總的電容電流超過下列數(shù)值時，必須盡快安裝消弧線圈：①對3kV～6kV電網(wǎng)，故障點總電容電流超過30A；②對10kV電網(wǎng)，故障點總電容電流超過20A；③對22kV～66kV電網(wǎng)，故障點總電容電流超過10A。你能回答嗎？電力系統(tǒng)中性點接地方式有哪幾種？采用中性點不接地系統(tǒng)有何優(yōu)缺點？

問題與思考中性點不接地系統(tǒng)若發(fā)生單相接地故障時，其故障相對地電壓等于多少？此時接地點的短路電流是正常運行的單相對地電容電流的多少倍？

答1：故障相對地電壓為零，接地點的短路電流是正常運行的單相對地電容電流的3倍。答2：電力系統(tǒng)中性點接地方式有中性點直接接地方式、中性點不接地方式和中性點經(jīng)消弧線圈接地方式三種。（優(yōu)缺點略）1.4電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量及其改進措施1.4.1用戶對供電質(zhì)量的基本要求從上述指標來看，保證對用戶不間斷地供給充足、優(yōu)質(zhì)而又經(jīng)濟的電能，是現(xiàn)代工礦企業(yè)對供配電系統(tǒng)的基本要求。安全性指標可靠性指標優(yōu)質(zhì)性指標經(jīng)濟性指標1.4.2供配電的電能質(zhì)量評價供配電系統(tǒng)電能質(zhì)量的主要指標有：①電壓偏差供配電系統(tǒng)改變運行方式和負荷緩慢地變化會使供配電系統(tǒng)各點的電壓也隨之變化，這時各點實際電壓與系統(tǒng)標稱電壓之差與系統(tǒng)標稱電壓之比ΔU稱為電壓偏差。電壓偏差ΔU也常用與系統(tǒng)標稱電壓的百分比表示。即：電壓偏差對系統(tǒng)和用戶的影響電壓偏差過大會對供配電系統(tǒng)的正常運行產(chǎn)生以下不利影響：1．對感應(yīng)電動機的影響：由于電動機轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比，當(dāng)電壓出現(xiàn)正偏差時，電動機機端電壓升高，激磁電流和溫升增加，絕緣受到過電壓和過熱的威脅；當(dāng)電壓出現(xiàn)負偏差時，轉(zhuǎn)矩下降轉(zhuǎn)速降低，同時負荷電流會增加，都將影響電動機的使用壽命。2．對照明設(shè)備的影響：照明設(shè)備的發(fā)光效率與電壓的關(guān)系極大，當(dāng)電壓降低時會引起照明設(shè)備的效率降低，造成照度不足，影響照明效果，同時還會導(dǎo)致氣體放電光源的照明器不能正常點燃；當(dāng)電壓偏高時，光源壽命縮短很多。3．對電子設(shè)備的影響：對于大規(guī)模自動控制系統(tǒng)計算中心來說，電壓偏差會造成系統(tǒng)的工作紊亂，數(shù)據(jù)損壞；對于精密機床、機器人等，電壓偏差可能造成無法保持對由其驅(qū)動過程的精確控制。4．電壓偏差對無功補償?shù)挠绊戨妷哼^低會引起補償電容器組輸出無功減少，不能滿足補償要求。電壓偏差的允許值35kV及35kV以上電壓供配電，電壓正、負偏差的絕對值之和不應(yīng)超過額定值的10%；10kV及10kV以下三相供配電，為額定值的±7%；220V單相供配電為額定值的＋7%、－10%。在供配電系統(tǒng)非正常情況下，用戶受電端的電壓最大允許偏差不應(yīng)超過額定值的±10%。

電壓偏差的改善措施（1）就地進行無功功率補償：無功負荷的變化在電網(wǎng)各級系統(tǒng)中均產(chǎn)生電壓偏差，是產(chǎn)生電壓偏差的源，及時調(diào)整補償量，從源上解決問題，是最有效的措施。

（2）調(diào)整同步電動機的勵磁電流：調(diào)整后使同步電動機產(chǎn)生超前或滯后的無功功率，使網(wǎng)絡(luò)負荷的功率因數(shù)得到改善，達到調(diào)整電壓偏差的目的。

（3）采用有載調(diào)壓變壓器，是最經(jīng)濟有效地措施之一。

評價供配電系統(tǒng)電能質(zhì)量的主要指標有：①電壓偏差；②電壓波動和閃變

電壓在某一段時間內(nèi)急劇變化而偏離額定值的現(xiàn)象，稱為電壓波動；周期性電壓急劇變化引起電源光通量急劇波動而造成人的視覺感官不舒適的現(xiàn)象，稱為閃變。電壓波動和電壓閃變是由電弧爐、軋機、電弧焊機等波動負荷引起的。

1.4.2供配電的電能質(zhì)量電壓波動和閃變的限制措施①采用單獨回路供電②降低共用配電線路阻抗③提高供電電壓④增加短路容量⑤采用靜止型無功功率補償裝置評價電能質(zhì)量的主要指標：①電壓偏差；②電壓波動和閃變；③諧波；1.4.2供配電的電能質(zhì)量由于電力系統(tǒng)中存在大量的非線性供用電設(shè)備，使得電壓波形偏離正弦波，這種現(xiàn)象稱為電壓正弦波畸變。電壓波形的畸變程度用電壓正弦波畸變率來衡量，也稱為電壓諧波畸變率。諧波的改善措施①加強系統(tǒng)承受諧波的能力；②提高供、用電設(shè)備抗諧波干擾的能力；③限制諧波的產(chǎn)生；④裝設(shè)交流濾波器吸收諧波。評價供配電系統(tǒng)電能質(zhì)量的主要指標有：①電壓偏差；②電壓波動和閃變；③諧波；④頻率偏差1.4.2供配電的電能質(zhì)量頻率偏差是指供電的實際頻率與電網(wǎng)的額定頻率的差值。我國電網(wǎng)的標準頻率為50Hz，又叫工頻。頻率偏差一般不超過±0.25Hz，當(dāng)電網(wǎng)容量大于3000MW時，頻率偏差不超過±0.2Hz。頻率偏差改善措施調(diào)整頻率的辦法是增大或減小電力系統(tǒng)發(fā)電機有功功率。你能回答嗎？

用戶電能的頻率是通過什么環(huán)節(jié)進行調(diào)整的？在供配電系統(tǒng)中頻率可調(diào)嗎？問題與思考

何謂電壓波動與閃變？電壓正弦波畸變是什么原因造成的？

衡量電能質(zhì)量的兩個重要指標是什么？

電壓和頻率是衡量電能的兩個重要指標。用戶電能的頻率是通過發(fā)電廠調(diào)節(jié)發(fā)電機的轉(zhuǎn)速來調(diào)整的。供配電系統(tǒng)中頻率是不可調(diào)的。電壓在某一段時間內(nèi)急劇變化而偏離額定值的現(xiàn)象，稱為電壓波動。周期性電壓急劇變化引起電源光通量急劇波動而造成人的視覺感官不舒適的現(xiàn)象，稱為閃變。電壓正弦波畸變是由于電力系統(tǒng)中存在大量的非線性供用電設(shè)備造成的。

1.5供配電電壓的選擇1.5.1供配電系統(tǒng)電力變壓器的額定電壓工廠供配電電壓的高低，對電能質(zhì)量及降低電能損耗均有重大的影響。在輸送功率一定的情況下，若提高供電電壓，就能減少電能損耗，提高用戶端電壓質(zhì)量。從另一方面講，電壓等級越高，對設(shè)備的絕緣性能要求也越高，投資費用相應(yīng)增加。因此，供配電電壓的選擇主要取決于用電負荷的大小和供電距離的長短。①電力變壓器連接于線路上時，其一次繞組的額定電壓應(yīng)與配電網(wǎng)的額定電壓相同，高于供電電網(wǎng)額定電壓5%；②電力變壓器的二次繞組額定電壓是指變壓器的一次繞組加額定電壓，二次繞組開路時的空載電壓?？紤]到變壓器在滿載運行時，二次繞組內(nèi)約有5%的電壓降，另外二次側(cè)供電線路較長等原因，變壓器的二次繞組端電壓應(yīng)高于供電電網(wǎng)電壓10%。1.5.2電壓等級劃分及適用范圍按照電力行業(yè)標準DL408-1991《電力安全工