《供配電技術》課件 1 供配電系統(tǒng)簡述

供配電技術省級職業(yè)教育專業(yè)教學資源庫成果教材新時代職業(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)簡述項目一供配電系統(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、輸送、分配和使用保持嚴格的平衡，電力系統(tǒng)的組成示意圖如圖所示。電力系統(tǒng)是通過各級電壓的電力線路，將發(fā)電廠、變配電所和電力用戶連接起來的一個發(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電壓線路，稱為電網。但習慣上，電網或系統(tǒng)往往是以電壓等級來區(qū)分的，如10kV電網或10kV系統(tǒng)。這里的電網或系統(tǒng)，實際上是指某一電壓等級相互聯系的整個電力線路。1.1.1電力系統(tǒng)的組成由于電能和其他產品相比有著不能儲存的特點，所以電能的生產（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程示意圖如圖所示。我國電網按電壓等級、輸送功率和供電范圍大小，可分為區(qū)域電網和地方電網。區(qū)域電網的供電范圍較大，電壓一般在220kV及以上，如華北電網、東北電網等。地方電網的供電范圍較小，最高電壓一般不超過110kV，工廠供配電系統(tǒng)屬于地方電網的一種。為了充分利用動力資源，降低發(fā)電成本，發(fā)電廠的選址往往遠離城市和電力用戶。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)電廠生產的電能經過升壓、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，將鍋爐中的水轉換為蒸汽，蒸汽推動汽輪機轉動，從而帶動發(fā)電機旋轉產生電能。我國火力發(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、石油的化學能轉換為電能，由于煤、天然氣和石油是不可再生能源，且燃燒時會產生大量的二氧化碳、二氧化硫等，對大氣環(huán)境造成污染。因此，我國正發(fā)展超臨界壓力火力發(fā)電站，逐步淘汰小火力發(fā)電機組，加快水電站和核電站的建設，大力發(fā)展綠色能源。水力發(fā)電廠將水的勢能轉換成電能，水流驅動水輪機轉動，從而帶動發(fā)電機旋轉產生電能。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)電廠利用核反應堆產生的熱量將水轉換成蒸汽，蒸汽推動汽輪機轉動，從而帶動發(fā)電機旋轉產生電能，其生產過程與火力發(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成。根據性質和任務不同，變電所可分為升壓變電所和降壓變電所；根據地位和作用不同，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所稱為配電所，而用于交流電流與直流電流相互轉換的場所稱為換流所。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，完成輸送電能和分配電能的任務。電力線路有各種不同的電壓等級，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骨架和特大型企業(yè)供電線路；中者一般為城市主要配網和大中型企業(yè)供電線路；后者一般為城市和企業(yè)的低壓配網。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荷，所有消耗電能的用電設備或用電單位均稱為電力用戶。根據行業(yè)不同，電力用戶可分為工業(yè)用戶、農業(yè)用戶、市政商業(yè)用戶和居民用戶等。與電力系統(tǒng)相關聯的還有動力系統(tǒng)和電網?；鹆Πl(fā)電廠的汽輪機和鍋爐、水力發(fā)電廠的水輪機和水庫、核能發(fā)電廠的汽輪機和核反應堆等動力設備，這些動力設備與電力系統(tǒng)一起稱為動力系統(tǒng)。電網是指電力系統(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、供電設備，做好維護保養(yǎng)工作，防止各種錯誤操作。（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（兩個不同的系統(tǒng)電源）供電。（3）選擇合理的電力系統(tǒng)結構和主接線形式，在設計階段就應保證有高度的可靠性，對重要用戶應采用雙電源供電。（4）保證適當的備用容量，使電力系統(tǒng)在發(fā)電設備定期檢修、機組發(fā)生事故時均不會造成用戶停電現象。（5）制定合理運行方式，必須滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性要求。（6）對高壓輸電線路采用自動重合閘裝置，變配電所裝設按頻率自動減負荷裝置等。（7）采用快速繼電保護裝置和以計算機為核心的自動安全監(jiān)視系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。2.保證良好的電能質量電壓和頻率是衡量電能質量的主要指標。我國交流電力設備的額定頻率為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量的一個指標。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)中各種供電設備、用電設備和電力線路的額定電壓。按《標準電壓》（GB/T156—2017）規(guī)定，用電設備額定線電壓、交流發(fā)電機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.電網的額定電壓電網的額定電壓（標準電壓）等級是國家根據國民經濟發(fā)展的需要和電力工業(yè)發(fā)展的水平，經全面的技術經濟分析后所確定的。它是確定各類電力設備額定電壓的基本依據。2.用電設備的額定電壓用電設備的額定電壓一般規(guī)定與同級電網的額定電壓相同。通常用線路首端和末端電壓的算術平均值作為用電設備的額定電壓，這個電壓也是電網的額定電壓。由于線路在運行時會產生電壓降，所以線路上各點的電壓都有差異。如圖所示為用電設備和發(fā)電機的額定電壓說明。用電設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)電機的額定電壓電力線路允許的電壓偏差一般為±5%，即整個線路允許有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%（見圖），因此發(fā)電機的額定電壓規(guī)定高于同級電網額定電壓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當變壓器與發(fā)電機直接相連時，如圖中的變壓器T1，其一次繞組額定電壓應與發(fā)電機額定電壓相同，都高于同級電網額定電壓5%。②當變壓器不與發(fā)電機直接相連而是連接在供電線路上時，如圖中的變壓器T2，則可將其看作線路的用電設備，因此其一次繞組額定電壓應與電網額定電壓相同。（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當變壓器二次側供電線路較長時，如圖中的變壓器T1，其二次繞組額定電壓應比電網額定電壓高10%，其中有5%用于補償變壓器滿載運行時繞組本身約5%的電壓降，另5%用于補償線路上的電壓降。②當變壓器二次側供電線路不長時，如圖中的變壓器T2，其二次繞組額定電壓只需高于電網額定電壓5%，僅考慮補償變壓器滿載運行時繞組本身的5%電壓降。1.1.3電力系統(tǒng)的額定電壓5.各級電壓等級的適用范圍在我國電力系統(tǒng)中，220kV以上的電壓等級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)的二次網絡；35kV電壓多用于中小型城市或大型企業(yè)的內部供電網絡，也廣泛用于農村電網。一般企業(yè)內部多采用6～10kV的高壓配電電壓且10kV電壓用得較多。當企業(yè)6kV電壓設備數量較多時，才會考慮采用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備組成。供配電系統(tǒng)的組成示意圖如圖所示?？偨祲鹤冸娝鶎?5～220kV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備連接起來。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，供低壓用電設備使用。一、安全：杜絕人身事故及設備事故。二、可靠：滿足電能用戶對供電穩(wěn)定性的要求。三、優(yōu)質：滿足電能用戶對電壓和頻率等質量的要求。四、經濟：供電系統(tǒng)的投資要少，運行費用要低，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、遠距離輸電及跨海輸電。二、連接兩個不同頻率的電網，并可實現定電流控制，限制短路電流。三、限制短路電流。四、向長距離的大城市供電。直流輸電的應用典型的供配電系統(tǒng)21.2.1中性點不接地的電力系統(tǒng)中性點不接地的電力系統(tǒng)在正常運行時的電路圖和相量圖如左圖所示，中性點不接地的電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地時的電路圖和相量圖如右圖所示。三相交流的相序代號統(tǒng)一采用A、B、C。1.2.1中性點不接地的電力系統(tǒng)1.系統(tǒng)正常運行時這時，3個相的相電壓U·A、U·B、U·C是對稱的，3個相的對地電容電流I·C0也是平衡的，如左圖（b）所示。因此3個相的電容電流的相量和為零，地中沒有電流流過。各相的對地電壓就是各相的相電壓。2.系統(tǒng)發(fā)生單相接地時當中性點不接地的電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，假設C相接地。這時C相對地電壓變?yōu)榱?，而完好的A、B兩相對地電壓將由原來的相電壓升高到線電壓，即升高為原對地電壓的3倍，如圖右（b）所示。當C相接地時，系統(tǒng)的接地電流（電容電流）I·C應為A、B兩相對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行時每相對地電容電流的3倍。1.2.1中性點不接地的電力系統(tǒng)3.系統(tǒng)發(fā)生不完全接地時當系統(tǒng)發(fā)生不完全接地時，故障相對地電壓將大于零而小于相電壓，而其他完好兩相的對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略小。當中性點不接地的電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，三相用電設備的正常運行并未受到影響，因為線路的線電壓的相位和量值均未發(fā)生變化，因此系統(tǒng)中的三相用電設備仍能正常運行。但是這種線路不允許在單相接地故障情況下長期運行（規(guī)定單相接地后帶故障運行時間最多不超過2h），如果再有一相發(fā)生接地故障，則會形成兩相接地短路，這將產生很大的短路電流，有可能損壞線路和電力設備。因此，在中性點不接地的電力系統(tǒng)中，應裝設相應的單相接地保護裝置或絕緣監(jiān)察裝置。當系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，發(fā)出報警信號或指示，提醒值班人員注意，及時采取措施，查找和消除接地故障；如果有備用線路，則可將重要負荷轉移到備用線路上。當單相接地危及人身安全和設備安全時，單相接地保護裝置應動作于跳閘，切除故障部分。中性點不接地的運動方式，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中性點經消弧線圈接地的電力系統(tǒng)目前，我國35～60kV的高壓電網大多采用中性點經消弧線圈接地的運行方式。若消弧線圈能正常運行，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。消弧線圈其實就是一個具有可調鐵芯的電感線圈，其電阻很小，感抗很大，用于消除單相接地故障點的電弧。如圖所示為中性點經消弧線圈接地的電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地時的電路圖和相量圖。1.2.2中性點經消弧線圈接地的電力系統(tǒng)當中性點經消弧線圈接地的電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，流過接地點的電流是接地電容電流I·C與流過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在接地點互相補償。當I·L與I·C的量值差小于發(fā)生電弧的最小起弧電流時，不會形成電弧，從而也不會出現諧振過電壓。在中性點經消弧線圈接地的電力系統(tǒng)中，與中性點不接地的電力系統(tǒng)一樣，允許在發(fā)生單相接地時短時（一般規(guī)定為2