资源简介

(共55张PPT)
项目一 认识供配电技术
内容：电力系统和供配电系统的概念，电力系统
的额定电压、电力系统中性点的运行方式、
电能的质量指标和电力负荷等基本知识。
重点：电力系统额定电压的确定和中性点的运行
方式分析。
项目概述
一、供配电技术的发展概况
自20世纪初发明三相交流电以来，国内外供配电技术便朝着高电压、大容量、远距离、较高自动化的目标不断发展，20世纪后半叶发展尤其迅速。
20世纪70~80年代，前苏联、美国、意大利、日本、巴西、加拿大等国家先后开展了特高压交流输电技术的试验研究或工程实践。
一、供配电技术的发展概况
一、供配电技术的发展概况
世界范围内储备的特高压输电技术大都集中在上世纪80年代以前，当时没有一个特高压工程实现全电压、满负荷、全工况长期运行。目前，世界上已运行的直流输电工程的最高电压为±1100kV。
从1980年起，前苏联开始建设连接西伯利亚、哈萨克斯坦和乌拉尔联合电网的1150kV交流输电工程。苏联解体后，送端电源未能按预定目标建设，1994年起降压运行。
日本为解决输电走廊紧张、实现大规模输电，从1992年共建有1000kV同杆并架线路427公里。由于其电力需求增长减缓，核电建设计划推迟，目前一直按500kV降压运行。
中国的电力事业起步虽然比西方国家晚了80年，但新中国的电力事业发展迅猛，在建国后的70多年时间内，电力工业以及供配电技术都取得了突破性的进展。
火电优化水平为断提高
水电开发力度不断加大
电网建设持续加强，电力环保成绩显著，电力装备技术不断提高，多项技术已经达到国际先进水平。
我国电力发展战略：西电东送、南北互供，全国联网
目前我国已经形成了华北、东北、华中、华东、西北、南方、川渝七个跨省电网，还有山东、福建、新疆、海南、西藏5个独立省（自治区）网，实际运行证明，区域电网格局能够满足我国能源和电力的发展需求，能够满足用电增长的要求。
二、中国电网的发展格局
作为世界首个1000kV特高压交流工程，晋东南—南阳—荆门交流特高压试验示范工程已经快10岁了。该工程最大限度发挥了电网资源调配作用。冬季枯水季节，湖北通过特高压接受北方火电输入，夏季丰水季节，又通过特高压将西南四川富余水电送到华北电网，缓解了山东等地的缺电状况，南北互济，水火交融，实现了电网资源的优化配置。
目前，我国电力工业已经开始进入四个发展的新阶段
截止2022年底，全国全口径发电装机容量达26亿千瓦左右，其中非化石能源发电装机容量占总发电量50%，比2021年底提高3个百分点。目前，我国电力工业已先后超过
法国
日本
德国
加拿大
德国
英国
俄罗斯
美国
我国电力工业的跨越式发展已经跃升世界第一位
我国西部、北部地区能源资源丰富，实施大规模“西电东送”、“北电南送”是我国能源发展的重大战略。但大规模送电需要大容量输电通道，发展特高压输电技术，就是建设实施这一重大战略的电力高速公路。
我国东中部地区经济发达，用电基数大、比重高，但一次能源资源匮乏，土地和环保空间有限，保障电力供应的压力较大。
电力在经济发展中起着极其重要的支撑保障作用
如果没有特高压工程的远距离输送，西部地区清洁能源就无法外送，当地的经济发展无从谈起；如果没有特高压工程实现能源资源大范围优化配置，单单依靠分布式能源，东部地区僧多粥少的电力供应局面也将无法妥善解决。
通过特高压工程，综合利用效率高、排放治理效果好
据测算，“十三五”期间，包括特高压工程在内的电网工程规划总投资2.38万亿元，带动电源投资3万亿元，合计约5.4万亿元，年均拉动GDP增长超过0.8个百分点。
我国供配电技术的发展，必然拉动国家经济增长
国家电网公司掌握了具有自主知识产权的特高压输电技术，成功中标巴西美丽山水电特高压直流的一期与二期项目，实现了我国特高压技术、装备、工程总承包和生产运营成套“走出去”。
目前，国家电网已累计建成“八交十直”特高压工程，2022年我国核准进度提速，计划开工“10交3直”特高压工程，“十四五”期间，国网规划建设特高压工程“24交14直”，涉及线路3.3万公里，变电容量超过3.3亿千伏安。“拉闸限电”已成为历史名词。
三、 供配电的要求和课程任务
安全
安全性指标指电能供应、分配和使用过程中，不能发生人身事故和设备事故。
可靠
优质
经济
可靠性指标为99.9%。一般指全年平均供电时间应占全年时间的百分比。
优质性指标主要指供电电压和频率能否满足用户对电能质量的要求。
经济性指标主要期望供配电系统技术合理、投资少、运行费用低，尽可能地节约电能等。
我国对供配电系统的要求主要体现在八字方针
本课程的任务
主要讲述35kV及以下供配电系统电能供应和分配的基本知识和理论，使学生初步掌握供配电系统的设计和计算方法，管理和运行技能，为学生今后从事供配电技术工作奠定基础。
任务一 供配电技术基础知识
【任务陈述】
学习供配电技术，就应首先了解供配电技术的一些基本知识和基本问题，为后面各项目及其任务的学习打下基础。理解本任务中关于电力系统的组成以及各部分功能，理解供配电系统与电力系统的区别和联系，正确识别各类变电站的功能，理解电力系统中各环节的额定电压对系统正常运行的重要性，并能在理解的基础上形成一定的技能，并能运用此技能设计或确定电力系统中各环节和设备的额定电压。
一、 电力系统
我国电力发展的基本方针是：提高能源效率，保护生态环境，加强电网建设，大力开发水电，优化发展煤电，积极推进核电建设，适度发展天然气发电，鼓励新能源和可再生能源发电，带动装备工业发展，深化体制改革。
此方针指导下的4个鲜明特点：
1.自动化水平逐步提高，安全性和可靠性得到充分重视
2.经济、高效和环保。
3.结构调整力度继续加大。
4.技术进步和产业升级步伐进一步加快。
【知识准备】
电力系统 = 发电厂 + 变电站 + 输电线路 + 电力用户
电能是最重要、最方便的能源。电力系统是生产输送、分配和消费电能的各种电气设备连接在一起而组成的整体。
电力系统的相关知识
发电厂将一次能源转换成电能，发电厂的形式包括
火力发电厂
目前，火力发电厂的装机容量最大，火力发电利用燃煤（石油、天然气）在锅炉中充分燃烧，将锅炉中的水变成具有一定高温、一定高压的蒸汽，推动汽轮机转动，带动发电机转子运转发出电能。火力发电厂通常建在能源附近。
生产过程：化学能 热能 机械能 电能
1.发电厂
生产过程：水能 机械能 电能
水力发电厂(站)
水力发电厂将水的位能转换成电能。利用水流的落差驱动水轮机转动，带动发电机转子运转发出电能。水力发电厂通常建在高山峡谷地带或水库旁边。
核 电 站
利用原子能在反应堆的核裂变释放的核能，将水转换成一定高温、一定高压的汽体，打入汽轮机的叶片，推动汽轮机转动，带动与汽轮机同轴的发电机旋转发出电能。
生产过程：原子能 机械能 电能
风力发电站
在大力提倡绿色能源的今天，绿色能源发电已成为现实
潮汐发电站
太阳能发电站
地热能发电站
非化石的绿色能源发电目前已达到总发电量的50%
变电站的功能是接收电能、变换电压和分配电能
变电站分有升压变电站和降压变电站。发电厂中变电站的任务是实现电能的远距离输送，采用升压变电站；从发电厂到用户进行的多次变电和配电，均为降压变电站。
2.变电站
电力线路将发电厂、变电站和电能用户连接起来构成系统
电能用户又称电力负荷，是接收、使用和消耗电能的群体
供配电系统是电力系统的重要组成部分
供配电系统结构框图
总降压变电站是用户电能供应的枢纽。它将高压输电线上送来的35~220kV的供电电压降为6~10kV的配电电压，供给高压变电站、车间变电站或高压电气设备。
输电线路
35~220kV
6~10kV
高压输电线路
总降压变电站
低压配电线路
厂区办公楼
高压配电站
高压配电线路
低压配电站
高压电动机
高压设备
0.38/0.22kV
车间变电站
0.38/0.22kV
住宅楼群
商场
0.38/0.22kV
二、供配电系统
供配电系统是电力系统的重要组成部分
供配电系统结构框图
高压配电站集中接收6~10kV电压，再分配到附近各变电站、箱变和高压用电设备。
输电线路
35~220kV
6~10kV
高压输电线路
总降压变电站
低压配电线路
厂区办公楼
高压配电站
高压配电线路
低压配电站
高压电动机
高压设备
0.38/0.22kV
车间变电站
0.38/0.22kV
住宅楼群
商场
0.38/0.22kV
供配电系统是电力系统的重要组成部分
供配电系统结构框图
配电线路分为6~10kV高压配电线路和220/380V的低压配电线路。高压配电线路将高压变电站、车间变电站与用电设备连接起来。低压配电线路将低压配电站和低压配电用户连接起来。
输电线路
35~220kV
6~10kV
高压输电线路
总降压变电站
低压配电线路
厂区办公楼
高压配电站
高压配电线路
低压配电站
高压电动机
高压设备
0.38/0.22kV
车间变电站
0.38/0.22kV
住宅楼群
商场
0.38/0.22kV
供配电系统是电力系统的重要组成部分
供配电系统结构框图
车间变电站、低压配电站或箱变，都是将6~10kV的配电电压降为大多用户使用的220/380V的电压，供给低压电气设备使用。
输电线路
35~220kV
6~10kV
高压输电线路
总降压变电站
低压配电线路
厂区办公楼
高压配电站
高压配电线路
低压配电站
高压电动机
高压设备
0.38/0.22kV
车间变电站
0.38/0.22kV
住宅楼群
商场
0.38/0.22kV
供配电系统是电力系统的重要组成部分
供配电系统结构框图
电气设备包括高压电气设备和低压电气设备，低压电气设备又分有动力设备、实验或检测用设备以及照明设备等。
输电线路
35~220kV
6~10kV
高压输电线路
总降压变电站
低压配电线路
厂区办公楼
高压配电站
高压配电线路
低压配电站
高压电动机
高压设备
0.38/0.22kV
车间变电站
0.38/0.22kV
住宅楼群
商场
0.38/0.22kV
电力系统的额定电压只能使用国家规定的额定电压。主要有0.38kV、6kV、 10kV、35kV、 110kV、220kV、500kV等。
1.电网线路的额定电压：只能选用国家规定的系统标称电压，它是确定各类电气设备额定电压的基本依据。
额定电压是能使电气设备长期运行在经济效果最好的电压
2.用电设备的额定电压：与同级电网（线路）的额定电压相同。
3.发电机的额定电压：考虑到电网电压的波动和输电线路的损耗，发电机的额定电压通常为线路额定电压的105%。
三、电力系统的额定电压
电力系统的额定电压只能使用国家规定的额定电压。主要有0.38kV、6kV、 10kV、35kV、 110kV、220kV、500kV等。
4.电力变压器的额定电压：一次侧相当于用电设备，其额定电压与发电机的额定电压相同，为线路电压的105%；
额定电压是能使电气设备长期运行在经济效果最好的电压
电力变压器二次侧相当于电源，其额定电压应比它所连接的线路电压高5%，若线路较长，应高于10%。
三、电力系统的额定电压
［任务实施］已知图示系统中线路的额定电压，试求发电机和变压器的额定电压。
发电机的额定电压为：UN.G =1.05U N.1WL=1.05×6=6.3kV
解：
变压器1T的一次侧额定电压为：U1N.1T=UN.G=6.3kV
1T的二次侧额定电压为：U2N.1T=1.1UN.2WL=121kV
1T额定值：6.3/121kV
提问：变压器2T的额定电压？
2T额定值：110/10.5kV
稳态：指电力系统正常的、变化相对较慢的运行状态；
稳态和暂态的本质区别为：前者的运行参数与时间无关，其特性可用代数方程来描述；后者的运行参数与时间有关，其特性要用微分方程来描述。
电力系统的运行状态分为稳态和暂态两种情况
暂态：指电力系统非正常的、变化较大的运行状态。
任务二 中性点运行方式
电力系统的中性点是指星接变压器或发电机的中性点。
电力系统的中性点运行方式
一、中性点直接接地方式
中性点直接接地方式就是把电源中性点直接与“地”相接，我国110kV及以上电压等级的电力系统均属于这种大接地电流系统。
优点：
中性点直接接地系统，始终保持对地电压为零，当发生接地故障时，其它非故障相电压不会升高，因此用电设备的相对地绝缘可只需要按照相电压考虑，从而降低设备和电网造价，系统电压越高，经济效果越显著。
缺点：
短路大接地电流对通讯系统造成的干扰影响较大。
220/380V低压供电系统通常采用中性点直接接地。当一相发生短路故障时，不会影响其余相的正常工作，从而提高了单相用电设备运行的可靠性。
二、中性点不接地方式
中性点不接地系统适用于10kV架空线路为主的辐射形或树状形的供电网络。该接地方式在运行中若发生单相接地故障，流过故障点电流仅为电网对地电容中通过的电流，其值是正常运行的单相对地电容电流的3倍，称为小接地电流系统。
优点：
中性点不接地系统由于故障时接地电流很小，瞬时故障一般可自动熄弧，非故障相电压升高不大，不会破坏系统的对称性，故可带故障连续供电2小时，供电的可靠性相对提高。
缺点：
中性点不接地方式的中性点绝缘在发生弧光接地时，电弧的反复熄灭与重燃，相当于电容反复充电。由于对地电容中的能量不能释放，可造成电压升高，从而对设备绝缘造成威胁。
三、中性点经消弧线圈接地方式
利用消弧线圈的电感电流对接地电容电流进行补偿，使通过故障点的电流减小到能自行熄弧范围。利用对消弧线圈无载分接开关的操作，使其在一定范围内达到过补偿运行，从而实现减小接地电流的目的。相对提高了供电可靠性。
中性点经消弧线圈接地的电力系统也属于小接地电流系统。在各级电压网络中，当单相接地故障时，通过故障点总的电容电流超过下列数值时，必须尽快安装消弧线圈：
①对3kV～6kV电网，故障点总电容电流超过30A；
②对10kV电网，故障点总电容电流超过20A；
③对22kV～66kV电网，故障点总电容电流超过10A。
［任务实施］分析中性点情况
某10kV电网，架空线路总长度l1为70km，电缆线路总长度l2为16km，试分析此中性点不接地的电力系统发生单相接地故障时的接地电容电流，并分析和判断该系统的中性点需不需要改为经消弧线圈接地。
分析：
中性点不接地的电力系统发生单相接地故障时，各相对地电压和电容电流将发生明显变化。其中线电压不变而故障相对地电压升高到原来相电压的1.732倍，即升至为线电压的数值，由此造成故障相对地电容电流的相应增大，此时接地点的电流是正常运行单相对地电容的3倍。由于：
该10kV电网如果故障点总电容电流小于30A时，因此该系统的中性点不需要安装消弧线圈。
任务总结
电力系统中性点的运行方式与多种因素有关，我国采用的运行方式主要有中性点直接接地系统，称为大电流接地系统。大电流系统发生单相接地故障时，因短路电流大，应使保护装置动作跳闸，切除接地故障。另外还有中性点不接地系统和中性点经消弧线圈接地系统，它们均称为小电流接地系统。小电流接地系统发生单相接地事故时，三个线电压不变，但会使非故障相对地电压升高为线电压，因此规定带故障运行不得超过2小时。
任务三 电能质量指标
【任务陈述】
电能质量指标是以频率、电压和波形来衡量的。电能质量直接影响工农业等各方面电能用户的工作质量，同时也影响电力系统自身设备的效率和安全。
学习本任务，需了解电能质量对电能用户的影响，认知电压质量指标以及电压偏差、电压波动、闪变及三相电压不平衡等诸多概念，理解电压质量指标对保证电能质量、促进工农业生产、降低产品成本、实现生产自动化和工业现代化等方面的重要意义。
1.电压偏差
一、电压质量指标
电压偏差是实际运行电压对系统标称电压的偏差相对值，一般以百分数表示。即：
电压质量可分为幅值与波形两个方面。通常以电压偏差、电压波动与闪变、电压正弦波畸变率、负序电压系数来衡量。
电力系统电能质量的指标是指电压、频率和波形的质量
1. 电压偏差
式中：U是实际电压；UN是系统标称电压；ΔU%是电压偏差百分数。
任务三 电能质量指标
【任务陈述】
电能质量指标是以频率、电压和波形来衡量的。电能质量直接影响工农业等各方面电能用户的工作质量，同时也影响电力系统自身设备的效率和安全。
学习本任务，需了解电能质量对电能用户的影响，认知电压质量指标以及电压偏差、电压波动、闪变及三相电压不平衡等诸多概念，理解电压质量指标对保证电能质量、促进工农业生产、降低产品成本、实现生产自动化和工业现代化等方面的重要意义。
GB/T12325-2008《电能质量 供电电压偏差》规定了我国供电电压偏差的限值，如下表：
系统标称电压（kV） 供电电压偏差的限值（%）
≧35的三相供电线电压 正、负偏差绝对值这和≦10
≦20的三相供电线电压 ±7
0.22单相供电相电压 +7，-10
正常运行情况下，用电设备端子电压偏差限值应符合下表要求：
名称 电压偏差的限值（%）
电动机 ±5
照明
一般工作场所 ±5
远离变电所的小面积一般工作场所 +5，-10
应急照明、道路照明和警卫照明 +5，-10
①就地进行无功功率补偿
感性负荷的变化在电网各级系统中均产生电压偏差，是产生电压偏差的根源，及时调整补偿量，从源上解决问题，是最有效的措施。
电压偏差的改善措施
②调整同步电动机的励磁电流：调整后可使同步电动机产生超前或滞后的无功功率，使网络负荷的功率因数得到改善，达到调整电压偏差的目的。
③采用有载调压变压器：是最经济有效地措施之一。
电压在某一段时间内急剧变化而偏离额定值的现象，称为电压波动；周期性电压急剧变化引起电源光通量急剧波动而造成人的视觉感官不舒适的现象，称为闪变。电压波动和闪变是由电弧炉、轧钢机、电弧焊等波动负荷引起的。
电压波动和闪变的限制措施
① 采用单独回路供电；
② 降低共用配电线路阻抗；
③ 提高供电电压；
④ 增加短路容量；
⑤ 采用静止型无功功率补偿装置。
2. 电压波动和闪变
当三相交流系统中的电压不平衡时，会引起旋转电机的附加发热和振动，使变压器容量得不到充分利用，对通信系统也会产生干扰。
①电力系统的公共连接点电压不平衡度限值为：电网正常运行时，负序电压不平衡度不超过2%，短时不得超过4%。低压系统零序电压不平衡度限值暂不作规定，但各相电压必须满足GB/T12325的要求。
3. 三相电压不平衡
《电能质量 三相电压不平衡》中规定：
②接于公共连接点的每个用户引起该点负序电压不平衡度允许值一般为1.3%，短时不得超过2.6%。
频率偏差是指供电的实际频率与电网额定频率的差值。
方法：增大或减小电力系统中发电机的有功功率。
我国电网的标准频率为50Hz，称作工频。频率偏差一般不超过±0.25Hz，当电网容量大于3000MW时，频率偏差不得超过±0.2Hz；当系统容量较小时，偏差限值可放宽到±0.5Hz.
频率偏差改善的措施
二、频率质量指标
波形的质量指标是以谐波电压含有率、间谐波电压含有率和电压波形畸变率来衡量的。
公用电网谐波电压（相电压）限值（GB/T14549-1993）
电网额定电压(kV) 电压总谐波畸变率(%) 各次谐波电压含有率(%) 奇次 偶次
0.38 5.0 4.0 2.0
5.10 4.0 3.2 1.6
35.66 3.0 2.4 1.2
110 2.0 1.6 0.8
间谐波电压含有率限值%（GB/T124337-2009）
电压等级 频率（Hz） <100 100~800
1kV及以下 0.2 0.5
1kV以上 0.16 0.4
三、波形质量指标
① 就地进行无功功率补偿，及时调整无功功率补偿量。
② 调整同步电动机的励磁电流，使其超前或滞后运行，产生超前或滞后的无功功率，以达到改善系统功率因数和调整电压偏差的目的。
③ 正确选择有载或无载调压变压器的分接头（开关），以保证设备端电压稳定。
④ 尽量使系统的三相负荷平衡，以降低电压偏差。
⑤ 采用电抗值最小的高低压配电线路方案。架空线路的电抗约为0.4 /km；电缆线路的电抗约为0.08 /km。条件许可下，应尽量优先采用电缆线路供电。
四、提高电能质量的措施
工矿企业抑制电压波动的措施有以下几项
① 对负荷变动剧烈的大型电气设备，采用专用线路或专用变压器单独供电。
② 减小系统阻抗。使系统电压损耗减小，从而减小负载变化时引起的电压波动。
③ 在变、配电所配电线路出口加装限流电抗器，以限制线路故障时的短路电流，减小电压的涉及范围。
④ 对大型感应电动机进行个别补偿，使其在整个负荷范围内保持良好的功率因数。
⑤ 在低压供配电系统中采用电力稳压器稳压，确保用电设备的正常运行。
［任务实施］分析电压正弦波畸变造成原因
某大型钢铁厂在工作中经常出现电压波动和电压闪变，由此检测出电压发生了正弦波畸变，试分析电压正弦波畸变造成的原因，并提出解决方案。
分析：
由于大型钢铁厂具有炼钢炉、轧钢机等具有冲击或波动的较大功率负荷，当这些设备发生波动负荷时，就会引起电压的快速变动从而偏离额定值，即发生电压波动，当这些电压波动虽然仍在正常的电压变化限度以内，但如果产生了10Hz左右照明闪烁，就会造成人的视觉感官不舒适，则发生了电压闪变。显然，该大型钢铁厂发生的电压波动和电压闪变的主要原因来自于炼钢炉、轧钢机等工业用电负荷。对电压波动与闪变的影响，首选的解决办法是采用电力电子技术，用快速无功补偿器消除电源的闪变，使电压中工频以外的分量降低。
本章介绍了电力系统和供配电系统的概念；讲述了电能的质量指标和电力负荷；重点讨论了电力系统中各种电力设备的额定电压，电力系统的中性点运行方式。
1. 电力系统是指由 、 、 和 组成的整体。
2. 工厂供配电系统由 、 、 、 和 组成。
3. 电力系统中性点的运行方式有 、 、 和 4种。
4. 电能质量指标是指 、 和 的质量。
5. 电力负荷按工作制可分为： 、 和 3类；按对供电可靠性要求可分为： 、 和 3类。
小 结
习 题 练 习

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