供配电工程概论

供配电工程山东农业大学电气工程系2005年10月制作第1章概论山东农业大学电气工程系第1章概论1.1供配电系统的一般概念1.2电力系统的额定电压1.3电力系统中性点运行方式1.4电能的质量1.5供配电设计的内容程序与要求1.6本课程的特点及学习要求山东农业大学电气工程系1.1供配电系统的一般概念★工厂供电：工厂所需电能的供应和分配。★课程任务：掌握和了解中小型工厂供电系统的运行维护，设计计算的基本理论和知识。★对工厂供电系统基本要求：安全、可靠、优质、经济安全：在电能的供应、分配和使用中，不应当发生人身及设备事故。可靠：应满足电能用户对供电可靠性的地要求。优质：应满足电能用户对电压质量和频率等方面的要求。经济：供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。山东农业大学电气工程系1.1供配电系统的一般概念变配电系统：包括变电（降压）、配电（包括短距离输电）和用电三部分。一个完整的电力系统由各种不同类型的发电厂、变电所、输电线路及电力用户组成。图1-7一、电力系统（electricalpowersystem）由各级电压的电力线路将一些发电厂、变电所和电力用户联系起来的一个发电、输电、变电、配电和用电的整体，称为电力系统。山东农业大学电气工程系电能2003年，全国总装机容量39141万kW2004年底，全国发电装机容量达到4.4亿KW，发电量为21870亿千瓦小时，居世界第二位。其中：火电，78％水电，21％核电，1％2005年全國電力裝機總容量達到50,800萬千瓦•預計2006、2007及2008年分別將達到60,000萬千瓦、65,000萬千瓦及74,000萬千瓦•預計2020年將會達到123,000萬千瓦,其中水電佔29,000萬千瓦,而其它如:核電及風電將達到7,000萬千瓦山东农业大学电气工程系•预计到2050年，全国总装机容量可达15~18亿kw,每年总发电量可达7~8万亿kw·h。山东农业大学电气工程系裝機容量(萬千瓦)年份總數火電水電其它(如:核電、風電等)1996236541788655582101997254241924159732101998277292098865072341999298772234372972372000319322375479352432001338492531483012342002356572655586074952003391412897794906742004440703249010826754山东农业大学电气工程系全國每年電力裝機容量05000100001500020000250003000035000400004500050000199619971998199920002001200220032004年份萬千瓦其它(如:核電、風電等)水電火電山东农业大学电气工程系1.1供配电系统的一般概念1．发电厂（generatingplant）发电厂将一次能源转换成电能。按一次能源介质划分为火力发电厂、水力发电站、核电站等，此外，还有小容量的太阳能发电厂、风力发电厂、地热发电厂和潮汐发电厂等，正在研究的还有磁流体发电和氢能发电等。火力发电厂将煤、天然气、石油的化学能转换为电能。我国火力发电厂燃料以煤炭为主，随着西气东输，将逐步扩大天然气燃料的比例。山东农业大学电气工程系1.1供配电系统的一般概念水力发电厂将水的位能转换成电能。其原理是水流驱动水轮机转动，带动发电机旋转发电。按提高水位的方法，电厂有堤坝式水电厂、引水式水电厂和混合式水电厂三类。火力发电的原理：燃料在锅炉中充分燃烧，将锅炉中的水转换为高温高压蒸汽，蒸汽推动汽轮机转动，带动发电机旋转发出电能。彩图1-1山东农业大学电气工程系1.1供配电系统的一般概念2．变电所（substation）变电所是变换电能电压和接受分配电能的场所。如果仅用以接受电能和分配电能，则称为配电所（站），仅用以把交流电能变换成直流电能，则称为变流所。变电所核能发电厂利用原子核的核能生产电能。核燃料在原子反应中堆裂变释放核能，将水转换成高温高压的蒸汽，蒸汽推动汽轮机转动，带动发电机旋转发出电能、其生产过程与火电厂基本相同。彩图1-1电力建设方针：大力发展火电，积极发展水电，适当发展核电。山东农业大学电气工程系升压变电6、10、15kv升110、220、500kv降压变电110、220、500kv降6、10、kv3．电力网（electricalpowernetwork）电力系统中各级电压的电力线路及其联系的变电所，称为电力网。通常将220kV及以上的电力线路称为输电线路，110kV及以下的电力线路称为配电线路。配电线路又分为高压配电线路（110kV）、中压配电线路（6～35kV）和低压配电线路（380/220V）。区域电网：供电电压在220kV及以上（彩图5山东电网）地方电网：供电电压小于等于110kV山东农业大学电气工程系4．电能用户凡取用电能的所有单位均称为电能用户，其中工业企业用电量约占我国全年总发电量的64%，是最大的电能用户。电力系统示意图例某一办公楼各种能源比例：电力84%（照明插座42%，一般动力21%，空调机14%，冷冻机7%〕例我国居民用电:1996年1130亿kw·h2000年1690亿kw·h2005年2700亿kw·h2010年3920亿kw·h山东农业大学电气工程系220～500kV220～500kV35～110kV图1.1.1电力系统示意图区域变电站终端变电站10kV380/220V地区供配电系统工厂供配电系统M总降变电所6～10kV车间变电所380/220V35～110kV220～500kV火力发电厂～～水力发电厂枢纽变电所升压变电所升压变电所山东农业大学电气工程系工厂供配电系统由总降压变电所、高压配电线路、车间变电所、低压配电线路及用电设备组成。1．总降压变电所总降压变电所负责将35～110kV的外部供电电压变换为6～10kV的厂区高压配电电压，给厂区各车间变电所或高压电动机供电。2．车间变电所车间变电所将6～10kV的电压降为380/220V，再通过车间低压配电线路，给车间用电设备供电。3．配电线路配电线路分为厂区高压配电线路和车间低压配电线路。二、供配电系统山东农业大学电气工程系典型的工厂供电系统用户负荷在1000kVA以下，称为小型工厂供电系统用户负荷在1000kVA~10000kVA，称为中型工厂供电系统用户负荷在10000kVA以上，称为大型工厂供电系统1、具有高压配电所的工厂供电系统（中型）图1-1电能输送过程：2、具有总降变的工厂供电系统（大中型）图1-3电能输送过程：电源进线车间变电所高压用电设备高压配电所6~10KV低压用电设备220/380V6~10KV电源进线车间变电所高压用电设备总降压变电所6~10KV低压用电设备220/380V35KV及以上高压配电所山东农业大学电气工程系3、高压深入负荷中心的供电方式图1-44、只有车间变电所的工厂供电系统（小型）图1-5★配电所与变电所的区别★工厂供电系统范围：从电源进线进厂到高低压用电设备进线端止的整个电路，包括厂内的变配电所和高低压配电线路。电源进线车间变电所低压用电设备220∕380V35KV电源进线车间变电所低压用电设备220∕380V6~10KV山东农业大学电气工程系山东农业大学电气工程系山东农业大学电气工程系山东农业大学电气工程系山东农业大学电气工程系1.2电力系统的额定电压电气设备的额定电压：能使电气设备长期运行时获得最好经济效果的电压。电力网的电压等级是比较多的，不同的电压等级有不同的作用。从输电的角度看，电压越高则输送的距离就越远，传输的容量越大，电能的损耗就越小；但电压越高，要求绝缘水平也越高，因而造价也越高。目前，我国电力网的电压等级主要有0.22、0.38、3、6、10、35、110、220、330、500、750、1000kV等。山东农业大学电气工程系1.2电力系统的额定电压1、电网(电力线路)的额定电压：额定电压是确定各类电力设备额定电压的基本依据。2、用电设备的额定电压：规定与同级电网的额定电压相同。3、发电机的额定电压：规定高于同级电网额定电压的5％。用于补偿线路上的电压损失？？？山东农业大学电气工程系GMMM用电设备和发电机的额定电压UN＋5％—5％山东农业大学电气工程系图1-4用电设备和发电机额定电压说明山东农业大学电气工程系1.2电力系统的额定电压4、电力变压器的额定电压：GM电力变压器的额定电压T2T1UN+5%+10%+0%+5%(1)一次绕组的额定电压：当变压器直接与发电机相连时(如T1)，其一次绕组的额定电压应与发电机的额定电压相同，即高于同级电网额定电压的5％。当变压器不与发电机相连，而是连接在线上(如T2)，则可看作是线路的用电设备，因此其一次绕组的额定电压应与电网额定电压相同。山东农业大学电气工程系变压器的二次绕组对于用电设备而言，相当于供电设备。第一种情况若变压器二次侧供电线路较长(如为较大的高压电网)时，则二次侧额定电压，比用电设备额定电压高10%第二种情况变压器二次侧线路不太长(如为低压电网或直接供电给高/低压用电设备时额定电压)时，二次侧比用电设备额定电压高5%1.2电力系统的额定电压变压器的一次绕组：相当于是用电设备，所以规定变压器一次绕组的额定电压与受电设备额定电压相同。注意：但当变压器一次绕组直接与发电机相连时，变压器一次绕组的额定电压与发电机额定电压相等。其中5%用于补偿变压器满载供电时，一、二次绕组上的电压损失；另外5%用于补偿线路上的电压损失，因此适用于变压器供电距离较长时的情况。当变压器供电距离较短时，可以不考虑线路上的电压损失，只需要补偿满载时变压器绕组上的电压损失即可。山东农业大学电气工程系1.2电力系统的额定电压线路的平均额定电压线路的平均额定电压（averageratedvoltage）指线路始端最大电压（变压器空载电压）和末端用电设备额定电压的平均值。由于线路始端最大电压比电网额定电压高10%，因而线路的平均额定电压比电网额定电压高5%。各级分别为：0.4kV，3.15kV，6.3kV,10.5kV,37kV，63kV，115kV，230kV，346kV，525kV。山东农业大学电气工程系发电机G的额定电压：UN·G=1.05UN·L1=1.05×10=10.5（kV）变压器T1的额定电压：U1N·T1=UN.G=10.5（kV）U2N·T1=1.1UN·L2=1.1×110=121(kV)变压器T1的变比为：10.5/121kV变压器T2的额定电压：U1N·T2=UN·L2=110（kV）U2N·T2=1.05UN·L3=1.05×6=6.3(kV)变压器T2的变比为：110/6.3kV例1.2.1已知图1.2.1所示系统中电网的额定电压，试确定发电机和变压器的额定电压。10kV图1.2.1例1.2.1图110kVG～6kVT1T2L2L1L3M变压器直接与电动机相连，供电距离较短，可以不考虑线路上的电压损失。变压器T1的一次绕组与发电机直接相连，所以其一次绕组的额定电压取发电机的额定电压山东农业大学电气工程系1.3电力系统中性点运行方式电力系统的中性点是指星形联结的变压器或发电机的中性点。小电流接地系统大电流接地系统电力系统中性点有三种运行方式：中性点直接接地中性点不接地中性点经消弧线圈接地山东农业大学电气工程系一、中性点不接地方式系统正常运行时，线电压对称，各相对地电压对称，等于各相的相电压，中性点对地电压为零，各相对地电容电流也对称，其电容电流的相量和为零，相量图如图1-7b所示。图1-7正常运行时的中性点不接地电力系统a）电路图b）相量图山东农业大学电气工程系一、中性点不接地方式发生单相接地故障时：中性点不接地系统发生单相接地故障时，故障相电压降为0，非故障相对地电压升高到原来相电压的倍即线电压线电压不变，不影响三相用电设备的正常运行[但不允许长时间运行（一般不超过2小时），防止另外再有一相绝缘被击