第1章供電系統(tǒng)第一節(jié)電力系統(tǒng)基礎一、電力系統(tǒng)發(fā)電廠一般建在燃料、水力等豐富的地方，與用戶距離一般很遠。為降低輸電線路的電能損耗，發(fā)電廠的電能經過升壓變壓器再經輸電線路傳輸（高壓輸電）；經高壓輸電線路送到距用戶較近的降壓變電所，經降壓分配給用戶。連接發(fā)電廠和用戶之間的環(huán)節(jié)稱電力網，由各級變電所和電力線路組成。發(fā)電廠、電力網和用戶組成的統(tǒng)一整體稱為電力系統(tǒng),起著電能生產、變換、輸送、分配和消費的作用。一次系統(tǒng)（高電壓）：在工程實際中，常把發(fā)電、輸變電和配電等環(huán)節(jié)叫做一次系統(tǒng)。二次系統(tǒng)（低電壓）：保證一次系統(tǒng)安全/可靠/經濟運行的信息系統(tǒng)及其操作機構。包括繼電保護、測量和調度等環(huán)節(jié)。供配電系統(tǒng)工廠供配電系統(tǒng)由總降壓變電所、高壓配電線路、車間變電所、低壓配電線路及用電設備組成。1．總降壓變電所:總降壓變電所負責將35～110kV的外部供電電壓變換為6～10kV的廠區(qū)高壓配電電壓，給廠區(qū)各車間變電所或高壓電動機供電。2．車間變電所:車間變電所將6～10kV的電壓降為380/220V，再通過間低壓配電線路，給車間用電設備供電。3．配電線路:配電線路分為廠區(qū)高壓配電線路和車間低壓配電線路。主要電氣設備符號電力變壓器(T)隔離開關(QS)不允許帶電流操作負荷開關(QL)只能分斷工作電流斷路器(QF)能分斷任何電流電流互感器(TA)相當于一個電流源，二次最大輸出電流為5A，為電流表、功率表、電度表等提供電流。電壓互感器(TV)相當于一個小型變壓器，二次最高輸出100V標準電壓。母線(WB)是解決一個電源與多個負荷之間供電的好辦法，又叫匯流排。在原理上母線是電電能的作用。路上的一個電氣接點，起著接受、集中和分配二、電力負荷的分類及對供電的要求級別一級二級三級停電影響人身傷亡，重大設備損壞，政治、經濟造成較大不屬于一、二損失，設備局部損壞級的負荷大量減產等政治經濟上重大損失允許停電時間備用電源投入時間，特別重允許短時停電幾分鐘停電影響不大要負荷不允許停電對供電電源要兩個獨立電源供電求雙回路供電無特殊要求舉例廠的煉鋼爐、醫(yī)院、人民大會堂紡織廠，化工廠電力系統(tǒng)運行應滿足的基本要求1.安全：包括設備安全及人身安全2.可靠:保證不間斷的供電3.優(yōu)質：電能質量4.經濟：電廠煤耗、電網網損、節(jié)約用電三、電力系統(tǒng)的額定電壓電氣設備的額定電壓，就是能使電氣設備長期運行時獲得最好經濟效果的電壓。電力網額定電壓等級是根據國民經濟發(fā)展的需要、技術經濟上的合理性、電機電器制造工業(yè)的水平等因素，經全面研究分析，由國家制定頒布的。從電氣設備制造的角度和電力工業(yè)的發(fā)展來看，額定電壓等級不宜過多。電網（線路）額定電壓等級:低壓：380V,660V高壓：3，6，10，35，110，220，330，500kV用電設備:用電設備的額定電壓和電網的額定電壓一致。發(fā)電機:發(fā)電機的額定電壓一般比同級電網的額定電壓高出5%，用于補償線路上的電壓損失。變壓器:變壓器的一次繞組：相當于是用電設備，所以規(guī)定變壓器一次繞組的額定電壓與受電設備額定電壓相同。注意：但當變壓器一次繞組直接與發(fā)電機相連時，變壓器一次繞組的額定電壓與發(fā)電機額定電壓相等。變壓器的第一種情況比用電二次繞組對于用電設備額定電壓設備而言，相當于供電設備。高10%:其中5%用于補償變壓器滿載供電時，一、二次繞組上的電壓損失；另外5%用于補償線路上的電壓因此適用于變壓器供電距離較長時的情況。高5%:當變壓器供電距離較短時，損失，第二種情況比用電設備額定電壓可以不考慮線路上的電壓損失，只需要補償滿載時變壓器繞組上的電壓損失即可。線路的平均額定電壓線路的平均額定電壓指線路始端最大電壓（變壓器空載電壓）和末端平均值。由于線路始端最大電壓比電網額定電壓高平均額定電壓比電網額定電壓3.15kV，6.3kV,10.5kV,用電設備額定電壓的10%，因而線路的高5%。各級分別為：0.4kV，37kV，63kV，115kV，230kV，346kV，525kV。例1.已知下圖所示系統(tǒng)中電網的額定電壓，試確定發(fā)電機和變壓器的額定電壓。發(fā)電機G的額定電壓：U=1.05U=1.05×10=10.5（kV）N·GN·L1變壓器T1的額定電壓：U=U=10.5（kV）(變壓器T1的一次繞1N·T1N.G機直接相連，所以其一次繞組的額定電壓取發(fā)電機的額定電組與發(fā)電壓)U=1.1U=1.1×110=121(kV)2N·T1N·L2變壓器T1的變比為：10.5/121kV變壓器T2的額定電壓：U=U=110（kV）1N·T2N·L2U=1.05U=1.05×6=6.3(kV)(變壓器直2N·T2N·L3動機相連，供電距離較短，可以不考慮線路上的電壓損失。)接與電變壓器T2的變比為：110/6.3kV四、電能的質量指標供電質量包括電能質量和供電可靠性兩方面。電能質量是指電壓、頻率和波形的質量。電能質量的主要指標有：頻率偏差、電壓偏差、電壓波動和閃變、高次諧波（電壓波形畸變）及三相電壓不平衡度等。1．電壓理想：幅值恒為額定值的三相對稱正弦電壓(1)電壓偏差：電網實際電壓與額定電壓之差實際電壓偏高或偏低對用電設備的運行有影響以照明日熾燈為例，電壓升高，則光效高，但壽命減少；電壓降低，則光效嚴重下降。(2)電壓波動：電壓波動是指電壓的急劇變化。大容量沖擊性負荷（電弧爐等）運行，劇時烈變化的負荷電流將引起線路壓降的變化，從而導致電網發(fā)生電壓波動；引起燈光閃爍；使電動機轉速脈動、電子儀器工作失常等。電壓閃變：電壓波動引起燈光閃爍，對人眼產生的刺激效應。(3)高次諧波：當電網電壓波形發(fā)生非正弦畸變時，電壓中出現(xiàn)高次諧波。產生原因：電力系統(tǒng)自身諧波；用戶方面：大功率變流設備、電弧爐等非線性用電設備所引起。危害：供電系統(tǒng)能耗增大；電氣設備尤其是靜電電容器過流、絕緣老化加快；干擾自動化裝置和通信設施的正常工作。2.頻率頻率的質量是以頻率偏差來衡量。我國規(guī)定，電力系統(tǒng)的額定頻率為50Hz，頻率的允許偏差不得超過±0.5Hz，容量大于3000MW的用頻率偏差不得超過±0.2Hz。3.電壓波形電壓波形的質量是以正弦電壓波形畸變率來衡量的。一、對電力系統(tǒng)接線方式的要求安全可靠規(guī)定條件和規(guī)定時間內保證不中止供電的能力操作方便，運行靈活能適應系統(tǒng)或本廠所的各種運行方式且運行方式相互轉換靈活。經濟合理投資費用和運行費用。便于發(fā)展具有初期—終期—擴建的靈活方便性三、變電所的主接線變電所的電壓互感器、一定次序相氣主接線是由電力變壓器、各種開關電器、電流互感器、電母線、電力電纜或導線、移相電容器、避雷器等電氣設備以連接的接受和分配電能的電路。（一）有匯流母線的主接線母線（bus）實質上是主接線電點，形式上它將一個電氣聯(lián)結點延展的聯(lián)結。有匯流母線的路中接受和分配電能的一個電氣聯(lián)結成一條線，以便于多個進出線回路主接線是我國目前廣泛采用的接線形式，按母線設置組數(shù)的不同，又可分為單母線接線和雙母線接線兩大類。1．單母線接線

常用的單母線接線方式有單母線制和單母線分段制（1）單母線制單母線制形式如圖所示，是有匯流母線的主接線中結構最為簡單的一類。在這種接線中所有電源和引出線回路都連接于同一母線上。單母線制的可靠性和靈活性都較低，母線或連接于母線上的任一隔離開關發(fā)生故障或檢修時，都將影響全部負荷的用電。（1）單母線分段接線為了提高單母線接線的供電可靠性和靈活性，可采用斷路器分段的單母線接線，如圖所示，圖中的QF3稱為分段斷路器。2.雙母線接線對于特別重要的負荷，當采用單母線分段接線，可靠性不能滿足要求時，可考慮采用雙母線接線，如圖所示。W1為工作母線，W2為備用母線，其間通過斷路器QF連接起來，QF稱為母聯(lián)斷路器。(二）無匯流母線的主接線前面分析的各種有母線的主接線形式中所采用的斷路器數(shù)目一般都大于連接回路的數(shù)目，造成整個配電裝置占地面積大，建設成本高。對于一些對經濟性要求較高的場合，在滿足主接線可靠性要求的前提下，可考慮采用無匯流母線的主接線。常見的有單元式接線和橋式接線。1.單元式接線——線路-變壓器組接線單元式接線用于只有一回進線和一回出線的場合，只有一種運行方式，如圖所示。這種這主接線形式只適用于向三級負荷供電。2.橋式接線當只有兩臺變壓器和兩條線路時，可以采用橋式接線。橋式接線是單母線分段接線中進出線回路數(shù)相同，且取消進線或出線斷路器時的特殊情況，將此時的母線分段斷路器稱為橋斷路器。橋式接線可分為：內橋式接線（1）內橋式接線L2、外橋式接線、全橋式接線L1

橋斷路器在進線斷路器的內側（即變壓器側），則稱為內橋式接線，如圖(a)所示。內橋式接線的特點是：線路的投切比較方便，變壓器的投切比較復雜，所以內橋式接線適用于進線線路較長，負荷比較平穩(wěn)，變壓器不需要經常投切的場合。QF3QFQF21(1)L1故障QS1僅QF1跳閘，T1及其它回路繼續(xù)運行T2T1(2)T1檢修①斷開QF3、QF1，再拉開QS1，出線l1停電L2L1

②關合QF和QF1，恢復L1供電。(2)外橋式接線橋斷路器在進線斷路器的外側（即進線側），則稱為外橋式接線，如圖(b)所示。QS2外橋式接線的特點和內橋相反：它適用于進線線路較短、負荷變化較大，變壓器需要經常切換的場合。QF2QF1QS1QF3(1)L1故障①QF3和QF1同時自動跳閘，T1被切除②斷開QS2，合QF1和QF3，恢復T1運行。(2)T1檢修僅停QF1和QS1（3）全橋式接線跨接橋居中，進線回路與變壓器均裝有斷路器，稱為全橋式接線。T2T1特點：適應性強，供電可靠性高，操作方便，運行靈活，容易擴展成單母線分段的中間變電所；缺點是設備多，投資大，占地面積大。適用于負荷較大，對供電要求較高的大型終端變電所。第四節(jié)電網中性點運行方式電力系統(tǒng)的中性點：星形連接的變壓器或發(fā)電機的中性點。特點：三相對稱交流系統(tǒng)中性點電位為零。電力系統(tǒng)中性點有三種運行方式：(1)中性點直接接地大電流接地系統(tǒng)(2)中性點不接地(3)中性點經消弧線圈接地小電流接地系統(tǒng)中性點運行方式的選擇：主要取決于單相接地時電氣設備絕緣要求及供電可靠性。一、中性點不接地方式負荷ABCCCCIC正常運行時U＋U＋U＝0ABCI＋I＋I＝0ABC結論：三相電流相量之和為零，這說明沒有電壓對稱，三相導線對地電容電流也是對稱的，三相電容電容電流經過大地流動。a.電路圖適用范圍3kV~60kV的電力系統(tǒng)單相金屬性接地故障時(C相)0UAUBUCIB0IC0IA0

矢量圖b.ICAICBICCIPEC相接地時，系統(tǒng)的接地電流為A、B兩相對地電容電流之和。即一相接地的電容電流為正常運行時每相對地電容電流I的3倍。C0中性點不接地系統(tǒng)單相接地故障的結論a.故障相對地電壓降為零；非故障相對地電壓升高為線電壓，且相位相差600。因此，線路及各種電氣設備的絕緣要按線電壓設計，絕緣投資所占比重加大，顯而易見，電壓等級越高絕緣投資越大。b.三相之間的線電壓仍然對稱，用戶的三相用電設備仍能照常運行，但允許繼續(xù)運行的時間不能超過2h。c.接地電流在故障處可能產生穩(wěn)定的或間歇性的電弧。如果接地電流大于30A時，將形成穩(wěn)定電弧，成為持續(xù)性電弧接地，這將燒毀電氣設備和可能引起多相相間短路。如果接地電流大于5A~10A，而小于30A，則有可能形成間歇性電??；間歇性電弧容易引起弧光接地過電壓，其幅值可達（2.5~3）Uj，將危害整個電網的絕緣安全。如果接地電流在5A以下，當電流經過零值時，電弧就會自然熄滅。2、中性點經消弧線圈接地方式消弧線圈？安裝在變壓器或發(fā)電機中性點與大地之間的具有鐵芯的電感線圈負荷荷ABCCCCILICICCICBICAICCICBICAL?當發(fā)生單相接地故障時，接地故障相與消弧線圈構成了另一個回路，接地故障相接地電流中增加了一個感性電流，它和裝設消弧線圈前的容性電流的方向剛好相反，相互補償，減少了接地故障點的故障電流，使電弧易于自行熄滅，從而避免了由此引起的各種危害，提高了供電可靠性。ICAICCICBILIPE消弧線圈的補償方式全補償方式：按I=I選擇消弧線圈的電感LC，使接地故障點電流為零，此即全補償方式。即使電容電流被完全補償，故障點還是會流過一個不大的電阻電流。欠補償方式：按I<I選擇消弧線圈的電感LC，此時接地故障點有未被補償?shù)碾娙蓦娏髁鬟^。過補償方式：按I>I選擇消弧線圈的電感LC，此時接地故障點有剩余的電感電流流過。三、中性點特點：1、供電可靠性不如電力系統(tǒng)中性點不接地和式。如發(fā)生單相接地時即形成單相接地短路，接地相電流很大。2、迅對地電壓不直接接地經消弧線圈接地方速切除接地相甚至三相，供電中斷，可靠性低3、非故障相變，電氣設備的絕緣水平只需按電力網的相電壓考慮，可以降低工程造價。3、適用于110K