供电技术第一章.ppt

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1、选用教材：供电技术选用教材：供电技术余键明余键明编著编著 机械工业出版社机械工业出版社参考教材：现代参考教材：现代供电技术供电技术 孟祥忠编著孟祥忠编著 清华大学出版社清华大学出版社 第一章第一章 供电系统基本概念供电系统基本概念 本章重点介绍了供电系统的基本概念；供电本章重点介绍了供电系统的基本概念；供电系统的组成；线路及变电所的接线方式；供电系系统的组成；线路及变电所的接线方式；供电系统中性点的运行方式及单相接地电流的计算。统中性点的运行方式及单相接地电流的计算。1.1 1.1 电力系统组成电力系统组成1.1.1 1.1.1 电力工业生产特点电力工业生产特点1 1、电能不能大量储存电能不能

2、大量储存-这是电能生产的最大特点这是电能生产的最大特点。电能生产电能生产传输传输消费的全过程，几乎是同时进消费的全过程，几乎是同时进行的，而且电能生产过程的各个环节紧密联系、行的，而且电能生产过程的各个环节紧密联系、相互影响。电力系统中任一环节若设计不当、保相互影响。电力系统中任一环节若设计不当、保护不完善、操作失误、电气设备故障，都会给整护不完善、操作失误、电气设备故障，都会给整个系统造成不良影响。个系统造成不良影响。2 2、电力系统中的暂态过程电力系统中的暂态过程十分迅速。十分迅速。3 3、电能供应特别重要。电能供应特别重要。电力工业与国民经济的各部电力工业与国民经济的各部门及人民日常生活

3、有着极为密切的关系。供电的门及人民日常生活有着极为密切的关系。供电的突然中断将会造成重大损失及严重后果。突然中断将会造成重大损失及严重后果。1.1.2 1.1.2 电力系统的基本概念电力系统的基本概念1.1.电力用户电力用户 在各行各业中所应用的各类用电设备统称为电力用户。在各行各业中所应用的各类用电设备统称为电力用户。在电力系统中，通常将某一个企业或由同一线路供电的在电力系统中，通常将某一个企业或由同一线路供电的多个企业用电设备的总和看作一个电力用户。多个企业用电设备的总和看作一个电力用户。2 2、发电厂发电厂 发电厂是生产电能的工矿企业，其作用就是把非电形式发电厂是生产电能的工矿企业，其作

4、用就是把非电形式的能转换成电能的能转换成电能。发电厂的种类很多，根据所利用能源发电厂的种类很多，根据所利用能源的不同可分为火力发电厂、水力发电厂、核能发电厂、的不同可分为火力发电厂、水力发电厂、核能发电厂、地热发电厂、潮汐发电厂及风力发电厂等。地热发电厂、潮汐发电厂及风力发电厂等。3 3、变电所变电所变电所是变换电压和交换电能的场所，由电力变压变电所是变换电压和交换电能的场所，由电力变压器和配电装置组成。器和配电装置组成。按变压器的性质和作用可分为按变压器的性质和作用可分为升压变电所和降压变电所两种。按其在电力系统内升压变电所和降压变电所两种。按其在电力系统内所处的地位不同，又可分为区域变电所

5、、企业变电所处的地位不同，又可分为区域变电所、企业变电所及车间变电所等。只有受电和配电开关等控制设所及车间变电所等。只有受电和配电开关等控制设备而无主变压器的变电所称为配电所。备而无主变压器的变电所称为配电所。4 4、电力网、电力网电力网的作用是将发电厂生产的电能进行输送、变电力网的作用是将发电厂生产的电能进行输送、变换和分配，由变电所和各种不同电压等级的电力线换和分配，由变电所和各种不同电压等级的电力线路所组成。路所组成。5 5、电力系统电力系统由分布各地的不同类型的发电厂、升压和降压变电由分布各地的不同类型的发电厂、升压和降压变电所、输电线路及电力用户组成的整体。所、输电线路及电力用户组成

6、的整体。它们之间的它们之间的相互关系可以用图相互关系可以用图1-11-1表示。表示。图图1-1 1-1 电力系统组成示意图电力系统组成示意图1.1.3 1.1.3 电力系统的电压等级电力系统的电压等级1 1、电网电压电网电压是有等级的，电网的额定电压等级是根据是有等级的，电网的额定电压等级是根据国民经济发展的需要、技术经济的合理性以及电气设国民经济发展的需要、技术经济的合理性以及电气设备的制造水平等因素，经全面分析论证，由国家统一备的制造水平等因素，经全面分析论证，由国家统一制定和颁布的，我国公布的标准额定电压如表制定和颁布的，我国公布的标准额定电压如表1-11-1所。所。2 2、电气设备电气

7、设备的额定电压等级与电网额定电压等级相对的额定电压等级与电网额定电压等级相对应。根据电气设备在系统中的作用和位置，其额定电压应。根据电气设备在系统中的作用和位置，其额定电压简述如下：简述如下：用电设备用电设备 用电设备的额定电压和电网的额定电压一致用电设备的额定电压和电网的额定电压一致发电机发电机 发电机的额定电压一般比同级电网额定电压高发电机的额定电压一般比同级电网额定电压高出出5%5%，用于补偿电网电压损失。，用于补偿电网电压损失。变压器变压器 变压器的额定电压分为一次和二次绕组。对于变压器的额定电压分为一次和二次绕组。对于一次绕组，当变压器接于电网末端时，性质等同电一次绕组，当变压器接于

8、电网末端时，性质等同电网上的一个负荷，故额定电压与电网一致。对于二网上的一个负荷，故额定电压与电网一致。对于二次绕组，额定电压是指空载电压，其额定电压应比次绕组，额定电压是指空载电压，其额定电压应比电网额定电压高电网额定电压高5%5%；当二次侧输电距离较长时，其；当二次侧输电距离较长时，其额定电压应比电网额定电压高额定电压应比电网额定电压高10%10%。表表1-1 1-1 我国交流电力网和电气设备的额定电压我国交流电力网和电气设备的额定电压 3 3、供电系统电压等级的确定供电系统电压等级的确定 电压等级的确定在供电设计中是十分重要的，电电压等级的确定在供电设计中是十分重要的，电压等级的确定是否

9、合理将直接影响供电系统设计的技压等级的确定是否合理将直接影响供电系统设计的技术、经济上的合理性。术、经济上的合理性。确定电压等级时需确定电压等级时需要考虑要考虑以下以下主主要技术、经济指标要技术、经济指标：（1 1）技术指标）技术指标 主要包括电能质量，供电的可靠性，配电的合理性主要包括电能质量，供电的可靠性，配电的合理性及适应将来发展的情况等。及适应将来发展的情况等。（2 2）经济指标）经济指标 主要包括基建投资（线路、变压器和开关设备主要包括基建投资（线路、变压器和开关设备），有色金属消耗量，年电能损失费（包括线路及变压器有色金属消耗量，年电能损失费（包括线路及变压器的年电能损耗费）及年维

10、修费等。的年电能损耗费）及年维修费等。表1-3 各种电压线路送电容量与距离的参考值在有总降压变电站（在有总降压变电站（35kV35kV 110kV110kV受电）的工矿企业里，经验证明当受电）的工矿企业里，经验证明当6kV6kV用电设用电设备的负荷占企业总负荷的备的负荷占企业总负荷的30%30%40%40%以上时，企业内部配电电压采用以上时，企业内部配电电压采用6kV6kV为适宜。为适宜。1.2 1.2 供电系统及接线方式供电系统及接线方式1.2.1 1.2.1 确定供电系统的一般原则确定供电系统的一般原则 确定供电系统的一般原则是：供电可靠，操作方确定供电系统的一般原则是：供电可靠，操作方便

11、、运行安全灵活，经济合理，便于发展。便、运行安全灵活，经济合理，便于发展。（1 1）供电可靠性）供电可靠性 供电可靠性是指供电系统不间断供电的可靠程供电可靠性是指供电系统不间断供电的可靠程度。应根据负荷等级来保证其不同的可靠性。不可度。应根据负荷等级来保证其不同的可靠性。不可片面强调供电可靠而造成不应有的浪费。在设计时片面强调供电可靠而造成不应有的浪费。在设计时，不考虑双重事故。，不考虑双重事故。（2 2）操作方便、运行安全灵活）操作方便、运行安全灵活 供电系统的接线应保证在正常运行和发生事故供电系统的接线应保证在正常运行和发生事故时，操作和检修方便，运行维护安全灵活。为此，时，操作和检修方便

12、，运行维护安全灵活。为此，应简化接线，减少供电层次和操作程序。应简化接线，减少供电层次和操作程序。（3 3）经济合理）经济合理 接线方式在满足用户要求和保证供电质量的前提接线方式在满足用户要求和保证供电质量的前提下应力求简单，以减少投资和运行费用。提高经济性下应力求简单，以减少投资和运行费用。提高经济性的有效措施之一就是高压线路尽量深入负荷中心。的有效措施之一就是高压线路尽量深入负荷中心。（4 4）具有发展的可能性）具有发展的可能性 接线方式应保证便于将来发展，同时能适应分期接线方式应保证便于将来发展，同时能适应分期建设的需要。建设的需要。1.2.1.2.2 2 供电系统的接线方式供电系统的接

13、线方式 供电系统供电系统按系统接线布置方式按系统接线布置方式可分为放射式、干可分为放射式、干线式、环式及两端电源供电式等接线方式；线式、环式及两端电源供电式等接线方式；按供电系按供电系统的运行方式统的运行方式可分为开式和闭式接线系统；可分为开式和闭式接线系统；按对负荷按对负荷供电可靠性的要求供电可靠性的要求可分为无备用和有备用接线系统。可分为无备用和有备用接线系统。在有备用接线系统中，其中一回线路发生故障时，其在有备用接线系统中，其中一回线路发生故障时，其余线路能保证全部供电的称为完全备用系统；如果只余线路能保证全部供电的称为完全备用系统；如果只能保证对重要用户供电的，则称为不完全备用系统。能

14、保证对重要用户供电的，则称为不完全备用系统。1 1、无备用接线方式无备用接线方式(a)(a)单回路放射式单回路放射式(b)b)直接联接的干线式直接联接的干线式(c)(c)串联型干线式串联型干线式 无备用系统无备用系统优点优点是：接线简单，运行方便，易于是：接线简单，运行方便，易于发现故障。发现故障。缺点缺点是：供电可靠性差。所以这种接线主是：供电可靠性差。所以这种接线主要用于对三级负荷和一部分次要的二级负荷供电。要用于对三级负荷和一部分次要的二级负荷供电。2 2、有备用接线方式有备用接线方式QS1 QF1QS2QS3 QF2QS7QS6QS5QF4QS4图图13 13 双回路放射式接线双回路放

15、射式接线(a)(a)QS1 QF1QS2QS3 QF2QS4QS6QF4QS8QS5QF3QS7QS10QF5QS9图图13 13 双回路放射式接线双回路放射式接线(b)(b)QF1QF2QF4QF5QF6QF7QF3图图1-51-5环式接线环式接线 有备用系统有备用系统优点优点是：供电可靠性高。是：供电可靠性高。缺点缺点是：接是：接线复杂，不易于发现故障。所以这种接线主要用于线复杂，不易于发现故障。所以这种接线主要用于对一级、二级负荷负荷供电。对一级、二级负荷负荷供电。1.2.4 1.2.4 变电站的主接线方式变电站的主接线方式 变电站的主接线是由各种电气设备（变压器、变电站的主接线是由各种

16、电气设备（变压器、断路器、隔离开关等）及其连接线所组成的，用以断路器、隔离开关等）及其连接线所组成的，用以接受和分配电能，是供电系统的组成部分。接受和分配电能，是供电系统的组成部分。它与电它与电源电压等级、进线数目、负荷大小及级别、变压器源电压等级、进线数目、负荷大小及级别、变压器台数及容量等因素有关，所以变电站的主接线有多台数及容量等因素有关，所以变电站的主接线有多种形式。确定变电站的主接线与变电站电气设备的种形式。确定变电站的主接线与变电站电气设备的选择、配电设备的布置及运行的可靠性和经济性等选择、配电设备的布置及运行的可靠性和经济性等都有密切的关系，确定变电站的主接线方式是变电都有密切的

17、关系，确定变电站的主接线方式是变电站设计的重要任务之一。下面分别介绍工业企业总站设计的重要任务之一。下面分别介绍工业企业总降压变电站和车间变电所的主接线方式。降压变电站和车间变电所的主接线方式。图图1-6 1-6 线路线路-变压器组接线变压器组接线 （a a）进线为隔离开关；（）进线为隔离开关；（b b）进线为跌落式保险；（）进线为跌落式保险；（c c）进线为断路器）进线为断路器（1 1）线路）线路-变压器组接线方式变压器组接线方式当供电电源只有一回线路，且变电站只装设一台变压器时，采当供电电源只有一回线路，且变电站只装设一台变压器时，采用线路用线路变压器组接线方式，如图变压器组接线方式，如图

18、1-61-6所示。所示。1 1、总降压变电站的主接线、总降压变电站的主接线线路线路变压器组接线方式的优点是：接线简单，使变压器组接线方式的优点是：接线简单，使用的设备少，基建投资省。缺点是：供电的可靠性用的设备少，基建投资省。缺点是：供电的可靠性低，当供电线路、变压器及低压母线发生故障或高低，当供电线路、变压器及低压母线发生故障或高压设备检修时全部负荷都将停止供电。所以这种接压设备检修时全部负荷都将停止供电。所以这种接线方式只应用于三级或不太重要的二级负荷的变电线方式只应用于三级或不太重要的二级负荷的变电所所。（2 2）桥式接线）桥式接线（a a）外桥接线；）外桥接线；（b b）内桥接线；）内

19、桥接线；（c c）全桥接线）全桥接线图图 1-7 1-7 桥式接线桥式接线当供电电源只有当供电电源只有两回线路，且变电站装设两台变压器时，采两回线路，且变电站装设两台变压器时，采用桥式，如图用桥式，如图1-1-7 7所示。所示。桥式接线方式的优点是：桥式接线方式的优点是：供电的可靠性供电的可靠性高，用高，用于于对一、二级负荷供电对一、二级负荷供电；缺点是缺点是接线复杂接线复杂，使用的，使用的设备设备多，基建投资高。多，基建投资高。(3)(3)单母线分段接线单母线分段接线 有穿越负荷的两回电源进线的中间变电所，其受、配有穿越负荷的两回电源进线的中间变电所，其受、配电母线以及桥式接线变电所主变压器

20、二次侧的配电母线，多电母线以及桥式接线变电所主变压器二次侧的配电母线，多采用单母线分段接线方式，如图采用单母线分段接线方式，如图1-81-8所示。所示。馈出线L4电源L3电源L2图图18 18 单母线分段式接线单母线分段式接线1122 单母线分段接线的优点：当某回受电线路或单母线分段接线的优点：当某回受电线路或变压器故障停止运行时，可通过母线分段器变压器故障停止运行时，可通过母线分段器QFs的联络，保证继续对两段母线上的重要负荷供电，的联络，保证继续对两段母线上的重要负荷供电，具备一定的可靠性。缺点是当其中任一段母线发具备一定的可靠性。缺点是当其中任一段母线发生故障时，接于该段母线的全部进出线

21、均停止运生故障时，接于该段母线的全部进出线均停止运行。行。(4)(4)双母线接线双母线接线对于容量大，负荷要求可靠性高，进出线回路多的重要变对于容量大，负荷要求可靠性高，进出线回路多的重要变电所，采用双母线接线，如图电所，采用双母线接线，如图1-9所示。所示。双母线接线的优点：不论哪一段电源与母线双母线接线的优点：不论哪一段电源与母线同时发生故障，都不影响对用户的供电，故可靠同时发生故障，都不影响对用户的供电，故可靠性高。缺点是设备多，接线复杂，操作安全性差、性高。缺点是设备多，接线复杂，操作安全性差、投资大。投资大。2.2.车间变电所的主接线车间变电所的主接线（1 1）高压侧无母线的接线方式

22、）高压侧无母线的接线方式（图图1-10 1-10 图图1-141-14）图图 1 1-1 10 320kVA0 320kVA及以下车间变电所的接线方式及以下车间变电所的接线方式 区别在于区别在于高压侧开关类型的选择，主要取决于变压器的高压侧开关类型的选择，主要取决于变压器的容量及变电所的结构型式容量及变电所的结构型式。高压侧开关元件选高压侧开关元件选用隔离开关和高压用隔离开关和高压熔断器。在检修变熔断器。在检修变压器时，用隔离开压器时，用隔离开关切断变压器与高关切断变压器与高压电源的联系；用压电源的联系；用高压熔断器切断短高压熔断器切断短路故障。路故障。高压侧开关元件选用跌落高压侧开关元件选用

23、跌落式熔断器，在变压器故障式熔断器，在变压器故障时，可作为保护元件自动时，可作为保护元件自动断开变压器；在检修变压断开变压器；在检修变压器时起隔离开关的作用。器时起隔离开关的作用。高压侧开关元件选用负高压侧开关元件选用负荷开关和熔断器。负荷荷开关和熔断器。负荷开关作为正常运行时操开关作为正常运行时操作变压器之用，熔断器作变压器之用，熔断器作为变压器的短路保护作为变压器的短路保护之用。之用。高压侧开关元件选用隔高压侧开关元件选用隔离开关和高压断路器。离开关和高压断路器。高压断路器作为正常运高压断路器作为正常运行时接通或断开变压器行时接通或断开变压器之用。隔离开关作为断之用。隔离开关作为断路器、变

24、压器检修时隔路器、变压器检修时隔离电源之用，故要装设离电源之用，故要装设在断路器之前。在断路器之前。这种接线方式最简单、运这种接线方式最简单、运行便利、投资费用少，当行便利、投资费用少，当中小型工业企业的车间变中小型工业企业的车间变电所只有一台变压器时最电所只有一台变压器时最为适宜。但当高压侧电气为适宜。但当高压侧电气设备发生故障时，将造成设备发生故障时，将造成全部停电，因此只适用于全部停电，因此只适用于三级负荷。三级负荷。对一、二级负荷对一、二级负荷或用电量较大的或用电量较大的车间变电所，应车间变电所，应采用两回路进线采用两回路进线两台变压器的接两台变压器的接线线方式。方式。（2 2）高压侧

25、单母线的接线）高压侧单母线的接线 对供电可靠对供电可靠性要求较高、季性要求较高、季节性负荷或昼夜节性负荷或昼夜负荷变化较大，负荷变化较大，以及负荷比较集以及负荷比较集中的车间（或中、中的车间（或中、小企业），其变小企业），其变电所设有两台以电所设有两台以上变压器，并考上变压器，并考虑今后发展需要，虑今后发展需要，则应采用高压单则应采用高压单母线接线方式，母线接线方式，如图如图1-151-15所示。所示。1.2.5 1.2.5 典型供电系统接线实例综合分析典型供电系统接线实例综合分析1 1、线路线路-变压器组接线变压器组接线 属于二级及三级负荷的大型机械厂等可采用属于二级及三级负荷的大型机械厂等

26、可采用一回路电源进线和一台变压器的线路一回路电源进线和一台变压器的线路变压器组变压器组接线方式，如图接线方式，如图1-161-16所示。当线路较长且变压器所示。当线路较长且变压器容量较大时，变压器的电源侧需装设隔离开关及容量较大时，变压器的电源侧需装设隔离开关及断路器。若线路不长或变压器容量不大时，变压断路器。若线路不长或变压器容量不大时，变压器的电源侧可不装设断路器，但一般需装设跌落器的电源侧可不装设断路器，但一般需装设跌落式熔断器，用于变压器的短路保护。这种接线的式熔断器，用于变压器的短路保护。这种接线的优点是简单、设备少、基建快、投资费用低。但优点是简单、设备少、基建快、投资费用低。但当

27、线路或变压器发生故障或检修时，就需停电，当线路或变压器发生故障或检修时，就需停电，故供电可靠性较差。故供电可靠性较差。2.2.桥式接线桥式接线 属于一级及二级负荷的大型工业企业采用属于一级及二级负荷的大型工业企业采用35kV35kV110kV110kV的线路供电时，一般多采用双回路电的线路供电时，一般多采用双回路电源进线和两台主变压器组成的桥式接线。它的特源进线和两台主变压器组成的桥式接线。它的特点是当一条电源线路有故障或检修时，通过桥断点是当一条电源线路有故障或检修时，通过桥断路器的联络，不影响两台变压器的运行。当变压路器的联络，不影响两台变压器的运行。当变压器台数多于两台时，可采用扩大桥式

28、接线方式。器台数多于两台时，可采用扩大桥式接线方式。如图如图1-171-17所示。所示。35kV35kV110kV110kV进线进线 图图1-17 1-17 扩大桥式接线扩大桥式接线1.3 1.3 电网中性点运行方式电网中性点运行方式1.3.1 1.3.1 中性点运行方式分析中性点运行方式分析1.1.中性点运行方式分类中性点运行方式分类在电力系统中，当变压器或发电机的三相绕组为星形在电力系统中，当变压器或发电机的三相绕组为星形联结时，其中性点可有以下几种运行方式：联结时，其中性点可有以下几种运行方式：（1)1)中性点直接接地方式中性点直接接地方式（2)2)中性点不接地方式中性点不接地方式（3)

29、3)中性点经消弧线圈（电抗器）接地方式中性点经消弧线圈（电抗器）接地方式（4)4)中性点经电阻接地方式中性点经电阻接地方式2 2、中性点接地方式分析、中性点接地方式分析 中性点接地方式与电网安全有密切联系，在系统中性点接地方式与电网安全有密切联系，在系统正常运行时，中性点对地电压为零，接地方式对系统正常运行时，中性点对地电压为零，接地方式对系统没有影响。当发生单相接地故障时，各种接地方式的没有影响。当发生单相接地故障时，各种接地方式的差别就出现了。差别就出现了。（1 1）中性点直接接地中性点直接接地 当发生单相接地故障时，造成的短路电流很大，当发生单相接地故障时，造成的短路电流很大，致使供电中

30、断，可靠性差。但是，该方式下非故障相致使供电中断，可靠性差。但是，该方式下非故障相对地电压不变，电气设备的绝缘水平可按相电压考虑对地电压不变，电气设备的绝缘水平可按相电压考虑。这对于这对于110110kVkV及以上的高压电网降低造价尤为重要及以上的高压电网降低造价尤为重要，因此，因此110kV110kV及以上电网普遍采用直接接地方式。及以上电网普遍采用直接接地方式。（2）中性点不接地）中性点不接地 当发生单相接地故障时，若电压较低、输电线路较当发生单相接地故障时，若电压较低、输电线路较短，电容较小，故障电流很小，瞬时性故障往往自动消短，电容较小，故障电流很小，瞬时性故障往往自动消除；因此中性点

31、不接地方式适合低电压、短距离输电。除；因此中性点不接地方式适合低电压、短距离输电。但此时，非故障相对地电压升高到原来相电压的但此时，非故障相对地电压升高到原来相电压的 倍，倍，故电气设备对地绝缘要求必须按线电压数值考虑。故电气设备对地绝缘要求必须按线电压数值考虑。对高电压、长距离输电线路单相接地的电容电流对高电压、长距离输电线路单相接地的电容电流一般很大，在接地处容易发生电弧周期性的熄灭与重一般很大，在接地处容易发生电弧周期性的熄灭与重燃，出现所谓间歇电弧，引起电网产生高频振荡，形燃，出现所谓间歇电弧，引起电网产生高频振荡，形成过电压，可能击穿设备绝缘，造成短路故障。为了成过电压，可能击穿设备

32、绝缘，造成短路故障。为了避免电弧的发生，通常采用中性点经消弧线圈或电阻避免电弧的发生，通常采用中性点经消弧线圈或电阻接地的运行方式。接地的运行方式。（3 3）中性点经消弧线圈接地）中性点经消弧线圈接地设设C C相相k k点发生接地，流过点发生接地，流过k k点的电网电流为点的电网电流为 消弧线圈的电感为消弧线圈的电感为L L，流过的电流为，流过的电流为而而 与与 方向相反，使方向相反，使单相接地电流单相接地电流减小，避免发减小，避免发生间歇电弧。生间歇电弧。习题与思考题习题与思考题1.简述工业企业供电系统的构成。2.为什么有不同电压等级的电网？统一规定各种电气设备的额定电压有什么意义？3.同一电压等级的发电机、变压器、用电设备及电网的额定电压有无差别？差别的原因是什么？4.双回路独立电源的含义是什么？什么条件下适合采用双回路或者环形供电系统？5.简述桥式接线的种类、特点及适用场合。6.简述供电系统中性点运行方式的种类、特点及 适用场合。某电力系统如图某电力系统如图1-211-21所示，试标出变压器一、二次侧及发所示，试标出变压器一、二次侧及发电机的额定电压。电机的额定电压。图图1-21 1-21