1、第一章 绪 论,1.1 电力系统及其电压等级1.2 电力负荷的分级1.3 中性点运行方式及系统接地型式1.4 电能的质量及其标准,1.1 电力系统及其电压等级,一、电力系统的构成,电力系统发电、输电及配电的所有装置和设备的组合。,（一）发电厂（站）,发电厂（站）由建筑物、能量转换设备和全部必要的辅助设备组成的生产电能的工厂。,火力发电站由燃煤或碳氢化合物获得热能的热力发电站(将热能转变为电能的发电站)。,发电过程为：燃料充分燃烧后，使锅炉内的水变成高温高压的蒸汽，推动汽轮机转动，带动与之联轴的发电机旋转发电。,水电站将水流能量转变为电能的电站。,发电过程为：有落差的水流冲动水轮机，带动与之连轴
2、的发电机旋转发电。,核电站由核反应获得热能的热力发电站。,发电过程为：反应堆中的核燃料发生核裂变时释放出的能量，使水变成高温高压的蒸汽，推动汽轮机转动，带动与之联轴的发电机旋转发电。,其他：太阳能电站、风力电站、地热电站、潮汐电站 等。,其他：太阳能电站、风力电站、地热电站、潮汐电站 等。,（二）电力网,电力网输电、配电的各种装置和设备、变电站、电力线路的组合。,电力线路电力系统两点间用于输配电的导线、绝缘材料和附件组成的设施。,变电站电力系统的一部分，它集中在一个地方，主要包括输电或配电线路的终端、开关设备及控制设备、变压器和建筑物，通常还包括电力系统安全和控制所需的设施（例如保护装置）。,
3、（三）电力用户,一般由配电网供电的电能使用者称为电力用户。,（四）电力系统的构成图,二、电力系统运行的特点与要求,电力系统影响重要,电力系统的暂态过程十分迅速,电力系统发电与用电之间处于动态平衡,运行要求：安全、可靠、优质、经济,三、电力系统的电压,（一）标准电压,GB1562007标准电压,1.电力系统标称电压,标称电压用以标志或识别系统电压的给定值。,系统最高电压在正常运行条件下，在系统任何时间和任何地点上出现的电压的最高值。,表1-1 我国电力系统的标称电压,（二）电气设备额定电压,额定电压通常由制造厂家确定，用以规定元件、器件或设备的额定工作条件的电压。,设备最高电压表示设备绝缘及其他
4、特性的电压。,1.用电设备的额定电压,用电设备的额定电压Ur与所连接系统的标称电压Un一致。,2.发电机的额定电压,发电机的额定电压Ur.G比所连接电网的系统标称电压Un高5%。用于补偿线路的电压损失。,Un,-10%,3.电力变压器的额定电压,二次绕组额定电压：（空载电压）,一次绕组额定电压：,a、直接接于发电机出线端，则其额定电压应与 发电机额定电压相同。,b、当接于电网时，则等于电网标称电压。,a、当二次侧线路较短时，比电网标称电压高5%。,b、当二次侧输电线路较长时，考虑线路电压损 失，则应比电网标称电压高10%。,线路长,线路短,U1r.T=UG,U1r.T=U1n,U2r.T=1.
5、1U1n,U2r.T=1.05U2n,线路传输功率越大，传输距离越远，则所选择的电压等级也应越高。,3301000kV主要用于长距离输电网；110220kV电压等级主要用于区域配电网；10110kV为一般电力用户的高压供电电压；220/380V为低压配电电压（工矿企业亦可采用380/660V）。,（三）电力系统中各种标称电压的适用范围,1.2 电力负荷的分级,中断供电将造成人身伤亡时；在经济上造成重大损失时；影响有重要用电单位的正常工作。,特别重要的负荷指当中断供电将将造成重大设备损坏；发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷；特别重要场所的不允许中断供电的负荷。,中断供电将在经济上造成较大损失时；影
6、响较重要用电单位的正常工作。,应由双重电源供电：来自两个发电厂来自两个地区变电所1路市电自备发电机,还应增设应急电源：独立于正常电源的发电机组独立于正常电源的专用馈电线路蓄电池、UPS或EPS装置,宜由两回路电源供电。在负荷较小或地区供电条件困难时，可由一回6kV及以上专用的架空线路供电。,对供电方式无特殊要求,不属于一、二级负荷者,1.3 电力系统的中性点接地方式,中性点接地方式指电力系统电源中性点（变压器或发电机的三相绕组星形连接时的中性点）与（局部）地的连接方式。,电力系统的中性点接地方式是一个综合的技术问题，它与系统的供电可靠性、人身安全、设备安全、过电压保护、继电保护、通信干扰及接地
7、装置等问题有密切的关系。,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。,一、中性点不接地方式,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2h，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。,二、
8、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。使电网持续运行时间延长，相对提高了供电可靠性。此方式也是小接地电流系统。,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：对3kV6kV电网，故障点总电容电流超过30A；对10kV电网，故障点总电容电流超过20A；对22kV66kV电网，故障点总电容电流超过10A。,三、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
9、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。该系统运行中若发生一短路，立即造成系统中流过很大的单相接地电流。依靠系统中继电保护装置跳闸可迅速切除故障。再用重合闸恢复正常供电。,优点：,操作过电压均比中性点绝缘电网低，系统不易过电压。,缺点：,短路大接地电流对通讯系统造成的干扰影响较大。,四、低压配电系统的接地型式,低压配电系统的接地型式有TN系统、TT系统和IT系统。,1.TN系统,TN系统在电源端处一点（中性点）直接接地，而装置的外露可导电部分是利用保护导体连接到那个接地点上。按照中性导体与保护导体的配置，TN系统又有三种类型：,（1）TN-S系统 整个系统中，全部采用单独
10、的保护导体。,（2）TN-C系统 在整个系统中，中性导体的功能与保护导体的功能合并在一根导体中（PEN导体）。,TN-C系统不适用于对抗电磁干扰和安全要求较高的场所。,（3）TN-C-S系统 在系统中一部分中，中性导体的功能与保护导体的功能合并在一根导体中。,对TN系统，在同一电源供电的范围内，所有的PE导体或PEN导体都是连通的，其上的故障电压可在各个装置间互窜，对此需要采取等电位联结措施加以防范。,2TT系统 TT系统电源只有一点（中性点）直接接地，而电气装置的外露可导电部分则是被接到独立于电源系统接地的接地极上。,在无等电位联结作用的户外装置，如路灯装置，应采用TT系统来供电。,优点：不
11、存在TN系统中的故障蔓延现象。缺点：须装设高灵敏的接地故障保护电器。,3.IT系统 IT系统电源的所有带电部分都与地隔离，或有一点（中性点）通过阻抗接地，电气装置的外露可导电部分被单独地或集中地接地。,IT系统适宜于人身电击、电气爆炸和火灾等电气危险大的特殊场所，也适用于对供电不间断要求高的电气装置，如医院手术室、矿井下等。,1.4 电能的质量及其标准,一、供电质量的基本要求,从上述指标来看，保证对用户不间断地供给充足、优质而又经济的电能，是现代工矿企业对供配电系统的基本要求。,安全性指标,可靠性指标,优质性指标,经济性指标,二、供配电的电能质量,评价供配电系统电能质量的主要指标有：电压偏差
12、供配电系统改变运行方式和负荷缓慢地变化会使供配电系统各点的电压也随之变化，这时各点实际电压与系统标称电压之差与系统标称电压之比U称为电压偏差。电压偏差U也常用与系统标称电压的百分比表示。即：,电压偏差对系统和用户的影响 电压偏差过大会对供配电系统的正常运行产生以下不利影响：1对感应电动机的影响：由于电动机转矩与电压的平方成正比，当电压出现正偏差时，电动机机端电压升高，激磁电流和温升增加，绝缘受到过电压和过热的威胁；当电压出现负偏差时，转矩下降转速降低，同时负荷电流会增加，都将影响电动机的使用寿命。2对照明设备的影响：照明设备的发光效率与电压的关系极大，当电压降低时会引起照明设备的效率降低，造成
13、照度不足，影响照明效果，同时还会导致气体放电光源的照明器不能正常点燃；当电压偏高时，光源寿命缩短很多。3对电子设备的影响：对于大规模自动控制系统计算中心来说，电压偏差会造成系统的工作紊乱，数据损坏；对于精密机床、机器人等，电压偏差可能造成无法保持对由其驱动过程的精确控制。4电压偏差对无功补偿的影响电压过低会引起补偿电容器组输出无功减少，不能满足补偿要求。,电压偏差的允许值 35kV及35kV以上电压供配电，电压正、负偏差的绝对值之和不应超过额定值的10%；10kV及10kV以下三相供配电，为额定值的7%；220V单相供配电为额定值的7%、10%。在供配电系统非正常情况下，用户受电端的电压最大允
14、许偏差不应超过额定值的10%。,电压波动和闪变 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。电压波动和电压闪变是由电弧炉、轧机、电弧焊机等波动负荷引起的。,电压波动和闪变的限制措施,采用单独回路供电 降低共用配电线路阻抗 提高供电电压 增加短路容量 采用静止型无功功率补偿装置,谐波,由于电力系统中存在大量的非线性供用电设备，使得电压波形偏离正弦波，这种现象称为电压正弦波畸变。电压波形的畸变程度用电压正弦波畸变率来衡量，也称为电压谐波畸变率。,谐波的改善措施,加强系统承受谐波的能力；提高供、用电设备
15、抗谐波干扰的能力；限制谐波的产生；装设交流滤波器吸收谐波。,频率偏差,频率偏差是指供电的实际频率与电网的额定频率的差值。我国电网的标准频率为50Hz，又叫工频。频率偏差一般不超过0.25Hz，当电网容量大于3000MW时，频率偏差不超过0.2Hz。,频率偏差改善措施,调整频率的办法是增大或减小电力系统发电机有功功率。,第二章 负荷计算及无功功率补偿,2.1 负荷计算的目的及相关物理量2.2 三相用电设备的负荷计算2.3 单相用电设备的负荷计算2.4 无功功率补偿,一、计算负荷概念,电力系统中的各种用电设备由供配电系统汲取的功率（电流）视为电力负荷。实际负荷通常是随机变动的。我们选取一个假想的持
16、续性的负荷，在一定时间间隔和特定效应上与实际负荷相等。这一计算过程就是负荷计算。这一假想的持续性的负荷就称为计算负荷。,计算负荷是用于按发热条件选择供配电系统中各元件的依据。负荷计算也只能力求接近实际。,载流导体温升曲线,2.1负荷计算的目的及相关物理量,二、用电设备工作制及设备功率的计算 电器载流导体的发热与用电设备的工作制关系较大，因为在不同的工作制下、载流导体发热的条件不同。,(一)用电设备的工作制 1.连续工作制 连续工作制设备在无规定期限的长时间内恒载的工作制，在恒定负载连续运行达到热稳定状态。,2.短时工作制 短时工作制设备在恒定负载下按制定的时间运行，在未达到热稳定前即停机和断能，其时间足以使电机或冷却器冷却到与最终冷却介质温度之差在2K以内。,3.周期工作制 周期工作制设备按一系列相同的工作周期运行，每一周期由一段恒定负载运行时间和一段停机并断能时间所组成，但在每一周期内运行时间较短，不足以使电机达到热稳定，且每一周期的起动电流对温升无明显影响。,工作时间,停歇时间,用负荷持续率表征其工作特性：,工作周期,(二)设备功率的计算 1.连续工作制的设备功率,设备功率Pe，一
