供配電技術(shù)馮紅巖本次課，通過對供配電系統(tǒng)基礎(chǔ)知識的學(xué)習，要求：國內(nèi)外供配電技術(shù)的發(fā)展概況及電力系統(tǒng)的組成掌握電力系統(tǒng)電壓的確定原則和依據(jù)熟悉電力用戶對電能質(zhì)量的要求和電能質(zhì)量評價指標電力系統(tǒng)的中性點的運行方式及特點學(xué)習目標電力系統(tǒng)的額定電壓了解1.1

電力系統(tǒng)概述電力相當于現(xiàn)代工業(yè)社會得以正常運轉(zhuǎn)的的血液，其發(fā)展水平是反應(yīng)一個國家經(jīng)濟發(fā)達程度的重要標志。

我國的電力建設(shè)多年保持快速增長的態(tài)勢?？傃b機容量和總用電量均已超過美國位居世界第一。截至2018年底，全國人均年用電量4956千瓦時，全國發(fā)電裝機容量19.0億千瓦，同比增長6.5%。全年發(fā)電設(shè)備平均利用小時數(shù)為3862小時，同比增加73小時。風電、水電、光伏裝機容量已越居世界第一，我國電力供應(yīng)已從緊張短缺轉(zhuǎn)向?qū)捤蛇^剩。截至2018年底，全國電網(wǎng)220千伏及以上輸電線路回路長度73萬千米；220千伏及以上變電設(shè)備容量40億千伏安。糯扎渡水電站送廣東±800千伏特高壓直流工程全部建成投運，“西電東送”形成“八交八直”輸電大通道。隨著我國最長的特高壓交流工程----榆橫～濰坊1000千伏特高壓交流輸變電工程正式開工，列入我國大氣污染防治行動計劃的四條特高壓交流工程已經(jīng)全部開工。電力行業(yè)發(fā)展概述1.1.1

電力系統(tǒng)的組成電力系統(tǒng)是由發(fā)電廠、輸電網(wǎng)、配電網(wǎng)和電力用戶組成的整體，是將一次能源轉(zhuǎn)換成電能并輸送和分配到用戶的一個統(tǒng)一系統(tǒng)。發(fā)電廠將一次能源轉(zhuǎn)換成電能，經(jīng)過電網(wǎng)將電能輸送和分配到電力用戶的用電設(shè)備，從而完成電能從生產(chǎn)到使用的整個過程。輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)統(tǒng)稱為電網(wǎng)，是電力系統(tǒng)的重要組成部分。到目前為止電能依然不能大量存儲，電能的生產(chǎn)、輸送、分配和消費必須在同一時間完成。電力系統(tǒng)還包括保證其安全可靠運行的繼電保護裝置、安全自動裝置、調(diào)度自動化系統(tǒng)和電力通信等相應(yīng)的輔助系統(tǒng)（一般稱為二次系統(tǒng)）。1.1.1

電力系統(tǒng)的組成圖1-1動力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、和工廠供配電系統(tǒng)示意圖1.1.2

發(fā)電廠發(fā)電廠負責電力生產(chǎn)，將各種一次能源轉(zhuǎn)化為電能，是電網(wǎng)的心臟。圖1-22020年我國的電源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)目標能源總生產(chǎn)量或總消費量中各類一次能源、二次能源的構(gòu)成及其比例關(guān)系稱為能源結(jié)構(gòu)。我國的《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》制訂了壓煤、穩(wěn)氣、增風光的發(fā)展戰(zhàn)略?！笆濉逼陂g我國電力工業(yè)投資規(guī)模將達到7.17萬億元，以2020年非化石能源消費比重達到15%為硬指標，提出全國煤電裝機規(guī)模力爭控制在11億千瓦以內(nèi)，穩(wěn)步發(fā)展核電、天然氣，優(yōu)先發(fā)展新能源，棄風、棄光率控制在5%左右的合理水平。1.1.3

電力網(wǎng)絡(luò)在電力系統(tǒng)中，電網(wǎng)是聯(lián)系發(fā)電和用電的設(shè)施和設(shè)備的統(tǒng)稱。屬于輸送和分配電能的中間環(huán)節(jié)，它主要由聯(lián)結(jié)成網(wǎng)的送電線路、變電所、配電所和配電線路組成。圖1-3電力系統(tǒng)及電力網(wǎng)輸電網(wǎng)配電網(wǎng)配電所變電所1.1.2

發(fā)電廠

利用水的流量和落差使水輪機轉(zhuǎn)動。水能機械能電能水電站利用燃煤(或石油、天然氣)燃燒使汽輪機轉(zhuǎn)動?；瘜W(xué)能熱能機械能電能核電站利用原子能在反應(yīng)堆的核裂變使汽輪機轉(zhuǎn)動核裂變能→熱能→機械能→電能。風能機械能電能太陽能發(fā)電光能→電能1.1.3

電力網(wǎng)絡(luò)變電站是電網(wǎng)的重要節(jié)點，起著接受電能、變換電壓和分配電能的作用，是聯(lián)系發(fā)電廠和電力用戶的的中間環(huán)節(jié)。變電所有升壓和降壓之分。升壓變電所多建在發(fā)電廠內(nèi)，降壓變電所多設(shè)在用電區(qū)域。樞紐變電所樞紐變電所位于電力系統(tǒng)的樞紐點，電壓等級一般為330kV及以上，聯(lián)系多個電源，出線回路多，變電容量大；全站停電后將造成大面積停電，或系統(tǒng)瓦解，樞紐變電站對電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定和可靠性起到重要作用。不同電網(wǎng)通過樞紐變電所實現(xiàn)互聯(lián)。2.中間變電所中間變電所一般位于系統(tǒng)的主要環(huán)路線路中或系統(tǒng)主要于線的接口處，匯集有2-3個電源。高壓側(cè)以交換潮流為主，同時又降壓供給當?shù)赜脩簦饕鹬虚g環(huán)節(jié)作用，電壓為220kv-330kV。全所停電時，將引起區(qū)域電網(wǎng)解列。3.地區(qū)變電所地區(qū)變電所以對地區(qū)用戶供電為主，是一個地區(qū)或城市的主要變電所，電壓一般為110-220kv。全所停電時，僅使該地區(qū)中斷供電。4.終端變電所終端變電所位于輸電線路終端，接近負荷點，率轉(zhuǎn)送任務(wù)，電能經(jīng)降壓后直接向用戶供電，不承擔功率轉(zhuǎn)送任務(wù)，電壓為110kv以下。全所停電時，僅使其所供的用戶中斷供電。根據(jù)變電站在系統(tǒng)中的地位和作用，可分為以下幾類：1.1.4

電力用戶用戶對供電的基本要求體現(xiàn)在四方面：安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟。我國將電力負荷按其對供電可靠性的要求及中斷供電在政治上、經(jīng)濟上造成的損失或影響的程度劃分為三級：一、符合下列情況之一時，應(yīng)為一級負荷：１．中斷供電將造成人身傷亡時。例如：醫(yī)院的手術(shù)室

２．中斷供電將在政治、經(jīng)濟上造成重大損失時。例如：大規(guī)模冶煉車間３．中斷供電將影響有重大政治、經(jīng)濟意義的用電單位的正常工作。

例如：重要交通樞紐、重要通信樞紐、重要賓館、大型體育場館、經(jīng)常用于國際活動的大量人員集中的公共場所二、符合下列情況之一時，應(yīng)為二級負荷：１．中斷供電將在政治、經(jīng)濟上造成較大損失時。

２．中斷供電將影響重要用電單位的正常工作。例如：交通樞紐、通信樞紐等用電單位中的重要電力負荷，以及中斷供電將造成大型影劇院、大型商場等較多人員集中的重要的公共場所秩序混亂。三、不屬于一級和二級負荷者應(yīng)為三級負荷。1.1.4

電力用戶一級負荷：要求由兩路電源供電，當其中一路電源發(fā)生故障時，另一路電源應(yīng)不致同時受到損壞。一級負荷中特別重要的負荷，除上述兩路電源外，還必須增設(shè)應(yīng)急電源。常用的應(yīng)急電源有：獨立于正常電源的發(fā)電機組，供電網(wǎng)絡(luò)中獨立于正常電源的專門供電線路，蓄電池，干電池。各級負荷對供電電源的要求：二級負荷：二級負荷也屬于重要負荷，要求由兩回路供電，供電變壓器也應(yīng)有兩臺，但這兩臺變壓器不一定在同一變電所。在其中一回路或一臺變壓器發(fā)生常見故障時，二級負荷應(yīng)不致中斷供電，或中斷后能迅速恢復(fù)供電。三級負荷：三級負荷對供電電源沒有特殊要求，一般由單回電力線路供電。電力系統(tǒng)由那幾部分組成，分別起什么作用？你能回答嗎？

一次能源包括哪些？說一說電能屬于一次能源嗎？問題與思考為什么要對電力負荷進行分級？課下網(wǎng)上查一下丹麥、日本、德國、法國等國家的能源結(jié)構(gòu)和發(fā)展規(guī)劃，對比我國的。第一類：100V以下額定電壓，用于蓄電池和安全照明用具等電氣設(shè)備。

國家規(guī)定：線路首端與末端的平均電壓確定為電網(wǎng)的額定電壓。同一電壓的線路允許電壓差為±5%。即線路的電壓損耗不允許超過10%。通常選用線路首末端的電壓平均值作為電力系統(tǒng)的額定電壓。1.2電力系統(tǒng)的電壓和電能質(zhì)量第二類：大于100V、小于1000V的額定電壓，用于一般工業(yè)和民用電氣設(shè)備。第三類：1000V以上的額定電壓，用于高壓電氣設(shè)備。1.2.1電網(wǎng)的額定電壓分類電網(wǎng)和用電設(shè)備額定電壓/kV發(fā)電機

額定電壓/kV電力變壓器額定電壓/kV一次繞組二次繞組接電網(wǎng)接發(fā)電機低壓0.380.400.380.400.400.660.690.660.690.69高壓33.1533.153.15,3.366.366.36.3,6.61010.51010.510.5，11__13.8,15.75,1820,22,24,26

13.8,15.75,1820,22,24,26__35__35__38.566__66__72.5110__110__121220__220__242330__330__363500__500__550750__750__825特高壓1000__1000__1100表1-1我國三相交流電網(wǎng)和電力設(shè)備的額定電壓1.2.1電網(wǎng)的額定電壓（一）電力變壓器的額定電壓（二）發(fā)電機的額定電壓發(fā)電機處于電網(wǎng)首端，規(guī)定其額定電壓比電力網(wǎng)的電壓高5％。（三）用電設(shè)備的額定電壓用電設(shè)備的額定電壓規(guī)定與同級電網(wǎng)的額定電壓相同。1.2.1電網(wǎng)的額定電壓1.2.2

電能質(zhì)量理想的電能應(yīng)該是以額定電壓、額定頻率的完美對稱的正弦波。衡量電能質(zhì)量的主要指標是交流電的電壓和頻率，除此之外還有三相不平衡、諧波、電壓波動和閃變等指標。這些指標間接的表征了供配電系統(tǒng)工作的優(yōu)略。

電壓電壓波動的危害：電壓波動對電動機、照明設(shè)備、電熱設(shè)備都有不利影響。允許電壓偏差：GB/T12325-2008《電能質(zhì)量

供電電壓偏差》中規(guī)定：35kV及以上供電電壓正、負偏差的絕對值之和不超過標稱電壓的10%；20kV及以下三相供電電壓偏差為標稱電壓的土7%；220V單相供電電壓偏差為標稱電壓的+7%，-10%。電壓偏差對系統(tǒng)和用戶的影響電壓偏差過大會對供配電系統(tǒng)的正常運行產(chǎn)生以下不利影響：1．對感應(yīng)電動機的影響：由于電動機轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比，當電壓出現(xiàn)正偏差時，電動機機端電壓升高，激磁電流和溫升增加，絕緣受到過電壓和過熱的威脅；當電壓出現(xiàn)負偏差時，轉(zhuǎn)矩下降轉(zhuǎn)速降低，同時負荷電流會增加，都將影響電動機的使用壽命。2．對照明設(shè)備的影響：照明設(shè)備的發(fā)光效率與電壓的關(guān)系極大，當電壓降低時會引起照明設(shè)備的效率降低，造成照度不足，影響照明效果，同時還會導(dǎo)致氣體放電光源的照明器不能正常點燃；當電壓偏高時，光源壽命縮短很多。3．對電子設(shè)備的影響：對于大規(guī)模自動控制系統(tǒng)計算中心來說，電壓偏差會造成系統(tǒng)的工作紊亂，數(shù)據(jù)損壞；對于精密機床、機器人等，電壓偏差可能造成無法保持對由其驅(qū)動過程的精確控制。4．電壓偏差對無功補償?shù)挠绊戨妷哼^低會引起補償電容器組輸出無功減少，不能滿足補償要求。1.2.2

電能質(zhì)量二頻率1.頻率波動的原因我國電力系統(tǒng)的標稱頻率為50Hz，頻率的穩(wěn)定與否反映了電力系統(tǒng)當前的供、用電量是否平衡。發(fā)電量大于用電負荷時或有部分線路跳閘時，系統(tǒng)頻率會升高，當負荷突增或發(fā)電機跳閘時，系統(tǒng)頻率會下降。2.頻率波動的危害1）頻率變化將引起電動機轉(zhuǎn)速的變化2）電容器對電壓的支持作用受到削弱，不利于系統(tǒng)電壓的調(diào)整3）電力系統(tǒng)頻率降低，會對發(fā)電廠和系統(tǒng)的安全運行帶來影響。3.允許頻率偏差GB/T15945-2008《電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率偏差》中規(guī)定：電力系統(tǒng)正常運行條件下頻率偏差限值為±0.2Hz，當系統(tǒng)容量較小時，偏差限值可放寬到±0.5Hz?！度珖┯秒娨?guī)則》中規(guī)定“供電局供電頻率的允許偏差：電網(wǎng)容量在300萬千瓦及以上者為±0.2Hz；電網(wǎng)容量在300萬千瓦以下者，為±0.5Hz”。實際運行中，全國各大電力系統(tǒng)都保持在不大于±0.1Hz范圍內(nèi)。你能回答嗎？

用戶電能的頻率是通過什么環(huán)節(jié)進行調(diào)整的？在供配電系統(tǒng)中頻率可調(diào)嗎？問題與思考

怎么電能評價指標里沒提到電流呢？電流的大小和什么有關(guān)系呢？

衡量電能質(zhì)量的兩個重要指標是什么？

1.3

工廠供配電系統(tǒng)

工廠供配電電壓的高低，對電能質(zhì)量及降低電能損耗均有重大的影響。在輸送功率一定的情況下，若提高供電電壓，就能減少電能損耗，提高用戶端電壓質(zhì)量。從另一方面講，電壓等級越高，對設(shè)備的絕緣性能要求也越高，投資費用相應(yīng)增加。因此，供配電電壓的選擇主要取決于用電負荷的大小和供電距離的長短。線路電壓/kV線路結(jié)構(gòu)輸送功率/kW

輸送距離/km0.380.386610103566110220架空線電纜架空線電纜架空線電纜架空線架空線架空線架空線≤100≤175≤1000≤3000≤2000≤50002000～100003500～3000010000～50000100000～500000≤0.25≤0.35≤10≤86～20

≤1020～5030～10050～150200～300表1-2各級電壓電網(wǎng)的經(jīng)濟輸送距離1.5.1供電電壓的選擇（一）工廠供電電壓的選擇用戶對供電電壓的選擇，一般規(guī)律是用戶所需的功率越大，供電電壓等級應(yīng)相應(yīng)提高；輸電線路越長，供電電壓等級越高，以降低線路的電能損耗。（1）對于一般沒有高壓用電設(shè)備的小型工廠，設(shè)備容量在100kW以下，輸送距離在600m以內(nèi)，可選380/220電壓供電。（2）對于中、小型工廠，設(shè)備容量在100~2000kW，輸送距離在4~20km以內(nèi)的，可采用6~10kV電壓供電。（3）對于大型工廠，設(shè)備容量在2000~50000kW，輸送距離在20~150km以內(nèi)，采用35~110kV電壓供電。1.5.1供電電壓的選擇（二）工廠配電電壓的選擇工廠的高壓配電電壓一般選用6-10kV。6kV與10kV比較，變壓器、開關(guān)設(shè)備、投資差不多，傳輸距離相同的情況下，10kV線路可以減少投資，節(jié)約有色金屬，減少線路電能和電壓損耗，所以選用10kV配電的工廠較多。如果工廠的供電電壓就是6kV，或者6kV的電動機多而且分散，選用6kV的配電電壓就比較經(jīng)濟。工廠的低壓配電電壓，除因安全所規(guī)定的的特殊電壓外，一般采用220/380V。對礦山化工等部門，因其負荷中心離變電所較遠，為了減少線路的電能和電壓損耗，提高負荷端的電壓水平，也有采用660V配電電壓的。1.4電力系統(tǒng)中性點的運行方式

電力系統(tǒng)的中性點是指星形聯(lián)結(jié)的變壓器或發(fā)電機的中性點。中性點的運行方式有三種：中性點不接地系統(tǒng)，中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)和中性點直接接地系統(tǒng)。前兩種為小接地電流系統(tǒng)，后一種為大接地電流系統(tǒng)。目前，我國電力系統(tǒng)中，3～66kV系統(tǒng)，為了提供高供電可靠性，一般采用中性點不接地運行方式；當3～10kV系統(tǒng)接地電流大于30A，20～63kV系統(tǒng)接地電流大于10A時，采用中性點經(jīng)消弧線圈接地的運行方式。110kV及以上系統(tǒng)，為了降低對設(shè)備的絕緣要求，采用中性點直接接地的運行方式。380/220V的低壓配電系統(tǒng)廣泛采用中性點直接接地運行方式。1.4.1中性點直接接地1.4電力系統(tǒng)中性點的運行方式

中性點直接接地方式就是把電源中性點直接與“地”相接，我國110kV及以上電壓等級的電力系統(tǒng)均屬于這種