工厂供电含供配电系统和电力系统的基本知识等行业严选.ppt

中国石油大学（华东）中国石油大学（华东）信息与控制工程学院电气工程系信息与控制工程学院电气工程系工工 厂厂 供供 电电主讲教师：仉志华主讲教师：仉志华1一类特制讲授学时及参考教材讲授学时及参考教材Ø学时要求学时要求：15学时学时Ø参考教材参考教材： 1、供配电技术、供配电技术 唐志平唐志平 主编主编 电子工业出版社；电子工业出版社； 2、工厂供电（第三版）、工厂供电（第三版） 刘介才刘介才 编编 机械工业出版社；机械工业出版社；3、工厂供电（第二版）、工厂供电（第二版） 黄纯华黄纯华 葛少云葛少云 编编 天津大学出版社；天津大学出版社；2一类特制本课程主要内容本课程主要内容本课程主要讲述中小型工厂供配电系统的基本本课程主要讲述中小型工厂供配电系统的基本理论知识、计算方法、系统运行及管理的相关知理论知识、计算方法、系统运行及管理的相关知识。

识主要包括以下几个专题：主要包括以下几个专题：Ø供配电系统和电力系统的基本知识；供配电系统和电力系统的基本知识；Ø工厂电力负荷的计算；工厂电力负荷的计算；Ø电气主接线形式介绍；电气主接线形式介绍；Ø电气设备的继电保护原理；电气设备的继电保护原理；Ø电气设备的防雷与接地；电气设备的防雷与接地；3一类特制第一章第一章 电力系统概论电力系统概论本章将主要介绍电力系统的基本概念、供配电系统设本章将主要介绍电力系统的基本概念、供配电系统设计的相关基础知识，主要包括以下几个内容：计的相关基础知识，主要包括以下几个内容：Ø电力系统和供配电系统概述电力系统和供配电系统概述q电力系统的基本概念；电力系统的基本概念；q供配电系统的组成；供配电系统的组成；q电力系统的运行特点及运行要求；电力系统的运行特点及运行要求；Ø电力系统的额定电压电力系统的额定电压q电力系统的电压分级；电力系统的电压分级；q电力系统中各元件的额定电压规定；电力系统中各元件的额定电压规定；Ø电力系统的中性点运行方式电力系统的中性点运行方式q电力系统中性点运行方式基本概念；电力系统中性点运行方式基本概念；q电力系统中性点各种运行方式特点及适用场合；电力系统中性点各种运行方式特点及适用场合；4一类特制第一章第一章 电力系统概论电力系统概论Ø电能的质量指标电能的质量指标q电力系统电能质量衡量标准；电力系统电能质量衡量标准；q各指标的具体含义；各指标的具体含义；Ø供配电系统的组成供配电系统的组成q供配电系统设计的对象；供配电系统设计的对象；q供配电系统设计的主要内容；供配电系统设计的主要内容；5一类特制第一节第一节 电力系统的基本概念电力系统的基本概念一、电力系统一、电力系统1、电力系统的定义、电力系统的定义Ø按对象描述：按对象描述：发电厂、电力网及用电设备组成的统一整体；发电厂、电力网及用电设备组成的统一整体；Ø按过程描述：按过程描述：由发电、变电、输电、供电、配电以及用电等由发电、变电、输电、供电、配电以及用电等设备和技术组成的一个将一次能源转换成电能设备和技术组成的一个将一次能源转换成电能的统一系统。

的统一系统6一类特制第一章 工厂供电系统的基本概念7一类特制第一节第一节 电力系统的基本概念电力系统的基本概念2、电力系统的组成、电力系统的组成8一类特制第一节第一节 电力系统的基本概念电力系统的基本概念9一类特制第一节第一节 电力系统的基本概念电力系统的基本概念3．动力系统．动力系统 Ø动力系统动力系统 ：电力系统与：电力系统与“动力部分动力部分”的总和Ø动力系统、电力系统、电力网三部分的关系如下图所示动力系统、电力系统、电力网三部分的关系如下图所示可见电力网是电力系统的组成部分；电力系统是动力系可见电力网是电力系统的组成部分；电力系统是动力系统的组成部分统的组成部分10一类特制11一类特制第一节第一节 电力系统的基本概念电力系统的基本概念2、要求：、要求：（（1）安全、可靠）安全、可靠­——首要任务；首要任务；（（2）保证良好的供电质量（优质）；）保证良好的供电质量（优质）；（（3）经济性（高效）；）经济性（高效）；（（4）灵活、方便且有冗余；）灵活、方便且有冗余；二、电力系统运行的特点和要求二、电力系统运行的特点和要求1、特点：、特点：（（1）电能不能大量贮存；）电能不能大量贮存；（（2）电力系统电磁暂态过程非常短暂；）电力系统电磁暂态过程非常短暂；（（3）电力系统重要性。

电力系统重要性12一类特制第二节第二节 电力系统额定电压电力系统额定电压q额定电压额定电压 ：：电气设备正常工作且能获得最佳技术性能和经济效果的电压通常是指线电压，在电气设备铭牌上标出 一、额定电压规定一、额定电压规定q电力系统电压是有等级的电力系统电压是有等级的q电压分级的原因分析：电压分级的原因分析： 由于 ，当输送功率S 一定时，U越高，I 越小，导线等载流部分的截面积越小，投资也就越小； 但电压U越高，对于设备绝缘要求也就越高，变压器、杆塔、断路器等设备的绝缘投资也就越大， 综合考虑上述因素，对于一定的输送功率和输送距离总会综合考虑上述因素，对于一定的输送功率和输送距离总会有一最为合理的线路电压，此时最为经济有一最为合理的线路电压，此时最为经济 13一类特制第二节第二节 电力系统额定电压电力系统额定电压q主要分成：主要分成：220V,380V,3kV,6kV,10kV,35kV,110kV,220kV,500kV;750KV，1000KVq在电力系统中同一电压等级下，不同的电气设备在电力系统中同一电压等级下，不同的电气设备具有不同的额定电压规定。

用电设备、电力线路、具有不同的额定电压规定用电设备、电力线路、发电机以及变压器的额定电压规定分别予以介绍发电机以及变压器的额定电压规定分别予以介绍14一类特制第二节第二节 电力系统额定电压电力系统额定电压1、用电设备额定电压、用电设备额定电压Ø铭牌上标出的线电压，没有特殊规定；铭牌上标出的线电压，没有特殊规定；2、电力线路的额定电压：、电力线路的额定电压：Ø和所连接的用电设备的额定电压相等，又称网络的额定电和所连接的用电设备的额定电压相等，又称网络的额定电压；压；3、发电机的额定电压：、发电机的额定电压：Ø与网络额定电压为同一等级时，发电机的额定电压规定比与网络额定电压为同一等级时，发电机的额定电压规定比网络电压高网络电压高5%；标称值均为空载值标称值均为空载值4、变压器额定电压：、变压器额定电压：Ø比较复杂，需视所处位置来确定；比较复杂，需视所处位置来确定；15一类特制第二节第二节 电力系统额定电压电力系统额定电压Ø变压器一次绕组变压器一次绕组q与发电机直接相连时，其额定电压与发电机额定电压与发电机直接相连时，其额定电压与发电机额定电压相等；相等；q不与发电机直接相连时，其额定电压与网络额定电压不与发电机直接相连时，其额定电压与网络额定电压相等；相等；Ø变压器二次绕组变压器二次绕组q与用户直接相连时，其额定电压比网络电压高与用户直接相连时，其额定电压比网络电压高 5%；；q与用户不直接相连时，额定电压比网络电压高与用户不直接相连时，额定电压比网络电压高 10%；；16一类特制第二节第二节 电力系统额定电压电力系统额定电压电力系统电压等级规定总结电力系统电压等级规定总结17一类特制第二节第二节 电力系统额定电压电力系统额定电压例：例：图A为一升压变压器，一次侧接发电机，电 压等级为10KV；二次侧接输电网，电压等级（网络电压）为220KV。

18一类特制第二节第二节 电力系统额定电压电力系统额定电压Ø变压器一次侧额定电压为：变压器一次侧额定电压为： UTn1=10.0*(1+5%)=10.5KV; Ø变压器二次侧主抽头额定电压为：变压器二次侧主抽头额定电压为：UTn2=220*(1+10%)=242KV;Ø变压器二次侧变压器二次侧5%抽头额定电压为：抽头额定电压为： UTn2+5%=242*(1+5%)=254KV;（比主触头的额定电压高（比主触头的额定电压高5%））Ø变压器二次侧变压器二次侧­5%抽头额定电压为：抽头额定电压为： UTn2­5%=242*(1­5%)=229.9KV; （比主触头的额定电压低（比主触头的额定电压低5%））19一类特制第二节第二节 电力系统额定电压电力系统额定电压例：例：图B为一降压变压器，一次侧接输电网，网络额定电压为220KV；二次侧接配电网，网络额定电压为10KV20一类特制第二节第二节 电力系统额定电压电力系统额定电压Ø变压器一次侧主抽头额定电压为：变压器一次侧主抽头额定电压为：UTn1=Un1=220KV；Ø一次侧一次侧+5%抽头的额定电压为：抽头的额定电压为：UTn1+5%=220*(1+5%)=231KV；Ø一次侧一次侧­5%抽头的额定电压为：抽头的额定电压为：UTn1-5%=220*(1-5%)=209KV；Ø二次侧主抽头额定电压为：二次侧主抽头额定电压为：ØUTn2=10*(1+10%)=11KV；21一类特制第二节第二节 电力系统额定电压电力系统额定电压二、各种电压等级的适用范围二、各种电压等级的适用范围 注意对各电压等级对应的输送容量以及输送距离限制！！注意对各电压等级对应的输送容量以及输送距离限制！！ 22一类特制第三节第三节 电力系统中性点运行方式电力系统中性点运行方式一．电力系统中性点一．电力系统中性点Ø电力系统中性点电力系统中性点 q指系统中星形联结的变压器或发电机的中性点。

指系统中星形联结的变压器或发电机的中性点Ø意义：意义：电力系统的中性点运行方式是一个综合性问题，电力系统的中性点运行方式是一个综合性问题，对于电力系统的运行特别是在系统发生单相接地故障时有对于电力系统的运行特别是在系统发生单相接地故障时有明显的影响：明显的影响：q它与电压等级、单相接地电流、过电压水平、保护配置等有关；它与电压等级、单相接地电流、过电压水平、保护配置等有关；q直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性、主变压器和发电机直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性、主变压器和发电机的运行安全以及通信线路的抗干扰能力等的运行安全以及通信线路的抗干扰能力等23一类特制第三节第三节 电力系统中性点运行方式电力系统中性点运行方式二．中性点运行方式及特点二．中性点运行方式及特点24一类特制第三节第三节 电力系统中性点运行方式电力系统中性点运行方式Ø假定条件：假定条件：q三相对称电路：电源、线路和负载均是对称的；三相对称电路：电源、线路和负载均是对称的；q C为相与地之间的总分布电容；为相与地之间的总分布电容； 表示其容抗；表示其容抗；正常运行时的中性点不接地的电力系统1．中性点不接地的电力系统．中性点不接地的电力系统（（1）系统正常时）系统正常时三相线电压对称三相线电压对称; 三相相电压对称三相相电压对称;三相对地电容电流对称三相对地电容电流对称;25一类特制第三节第三节 电力系统中性点运行方式电力系统中性点运行方式Ø三个对地电容电流平衡分析三个对地电容电流平衡分析三相对地分布电容电流分别为：三相对地分布电容电流分别为：接地电流为：接地电流为：Ø 结结论论：：系系统统正正常常时时，，虚虚拟拟接接地地点点的的总总电电容容电电流流相相量量和和为为0，即没有电流在地中流动。

即没有电流在地中流动正常运行时的中性点不接地的电力系统26一类特制第三节第三节 电力系统中性点运行方式电力系统中性点运行方式（（2）系统发生单相接地短路时（如）系统发生单相接地短路时（如C相接地）相接地）Ø电压特征：电压特征：qC 相对地电压为相对地电压为0；中性点对地电压不为；中性点对地电压不为0；；q A相对地电压为：相对地电压为： ；升高为线电压；；升高为线电压；q B相对地电压为：相对地电压为： ；升高为线电压；；升高为线电压； Ø电流特征：电流特征： n将接地点作为广义节点，列将接地点作为广义节点，列KCL方程：方程：27一类特制第三节第三节 电力系统中性点运行方式电力系统中性点运行方式q由相量图得，相位上：由相量图得，相位上： 超前超前 ；；q量值上：量值上：Ø结论：结论： 一相接地的电容电流为正常运行时每相对地电容电一相接地的电容电流为正常运行时每相对地电容电流的流的3倍；倍； 28一类特制第三节第三节 电力系统中性点运行方式电力系统中性点运行方式（（3）中性点不接地系统发生单相接地时特征：）中性点不接地系统发生单相接地时特征：q经故障相流入故障点的电流为正常时本电压等级每相对经故障相流入故障点的电流为正常时本电压等级每相对地总电容电流的地总电容电流的3倍；倍；q中性点对地电压升高为相电压；中性点对地电压升高为相电压；q非故障相的对地电压升高为线电压；非故障相的对地电压升高为线电压；q线电压与正常时的相同，依然对称；线电压与正常时的相同，依然对称；（（4）适用范围：）适用范围： 中性点不接地系统仅仅适用于单相接地电容电流不中性点不接地系统仅仅适用于单相接地电容电流不大的电网：大的电网：q3­10kV电网中，单相接地电流：电网中，单相接地电流：Id<30A；；q35­60kV电网中，单相接地电流：电网中，单相接地电流：Id<10A；；29一类特制第三节第三节 电力系统中性点运行方式电力系统中性点运行方式2．中性点经消弧线圈接地的电力系统．中性点经消弧线圈接地的电力系统 q上述电路中如果发生单相接地故障时接地电流比较大，上述电路中如果发生单相接地故障时接地电流比较大，会出现断续电弧，由于电力线路中含有电阻、电感、电会出现断续电弧，由于电力线路中含有电阻、电感、电容，因此在单相弧光接地时，可能会形成串联谐振，出容，因此在单相弧光接地时，可能会形成串联谐振，出现过电压（正常时的现过电压（正常时的2.5-3倍），导致线路上绝缘薄弱地倍），导致线路上绝缘薄弱地点出现绝缘击穿；在此单相接地电容电流大于一定值的点出现绝缘击穿；在此单相接地电容电流大于一定值的系统中，电源中性点经消弧线圈接地。

系统中，电源中性点经消弧线圈接地30一类特制第三节第三节 电力系统中性点运行方式电力系统中性点运行方式q发发生生单单相相接接地地故故障障时时，，流流过过中中性性点点的的电电流流时时接接地地电电容容与与流流过过消消弧弧线线圈圈的的电电感感电电流流之之和和；； 超超前前 90900 0，，而而 滞滞后后 90900 0，，所所以以在在接接地地点点相相互互补补偿偿当当与与的的量量值值差差小小于于发发生生电电弧弧的的最最小小电电流流（（最最小小生生弧弧电电流流）），，电电弧弧不不会会发发生生，，不不会出现串联谐振过电压现象会出现串联谐振过电压现象31一类特制第三节第三节 电力系统中性点运行方式电力系统中性点运行方式（（1）特点：）特点：Ø中性点对地电压升高为相电压；中性点对地电压升高为相电压；Ø非故障相的对地电压升高为线电压；非故障相的对地电压升高为线电压；Ø线电压与正常时的相同，依然对称；线电压与正常时的相同，依然对称；Ø消弧线圈有消减小了接地电流，允许在单相接地故障时继消弧线圈有消减小了接地电流，允许在单相接地故障时继续运行（续运行（2小时），在此时间内查找故障。

小时），在此时间内查找故障2）适用场合：）适用场合： 规定在中性点不接地系统中的规定在中性点不接地系统中的3­60kV系统中，当电容系统中，当电容电流超过规定数值时，需要采用消弧线圈接地：电流超过规定数值时，需要采用消弧线圈接地：Ø3­6kV的系统，的系统， 大于大于30A;Ø10kV的系统的系统, 大于大于20A;Ø35­60kV的系统的系统, 大于大于10A;32一类特制第三节第三节 电力系统中性点运行方式电力系统中性点运行方式3．中性点直接接地的电力系统．中性点直接接地的电力系统 单相接地故障时，形成单相短路，短路电流比正常时单相接地故障时，形成单相短路，短路电流比正常时大的多，立即跳闸；大的多，立即跳闸；Ø解决的问题：解决的问题：q（（1））.高压灭弧困难：高压灭弧困难：220kV及以上的电压电网，除存及以上的电压电网，除存在对地电容外，还存在较大的电晕损耗和泄漏损耗，因在对地电容外，还存在较大的电晕损耗和泄漏损耗，因而在接地电流中既有有功分量又有无功分量，而消弧线而在接地电流中既有有功分量又有无功分量，而消弧线圈只能补偿无功分量，接地点仍有较大的有功电流流过；圈只能补偿无功分量，接地点仍有较大的有功电流流过；电压等级越高，该值越大：电压等级越高，该值越大：100A­200A之上；致使电弧之上；致使电弧无法熄灭；无法熄灭；33一类特制第三节第三节 电力系统中性点运行方式电力系统中性点运行方式q（（2）高压绝缘投资大：在中）高压绝缘投资大：在中性点直接接地系统中，发生单性点直接接地系统中，发生单相接地故障后，中性点电位不相接地故障后，中性点电位不变化，致使非故障相对地电压变化，致使非故障相对地电压即相电压基本不变化，所以可即相电压基本不变化，所以可以有效克服线路以及高压设备以有效克服线路以及高压设备高压绝缘投资问题；高压绝缘投资问题；q（（3）低压单相设备运行需要：）低压单相设备运行需要：在在380V/220V系统中，为了设系统中，为了设备可靠接地以及单相设备的工备可靠接地以及单相设备的工作需要，也通常采用中性点直作需要，也通常采用中性点直接接地运行方式。

接接地运行方式34一类特制第四节第四节 电能的质量指标电能的质量指标 衡量电能质量的三个指标：电压、频率、供电可靠性衡量电能质量的三个指标：电压、频率、供电可靠性;一、电压一、电压 电压质量是以电压偏离额定电压的幅度（电压偏差）、电压质量是以电压偏离额定电压的幅度（电压偏差）、电压波动与闪变和电压波形来衡量电压波动与闪变和电压波形来衡量1、电压偏差、电压偏差 电压偏差是以电压偏离额定电压的幅度，一般以百分电压偏差是以电压偏离额定电压的幅度，一般以百分数表示，即：数表示，即： 式中：式中：ΔV%为电压偏差百分数，为电压偏差百分数，U为实际电压，为实际电压，UN为额定电压为额定电压35一类特制第四节第四节 电能的质量指标电能的质量指标2、、 电压波动电压波动Ø电压波动是指电压的急剧变化电压波动是指电压的急剧变化Ø电压波动程度以电压最大值与最小值之差或其百分数表示，电压波动程度以电压最大值与最小值之差或其百分数表示，即：即：Ø式中式中，， 为电压波动；为电压波动； 为电压波动百分数；为电压波动百分数； 为电压波动的最大值和最小值（为电压波动的最大值和最小值（kV）；）； 为额定电压（为额定电压（kV）。

36一类特制第四节第四节 电能的质量指标电能的质量指标3、波形、波形Ø波形的质量是以正弦电压波形畸变率来衡量的波形的质量是以正弦电压波形畸变率来衡量的Ø在理想情况下，电压波形为正弦波，但电力系统中有大量在理想情况下，电压波形为正弦波，但电力系统中有大量非线性负荷，使电压波形发生畸变，除基波外，还有各项非线性负荷，使电压波形发生畸变，除基波外，还有各项谐波，电力系统中主要以谐波，电力系统中主要以3次、次、5次等奇次谐波为主次等奇次谐波为主 二、频率二、频率频率的质量是以频率偏差来衡量频率的质量是以频率偏差来衡量37一类特制第四节第四节 电能的质量指标电能的质量指标三、供电的可靠性三、供电的可靠性Ø供电可靠性是以对用户停电的时间及次数来衡量供电可靠性是以对用户停电的时间及次数来衡量Ø通常采用供电可靠率表示供电可靠性，即实际供电时间与通常采用供电可靠率表示供电可靠性，即实际供电时间与统计期全部时间的比值的百分数表示：统计期全部时间的比值的百分数表示：式中：式中：Ty为统计期实际供电时间之和（为统计期实际供电时间之和（h）；）； Ts为统计期全部时间（为统计期全部时间（h）；）； Tt为统计期内停电时间之和（为统计期内停电时间之和（h）；）； ti为统计期内每次停电时间（为统计期内每次停电时间（h）；）；38一类特制第五节第五节 工厂供配电系统的组成工厂供配电系统的组成 2003年底，我国发电机装机容量年底，我国发电机装机容量3 8450万千瓦，发万千瓦，发电量达电量达1 9080亿度（亿度（kWh），居世界第二位。

工业用），居世界第二位工业用户占据户占据50%­70%，供配电系统的任务就是用户电能的，供配电系统的任务就是用户电能的供应和分配，是电力系统的主要组成部分；对于工厂供供应和分配，是电力系统的主要组成部分；对于工厂供配电系统进行研究和设计很有必要配电系统进行研究和设计很有必要 一、工厂供配电系统研究对象一、工厂供配电系统研究对象 从供电角度，工厂规模的分类：从供电角度，工厂规模的分类： 39一类特制第五节第五节 工厂供配电系统的组成工厂供配电系统的组成本科程主要介绍中小型工厂内部供配电系统的设计问本科程主要介绍中小型工厂内部供配电系统的设计问题，设计整个工厂（企业）内部接受、变换、分配、消费题，设计整个工厂（企业）内部接受、变换、分配、消费电能的总电路；初步掌握中小型工厂的供电系统和电气照电能的总电路；初步掌握中小型工厂的供电系统和电气照明系统的维护和设计的基本知识明系统的维护和设计的基本知识二．工厂供配电系统总体构成：二．工厂供配电系统总体构成：q电源系统电源系统+变配电系统变配电系统1．电源系统．电源系统———外部供电系统；外部供电系统；40一类特制第五节第五节 工厂供配电系统的组成工厂供配电系统的组成2．变配电系统．变配电系统——内部变配电系统内部变配电系统41一类特制第五节第五节 工厂供配电系统的组成工厂供配电系统的组成Ø总降压变电所总降压变电所——接受、变压、分配；接受、变压、分配；由降压变压器、高压配电装置、低压配电装置等组成。

负由降压变压器、高压配电装置、低压配电装置等组成负责将责将35KV~110KV电压等级降至电压等级降至6KV~10KV，并由配电装，并由配电装置将电能送出置将电能送出42一类特制Ø高压配电所高压配电所——接受、分配电能；接受、分配电能； 为减少电能损失，在负荷中心，对为减少电能损失，在负荷中心，对6KV~10KV电压等电压等级的电能进行重新分配，送至个车间变电所或者高压用电级的电能进行重新分配，送至个车间变电所或者高压用电设备，即厂内电能中转站设备，即厂内电能中转站第五节第五节 工厂供配电系统的组成工厂供配电系统的组成43一类特制第五节第五节 工厂供配电系统的组成工厂供配电系统的组成Ø车间变电所车间变电所将将6KV~10KV电压等级电能降至电压等级电能降至380/220V电压，并通过电压，并通过低压配电盘送至各个用电设备低压配电盘送至各个用电设备44一类特制第五节第五节 工厂供配电系统的组成工厂供配电系统的组成Ø高压配电线路（高压配电线路（6KV~10KV））Ø低压配电线路（低压配电线路（380/220V））Ø注意：注意：上述为一般工厂供配电系统的组成，现实中，按上述为一般工厂供配电系统的组成，现实中，按照现场的实际进行增减设备和环节。

照现场的实际进行增减设备和环节45一类特制本章小结本章小结本章主要介绍了电力系统及供配电系统设计的本章主要介绍了电力系统及供配电系统设计的相关基础知识，主要包括以下几个内容：相关基础知识，主要包括以下几个内容：Ø电力系统的基本概念，包括电力系统的组成，运行特点以电力系统的基本概念，包括电力系统的组成，运行特点以及运行要求；及运行要求；Ø电力系统的电压分级以及各元件的额定电压规定；电力系统的电压分级以及各元件的额定电压规定；Ø电力系统的中性点运行方式、各自特点及适用场合；电力系统的中性点运行方式、各自特点及适用场合；Ø电力系统电能质量衡量标准；电力系统电能质量衡量标准；Ø供配电系统的组成；供配电系统的组成；46一类特制。