1.供电系统

第一章供电系统课程供电技术授课班级周次课次日期课题第一章供电系统教学目的掌握供电的基本知识和基本问题。

重点电力系统的电压和电能质量问题；电力系统的中性点运行方式；线路接线方式和变电所的主接线方式。

难点电力系统的中性点运行方式；线路接线方式。

教具多媒体教学、参观变电所。

作业P28页3、7、9、12、15教学内容（含理论联系实际）、时间分配与教学方法设计时间分配：第一节电力系统基础(2学时)第二节供电系统及结线方式第三节典型企业供电系统(2学时)第四节电网中性点运行方式教学方法：利用多媒体讲授电力系统基础、供电系统及结线方式、典型企业供电系统、电网中性点运行方式，最好在参观完附近的变电所之后讲授。

教学内容：第一节电力系统基础一、电力系统1.定义2. 组成（1）一次系统（2）二次系统二、电力负荷及对供电的要求（一）电力负荷电力负荷是电力系统中所有用电设备消耗功率的总和。

对于某一用电单位，它所设置的用电设备包括电源线路都是电力负荷。

（二）电力负荷分级及其对供电的要求1．一级负荷这类负荷若供电突然中断将造成对人员的生命危害，或造成重大设备损坏且难以修复，或打乱复杂的生产过程并使大量产品报废，给国民经济带来极大损失。

一级负荷要求由两个独立电源供电。

对特殊重要的一级负荷，必须由两个独立电源供电。

独立电源是指不受其它电源的影响与干扰的电源。

2．二级负荷这类负荷若突然断电，将造成生产设备局部损坏，或生产流程紊乱且恢复较困难，企业内部运输停顿，或出现大量废品或大量减产，因而在经济上造成较大的损失。

这类负荷一般允许短时停电几分钟，它在工业企业中占的比例最大。

二级负荷应由两回线路供电，两回线路应尽可能引自不同的变压器或母线段。

当取得两回线路确有困难时，允许由一回专用架空线路供电。

3．三级负荷凡不属于一、二级负荷的用电设备，均列为三级负荷。

三级负荷对供电无特殊要求，允许较长时间停电，可用单回线路供电。

（三）用户对供电的基本要求1．保证供电安全可靠2．保证供电电能质量3．保证供电系统的经济性三、电力系统的电压（一）额定电压（U N）能使受电器（电动机、白炽灯等）、发电机、变压器等正常工作的电压，称为电气设备的额定电压。

当电气设备按额定电压运行时，一般可使其技术性能和经济效果为最好。

（二）额定电压等级（三）平均额定电压U av是指电网始端的最大电压和末端受电设备额定电压的平均值，在电力系统中，各种标准电压等级的平均额定电压分别为：0.23，0.4，6.3，10.5，37，115，230kV等。

（四）额定电流电气设备的额定电流是指在一定的基准环境下，允许连续通过设备的长时最大工作电流，在该电流的作用下，设备的载流部分与绝缘的最高温度不超过规定的允许值。

四、电压偏移及调整（一）电压降与电压损失电压降即线路两端电压的相量差12U U U ⋅⋅⋅∆=-，而线路两端电压的幅值差ΔU ＝U 1－U 2称为电压损失，它近似等于电压降的水平分量。

电压损失常用它对额定电压U N 的百分比来表示，称为电压损失百分值。

其表达式为 12N%100%U U U U -∆=⨯ （二）电压偏移及危害电力负荷的大小是变动的，当最大负荷时，电网内电压损失增大，使用电设备的端电压降低；反之则升高。

因此，用电设备的端电压是随电力负荷的变化而变化的，这种缓慢变化的、实际电压U 与额定电压之差称为电压偏移U δ，即N U U U δ=- .0U δ>为正偏移，0U δ<为负偏移。

与电压损失一样，电压偏移一般也用它对额定电压的百分比来表示，称为电压偏移百分值。

其表达式为N N%100%U U U U δ-=⨯ （三）电压调整措施1．正确选择供电变压器的变比和电压分接头2．合理减少供配电系统的阻抗3．均衡安排三相负荷4．合理调整供电系统的运行方式5．采用无功功率补偿装置6．采用有载调压变压器五、负荷对供电质量的影响（一）电压波动和闪变1．电压波动和闪变的概念供电系统中的电压有效值快速变化的现象叫做电压波动。

电压波动是由于负荷急剧变动，引起系统的电压损耗快速变化，从而使电气设备的端电压出现快速变化而产生的。

电压波动会影响电动机的正常启动，可以使同步电动机转子振动，使电子设备特别是计算机无法正常工作。

电压波动对照明的影响最为明显，可使照明灯发生明显的闪烁，故称为“闪变”。

2．电压波动和闪变的抑制1）采用专线或专用变压器供电，选用短路容量较大或电压等级较高的电网供电。

2）降低线路阻抗。

3）采用静止补偿装置。

（二）谐波干扰1．高次谐波的概念高次谐波是指对周期性非正弦波形按傅立叶方法分解后所得到的频率为基波频率整数倍的所有高次分量，而基波频率就是50Hz。

高次谐波简称“谐波”。

2．高次谐波的抑制六、电力系统的运行特点第二节供电系统的接线方式一、供电系统接线方式的要求安全可靠、操作方便，运行灵活、经济合理、便于发展二、供电系统的接线方式（一）无备用系统接线无备用系统接线简单、运行方便、易于发现故障，缺点是供电可靠性差。

主要用于对三级负荷和一部分次要的二级负荷供电。

1.放射式优点：是供电线路独立、线路故障互不影响、故障停电范围小、易于实现自动化、继电保护设置整定简单、保护动作时间短等。

缺点：电源出线回路较多，设备和投资也多。

2. 干线式优点：线路总长度较短，造价较低，可节约有色金属；由于最大负荷一般不同时出现，系统中的电压波动和电能损失较小；电源出线回路数少，可节省设备。

缺点：前段线路公用，增多了故障停电的可能性。

串联型干线式因干线的进出侧均安装隔离开关，当发生事故时，可在找到故障点后，拉开相应的隔离开关继续供电，从而缩小停电范围。

干线式接线为了有选择性地切除线路故障，各段需设置断路器和继电保护装置，使投资增加，而且保护整定时间增长，延长了故障的存在时间，增加了电气设备故障时的负担。

（二）有备用系统的接线有备用系统的接线方式的主要优点是供电可靠性高，正常时供电电压质量好。

但是设备多，投资大。

1．双回路放射式优点：当双回路同时工作时，可减少线路上的功率损失和电压损失。

缺点：线路总长度长，电源出线回路数和所用开关设备多，投资大。

适用范围：大容量或独立的重要用户。

2．环式环式接线系统所用设备少，各线路途径不同，不易同时发生故障，故可靠性较高且运行灵活；因负荷由两条线路负担，故负荷波动时电压比较稳定，缺点是故障时线路较长，电压损失大（特别是靠近电源附近段故障）。

因环式线路的导线截面应按故障情况下能担负环网全部负荷考虑，所以有色金属消耗量增加，两个负荷大小相差越悬殊，其消耗就越大。

适用范围：负荷容量相差不大，所处地位离电源都较远，而彼此较近及设备较贵的用户。

3．双回路干线式双回路干线式接线继电保护复杂，故障停电机会多而应用较少。

三、变电所的主接线变电所的主接线是由各种电气设备（变压器、断路器、隔离开关等）及其连接线组成，用以接受和分配电能，是供电系统的组成部分。

是变电所设计的重要任务之一。

（一）线路－变压器组接线当供电电源只有一回线路，变电所装设单台变压器时，宜采用线路－变压器组结线，优点：结线简单，使用的设备少，基建投资省。

缺点：供电可靠性低，多用于仅有二、三级负荷的变电所。

（二）桥式接线为了保证对一、二级负荷进行可靠供电，在企业变电所中广泛采用由两回电源线路受电和装设两台变压器的桥式主接线。

桥式接线分为内桥、外桥和全桥三种。

分别讲授这三种接线的优缺点和适用场所。

（三）单母线分段式接线当某回受电线路或变压器因故障及检修停止运行时，可通过母线分段断路器的联络，保证继续对两段母线上的重要负荷供电。

但是当其中任一段母线需要检修或发生故障时，接于该段母线的全部进、出线均停止运行。

（四）双母线接线可靠性高，用于负荷容量大，可靠性要求高，进、出线回路多的重要变电所。

第三节典型企业供电系统一、大型企业35／6～10kV供电系统讲解教材18页图1—13大型企业总降压变电所的一次接线图。

从电源进线开始对接线图作一分析。

二、具有一、二级负荷的车间（6～10）／0.4kV供电系统简单分析教材20页车间供电系统图。

三、供电系统的运行方式供电系统的运行方式是指系统中的线路、设备在运行中的电器开关联接关系。

（一）各种运行方式的概念1．按电气设备运行分（1）并联运行（2）分列运行（3）一台（路）使用、一台（路）备用2．按系统运行分（1）主要运行方式（2）故障运行方式3．按短路电流计算分（1）最大运行方式（2）最小运行方式（二）用户35kV 变电所运行方式优化分析1．35kV 电源线路两回线路采用分列运行，该方案同样是线路独立，保护设置方便、简单、容易整定，而且运行灵活、短路电流相对较小，负荷电流近似为用户总电流的一半，故电压损失和功率损失都较小，等于集中了前两种方案的优点，所以是较优的运行方式。

2．主变压器两台变压器采用分列运行的方式是较优的方案，它兼顾了前两种方式的优点，避免了其缺点，变压器独立运行，保护设置整定方便、运行灵活，短路电流较小，每台变压器的负荷率为50%左右，正在变压器的经济负荷范围内，功率损耗小、温升低，可延长变压器的使用寿命。

3．6～10kV 单母线由于两台主变压器采用分列运行，故6～10kV 母线必须采用分段运行，也就是分列运行， 在这种运行方式下，两段母线分别接有电源和馈出线，重要的一、二类负荷，可由两段母线分别引线供电，当其中一路电源或母线或馈出线发生故障时，该负荷仍可从另一路获得电源。

正常运行时，两段母线相互独立，运行灵活，保护设置简单，一路电源故障时，可将分段开关合闸，形成单母线不分段运行，使一些由单回路供电的三类负荷也不致于长期断电。

4．运行方式的优化方案由以上分析可确定，对于大中型工矿企业及重要的城区35kV 变电所，其最佳运行方式为全分列运行，即35kV 电源线路、主变压器、6～10kV 母线均为分列运行的方案。

该方案无论从经济运行与节约设备初期投资的角度，还是从供电性能与过流保护设置的角度都优于一路（台）使用、一路（台）备用以及并联运行的方案。

第四节 电网中性点运行方式一、中性点不接地方式中性点不接地电网，单相接地电流基本上由电网对地电容决定，分析它的电路与相量关系图。

可知， E CA 3I I =，而CA AC A C C0/3/3I U X U X I '===，故得E C03I I = 即一相接地的电容电流为正常运行时每相对地电容电流I C0的3倍。

对于高电压、长距离输电线路，单相接地电流一般较大，在接地处容易发生电弧周期性的熄灭与重燃，出现间歇电弧，引起电网产生高频振荡，形成过电压，因此，中性点不接地方式对高电压、长距离输电线路不适宜。

另外，中性点不接地电网发生单相接地时，三相用电设备的正常工作并未受到影响。