电力工程基础孙丽华 (4)
电力工程基础(第3版)孙丽华(电子课件)第1章
秦山核电站
大亚湾核电站
核电迅速发展的原因 ➢核电是一种新型的巨大能源。
由双回路系统构成， 两个回路各自独立循 环，不会造成设备的 放射性污染
➢煤、石油等火电燃料储量有限，不可再生。
➢发达国家的水资源已基本殆尽。
➢一些资源贫乏国家“能源危机”，不得不发展核电。
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我国能源发展战略 ➢有序开发水电 ➢优化发展煤电 ➢大力推进核电 ➢适度发展天然气发电 ➢积极发展新能源发电������
二、变电所的类型 变电所：由电力变压器和配电装置所组成，起着 变换电压、交换和分配电能的作用。
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➢枢纽变电所：高压侧电压为330～750kV 。 ➢中间变电所：高压侧电压为220～330kV。 ➢地区变电所：高压侧电压为110～220kV 。 ➢终端变电所：高压侧为10～110kV 。
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➢鼓励热电联产。 ➢加强煤炭基地的矿口电厂建设。 2．水力发电厂 能量转换过程：水的位能→机械能→电能。
水电厂的总发电功率： P 9.8QH
水电厂的分类 坝后式：如三门峡、刘家峡、
堤坝式
丹江口、三峡水电站
引水式 河床式：如葛洲坝水电站
混合式
图1-1 从发电厂到用户的送电过程
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工业企 业
供电系 统
图1-2 电力系统示意图
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➢发电厂：生产电能，将一次能源转换成二次能源， 分为火、水、核、风、太阳、地热等发电厂。
学院、系电气信息学院电气系
电力工程教案学院、系：电气信息学院电气系任课教师：孙丽华授课专业：电气工程及其自动化课程学分：3学分课程总学时：50学时课程周学时：4学时2009 年3月20 日电力工程教学进程周次课次章节学时教学手段教学环境1 1 第一章 1.1 电力系统的基本概念1.2 发电厂的生产过程2 讲授多媒体1 2 1.3电力系统的电压与电能质量 1.4 电力系统中性点的运行方式 1.5 我国电力工业发展概况及前景2 讲授多媒体1 3 第二章 2.1 电力负荷与负荷曲线2.2 计算负荷及有关系数2.3 确定计算负荷的方法2 讲授多媒体2 1 2.4 尖峰电流的计算2.5 功率损耗与电能损耗计算2.6企业计算负荷的确定2 讲授多媒体2 2 2.7 无功功率补偿第三章3.1 概述 2 讲授多媒体3 1 3.2 电力系统元件参数和等值电路3.3 电力网的电压计算2 讲授多媒体3 2 《电缆线路》、《功率因数提高》 2 电化教学3 3 3.4 输电线路导线截面的选择第四章 4.1 概述 4.2 标幺制2 讲授多媒体4 1 4.3 无限容量系统三相短路电流计算4.4 有限容量系统三相短路电流的实用计算（简介）2 讲授多媒体4 2 4.6 电动机对短路冲击电流的影响4.7 低压电网短路电流计算2 讲授多媒体5 14.8 短路电流的效应第五章 5.1 概述 5.2 高低压开关电器2 讲授多媒体5 2 5.3 高低压保护电器和限流电器 5.4 电力变压器 2 讲授多媒体5 3 5.5 互感器 5.6 高低压成套配电装置 2 讲授多媒体6 1 5.7 电气主接线5.8 电气设备的选择 2 讲授多媒体6 2 5.9 变电所的总体布置第六章 6.1 继电保护的基本知识2 讲授多媒体7 1 6.2 常用保护继电器 6.3 线路的电流电压保护 2 讲授多媒体7 2 6.3 线路的电流电压保护 6.4~6.6（简介） 2 讲授多媒体7 3 6.7 电力变压器的保护 2 讲授多媒体8 1 实验1：电磁型继电器特性参数测试 28 2 6.8 电动机保护 6.9 电力电容器的保护（简介） 2 讲授多媒体9 1 实验2：感应型继电器特性参数测试 29 2 实验3：线路的过电流保护和电流速断保护整定 29 3 第七章7.1 变电所的操作电源7.2 变电所的控制回路7.3 变电所的信号回路2 讲授多媒体10 1 7.4 绝缘监察装置和测量仪表7.5 变电所常用自动装置2 讲授多媒体10 2 第九章9.1 过电压与防雷2 讲授多媒体第 1 周第 1 次课 2 学时注：本页为每次课教案首页上次课复习：本次课题（或教材章节题目）：第一章 1.1 电力系统的基本概念 1.2 发电厂的生产过程教学要求：了解电力系统的基本概念和相关知识；了解发电厂的生产过程。
第2章习题答案(孙丽华)
Q 30 ( 2 ) P30 ( 2 ) tan 900 tan(arccos 0 .8 ) 675 kvar
kVA S 30 ( 2 ) P30 （2） cos 900 0 . 86 1125 变压器的负荷率为：
1125 0.703 2 800
查附录表 1 可知，S9-800/10 型（Dyn11）变压器的技术数据为：
2 PWL 3I 30 RWL 10 3 3 68.26 2 0.46 6 10 3 38.58 kW
2 QWL 3I 30 X WL 10 3 3 68.26 2 0.358 6 10 3 30 kvar
线路的电能损耗为： W a PWL 38 .58 3650 1 .41 10 5 kWh 2-12 某电力用户 10kV 母线的有功计算负荷为 1200kW，自然功率因数为 0.65，现要求提高到
（2）线路的功率损耗和电能损耗
3
变压器高压侧的计算负荷为： P30 (1) P30 ( 2 ) PT 900 10 .2 910 . 2 kW
Q30 (1) Q30 ( 2 ) QT 675 79.54 754.54 kvar
S 30 (1)
I 30
cos
tan
P30/kW Q30/kvar S30/kVA I30/A
P /kW
e
P /kW
x
b/ c
30/5
200
35.5
0.14/0.4
0.5
1.73
42.2
73
84.32
128.1
2-11 有一条 10kV 高压线路供电给两台并列运行的 S9—800/10（D,yn11 接线）型电力变压器， 高压线路采用 LJ—70 铝绞线，水平等距离架设，线距为 1m，长 6km。变压器低压侧的计算负荷为 900kW， cos 0.8 ，T max 5000 h。试分别计算此高压线路和电力变压器的功率损耗和年电能损耗。 解： （1） 变压器的功率损耗和电能损耗
电力工程基础第2版-孙丽华课件第2章 共52页
然后分相计算各相的设备容量，则最大负荷相的3倍即为总 的等效三相设备容量。
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三、单台用电设备的负荷计算
对长期连续工作的单台用电设备：P30 Pe
对需要计及效率的单台用电设备（如电动机）：P30Pe
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2. 二项式系数法 单组用电设备计算负荷的确定
用电设备组 的平均负荷
由x台容量最大用 电设备投入运行时 增加的附加负荷
P 30 bP e cP x
Q 30 P 30 tan
S 30
P
2 30
Q
2 30
I 30 S 30
3U
N
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多组用电设备计算负荷的确定
各用电设备组平 均负荷的总和
各用电设备组附加 负荷中的最大值
P30 （bPe）i (cPx)max
Q30 (bPe tan)i (cPx)maxtanmax
S30 P320 Q320
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t 10% 0 t 10% 0
T
tt0
吊车：标准暂载率有15%、25%、40%和60%四种
电焊机：标准暂载率有50%、65%、75%和100%四种
2．设备容量Pe的确定
对长期工作制的用电设备： Pe PN 对反复短时工作制的用电设备：其设备容量是指换算到统 一暂载率下的额定功率。
电力工程基础 第二版 孙丽华主编 课后习题答案
2-7 功率因数低的不良影响有哪些�如何提高企业的自然功率因数� 答�功率因数低将会引起线路的总电流增大�使供电网络中的功率损耗和电能损耗增大�使供 电网络的电压损失增大�影响负荷端的电压质量�使供配电设备的容量不能得到充分利用�降低了 供电能力�使发电机的出力下降�发电设备效率降低�发电成本提高。 提高企业的自然功率因数的方法有�正确选用感应电动机的型号和容量�限制感应电动机的空 载运行�提高感应电动机的检修质量�合理使用变压器�感应电动机同步化运行。 2-8 并联电容器的补偿方式有哪几种�各有什么优缺点� 答�并联电容器的补偿方式有高压集中补偿、低压成组补偿和分散就地补偿�个别补偿�。 高压集中补偿方式的投资较少�电容器组的利用率较高�能够提高整个变电所的功率因数�但 它的补偿范围小�只能补偿 6�10kV 母线以前的线路上的无功功率�不能补偿工业企业内部配电线 路的无功功率。 低压成组补偿方式的投资不大�运行维护方便�能够减小车间变压器的容量�降低电能损耗� 其补偿区大于高压集中补偿�能够补偿变电所低压母线前的变压器和所有有关高压系统的无功功率。 分散就地补偿方式的补偿范围最大�补偿效果最好�能够补偿安装地点以前的变压器和所有高 低压线路的无功功率�但投资较大�且电容器组在被补偿的设备停止工作时也一并被切除�利用率 较低。 2-9 某工厂车间 380V 线路上接有冷加工机床 50 台�共 200kW�吊车 3 台�共 4.5kW�� � 15% �� 通风机 8 台�每台 3 kW�电焊变压器 4 台�每台 22kVA� � � 65% � cos � N � 0.5 ��空压机 1 台� 55kW。试确定该车间的计算负荷。 解�该车间的计算负荷如下表所示。
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�2�线路的功率损耗和电能损耗 变压器高压侧的计算负荷为� P30(1) � P30(2) � �PT � 900 � 10 .2 � 910 .2 kW
电力工程基础第三版孙丽华主编第二章课件 PPT
➢计算负荷的定义：根据用电设备安装容量确定的、
用以按发热条件选择导体和电气设备时所使用的一
个假想负荷，用Pc（或Qc 、Sc 、 Ic ）表示。
通常把根据半小时平均负荷所绘制的负荷曲线
上的 “最大负荷”称为计算负荷，并作为按发热条
件选择电气设备的依据，因此
Pc Pmax P30
一般中小截面导体的发热时间常数τ 为10min以上，而导体通过电流达到 稳定温升的时间大约为3τ～4τ，即载 流导体大约经半小时（30min）后可 达到稳定温升值
SN
所以
QN
Uk % 100
SN
——额定负载下的损耗
QT
Q0
2QN
SN 100
(
I
0
%
2U
k
%)
近似公式：
PT QT
0.015S30 0.06S30
二、电能损耗
年最大负荷
1．线路的电能损耗 ： 损耗小时数
Wa
3I
2 30
R
PW L
τ的含义：在此时间
内，线路持续通过计
算电流所（I30）产生 的电能损耗与实际负
➢目的：选择电力变压器、开关设备及导线、电缆等 ➢意义：估算过高，使设备和导线选择偏大，投资大； 估算过低，使设备和导线选择偏小，运行时过热，加 快绝缘老化，降低使用寿命，增大电能损耗，影响系 统的正常运行。 ➢方法：需要系数法、二项式系数法、利用系数法和 单位产品耗电量法等 。 二、三相用电设备组的负荷计算 确定用电设备组的计算负荷时，应考虑以下因素：
荷电流在全年内所产
生的电能损耗相等。
图2-7 τ与Tmax关系曲线
2．变压器的电能损耗 ➢由变压器铁损引起的电能损耗：
电力工程基础 孙丽华 答案
1-2 电能生产的主要特点是什么？对电力系统有哪些要求？答：电能生产的主要特点是：电能不能大量存储；过渡过程十分短暂；与国民经济各部门和人民日常生活的关系极为密切。
对电力系统的基本要求是：保证供电的可靠性；保证良好的电能质量；为用户提供充足的电能；提高电力系统运行的经济性。
1-4 衡量电能质量的主要指标有哪些？简述它们对电力系统的主要影响。
答：衡量电能质量的主要指标有：频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、高次谐波（波形畸变率）、三相不平衡度及暂时过电压和瞬态过电压。
对电力系统的主要影响（略）。
1-7 为什么我国规定110kV以上的高压电网和380/220V的低压电网要采用大电流接地系统？各有什么优点？答：大电流接地系统发生单相接地时中性点电位仍为零，非故障相对地电压不会升高，仍为相电压，因此电气设备的绝缘水平只需按电网的相电压考虑，故可以降低工程造价。
所以我国110kV 及以上的电力系统基本上都采用中性点直接接地的方式。
而在380/220V系统中采用中性点直接接地方式，主要是考虑人身安全问题，一旦发生单相接地故障，可以迅速跳开自动开关或烧断熔断丝，将故障部分切除。
1-8 试确定图1-12所示供电系统中发电机和所有变压器的额定电压。
图1-12 习题1-8附图答：发电机G：10.5kV；变压器T1：10.5/242kV；变压器T2：10/3.3kV；变压器T3：220/38.5kV；变压器T4：220/121/38.5kV；变压器T5：35/6.6 kV2-9 某工厂车间380V 线路上接有冷加工机床50台，共200kW ；吊车3台，共4.5kW （%15=ε）；通风机8台，每台3 kW ；电焊变压器4台，每台22kV A （%65=ε，5.0cos =N ϕ）；空压机1台，55kW 。
试确定该车间的计算负荷。
解：该车间的计算负荷如下表所示。
电力负荷计算表2-12 某电力用户10kV 母线的有功计算负荷为1200kW ，自然功率因数为0.65，现要求提高到0.90，试问需装设多少无功补偿容量？如果用BW10.5—40—1W 型电容器，问需装设多少个？装设以后该厂的视在计算负荷为多少？比未装设时的视在计算负荷减少了多少？ 解：（1）需装设的BWF10.5-40-1W 型并联电容器容量及个数822)]9.0tan(arccos )65.0s [tan(arcco 1200=-⨯=C Q kvar55.2040822===C C q Q n 取21=n 则实际补偿容量为：8404021=⨯=C Q kvar（2） 无功补偿前后视在负荷的变化补偿前：1403)65.0tan(arccos 1200tan 3030=⨯==ϕP Q kvar184665.01200cos 3030===ϕP S kV A 补偿后：5.1325)8401403(1200)(2223023030=-+=-+='C Q Q P S kV A补偿后视在负荷减少了：5.5205.132518463030=-='-S S kV A2-13 某降压变电所装有一台Y,yn0联结的S9—800/10型电力变压器，其二次侧（380V ）的有功计算负荷为520kW ，无功计算负荷为430kvar ，试求此变电所一次侧的计算负荷和功率因数。
电力工程基础_孙丽华_答案
第一章1-1 什么是电力系统？建立联合电力系统有哪些好处？答：电力系统是由发电厂、变电所、输配电线路和电力用户组成的整体。
建立联合电力系统的优点是：可以减少系统的总装机容量；可以减少系统的备用容量；可以提高供电的可靠性；可以安装大容量的机组；可以合理利用动力资源，提高系统运行的经济性。
1-2 电能生产的主要特点是什么？对电力系统有哪些要求？答：电能生产的主要特点是：电能不能大量存储；过渡过程十分短暂；与国民经济各部门和人民日常生活的关系极为密切。
对电力系统的基本要求是：保证供电的可靠性；保证良好的电能质量；为用户提供充足的电能；提高电力系统运行的经济性。
1-3 我国规定的三相交流电网额定压等级有哪些？用电设备、发电机、变压器的额定电压与同级电网的额定电压之间有什么关系？为什么？答：我国规定的三相交流电网额定压等级，低压有0.22/0.127 kV、0.38/0.22 kV和0.66/0.38kV；高压有3 kV、6 kV、10 kV、35 kV、60 kV、110 kV、220 kV、330 kV、500 kV和750 kV。
用电设备的额定电压规定与同级电网的额定电压相同；发电机的额定电压应比同级电网额定电压高5%；变压器一次绕组的额定电压，对于降压变压器，应等于电网的额定电压，对于升压变压器，应等于发电机的额定电压；变压器二次绕的额定电压，当二次侧供电线路较长时，应比电网额定电压高10%，当变压器二次侧供电线路较短时，应比同级电网额定电压高5%。
1-4 衡量电能质量的主要指标有哪些？简述它们对电力系统的主要影响。
答：衡量电能质量的主要指标有：频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、高次谐波（波形畸变率）、三相不平衡度及暂时过电压和瞬态过电压。
对电力系统的主要影响（略）。
1-5 什么叫小电流接地系统？什么叫大电流接地系统？小电流接地系统发生一相接地时，各相对地电压如何变化？这时为何可以暂时继续运行，但又不允许长期运行？答：中性点不接地和中性点经消弧线圈接地的系统称为小电流接地系统；性点直接接地（或经低电阻接地）的系统称为大电流接地系统。
课程设计110-10KV变电站电气一次部分设计
XXXX学校课程设计说明书题目：A1# 110/10KV变电站电气一次部分设计姓名：院（系）：XXXXXXXXX学院专业班级：电气工程及其自动化20XX级X班学号：指导教师：成绩：时间：20XX年XX月XX日至20XX年XX月XX日郑州轻工业学院课程设计任务书题目 A1# 110/10KV变电站电气一次部分设计专业学号姓名 XX 主要内容、基本要求、主要参考资料等：一、设计内容1.对待设计变电所在系统中的地位和作用及所供用户的分析。
2.选择待设计变电所主变的台数、容量、型式。
3.分析确定高、低压侧主接线及配电装置型式。
4.进行互感器、避雷器等电气设备配置。
5.进行短路电流计算。
6.选择变电所高、低压侧及lOkV馈线的断路器、隔离开关。
7.选择10kV硬母线。
8.编写设计说明书、计算书,绘制电气主接线图。
二、设计文件及图纸要求1.设计说明书一份；2.计算机绘制变电所主接线图一张。
三、有关原始资料1.发电厂变电所地理位置图(见附图)。
各变电站布置方式无特殊要求。
2.环境最高气温40℃，最热月最高平均气温32℃。
3.110kV输电线路电抗均按0.4Ω／km计。
4.最大运行方式时，发电机并联运行，A、B站电源线路分裂运行，C站电源线路并联运行。
5.各变电站负荷的功率因数cosφ均按0.9计。
6.设计参数条件序号输电线路长度 km 系统容量MVA各变电站10kV最大负荷 MWL1 L2 L3 L4 P1重要负荷率P2重要负荷率P3重要负荷率1 15 22 11 10 730 2865% 2670%2258%2 17 20 15 12 850 29 25 193 25 23 12 15 1020 25 23 184 28 25 17 11 780 23 22 175 22 27 19 16 690 21 19 16附图发电厂变电所地理位置图G 一汽轮发电机 QFS-50-2，10.5KV,50MW, cosΦ=O．8，X"d＊=0.195；T —变压器 SF10—63000／121±2x2.5％；YNd11;UK％=10.5；Po=45.5kW；Pk=221kW；Io(％)=O.4四、参考文献1.冯建勤.电气工程基础.北京.中国电力出版社，20102.孙丽华.电力工程基础.北京：机械工业出版社，20063.水利电力部西北电力设计院.电力工程电气设计手册（电气一次部分）.北京:水利电力出版社，19894.姚春球.发电厂电气部分. 北京：中国电力出版社，2004目录第一章资料分析 (1)第二章主变容量、形式及台数的选择 (2)第四章电气设备配置原则 (6)第五章短路电流计算 (8)第六章主要电气设备选择与校验 (13)参考文献 (19)致谢 (20)附录-Ⅰ电气主接线图 (21)附录-Ⅱ电气设备布局图 (22)第一章资料分析第一节变电所在电力系统的地位电力系统是由发电机、变压器、输电线路和用电设备（负荷）组成的网络，它包括通过电的或机械的方式连接在网络中的所有设备。
电力工程基础第三版孙丽华主编第二章课件 PPT
T
t t0
起重设备：标准暂载率有15%、25%、40%和60% 电焊设备：标准暂载率有50%、65%、75%和100%
2．设备容量Pe的计算
➢连续运行工作制： Pe PN
➢断续周期工作制：其设备容量是指换算到统一暂
载率下的额定功率。
折算方法：按同一周期等效发热条件进行换算。
Q I 2Rt，当R、Q一定时，I 1 t
数。
同时系数， 取0.85~0.95
P30 K P30.i
Q30 K Q30.i
S30
P320
Q320
I 30 S30 3U N
例2-1（P33）
电力负荷计算表
K 0.9
➢对需要系数法的评价 公式简单，计算方便 ； 需要系数法的数值比较完整和准确，查取方便；
Kd是针对负荷群而言的，设备台较越多计算越准
PA p ABA PAB pCAA PCA
QA qABAPAB qCAAPCA
B相:
PB pBCB PBC p ABB PAB
QB qBCB PBC qABB PAB
C相: PC pCAC PCA pBCC PBC
QC qCAC PCA qBCC PBC
然后分相计算各相的设备容量，则最大负荷相的3 倍即为总的等效三相设备容量。
1. 日有功负荷曲线
图2-1 日有功负荷曲线 a）折线图 b）梯形图
2. 年有功负荷曲线
✓年最大负荷曲线（运行年负 荷曲线）
图2-2 年最大负荷曲线
✓全年时间负荷曲线（年负荷持续曲线）
图2-3 全年时间负荷曲线的绘制 a）冬季典型日负荷曲线 b）夏季典型日负荷曲线 c）全年时间负荷曲线
取冬季为213天，夏季为152天，则图中功率P1 所占时间为：
电力工程基础 孙丽华 第二版 第4章精品PPT课件
抗标幺值
X
*
。
图4-2的等效电路图如图4-3所示。
图4-3 图4-2的等效电路图
注意：求电源到短路点的总电抗时，必须是电源与短路点直接相连 的电抗，中间不经过公共电抗。当网络比较复杂时，需要对网络进 行化简，求出电源至短路点直接相连的电抗（即转移电抗）。
不对称短路产生的不平衡磁场，会对附近的通讯系统及弱 电设备产生电磁干扰，影响其正常工作 。
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二、短路的种类
➢对称短路： 三相短路k（3）
➢不对称短路：
两相短路k（2） 单相接地短路k（1） 两相接地短路k（1,1）
进行短路电流计算的目的： 选择合理的电气接线图 选择和校验各种电气设备 合理配置继电保护和自动装置
换算成统一基准值的标幺值。 换算方法是：
➢先将以额定值为基准的电抗标幺值
X
* N
还原为有名值，即
XXN * XN
XN *
UN 2 SN
➢选定Sd和Ud，则以此为基准的电抗标幺值为：
Xd *X Xd XU Sd d2XN *U SN N 2 U Sd d2
若取 Ud UNUav，则
X
* d
X
* N
Sd SN
图4-பைடு நூலகம் 短路的类型
a）三相短路 b）两相短路 c）、 d）单相接地短路 e）、f）两相接地短路
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一、概述
4.2 标幺制
在短路电流计算中，各电气量的数值，可以用有名值表示， 也可以用标幺值表示。通常在1kV以下的低压系统中宜采用 有名值，而高压系统中宜采用标幺值。
电力工程课程设计
新能源与动力工程学院课程设计报告电力工程课程设计专业电力工程与管理班级电力1201姓名朱斌学号201211354指导教师杜露露2015年7 月兰州交通大学新能源与动力工程学院课程设计任务书课程名称：电力工程课程设计指导教师（签名）：杜露露班级：电力1201班姓名：朱斌学号： 201211354指导教师评语及成绩评定表指导教师签字：年月日工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。
电能是现代工业生产的主要能源和动力。
电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。
因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。
电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。
从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。
做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。
工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：（1）安全: 在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。
（2）可靠: 应满足电能用户对供电可靠性的要求。
（3）优质: 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求。
（4）经济: 供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。
此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局。
引言1 设计任务................................................. - 1 -1.1工厂供电设计的一般原则 ............................. - 6 -1.2工厂总平面图....................................... - 6 -2 负荷计算和无功功率补偿................................... - 6 -2.1 负荷计算........................................... - 7 -2.2 无功功率补偿....................................... - 7 -3 变电所位置和型式的选择................................... - 9 -4 变电所主变压器的选择和主结线方案的选择.................. - 10 -4.1 变电所主变压器的选择.............................. - 10 -4.2 变压器主接线方案的选择............................ - 11 -5 短路电流的计算.......................................... - 11 -5.1 绘制计算电路...................................... - 11 -5.2 确定短路计算基准值................................ - 12 -5.3 计算短路电路中各元件的电抗标幺值.................. - 12 -5.4 10KV侧三相短路电流和短路容量 ..................... - 13 -5.5 380KV侧三相短路电流和短路容量 .................... - 13 -6 变电所一次设备的选择校验................................ - 14 -6.1 10kV侧一次设备的选择校验 ......................... - 14 -6.2 380V侧一次设备的选择校验 ......................... - 15 -6.3 高低压母线的选择.................................. - 15 -7 电气主接线图............................................ - 16 -7.1 二次回路方案选择................................. - 16 -8 变压所的防雷保护........................................ - 16 -8.1 防雷装置意义..................................... - 16 -8.2 直击雷的防治..................................... - 16 -8.3 雷电侵入波保护................................... - 17 -8.4 变电所公共接地装置的设计.......................... - 17 -总结...................................................... - 17 -参考文献.................................................. - 19 -附录.................................................. - 20 -1设计任务1.1工厂供电设计的一般原则按照国家标准GB50052-95 《供配电系统设计规范》、GB50053-94 《10kv及以下设计规范》、GB50054-95 《低压配电设计规范》等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则：（1）遵守规程、执行政策；（2）安全可靠、先进合理；（3）近期为主、考虑发展；（4）全局出发、统筹兼顾。
电力工程基础第三版孙丽华主编
2020/5/8
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例2-1（P33）
电力负荷计算表
t 100% t 100%
T
t t0
起重设备：标准暂载率有15%、25%、40%和60% 电焊设备：标准暂载率有50%、65%、75%和100%
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2．设备容量Pe的计算
➢连续运行工作制： Pe PN
➢断续周期工作制：其设备容量是指换算到统一暂
载率下的额定功率。
T1 (t1 t1) 213
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四、与负荷曲线有关的物理量
1．年最大负荷和年最大负荷利用小时数
➢年最大负荷Pmax ：指全年中消耗电能最多的半小时
的平均功率，即
Pmax P30
➢年最大负荷利用小时数
Tmax：在此时间内，用户 以年最大负荷持续运行所
消耗的电能恰好等于全年
实际消耗的电能。
Tmax
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Wa Pmax
8760
0 pdt
Pmax
图2-4 年最大负荷与年最大负荷利用小时数
可见：年负荷曲线越平坦，Tmax越 大；年负荷曲线越陡，Tmax越小。
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9
2．平均负荷与负荷系数
➢平均负荷Pav：电力负荷在一定时间t 内平均消耗的
功率，即
2. 年有功负荷曲线
✓年最大负荷曲线（运行年负 荷曲线）
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河北科技大学电气工程学院 图2-2 年最大负荷曲线
7
✓全年时间负荷曲线（年负荷持续曲线）
图2-3 全年时间负荷曲线的绘制 a）冬季典型日负荷曲线 b）夏季典型日负荷曲线 c）全年时间负荷曲线
供配电工程习题答案作者孙丽华第3章习题答案(孙丽华)
第三章3-1 熄灭电弧的条件是什么？开关电器中常用的灭弧方法有哪些？答：灭弧的条件是去游离率大于游离率。
开关电器中常用的灭弧方法有速拉灭弧法、冷却灭弧法、吹弧灭弧法、长弧切短灭弧法、粗弧分细灭弧法、狭缝灭弧法、采用多断口灭弧法和采用新型介质灭弧法等。
3-2 高压断路器、高压隔离开关和高压负荷开关各有哪些功能？答：高压断路器不仅能通断正常负荷电流，而且能切断一定的短路电流，并能在保护装置作用下自动跳闸，切除短路故障；高压隔离开关的主要功能是隔离高压电源，保证人身和设备检修安全，同时还具有倒闸操作和通断小电流的功能；高压负荷开关可以通断一定的负荷电流和过负荷电流，有隔离开关的作用，但不能断开短路电流。
3-3 倒闸操作的基本要求是什么？答：倒闸操作的基本要求是：合闸送电时，先合上隔离开关，再合上断路器；跳闸断电时，先断开断路器，再断开隔离开关。
3-4 低压断路器有哪些功能？按结构型式可分为哪两大类？答：低压断路器既能带负荷通断电路，又能在线路发生短路、过负荷、低电压（或失压）等故障时自动跳闸。
低压断路器按结构型式分，有塑料外壳式和万能式两大类。
3-5 熔断器的主要功能是什么？什么是“限流”式熔断器？答：熔断器的主要功能是对电路及其设备进行短路或过负荷保护。
“限流”式熔断器是指熔断器的灭弧能力很强，灭弧速度很快，能在短路电流未达到冲击值以前完全熄灭电弧。
3-6 避雷器有何功能？有哪些常见的结构型式？各适用于哪些场合？答：避雷器用于防止雷电产生的过电压沿线路侵入变配电所或其他建筑物内，以免危及被保护设备的绝缘。
避雷器按结构型式分，有保护间隙、管型避雷器、阀型避雷器和金属氧化物避雷器等。
其中，保护间隙和管型避雷器一般用于户外输电线路的防雷保护，阀型避雷器和金属氧化物避雷器主要用于变配电所的进线防雷电波侵入保护。
3-7 Dyn11接线配电变压器和Yyn0接线配电变压器相比较有哪些优点？答：Dyn11接线变压器能有效地抑制3的整数倍高次谐波电流的影响；Dyn11接线变压器的零序电抗比Yyn0接线变压器小得多，更有利于低压侧单相接地短路故障的切除；Dyn11接线变压器承受单相不平衡负荷的能力远比Yyn0接线的变压器大。
电力工程基础第三版孙丽华主编第二章课件
图2-8 负荷计算用供电系统
逐级计算法：从企业的用电端开始，逐级上推，直 至求出电源进线端的计算负荷为止。
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用电设备组的计算负荷（图2-8中的1点）
QP3300.1.1
K dPe P30.1
tan
S30.1
P2 30.1
Q2 30.1
车间变压器低压母线上的计算负荷（图2-8中的2点）
✓年最大负荷曲线（运行年负
荷曲线）
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河北科技大学电气工程学院 图2-2 年最大负荷曲线
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✓全年时间负荷曲线（年负荷持续曲线）
图2-3 全年时间负荷曲线的绘制 a）冬季典型日负荷曲线 b）夏季典型日负荷曲线 c）全年时间负荷曲线
取冬季为213天，夏季为152天，则图中功率P1 所占时间为：
河北科技大学电气工程学院21概述22计算负荷的确定23功率损耗和电能损耗计算24企业计算负荷的确定25功率因数与无功功率补偿26尖峰电流的计算第2章负荷计算与无功功率补偿河北科技大学电气工程学院21概述一电力负荷的分级级别停电影响供电方式一级人身伤亡重大设备损坏政治经济上重大损失两个独立电源供电二级设备局部损坏大量减产政治经济造成较大损失双回路供电三级不属于一级二级的负荷无特殊要求河北科技大学电气工程学院二用电设备的工作制及设备容量的计算1
1．线路的功率损耗
PW L QW L
3I
2 30
R
10
3
3I
2 30
X
10 3
其中: R r1l X x1l
而x1与导线之间的几何均距有关。sav 3 sab sbcsca
✓等边三角形排列：
sav s
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设k点发生短路，取 U d U av3 ，则线路WL1的电抗X1折算
到短路点的电抗 X 1 为：
2
2此式说明：不论在哪一2 电压级发生短
X1
X 1 KT21 KT2 2
X
1
U av2 U av1
路，各段元件参数的标幺值只需用元
U X U av3 件所在级的平均a电v3压作为基准电压来 计算，而1无需再进行电压折算。即任 U U av2 何一个用标幺值a表v1示的量，经变压器
抗标幺值
X
*
。
图4-2的等效电路图如图4-3所示。
图4-3 图4-2的等效电路图
注意：求电源到短路点的总电抗时，必须是电源与短路点直接相连 的电抗，中间不经过公共电抗。当网络比较复杂时，需要对网络进 行化简，求出电源至短路点直接相连的电抗（即转移电抗）。
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4.3 无限容量系统三相短路电流计算
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110 220 330 115 230 345
7
4.2 标幺制
三、不同准标幺值之间的换算
电力系统中各电气设备如发电机、变压器、电抗器等所给
出的标幺值都是额定标幺值 ，进行短路电流计算时必须将它们
换算成统一基准值的标幺值。 换算方法是：
➢先将以额定值为基准的电抗标幺值 X N* 还原为有名值，即
则X1折算到第三段的标幺值为：
变换后数值不变。
X
* 1
X1 Xd
X
1
U av3 U av1
2
Sd U2
av3
X1
Sd U2
av1
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4.2 标幺制
六、短路回路总电抗标幺值
将各元件的电抗标幺值求出后，就可以画出由电源到短路
点的等值电路图，并对网络进行化简，最后求出短路回路总电
某一物理量的标幺值Ａ* ，等于它的实际值A与所选定的
基准值Ad的比值，即
A* A Ad
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4.2 标幺制
基准值的选取
通常先选定基准容量 Sd和基准电压Ud，则基准电流Id和基
准电抗Xd分别为：
Id
Sd 3U d
Xd
Ud 3I d
U
2 d
Sd
常取基准容量Sd=100MVA， 基准电压用各级线路的平均额
定电压，即 U d U。av
线路平均额定电压：指线路始端最大额定电压与末端最小
额定电压的平均值。取线路额定电压的1.05倍，见表4-1。
表4-1 线路的额定电压与平均额定电压
额定电压UN/ kV
0.22 0.38 3
6 10 35 60
平均额定电压Uav /kV 0.23 0.4 3.15 6.3 10.5 37 63
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二、短路的种类
4.1 概述
➢对称短路：
三相短路k（3） ➢不对称短路：
两相短路k（2） 单相接地短路k（1） 两相接地短路k（1,1）
进行短路电流计算的目的： 选择合理的电气接线图 选择和校验各种电气设备 合理配置继电保护和自动装置
图4-1 短路的类型
a）三相短路 b）两相短路 c）单相接地短路 d）两相接地短路 e）两相接地短
2020/8/3河北科技大学ຫໍສະໝຸດ 气工程系5一、概述
4.2 标幺制
在短路电流计算中，各电气量的数值，可以用有名值表示， 也可以用标幺值表示。通常在1kV以下的低压系统中宜采用 有名值，而高压系统中宜采用标幺值。
在高压电网中，通常总电抗远大于总电阻，所以可以只计 各主要元件的电抗而忽略其电阻。
二、标幺制的概念
X
X
* N
X
N
X
* N
U
2 N
SN
➢选定Sd和Ud，则以此为基准的电抗标幺值为：
X
* d
X Xd
X Sd
U
2 d
X
* N
U
2 N
SN
Sd
U
2 d
若取 U d U N U av ，则
X
* d
X
* N
Sd SN
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4.2 标幺制
四、电力系统各元件电抗标幺值的计算
Sd S NL
U
2 NL
U
2 d
式中，SNL 3U NL I NL为电抗器的额定容量。 ➢输电线路：通常给出线路长度和每公里的电抗值，则
X
* W
L
XWL Xd
X
W
L
Sd
U
2 d
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4.2 标幺制
五、不同电压等级电抗标幺值的关系
图4-2 具有三个电压等级的电力网
电力工程基础
第四章 短路电流及其计算
河北科技大学电气工程系
第四章 短路电流及其计算
4.1 概述 4.2 标幺制 4.3 无限容量系统三相短路电流计算 4.4 有限容量系统三相短路电流的实用计算 4.5 不对称故障的分析计算 4.6 电动机对短路冲击电流的影响 4.7 低压电网短路电流计算 4.8 短路电流的效应
3
4.1 概述
短路的危害： 短路电流的热效应会使设备发热急剧增加，可能导致设备 过热而损坏甚至烧毁；
短路电流产生很大的电动力，可引起设备机械变形、扭曲 甚至损坏；
短路时系统电压大幅度下降，严重影响电气设备的正常工 作；
严重的短路可导致并列运行的发电厂失去同步而解列，破 坏系统的稳定性。
不对称短路产生的不平衡磁场，会对附近的通讯系统及弱 电设备产生电磁干扰，影响其正常工作 。
一、由无限容量系统供电时三相短路的说是明一物：个理无相限对过大概程功念率，电真源正
100
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4.2 标幺制
➢电抗器：通常给出INL、UNL和电抗百分数 X L %，其中
XL%
3INL X L U NL
100
X
* NL
100
∴
X
* L
XL Xd
XL% 100
U NL Sd
3I NL
U
2 d
XL%
Sd
U
2 NL
100
S NL
U
2 d
X
* NL
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4.1 概述
一、短路的原因及其后果
所谓短路,是指电力系统中正常情况以外的一切相与相之间 或相与地之间发生通路的情况。
短路的原因： 电气设备载流部分绝缘损坏；
运行人员误操作；
其他因素。
短路的现象： 电流剧烈增加；
系统中的电压大幅度下降。
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➢发电机：通常给出SN、UN和额定电抗标幺值
X
* NG
，则
X
* G
X
* NG
Sd SN
➢变压器：通常给出SN、UN和短路电压百分数 U k % ，
由于
U
k
%
U U
k N
100
3I N X T UN
100
X
* NT
100
所以
X
* T
X
* NT
Sd SN
Uk% 100
Sd SN
式中，X
* NT
U k % 为变压器的额定电抗标幺值。