《供配電系統(tǒng) 楊岳 重慶大學建筑電氣 課件第1章 概述》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《供配電系統(tǒng) 楊岳 重慶大學建筑電氣 課件第1章 概述（64頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、第1章 概述 第1節(jié) 電能與電力系統(tǒng)1.1.1 電能是電氣工程的核心 電能的應用，是電氣工程的終極目的，由此衍生出電能的生產(chǎn)與再處理等環(huán)節(jié)。電能不僅是一種產(chǎn)品，也是一種商品。電能只是眾多能源中的一種，但其重要性是眾所周知的。電的另一個用途是作為消息的載體（信號）用于信息工程。1.1.2 電力系統(tǒng)簡介 1、電力系統(tǒng)的任務 滿足人們有控制地使用電能的需求。2、電力系統(tǒng)的構(gòu)成發(fā)電機輸電線路配電線路用電設備升壓變壓器降壓變壓器（汽、水輪機等）原動機動力系統(tǒng)電力系統(tǒng)電力網(wǎng)簡單電力系統(tǒng)模型 由發(fā)電、輸變電、變配電、用電等環(huán)節(jié)組成。電力系統(tǒng)為什么會以這樣的方式構(gòu)成（由現(xiàn)象到本質(zhì)的思考）？電力系統(tǒng)還可能有其他

2、的構(gòu)成方式嗎（創(chuàng)新不只是腦筋急轉(zhuǎn)彎，既要有智慧的思考，又要有一定的條件）？3、電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的作用（可用以回答以上兩個問題）缺損思考法：取消某個環(huán)節(jié)會怎樣？1）發(fā)電。將其他形式的能轉(zhuǎn)換成電能。2）用電。將電能轉(zhuǎn)換成其他形式的能。該環(huán)節(jié)顯然是不可缺少的。3）輸變電。該環(huán)節(jié)將大量電能集中地從一處傳輸?shù)搅硪惶帯?）變配電。將集中的電能分配給散布的負荷。電力系統(tǒng)構(gòu)成形式的工程背景 （1）自然界不存在足量的可控制使用的原生電能。（2）發(fā)電廠與用電負荷中心通常相距甚遠。（3）即使在城市、廠礦等負荷中心，負荷一般也是分布在不同地點的，且類別多樣、數(shù)量龐大、權屬又各有不同。輸變電和變配電環(huán)節(jié)有可能因技術的發(fā)展

3、而有所改變。如直流輸電系統(tǒng)的交、直流變換，豐富了“變”電的內(nèi)涵。電能生產(chǎn)技術的改變，很可能導致（部分）取消輸變電環(huán)節(jié)并簡化變配電環(huán)節(jié)，如燃料電池、小型核聚變反應堆等電源的應用，可能以一個家庭、一棟建筑或一個建筑群為單位自發(fā)自用，輸變電環(huán)節(jié)自然消失。4、電力系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)運行 服務對象樣本越大，資源利用率和服務效率越高，這是電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)運行的基本依據(jù)。聯(lián)網(wǎng)運行的具體優(yōu)缺點，請參閱教材P34。5、電力系統(tǒng)的運行特點 請參閱教材P3。6、一次系統(tǒng)與二次系統(tǒng) 電力系統(tǒng)中，電作為能源所通過的部分稱為一次系統(tǒng)，主要由發(fā)電機、變壓器、電力線纜和各種配電設備構(gòu)成。電力系統(tǒng)中，對一次系統(tǒng)進行測量、監(jiān)視、控制、保護的

4、部分稱為二次系統(tǒng)。從控制系統(tǒng)的觀點來看，一次系統(tǒng)相當于受控對象，二次系統(tǒng)相當于控制環(huán)節(jié)。第2節(jié) 電力系統(tǒng)的表達 表達：用約定的方式傳達出關于對象的有用信息。對象：所關注的事物。有用信息：相對性，取決于工作目的。對表達的要求：規(guī)范共同規(guī)則。簡潔信息的有效性，最小無關信息。高效表達手段的選擇問題。表達問題既是一個專門的技術門類，又是一套工程體系。有關表達的兩個方面：1）需要表達的內(nèi)容：此即目的，與工作目標有關。2）所使用的表達方式：此即手段，其本身就是一個龐大的工程規(guī)則體系。電力系統(tǒng)需要表達的主要內(nèi)容 1）電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，簡稱結(jié)構(gòu)描述。結(jié)構(gòu)描述是對電力系統(tǒng)固有屬性的靜態(tài)描述。2）電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)，

5、簡稱運行狀態(tài)描述。運行狀態(tài)描述是對電力系統(tǒng)工作情況的動態(tài)描述。電力系統(tǒng)常用的表達形式 1）語言表達。通過語言描述系統(tǒng)的屬性和（或）狀態(tài)。2）圖形表達。主要用于結(jié)構(gòu)描述。3）公式表達。主要用于各參量間相互關系的描述。4）圖表表達。主要用于參量關系的直觀描述，或數(shù)據(jù)的羅列。1.2.1 內(nèi)容表達之一結(jié)構(gòu)描述 以下著重介紹一次系統(tǒng)的描述。結(jié)構(gòu)描述由網(wǎng)絡拓撲、元件設置和結(jié)構(gòu)參數(shù)等三個方面構(gòu)成。元件：指電氣設備和電力線纜 1、一次系統(tǒng)單線結(jié)線圖 單線結(jié)線圖是描述網(wǎng)絡拓撲與元件設置的最常用方式。單線結(jié)線圖屬于簡圖（diagram）范疇，與電路接線圖有所不同。單線結(jié)線圖主要表達系統(tǒng)各組成部分的相互關系而非電路

6、連接。單線接線圖分為兩類：電氣結(jié)線圖（按功能布局的簡圖），如各種系統(tǒng)圖。位置結(jié)線圖（按位置布置的簡圖），如地理結(jié)線圖、配電平面圖等。QFL2L1L3QFTT電路接線圖單線結(jié)線圖電氣結(jié)線圖示例1變配電所主結(jié)線#2電源進線#1電源進線I段母線負荷側(cè)饋線II段母線負荷側(cè)饋線母線I段母線II段電氣結(jié)線圖示例2配電箱系統(tǒng)圖位置結(jié)線圖示例1地理結(jié)線圖至X亭至X蘇至X水至X江至X溝至X洲500kV變電所220kV變電所220kV開關站城市發(fā)電廠220kV輸電線路500kV輸電線路圖例位置結(jié)線圖示例2照明平面圖 2、結(jié)構(gòu)參數(shù) 結(jié)構(gòu)參數(shù)是結(jié)構(gòu)描述的另一項重要內(nèi)容，分為電參數(shù)與非電參數(shù)兩類。電參數(shù)：主要表達各元件

7、的電氣性能，如額定電壓、額定容量等。非電參數(shù)：元件的重量、幾何尺寸、位置坐標等。通常通過在電氣圖上標注的方式表達結(jié)構(gòu)參數(shù)。1.2.2 內(nèi)容表達之二運行狀態(tài)描述 1、運行狀態(tài)劃分 根據(jù)不同的標準，有不同的運行狀態(tài)劃分方法。業(yè)界對運行狀態(tài)表述不盡一致，應重在領會其實質(zhì)而非執(zhí)著于術語。1）按系統(tǒng)狀態(tài)偏離設定狀態(tài)的程度與后果分分類。正常運行狀態(tài) 不正常運行狀態(tài) 故障狀態(tài) 2）按狀態(tài)的持續(xù)性分類。穩(wěn)態(tài)，動態(tài)而非靜態(tài) 暫態(tài)，又分為電磁暫態(tài)和機電暫態(tài) 以上兩種不同標準的分類，各類別之間并無嚴格的對應關系，如：穩(wěn)態(tài)不一定是正常運行狀態(tài)，過載運行就是一種穩(wěn)態(tài)。暫態(tài)不一定是故障狀態(tài)，勵磁調(diào)節(jié)、頻率調(diào)節(jié)、功率角調(diào)節(jié)

8、等都會產(chǎn)生暫態(tài)。將暫態(tài)等同于故障狀態(tài)，一般指的是不可自行恢復穩(wěn)定的暫態(tài)。2、運行狀態(tài)描述 系統(tǒng)的運行狀態(tài)一般都是由運行參數(shù)來描述的。運行參數(shù)既有電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)、相位等模擬量，又有開關電器狀態(tài)等數(shù)字量。3、辯異“本構(gòu)參數(shù)”與“運行參數(shù)”。這是一個普遍性問題。本構(gòu)參數(shù)：由對象的結(jié)構(gòu)、材料、尺寸、制造工藝等決定的反映對象自身特性的參數(shù)，是靜態(tài)參數(shù)。如額定電壓、堵轉(zhuǎn)電流等。運行參數(shù)：與對象工作狀態(tài)相對應的某些物理量量值，是動態(tài)參數(shù)。如負載率、電壓降落等。相互關系：可用“體”與“用”、能力與出力的關系等角度去理解。以電動機額定功率和運行輸出功率為例辨識其異同。結(jié)構(gòu)描述中的“結(jié)構(gòu)參數(shù)”，

9、就是一系列本構(gòu)參數(shù)的集合。1.2.3 表達手段及基本要素 1、常用表達手段 圖、圖表、公式、語言、模擬與數(shù)字仿真等。2、表達的基本要素 術語與符號。1）術語。指表明對象類別、特征、工作狀態(tài)等的技術詞匯。術語有嚴格定義的，也有約定俗成的。工程中常有邊界模糊（外延交集不為空集）的術語運用，應注意甄別。2）圖用符號 用圖來表達電力系統(tǒng)時會用到圖用符號，包括圖用圖形符號和圖用文字符號。相關新國標在1993年開始實施，基本與IEC標準一致，與我國長期習慣的表達方式有較大的差異。3）參量符號 以西文表示，遵守國家標準或業(yè)界習慣。下標應用：下標表示參量的屬性和（或）所指對象，屬性列前、對象列后，中間用“”分

10、隔。S31UISS1223IIVWUUNVWUUTSQF1QF2ish Mish sIa三相電路表達示例符號應用示例第3節(jié) 電力系統(tǒng)標準電壓NHLrmaxUUUUU系統(tǒng)標稱電壓 系統(tǒng) 系統(tǒng)最高電壓系統(tǒng)最低電壓標準電壓設備額定電壓 設備 設備最高電壓重點介紹系統(tǒng)標稱電壓和設備額定電壓體系簡介（GB156-2007）1.3.1 為什么規(guī)定不同的電壓等級 1、為什么需要不同的電壓 核心：損耗問題。損耗與電壓平方成反比。衍生：安全與造價問題。電壓高損耗小，但不安全，絕緣投資大，占用更大的空間。因此，在電力系統(tǒng)的不同環(huán)節(jié)，以及針對不同的傳輸功率與距離，對應有技術經(jīng)濟合理的不同電壓值。2、為什么要劃分電壓

11、等級 工程體系配合的需要，標準化的結(jié)果。如何劃分電壓等級基礎性課題，涉及面廣，關聯(lián)性復雜，還要考慮歷史沿革與工程現(xiàn)狀。劃分電壓等級的結(jié)果標準電壓體系。1.3.2 標準電壓及其解讀 1、系統(tǒng)標稱電壓UN（Nominal Voltage of System）用以標志或識別系統(tǒng)電壓等級的給定值。它是制定系統(tǒng)運行電壓（運行參數(shù)）及設備額定電壓（本構(gòu)參數(shù)）等參數(shù)的依據(jù)性基礎量值。1kV以下：低壓；135kV（不含）：中壓；35220kV：高壓；3301000kV（不含）：超高壓；1000kV及以上：特高壓 2、設備額定電壓Ur（Rated Voltage of Equipment）規(guī)定設備電壓工況的參量

12、。設備在該電壓下工作，能達到最佳的技術性能和經(jīng)濟指標。問題：Ur與UN應該滿足什么樣的關系？這些關系的背后存在什么樣的道理？1）理論上，用電設備的Ur應與其安裝點運行電壓Uop相等，安裝點運行電壓Uop又應與所在電網(wǎng)的標稱電壓UN相等，以期運行于最佳電壓工況。但實際上，安裝點的運行電壓Uop大多數(shù)情況下不等于UN，原因如下。電網(wǎng)運行電壓沿線路的分布示意電網(wǎng)運行電壓Uop是一個位置的函數(shù)，一般首端電壓高于末端電壓，且只有一個點上運行電壓等于系統(tǒng)標稱電壓。因此即使UrEUN，也達不到最佳電壓工況。變壓器負荷側(cè)線路U /UlN1.050.95電源側(cè)op 2）用電設備額定電壓UrE。標準規(guī)定：用電設備

13、額定電壓UrEUN，同時規(guī)定允許有5的運行電壓偏差，即Uop允許在95105UN間，因此，線路電壓損失不應超過10（見上頁圖）。10%的線路電壓損失，有5靠末端用電設備負偏差消化，另5則需要首端電源電壓正偏差來補償，由此規(guī)定出發(fā)電機的額定電壓。3）發(fā)電機額定電壓UrG。標準規(guī)定：發(fā)電機額定電壓UrG1.05UN。4）以上是一個通過合理制定技術標準來化解技術矛盾的典型例子，請用心體會。關鍵點：運行電壓Uop。（標準中的影子參量）5）變壓器額定電壓的制定。變壓器一次繞組接受電能，相當于用電設備；二次繞組輸出電能，相當于發(fā)電設備。因此標準規(guī)定如下。Ur1T1.0UN Ur2T1.1UN 為什么不是為

14、什么不是1.05?變壓器額定電壓規(guī)定為空載電壓，變壓器額定電壓規(guī)定為空載電壓，滿負載時變壓器本身有約滿負載時變壓器本身有約5的的電壓損失，因此，電壓損失，因此，1.1倍的電壓提倍的電壓提升，對線路電壓損失的補償量正升，對線路電壓損失的補償量正好約為好約為5，與發(fā)電機相當。，與發(fā)電機相當。特殊情況規(guī)定：Ur1T1.05UN Ur2T1.05UN 第一個式子是升壓變壓器直接與發(fā)電機連接時所應采用的額定電壓；第二個式子是配電變壓器與負荷相距很近時，因不考慮補償線路電壓損失而應采用的額定電壓。3、系統(tǒng)平均電壓Uav 是一個供計算用的近似量值。標準規(guī)定：Uav 1.05UN。小結(jié) 1）設備額定電壓只是標

15、準電壓的一個組成部分，現(xiàn)很多教材在這個問題上有概念錯誤。應全面理解標準電壓。2）通過對本節(jié)的學習，對技術標準的制定有一個初步的了解，初步建立“體系”、“配合”、“標準化”等概念。3）掌握系統(tǒng)標稱電壓、設備額定電壓的概念及相互關系，熟記標稱電壓和平均電壓量值。第4節(jié) 電力負荷1.4.1 電力負荷的含義 根據(jù)其出現(xiàn)的場合，術語“電力負荷”可能有不同的含義，通常指以下幾種含義中的一種，也可以是以下幾種含義的統(tǒng)稱。1、用電設備 將電能轉(zhuǎn)化成其他形式能量的設備都可看作是用電設備。等等熱能）電熱設備（電能機械能）動力設備（電能光能）照明設備（電能）高壓用電設備（以下）低壓用電設備（kV101V1000按能

16、量轉(zhuǎn)換的形式可作如下分類：按額定電壓可作如下分類：實際上是中壓設備，實際上是中壓設備，但用電設備一般不使但用電設備一般不使用用35kV及以上高壓，因及以上高壓，因此習慣稱高壓用電設備，此習慣稱高壓用電設備，取其區(qū)別于低壓之意。取其區(qū)別于低壓之意。2、用電負荷 指用電設備需要的有功與無功功率。用電負荷是從功率需求角度出發(fā)給用電設備（群）建立的數(shù)學模型，為二維向量（P，Q）。3、電力用戶 指電能的合法使用者。一般分為低壓用戶、中壓用戶和高壓用戶。電力用戶的規(guī)模差異很大。指用電負荷量值指用電負荷量值和分布區(qū)域大小和分布區(qū)域大小1.4.2 負荷等級 按電力負荷對供電可靠性的要求，可將其劃分為3個等級，

17、由高到底分別為一級、二級和三級負荷。一級負荷中還有一個小類，叫一級負荷中特別重要的負荷，其對供電可靠性的要求最高。確定負荷等級的過程叫負荷分級，是工程實踐中一項特別重要的工作。第5節(jié) 城市電網(wǎng)與供配電系統(tǒng) 城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)、電氣化鐵路網(wǎng)等都是負荷中心電網(wǎng)，具有受端網(wǎng)的特征。供配電系統(tǒng)是受端網(wǎng)的最末部分。本節(jié)在介紹城網(wǎng)的基礎上，引出供配電系統(tǒng)的概念。從城網(wǎng)為出發(fā)，向上可深入到區(qū)域大電網(wǎng)，向下可延伸至用戶網(wǎng)，是理解電力系統(tǒng)的一個很好的切入點。1.5.1 城市電網(wǎng)電源與供電設施 1、城網(wǎng)電源 城市發(fā)電廠（生產(chǎn)電能），電源變電所（接受域外輸入的電能）。新技術動態(tài)：分布式發(fā)電技術，使得一些用戶自備發(fā)電站也成為

18、城市電網(wǎng)電源。2、城網(wǎng)供電設施 1）城市變電所。指起變換電壓等級、并起集中和分配電能作用的供電設施。2）開關站。起接受和分配電能作用的配電設施，又稱開閉所，不變換電壓等級。3）公用變配電所。向低壓電力用戶供電的變配電所，與城市變電所原理類同，但在城網(wǎng)中所處地位不同。“公用”一詞對應于“專用”。專用變配電所指用戶自己建設運行的變配電所，而公用變配電所是供電企業(yè)建設運行的。城市變電所城市變電所戶戶外外桿桿上上公公用用變變電電所所組合式成套專用組合式成套專用變電站變電站高壓室高壓室變壓器室變壓器室低壓室低壓室低壓配電網(wǎng)中壓配電網(wǎng)高壓配電網(wǎng)配電網(wǎng)高骨干網(wǎng)），電壓等級最送電網(wǎng)（又稱主網(wǎng)架、城網(wǎng)1.5.2

19、 城市電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與電壓等級 城網(wǎng)是為城市送電和配電的各級電網(wǎng)的總稱，它服務于一座城市的市區(qū)及所屬（部分）郊區(qū) 220kV樞紐電源變電所220kV20kV220kV110kV110kV110kV樞紐變電所城市發(fā)電廠市域外電源進線區(qū)域變電所110kV35kV10kV220kV公用變配電所開閉所35kV10kV用戶變配電所380/220V380/220V送電網(wǎng)（主網(wǎng)架）高壓配電網(wǎng)低壓配電網(wǎng)中壓配電網(wǎng)10kV220kV環(huán)式主網(wǎng)架城網(wǎng)簡化模型城網(wǎng)簡化模型 1、送電網(wǎng) 送電網(wǎng)是城網(wǎng)中電壓等級最高的電網(wǎng)，大城市多已達到500kV，一般城市為220kV。送電網(wǎng)要求成環(huán)狀網(wǎng)，一般要求成雙環(huán)。送電網(wǎng)上功率（潮流）可

20、雙向輸送，有調(diào)度作用。送電網(wǎng)上的城市變電所稱為樞紐變電所。樞紐變電所中，接受域外電能或城市發(fā)電廠電能的變電所稱為電源變電所。重慶地區(qū)送電網(wǎng)示意線路輸送距離與容量的合理范圍城網(wǎng)變電站容量及占地面積城市負荷密度：鬧市區(qū)10120MW/km2特大城市高峰負荷幾千MW，少數(shù)上萬MW 2、高壓配電網(wǎng) 樞紐變電所二次出線至區(qū)域變電所之間的電網(wǎng)，稱為高壓配電網(wǎng)，簡稱高配網(wǎng)。500kV送電電壓的城網(wǎng)中，高配網(wǎng)電壓一般為220kV和110kV；220kV送電電壓城網(wǎng)中，高配網(wǎng)電壓一般為110kV和35kV。高配網(wǎng)功率一般只單向流動，但也可能部分參與潮流調(diào)度（應盡量避免）。區(qū)域變電所是城市中一個較小范圍的公共供電

21、設施，供電半徑在主城區(qū)一般不超過10km。按城市用地40MW/kM2負荷密度估算，若110kV區(qū)域變電所容量為2x50MVA，則110kV區(qū)域變電所供電范圍僅2kM2左右。現(xiàn)特大城市已開始將新建的市中心主力區(qū)域變電所電壓提升到220kV，以擴大區(qū)域變電所的服務范圍。但若直降至10kV，會導致出線回路過多。3、中壓配電網(wǎng) 從區(qū)域變電所二次出線，到公用或?qū)Ｓ米兣潆娝g的電網(wǎng)，叫中壓配電網(wǎng)。中壓配電網(wǎng)電壓一般為10kV，也有少數(shù)為35kV（電壓等級劃分屬于高壓，但從網(wǎng)絡中作用來說屬于中壓），現(xiàn)部分地區(qū)試運行20kV。中壓配電網(wǎng)中通常設置有較多的10kV開閉所，起分級配電作用。中壓配電網(wǎng)功率只單向流動

22、，不參與潮流調(diào)度。4、低壓配電網(wǎng) 公用變電所二次出線至低壓用戶電表之間的電網(wǎng)，叫低壓配電網(wǎng)。專用變電所二次出線后的電網(wǎng)，以及低壓用戶自身的電網(wǎng)，技術上也屬于低壓配電網(wǎng)，但不屬于供電企業(yè)運行管理的范圍。220kV樞紐電源變電所220kV20kV220kV110kV110kV110kV樞紐變電所城市發(fā)電廠市域外電源進線區(qū)域變電所110kV35kV10kV220kV公用變配電所開閉所35kV10kV用戶變配電所380/220V380/220V送電網(wǎng)（主網(wǎng)架）高壓配電網(wǎng)低壓配電網(wǎng)中壓配電網(wǎng)10kV220kV環(huán)式主網(wǎng)架城網(wǎng)簡化模型城網(wǎng)簡化模型1.5.3 供配電系統(tǒng) 技術角度看：指區(qū)域變電所以下的電網(wǎng)，或

23、一般情況下指110kV及以下電網(wǎng)。工程實際角度看：指電力用戶電網(wǎng)。特征：處于電力系統(tǒng)的最末端，以使用電能為主要任務，功率單向流動，不參與潮流調(diào)度。研究重點：配電、用電問題，部分涉及供電問題。學科背景：電氣工程技術，用戶技術。特征：需求主導（而非供給主導），非專業(yè)性（環(huán)境，人員），“面”分布，隨機性，不可控性，環(huán)境復雜性，兼容性，博弈性 與發(fā)輸變電專業(yè)課程的區(qū)別：生產(chǎn)與消費的區(qū)別。簡單說本課程更專注于用電技術。工程界的劃分：勘察設計行業(yè)實施工程師執(zhí)業(yè)資格制度，將注冊電氣工程師劃分為“發(fā)輸變電”與“供配電”兩個專業(yè)。實物工具）物質(zhì)裝置（干預活動的的組織性）可操作體系（干預活動能力）技能（干預活動的行為能力）知識（干預活動的指揮活動）人對自然的干預（一種技術對技術的一般性認識