供电系统复习.docx
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供电系统复习
现代供电技术复习
第一章供电系统基本概念
1、掌握电力系统的电压等级划分。
低压电网:
电压在1kV以下
中压电网:
1kV-10kV
高压电网:
10kV-330kV
超高压电网:
电压为330kV及以上
2、掌握电网的电压等级和设备的电压等级之间的关系。
电气设备额定电压的确定
我国国家标准规定:
一般供电设备的额定电压应高出系统和用电设备的额定电压的5%,用以补偿正常负荷时线路上的电压损失,使设备获得近似额定的电压.受电设备的额定电压与系统额定电压相对应.
电气设备额定电压的确定
确定电气设备额定电压的一般规律:
A.发电机:
额定电压VGN=1.05×系统额定电压(VN)
B.变压器:
受电侧额定电压VTN1
2与发电机相连时,VTN1=VGN
②与线路(系统)相连时,VTN1=VN
B.变压器
输出侧额定电压VTN2
①与≥35kV线路相连
VTN2=1.1×VN
②与35kV以下线路相连,但变压器的短路电
压百分比VS%>7.5%,或连接长线路时
VTN2=1.1×VN
3与<35kV线路相连
VTN2=1.05×VN
C.系统额定电压与设备额定电压
系统VN=用电设备VN
系统额定电压和设备额定电压值根据相关规定
3、了解供电系统的接线方式,有备用接线和无备用接线。
无备用接线
单回放射式:
适用三级负荷、二级小负荷或某些专用设备的供电。
系统简单、运行维护方便;缺点是使用的开关、线路多,供电可靠性差
直接连接的干线式
直接联络式:
从一路高压配电干线上直接引出分支线向用户供电,分支线一般不超过5,且配电变压器容量不超过3000kVA。
一般适用于架空线上对三级负荷分散用户供电,也可用于井下电缆线路对多台顺槽输送机供电。
优点:
回路少,高压配电装置数量减少、造价低。
缺点:
当公用干线故障全部断电,可靠性较差。
贯穿联络式:
各用户为串联方式,再联结各用户的干线的进出两端均采用隔离开关,可减少某段干线故障而引起的停电范围,设备投入增加。
有备用接线方式
双回路放射式
单电源双回路:
从一段母线上并列引出两回线路,每回线路有单独的开关控制。
适用二级负荷。
供电可靠性高,运行可采用并列运行,也可一路运行,一路备用,运行灵活。
双电源双回路:
从两段母线上各引出一回线路对用户供电。
适用较大容量或一级负荷的供电。
供电可靠性相对更高。
缺点是设备投资相对较大,继电保护保护设置相对难。
双回路干线式P8
4、掌握供电系统的主要接线方式。
各种接线方式的优缺点是什么?
单母线制的可靠性和灵活性都较低,母线或连接于母线上的任一隔离开关发生故障或检修时,都将影响全部负荷的用电。
单母线分段制在可靠性和灵活性方面较单母线制有所提高,基本可满足一、二类负荷用户要求。
当双回路同时供电时。
母线分段开关通常是打开的,一条回路故障或一段母线故障将不影响另一段母线的正常供电。
检修亦可采用分段检修方式,不致使全部负荷供电中断。
在用户供电系统中,一般采用“分”的方式。
单母线分段的缺点:
①某分段上的母线、母线分段开关发生故障或检修时,电源只能通过一回进线供电,供电功率较低,从而使部分用户停电。
②当分段上进行检修时,该段重要用户失去备用。
双母线制优点
可靠性高
(1)检修任一组母线不会中断对用户的供电
(2)当检修任一回路的母线隔离开关时只断开该回路
(3)工作母线故障时,可将全部回路转移到备用母线上,做到迅速恢复供电
运行灵活-方式多变:
单母分段、单母线
缺点
(1)开关数目增多,连锁机构复杂,切换操作繁琐,容易引起误操作
(2)占地面积大,投资费用大
外桥结线
优点:
对变压器的切换方便。
缺点:
倒换线路时操作不方便,变电所一侧无线路保护。
范围:
这种结线适用于进线短而倒闸次数少的变电所;或变压器采取经济运行需要经常切换的终端变电所;以及可能发展为有穿越负荷的变电所。
内桥结线
优点:
倒换线路时操作方便。
缺点:
操作变压器不如外桥方便。
范围:
适用于进线距离长,变压器切换少的终端变电所。
全桥结线
全桥结线适应性强,对线路、变压器的操作均方便,运行灵活。
缺点:
设备多、投资大,变电所占地面积大。
5、掌握供电系统中性点的接线方式及其使用场合。
1)直接接地,又称为有效接地(降低了造价。
110kV及以上,380/220V三相四线制的系统)
2)经低阻接地(中性点电位、接地电流限制在一定范围之内)
小接地电流系统
1)不接地(单相接地),又称为中性点绝缘(单相接地电流小。
3-10kV电网。
要求3-10kV电网单相接地电流小于30A,35kV及以上电网小于10A。
中性点不接地方式对高电压、长距离输电线路不适宜)
2)经消弧线圈接地(故广泛应用在不适合采用中性点不接地的以架空线路为主的3—60kV系统)
3)经高阻接地
第二章负荷计算
6、了解负荷曲线的概念和种类。
概念;用于表达电力负荷随时间变化情况的函数曲线
特点:
反映负荷变化情况,曲线所包围的面积为用电负荷,为用电决策提供依据。
种类:
有功,无功等;梯形,平滑形;日,季度,年
7、掌握计算负荷、需要系数、利用系数的概念和物理意义。
计算负荷:
通常将以半小时平均负荷为依据所绘制的负荷曲线上的“最大负荷”称为计算负荷,并把它作为按发热条件选择电气设备的依据,用Pca(Qca、Sca、Ica)或P30(Q30、S30、I30)表示。
需要系数:
用电设备组的最大负荷Pmax与该设备组的总安装容量之比。
由现有设备组、车间的负荷曲线得到的需要系数统计值,可以求取同在最大类设备组、车间的计算负荷。
利用系数:
用电设备组在最大负荷工作班内消耗的平均负荷Pav与该设备组的总安装容量之比。
对某一用电设备组,统计其在最大工作班内的耗电量,除以该工作班的时间,便可以求出在该工作班内的平均负荷
8、掌握需要系数法计算负荷的方法和步骤。
用电设备组求计算负荷
计算公式:
Pca=KdPN∑
设备容量的确定PN∑
需用系数Kd查附表1
多个用电设备组的计算负荷
用需用系数法分别每个用电设备组的计算负荷
查表2-3得多个用电设备组的同时系数
按公式计算
9、了解二项式法。
当确定的用电设备台数较少而容量差别相当大的低压支线和干线的计算负荷时,采用二项式法。
对于同一工作制的单组用电设备,二项式系数法的基本公式为:
必须注意:
按二项式系数法确定计算负荷时,如果设备总台数n<2x时,则x宜相应取小一些,建议取为x=n/2,并按“四舍五入”原则取整
如果用电设备组只有1~2台设备时,就可认为Pca=Pe,即b=1、c=0。
10、掌握负荷统计中线路功率损耗和变压器功率损耗的计算方法。
供电损耗计算有详细的计算公式,但可以估算,取计算负荷的5-10%.
11、了解负荷统计时用电设备的工作方式分类。
P31
12、了解变压器容量和台数选择的原则。
P36
第三章短路电流计算
13、了解短路的类型,短路危害和短路计算的目的。
1.短路的类型:
2.短路的危害
短路电流的热效应使设备急剧发热,可能导致设备过热损坏;
短路电流产生很大的电动力,可能使设备永久变形或严重损坏;
短路时系统电压大幅度下降,严重影响用户的正常工作;
短路可能使电力系统的运行失去稳定;
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。
3.短路计算的目的:
为了选择和校验电气设备、载流导体和整定供电系统的继电保护装置
14、掌握无限大和有限大容量系统的区别,并理解发生短路后短路电流的暂态过程。
无限大容量系统:
工程中,当供电的电力系统容量远大于企业负荷容量,系统阻抗小于短路回路总阻抗的10%时,可以看作无限大容量供电系统。
特点内阻为零、输出电压不随负载变化
15、掌握有名值和标幺值的概念。
有名值(电流(安培)等于电压(伏特)除以阻抗(欧姆))
标幺值(用相对值表示元件的物理量)
标么值法:
将实际值与所选定的基准值的比值来运算。
其特点是在多电压等级系统中计算比较方便。
有名值法:
短路计算中的各物理量均采用有名值(电流(安培)等于电压(伏特)除以阻抗(欧姆))。
实质是欧姆定律。
16、了解电流冲击值的概念,什么情况下短路电流可能出现最大值。
1)短路前为空载
2)设电路的感抗比电阻大得多
3)短路发生于某电压瞬时值过零值时
17、掌握供电系统短路计算的方法。
P52
18、了解电动力效应和热效应的概念,掌握计算步骤。
电动力效应:
在空气中平行放置的两根导体中分别通有电流则两导体之间产生电动力。
热效应:
电流通过电气设备和载流导体时,由于电阻损耗、涡流以及磁滞损耗等转变成热能,使电气设备和载流导体的温度升高。
当发热温度超过一定数值时,就会引起导体机械强度的下降,绝缘材料的绝缘强度下降,导体连接部分的接触情况恶化,从而使电气设备的使用年限缩短,甚至损坏电气设备。
19、供电系统电气设备选择。
按正常工作条件下选择额定电流、额定电压及型号等,
按短路情况下校验开关的开断能力、短路热稳定和动稳定。
(一)按正常工作条件选择电气设备
(1)环境:
选择电气设备时还应考虑设备的安装地点、环境及工作条件,合理地选择设备的类型,如户内户外、海拔高度、环境温度及防尘、防腐、防爆等。
(2)电压:
电气设备的额定电压电气设备的额定电压不得低于所接电网的最高运行电压。
(3)电流:
电气设备的额定电流电气设备的额定电流不小于该回路的最大持续工作电流或计算电流。
20、掌握电弧产生的原因。
P85
开关触头在分断电流时之所以会产生电弧,根本的原因在于触头本身及其周围介质中含有大量可被游离的电子。
这样,当分断的触头之间存在着足够大的外施电压的条件下,就有可能强烈电游离而产生电弧。
21、掌握电弧熄灭的方法。
P87
(1)速拉灭弧法
(2)冷却灭弧法(3)吹弧灭弧法
(4)长弧切短灭弧法(5)粗弧分细灭弧法(6)狭沟灭弧法
(7)真空灭弧法(8)六氟化硫(SF6)灭弧法
22、掌握高压电气的一般选择方法,熟悉不同电气选择和效验的不同之处。
高压电气的一般选择方法
按正常工作条件下选择额定电流、额定电压及型号等,
按短路情况下校验开关的开断能力、短路热稳定和动稳定。
(一)按正常工作条件选择电气设备
(1)环境:
选择电气设备时还应考虑设备的安装地点、环境及工作条件,合理地选择设备的类型,如户内户外、海拔高度、环境温度及防尘、防腐、防爆等。
(2)电压:
电气设备的额定电压电气设备的额定电压不得低于所接电网的最高运行电压。
(3)电流:
电气设备的额定电流电气设备的额定电流不小于该回路的最大持续工作电流或计算电流。
不同电气选择和效验的不同之处:
(1)高压断路器、负荷开关、隔离开关和熔断器的选择条件基本相同,除了按电压、电流、装置类型选择,校验热、动稳定性外,对高压断路器、负荷开关和熔断器还应校验其开断能力。
(2)电流互感器按以下条件选择:
选择额定电压和额定电流;确定装置类别和结构;确定准确度级;校验二次负荷或容量;校验力稳定和热稳定
(3)电压互感器的选择:
选择额定电压;确定电压互感器类型及结构;选择准确度级;二次容量的校验
(4)母线的选择:
母线材料和类型选择;母线截面的选择;母线热稳定性校验;母线动稳定校验
23、掌握主要的高压开关电器、母线、电抗器的选择和效验的计算过程。
开关设备的选择
断路器:
是带有强力灭弧装置的高压开关设备,是供配电系统中重要的开关设备。
能够开断和闭合正常线路与故障线路,主要用于供配电系统发生故障时与保护装置配合自动切断系统的短路电流。
隔离开关:
由于隔离开关没有灭弧装置,只能切除相当小的电流,所以严禁带负荷进行分合闸操作。
须严格遵守“倒闸操作”的规定。
负荷开关:
是一种介乎隔离开关与断路器之间的结构简单的高压电器。
有简单的灭弧装置,其他部分结构与隔离开关类似。
可以用来切断负荷电流,但不能用来切断短路电流。
熔断器:
当其所在电路发生短路或长期过载时,它便因过热而熔断,并通过灭弧介质将熔断时产生的电弧熄灭,最终开断电路,以保护电力电路及其他的电气设备。
24、掌握互感器的接线形式和选择方法。
电流互感器的接线方法
★三相完全星形接线方式
★两相不完全星形接线
★两相电流差接线
第四章电力线路
25、了解架空线P112和电缆p129的结构和组成。
架空线路一般采用裸导线。
裸导线按其结构分,有单股线和多股绞线,一般采用多股绞线。
绞线又有铜绞线、铝绞线和钢芯铝绞线。
架空线路一般情况下采用铝绞线。
在机械强度要求较高和35kV及以上的架空线路上,则多采用钢芯铝绞线。
26、了解杆塔的分类,及各类杆塔的作用。
P113
27、理解电压降落和电压损失的概念。
电压降落:
是指电力网中,首端相电压与末端相电压之差。
电流I通过导体或电阻R的时候,依据欧姆定律,导体或电阻上会产生电压U=IR。
结果,沿着电流的路径,比如由a到b,电流是正的,而电位会逐渐降低,b点的电位低于a点的电位,φb<φa。
电压是电位差,Uab=φa-φb>0,电压为正,沿着电流的方向,电位降低而电压为正,所以又称电压Uab为电压降,或电压降落。
电压损失是指线路始端电压与末端电压的代数差。
它的大小,与线路导线截面、各负荷功率、配电线路等因素有关。
线路的电压损失可以分为两部分:
一部分是有功功率在线路电阻R上造成的,其表达式为PR/U,另一部分是由无功电流由线路的电抗引起的,为QX/U。
110千伏及以上线路,X与R之比约为4~10,所以电抗造成的电压损失占主要部分;电缆线路和低压配电线路上电阻的比重相对地比高压线路大得多,因而电阻R上的电压损失不可忽视。
要减少输电线路,特别是高压输电线路的电压损失,需减小线路的电抗值(如采用分裂导线等措施),而更重要、更经济的方法是减少线路传输的感性无功功率,也就是要尽可能避免无功功率的远距离输送。
28、掌握架空导线和电缆的选择计算。
导线(电缆主要由导体、绝缘层、护套层和铠装层组成)截面的选择方法
按发热选择:
1.按发热选择导线、电缆截面
Ial≥Ic式中Ial——导线允许载流量;Ic——导线的计算电流。
按规定,选择导线时所用的环境温度:
室外——取当地最热月平均最高气温;
室内——取当地最热月平均最高气温加5℃。
选择电缆时所用的环境温度:
土中直埋——取当地最热月平均气温;
室外电缆沟、电缆隧道——取当地最热月平均最高气温;
室内电缆沟——取当地最热月平均最高气温加5℃。
按经济电流密度选择:
AJn=Imax/Jn式中AJn——导线的经济截面;Imax——线路最大长期工作电流;Jn——经济电流密度。
根据上式计算出截面后,从手册或附录表中选取一种与该值最接近(可稍小)的标准截面,再校验其他条件即可。
按电压损失选择:
对于输电距离较长或负荷电流较大的线路,必须按允许电压损耗来选择或校验导线的截面:
式中Uac——线路实际的电压损耗;P、Q——干线上总的有功负荷和无功负荷;l——线路的长度;r0、x0——线路单位长度的电阻和电抗;UN——线路的额定电压。
第五章供电系统继电保护原理
29、了解常规电磁式继电器的工作原理,电磁式继电器的种类。
理解继电保护装置的基本要求。
对作用于跳闸的继电保护,在技术上有四个基本要求:
选择性:
当供电系统发生故障时,离故障点最近的保护装置应先动作,切除故障,而供电系统的其他无故障部分继续运行,满足这一要求的动作就叫有选择性。
灵敏性:
保护装置对其保护区内发生故障或不正常运行状态的反应能力称为灵敏性,用灵敏系数(ks)来衡量。
可靠性:
指在该保护装置规定的保护范围内发生了它应该动作的故障时,它不应该拒绝动作,而在任何其他该保护不应该动作的情况下,则不应该误动作。
速动性:
为了减小由于故障引起的损失,减少用户在故障时低电压下的工作时间,以及提高电力系统运行的稳定性,要求继电保护在发生故障时尽快动作将故障切除。
可靠性最重要、灵敏性直接影响可靠性、选择性影响快速性
30、掌握动作值、返回值、返回系数等概念。
动作电流:
能使继电器动作的最小电流称为动作电流,以Iop表示。
返回电流:
能使继电器返回的最大电流为返回电流,以Ire表示。
返回系数:
kre=Ire/Iop
31、掌握三段式保护整定值的计算、灵敏度效验方法,并理解各段保护之间的相互配置关系。
32、三段式保护整定值的计算、灵敏度效验方法,并理解各段保护之间的相互配置关系。
P158
33、掌握变压器保护的基本配置和保护原理。
变压器的保护配置。
变压器的保护
1)瓦斯保护:
1、优点:
动作快,灵敏度高,接线简单,能反应油箱内任何故障
2、缺点:
可靠性不太高,仅能反应油箱内故障,不能反应油箱以外的套管及引出线等部位上的故障。
注:
瓦斯保护可作为变压器的主保护之一。
(2)差动保护或电流速断保护。
(3)带时限的过电流保护。
(4)过负荷保护。
(5)温度信号。
瓦斯保护的工作原理:
油箱内部发生故障(包括匝间短路、经电阻的接地等轻微故障)→故障点电流、电弧→变压器油及其它绝缘材料受热分解→产生气体→流向枕的上部。
当故障严重时变压器油迅速膨胀产生大量的气体,气体夹杂着油流冲向油枕的上部。
1、优点:
动作快,灵敏度高,接线简单,能反应油箱内任何故障。
2、缺点:
可靠性不太高,仅能反应油箱内故障,不能反应油箱以外的套管及引出线等部位上的故障。
例题部分
例题:
已知图所示系统中电网的额定电压,试确定发电机和变压器的额定电压。
发电机G的额定电压:
UN·G=1.05UN·L1=1.05×10=10.5(kV)
变压器T1的额定电压:
U1N·T1=UN.G=10.5(kV)U2N·T1=1.1UN·L2=1.1×110=121(kV)
变压器T1的变比为:
10.5/121kV
变压器T2的额定电压:
U1N·T2=UN·L2=110(kV)U2N·T2=1.05UN·L3=1.05×6=6.3(kV)
变压器T2的变比为:
110/6.3kV
例题:
有一台10kV/380V的车间变压器,给三组用电设备供电,第一组设备的负荷为:
7.5kW电动机2台,4kW电动机5台,需用系数取0.2,CosΦ=0.5,TanΦ=1.73;第二组设备的负荷为:
10kW电动机4台,5kW电动机6台,需用系数取0.28,CosΦ=0.65,TanΦ=1.17;第三组设备的负荷为:
5.5kW(JC=25%)行车2台,需用系数取0.15,CosΦ=0.5,TanΦ=1.73。
试求该车间变压器低压侧母线的计算负荷(同期系数取0.8)。
答:
1)Kd=0.2,CosΦ=0.5,TanΦ=1.73
PNΣ=2*7.5+4*5=35kw,Pca=Kd*PNΣ=7kw,Qca=Pca*TanΦ=12.11kw
(2)Kd=0.28,CosΦ=0.65,TanΦ=1.17
PNΣ=10*4+5*6=70kw,Pca=19.6kw,Qca=22.9kvar
3)Kd=0.15,CosΦ=0.5,TanΦ=1.73
Pε=2PN(εN)0.5=5.5kw(注意此处的ε标取25%),PNΣ=11kw,Pca=1.65kw,Qca=2.85kw
3)KSi=0.8,Pca=24.13kw(?
),Qca=30.29kvar,Sca=(Pca*Pca+Qca*Qca)0.5=38.73Kva,Ica=58.85A
例题:
电力系统接线如下图所示,已知各元件参数如下。
发电机G-1:
SN=60MVA,Xd’’=0.15;X2=X1;
发电机G-2:
SN=150MVA,Xd’’=0.2;X2=X1;
变压器T-1:
SN=60MVA,VS=12%;
变压器T-2:
SN=90MVA,VS=12%;
线路L:
每回路l=80km,X=0.4欧/公里;X0=2X1;
负荷LD:
SLD=120MVA,XLD’’=0.35。
计算图中,f点发生A相接地短路时的A相正序电流和故障点对地故障电流的有名值。
答:
取基准容量为SB=100MVA,基准电压为VB=Vav,则各元件的序阻抗等值参数如下。
正负序网络等值电路:
零序网络:
例题:
某35kV网络中每条线路的断路器均装设有三段式电流保护,示意图如下。
已知电源等效阻抗为Xs.max=12Ω,Xs.min=8Ω;线路阻抗为XAB=9Ω,XBC=21Ω;最大负荷电流为300A;电流互感器采用不完全星型接法,其变比为450/5。
试计算WL1各段保护动作电流及动作时限,效验保护灵敏度。
1)计算k2,k3点最大、最小运行方式下的三相短路电流。
对于k2点:
对于k3点:
2)线路WL1的电流速断保护
一次动作电流:
二次侧电流:
灵敏度校验:
3)线路WL1的限时电流速断保护
WL2电流速断动作电流:
WL1II段保护动作电流:
WL1II段继电器动作电流:
时限为0.5s。
灵敏度校验:
4)线路WL1的定时限电流保护
一次侧动作电流计算:
继电器动作电流:
动作时限配合,时间为2.5+0.5=3(s)
灵敏度校验:
例题:
某机修车间380V线路上有如下设备:
对焊机一台:
SN=42kVA,εN=60%,cos=0.62
10吨桥式起重机一台:
PN=39.6kW,εN=40%
金属切削用三相电机:
7.5kW3台,4kW8台,3kW17台,试求计算负荷。
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