供配电技术 ¶

智能供配电技术 2023-2024 春 回忆卷 - CC98 论坛

题型 ¶

智能供配电技术 2023-2024 春 回忆卷 - CC98 论坛

选择题 ¶

识图题 ¶

• 电流流向
• 电气安装图：配电线路注释

简答题 ¶

回答思路：是什么——为什么——怎么做

计算题 ¶

• Chap2 计算负荷
• Chap2 功率损耗、功率因数、尖峰电流
• Chap3 短路电流（标幺值）
• Chap5 导线与电缆截面（发热条件、经济电流密度）

供配电系统简介 ¶

Chap1 供配电系统位置、重要性 ¶

• 电力系统= 发电厂 + 变电所 + 输电线路 + 用户
• 动力系统= 电力系统 + 动力装置 + 能源系统
• 电力网分为：地方电力网（<35kV）、区域电力网 (110-220kV)、超高压输电网 (>330kV)

要做到有功功率和无功功率的平衡

以前是源随荷动，现在是源荷互动，动态平衡

2030 碳达峰 2060 碳中和

发电厂类型 ¶

• 凝气式火电厂：燃烧使汽轮机转动
• 热电厂：供电 + 供热
• 水电站：水轮机
• 核电站：核裂变——汽轮机
• 风力发电站
• 潮汐发电站：幅度必须有机密，潮汐行程天然水库
• 太阳能发电：现在光伏发电效率 24%；塔式、槽式
• 地热能发电

变电所 ¶

升压变电所一般安装在发电厂

为了防止高压危险，距离用户近的时候需要减压；减压变电所是在传递电能的同时降低电压。

规模上分为

• 枢纽变电所：电压等级高，一次电压 330or500kV
• 地区重要变电所：一次电压 220or110，二次 35or10kV
• 一般变电所

• 中间变电所：系统功率交换的作用
• 终端变电所：靠近负荷点，直接给用户供电

中性点运行方式 ¶

电力系统中性点是指发电机、变压器星形接线中性点

中性点就像三相电的「平衡中心」，类似三个水龙头交汇的「公共水池」，保证电力系统稳定运行

运行方式：

• 直接接地：110KV 以上大接地电流系统；用电可靠性低
• 中性点不接地：10KV 架空线路，小接地电流系统；自动熄弧，非故障相电压升高不大，不会破坏系统的对称性，故可带故障连续供电 2h，供电的可靠性相对提高
• 经消弧线圈接地：小接地电流系统
• 经阻抗接地：线路长度的增加，单相接地电容电流随之增大，消弧线圈很难熄灭；

消弧线圈是一个具有铁芯的可调电感线圈

供电质量 ¶

电压、波形和频率

电压：¶

波形 ¶

由于电力系统中存在大量的非线性供用电设备，使得电压波形偏离正弦波，这种现象称为电压正弦波畸变。电压波形的畸变程度用电压正弦波畸变率来衡量，也称为电压谐波畸变率。

波形的改善措施 ：

1. 加强系统承受谐波的能力
2. 提高供、用电设备抗谐波干扰的能力
3. 限制谐波的产生
4. 装设交流滤波器吸收谐波

频率 ¶

频率偏差 是指供电的实际频率与电网的额定频率的差值。我国电网的标准频率为 50Hz，又称工频。频率偏差一般不超过 ±0.5Hz，对于大容量电网，频率偏差不超过 ±0.2Hz。

频率偏差改善措施 ：调整频率的办法是增大或减小电力系统发电机的有功功率。通过调整发电机的输出功率，可以影响电网的频率，从而改善频率偏差。

电压等级 ¶

从另一方面讲，电压等级越高，对设备的绝缘性能要求也越高，投资费用相应增加。 因此，供配电电压的选择主要取决于用电负荷的大小和供电距离的长短。

额定电压 500kv,330kv,220kv,110kv,63kv,35kv,10kv

• 220kV 及以上：为输电电压，用来完成电能的远距离输送。
• 110kV 及以下：为配电电压，完成降压和电能的分配。
• 35～110kV 配电网：高压配电网。
• 10～35kV 配电网：中压配电网。
• 1kV 以下：为低压配电网。

Chap2 电力负荷与计算 ¶

本章重点：三相用电设备组计算负荷的确定方法、尖峰电流的计算方法、无功功率补偿容量的确定与无功功率补偿装置的选择、供电系统的总计算负荷确定方法。

本章难点：利用系数法确定三相用电设备组的计算负荷。

• 什么时候用需要系数法？什么时候用二项式法

电力负荷 ¶

• 所耗用的电功率或电流的大小
• 指用电设备或用电单位

电力负荷的分级

• 一类（损失大，有人员伤亡）：两个独立的电源供电
• 二类：造成生产流程紊乱且难以恢复。两个回路供电（类似高德改路线）
• 三类：单回路供电

工作制

• 连续工作制：
• 短时工作制：停歇时间长
• 断续周期工作制：规律停歇 ,负荷持续率\(\epsilon = \frac{t}{t+t_0}\times 100\%\)

负荷曲线：电力负荷随时间变化的关系曲线

\(\Delta t = 30min\)

• 计算负荷 ：也称最大负荷或需要负荷，是按发热条件选择电气设备的一个假想负荷，其热效应与同一时间内实际负荷所产生的最大热效应相等，统计计算得出。
• 年最大负荷 \(P_{max}\): 全年中负荷最大的工作班内消耗电能最大的半小时的平均功率 , \(P_{max} = P_{30}\)
• 年最大负荷利用小时数 \(T_{max}\) : 电力负荷在全年内消耗的电能与年最大负荷的比值，\(T_{max} = \frac{W_a}{P_{max}}\),\(W_a\) 为年负荷消耗的电能 ; 一班制 \(T_{max} = 1800-3000h\), 两班制 \(T_{max} = 3500-4800h\), 三班制 \(T_{max} = 5000-7000h\)
• 平均负荷 \(P_{av}\) : 电力负荷在一定时间内消耗的电能与该段时间的比值，\(P_{av} = \frac{W}{T}\), 年平均负荷 \(P_{av} = \frac{W_a}{8760}\) （8760 = 24 * 365）
• 负荷系数 \(K_f\) : 平均负荷与最大负荷的比值，\(K_f = \frac{P_{av}}{P_{max}}\)

三相 计算负荷（重点）（计算题）¶

需要系数法（重点）¶

需要系数 \(K_d\)：由用电设备工作性质、设备台数、设备效率、线路损耗等因素决定，只能靠统计测量决定

• 有功计算负荷 \(P_{30} = K_d \sum P_{e}\)

  - 设备容量 \(P_e\)： - 连续与短时工作制：取所有设备的铭牌额定容量之和 \(P_e = \sum P_n\) - 断续周期工作制：等效发热原理换算到负荷持续率\(\epsilon\), \(P_e = P_N \frac{\sqrt{\epsilon_N}}{\sqrt{\epsilon}}\),其中\(P_N\)为铭牌额定容量，\(\epsilon_N\)为铭牌负荷持续率，\(\epsilon\)为规定负荷持续率，25%或者100%

• 无功计算负荷 \(Q_{30} = P_{30} \tan \phi\)

• 视在计算负荷 \(S_{30} = \frac{P_{30}}{\cos \phi}\)

• 计算电流 \(I_{30} = \frac{S_{30}}{\sqrt{3}U_n}\)

多组三相用电设备的计算

其中 : - \(K_{\Sigma p}\) - 有功负荷综合系数 - \(K_{\Sigma q}\) - 无功负荷综合系数 - \(U_N\) - 额定电压

二相式法 ¶

• \(P_{e}\) - 用电设备组的设备容量
• \(P_{x}\) - 用电设备组中 x 台容量最大的用电设备的设备容量
• \(b,c\) - 二项式系数 , 查表

\(x\) 和 \(P_x\) 的选取规则 : 1. 如果用电设备组的总台数 \(n < 2x\)，\(x\) 为附录表1中的最大容量设备台数，则公式中的 \(x\) 取值为:\(x = \frac{n}{2}\),\(x\) 四舍五入取整

1. 如果用电设备组总台数 \(n \leq 2\)，则 : \(P_{30} = P_e\) 对于单台电动机而言: \(P_{30} = \frac{P_e}{\eta}\),其中 \(\eta\) 为额定效率

多组用电设备

对于多组用电设备，计算公式如下：

\(P_{30} = \sum(bP_e)_i + (cP_x)_{max}\)

\(Q_{30} = \sum(bP_e \tan \varphi)_i + (cP_x)_{max} \tan \varphi_{max}\)

其中 : - \(bP_e\) - 各组的平均负荷 - \((cP_e)_{max}\) - 其中一组最大的附加负荷 - \(\tan \varphi_{max}\) - 最大附加负荷 \((cP_e)_{max}\) 的设备组的平均功率因数角的正切值

计算视在功率和电流 :

\(S_{30} = \sqrt{P_{30}^2 + Q_{30}^2}\)

\(I_{30} = \frac{S_{30}}{\sqrt{3}U_N}\)

教材附录表 A-6

单相负荷计算 ¶

工厂计算负荷（计算题）¶

需要系数法 ¶

需要系数法计算公式：

\(P_{30} = K_d \cdot P_e\) - \(K_d\) - 全厂需要系数(附录2查表) - \(P_e\) - 全厂用电设备总容量

\(Q_{30} = P_{30} \tan \varphi\)

\(S_{30} = \frac{P_{30}}{\cos \varphi}\)

\(I_{30} = \frac{S_{30}}{\sqrt{3}U_N}\)，\(U_N\) - 额定电压

年产量估算法 ¶

• \(A\) - 年产量
• \(a\) - 单位产品耗电量

• \(T_{max}\) - 年最大负荷利用小时数 ( 附录 3 查表 )

功率损耗 ¶

有功损耗

\(\Delta P_{T}=\Delta P_{Fe}+\Delta P_{Cu}=\Delta P_{0}+\Delta P_{k}\left(\frac{S_{30}}{S_{N}}\right)^{2}=\Delta P_{0}+\Delta P_{k}\beta^{2} \\\approx 0.015 S_{30}\)

无功损耗

\(\Delta Q_{T}=\Delta Q_{0}+\Delta Q_{N}\left(\frac{S_{30}}{S_{N}}\right)^{2}\approx S_{N}\left[\frac{I_{0}\%}{100}+\frac{U_{0}\%}{100}\left(\frac{S_{30}}{S_{N}}\right)^{2}\right]= \Delta Q_{T}=\Delta Q_{0}+\Delta Q_{N}\left(\frac{S_{30}}{S_{N}}\right)^{2}\approx S_{N}\left[\frac{I_{0}\%}{100}+\frac{U_{0}\%}{100}\left(\frac{S_{30}}{S_{N}}\right)^{2}\right]=S_{N}\left[\frac{I_{0}\%}{100}+\frac{U_{0}\%}{100}\beta^{2}\right]\\\approx 0.06 S_{30}\)

• \(S_{30}\): 变压器二次侧的视在计算负荷
• \(\beta\): 变压器的负荷率

功率因数（计算题）¶

1. 瞬时功率因数 \(\cos \varphi = \frac{P}{S} = \frac{P}{\sqrt{3}UI}\) - 监测负荷用

2. 平均功率因数 \(\cos \varphi_{av} = \frac{W_p}{\sqrt{W_p^2 + W_q^2}}\) - 调整电费用，其中 \(W_p\) 为有功电量，\(W_q\) 为无功电量

3. 最大负荷时的功率因数 \(\cos \varphi = \frac{P_{30}}{S_{30}}\) - 确定无功补偿容量用

功率因数对供电系统的影响

1. 增加供电系统的设备容量和投资
2. 增大线路和变压器的功率损耗
3. 线路和变压器电压损失增大，电压质量下降

无功功率补偿：简单的三角函数问题

无功补偿的方式：高压集中补偿、低压集中补偿和分散就地补偿（个别补偿）

尖峰电流 ¶

单台或者多台持续 1-2s 短时最大负荷电流

作用：就是启动电流，目的是为了选择熔断器、镇定低压断路器

产生原因：多台设备同时启动

Chap5 电力线路 ¶

电力线路拓扑结构 ¶

高压配电线路拓扑结构 ¶

拓扑结构	优点	缺点	适用范围	一二级负荷设计方法
放射式	• 线路间互不影响 • 供电可靠性较高（一般二级负荷） • 便于装设自动装置 • 保护装置较简单	• 高压开关设备较多 • 每台高压断路器须装设一个高压开关柜，投资增加 • 发生故障或检修时，该线路所供电的负荷都要停电	• 适用于对供电可靠性要求较高的场合 • 二级负荷供电系统	• 二级负荷：可在车间变电所高压侧或低压侧间设联络线 • 一级负荷：需双电源供电
树干式	• 减少线路的有色金属消耗量 • 采用的高压开关数少 • 投资较省	• 供电可靠性较低 • 干线故障时，所有接于干线的变电所都要停电 • 在实现自动化方面适应性较差	• 适用于对供电可靠性要求不高的场合 • 三级负荷供电系统	• 二级负荷：采用双干线供电或两端供电的接线方式 • 一级负荷：不适用
环形	• 供电可靠性高 • 实质上是两端供电的树干式接线 • 便于切换操作	• 保护配置较复杂 • 投资较高	• 在现代城市电网中应用广 • 适用于一、二级负荷	• 多用 " 开口 "（开环）

低压配电线路拓扑结构 ¶

拓扑结构	优点	缺点	适用范围	一二级负荷设计方法
放射式	• 引出线故障时，互不影响 • 供电可靠性较高	• 采用的开关设备较多 • 有色金属消耗量较多	• 多用于设备容量较大或对供电可靠性要求较高的设备配电	• 一级负荷：需配置自动转换开关 • 二级负荷：可采用手动转换开关
树干式	• 开关设备较少 • 有色金属消耗量较少	• 干线故障时，影响范围大 • 供电可靠性较低	• 适用于容量较小而分布较均匀的设备 • 如机械加工车间、工具车间、机修车间、机床、小型加热炉等	• 二级负荷：需设置分段开关 • 一级负荷：不适用
环形	• 供电可靠性较高 • 任一段线路故障或检修时，不致造成停电或只短时停电 • 只需切换电源就能恢复供电	• 线路较长 • 控制较复杂	• 车间变电所的低压侧，通过低压联络线互联而成环形	• 多采用 " 开口 " 运行 • 一级负荷：环网两侧电源互为备用 • 二级负荷：可通过切换实现快速恢复供电

架空线路：

• 导线分类
• 避雷线
• 电杆分类
• 绝缘子
• 金具：连接导线、安装横担和绝缘子

结构与敷设 ¶

• 导线怎么排布
• 导线种类：LJ、LGJ
• 电线杆什么距离，弧垂
• 线路的路径选择

导线与电缆截面 ( 计算题 ) ¶

通常 10kV 及以下高压线路和低压动力线路按发热条件选择，按其他条件校验；低压照明线路按电压损耗条件选择，按其他条件校验；

35kV 及以上的高压线路，按经济电流密度选择，再校验其他条件。

若导体敷设处的环境温度与允许载流量所采用的环境温度不同时，则导体的允许载流量应乘以温度校正系数：

其中，\(\theta_{a1}\) 为导线额定负荷时最高允许温度，

\(\theta_{0}\) 为导线的允许载流量所采用的环境温度，

\(\theta^{'}\) 为导线敷设地点实际的环境温度。

按规定，选择导体的“实际环境温度”：

户外（含户外电缆沟），采用当地最热月平均最高气温；

户内（含户内电缆沟），可采用当地最热月平均最高气温加 5℃；

而直接埋地电缆，则取当地最热月地下 0.8m 的地壤平均温度，或近似地取当地最热月平均气温。

发热条件计算截面 ¶

三相系统、中性线和保护线

• 中性线（N 线）截面 A0 的选择
  • 一般三相四线制线路的中性线截面 A0： 应不小于相线截面Aφ的50%，即 \(A_0 \geq 0.5A_\varphi\)
  • 两相三线制及单相线路（单相二线）的 A0： 因中性线与相线电流相等，故其中性线截面A0应与相线截面Aφ相同，即 \(A_0 = A_\varphi\)
  • 三次谐波电流突出的三相四线制线路的 A0： 由于各相的三次谐波电流均通过中性线，使其电流可能等于甚至超过相线电流，故中性线截面A0宜等于或大于相线截面，即 \(A_0 \geq A_\varphi\)
• 保护线（PE 线）截面 \(A_{PE}\) 的选要考虑系统发生单相短路，短路电流通过时的短路热稳定度。
  • 当相线截面 \(A_{\varphi}\leq 16mm^2\) 时，\(A_{PE} \geq A_{\varphi}\)
  • 当 \(16mm^2 < A_{\varphi} \leq 35mm^2\) 时，\(A_{PE} \geq 16mm^2\)
  • 当 \(A_{\varphi}>35mm^2\) 时，\(A_{PE} \geq 0.5A_{\varphi}\)
• 保护中性线（PEN 线）截面的选择 :PEN 线兼双重功能，故其截面选择应同时满足 PE 线和 N 线的要求，取其中的最大截面。

经济电流密度计算截面 ¶

• 根据 \(I_{30} = \frac{P_{30}}{\sqrt{3}U_N \cos \varphi}\)
• \(j_{ec}\) 查表
• 计算的截面积 \(A_{ec} = \frac{I_{30}}{j_{ec}}\)
• 选择一个最接近的截面积，可以更小
• 查附录表 16 验证发热条件
• 查附录表 14 验证机械强度

机械强度验证 ¶

电压损耗计算 ¶

铜耗、铁耗

电器设备的选择 ¶

电气设备选择的一般条件：按正常工作条件选择，按短路条件校验。即按工作电压、电流选择电气设备，按短路电流校验设备的动稳定和热稳定。

Chap3 短路电流 ¶

基础 ¶

• 是什么：不同部分对地的低阻性短接
• 原因
• 影响

分类 ¶

计算原因：选择电气设备

三相短路危害最大，所以设计的时候考虑最坏情况

• 两相短路电流近似看成三相短路电流的 0.866 倍，单相短路电流为相电压除短路回路总阻抗。两相短路电流计算目的主要是校验保护的灵敏度，单相短路电流计算目的主要是为接地设计等。

短路物理量 ¶

无限大容量系统发生三相短路时，短路全电流由周期分量和非周期分量组成。短路电流周期分量在短路过程中保持不变，从而使短路计算十分简便。

在热、动稳定校验时，短路稳态电流、短路冲击电流是校验电气设备的重要依据。

电流流向（图）¶

短路电流的计算（计算题）¶

欧姆法 （不考）¶

标幺制法 （重点）¶

没有量纲

• 采用标幺值法计算三相短路电流，避免了多级电压系统中的阻抗变换，计算简便，在工程中广泛应用。

热效应与电动效应 ¶

• 热效应：用短路稳态电流计算
• 电动效应：用冲击电流计算

Chap7 二次回路 ¶

保护、测量、控制一次回路

分成两种：直流、交流

操作电源 ¶

直流

交流

其他装置 ¶

Chap8 防雷接地、安全 ¶

过电压 & 防雷 ¶

• 过电压：内部分操作和谐振
• 外部过电压称雷电过电压

雷电分类：

• 直击雷
• 感应类

防雷装置：接闪器、引下线、接地装置

避雷针的 保护范围——滚球法 ¶

相当于把一个假象球体紧贴避雷针，中间空出的部分就是保护范围。（平面几何问题）

接地 ¶

接地故障的时候，接地电流通过接地体向大地做半球形散开

• 降低土壤电阻率：外引式、深埋、换土

N、PEN、PE¶

N：工作零线，中性线

PEN：保护零线，兼作工作零线

PE：保护接地线

供配电系统中的 PE、N、PEN 线各指的是什么？怎么区别和使用？ - 知乎

形式 ¶

低压系统接地形式有 IT、TT、TN 三大类，而 TN 类又分为 TN-C、TN-C-S、TN-S 三种形式；

其中字母表示的含义：

（1）字母第一个部分表示配电系统中性点对地的关系

T：电源端中性点一点直接接地；I：电源端中性点与地绝缘或通过高阻抗一点接地。

（2）字母第二部分表示电气装置的外露可导电部分与地的关系

T：外露可导电部分直接接地，与配电系统的接地点无关；

N：外露可导电部分与配电系统的中性点直接做电气连接（也叫接零系统）；

（3）“-”号后面的字母是扩充说明

C：保护零线与工作零线用同一根线；（c stand for common）

S：保护零线与工作零线彻底分开，各自独立用两根线；（s stand for separate）

C-S：保护零线与工作零线前边一部分用同一根线，后边一部分保护零线与工作零线彻底分开，用两根线。

低压接地系统：TN-C 、TN-S、TN-C-S、TT、IT 分别适用哪些场所？ - 知乎

电气安全 ¶

对人体的危害

• 漏电保护器的工作原理

正常情况下，通过 TAN 一次侧的三相电流相量和等于零，TAN 的铁心中没有磁通，其二次侧没有电流输出。当被保护电路发生漏电或有人触电时，由于漏电电流的存在，通过 TAN 一次侧的三相电流相量不等于零，TAN 中产生零序磁通，其二次侧有电流输出，经放大器放大后，驱动低压断路器 QF 的脱扣线圈 YR，使断路器 QF 自动跳闸。

• 安全用电知识

Chap6 过电流保护 ¶

保护装置：切断电路

选择性：

Extra 电力系统格局 ¶

中国“五大六小”发电集团梳理 - 知乎 起底：中国电力系统企业关系图！ - 知乎 在2002年电力改革厂网分家之前的电力行业(包括发、输、配、售、设计、建设等)都只被一个单位—国家电力公司所垄断。2002年厂网分离改革后，分化成多家单位

政府部门：国家能源局、国家发展和改革委员会

两大电网：国家电网、南方电网（以建设和运营电网为核心业务）

两大 EPC 单位：中国电力建设集团公司 ( 中电建 ) 和中国能源建设集团有限公司 ( 中能建 )

设计采购施工总承包 （EPC：即 Engineering，Procurement，Construction 的组合）是我国推行总承包模式最主要的一种。

发电集团 - 五大电力央企：国家能源投资集团、中国华能集团、中国华电集团、中国大唐集团、国家电力投资集团。 - 六小豪门：国投电力、中广核、三峡集团、华润电力、中节能、中核 - 地方公司：浙能、京能、申能、鲁能

设备制造集团：上海电气、东方电气、哈尔滨电气