作者：沈柏民
出版社：电子工业出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
供配电技术与技能训练试读：
前言
本教材是根据教育部颁布的相关专业教学指导方案及国家人力资源和社会保障部颁发的相关工种国家职业标准和职业技能鉴定规范编写的。
职业教育要以就业为导向，其质量主要体现在学生对专业技能、技巧掌握的熟练程度上。因此，专业课教学中的实践操作技能教学是职业技术教育不可或缺的一种教学形式。加强学生操作技能训练，在动手实践中锻炼过硬的本领，是提高职业教育水平的关键。
本书是一本理实一体化教材，其内容面向实际，面向岗位，与职业岗位“接轨”，将供配电技术与实际工作岗位中的实用技能训练相结合，在突出培养学生分析问题、解决问题和实践操作技能的同时，注重培养学生的综合素质和职业能力，以适应行业发展带来的职业岗位变化，突出职业教育的特色和本色，为学生的可持续发展奠定基础。
本书各章有机地融入了工作岗位中的规程、规范，优化和精简了理论教学内容，对复杂的计算推导进行了简化，主要内容包括工厂供配电系统认识、电力负荷和短路故障、工厂变配电所电气设备及运行维护、工厂供配电线路及运行维护、电力变压器及运行维护、工厂供配电系统过电流保护、工厂供配电系统防雷与接地、工厂供配电系统节能管理、工厂供配电系统运行管理与事故处理。为方便学习理论和掌握操作技能，每章后面附有本章小结和复习思考题，同时安排了技能训练任务，以提高学生的实践操作技能，为今后从事工厂供配电系统运行与维护工作奠定基础。
本书由沈柏民主编，参与编写的还有吴国良、万亮斌、霍永红、朱峰峰、陆晓燕、童立立、宫斌、孔庆杰等。本书由程周教授担任主审，程周教授提出了许多宝贵意见。在本书编写过程中得到了杭州市电力局、杭州钢铁集团公司、杭州地铁集团有限公司等相关单位领导和技术人员的大力支持和帮助，在此一并致以诚挚的谢意。
为了方便教师教学，本书还配有电子教学参考资料包（包括教学指南、电子教案、习题答案），请有此需要的教师登录华信教育资源网（http：//www.hxedu.com.cn）下载。
由于编者水平有限，书中难免存在错误和不妥之处，敬请批评指正。
编者第一章 工厂供配电系统认识第一节 电能的特点及对供配电的基本要求
电能作为最基本的能源，是现代工业生产和人们生活的主要能源和动力。电能的合理、正确使用，关系到整个国民经济的发展。因此，搞好电能的生产和供应就显得特别重要。
一、电能的特点
电能的特点如表1-1所示。表1-1 电能的特点续表
可见，电能作为基本能源之一，具有很多优于其他能源的特点。
二、对工厂供配电的基本要求
工厂供配电工作要很好地为工业生产服务，切实保障工厂生产和生活用电的需要，并做好安全用电、节约用电和计划用电工作。因此，对工厂供配电系统的设计和运行提出了如表1-2所示的基本要求。表1-2 对工厂供配电的基本要求第二节 电力系统的组成与要求
一、电力系统的组成
电能是发电厂供给的，发电厂一般建在动力资源丰富的地方，往往距离负荷比较集中的大、中城市和企业较远。因此，电能必须通过输配电线路和变电站输送。电能输送到城市和企业后，还需要进一步将电能分配到用户或车间。同时，为了提高供电的可靠性和实现经济运行，往往将许多发电厂和电力网连接在一起运行。由发电厂、电力网和用户组成的统一整体称为电力系统。这一系统使得电能的生产、输送、分配和使用保持严格的平衡。图1-1所示是大型电力系统的系统图。
图1-1所示的电力系统是通过各级电压的电力线路，将发电厂、变配电所和电力用户连接起来的一个发电、输电、变电、配电和用电的整体。发电厂和电力用户之间的输电、变电和配电的整体，包括所有变配电所和各级电压的线路，称为电网。但习惯上，电网或系统往往是以电压等级来区分的，比如说10kV电网或10kV系统。这里所指的电网或系统，实际上是指某一电压等级的相互联系的整个电力线路。图1-1 大型电力系统的系统图
由于电能和其他产品相比有着不能储存的特点，因而电能的产生（发电厂）和消耗（用户）是随时平衡的，即供电和用电是在同一瞬间实现的。电能的生产、输送、分配和使用的全过程如图1-2所示。
建立大型的电力系统，可以更经济合理地利用动力资源，减少电能损耗，降低发电成本，保证供电质量，并大大提高供电的可靠性，有利于整个国民经济的发展。我国电网按电压高低和供电范围大小分为区域电网和地方电网。区域电网的供电范围较大，电压一般在220 kV及以上，如华北电网、东北电网、华东电网、华中电网等。地方电网的供电范围较小，最高电压一般不超过110kV，工厂供配电系统就属于地方电网的一种。图1-2 从发电厂到用户的输电过程示意图
电力系统中发电厂、变电所、电力线路、电力负荷等环节说明如表1-3所示。表1-3 电力系统主要环节说明
二、电力系统的基本要求
1.保证供电的安全可靠性
衡量供电安全可靠性的指标，一般以全部用户平均供电时间占全年时间的百分数表示。电力系统的供电可靠性与发供电设备和电力线路的可靠性、电力系统的结构，以及发电厂与变配电所的主接线形式、备用容量、运行方式及防止事故连锁发展的能力有关。为此，提高供电的安全可靠性应采取以下措施。（1）采用高度可靠的发供电设备，做好维护保养工作，防止各种可能的误操作。（2）提高供电线路的可靠性，重要线路可采用双回路或双电源（两个不同的系统电源）供电。（3）选择合理的电力系统结构和主接线，在设计阶段就应保证有高度的可靠性，对重要用户应采用双电源供电。（4）保证适当的备用容量，使电力系统在发电设备定期检修、机组发生事故时均不会使用户停电。（5）制定合理的电力系统运行方式，必须满足系统稳定性和可靠性要求。（6）对高压输电线路采用自动重合闸装置，变配电所装设按频率自动减负荷装置等。（7）采用快速继电保护装置和以计算机为核心的自动安全监视和控制系统。
2.保证良好的电能质量
电压和频率是衡量电能质量的主要指标。按《供电营业规则》规定，在电力系统正常状况下，用户受电端的供电电压允许偏差为：35 kV及以上供电电压偏差不超过额定电压的±10%，10 kV及以下三相供电电压允许偏差为±7%，220 V 单相供电电压允许偏差为+7%～-10%。在电力系统非正常状况下，用户受电端的电压最大允许偏差不应超过额定电压的±10%。
我国交流电力设备的额定频率为50Hz（工频）。按《供电营业规则》规定，在电力系统正常状况下，工频的频率偏差一般不允许超过±0.5Hz。如果电力系统容量达到3 000MW或以上时，频率偏差则不得超过±0.2Hz。在电力系统非正常状况下，频率偏差一般不允许超过±1Hz。
此外，三相系统中三相电压或三相电流是否平衡也是衡量电能质量的一个指标。第三节 电力系统的电压等级
电力系统中的所有设备，都是在一定的电压和频率下工作的。电力系统的电压包括电力系统中各种供电设备、用电设备和电力线路的额定电压。按GB 156—2003《标准电压》规定，我国三相交流电网和电力设备的额定电压如表1-4所示。表中变压器一、二次绕组的额定电压是依据我国电力变压器标准产品规格确定的。表1-4 我国三相交流电网和电力设备的额定电压注：① 变压器“一次绕组”栏内3.15kV、6.3kV、10.5kV的电压适用于和发电机端直接连接的变压器。② 变压器“二次绕组”栏内3.3kV、6.6kV、11kV的电压适用于阻抗值在7.5%及以上的降压变压器。
一、电网（线路）的额定电压
电网的额定电压（标称电压）等级，是国家根据国民经济发展的需要和电力工业发展的水平，经全面的技术经济分析后确定的。它是确定各类电力设备额定电压的基本依据。
二、用电设备的额定电压
用电设备的额定电压一般规定与同级电网的额定电压相同。通常用线路首端和末端电压的算术平均值作为用电设备的额定电压，这个电压也是电网的额定电压。由于线路运行时要产生电压降，所以线路上各点的电压都略有不同，如图1-3所示。所以，用电设备的额定电压只能取首端和末端电压的平均电压。图1-3 用电设备额定电压的规定
三、发电机的额定电压
电力线路允许的电压偏差一般为±5%，即整个线路允许有10%的电压损耗值。为了使线路的平均电压维持在额定值，线路首端（电源端）的电压宜较线路额定电压高5%，而线路末端的电压则较线路额定电压低5%，如图1-3所示。所以，发电机的额定电压规定高于同级电网额定电压5%。
四、电力变压器的额定电压
电力变压器的一次绕组是接受电能的，相当于用电设备；其二次绕组是送出电能的，相当于发电机。因此，对其额定电压的规定有所不同。
1.电力变压器一次绕组的额定电压
电力变压器一次绕组的额定电压分两种情况。（1）当变压器直接与发电机相连时，如图1-4中的变压器T1，其一次绕组额定电压应与发电机额定电压相同，都高于同级电网额定电压5%。（2）当变压器不与发电机相连而是连接在线路上时，如图1-4中的变压器T2，则可看做是线路的用电设备，因此其一次绕组额定电压应与电网额定电压相同。图1-4 电力变压器一、二次侧额定电压说明图
2.电力变压器二次绕组的额定电压
电力变压器二次绕组的额定电压也分两种情况。（1）变压器二次侧供电线路较长时，如图1-4中的变压器T1，其二次绕组额定电压应比相连电网额定电压高10%，其中有5%用于补偿变压器满载运行时绕组本身约5%的电压降，另5%用于补偿线路上的电压降。（2）变压器二次侧供电线路不长时，如图1-4中的变压器T2，其二次绕组额定电压只需高于电网额定电压5%，仅考虑补偿变压器满载运行时绕组本身的5%电压降。
五、各级电压等级的适用范围
在我国电力系统中，220kV以上的电压等级主要用于大型电力系统的主干线；110kV电压既用于中小型电力系统的主干线，也用于大型电力系统的二次网络；35kV多用于中小型城市或大型企业的内部供电网络，也广泛用于农村电网。
一般企业内部多采用6～10 kV 的高压配电电压，且10 kV 电压用得较多。当企业6 kV设备数量较多时，才会考虑采用6 kV作为配电电压。220/380 V 电压等主要作为企业的低压配电电压。第四节 电力系统中性点的运行方式
为保证电力系统安全、经济、可靠运行，必须正确选择电力系统中性点的运行方式，即中性点的接地方式。能否合理选择电力系统的中性点运行方式，将直接影响到电力网的绝缘水平、保护的配置、系统供电的可靠性和连续性、对通信线路的干扰及发电机和变压器的安全运行等。电力系统的中性点即发电机和变压器的中性点。
电力系统中性点运行方式分为两大类。一类是中性点直接接地或经低阻抗接地的大接地电流系统，也称中性点有效接地系统；另一类是中性点绝缘或经消弧线圈及其他高阻抗接地的小接地电流系统，也称中性点非有效接地系统。从运行的可靠性、安全性和人身与设备安全考虑，目前采用最广泛的有中性点直接接地、中性点经消弧线圈接地和中性点不接地三种运行方式。
我国3～66 kV 系统，特别是3～10 kV 系统，一般采用中性点不接地的运行方式。如果其单相接地电流大于一定数值时（3～10kV系统中接地电流大于30A，20kV 及以上系统中接地电流大于10 A时），则应采用中性点经消弧线圈接地的运行方式，但现在有的10 kV系统甚至采用中性点经低阻抗接地的运行方式。我国110 kV 及以上系统和1 kV 以下的低压配电系统，都采用中性点直接接地的运行方式。
一、中性点不接地的电力系统
电源中性点不接地的电力系统在正常运行时的电路图和相量图如图1-5所示，其中的三相交流相序代号统一采用A、B、C。图1-5 中性点不接地的电力系统正常运行时
1.系统正常运行时
这时，三个相的相电压、、是对称的，三个相的对地电容电流也是平衡的，如图1-5（b）所示。因此三个相的电容电流的相量和为零，地中没有电流流过。各相的对地电压就是各相的相电压。
2.系统发生单相接地故障时
假设C相发生接地，如图1-6（a）所示。这时C相对地电压变为零，而完好的A、B两相对地电压将由原来的相电压升高到线电压，即升高为原对地电压的倍，如图1-6（b）所示。图1-6 中性点不接地的电力系统单相接地时
当C相接地时，系统的接地电流（电容电流）应为A、B两相对地电容电流相量之和。由图1-6（b）的相量图可知，I=3I，即一CC0相接地的电容电流为正常运行时每相对地电容电流的3倍。
3.当系统发生不完全接地（即经一定的接触电阻接地）时
这时，故障相对地电压值将大于零而小于相电压，而其他完好两相的对地电压值则大于相电压而小于线电压，接地电容电流值也比完全接地时略小。
必须指出：当电源中性点不接地系统发生单相接地时，三相用电设备的正常工作并未受到影响，因为线路的线电压无论其相位和量值均未发生变化，因此系统中的三相用电设备仍能正常运行。但是这种线路不允许在单相接地故障情况下长期运行（规定单相接地后带故障运行时间最多不超过2h），因为如果再有一相发生接地故障，就会形成两相接地短路，这时的短路电流很大，这是绝对不能允许的。因此，在中性点不接地系统中，应装设专门的单相接地保护或绝缘监视装置。在系统发生单相接地故障时，给予报警信号，提醒供电值班员注意，并及时处理。当单相接地故障危及人身安全或设备安全时，则单相接地保护装置应动作于跳闸。
二、中性点经消弧线圈接地的电力系统
在上述中性点不接地的电力系统中，当发生单相接地时，如果接地电流较大，则可能形成周期性熄灭和重燃的间歇性电弧，这是非常危险的。因为间歇性电弧可能会引起相对地谐振过电压，其值可以达到2.5～3 倍以上相电压。这种过电压会危及与接地点有直接电气连接的整个电网，可能会使某一绝缘较为薄弱的部位引起另一相对地击穿，造成两相短路。为了防止单相接地时接地点出现断续电弧，避免引起过电压，因此在单相接地电流大于一定值的电力系统中，电源中性点必须采取经消弧线圈接地的运行方式。
目前，我国35～60 kV的高压电网大多采用中性点经消弧线圈接地的运行方式。如果消弧线圈能正常运行，则是消除因雷击等原因而发生瞬间单相接地故障的有效措施之一。消弧线圈其实就是一个具有可调铁芯的电感线圈，其电阻很小，感抗很大，用于消除单相接地故障点的电弧。
图1-7为电源中性点经消弧线圈接地的电力系统发生单相接地时的电路图和相量图。图1-7 中性点经消弧线圈接地的电力系统发生单相接地时
当系统发生单相接地故障时，流过接地点的电流是接地电容电流与流过消弧线圈的电感电流之和。由于超前°，而滞后°，所以与在接地点互相补偿。当
与的量值差小于发生电弧的最小生弧电流时，电弧就不会发生，从而也不会出现谐振过电压了。
在中性点经消弧线圈接地的三相系统中，与中性点不接地的系统一样，允许在发生单相接地故障时短时（一般规定为2h）继续运行，但保护装置应能及时发出单相接地报警信号。运行值班人员应抓紧时间查找和处理故障，在暂时无法消除故障时，应设法将负荷（特别是重要负荷）转移到备用电源线路上去。当单相接地故障危及人身和设备的安全时，则保护装置应动作于跳闸。
中性点经消弧线圈接地的电力系统，在单相接地时，其他两相对地电压也要升高到线电压，即升高为原对地电压的倍。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]