河北工程大学工厂供电

供电技术•河北工程大学•信息与电气工程学院•自动化与电气工程系王静爽课程简介•《工厂供电》是自动化专业的一门理论性和实践性较强的专业课程，涉及工业企业供电过程中的负荷分析与计算、短路类型及瞬态、暂态过度过程的分析、工厂供电中所必须采用的继电保护装置的选择与校验、大型企业用电的无功功率因数补偿等;•简单介绍电力系统及工厂供电的变电所地点的选择、设计要求、电力设备的选择原则、校验与分析，并注重将理论与供电系统的实际相结合，使学生比较能够理解.•通过实验，使学生初步掌握工厂供电系统的运行、维护和设计计算所必需的基本理论和基本知识，为今后从事工厂供电技术及自动化专业工作奠定一定的基础。课程安排（54学时）•供电技术是自动化等专业的一门专业课•先修课：“电路”、“电子技术基础”、“电机学”、“电机与拖动”。•理论讲授:讲述基本原理和设计方法（50学时）•实验课:根据实验指导书的要求自己完成（4学时）•参考书:–黄纯华编著工厂供电天津大学出版社–工厂配电线路及变电所设计计算–王崇林编著供电技术（第二版）煤炭工业出版社–工厂电工手册涉及内容•工厂电力负荷及其计算•短路电流及其计算•变电所及其一次系统•工厂电力线路•供电系统的过电流保护•供电系统二次回路和自动装置•电气安全、接地与防雷•工厂的电气照明学习目的•是一门经典、实用学科•在各领域广泛应用：工业生产、控制系统、商业、军事（雷达站）民用等方面。•就业主要方向•通过供电技术课程的学习，使学生掌握中小型工厂供电系统和电气照明运行、维护和管理，所必需的基本理论和基本知识、基本计算及实际运行等技术。课程要求•本课程是专业课，是实践性较强的课程。通过本课程的学习，要求：•掌握供配电系统的设计方法•掌握电气设备的安全运行、管理和维护等技术•掌握继电保护方案选择和继电保护整定计算•掌握电气照明平面图的设计考核方法•本课为考试课•成绩包括：–出勤：7分，旷课一次，扣2分–作业：8分，少交一次或抄作业扣3分–提问：不会减5分，会加分–试验：20分–考试：65分第1章概述•主要内容：–工厂供电的意义、要求–电力系统、工厂供电系统–电力系统电压与电能质量–电力系统中性点运行方式和低压配电系统接地型式重点、难点•了解：••电力系统的相关概念••工厂供配电系统设计的主要内容•掌握：••电压与电能质量关系••电力系统中性点运行方式分析•重点：–保证电能质量措施–电力系统中性点运行方式分析难点1.1工厂供电的意义、要求•工厂供电•工厂生产设备所需电能的供应与分配。•如：钢厂----轧钢机、炼钢炉、水泵和风机等。•煤矿-----采煤机、运输机、提升机、水泵、风机等电能转换为其它能源机械能热能光能化学能电能与其它能源的比较石油煤炭电力能源不可再生能源可再生能源利于环保、易传输等独特优点，且便于控制、调节和测量，有利于生产过程实现自动化优点：生产中所占的比重在产品成本中所占的比重一般很小（除电化工业外）。例如在机械工业中，电费开支仅占产品成本的5%左右。从投资额来看，一般机械工厂在供电设备上的投资，也仅占总投资的5%左右。生产中的优点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，降低劳动成本，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。生产中的缺点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。例如某些对供电可靠性要求很高的工厂，即使是极短时间的停电，也会引起重大设备损坏，或引起大量产品报废，甚至可能发生重大的人身事故，给国家和人民带来经济上甚至政治上的重大损失。1.1.1工厂供电意义•供电是企业不可缺少的重要环节。–电能便于生产和远距离传输----成本低。–电能是机械化、自动化的主要动力。减轻劳动强度、提高生产效率和质量。一旦停电会影响生产，甚至发生重大的人身事故。如：煤矿淹井、煤尘和瓦斯爆炸化工厂爆炸，医院手术室•学好工厂供电具有十分重要的意义1.1.2工厂供电的要求•1)安全：•2)可靠：电能的供应、分配和使用中不发生事故。需要学习供电技术掌握相关知识、设计规范、操作规程等满足电能用户对供电可靠性的要求。1.1.2工厂供电的要求•3)可靠性：•供配电系统不间断供电的时间概率。用a表示•%100~0全年时间全年连续工作时间Taa大，可靠性越高供配电系统应满足电能用户对可靠性的要求1.1.2工厂供电的要求•4)优质•供配电系统应保证供电的质量和数量。–数量----能供应的电能大于等于使用电能–质量衡量质量优劣的指标有：电压波动和偏移频率波动波形畸变率不对称度NU%5Hz2.0%5%21.1.2工厂供电的要求•5)经济•在技术上合理的前提下，经济投入最少。•包括：•设备投资----成本、运输、安装、调试等费用•年运行费----电费、维护费、折旧费、人员工资等1.2电力系统及工厂供电系统（没有按书本顺序）•电力系统由不同类型的发电机，配电装置，输、配电线路，升压及降压变电所和用户组成一个整体，对电能进行不间断的生产和分配。nG发电机升压变压器高压输电线路降压变压器高压配电线路降压变压器低压配电线路35~500kV6~10kV220/380VG3.15~500kV电力系统送电过程示意图从发电厂到用户的送电过程示意图从发电到供电的示意图火力发电站核电站水力发电站超高压变电站一般水力发电站一次变电站配电用变电所牵引变电所大工厂高压配电线农家住宅商店小工厂1.2.1电力系统发电厂：生产电能的工厂，即把各种形态的一次能源通过发电设备转换为电能。有火电、水电、核电、风力、地热、潮汐、太阳能等。电力网：输送和分配电能的通道。由变压器和输配电线路组成。华北、东北、华中、华东、南方和西北电网。•变电站：变换电压和接受、分配电能的场。分为升压变电站和降压变电站两种。其中降压变电站又可分为地方降压变电站、企业降压变电站、车间变电站。•配电所：只有受电和配电开关控制设备，而没有变压器的场所。•电能用户：包括工业、企业在内的所有用户（用电单位）水力发电厂就是把水的位能和动能转变成电能的发电厂，简称水电厂或水电站。主要分为堤坝式水力发电厂和引水式水力发电厂。由高坝和引水渠道分别提高一部分水位。这类水电厂，称为混合式水电厂概念：能量转换过程是：水流位能→机械能→电能。1.2.2发电厂堤坝式水力发电厂(图)引水式水力发电厂(图)1.2.2发电厂——热电厂n煤流：煤场—皮带—煤仓—煤斗—磨煤机—锅炉—渣斗—冲灰沟—炉渣n水汽流：凝结水泵—低压加热器—除氧器—给水泵—高压加热器—锅炉汽包加热器—汽轮机—凝结器--凝结水泵补水n电能：开关—升压变压器—开关—输电线路•利用燃料的化学能生产电能。如：燃煤电厂。•燃煤烧锅炉，加热水变为蒸汽推动汽轮机发电。原子能发电厂利用核裂变能量转化为热能，再按火力发电厂方式发电的，只是它的“锅炉”为原子核反应堆，以少量的核燃料代替了大量的煤炭。又称核电站。由于核能是巨大的能源，而且核电站的建设具有重要的经济和科研价值，所以世界上很多国家都很重视核电建设，核电在整个发电量的比重逐年增长。能量转换过程是：核裂变能→热能→机械能→电能概念：风力、地热、太阳能等发电厂•风力发电厂：利用风力的动能来生产电能。优点：风能是一种取之不尽的清洁、价廉和可再生的能源，因此我国确定要大力发展。缺点：1）风能的能量密度较小，因此单机容量不可能很大；2）是一种具有随机性和不稳定性的能源，因此风力发电必须配备一定的蓄电装置，以保证其连续供电。•地热发电厂：利用地球内部蕴藏的大量地热能来生产电能。优点：地热发电不消耗燃料，运行费用低。地热是属于比较清洁的能源。缺点：地下水和蒸气中大多含有硫化氢、氨和砷等有害物质，因此对其排出的废水要妥善处理，以免污染环境。•太阳能发电厂：利用太阳的热能、光能来生产电能。利用太阳光能发电，是通过光电转换元件如光电池等直接将太阳光能转换为电能。1.2.3工厂的自备电源•对大型企业有重要的用电设备，供电可靠性要求较高，应有应急自备电源。•自备电源•柴油发电机组（常用）•不间断电源（重要计算机系统用）•（uninterruptedpowersupply，缩写UPS）。柴油发电机组•优点：–操作简便、起动迅速（电网停电时，10-15s可供电）–效率高（其热效率可达30%～40%）、功率范围大（从几千瓦至几千千瓦）、体积小、重量轻。–运行可靠、维护方便图1-9采用柴油发电机组作为备用电源的主接线按启动控制方式分，有普通型、自启动型和全自动化型等型。作为应急电源，应选自启动型或全自动化型。自启动型柴油发电机组在公共电网停电时，能自行启动；全自动化型，则不仅在公共电网停电时能自行启动，而且在公共电网恢复供电时能使柴油发电机组自动退出运行。不间断电源•特点：–效率高、体积小。–无噪声、振动–可靠高、维护费用低–容量相对较小•用于电能质量要求高的场所不间断电源(UPS)组成示意图整流器（UR）、逆变器（UV）和蓄电池组（GB）公共电网正常供电时，交流电源经晶闸管整流器UR转换为直流，对蓄电池组GB充电。当公共电网突然停电时，电子开关QV在保护装置作用下进行切换，使UPS投入工作，蓄电池组GB放电，经逆变器UV转换为交流，恢复对重要负荷的供电。正常情况下，重要负荷由公共电网供电，交流电经整流器1整成直流电，并向逆变器3供电。为了保证供电质量，在逆变器3之前装设有直流滤波器2，使整流后的脉动电压转换为无脉动的直流电压。在逆变器3将直流电逆变为交流电的过程中，可通过反馈控制环节实现交流电的稳压和稳频。逆变器3的输出端又联接有变压器4，采取级联方式，既可改变电压，又可吸收谐波，使逆变器3的方波输出变换为阶梯波输出。为了使输出的交流电波形改善，又在变压器4之后装设了交流滤波器5，从而使交流滤波器5输出的交流电为纯正弦波。通过以上几个环节的处理，可使电源的输出为稳压、稳频且为纯正弦波的高质量电压。在公共电网正常供电情况下，蓄电池组7通过整流器8将电网的交流电整成直流电而得到充电。当公共电网停电时，保护装置使电子开关（符号QV）6动作，其触点QV1-2闭合，使蓄电池组7对逆变器3的回路放电，从而使其交流输出端可不间断地对重要负荷供电。与此同时，电子开关触点QV3-4断开。在公共电网恢复供电时，保护装置又使电子开关6的触点切换，QV1-2断开，切断蓄电池组放电回路，而QV3-4闭合，接通电网的供电回路。稳频稳压式不停电电源的工作原理电路简图如图1-11所示。图1-11稳频稳压式不停电电源的工作原理电路简图1-整流器2-直流滤波器3-逆变器4-级联变压器5-交流滤波器6-电子开关7-蓄电池组8-整流器～～～公共电网重要负荷uQV34125678蓄电池QVu34121.2.4工厂供配电系统•工厂供配电系统•从电力系统送来的中、高压电能在企业内部进行变压和分配到各用电设备。•构成：•工厂总降压变电所、高压配电线路、车间变电站、低压配电线路、用电设备等。•工厂的规模不同，供配电系统也不同。可按大中型工厂和中小型工厂分。如图所示。1.2.4.1中小型工厂供配电系统•特点：–10kV电源进线–设配电所（供10kV设备）–设车间变电所（供低压设备）•（规模小、中压设备数量少、主要是低压设备）•图1-1中型工厂供电系统简图•图1-1所示高压配电所有四条高压配电线，供电给三个车间变电所。其中1号车间变电所和3号车间变电所都只装有一台配电变压器，而2号车间变电所装有两台，并分别由两段母线供电，其低压侧又采取单母线分段制，因此对重要的低压用电设备可由两段母线交叉供电。各车间变电所的低压侧，设有低压联络线相互连接，以提高供电系统运行的可靠性和灵活性。此外，该高压配电所还有一条高压配电线，直接供电给一组高压电动机；另有一条高压配电线，直接与一组并联电容器相连。3号车间变电所低压母线上也连接有一组并联电容器。这些并联电容器都是用来补偿无功功率以提高功率因数用的。•图1-2图1-1所示工厂供电系统的平面布线示意图1.2.4.2大中型工厂供配电系统•特点：–35~110kV电源进线–设总降压站（供1