第一章工厂供电的基本知识

1第一章概论本章主要内容：工厂供电的基本知识供电系统、发电厂、电力系统及自备电源电压、电能质量中性点运行方式低压配电系统的接地型式2第一节工厂供电的意义、要求及课程任务1、工厂供电(plantpowersupply)：是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。电能是现代化工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，也易于转换为其它形式的能量以供应用。电能的输送和分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。2、重要性：生产自动化后增加产量、提高质量、减轻劳动强度。供电中断，会引起设备损坏，可能发生人身事故。3、基本要求：安全（不应发生人身事故和设备事故）、可靠（连续供电）、优质（电压、频率等质量要求）、经济（投资少、省电）。4、本课程的主要任务主要讲述中小型工厂内部的电能供应和分配问题，电气照明，使学生掌握中小型工厂的供电系统及电气照明运行维护和设计、计算所必需的基本理论和基本知识。3第二节工厂供电系统、发电厂、电力系统及自备电源一、工厂供电系统概况1、中型工厂供电系统简图：一般中型工厂的电源进线电压是6~10KV。只用一根线表示三相线路（单线图）高压配电所有两条lOkV的电源进线，分别接在高压配电所的两段母线上，形成单母线分段制。一条电源进线供电，另一条电源进线作为备用。42、中型工厂供电系统的平面布线示意图3、大型工厂总降压变电所电源进线35KV及以上，经过两次降压，也就是经总降压变电所，将35kV及以上电压降为6～10KV的电压，然后车间变电所降为一般低压用电设备所需的电压。54、高压深入负荷中心的供电系统高压深入负荷中心的直配方式，可以省去一级中间变压，简化了供电系统接线，节约投资和有色金属，降低了电能损耗和电压损耗，提高了供电质量。然而这要根据厂区的环境条件是否满足35kV架空线路深入负荷中心的“安全走廊”要求而定，否则不宜采用。65、只设一个降压变电所的供电系统对于小型工厂，由于所需容量一般不大于1000kVA或稍多一些，通常只设一个降压变电所，将6~10kV降为低压用电设备所需的电压，如图1-5。如果工厂所需容量不大于160kVA时，一般直接由公共低压电网供电，如图1-6。a)一台主变b)两台主变经过分析可知：配电所的任务是接受电能和分配电能，不改变电压；而变电所的任务是接受电能、变换电压和分配电能。母线，又称汇流排，其任务是汇集和分配电能。工厂供电系统，是指从电源线路进厂起到高低压用电设备进线端止的整个电路系统，包括工厂内的变配电所和所有的高低压供配电线路。图1-6低压进线的小型号工厂供电系统简图图1-5只设一个降压变电所的工厂供电系统简图7二、发电厂和电力系统1、发电厂（发电站）：将自然界蕴藏的各种一次能源转换为电能(二次能源)的工厂。种类：水力、火力、核能、风力、地热及太阳能发电厂。水力发电：水流位能水轮机机械能发电机电能火力发电：燃料的化学能锅炉热能汽轮机机械能发电机电能核力发电：核裂变能核反应堆热能汽轮机机械能发电机电能82、电力系统(powersystem)：送电过程：发电机→升压→高压输电线路→降压→配电9电力系统：由各级电压的电力线路将发电厂、变电所和电力用户联系起来的一个发电、输电、变电、配电和用电的整体。电网：电力系统中各级电压的电力线路及其联系的变电所，称为电力网或电网。电网以电压等级来区分，例如lOkV电网。如图所示电力系统简图10三、工厂自备电源对于工厂的重要负荷，一般要求在正常供电电源之外，设置应急自备电源。1、柴油发电机组自备电源：优点：操作简便、起动迅速、效率较高。缺点：噪声和振动过大、过载能力差。按起动控制方式分：有普通型、自起动型（在公共电网停电时，能自行起动）和全自动化型（不仅在公共电网停电时能自行起动，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）。作为应急电源，应选用自起动型或全自动化型。2、交流不停电电源（UPS）：如图所示，由整流器(UR)、逆变器(UV)和蓄电池组(GB)等三部分组成。11第三节电力系统的电压与电能质量衡量电能质量的两个基本参数:规定：工频频率偏差正负0.5Hz以内。（3000MW）或以上时，工频频率偏差正负0.2Hz以内。电压偏差正负5%电压偏差是指电气设备的端电压与其额定电压之差。低压电气设备的额定电压一般设计为220/380V固定。一、三相交流电网和电力设备的额定电压1、电网（线路）的额定电压电网（线路）的额定电压等级是根据需要、水平、技术、经济分析后确定。2、用电设备的额定电压如图所示，线路首端与未端的平均电压即电网的额定电压UN。用电设备的额定电压规定与同级电网的额定电压相同。123、发电机的额定电压因电力线路允许的电压偏差一般为正负5%，所以要求发电机的额定电压高于同级电网电压5%。一次绕组的额定电压：当变压器T1直接与发电机相联时，其一次绕组额定电压应与发电机额定电压相同，即高于同级电网额定电压5%。当变压器T2不与发电机相联而是连接在线路上时，可看作是线路的用电设备，因此其一次绕组额定电压应与电网额定电压相同。二次绕组的额定电压：变压器二次侧供电线路较长，如为较大的高压电网时，其二次绕组额定电压应比相联电网额定电压高10％，其中5％是用于补偿变压器满负荷运行时绕组内部的约5％的电压降，另外5％用以补偿线路上的电压损耗。若二次侧供电线路不长，直接供电给高低压用电设备时，仅考虑补偿变压器满负荷运行时绕组内部5％的电压降。4、电力变压器的额定电压135、电压高低的划分行业要求不同划分不同，一般以1000V为高低压区分点分电网和用电设备发电机电力变压器额定电／kV类额定电压／kV额定电压／kV一次绕组二次绕组低0.38O.400.380.40压0.66O.690.660.6933.153,3.153.15,3.366.36,6.36.3,6.61010.510,10.510.5,11高13.8,15.75,18，20,22,24,2613.8,15.75,18，20,22,24,26353538.5压666672.511011012122022024233033036350050055014二、电压偏差与电压调整1、电压偏差的概念设备的端电压U与设备额定电压UN之差对额定电压UN的百分值，即%100%NNUUUU2、电压偏差对设备的影响（1）感应电动机：转矩M正比于U2，U减，减速（2）同步电动机：转矩M正比于U2，U减，减速（3）电光源等：U减，寿命延长2~3倍，发光效率降30%以上。3、电压调整的措施（1）正确选择无载调压型变压器的分接头或采用有载调压型变压器如果设备端电压偏高，则应将分接开关换接到+5%的分接头（让高压侧出较小电压），以降低设备端电压；如果设备端电压偏低，则应将分接开关换接到-5%的分接头（让高压侧出较大电压），以升高设备端电压。（2）合理减少系统的阻抗供电系统的电压损耗与系统的阻抗成正比，减系统的变压器级数、适当增大导线电缆的截面或以电缆取代架空线等来减少系统阻抗，降低电压损耗，从而减小电压偏差，但增大导线电缆的截面或以电缆取代架空线等，要增加线路投资。15四、电压波动及其抑制1、含义：电压波动是指电网电压有效值(方均根值)的连续快速变动，即：%100%minmaxNUUUU（3）合理改变系统的运行方式负荷重时（白天），往往电压偏低，将变压器的高压线圈分接开关换接到-5%的分接头以升高设备端电压。但负荷轻时（晚间），往往电压偏高，这时如能切除变压器，改用与相邻变压器所相联的低压联络线路低压供电，既可减少这台变压器的电能损耗，又可由于投入低压联络线而增加线路的电压损耗，从而降低所出现的过高电压。（4）尽量使系统的三相负荷均衡三相负荷不均衡时，负荷端中性点电位偏移，造成有的相电压升高，从而增大线路的电压偏差。（5）采用无功功率补偿装置一般，电力系统中由于存在大量的感性负荷，因此系统中出现大量相位滞后的无功功率，导致功率因数的降低和系统的电压损耗的增大。可采用并联电容器或同步补偿机。162、电压波动的产生与危害产生原因：负荷剧烈变化引起冲击负荷，如电机起动、电焊机、电弧炉、轧钢机。危害：使得设备无法正常工作。3、电压波动的抑制措施专用线路或专用变压器供电、减少系统阻抗、减小引起波动的负荷、高电压等级、大容量供电、装设吸收无功装置五、电网谐波及其危害含义：对周期性非正弦交流量进行傅里叶级数分解所得到的大于基波频率(50Hz)整数倍的各次分量，通常称为高次谐波。（电路中非线性元件造成）危害：使变压器及电动机的铁心损耗明显增加、电动机转子发生振动现象、电力系统发生电压谐振、对附近的通信设备和通信线路产生信号干扰。六、三相不平衡及其改善（一）三相不平衡的产生及其危害三相不平衡：三相电压或电流值不相等，或相角不互差1200。三相不平衡产生原因：三相负荷不平衡。危害：不平衡的三相电压或电流，按对称分量法，可分为正序分量、负序分量和零序分量。由于负序电压的存在，使三相感应电动机在产生正向转矩的同时，还产生一个反向转矩，从而降低电动机的输出转矩，并使电机绕组电流增大，温升增高，缩短电动机使用寿命。使三相变压器容量不能得到充分利用。对多相整流装置，将严重影响多相触发脉冲的对称性，使整流装置产生较大的谐波，影响电能质量。17（二）电压不平衡度及其允许值电压不平衡度：%100%12UUU式中，U2：电压负序分量的方均根值，U1：电压正序分量的方均根值规定（1）正常允许2%，短时不超过4%（2）接于公共连接点的每个用户一般不得超过1.3%（三）改善三相不平衡的措施（1）使三相负荷均衡分配三相系统中各相安装的单相用电设备容量之差不超过15%。（2）使不平衡负荷分散连接（3）使不平衡负荷接入更高电压的电网由于更高电压的电网具有更大的短路容量，因此接入不平衡负荷时对三相不平衡度的影响可大大减小。（4）采用可调的平衡化装置18（二）工厂高压配电电压的选择工厂供电系统的高压配电电压，主要取决于工厂高压用电设备的电压和容量、数量等因素。一般：10KV，35KV（厂区要有满足35KV架空线路深入各车间负荷中心的“安全走廊”，可用高压深入负荷中心的直配方式）（三）工厂低压配电电压的选择工厂供电系统的低压配电电压，一般：220/380V。660V（采矿、石油和化工），1140V（井下）。采用660V或1140V配电，较之采用380V配电，可以减少线路的电压损耗，提高负荷端的电压水平，而且能减少线路的电能损耗，是节电有效措施，是发展趋势。七、工厂供配电电压的选择（一）工厂供电电压的选择工厂供电电压的选择，主要取决于当地电网的供电电压等级，同时要考虑工厂用电设备的电压、容量和供电距离等因素。在同一输送功率和输送距离条件下，供电电压越高，则线路电流越小，使线路导线或电缆截面越小，可减少线路的初投资和有色金属消耗量。19第四节电力系统中性点运行方式电力系统电源中性点的不同运行方式，对电力系统的运行特别是在系统发生单相接地故障时有明显的影响，而且将影响系统二次侧的继电保护及监测仪表的选择与运行。种类：中性点不接地系统、中性点经阻抗接地系统、中性点直接接地系统1、中性点不接地的电力系统正常运行：电压、电流对称。单相接地：另外两相对地电压升高为原来的倍。单相接地电容电流为正常运行时相线对地电容电流的3倍。单相接地电流经验公式：350)35(cabohNCllUI3)(kmUlNoh路总长度的具有电联系的架空线为同一电压)(kmUlNcab路总长度的具有电联系的电缆线为同一电压202、中性点经消弧线圈接地正常运行：三相电压、电流对称单相接地：另两相对地电压升高为原来的倍。流过接地点的电流为接地电容电流与流过消弧线圈的电感电流之和，因电容电流超前电压，电感电流滞后电压，流过接地点的总电流减小了，不发生电弧，不会出现谐振过压现象。在单相接地电容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。3~10KV系统中单相接地电流大于30A；20KV及以上的单相接地电流大于20A，