工厂供电第1章概论.

第一章概论第一节工厂供电的意义、要求及课程任务第二节工厂供电系统及发电厂、电力系统与工厂的自备电源第三节电力系统的电压与电能质量一.工厂供电系统概况二.发电厂和电力系统简介三.工厂自备电源简介一.概述二.三相交流电网和电力设备的额定电压三.电压偏差与电压调整四.电压波动及其抑制五.电网谐波及其抑制六.三相不平衡及其改善七.工厂供配电电压的选择第四节电力系统中性点运行方式及低压配电系统接地型式复习思考题习题一.电力系统的中性点运行方式二.低压配电系统的接地型式内容提要：本章概述工厂供电有关的一些基本知识和基本问题，为学习本课程奠定一个初步的基础。首先扼要说明工厂供电的意义、要求及本课程的任务，然后简介一些典型的工厂供电系统及发电厂、电力系统和工厂自备电源的基本知识，接着重点讲述电力系统的电压和电能质量问题，最后讲述电力系统的中性点运行方式和低压配电系统的接地型式。第一节工厂供电的意义、要求及课程任务工厂供电（plantpowersupply），是指工厂所需电能的供应和分配，也称工厂配电。众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其他形式的能量转换而来，也易于转换为其他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，而且现代社会的信息技术和其他高新技术无一不是建立在电能应用的基础之上的。因此电能在现代工业生产及整个国民经济生活中的应用极为广泛。在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小（除电化等工业外）。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，一般机械工业在供电设备上的投资，也仅占总投资的5%左右。因此电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占比重多少，而是在于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，降低生产成本，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。从另一方面来说，如果工厂供电突然中断，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或生态环境上甚至政治上的重大损失。因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能和环保工作，就必须达到以下基本要求：(1)安全在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。(2)可靠应满足电能用户对供电可靠性即连续供电的要求。(3)优质应满足电能用户对电压和频率等的质量要求。(4)经济供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属消耗量。第一章概论从图1-1可以看出，该厂的高压配电所有两条10kV的电源进线，分别接在高压配电所的两段母线上。这两段母线间装有一个分段隔离开关（又称联络隔离开关）形成所谓“单母线分段制”。在任一条电源进线发生故障或进行检修而被切除后，可以利用分段隔离开关的闭合，由另一条电源进线恢复对整个配电所特别是其重要负荷的供电。这类接线的配电所通常的运行方式是：分段隔离开关闭合，整个配电所由一条电源进线供电，其电源通常来自公共电网（电力系统），而另一条电源进线作为备用，通常从邻近单位取得备用电源。此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部和当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。例如计划用电问题，就不能只考虑一个单位的局部利益，更要有全局观点。本课程的任务，主要是讲述中小型工厂内部的电能供应和分配问题，并讲述电气照明，使学生初步掌握中小型工厂供电系统和电气照明运行维护和简单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工作奠定一定的基础。第二节工厂供电系统及发电厂、电力系统与工厂的自备电源一.工厂供电系统概况一般中型工厂的电源进线电压是6～10kV。电能先经高压配电所（high-voltagedistributionsubstation，缩写HDS）集中，再由高压配电线路将电能分送到各车间变电所（shoptransformersubstation，缩写STS），或由高压配电线路直接供给高压用电设备。车间变电所内装设有配电变压器，将6～10kV的高压降为一般低压用电设备所需的电压如220/380V（220V为相电压，380V为线电压），然后由低压配电线路将电能分送给低压用电设备使用。图1-1是一个比较典型的中型工厂供电系统简图。该图未绘出各种开关电器（除母线和低压联络线上装设的联络开关外），而且只用一根线来表示三相线路，即绘成单线图的形式。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是图1-1（右下重现便于对照阅读）所示工厂供电系统的平面布线示意图。图1-2图1-1所示工厂供电系统的平面布线示意图图1-1中型工厂供电系统简图对于大型工厂及某些电源进线电压为35kV及以上的中型工厂，一般经两次降压，也就是电源进厂以后，先经总降压变电所，其中装有较大容量的电力变压器，将35kV及以上的电源电压降为6～10kV的配电电压，然后通过高压配电线将电能送到各个车间变电所，也有的中间经高压配电所再送到车间变电所，最后车间变电所经配电变压器降为一般低压用电设备所需的电压。其简图如图1-3所示。图1-3具有总降压变电所的工厂供电系统简图有的35kV进线的工厂，只经一次降压，即35kV线路直接引入靠近负荷中心的车间变电所，经车间变电所的配电变压器直接降为低压用电设备所需的电压，如图1-4所示。这种供电方式，称为高压深入负荷中心的直配方式。这种直配方式，可以省去一级中间变压，从而简化了供电系统接线，节约了投资和有色金属，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，否则不能采用，以确保供电安全。图1-4高压深入负荷中心的工厂供电系统简图对于小型工厂，由于其容量一般不大于1000kVA或稍多，因此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所示。图1-5只设一个降压变电所的小型工厂供电系统简图a)装有一台变压器b）装有两台主变压器如果工厂所需容量不大于160kVA时，一般采用低压电源进线，直接由公共低压电网供电。因此工厂只需设一个低压配电间，如图1-6所示。图1-6低压进线的小型工厂供电系统简图由以上分析可知，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。供电系统中的母线（busbar），又称汇流排，其任务是汇集和分配电能。而工厂供电系统，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。二.发电厂和电力系统简介由于电能的生产、输送、分配和使用的全过程，实际上是在同一瞬间实现的，彼此相互影响，因此我们除了了解工厂供电系统概况外，还需了解工厂供电系统电源方向的发电厂和电力系统的一些基本知识。(一)发电厂发电厂（powerplant）又称发电站，是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。发电厂按其所利用的能源不同，分为水力发电厂、火力发电厂、核能发电厂以及风力发电厂、地热发电厂、太阳能发电厂等类型。1.水力发电厂水力发电厂简称水电厂或水电站，它利用水流的位能来生产电能。当控制水流的闸门打开时，水流沿进水管进入水轮机蜗壳室，冲动水轮机，带动发电机发电。其能量转换过程是：水流位能机械能电能水轮机发电机由于水电站的发电容量与水电站所在地点上下游的水位差（即落差，又称水头）及流过水轮机的水量（即流量）的乘积成正比，所以建造水电站，必须用人工的办法来提高水位。最常用的提高水位的办法，是在河流上建造一道很高的拦河坝，形成水库，提高上游水位，使坝的上下游形成尽可能大的落差，水电站就建在坝的后边。这类水电站，称为坝后式水电站。我国一些大型水电站包括长江三峡水电站就属于这种类型。另一种提高水位的办法，是在具有相当坡度的弯曲河段上游，筑一低坝，拦住河水，然后利用沟渠或隧道，将上游水流直接引至建设在弯曲河段末端的水电站。这类水电站，称为引水式水电站。还有一类水电站，是上述两种方式的综合，由高坝和引水渠道分别提高一部分水位。这类水电站，称为混合式水电站。水电建设的初投资较大，建设周期较长，但发电成本较低，仅为火电发电成本的1/3～1/4；而且水电属于清洁、可再生的能源，有利于环境保护；同时水电建设，通常还兼有防洪、灌溉、航运、水产养殖和旅游等多项功能。而我国的水力资源十分丰富（特别是我国的西南地区），居世界首位。因此我国确定要大力发展水电，并实施“西电东送”工程，以促进整个国民经济的发展。2.火力发电厂火力发电厂简称火电厂，它利用燃料的化学能来生产电能。我国的火电厂以燃煤为主。为了提高燃煤效率，都将煤块粉碎成煤粉燃烧。煤粉在锅炉的炉膛内充分燃烧，将锅炉内的水烧成高温高压的蒸汽，推动汽轮机带动发电机旋转发电。其能量转换过程是：燃料化学能热能机械能锅炉汽轮机电能发电机现代火电厂一般都根据节能减排和环保要求，考虑了“三废”（废水、废汽、废渣）的综合利用或循环使用。有的不仅发电，而且供热。兼供热能的火电厂，称为热电厂。火电建设的重点，是煤炭基地的坑口电站。我国一些严重污染环境的低效火电厂，已按节能减排的要求陆续予以关停。我国火电发电量在整个发电量中的比重已逐年降低。3.核能发电厂核能（原子能）发电厂通称核电站，它主要是利用原子核的裂变能来生产电能。其生产过程与火电厂基本相同，只是以核反应堆（俗称原子锅炉）代替燃煤锅炉，以少量的核燃料代替大量的煤炭。其能量转换过程是：核裂变能热能机械能核反应堆汽轮机电能发电机由于核能是巨大的能源，而且核电也是相当安全和清洁的能源，所以世界上很多国家都很重视核电建设，核电在整个发电量中的比重逐年增长。我国在上世纪80年代就确定要适当发展核电，并已陆续兴建了秦山、大亚湾、岭澳等多座大型核电站。4.风力发电、地热发电和太阳能发电简介(1)风力发电：它建在有丰富风力资源的地方，利用风力的动能来生产电能。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。但是风能的能量密度较小，因此单机容量不可能很大；而且它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。(2)地热发电：它建在有足够地热资源的地方，利用地球内部蕴藏的大量地热资源来生产电能。地热发电不消耗燃料，运行费用低。它不象火力发电那样，要排出大量灰尘和烟雾，因此地热还是属于比较清洁的能源。但是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。(3)太阳能发电：它利用太阳的光能或热能来生产电能。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。这已广泛应用在人造地球卫星和宇航装置上。利用太阳热能发电，可分直接转换和间接转换两种方式。温差发电、热离子发电和磁流体发电，均属于热电直接转换。而通过集热装置和热交换器，加热给水，使之变为蒸汽，推动汽轮发电机发电，与火电发电相同，属于间接转换发电。太阳能发电厂建在常年日照时间较长的地方。太阳能是一种十分安全、经济、没有