工厂供电技术.

EXIT工厂供电课程基本内容•供电，就是指工矿企业所需电能的供应和分配，亦称配电。•供电系统：工矿企业的用电系统。工矿企业所需的电力电源从进厂起到所有用电设备入端止的整个电路及其中的变配电设备。•供配电技术(Engineeringofpoweranddistribution)就是研究电力的供应和分配问题。EXITEXIT•学习任务：•了解电力用户的电力供应和分配问题；掌握简单供电系统运行、维护和设计计算所需的基础知识和基础理论.•章节简介•前修课程：电路、电子技术、电机学、电力工程•非常重要的专业课，要考试，务必高度重视。EXIT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EXIT1.1.1电力系统1.系统：由相互作用、依赖的若干部分组成的具有特定功能的有机整体，它又从属于一个更大的系统（《系统论》）2.电力系统：完成电能生产、输送、分配、消费的统一整体。通常由发电机、变压器、电力线路和负荷等电力设备组成的三相交流系统。1.1电力系统基础EXIT1．1．1发电厂1．1电力系统的基本概念发电厂是生产电能的工厂。它把其它形式的能源，如煤炭、石油、天然气、水能、原子核能、风能、太阳能、地热、潮汐能等等，通过发电设备转换为电能。我国以火电发电为主，其次是水电和原子能发电。电能的生产供用电环节变压输配电使用EXIT火力发电厂水力发电厂原子能发电厂发电厂1．1电力系统的基本概念1．1．1发电厂火力发电厂是指用煤、油、天然气等为燃料的发电厂。将燃料燃烧加热锅炉中的水，利用高温高压的水蒸气推动汽轮机，带动与它联轴的发电机发电。水力发电厂是把水的位能和动能转变成电能的发电厂。主要可分为堤坝式和引水式水力发电厂。原子能发电厂又称核电站，是利用核裂变能量转化为热能，再按火力发电厂方式利用原子核反应堆发电。EXIT1．1．2变配电所变电所起着变换电能电压、接受电能与分配电能的作用，是联系发电厂和用户的中间环节。如果变电所只用以接受电能和分配电能，则称为配电所。变电所有升压和降压之分。升压变电所多建在发电厂内，把电能升高后，再进行长距离输送。降压变电所多设在用电区域，将高压电适当降低电压后，对某地区或用户供电。降压变电所地区降压变电所终端变电所工厂降压变电所及车间变电所地区降压变电所又称为一次变电站。位于一个大用电区或一个大城市附近，从220kV～500kV的超高压输电网或发电厂直接受电，通过变压器把电压降为35～110kV，供给该区域的用户或大型工厂用电。终端变电所又称二次变电站，多位于用电的负荷中心，高压侧从地区降压变电所受电，经变压器降到6～10kV，对某个市区或农村城镇用户供电。工厂降压变电所又称工厂总降压变电所，与终端变电所类似，它是对企业内部输送电能的中心枢纽。车间变电所接受工厂降压变电所提供的电能，将电压降为220/380V，对车间各用电设备直接供电。EXIT1．1．3电力网电力系统中各级电压的电力线路及与其连接的变电所，总称为电力网，简称电网。电力网是电力系统的一部分，是输电线路和配电线路的统称，是输送电能和分配电能的通道。电网由各种不同电压等级和不同结构类型的线路组成，从电压的高低可将电力网分为低压网、中压网、高压网和超高压网等。电压在1kV以下的称低压网；1kV到10kV的称中压网；高于10kV低于330kV的称高压网；330kV及以上的称超高压网。EXIT电网按电压高低和供电范围大小可分为区域电网和地方电网。区域电网的供电范围大，电压一般在220kV及以上；地方电网的供电范围小，电压一般为35～110kV。电网也往往按电压等级来称呼，如说10kV电网或10kV系统，就是指相互连接的整个10kV电压的电力线路。根据供电地区的不同有时也将电网称为城市电网和农电网。1．1．3电力网EXIT图1.1电力系统示意图EXIT发电机生产的电能，受发电机制造电压的限制，不能远距离输送。因此，通常使发电机的电压经过升压达220～500kV，再通过超高压远距离输电网送往远离发电厂的城市或工业集中地区，通过那里的区域降压变电所将电压降到35～110kV，然后再用35～110kV的高压输电线路将电能送至工厂降压变电所降至6～10kV配电或终端变电所。如图1.2所示。图1.2从发电厂到用户的送电过程示意图1．1电力系统的基本概念EXIT1．1．4高压直流输电1．远距离输电及跨海输电；2．联接两个不同频率的电网，并可实现定电流控制，限制短路电流。EXIT1．1．4高压直流输电1．远距离输电及跨海输电跨海输电及远距离输电容量大，如采用交流输电的话，由于距离长，线路感抗也将增大，从而限制了输送容量，而且造成运行不稳定。另外，由于交流线路存在分布电抗和对地分布电容，会引起线路电压在很大范围内发生变化，必须投入无功补偿设备，投资增加。若采用直流输电，则不存在此类问题。直流输电线路具有架设方便、能耗小、导线截面可得到充分利用及绝缘强度高等优点，使其更适宜于远距离大容量输电。EXIT1．1．4高压直流输电2．联接两个不同频率的电网，并可实现定电流控制，限制短路电流。直流输电一般由整流站、直流线路和逆变站三部分组成。在输送功率的过程中，整流站把送端系统的三相交流电变为直流电，通过直流电路送到用户，再通过逆变站把直流电转变为交流电，供给用户。今天的直流输电是以交流电力系统为基础，在直流输电网的两端是两个换流站和交流系统，如图1.3所示。若将电能从交流系统A输送到交流系统B，则换流装置Ⅰ把交流整流成直流，通过直流电网输送给换流装置Ⅱ，换流装置Ⅱ再把直流逆变为与交流系统B同频率同相位的交流电馈送给交流系统B。图1.3直流输电系统结构示意图EXIT•电能用户•电能用户又称电力负荷。在电力系统中，一切消费电能的用电设备均称为电能用户。•用电设备按其用途可分为动力用电设备(如电动机等)、工艺用电设备(如电解、电镀、冶炼、电焊、热处理等)、电热用电设备(如电炉、干燥箱、空调器等)、照明用电设备和试验用电设备等，它们将电能转换为机械能、热能和光能等不同形式，以满足生产、生活的不同需要。1．1．5电能用户EXIT1．1．5电能用户烧结机、连续铸管机、卷取机、回转窑等设备要增加变流环节，而且功率因数也会降低。提升机、高炉卷扬机、各种轧钢机以及工厂大量使用的各类吊车、起重机等的拖动电机，呈周期性工作，其负荷时刻变化，经常处于低负载状态，功率因数也偏低，一般在0.5～0.6以下。工业用电炉在精炼期间，三相负荷均匀对称，起始熔炼期间，电流可达其额定值的3.0～3.5倍，以致引起很大的网路电压波动。电解设备工作时负荷均匀稳定，功率因数较低高（0.8～0.9），且不允许停电。电焊设备工作时负荷情况不匀称，功率因数很低。工厂的照明设备功率因数很高，通常为0.95～1.0。EXIT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：操作简便、起动迅速、效率较高。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。EXIT这类负荷在供电突然中断时将造成人身伤亡的危险，或造成重大设备损坏且难以修复，或给国民经济带来极大损失。一级负荷二级负荷三级负荷要求由两个独立电源供电。而对特别重要的一级负荷，应由两个独立电源供电。这类负荷如果突然断电，将造成生产设备局部破坏，或生产流程紊乱且难以恢复，工厂内部运输停顿，出现大量废品或大量减产，因而在经济上造成一定损失。二级负荷应由两回路供电，两个回路应尽可能引自不同的变压器或母线段。不属于一级和二级负荷的电能用户均属于三级负荷。对供电无特殊要求，允许较长时间停电，可采用单回路供电。对可靠性的要求不同划分1工厂的电力负荷，根据其对供电可靠性的要求及中断供电造成的损失或影响的程度分为三级。EXIT2负荷供电要求1）一级负荷对供电电源的要求应由两个独立电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到损坏。独立电源是指不受其它电源的影响与干扰的电源。具备下列两个条件的发电厂或变电所的不同母线段均属独立电源：①每段母线的电源来自不同的发电机，且以后的输、变、配电各环节叉均为分列运行；②母线段之间无联系，或虽有联系但当其中一段母线发生故障时，能自动断开联系，不影响其余母线段继续供电。1.1电力系统基础EXIT特殊重要的一级负荷通常称为保安负荷。对保安负荷必须备有应急使用的可靠电源。常用的应急电源有：独立于正常电源的发电机组，干电池，蓄电池，供电系统中有效地独立于正常电源的专门供电线路。1.1电力系统基础EXIT2）二级负荷对供电电源的要求要求做到当发生供电变压器故障时不致中断供电，或中断后能迅速恢复供电。二级负荷应由两回线路供电，两回线路应尽可能引自不同的变压器或母线段。当取得两回线路确有困难时，允许由一回专用架空线路供电。3）三级负荷对供电电源的要求对供电电源无特殊要求，允许较长时间停电，可用单回线路供电。1.1电力系统基础EXIT在大型工业企业中，一、二级负荷约占总负荷的60％以上，因此即使是短时停电所造成的损失也是很大的。此外，各级负荷不能孤立地看待，一个企业中只要有一个一级负荷，则该企业的总降压变电所对于上级供电部门来说就是一级负荷。在掌握了负荷分级及其对供电的要求后，在设计新建企业的供电系统时可以根据实际情况来进行方案的拟定和分析比较，使确定的供电方案在技术经济上最合理。1.1电力系统基础EXIT3用户对供电的要求①保证供电安全可靠安全是指不发生人身触电事故和因电气故障而引起的爆炸、火灾等重大灾害事故。供电的可靠性是指供电系统不间断供电的可能程度。②保证供电电能质量对于用户，良好的电能质量是指电压偏移不超过额定值的±5％，频率偏移不超过±0.2～0.5Hz，正弦交流的波形畸变极限值在3％～5％的允许范围之内。1.1电力系统基础EXIT③保证供电系统的经济性该项要求供电系统的一次投资要少，运行费用要低。在满足前两项要求的前提下，尽可能节约电能和减少有色金属的消耗量。1.1电力系统基础EXIT1.2.1电力系统电压等级1.电力网为何要采用高电压？远距离大容量输电的压降和损耗：容量：压降：损耗：电流越小，则导体截面越小，投资越小。但是电压越高，变压器、塔杆、断路器等设备绝缘要求就高a.截面积与损耗b.绝缘与投资两方面取折衷IZVRIPL2UIS31.2电力系统电压和电能质量EXIT电压等级(kV)输送容量(MVA)输送距离（km）输电7502000~2500500以上区5001000~1500150~850跨省220100~500100~300跨地区高中压配电11010~5050~100县市352~1020~50县市内100.2~26~20市内低压配电380/220楼内、农电2.线路电压与容量、距离的关系1.2电力系统电压和电能质量EXIT额定电压就是电器长时间工作时所适用的最佳电压。通俗的讲，电器正常工作（如灯泡正常发光，电机正常运转等）时两端的电压值。高了容易烧坏，低了不正常工作（灯泡发光不正常，电机不正常运转）。此时电器中的元器件都工作在最佳状态，只有工作在最佳状态时，电器的性能才比较稳定，这样电器的寿命才得以延长。为了方便的指明某一电气设备或系统的电压级别（设备应该在额定电压下工作）而设定的标称值，通常额定电压也称为标称电压。1.2电力系统电压和电能质量EXIT3.为何要确定额定电压?电网(线路)的额定电压只能使用国家规定的额定电压。它是确定各类电气设备额定电压的基本依据。标准化：避免电压等级数量的无限制扩大，导致互联困难。最佳的技术经济性能：电力设备需要在额定电压下进行优化设计、制造和使用。1.2电力系统电压和电能质量EXIT用电设备的额定电压:线路首端与末端的平均电压即电网的额定电压。用电设备的额定电压规定与同级电网的额定电压相同。如图中虚线所示。是铭牌上标出的线电压。发电机的额定电压:发电机额定电压规定高