第一节 工厂供电及概述

第一节工厂供电及电力系统的基本知识一、工厂供电的意义和要求•工厂供电是指工厂用电设备所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。二、工厂供电系统概况工厂供电系统，是指从电源进线进厂起到高低压用电设备进线端止的整个电路系统，包括厂内的变、配电所及所有高低压配电线路。供电系统分类：单线图：只用一根线表示三相线路(一)具有高压配电所的供电系统(二)具有总降压变电所的供电系统(三)高压深入负荷中心的供电系统高压深入负荷中心的工厂供电系统简图(四)只有一个变电所或配电所的供电系统只设一个降压变电所的小型工厂供电系统简图低压进线的小型工厂供电系统简图一次绕组：规定变压器接受功率的一侧，相当于用电设备；二次绕组：规定变压器输出功率的一侧，相当于电源设备；概念电力变压器一次绕组当变压器直接与发电机相连时，其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%。不与发电机相连而是连接在线路上时，额定电压应与电网额定电压相同。变压器的输入绕组叫一次绕组，输出绕组叫二次绕组，二次绕组没有负载叫开路，有负载叫不开路。电力变压器的二次绕组与用户直接相连时，其额定电压比电网电压高5%，仅考虑补偿变压器满载运行时绕组本身的5%电压降。与用户不直接相连时，其额定电压比电网电压高10%。其中5%用于补偿变压器满载运行时绕组本身约5%的电压降。例：图A是一个升压变压器，一次侧接发电机，电压等级为10KV，二次侧接输电网，电压等级(电网电压）为220KV。？例：图B是一个降压变压器，一次侧接输电网，网络额定电压为220KV，二次侧接配电网，网络额定电压为100KV。图B降压变压器？二、电压偏差与电压调整1.电压偏差的含义及其计算设备在给定瞬间的端电压U与其额定电压UN之差对额定电压UN的百分值%100%NNUUUU2.电压偏差对设备运行的影响对感应电动机的影响当感应电动机的端电压较其额定电压低10%时，由于其转矩与其端电压成正比，因此其转矩将只有额定转矩的81%，而负荷电流将增大5%~10%以上，温升将增高10%~15%以上，绝缘老化程度将比规定增加一倍以上，从而明显地缩短电机的使用寿命。同时，电动机由于转矩减小，转速下降，不仅会降低生产效率，减少产量，而且还会影响产品质量，增加废次品。(一).电压偏差及其允许值当其端电压较其额定电压偏高时，负荷电流和温升也将增加，绝缘相应受损，对电动机也是不利的，也要缩短其使用寿命。对同步电动机的影响当同步电动机的端电压偏高或偏低时，转矩也要按电压平方成正比变化，因此同步电动机的端电压偏差，除了不会影响其转速外，其他如对转矩、电流和温升等的影响，与感应电动机相同。对电光源的影响电压偏差对白炽灯的影响最为显著。当白炽灯的端电压降低10%时，灯泡的使用寿命将延长2~3倍，但发光效率将下降30%以上，灯光明显变暗，照度降低，严重影响人的视力健康，降低工作效率，还可能增加事故。当其端电压升高10%时，发光效率将提高1/3，但其使用寿命将大大缩短，只有原来的1/3。3.允许的电压偏差GB50052—1995《供配电系统设计规范》规定,(1)电动机为±5%。(2).电气照明:一般工作场所为±5%；对于远离变电所的小面积一般工作场所，难以满足上述要求时，可为+5%，-10%；应急照明、道路照明和警卫照明等，为+5%，-10%。(3).其他用电设备，当无特殊规定时为±５％。(二).电压调整措施•正确选择无载调压型变压器的电压分接头或采用有载调压型变压器其高压绕组（一次绕组）有UN±5%UN的5个电压分接头，并装设有无载调压分接开关.图1-12电力变压器的分接开关a)分接开关接线b）分接开关结构合理减少系统的阻抗可考虑减少系统的变压级数、增大导线电缆的截面或以电缆取代架空线等来减少系统的阻抗，降低电压损耗，从而缩小电压偏差，达到电压调整的目的。合理改变系统的运行方式在生产为一班制或两班制的工厂或车间中，工作班时间内，负荷重，电压往往偏低，因而需要将变压器高压绕组的分接头调在-5%的位置上。但这样一来，到夜间负荷轻时，电压就会过高。这时如能切除变压器，改由低压联络线供电，则既能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。对于两台变压器并列运行的变电所，在负荷轻时切除一台变压器，同样可起到降低过高电压的作用。尽量使系统的三相负荷均衡在有中性线的低压配电系统中，如果三相负荷分布不均衡，则将使负荷端中性点电位偏移，造成有的相电压升高，从而可能使相电压过高的那一线路上的单相设备烧毁，同时使三相设备的运行也不正常。为此，应使三相负荷分布尽可能均衡。采用无功功率补偿装置系统中由于存在大量的感性负荷，如电力变压器、感应电动机、电焊机、高频炉、气体放电灯等，因此出现大量相位滞后的无功功率，降低功率因数，增大系统的电压损耗。为了提高系统的功率因数，减少系统的电压损耗，可采用接入并联电容器或同步补偿机，使之产生相位超前的无功功率，以补偿系统中相位滞后的无功功率。这些专用于补偿无功功率的并联电容器和同步补偿机，统称为无功补偿设备。由于并联电容器无旋转部分，具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小及组装灵活、便于扩充等优点，因此在工厂供电系统中并联电容器补偿得到了广泛的应用。但必须指出，采用专门的无功补偿设备，需要额外增加投资。因此在进行电压调整时，应优先考虑前面的各项措施，以提高系统的经济效果。三、电压波动及其抑制•（一）电压波动的有关概念1.电压波动与闪变电压波动是指电网电压有效值（方均根值）的连续快速变动。（电压有效值：让恒定电压和交变电压分别加在阻值相等的电阻上，使它们在相同时间内产生的热量相等，就可以把该恒定电压的数值规定为这个交变电压的有效值。）2.电压波动的产生与危害产生：负荷急剧变化引起冲击性负荷如电机启动、电焊机、电弧炉、轧钢机危害：使得设备无法不能正常工作(二）电压波动的抑制措施(1).对负荷变动剧烈的大型电气设备，采用专用线路或专用变压器单独供电。这是最简便有效的办法。(2).设法增大供电容量，减小系统阻抗。(3).在系统出现严重的电压波动时，减少或切除引起电压波动的负荷。(4).对大容量电弧炉的炉用变压器，宜由短路容量较大的电网供电，一般采用更高电压等级的电网供电。(5).对大型冲击性负荷，如果采用上述措施达不到要求时，可装设能“吸收”冲击无功功率的静止型无功补偿装置（SVC）。SVC是一种能吸收随机变化的冲击无功功率和动态谐波电流的无功补偿装置。四、三相不平衡及其改善•(一).三相不平衡电压或电流的产生及其危害三个相的电压或电流幅值或有效值不等，或者三个相电压或电流的相位差不为120º。主要原因：是三相负荷不平衡（不对称）引起的。三相的不平衡电压或电流，可以按对称分量法将其分解为正序、负序和零序分量。•(二).改善三相不平衡的措施(1).在供电设计和安装中，应尽量使三相负荷均衡分配。(2).将不对称的负荷尽可能地分散接到不同的供电点，以免集中连接造成严重的三相不平衡。(3).不对称的负荷接到更高一级电压的电网上，以增大连接点的短路容量，减小不对称负荷的影响。(4).采用可调的平衡化装置，包括具有分相补偿功能的静止型无功补偿装置（SVC）和静止无功电源（SVG）。五、电网谐波及其抑制谐波污染、电磁干扰和功率因子降低已成为电力系统的三大公害。谐波产生的原因：在电力系统中，电压和电流波形理论上应是工频下的正弦波。(1)电源本身以及输配电系统产生的谐波。发电机三相绕组很难做到绝对对称，铁心也很难做到绝对均匀一致，输配电系统中变压器由于其铁芯饱和时，磁化曲线呈非线性，相当于非线性器件，饱和程度越深波形畸变也就越严重，再加上设计时出于经济性考虑，使磁性材料工作在磁化曲线的近饱和区段，从而产生谐波电流。电源和输配电系统虽然产生谐波，但这两方面产生的谐波所占的比例一般都很小。(2)电力系统负荷端大量的大功率换流设备和调压装置的广泛应用产生的谐波如荧光灯、电弧炉、变频设备、家用电器等。这些用电设备具有非线性特征，即使供给的是标准的正弦波电压，也会产生谐波电流注入系统，给电网造成大量的谐波，甚至会因为参数配置问题使得局部区域产生放大，由用电设备产生的谐波所占比例很大，是电网主要的谐波源。谐波对电力系统的危害(1)谐波会引起谐振和谐波电流的放大统计数据显示，在谐波引起的事故中有约75％是电容器和与之串联的电抗器被烧毁。(2)谐波影响系统的稳定运行和电网的供电质量(3)谐波影响各种电气设备和电子设备的正常工作另外，谐波还会对通信系统造成干扰，产生噪声，降低通信质量，影响仪表等设备的精度，导致计量混乱，减少设备使用寿命等各种严重危害。抑制谐波的措施(1)降低谐波源的谐波含量。即在谐波源上采取措施，最大限度地避免谐波的产生。具体方法有：①增加整流器的脉动数。整流器是电网中的主要谐波源，增加整流脉动数，可平滑波形，减少谐波。如：整流相数为6相时，5次谐波电流为基波电流的18.5%，7次谐波电流为基波电流的12%，如果将整流相数增加到12相，则5次谐波电流可下降到基波电流的4.5%，7次谐波电流下降到基波电流的3%；②三相整流变压器采用Y/△或△/Y的接线，可消除3的倍数次的高次谐波，这是抑制高次谐波的最基本的方法。(2)在谐波源处吸收谐波电流。这是对已有的谐波进行有效抑制的方法①将无源滤波器安装在电力电子设备的交流侧。L、C、R元件构成谐振回路②有源滤波器(APF)。即利用可控的功率半导体器件向电网注入与原有谐波电流幅值相等、相位相反的电流，使电源的总谐波电流为零，达到实时补偿谐波电流的目的。③防止并联电容器组对谐波的放大。在电网中并联电容器组起改善功率因数和调节电压的作用。当谐波存在时，在一定的参数下电容器组会对谐波起放大作用，危及电容器本身和附近电气设备的安全。可采取串联电抗器，或将电容器组的某些支路改为滤波器，还可以采取限定电容器组的投入容量，避免电容器对谐波的放大。④加装静止无功补偿装置。快速变化的谐波源，如：电弧炉、电力机车和卷扬机等，除了产生谐波外，往往还会引起供电电压的波动和闪变，有的还会造成系统电压三相不平衡，严重影响公用电网的电能质量。在谐波源处并联装设静止无功补偿装置，可有效减小波动的谐波量，同时，可以抑制电压波动、闪变、三相不平衡，还可补偿功率因数。(3)改善供电环境。选择合理的供电电压并尽可能保持三相电压平衡，可以有效地减小谐波对电网的影响。谐波源由较大容量的供电点或高一级电压的电网供电，承受谐波的能力将会增大。对谐波源负荷由专门的线路供电，减少谐波对其他负荷的影响，也有助于集中抑制和消除高次谐波。第三节电力系统中性点运行方式及低压配电系统接地型式一.电力系统的中性点运行方式电力系统中性点指三相电力系统中绕组或线圈采用星形连接的电力设备（如发电机、变压器等）各相的连接对称点和电压平衡点，其对地电位在电力系统正常运行时为零或接近于零。意义：电力系统的中性点运行方式是一个综合性问题，对于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：它与电压等级、单相接地电流、过电压水平、保护配置等有关；直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性、主变压器和发电机的运行安全以及通信线路的抗干扰能力等。二、中性点运行方式及特点电力系统中性点运行方式分类中性点直接接地（大电流接地系统）：220KV,110KV,380/220V中性点非直接接地（小电流接地系统）中性点不接地：3KV-10KV中性点经消弧线圈接地:3-6KV,Id20A10KV,Id20A20-63KV,Id10A三.低压配电系统的接地型式(一).有关的概念我国的220/380V低压配电系统，广泛采用中性点直接接地的运行方式，而且引出有中性线（N）、保护线（PE）或保护中性线（PEN)。(1).中性线（N线）其功能一是用来连接额定电压为系统相电压的单相用电设备，二是用来传导三相系统中的不平衡电流和单相电流，三是减小负荷中性点的电位偏移。(2).保护线（PE线）它是为保