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1、 三三.工厂的自备电源简介工厂的自备电源简介 二二.发电厂和电力系统简介发电厂和电力系统简介 一一.工厂供电系统概况工厂供电系统概况第二节第二节 工厂供电系统及发电厂、电力系统和自备电源简介工厂供电系统及发电厂、电力系统和自备电源简介 三三.本课程的任务本课程的任务 二二.工厂供电的要求工厂供电的要求 一一.工厂供电的意义工厂供电的意义第一节第一节 工厂供电的意义、要求及课程任务工厂供电的意义、要求及课程任务第一章第一章 概概 论论第三节第三节 电力系统的电压与电能质量电力系统的电压与电能质量 一一.概述概述 二二.三相交流电网和电力设备的额定电压三相交流电网和电力设备的额定电压 三三.电压偏
2、差与电压调整电压偏差与电压调整 第五节第五节 供电工程设计与施工一般知识供电工程设计与施工一般知识 二二.低压配电系统的接地型式低压配电系统的接地型式 一一.电力系统的中性点运行方式电力系统的中性点运行方式第四节第四节 电力系统中性点运行方式及低压配电系统接地型式电力系统中性点运行方式及低压配电系统接地型式 四四.电压波动及其抑制电压波动及其抑制 五五.电网谐波及其抑制电网谐波及其抑制 六六.三相不平衡及其改善三相不平衡及其改善 七七.工厂供配电电压的选择工厂供配电电压的选择 一一.供电工程设计与施工的一般原则供电工程设计与施工的一般原则 二二.供电工程设计的内容供电工程设计的内容 三三.供电
3、工程设计的程序及要求供电工程设计的程序及要求 复习思考题复习思考题 习习 题题 内容提要内容提要：本章概述工厂供电及供电系统有关的一些基本知识，为学习：本章概述工厂供电及供电系统有关的一些基本知识，为学习本课程奠定初步的基础。首先简要讲述工厂供电的意义、要求及课程任务，本课程奠定初步的基础。首先简要讲述工厂供电的意义、要求及课程任务，然后介绍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，接然后介绍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及电力系统中性点运行方式和低压配着重点讲述电力系统的电压和电能质量及电力系统中性点运行方式和低压配
4、电系统接地型式，最后介绍供电工程设计与施工的一般知识。电系统接地型式，最后介绍供电工程设计与施工的一般知识。第一章第一章 概概 论论第一节第一节 工厂供电的意义、要求及课程任务工厂供电的意义、要求及课程任务一、工厂供电的意义一、工厂供电的意义工厂供电：工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。工厂供电：工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。电能的主要优点：易于实现能量的转换，输送及分配简单经济，便于控电能的主要优点：易于实现能量的转换，输送及分配简单经济，便于控制、调节与测量，有利于实现生产过程自动化。电能是当今人类最主要的能制、调节与测量，有利于实现生产过程自动化。电能是当今人类最主要的能源
5、和动力，在现代工业生产和国民经济生活中的应用极为广泛。源和动力，在现代工业生产和国民经济生活中的应用极为广泛。工厂供电的意义工厂供电的意义：主要为工业生产服务，满足生产及生活用电的需要，：主要为工业生产服务，满足生产及生活用电的需要，确保供用电的安全、可靠，节能与环保，合理分配电能，对发展生产和工业确保供用电的安全、可靠，节能与环保，合理分配电能，对发展生产和工业现代化具有十分重要的意义。现代化具有十分重要的意义。返回二、工厂供电的要求二、工厂供电的要求 基本要求：基本要求：安全安全 在电能的供应、分配和使用中，特别要防止发生人身和设备事故，在电能的供应、分配和使用中，特别要防止发生人身和设备
6、事故，并注意环境保护。并注意环境保护。可靠可靠 应满足电能用户对供电可靠性即连续供电的要求。应满足电能用户对供电可靠性即连续供电的要求。优质优质 应满足电能用户对电压和频率等质量要求。应满足电能用户对电压和频率等质量要求。经济经济 供电系统的投资要省，运行费用要低，尽可能地节约电能和有色金供电系统的投资要省，运行费用要低，尽可能地节约电能和有色金属消耗量。属消耗量。全局观全局观 应合理地处理局部与全局、当前与长远等关系，既要照顾局部和应合理地处理局部与全局、当前与长远等关系，既要照顾局部和当前的利益，又要顾全大局和长远利益以适应发展。当前的利益，又要顾全大局和长远利益以适应发展。三、本课程的任
7、务三、本课程的任务 主要讲授中小型工厂内部的电力供应和分配问题，并讲述电气照明知识，主要讲授中小型工厂内部的电力供应和分配问题，并讲述电气照明知识，使学生初步掌握中小型工厂供电系统与电气照明的设计计算，以及运行维护所使学生初步掌握中小型工厂供电系统与电气照明的设计计算，以及运行维护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必要的基础。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必要的基础。返回图图1-1 中型工厂供电系统简图中型工厂供电系统简图图图1-2 图图1-1所示工厂供电系统的所示工厂供电系统的 平面布线示意图平面布线示意图返回 35kV及以上进线电压的大中型
8、工厂供电系统及以上进线电压的大中型工厂供电系统(图图1-3、1-4)通常两次降压通常两次降压：35kV总降压变电所总降压变电所610kV车间变电所所 220V/380V用电用电设备设备；一次降一次降压：35kV高压深入靠近负荷中心的车间变电所高压深入靠近负荷中心的车间变电所 220V/380V用电设备。用电设备。图图1-3 具有总降压变电所的工厂供电系统简图具有总降压变电所的工厂供电系统简图图图1-4 高压深入负荷中心的高压深入负荷中心的 工厂供电系统简图工厂供电系统简图 返回 小型工厂供电系统小型工厂供电系统(图图1-5、1-6)容量不大于容量不大于1000kVA的小型工厂：的小型工厂：61
9、0kV降压变电所降压变电所 220V/380V用电设备；用电设备；容量不大于容量不大于160kVA的小型工厂：的小型工厂：220V/380V直接配电直接配电用电设备。用电设备。图图1-6 低压进线的小型工厂低压进线的小型工厂供电系统简图供电系统简图图图1-5 只设一个降压变电所的只设一个降压变电所的 小型工厂供电系统简图小型工厂供电系统简图 a)一台变压器一台变压器 b)两台变压器两台变压器返回发电机发电机汽轮机汽轮机锅炉锅炉 2、火力发电厂、火力发电厂 能量转换过程：能量转换过程：燃料化学能燃料化学能热能热能机械能机械能电能电能发电机发电机核反应堆核反应堆 3、核能发电厂、核能发电厂 能量转
10、换过程：能量转换过程：核裂变能核裂变能热能热能汽轮机汽轮机机械能机械能电能电能风轮机风轮机发电机发电机 4、风力发电厂、风力发电厂 能量转换过程：能量转换过程：风能风能电能电能机械能机械能蓄电装置蓄电装置逆变器逆变器控制器控制器太阳能电池组件太阳能电池组件 5、太阳能、太阳能(光伏光伏)发电厂发电厂 能量转换过程：能量转换过程：太阳光能太阳光能直流电流直流电流蓄电池组蓄电池组交流交流电压发电机发电机汽轮机汽轮机 6、地热发电简介、地热发电简介 能量转换过程：能量转换过程：地热能地热能机械能机械能电能电能返回 电力系统电力系统 从发电站到用户的远距离输电过程如图从发电站到用户的远距离输电过程如图
11、1-7所示。所示。图图1-7 从发电厂到用户的送电过程示意图从发电厂到用户的送电过程示意图返回 电力网或电网电力网或电网 电力系统中各级电压的电力线路及其联系的变电所。电力系统中各级电压的电力线路及其联系的变电所。电网或系统往往以电压电网或系统往往以电压等级来区分，如等级来区分，如10kV电网或电网或10kV系统，实际上是指某一电压相互联系的整个电力系统，实际上是指某一电压相互联系的整个电力线路。按电压高低和供电范围大小可分为区域电网和地方电网，区域电网的供电线路。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，电压一般在范围大，电压一般在220kV及以上；地方电网的供
12、电电压一般不超过及以上；地方电网的供电电压一般不超过110kV。工厂工厂供电系统属于地方电网。供电系统属于地方电网。动力系统动力系统 电力系统加上发电厂的动力部分及其热能系统和热能用户。电力系统加上发电厂的动力部分及其热能系统和热能用户。智能电网智能电网 建立在集成、高效双向的通信网络基础上，采用现代电子技术、控制设备及建立在集成、高效双向的通信网络基础上，采用现代电子技术、控制设备及决策支持系统，能实现安全、可靠、优质、经济高效及环保目标的电网。它具有决策支持系统，能实现安全、可靠、优质、经济高效及环保目标的电网。它具有对故障反应快、自动修复能力强、节能减排效果好等特征。对故障反应快、自动修
13、复能力强、节能减排效果好等特征。建立大型电力系统或统一智能电网的优越性建立大型电力系统或统一智能电网的优越性：更经济合理地利用动力资源，降低发电成本和电能损耗，节能减排。更经济合理地利用动力资源，降低发电成本和电能损耗，节能减排。更好地保证其电能质量，满足用户对电源频率、电压等质量要求。更好地保证其电能质量，满足用户对电源频率、电压等质量要求。大大提高供电的可靠性，有利于国民经济的发展。大大提高供电的可靠性，有利于国民经济的发展。返回返回 采用交流不间断电源采用交流不间断电源(UPS)或应急电源或应急电源(EPS)的自备电源的自备电源 UPS和和EPS都包括整流器都包括整流器(UR)、逆变器、
14、逆变器(UV)、蓄电池组、蓄电池组(GB)等主要部件。其结等主要部件。其结构示意如构示意如图图1-10。电网正常供电时：晶闸管整流器将交流电源转换为直流，并对蓄电池充电。外电网正常供电时：晶闸管整流器将交流电源转换为直流，并对蓄电池充电。外电经电经UPS逆变器向负荷供电；而逆变器向负荷供电；而EPS逆变器处于休眠，外电通过其旁路开关向其负逆变器处于休眠，外电通过其旁路开关向其负荷直接供电。荷直接供电。电网突然停电时：电子开关电网突然停电时：电子开关(QV)自动切换，蓄电池组都处于放电状态。自动切换，蓄电池组都处于放电状态。UPS瞬瞬时不间断地由逆变器向负荷供给交流电；时不间断地由逆变器向负荷供
15、给交流电；EPS逆变器可在几个逆变器可在几个几十毫秒内提供交流几十毫秒内提供交流应急输出。应急输出。必须说明：必须说明：UPS为为“在线式在线式”备用电源，无论外电是否停电，其逆变器始终处备用电源，无论外电是否停电，其逆变器始终处于在线逆变工作状态，并向负荷瞬时不间断地供电；于在线逆变工作状态，并向负荷瞬时不间断地供电；EPS为为“离线式离线式”备用电源，备用电源，其逆变器仅在失去外电后才转入逆变工作状态，尽管逆变器工作状态的转换时间其逆变器仅在失去外电后才转入逆变工作状态，尽管逆变器工作状态的转换时间非常短暂非常短暂(毫秒级毫秒级)，也可能造成重要负荷的瞬间失电。如计算机和通讯网络系统，也可
16、能造成重要负荷的瞬间失电。如计算机和通讯网络系统等短暂停电也不允许的场所，应采用等短暂停电也不允许的场所，应采用UPS后备电源；后备电源；EPS可用于应急照明、消防装可用于应急照明、消防装置等允许短暂停电的场所。置等允许短暂停电的场所。返回 要求频率和电压质量较高的场合，宜采用高精度的稳频稳压式不停电电源作备要求频率和电压质量较高的场合，宜采用高精度的稳频稳压式不停电电源作备用电源。其稳频稳压系统主要是通过逆变器来实现的。稳频工作由逆变器中触发电用电源。其稳频稳压系统主要是通过逆变器来实现的。稳频工作由逆变器中触发电路的稳频触发系统来实现。当采用晶体振荡器为振荡源组成分频式触发电路时，可路的稳
17、频触发系统来实现。当采用晶体振荡器为振荡源组成分频式触发电路时，可使逆变器具有相当稳定的输出频率。而交流输出电压的稳定工作则多从对逆变器进使逆变器具有相当稳定的输出频率。而交流输出电压的稳定工作则多从对逆变器进行调制性控制来实现。单脉冲脉宽调制法最为简便实用，因而被广泛应用。行调制性控制来实现。单脉冲脉宽调制法最为简便实用，因而被广泛应用。稳频稳压式不停电电源的工作原理电路简图如稳频稳压式不停电电源的工作原理电路简图如图图1-11所示。所示。图图1-10 不停电电源不停电电源(UPS)组成示意图组成示意图 重要负荷重要负荷整流器整流器蓄电池蓄电池逆变器逆变器公共电网公共电网电子开关电子开关第三
18、节第三节 电力系统的电压与电能质量电力系统的电压与电能质量 一、概一、概 述述 衡量电能质量的两个基本参数：频率和电压衡量电能质量的两个基本参数：频率和电压 一般交流电力设备的额定频率为一般交流电力设备的额定频率为50Hz(通称工频通称工频)。供电频率的允许偏差须符合电力工业部供电频率的允许偏差须符合电力工业部1996年公布实施的供电营业规则年公布实施的供电营业规则规定：规定：在电力系统正常状况下，供电频率的允许偏差为：在电力系统正常状况下，供电频率的允许偏差为：电网装机容量网装机容量300万万kW及以上及以上为0.2Hz，300万万kW以下为以下为0.5Hz。在电力系统非正常状况下，供电频率
19、的允许偏差不应超过在电力系统非正常状况下，供电频率的允许偏差不应超过1.0Hz。工厂供电系统，提高电能质量主要是提高电压的质量问题。工厂供电系统，提高电能质量主要是提高电压的质量问题。按国家标准或规范，电压质量主要包括对电力系统电压的偏差、波动和波形按国家标准或规范，电压质量主要包括对电力系统电压的偏差、波动和波形评估。三相电压或三相电流是否平衡也是衡量电能质量的一个指标。评估。三相电压或三相电流是否平衡也是衡量电能质量的一个指标。二、三相交流电网和电力设备的额定电压二、三相交流电网和电力设备的额定电压 按照按照GB/T 156-2007标准电压规定，我国三相交流电网和发电机的额定电标准电压规
20、定，我国三相交流电网和发电机的额定电压如压如表表1-1所示。表所示。表1-1中电力变压器一、二次绕组额定电压依据我国生产的电力变中电力变压器一、二次绕组额定电压依据我国生产的电力变压器标准产品规格确定。压器标准产品规格确定。返回分类分类电网和用电设电网和用电设备额定电压备额定电压/kV发电机额定电压发电机额定电压/kV电力变压器额定电压电力变压器额定电压/kV一次绕组一次绕组二次绕组二次绕组低压低压0.380.400.380.400.660.690.660.69高压高压33.153及及3.153.15 及及3.366.36及及6.36.3 及及6.61010.510及及10.510.5及及11
21、13.8,15.75,18,20,22,24,2613.8,15.75,18,20,22,24,26353538.5666672.5110110121220220242330330363500500550750750825(800)100010001100表表1-1 我国三相交流电网和电力设备的额定电压我国三相交流电网和电力设备的额定电压(据据GB/T 156-2007)返回 电网电网(线路线路)的额定电压的额定电压 电网电网(线路线路)的额定电压等级是确定各类电力设备额定电压的基本依据。的额定电压等级是确定各类电力设备额定电压的基本依据。用电设备的额定电压用电设备的额定电压 用电设备的额定电
22、压一般规定与同级电网的额定电压相同。按用电设备的额定电压一般规定与同级电网的额定电压相同。按GB/T 110221999规定，高压开关设备和控制设备的额定电压按其允许的最高工作电规定，高压开关设备和控制设备的额定电压按其允许的最高工作电压来标注，其额定电压不得小于其所在系统可能出现的最高电压压来标注，其额定电压不得小于其所在系统可能出现的最高电压，如表，如表1-2。40.540.540.540.5351211.51211.5106.96.97.26.963.53.63.53熔断器的额定电压熔断器的额定电压 穿墙套管的额定电压穿墙套管的额定电压 高压开关、互感器及支柱绝缘子的额定电压高压开关、互
23、感器及支柱绝缘子的额定电压 系统的最高电压系统的最高电压 系统的额定电压系统的额定电压 表表1-2 系统的额定电压、最高电压和高压设备的额定电压系统的额定电压、最高电压和高压设备的额定电压 (据据GB/T 11022-1999)单位：单位：kV 返回 发电机的额定电压发电机的额定电压 规定高于同级电网额定电压的规定高于同级电网额定电压的5%。注：电力线路允许的电压偏差一般为注：电力线路允许的电压偏差一般为5%，即整个线路允许，即整个线路允许10%的电压损耗的电压损耗。为使线。为使线路的平均电压维持在额定值，首端路的平均电压维持在额定值，首端(电源端电源端)电压宜较线路额定电压高电压宜较线路额定
24、电压高5%，线路末端电压，线路末端电压则比线路额定电压低则比线路额定电压低5%(如图如图1-12)。图图1-12 用电设备和发电机用电设备和发电机 的额定电压说明图的额定电压说明图 电力变压器的额定电压电力变压器的额定电压 1、一次绕组额定电压分两种情况：、一次绕组额定电压分两种情况：变压器直接与发电机相连变压器直接与发电机相连(图图1-13中变中变压器压器T1)，其一次绕组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，其一次绕组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压5%。变压器作为其线路上的用电设备变压器作为其线路上的用电设备(图图1-13中变压器中变压器T2),其
25、一次绕组额定其一次绕组额定电压应与电网额定电压相同。电压应与电网额定电压相同。图图1-13 电力变压器一、二次额定电压说明图电力变压器一、二次额定电压说明图UN返回 电压高低的划分电压高低的划分 电力系统电压高低的划分，我国现在统一规定电力系统电压高低的划分，我国现在统一规定(见见表表1-1)：低压：电压等级在低压：电压等级在1000V以下；以下；高压：电压等级在高压：电压等级在1000V及以上。及以上。表表1-1就是如此划分。此外尚有按下列标准划分电压高低的，规定：就是如此划分。此外尚有按下列标准划分电压高低的，规定：1000V以下为低压；以下为低压；1000V至至10kV或或35kV为中压
26、；为中压；35kV或以上至或以上至110kV或或220kV为高为高压；压；220kV或或330kV及以上为超高压；及以上为超高压；800kV及以上为特高压。这种划分并无明及以上为特高压。这种划分并无明确的统一标准，其划分界限并不十分明确。确的统一标准，其划分界限并不十分明确。2、二次绕组额定电压也分两种情况：、二次绕组额定电压也分两种情况：变压器二次侧供电线路较长变压器二次侧供电线路较长(图图1-13中变压器中变压器T1)，其二次绕组额定电压应比相连电网额定电压高，其二次绕组额定电压应比相连电网额定电压高10%。其中。其中5%用于用于补偿变压器满载运行时绕组本身约补偿变压器满载运行时绕组本身约
27、5%的电压降；此外，变压器满载时二次绕组输的电压降；此外，变压器满载时二次绕组输出电压还要高于同级电网额定电压出电压还要高于同级电网额定电压5%以补偿线路上的电压降。以补偿线路上的电压降。变压器二次侧供变压器二次侧供电线路不长电线路不长(图图1-13中变压器中变压器T2)，其二次绕组额定电压只需高于电网额定电压，其二次绕组额定电压只需高于电网额定电压5%，仅考虑补偿变压器满载运行时绕组本身，仅考虑补偿变压器满载运行时绕组本身5%的电压降。的电压降。图图1-13 电力变压器一、二次额定电压说明图电力变压器一、二次额定电压说明图返回 3、允许的电压偏差、允许的电压偏差 按按GB500522009规
28、定，在系统正常运行情况下，用电设备端子处的电压偏差规定，在系统正常运行情况下，用电设备端子处的电压偏差允许值允许值(以额定电压的百分数表示以额定电压的百分数表示)宜符合下列要求：宜符合下列要求：电动机：电动机：5%。电气照明：一般工作场所为电气照明：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，；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；应急照明、道路照明和警卫照明等为+5%，-10%。其他用电设备：当无特殊规定时为其他用电设备：当无特殊规定时为5%。正确正确选择选择无无载调压载调压型型变压
29、变压器的器的电压电压分接分接头头或采用有或采用有载调压载调压型型变压变压器器 工厂供工厂供电电系系统统中的中的610kV电电力力变压变压器一般是无器一般是无载调压载调压型，其高型，其高压绕组设压绕组设 UN 5%UN 的电压分接头，并装设无载调压分接开关以调节空载电压的电压分接头，并装设无载调压分接开关以调节空载电压(如如图图1-14)；对电压要求严格的用电设备，当采用无载调压满足不了要求，而这些设备单独对电压要求严格的用电设备，当采用无载调压满足不了要求，而这些设备单独装设自动调压装置在技术经济上又不合理时，可采用有载调压型变压器，可在负载装设自动调压装置在技术经济上又不合理时，可采用有载调
30、压型变压器，可在负载情况下自动调节电压，保证设备端电压的稳定。情况下自动调节电压，保证设备端电压的稳定。电压调整措施电压调整措施 为满足用电设备对电压偏差的要求，为满足用电设备对电压偏差的要求，供电系统须采用相应的电压调整措施：供电系统须采用相应的电压调整措施：返回图图1-14 电力变压器的分接开关电力变压器的分接开关a)分接开关接线分接开关接线 b）分接开关结构）分接开关结构1-帽帽 2-密封垫圈密封垫圈 3-操动螺母操动螺母 4-定位钉定位钉 5-绝缘盘绝缘盘 6-静触头静触头 7-动触头动触头返回 合理减小系统阻抗合理减小系统阻抗 如果必要，可减少系统的变压级数、增大电缆截面或以电缆取代
31、架空线等来减如果必要，可减少系统的变压级数、增大电缆截面或以电缆取代架空线等来减小系统阻抗，降低电压损耗以缩小电压偏差。小系统阻抗，降低电压损耗以缩小电压偏差。合理改变系统运行方式合理改变系统运行方式 适时地切除变压器并由低压联络线供电；或对两台变压器并列运行的变电所，适时地切除变压器并由低压联络线供电；或对两台变压器并列运行的变电所，可在轻负荷时切除一台变压器。可在轻负荷时切除一台变压器。尽量使三相负荷均衡尽量使三相负荷均衡 在有中性线的低压配电系统中，如果三相负荷不均衡将使负荷端中性点电位偏在有中性线的低压配电系统中，如果三相负荷不均衡将使负荷端中性点电位偏移，造成有的相电压升高，从而增大
32、其线路的电压偏差，因此三相负荷的平衡有助移，造成有的相电压升高，从而增大其线路的电压偏差，因此三相负荷的平衡有助于减小电压偏差。于减小电压偏差。采用无功功率补偿装置采用无功功率补偿装置 提高系统的功率因数以减少其无功损耗，可接入并联电容器或同步补偿机，考提高系统的功率因数以减少其无功损耗，可接入并联电容器或同步补偿机，考虑经济性，应首选并联电容器的补偿方式。虑经济性，应首选并联电容器的补偿方式。返回 3、电压波动的抑制措施、电压波动的抑制措施 采用专用线路或专用变压器，对负荷变动剧烈的大型电气设备单独供电。采用专用线路或专用变压器，对负荷变动剧烈的大型电气设备单独供电。设法增大供电容量，减小系
33、统阻抗。例如将单回路线路改为双回路线路，或设法增大供电容量，减小系统阻抗。例如将单回路线路改为双回路线路，或将架空线路改为电缆线路，降低系统电压损耗，从而减小负荷变动引起的电压波动。将架空线路改为电缆线路，降低系统电压损耗，从而减小负荷变动引起的电压波动。当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。当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。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。高电压等级的电网供电。对大型冲击性负荷，如果采用上述措施达不到要求时，可装
34、设能对大型冲击性负荷，如果采用上述措施达不到要求时，可装设能“吸收吸收”冲击冲击无功功率的静止型无功补偿装置无功功率的静止型无功补偿装置(SVC)，这是一种能吸收随机变化的冲击无功功率，这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，其类型有多种，而以自饱和电抗器型和动态谐波电流的无功补偿装置，其类型有多种，而以自饱和电抗器型(SR型型)的效的效能最好，是最适于我国推广应用的一种能最好，是最适于我国推广应用的一种SVC。返回 五、电网谐波及其抑制五、电网谐波及其抑制 电网谐波的有关概念电网谐波的有关概念 1、谐波的含义、谐波的含义 谐波谐波：对周期性非正弦量进行傅立叶级数分解
35、所得到的大于基波频率整数倍：对周期性非正弦量进行傅立叶级数分解所得到的大于基波频率整数倍的各次分量，通常称为高次谐波。基波是其频率与工频的各次分量，通常称为高次谐波。基波是其频率与工频(50Hz)相同的分量。相同的分量。谐波源谐波源：向公共电网注入谐波电流或在公共电网中产生谐波电压的电气设备。：向公共电网注入谐波电流或在公共电网中产生谐波电压的电气设备。电力系统三相交流发电机发出的电压波形中基本上无直流和谐波分量，但因电力电力系统三相交流发电机发出的电压波形中基本上无直流和谐波分量，但因电力系统中存在各种谐波源，特别是高次谐波干扰已成为影响电力系统电能质量的一系统中存在各种谐波源，特别是高次谐
36、波干扰已成为影响电力系统电能质量的一大大“公害公害”，亟待采取对策。，亟待采取对策。2 2、谐波的产生与危害、谐波的产生与危害 电网谐波的产生电网谐波的产生：电力系统中存在的各种非线性元件是主要谐波源，特别是：电力系统中存在的各种非线性元件是主要谐波源，特别是大型晶闸管变流设备和电弧炉产生的谐波最为严重。大型晶闸管变流设备和电弧炉产生的谐波最为严重。谐波对电气设备的危害谐波对电气设备的危害：高次谐波比基波电流的频率更高，凡是与其电流频：高次谐波比基波电流的频率更高，凡是与其电流频率相关联的电气设备均会受到影响，轻则缩短寿命，重则损坏；如果电力系统发率相关联的电气设备均会受到影响，轻则缩短寿命，
37、重则损坏；如果电力系统发生电压谐振，其谐振过电压有可能击穿线路或设备的绝缘，也可能造成系统的继生电压谐振，其谐振过电压有可能击穿线路或设备的绝缘，也可能造成系统的继电保护和自动装置误动作，并可能干扰附近通信线路和设备的正常工作。电保护和自动装置误动作，并可能干扰附近通信线路和设备的正常工作。GB/T 14549-2008 GB/T 14549-2008中对谐波电压及电流均提出了限值规定。中对谐波电压及电流均提出了限值规定。返回 其他措施其他措施，也有助于谐波的抑制或消除。，也有助于谐波的抑制或消除。如限制电力系统中接入的变流设备和交流调压装置等的容量，或提高对大容如限制电力系统中接入的变流设备
38、和交流调压装置等的容量，或提高对大容量非线性设备的供电电压，或者将谐波源与不能受干扰的负荷电路从电网的接线量非线性设备的供电电压，或者将谐波源与不能受干扰的负荷电路从电网的接线上分开等。上分开等。装设分流滤波器，装设分流滤波器，通过串联谐振电路吸通过串联谐振电路吸收奇次谐波电流。收奇次谐波电流。在大容量静止谐波源在大容量静止谐波源(如大型晶闸管整流器如大型晶闸管整流器)与电网连接处，装设分流滤波器与电网连接处，装设分流滤波器(如图如图1-15)，使滤波器的各组使滤波器的各组R-L-C回路分别对需要消除的回路分别对需要消除的5、7、11等次谐波进行调谐，使之发生串联谐等次谐波进行调谐，使之发生串
39、联谐振。因串联谐振时阻抗很小，这些次数的谐波振。因串联谐振时阻抗很小，这些次数的谐波电流被它分流吸收而不注入公共电网。电流被它分流吸收而不注入公共电网。图图1-15 装设分流滤波器吸收高次谐波装设分流滤波器吸收高次谐波 选用选用D,yn11联结组别的三相配电变联结组别的三相配电变压器压器，有利于抑制高次谐波。，有利于抑制高次谐波。由于由于D,yn11联结的变压器高压绕组采联结的变压器高压绕组采用三角形接线，用三角形接线，3 3次及次及3 3的整数倍次的高次谐波电流在其绕组内形成环流而避免注入的整数倍次的高次谐波电流在其绕组内形成环流而避免注入高压电网。高压电网。返回 六、三相不平衡及其改善六、
40、三相不平衡及其改善 三相不平衡电压或电流的产生及其危害三相不平衡电压或电流的产生及其危害 三相不平衡三相不平衡：在三相供电系统中，如果三个相的电压或电流幅值或有效值不：在三相供电系统中，如果三个相的电压或电流幅值或有效值不等，或三个相电压或电流的相位差不为等，或三个相电压或电流的相位差不为120 时，称此三相电压或电流不平衡或不时，称此三相电压或电流不平衡或不对称。对称。产生原因产生原因：供电系统在正常运行方式下，三相负荷不平衡：供电系统在正常运行方式下，三相负荷不平衡(不对称不对称)是造成三是造成三相电压或电流不平衡的主要原因。相电压或电流不平衡的主要原因。主要危害性主要危害性：三相的不平衡
41、电压或电流，可以按对称分量法将其分解为正序、：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。对于三相感应电动机，由于负序电压的存在，将同时产生一个负序和零序分量。对于三相感应电动机，由于负序电压的存在，将同时产生一个反向转矩，从而降低电动机的输出转矩，电动机的总电流和功率损耗增加，其发反向转矩，从而降低电动机的输出转矩，电动机的总电流和功率损耗增加，其发热温度随之升高，加速绝缘老化，缩短使用寿命；对三相变压器，由于三相电流热温度随之升高，加速绝缘老化，缩短使用寿命；对三相变压器，由于三相电流不平衡，当最大相电流达到变压器绕组额定电流时，其他两相电流均低于额定值，不平衡
42、，当最大相电流达到变压器绕组额定电流时，其他两相电流均低于额定值，从而使变压器容量得不到充分利用；对于多相整流装置，三相电压不对称将严重从而使变压器容量得不到充分利用；对于多相整流装置，三相电压不对称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，且会进一步影响电能影响多相触发脉冲的对称性，使整流装置产生较大的谐波，且会进一步影响电能质量。质量。返回 改善三相不平衡的措施改善三相不平衡的措施 供电设计和安装应尽量使三相负荷均衡分配供电设计和安装应尽量使三相负荷均衡分配。各相安装的单相设备容量。各相安装的单相设备容量之差应不超过之差应不超过15%。不对称负荷尽可能分散接到不同的供电点不
43、对称负荷尽可能分散接到不同的供电点，以免集中连接造成严重的三，以免集中连接造成严重的三相不平衡。相不平衡。不对称负荷接到更高一级电压的电网上不对称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，以增大连接点的短路容量，减小不对称负荷的影响。小不对称负荷的影响。电压不平衡度及其允许值电压不平衡度及其允许值 电压不平衡度电压不平衡度 用电压负序分量的均方根值用电压负序分量的均方根值U2与电压正序分量的均方根值与电压正序分量的均方根值U1的百分比表示，即的百分比表示，即 (1-4)电压不平衡度允许值电压不平衡度允许值 应应符合符合GB/T 15543-2008的的规规定：定：电压电压不平衡
44、度正常允不平衡度正常允许许2%，短，短时时不超不超过过4%；接于公共接于公共连连接点的每个用接点的每个用户电压户电压不平衡度一般不得超不平衡度一般不得超过过1.3%，短，短时时不超不超过过2.6%。返回返回图图1-16 三相平衡化电路说明三相平衡化电路说明a)单相电阻负荷单相电阻负荷(三相不平衡三相不平衡)b)平衡化三相系统平衡化三相系统()a)b)采用三相平衡化装置采用三相平衡化装置 例如三相电路图例如三相电路图1-16中，中，B、C相间接有单相电阻负荷相间接有单相电阻负荷R，从而造成三相不平衡。，从而造成三相不平衡。如在如在A、B相间接入电感线圈相间接入电感线圈L，在，在C、A相间接入电容
45、器相间接入电容器C，使，使 ，其三，其三相电路就构成了平衡的三相系统相电路就构成了平衡的三相系统(对应的相量分析如对应的相量分析如图图1-17)。在实际工程中，一般采用可调的平在实际工程中，一般采用可调的平衡化装置，包括具有分相补偿功能的静衡化装置，包括具有分相补偿功能的静止型无功补偿装置止型无功补偿装置(SVC)和静止无功电源和静止无功电源(static var generator,缩写缩写SVG)。SVG基本上不用储能元件，而是充分利用三基本上不用储能元件，而是充分利用三相交流电的特点，使能量在三相之间及相交流电的特点，使能量在三相之间及时转换来实现补偿。与时转换来实现补偿。与SVC相比，
46、相比，SVG能大大减小体积和材料消耗、响应速度能大大减小体积和材料消耗、响应速度快、调节性能好，综合了补偿无功功率、快、调节性能好，综合了补偿无功功率、改善三相不平衡和抑制谐波的优点。由改善三相不平衡和抑制谐波的优点。由于技术经济上的原因，这种平衡化装置于技术经济上的原因，这种平衡化装置尚处在试用阶段。尚处在试用阶段。图图1-17 平衡化三相系统的相量图平衡化三相系统的相量图 图图1-17中，电阻电流中，电阻电流 与电压与电压 同相，电感电流同相，电感电流 滞后于电压滞后于电压 ，电容电流电容电流 超前于电压超前于电压 。而电流量值。而电流量值 。由于。由于 ，因此，因此 的量值相等，而相位互
47、差的量值相等，而相位互差120，从，从而构成三相平衡化系统。而构成三相平衡化系统。返回 七、工厂供配电电压的选择七、工厂供配电电压的选择 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，也要考虑工厂用电设备的电压、容量主要取决于当地电网的供电电压等级，也要考虑工厂用电设备的电压、容量和供电距离等因素。和供电距离等因素。由于同样的输送功率和输送距离条件下，配电电压越高，线由于同样的输送功率和输送距离条件下，配电电压越高，线路电流越小，所需线路导线或电缆的截面越小，有利于减少线路的初期投资和有路电流越小，所需线路导线或电缆的截面越小，有利于减少线路的初期投资和有色金属消耗量
48、，且可减少线路的电能及电压损耗色金属消耗量，且可减少线路的电能及电压损耗(表表1-3可供参考可供参考)。表表1-3 各级电压线路合理的输送功率和输送距离各级电压线路合理的输送功率和输送距离100300100000500000架空线架空线220501501000050000架空线架空线11030100350030000架空线架空线662050200010000架空线架空线35105000电缆线电缆线106202000架空线架空线1083000电缆线电缆线6101000架空线架空线60.35175电缆线电缆线0.380.25100架空线架空线0.38输送距离输送距离/km输送功率输送功率/kW线路
49、结构线路结构线路电压线路电压/kV返回 前电力工业部前电力工业部1996年发布施行的供电营业规则规定：年发布施行的供电营业规则规定：供电企业供电企业(电网电网)的额定电压的额定电压：低压有单相：低压有单相220V，三相，三相380V；高压有；高压有10、35、66、110、220kV。规定除发电厂直配电压可采用。规定除发电厂直配电压可采用3kV或或6kV外，其他等级的电压都外，其他等级的电压都要过渡到上述额定电压。要过渡到上述额定电压。用户需要的电压等级不在上列范围时用户需要的电压等级不在上列范围时：应自行采用变压措施解决；用户需要：应自行采用变压措施解决；用户需要的电压等级在的电压等级在11
50、0kV及以上时，其受电装置应作为终端变电所设计，其方案需经省及以上时，其受电装置应作为终端变电所设计，其方案需经省电网经营企业审批。电网经营企业审批。返回 工厂高压配电电压的选择工厂高压配电电压的选择 主要取决于工厂高压用电设备的电压及其容量、数量等因素主要取决于工厂高压用电设备的电压及其容量、数量等因素。通常选择的高压配电电压为通常选择的高压配电电压为10kV。少量。少量6kV高压设备可通过专用的高压设备可通过专用的10/6.3kV的变压器单独供电；的变压器单独供电；3kV作为高压配电电压的技术经济指标很差，不能采用。即作为高压配电电压的技术经济指标很差，不能采用。即使有使有3kV用电设备，