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1、工厂供电的基本知识1第1页，共24页，编辑于2022年，星期六第一节 工厂供电的意义、要求及课程任务 1、工厂供电(plant power supply)：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
2、、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。2第2页，共24页，编辑于2022年，星期六第二节 工厂供电系统、发电厂、电力系统及自备电源一、工厂供电系统概况一、工厂供电系统概况1、中型工厂供电系统简图：、中型工厂供电系统简图：一般中型工厂的电源进线电压是610KV。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。3第3页，共24页，编辑于2022年，星期六
3、2 2、中型工厂供电系统的平面布线示意图、中型工厂供电系统的平面布线示意图 3 3、大型工厂总降压变电所、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610KV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。4第4页，共24页，编辑于2022年，星期六4 4、高压深入负荷中心的供电系统、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厂区的环境条件是否满足35kV35kV架空线路深入
4、负荷中心的架空线路深入负荷中心的“安全走廊安全走廊”要求而定要求而定，否则不宜采用。5第5页，共24页，编辑于2022年，星期六5 5、只设一个降压变电所的供电系统、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610kV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
5、，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6第6页，共24页，编辑于2022年，星期六二、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7第7页，共24页，编辑于2022
6、年，星期六2、电力系统(power system)：送电过程：发电机升压高压输电线路降压配电 8第8页，共24页，编辑于2022年，星期六电力系统：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9第9页，共24页，编辑于2022年，星期六三、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
7、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。10第10页，共24页，编辑于2022年，星期六第三节 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
8、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。11第11页，共24页，编辑于2022年，星期六3、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
9、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12第12页，共24页，编辑于2022年，星期六5、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
10、压kV 一次绕组 二次绕组低 0.38 O.40 0.38 0.40压 0.66 O.69 0.66 0.69 3 3.15 3,3.15 3.15,3.3 6 6.3 6,6.3 6.3,6.6 10 10.5 10,10.5 10.5,11高 13.8,15.75,18，20,22,24,26 13.8,15.75,18，20,22,24,26 35 35 38.5压 66 66 72.5 110 110 121 220 220 242 330 330 363 500 500 55013第13页，共24页，编辑于2022年，星期六二、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
11、备额定电压UN之差对额定电压UN的百分值，即 2、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23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
12、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。14第14页，共24页，编辑于2022年，星期六四、电压波动及其抑制四、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：（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
13、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。15第15页，共24页，编辑于2022年，星期六2、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
14、置五、电网谐波及其危害五、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六、三相不平衡及其改善（一）（一）三相不平衡的产生及其危害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
15、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。16第16页，共24页，编辑于2022年，星期六（二）电压不平衡度及其允许值（二）电压不平衡度及其允许值电压不平衡度：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（三）改善三相不平衡的措施（1）使三相
16、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17第17页，共24页，编辑于2022年，星期六（二）工厂高压配电电压的选择（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（三）工厂低压配电
17、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七、工厂供配电电压的选择（一）（一）工厂供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，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。18第
18、18页，共24页，编辑于2022年，星期六第四节 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：19第19页，共24页，编辑于2022年，星期六2、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
19、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。310KV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，电源中性点必须采取经消弧线圈接地的运行方式。20第20页，共24页，编辑于2022年，星期六3、中性点直接接地或低阻接地的电力系统 正常运行：三相电压、电流对称单相接地：另外两相对地电压不变，单相接地后即通过接地中性点形成单相短路。单相短路电流比线路的正常负荷电流大得多，
20、因此在此系统发生单相短路时保护装置应动作于跳闸，切除短路故障。110KV以上的超高压采用该系统很有经济价值（供电设备绝缘只需按相电压考虑）。21第21页，共24页，编辑于2022年，星期六4、低压配电系统的接地型式我国220380V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、保护中性线PEN。中性线(N线)的功能：一是用来接用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。保护线(PE线)的功能：它是用来保障人身安全、防止发生触电事故用的接地线。系统中所有设备的外露可导电部分(指正常不带电压但故
21、障情况下可能带电压的易被触及的导电部分，例如设备的金属外壳、金属构架等)通过保护线接地，可在设备发生接地故障时减少触电危险。保护中性线(PEN线)的功能：它兼有中性线(N线)和保护线(PE线)的功能。这种保护中性线在我国通称为“零线”，俗称“地线”。低压配电系统按接地型式，分为TN系统、TT系统和IT系统。22第22页，共24页，编辑于2022年，星期六1）TN系统：中性点直接接地，所有设备的外露可导电部分均接公共的保护线(PE线)或公共的保护中性线(PEN线)。这种接公共PE线或PEN线的方式，通称为“接零”。包括：TN-C系统、TN-S系统、TN-C-S系统，如图a、b、c所示。TN-C系
22、统TN-S系统TN-C-S系统我国低压配电系统中应用最为普遍，省材、经济。防电磁干扰，较安全。对安全要求和抗干扰电磁干扰要求高的场合，宜采用TN-S系统，其它则采用TN-C系统23第23页，共24页，编辑于2022年，星期六2）TT系统：中性点直接接地，设备外壳单独接地，设备间无电联系。3）IT系统：中性点不接地，设备外壳单独接地。主要用于对连续供电要求较高及有易燃易爆危险的场所。可供给负载相电压和线电压，设备间的PE分开，设备间无电气联系，防电磁干扰。适合对安全要求和抗电磁干扰要求高的场合。只供给负载线电压，设备间PE分开，设备间无电气联系，防电磁干扰。24第24页，共24页，编辑于2022年，星期六