工廠供電——第一章_概論1ppt課件

1、工廠供電武漢理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院工廠供電緒論-工廠供電及電力系統(tǒng)的基本知識電力負(fù)荷及其計(jì)算短路電流及其計(jì)算工廠變配電所及其一次系統(tǒng)工廠電力線路工廠供電系統(tǒng)的過電流保護(hù)實(shí)驗(yàn)工廠供電第一章 緒 論1 工廠供電及電力系統(tǒng)的基本知識工廠供電的意義和要求發(fā)電廠和電力系統(tǒng)簡介工廠供電系統(tǒng)概況一、工廠供電的意義和要求工廠供電（plant power supply）是指工廠用電設(shè)備所需電能的供應(yīng)和分配，亦稱工廠配電。電能是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和人們生活的主要能源和動(dòng)力。 1、電能既易與其他形式的能量進(jìn)行轉(zhuǎn)換； 2、電能的輸送和分配簡單經(jīng)濟(jì)，控制、調(diào)節(jié)和測量方便，有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化；電能在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用極為廣泛

2、。 做好工廠供電工作對于發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)、實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化，具有十分重要的意義。 工廠供電的基本要求 安全在電能的供應(yīng)、分配和使用中，不應(yīng)發(fā)生人身事故和設(shè)備事故。 可靠應(yīng)滿足電能用戶對供電可靠性即連續(xù)供電的要求。 優(yōu)質(zhì)應(yīng)滿足電能用戶對電壓和頻率等的質(zhì)量要求。 經(jīng)濟(jì)供電系統(tǒng)的投資要省，運(yùn)行費(fèi)用要低，并盡可能地節(jié)約電能和有色金屬消耗量。二、電力系統(tǒng)和發(fā)電廠1、電力系統(tǒng) 由發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)、變壓器和輸電線路以及用電設(shè)備，按一定的規(guī)律連接而組成一整體，稱為電力系統(tǒng)。為什么用高電壓輸送電能？ 設(shè)輸送一定電能，三相視在功率G輸電線路用電設(shè)備圖1-9 大型電力系統(tǒng)簡圖建立大型電力系統(tǒng)優(yōu)越性：可以更經(jīng)濟(jì)合理地利用動(dòng)力

3、資源，例如在有水力資源的地方建設(shè)水電站，在有煤炭資源的地方建設(shè)坑口火電廠，在有地?zé)豳Y源的地方建設(shè)地?zé)岚l(fā)電廠等，這樣可大大降低發(fā)電成本，減少電能損耗?？梢愿玫乇ＷC供電質(zhì)量，滿足用戶對電源頻率和電壓等的質(zhì)量要求。可以大大提高供電的可靠性，有利于整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。2、發(fā)電廠 發(fā)電廠（power plant）又稱發(fā)電站，是將自然界存在的各種一次能源轉(zhuǎn)換為電能（屬二次能源）的工廠。一次能源：水能,煤、石油、天然氣、太陽能、風(fēng)能等。二次能源：電力、汽油、柴油、蒸氣等。發(fā)電廠按其所利用的能源不同，分為水力發(fā)電廠、火力發(fā)電廠、核能發(fā)電廠及風(fēng)力發(fā)電廠、地?zé)岚l(fā)電廠、太陽能發(fā)電廠等多種類型。(1)水力發(fā)電廠水力

4、發(fā)電廠是把水的位能和動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能的工廠。基本生產(chǎn)過程：從河流較高處或水庫內(nèi)引水，利用水的壓力或流速?zèng)_擊水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，將水能變成機(jī)械能，然后由水輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，機(jī)械能轉(zhuǎn)換面電能。水電廠的發(fā)電容量P與河流上下游的水位差（落差）H和流量Q成正比，可用下式表示：P：發(fā)電容量kW； Q：水流量m3/sH：水的落差m； ：水輪機(jī)組的效率。堤壩式 水電廠三峽水力發(fā)電機(jī)組發(fā)電示意圖河床式水電廠引水式電廠葛洲壩水電廠三峽大壩三峽水電廠(2)火力發(fā)電廠火力發(fā)電簡稱火電廠，是利用煤、石油或天然氣作為燃料生產(chǎn)電能的工廠。燃料的化學(xué)能熱能機(jī)械能電能鍋爐汽輪機(jī)發(fā)電機(jī) 火電廠與同容量的水電站相比，具有建設(shè)工期短、工程造

5、價(jià)低、投資回收快等特點(diǎn)，但是火電成本高，而且對環(huán)境要造成一定的污染，因此火電建設(shè)要受到環(huán)境的一定制約。三、工廠供電系統(tǒng)概況(一) 610kV進(jìn)線的中型工廠供電系統(tǒng) 一般中型工廠的電源進(jìn)線是610kV。電能先經(jīng)高壓配電所，由高壓配電線路將電能分送至各個(gè)車間變電所。圖1-1 中型工廠供電系統(tǒng)簡圖 工廠供電系統(tǒng)的平面布線示意圖。從平面布線圖上可以看出配、變電所及配電屏、控制屏的分布位置及其進(jìn)出線情況。 (二) 35kV及以上進(jìn)線的大中型工廠供電系統(tǒng) 對于大型工廠及某些電源進(jìn)線電壓為35kV及以上的中型工廠，通常經(jīng)過兩次降壓。總降壓變電所，其中裝有較大容量的電力變壓器，將35kV及以上的電源電壓降為6

6、10kV的配電電壓，然后通過610kV的高壓配電線將電能送到各車間變電所，也有的經(jīng)過高壓配電所再送到車間變電所。車間變電所裝有配電變壓器，又將6 10kV降為一般低壓用電設(shè)備所需的電壓220/380V。圖1-3 具有總降壓變電所的工廠供電系統(tǒng)簡圖圖1-4 高壓深入負(fù)荷中心的工廠供電系 統(tǒng)簡圖 (三) 小型工廠供電系統(tǒng)對于小型工廠，由于其所需容量一般不大于1000kVA，因此通常只設(shè)一個(gè)降壓變電所，將610kV電壓降為低壓用電設(shè)備所需的電壓，如圖1-5所示。如果工廠所需容量不大于160kVA時(shí)，可采用低壓電源進(jìn)線，因此工廠只需設(shè)一低壓配電間，如圖1-6所示。(四)設(shè)有應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的工廠供電系

7、統(tǒng)對于工廠的重要負(fù)荷，一般要求在正常供電電源之外，另設(shè)有應(yīng)急備用電源，最常用的備用電源是柴油發(fā)電機(jī)組。2 電力系統(tǒng)的電壓和電能質(zhì)量電力系統(tǒng)的額定電壓電壓等級的選擇電能質(zhì)量工廠供配電電壓的選擇用電設(shè)備的額定電壓：與同級電網(wǎng)的額定電壓相同。發(fā)電機(jī)的額定電壓：比同級電網(wǎng)的額定電壓高出5%，用于補(bǔ)償線路上的電壓損失。 一、電力系統(tǒng)的額定電壓電力網(wǎng)的額定電壓：我國高壓電網(wǎng)的額定電壓等級有3kV、6 kV、10 kV、35 kV、63 kV、110 kV、220 kV、330 kV、500 kV等。圖1-6 供電線路上的電壓變化示意圖 圖1-6為供電線路上的電壓變化示意圖。變壓器的二次繞組：對于用電設(shè)備而

8、言，相當(dāng)于電源。變壓器的額定電壓我國公布的三相交流系統(tǒng)的額定電壓見表1-1。 變壓器的一次繞組：相當(dāng)于是用電設(shè)備，其額定電壓應(yīng)與電網(wǎng)的額定電壓相同。注意：當(dāng)變壓器一次繞組直接與發(fā)電機(jī)相連時(shí)，其額定電壓應(yīng)與發(fā)電機(jī)的額定電壓相同。當(dāng)變壓器二次側(cè)供電線路較長時(shí)：應(yīng)比同級電網(wǎng)額定電壓高10% 當(dāng)變壓器二次側(cè)供電線路較短時(shí)：應(yīng)比同級電網(wǎng)額定電壓高5%其中5%用于補(bǔ)償變壓器滿載供電時(shí)一、二次繞組上的電壓損失； 另外5%用于補(bǔ)償線路上的電壓損失，用于35kV及以上線路?？梢圆豢紤]線路上的電壓損失，只需要補(bǔ)償滿載時(shí)變壓器繞組上的電壓損失即可，用于10kV及以下線路。發(fā)電機(jī)G的額定電壓：UNG=1.0510=1

9、0.5（kV） 變壓器T1的額定電壓： U1N=10.5（kV） U2N=1.1110=121（kV）變壓器T1的變比為：10.5/121kV變壓器T2的額定電壓：U1N=110（kV） U2N=1.056=6.3（kV）變壓器T2的變比為：110/6.3kV例1-1 已知下圖所示系統(tǒng)中電網(wǎng)的額定電壓，試確定發(fā)電機(jī)和變壓器的額定電壓。T1GT2110kV10kV6kV變壓器T1的一次繞組與發(fā)電機(jī)直接相連，其一次側(cè)的額定電壓應(yīng)與發(fā)電機(jī)的額定電壓相同變壓器T1的二次側(cè)供電距離較長，其額定電壓應(yīng)比線路額定電壓高10%變壓器T2的二次側(cè)供電距離較短，可不考慮線路上的電壓損失GT110KVT4T2T3D

10、1220KV110KV6KV35KV3KV10.5KV10.5KV/242KV10.5KV/3.15KV220KV/121KV/38.5KV35KV/6.6KV&2 電力系統(tǒng)的電壓與電能質(zhì)量 二、電壓等級的選擇220 kV及以上：用于大型電力系統(tǒng)的主干線。110kV：用于中小型電力系統(tǒng)的主干線。35kV：用于大型工業(yè)企業(yè)內(nèi)部電力網(wǎng)。10kV：常用的高壓配電電壓，當(dāng)6kV高壓用電設(shè)備較多時(shí)，也可考慮用6kV配電。3kV：僅限于工業(yè)企業(yè)內(nèi)部采用 。380/220V：工業(yè)企業(yè)內(nèi)部的低壓配電電壓。電力網(wǎng)的額定電壓、傳輸功率和傳輸距離之間的關(guān)系&2 電力系統(tǒng)的電壓與電能質(zhì)量三、電能質(zhì)量電壓偏差是指用電設(shè)

11、備的實(shí)際電壓與額定電壓之差，用占額定電壓的百分?jǐn)?shù)來表示 電能質(zhì)量是指通過公用電網(wǎng)供給用戶端的交流電能的品質(zhì)。 頻率偏差額定頻率：50Hz允許偏差：電網(wǎng)容量3000MW及以上者，0.2 Hz；電網(wǎng)容量3000MW以下者，0.5 Hz。電壓偏差&2 電力系統(tǒng)的電壓與電能質(zhì)量電壓偏差的危害白熾燈：電壓低時(shí)，壽命延長，但發(fā)光效率降低，照度下降；電壓高時(shí)，發(fā)光效率增加，但使用壽命大大縮短。 ，電壓低時(shí)，轉(zhuǎn)矩將急劇減小，電流由于電動(dòng)機(jī)：增大，使電動(dòng)機(jī)繞組絕緣過熱受損，縮短使用壽命。電壓偏差的允許值35kV及以上電壓供電的用戶：5% 10 kV及以下高壓供電和低壓電力用戶：7% 低壓照明用戶：+5%10%

12、正確選擇變壓器的電壓分接頭或采用有載調(diào)壓變壓器；合理減少系統(tǒng)的阻抗；盡量保持系統(tǒng)三相負(fù)荷平衡；改變系統(tǒng)的運(yùn)行方式；采用無功功率補(bǔ)償設(shè)備等。電壓調(diào)整的措施圖1-12 電力變壓器的分接開關(guān)a)分接開關(guān)接線 b）分接開關(guān)結(jié)構(gòu)1帽 2密封墊圈 3操動(dòng)螺母 4定位釘 5絕緣盤 6靜觸頭 7動(dòng)觸頭 調(diào)電力變壓器分接開關(guān)合理減少系統(tǒng)的阻抗 減少系統(tǒng)的變壓級數(shù)、增大導(dǎo)線電纜的截面或以電纜取代架空線等來減少系統(tǒng)的阻抗，降低電壓損耗。合理改變系統(tǒng)的運(yùn)行方式 工作班時(shí)間內(nèi)，負(fù)荷重，電壓往往偏低，因而需要將變壓器高壓繞組的分接頭調(diào)在-5%的位置上。夜間負(fù)荷輕時(shí)，電壓就會過高。這時(shí)如能切除變壓器，改由低壓聯(lián)絡(luò)線供電，則

13、既能減少這臺變壓器的電能損耗，又可由于投入低壓聯(lián)絡(luò)線而增加線路的電壓損耗，從而降低所出現(xiàn)的過高電壓。 兩臺變壓器并列運(yùn)行的變電所，在負(fù)荷輕時(shí)切除一臺變壓器，同樣可起到降低過高電壓的作用。 電壓波動(dòng)與閃變 電壓波動(dòng)是指電網(wǎng)電壓短時(shí)、快速的變動(dòng)，用電壓最大值與最小值之差對電網(wǎng)額定電壓的百分比表示，即 閃變是指人眼對因電壓波動(dòng)引起燈閃的一種主觀感覺，引起燈閃的電壓稱為閃變電壓。&2 電力系統(tǒng)的電壓與電能質(zhì)量電壓波動(dòng)產(chǎn)生的原因：是由負(fù)荷急劇變動(dòng)引起的。 電壓波動(dòng)的允許值使電動(dòng)機(jī)無法正常起動(dòng)，引起同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)；使某些電子設(shè)備無法正常工作；使照明燈發(fā)生明顯的閃爍現(xiàn)象等。10 kV及以下電網(wǎng)：2.5%

14、35110 kV電網(wǎng)：2%電壓波動(dòng)的危害諧波 諧波是指對周期性非正弦交流量進(jìn)行傅里葉級數(shù)分解后所得到的頻率為基波頻率整數(shù)倍的各次分量，通常稱為高次諧波。對負(fù)荷變動(dòng)劇烈的大型電氣設(shè)備，采用專線或?qū)Ｓ米儔浩鞴╇?；增大供電容量，減小系統(tǒng)阻抗 ；增加系統(tǒng)的短路容量或提高供電電壓；在電壓波動(dòng)嚴(yán)重時(shí)減少或切除引起電壓波動(dòng)的負(fù)荷 ；對大型沖擊性負(fù)荷，可裝設(shè)能吸收沖擊無功功率的靜止型無功補(bǔ)償裝置（SVC） 。電壓波動(dòng)的抑制&2 電力系統(tǒng)的電壓與電能質(zhì)量諧波產(chǎn)生的原因：是由于電力系統(tǒng)中存在各種非線性元件 。 波形畸變程度的幾個(gè)特征量第h次諧波電壓含有率： 第h次諧波電流含有率：諧波電壓總含量 ： 諧波電流總含

15、量 ： 電壓總諧波畸變率 ： 電流總諧波畸變率 ： &2 電力系統(tǒng)的電壓與電能質(zhì)量使變壓器和電動(dòng)機(jī)的鐵芯損耗增加，引起局部過熱，同時(shí)振動(dòng)和噪聲增大，縮短使用壽命；使線路的功率損耗和電能損耗增加，并有可能使電力線路出現(xiàn)電壓諧振，產(chǎn)生過電壓，擊穿電氣設(shè)備的絕緣；使電容器產(chǎn)生過負(fù)荷而影響其使用壽命；使繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置產(chǎn)生誤動(dòng)作；使變壓器使計(jì)算電費(fèi)用的感應(yīng)式電能表的計(jì)量不準(zhǔn)；對附近的通信線路產(chǎn)生信號干擾，使數(shù)據(jù)傳輸失真等。諧波的危害三相整流變壓器采用Y，d或D，y接線 ；增加整流器的相數(shù) ；在諧波源處裝設(shè)專用濾波器 ；限制晶閘管整流設(shè)備投入電網(wǎng)的容量 ；在大型整流設(shè)備附近裝設(shè)靜止型無功補(bǔ)償裝置等。三

16、相電壓不平衡度 指三相系統(tǒng)中三相電壓的不平衡程度，用電壓負(fù)序分量有效值與正序分量有效值的百分比來表示，即諧波電壓限值和諧波電流允許值：見教材表1-3和表1-4。諧波的抑制影響變換器及其控制系統(tǒng)的正常工作并改變其設(shè)計(jì)性能，產(chǎn)生附加的非特征諧波分量；使旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子受到反方向的負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場的作用，產(chǎn)生雙倍頻率的附加電流，使電機(jī)發(fā)熱甚至燒毀 ；使繼電保護(hù)裝置產(chǎn)生誤動(dòng)和拒動(dòng) 。電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)：2%接于公共連接點(diǎn)的用戶：1.3%產(chǎn)生三相電壓不平衡的原因：三相負(fù)荷不對稱 。三相電壓不平衡的危害三相電壓不平衡的允許值四、工廠供配電電壓的選擇(一). 工廠供電電壓的選擇 工廠供電電壓的選擇，主要取決于當(dāng)?shù)?/p>

17、電網(wǎng)的供電電壓等級，同時(shí)也要考慮工廠用電設(shè)備的電壓、容量和供電距離等因素。由于同樣的輸送功率和輸送距離條件下，配電電壓越高，線路電流越小，因而線路采用的導(dǎo)線或電纜截面越小，從而可減少線路的初投資和有色金屬消耗量，且可減少線路的電能損耗和電壓損耗。10030050150301002030106208100.350.25輸送距離 / km 100000500000 1000050000 350030000 2000100005000200030001000175100輸送功率 / kW 架空線架空線架空線架空線電纜線架空線電纜線架空線電纜線架空線線路結(jié)構(gòu) 22011066351010660.380

18、.38線路電壓/ kV (二)工廠高壓配電電壓的選擇 工廠高壓配電電壓的選擇，主要取決于工廠高壓用電設(shè)備的電壓及其容量、數(shù)量等因素。 工廠采用的高壓配電電壓通常為10kV。工廠擁有相當(dāng)數(shù)量的6kV用電設(shè)備，或者供電電源電壓就是6kV，則可考慮采用6kV電壓作為工廠的高壓配電電壓。 當(dāng)?shù)氐碾娫措妷簽?5kV, 而廠區(qū)環(huán)境條件又允許采用35kV架空線路時(shí)，則可考慮采用35kV作為高壓配電電壓深入工廠各車間負(fù)荷中心，并經(jīng)車間變電所直接降低為低壓用電設(shè)備所需的電壓。這種高壓深入負(fù)荷中心的直配方式，可以省去一級中間變壓，大大簡化供電系統(tǒng)接線，節(jié)約有色金屬，降低電能損耗和電壓損耗，提高供電質(zhì)量，有一定的推

19、廣價(jià)值。(三)工廠低壓配電電壓的選擇 工廠的低壓配電電壓，一般采用220/380V，其中線電壓380V接三相動(dòng)力設(shè)備和380V的單相設(shè)備，相電壓220V接一般照明燈具和其他 220V的單相設(shè)備。但是某些場合宜采用660V甚至更高的1140V作為低壓配電電壓。 在礦井下采用660V或1140V配電，較之采用380V配電，不僅可減少線路的電壓損耗，提高負(fù)荷端的電壓水平，而且能減少線路的電能損耗，減少有色金屬消耗量和初投資，增大配電范圍，提高供電能力，減少變電點(diǎn)，簡化供電系統(tǒng)。3 電力系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式及低壓配電系統(tǒng)接地型式一、電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)運(yùn)行方式大電流接地系統(tǒng) 110KV以上 380V/220

20、V小電流接地系統(tǒng) 363KV 不接地中性點(diǎn) 經(jīng)消弧線圈接地 直接接地1、中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)、正常運(yùn)行圖1-16 正常運(yùn)行時(shí)的中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng)a)電路圖 b)相量圖1、中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地圖1-17 單相接地時(shí)的中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng) a) 電路圖 b)相量圖a相接地b相對地c相對地接地電流是電容電流3倍2、中性點(diǎn) 經(jīng)消弧線圈接地圖1-18 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng)在發(fā)生單相接地時(shí) a)電路圖 b)相量圖全補(bǔ)償 接地電流為0欠補(bǔ)償過補(bǔ)償 常用方式特點(diǎn)：中性點(diǎn)始終保持零電位。 優(yōu)點(diǎn) 節(jié)約絕緣投資。發(fā)生單相短路時(shí)，非故障相對地電壓不變，電氣設(shè)備絕緣水平可按相電壓考慮。因此，我國110k

21、V及以上的電力系統(tǒng)基本上都采用中性點(diǎn)直接接地的方式 。一、 電力系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式 3、中性點(diǎn)直接接地 圖1-10 中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)的電力系統(tǒng)示意圖針對缺點(diǎn)應(yīng)采取的措施加裝自動(dòng)重合閘裝置，以提高供電可靠性。 適用范圍110kV及以上電網(wǎng)和380/220V電力網(wǎng)。 說明：110kV及以上電網(wǎng)采用中性點(diǎn)直接接地方式是為了降低工程造價(jià)，而在380/220V低壓電網(wǎng)中是為了保證人身安全。 缺點(diǎn) 供電可靠性不高。單相短路時(shí)，接地相短路電流很大，保護(hù)裝置迅速跳閘，因此系統(tǒng)不能繼續(xù)運(yùn)行。二、低壓配電系統(tǒng)的接地型式(一)有關(guān)的概念 我國的220/380V 低壓配電系統(tǒng)，廣泛采用中性點(diǎn)直接接地的運(yùn)行方式。(1

22、)中性線（N線） 其功能一是用來連接額定電壓為系統(tǒng)相電壓的單相用電設(shè)備，二是用來傳導(dǎo)三相系統(tǒng)中的不平衡電流和單相電流，三是減小負(fù)荷中性點(diǎn)的電位偏移。(2)保護(hù)線（PE線） 它是為保障人身安全、防止發(fā)生觸電事故用的接地線。系統(tǒng)中所有電氣設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分（指正常時(shí)不帶電但故障情況下可能帶電的易被人身接觸的導(dǎo)電部分，如金屬外殼、金屬構(gòu)架等）通過PE線接地，可在設(shè)備發(fā)生接地故障時(shí)減少觸電危險(xiǎn)。(3)保護(hù)中性線（PEN線） 它兼有N線和PE線的功能。這種PEN線，我國過去習(xí)慣稱為“零線”。圖1-20 低壓配電的TN系統(tǒng)a)TN-C系統(tǒng) b)TN-S系統(tǒng) c)TN-C-S系統(tǒng)(二)TN系統(tǒng)、TT系統(tǒng)和IT系統(tǒng) 低壓配電系統(tǒng)，按其保護(hù)接地型式分為TN系統(tǒng)、TT系統(tǒng)和IT系統(tǒng)。 1、TN系統(tǒng) 其電源中性點(diǎn)直接接地，其中所有設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分均接公共保護(hù)接地線（PE線）或公共保護(hù)中性線（PEN線）。這種接公共PE線或PEN線的方式，通稱為“接零”。TN系統(tǒng)又分三種型式： 2、TT系統(tǒng) 該系統(tǒng)的所有設(shè)備外露可導(dǎo)電部分均各自經(jīng)PE線單獨(dú)接地，此系