工厂供电的基本知识.ppt

1,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,2,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、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。,3,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,1、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。,4,2、中型工厂供电系统的平面布线示意图,3、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。,5,4、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35kV架空线路深入负荷中心的“安全走廊”要求而定，否则不宜采用。,6,5、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，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,7,二、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,8,2、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,9,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,10,三、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。,11,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。,12,3、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,13,5、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,14,二、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。,15,四、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。,16,2、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、装设吸收无功装置,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 （一）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。,17,（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 （1）使三相负荷均衡分配 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,18,（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 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 （一）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。,19,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：,20,2、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 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。,21,3、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，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）。,22,4、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。,23,1）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