工厂供电第6版第一章

1、 相关专业课程相关专业课程1.1.电路原理电路原理2.2.电力系统分析电力系统分析3.3.电机学电机学4.4. 电力电子技术电力电子技术. . 5.5.计算机控制技术计算机控制技术. .成绩划分：成绩划分：考试成绩考试成绩=60%=60%平时平时+40%+40%期末期末1.60%1.60%包括到课率、上课表现、包括到课率、上课表现、作业（实验）完成情况作业（实验）完成情况2.40%2.40%期末期末3.3.基本要求：出勤基本要求：出勤 上课上课 作业作业先看几个问题：1.1.同学们家里的电是从哪里来的？电线是如何布置的？你能知道你同学们家里的电是从哪里来的？电线是如何布置的？你能知道你家的电是

2、从哪个发电厂过来的吗？家的电是从哪个发电厂过来的吗？2.2.路边看到高低不同的输电塔，电是如何输送的？路边看到高低不同的输电塔，电是如何输送的？3.3.工厂里的线路和家里的有什么不一样？工厂里的线路和家里的有什么不一样？4.4.晚上路灯如何亮起？晚上路灯如何亮起？6.6.电水壶水满出了，家里灯灭了，为什么？电水壶水满出了，家里灯灭了，为什么？。第一章 概论主要内容：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 工厂供电系统及发电厂、电力系统及工厂自备电源工厂供电系统及发电厂、电力系统及工厂自备电源 电力系统的电压与电能质量电力系统的电压与电能质量 中性点运行方式及中性点运行方式

3、及低压配电系统的接地型式低压配电系统的接地型式 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。 国家电网现状国家电网现状 目前，国家电网由目前，国家电网由5 5 个区域电网和跨区域个区域电网和跨区域( (国国) )交直流输电系统构交直流输电系统构成，供电范围包括成，供电范围包括26 26 个省个省( (区、市区、市) )、840 840 多万多万km2km2。跨区域交直流系统由。跨区域交直流系统由2 2个特高压直流、个特高压直流、1 1 个特高压交流、个特高压交流、9 9 个个500 kV 1500

4、kV 1个个660kV 1 660kV 1 个个400kV 400kV 直流直流4 4个个500kV 500kV 交流点对网送电工程组成。交流点对网送电工程组成。5 5 个区域电网除西北电网主网架为个区域电网除西北电网主网架为750kV 750kV 以外，东北、华北、华中、华以外，东北、华北、华中、华东电网主网架电压等级均为东电网主网架电压等级均为500kV500kV。我国目前绝大多数电网来说，我国目前绝大多数电网来说，1.1.高压高压电网指的是电网指的是110kV110kV和和220kV220kV电网电网; ;2.2.超高压超高压电网指的是电网指的是330kV330kV，500kV500kV

5、和和750kV750kV电网。电网。3.3.特高压特高压输电指的是正在开发的输电指的是正在开发的1000 kV1000 kV交流电交流电压和压和800kV800kV直流电压输电工程和技术。直流电压输电工程和技术。锦屏锦屏- -苏南苏南800kV800kV特高压直流输电工特高压直流输电工程程工程额定电压工程额定电压800kV800kV，额定输送功率，额定输送功率7200MW7200MW，线路途经，线路途经四川、云南、重庆、湖南、湖北、浙江、安徽、江苏八四川、云南、重庆、湖南、湖北、浙江、安徽、江苏八省市，全长省市，全长2059km2059km。与向家坝。与向家坝- -上海上海800kV800kV

6、特高压直流特高压直流输电示范工程相比，锦苏工程输送容量更大、送电距离输电示范工程相比，锦苏工程输送容量更大、送电距离更远、自主化水平更高，创造了特高压直流工程建设的更远、自主化水平更高，创造了特高压直流工程建设的新纪录。新纪录。 2、重要性： 供电中断，会引起设备损坏，可能发生人身事故供电中断，会引起设备损坏，可能发生人身事故。3、基本要求：基本要求： 安全安全 可靠可靠 优质优质 经济经济 4、本课程的主要任务对中小型工厂的供电系统及电气照明进行操作、维护、设对中小型工厂的供电系统及电气照明进行操作、维护、设计、计算。计、计算。 第二节第二节 工厂供电系统、发电厂、电力系统及自备电工厂供电系

7、统、发电厂、电力系统及自备电源源一、工厂供电系统概况1、中型工厂供电系统、中型工厂供电系统(6-10KV)简图简图： 一根线表示三相线路 高压配电所有两条高压配电所有两条lOkVlOkV的电源进线，分别接在高压的电源进线，分别接在高压配电所的两段母线上，形成配电所的两段母线上，形成单母线分段制。单母线分段制。一条电源进一条电源进线供电，另一条电源进线作线供电，另一条电源进线作为备用。为备用。 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

8、电压降为6 610KV10KV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 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高压深入负荷中心的直配方式直配方式，可以省去一级中间变压，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环境条件是否满足35kV35kV架空线路深入负荷中心的架空线路深入负荷中心的“安全走安全走廊廊”要求而定，否则不宜采用。要求而定，否则不

9、宜采用。 5 5、小型工厂供电系统、小型工厂供电系统 对于小型工厂，由于所需容量一般不大于1000kVA1000kVA或稍多一些，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。 a)一台主变 b)两台主变 经过分析可知经过分析可知：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。 二、发电厂和电力系统二、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。水力发电风力发电太阳能发电直接发电1）温差发电2）热离子发电3）磁流体发电

10、间接发电集热装置热交换器推到汽轮发电机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 电力系统电力系统：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。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， 称为动力系统。如图如图1-81-8所示电力系统简图所示电力系统简图三、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：操

11、作简便、起动迅速(10-15S)、效率较高效率差，30%40%，应急之用。 2、交流不停电电源（UPS）： 如图所示，由整流器(UR)、逆变器(uV)和蓄电池组蓄电池组(GB)(GB)等三部分组成。优点：体积小、效率高、无噪声、无振动、维护费用低、可靠性高缺点：容量小，主要用在电子计算机中心、工业自动化控制中心等场所。P9 图1-11 稳频稳压式不停电电源的工作原理电路简图 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衡量电能质量的两个基本参数衡量电能质量的两个基本参数: :电压和频率电压和频率 频率规定频率规定：1.1.电力系统正常频率偏差正负电力系统正常频率偏差正负0.5

12、Hz0.5Hz； 2.2.电力系统非正常情况下偏差不超过正负电力系统非正常情况下偏差不超过正负1Hz1Hz； 3.3.电力系统达到电力系统达到3000MW3000MW或或以上以上时时, ,频率偏差不超过正负频率偏差不超过正负0.2Hz0.2Hz电压偏差电压偏差: :电气设备电气设备的端电压与其额定电压之差。的端电压与其额定电压之差。电压波动电压波动: :电网电压电网电压有效值的快速变动。电压波动值以有效值的快速变动。电压波动值以公共供电点在时公共供电点在时间上间上相邻最大与最小电压方均根值之差对电网额定电压的百分值来表示。相邻最大与最小电压方均根值之差对电网额定电压的百分值来表示。 电压波动的

13、频率用电压波动的频率用单位时间内电压波动的次数单位时间内电压波动的次数来表示。来表示。*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（GB/T156-2007GB/T156-2007标标准电压准电压） 1 1、电网（线路）的额定电压、电网（线路）的额定电压 根据需要、水平、技术、经济分析后确定（根据需要、水平、技术、经济分析后确定（表表1-1 P101-1 P10）2 2、用电设备的额定电压、用电设备的额定电压 如图所示，用如图所示，用电设备的额定电压电设备的额定电压规定与规定与同级电网的额定电压同级电网的额定电压相同。相同。3 3、发电机的额定电压高于同级电网电

14、压、发电机的额定电压高于同级电网电压5%5% 一次绕组的额定电压：当变压器当变压器T1T1直接与发电机相联时，其一次绕组额定电压直接与发电机相联时，其一次绕组额定电压应与应与发电机额定电压发电机额定电压相同。当变压器相同。当变压器T2T2不与发电机相联而是连接在线路上时，可看作是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与电网额定电压相同。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

15、高次绕组额定电压应比相联电网额定电压高1010，其中其中5 5是用于补偿变压器满负荷运是用于补偿变压器满负荷运行时绕组内部的约行时绕组内部的约5 5的电压降的电压降，另外，另外5 5用以补偿线路上的电压损耗。若二次侧供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内部5 5的电压降。的电压降。 * * *4 4、电力变压器的额定电压、电力变压器的额定电压（两种情况）表1-2 P105、电压高低的划分 电力变压器额定电kV 一次绕组 0.38 0.66 3,3

16、.15 6,6.3 10,10.5 13.8,15.75,18， 20,22,24,26 35 66 110 220 330 500P10 GB/T 156-2007标准电压 表1-1二、电压偏差与电压调整二、电压偏差与电压调整（一）电压偏差的有关概念（一）电压偏差的有关概念 1 1、电压偏差的含义、电压偏差的含义 设备设备的的端电压端电压U U与与设备额定电压设备额定电压U UN N。之差对额定电压。之差对额定电压U UN N。的百分值，即。的百分值，即 2 2、电压偏差对设备的影响、电压偏差对设备的影响 感应电动机感应电动机 （转矩、电流、转速、温升、绝缘老化，影响产品质量）（转矩、电流、

17、转速、温升、绝缘老化，影响产品质量） 同步电动机（转矩、电流、温升等；转速）同步电动机（转矩、电流、温升等；转速） 电光源（使用寿命、发光效率）电光源（使用寿命、发光效率） （二）电压调整的措施（二）电压调整的措施 3 3、允许的电压偏差、允许的电压偏差 1 1）电动机）电动机 5%5%2 2）电气照明）电气照明 一般为一般为5%5% 用户受电端电压，用户受电端电压，35KV35KV以上以上 正负正负10%10%；10KV10KV以下三相供电号正负以下三相供电号正负7%7%；220V220V单相供单相供 电电压允许偏差电电压允许偏差+7%+7%、-10%-10%；非正常状况下，用户受电端电压最

18、大允许不超过；非正常状况下，用户受电端电压最大允许不超过+7%+7%、- -7%7%（1）正确选择）正确选择无载调压型变压器的电压分接头无载调压型变压器的电压分接头或采用或采用有载调压有载调压型变压器（型变压器（P13 图图1-14电力变压器的分接开关）电力变压器的分接开关）（2）合理减少系统阻抗）合理减少系统阻抗 减少变压级数，适当增大导线电缆的截面积或以电缆取代架空线路减少变压级数，适当增大导线电缆的截面积或以电缆取代架空线路 （3）合理改变系统的运行方式）合理改变系统的运行方式 * 针对一班制或两班制，不同时间段内的变压器的接线方式针对一班制或两班制，不同时间段内的变压器的接线方式 *

19、切除变压器，采用相邻变电所低压联络线供电切除变压器，采用相邻变电所低压联络线供电* 如两台变压器并列运行，在负荷轻时可切除一台，可降低过高如两台变压器并列运行，在负荷轻时可切除一台，可降低过高电压的作用。电压的作用。 （4）尽量使系统的三相负荷均衡）尽量使系统的三相负荷均衡 （5）采用无功补偿装置）采用无功补偿装置四、电压波动及其抑制四、电压波动及其抑制 1 1、含义：电压波动是指、含义：电压波动是指电网电压电网电压有效值有效值( (方均根值方均根值) )的连的连续快速变动，续快速变动，即：即： 电压波动值，以用户公共供电点的电压波动值，以用户公共供电点的相邻最大相邻最大和和最小最小的电压的电

20、压方均根值方均根值Umax 与与Umin之差对电网额定电压之差对电网额定电压 UN的百分值来表示的百分值来表示2 2、电压波动电压波动的产生与危害的产生与危害 产生产生：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。：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。 危害危害：使得设备无法正常工作。：使得设备无法正常工作。3 3、电压波动的抑制措施、电压波动的抑制措施 1 1）专用线路或专用变压器供电（负荷变动剧烈的大型设备）专用线路或专用变压器供电（负荷变动剧烈的大型设备） 2 2）减少系统阻抗（增大供电容量、单回路改双回路、架空线改电缆）减少系统阻抗（增大供电

21、容量、单回路改双回路、架空线改电缆） 3 3）减小引起波动的负荷（切除引起电压波动负荷）减小引起波动的负荷（切除引起电压波动负荷） 4 4）提高电压等级（大容量电弧炉用变压器，宜用短路容量较大的电网供电）提高电压等级（大容量电弧炉用变压器，宜用短路容量较大的电网供电） 大容量供电大容量供电 5 5）装设吸收无功装置）装设吸收无功装置 静止型无功补偿装置（静止型无功补偿装置（SVCSVC）五、五、电网谐波电网谐波及其危害及其危害含义含义：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：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)(50Hz)整数整数 倍的各次

22、分量，通常称为倍的各次分量，通常称为高次谐波高次谐波。（电路中非线性元件造成。（电路中非线性元件造成） 危害危害：使：使变压器及电动机的铁心损耗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。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。谐波的抑制谐波的抑制（1）三相整流变压器采用）三相整流变压器采用YD 或或DY 联结联结(2)(2)增加整流变压器二次侧的相数增加整流变压器二次侧的相数。 如如6 6相相,5,5次谐波电流只占基波的次谐波电流只占基波的18.5%,18.5%

23、,7 7次谐流只占次谐流只占12%;12%; 12 12相相, 5, 5次谐波电流只占基波的次谐波电流只占基波的4.54.5%,7%,7次谐流只占次谐流只占3%;3%;(3)(3)使各台整流变压器二次侧互有相角差使各台整流变压器二次侧互有相角差 类似于增加二次侧的相数效果相似类似于增加二次侧的相数效果相似(4)(4)装设分流滤波器装设分流滤波器, ,消除消除5 5、7 7、1111次谐波次谐波 P15 P15 图图1-141-14（5 5）选用）选用Dyn11Dyn11联结组三相配电变压器联结组三相配电变压器 抑制抑制 3 3次及次及3 3的整数倍次谐波的整数倍次谐波（6 6）其他的抑制谐波措

24、施）其他的抑制谐波措施（二）电压不平衡度及其允许值GB/T 15543-2008电能质量电能质量 三相电压不平衡三相电压不平衡规定：规定：（1）正常允许）正常允许2%，短时不超过，短时不超过4%（2）接于公共连接点的每个用户一般不超过）接于公共连接点的每个用户一般不超过1.3%，短时不超过，短时不超过2.6%(三）改善三相不平衡的三）改善三相不平衡的措施措施 使三相负荷均衡分配使三相负荷均衡分配 三相系统各相安装的单相用电设备容量之差不超过三相系统各相安装的单相用电设备容量之差不超过15% 使不平衡负荷分散连接使不平衡负荷分散连接 将不平衡负荷接入更高电压的电网系将不平衡负荷接入更高电压的电网

25、系 更高的电压电网具有更大的短路容量更高的电压电网具有更大的短路容量 采用可调的平衡化装置采用可调的平衡化装置 具有分相补偿功能的具有分相补偿功能的静止型无功补偿装置（静止型无功补偿装置（SVC）和和静止无功电源（静止无功电源（SVG）六、六、三相不平衡三相不平衡及其改善及其改善（一）三相不平衡的产生及其危害（一）三相不平衡的产生及其危害* *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，主要取决于当地电网的供电电压等级，同时要考虑工厂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

26、，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，线路电流越小，使线路导线或电缆截面越小，可减少线路的初投供电电压越高，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。资和有色金属消耗量。（一）工厂供电电压的选择（一）工厂供电电压的选择 低压单相低压单相220V，三相，三相380V；高压有；高压有10、35（66）、）、110、220KV（二）工厂高压配电电压的选择（二）工厂高压配电电压的选择 高压配电通常为高压配电通常为10KV 表表1-3电力线路输送功率和输送距离电力线路输送功率和输送距离P17（三）工厂低压配电电压的选择（三

27、）工厂低压配电电压的选择（P18）电压高代的划分我国统一以我国统一以1000V1000V为界线来划分电压高底为界线来划分电压高底低压低压交流交流1000V1000V及以下；高压及以下；高压交流电压交流电压1000V1000V以上；以上；交流交流50V50V及以下为特低压；及以下为特低压；1000V1000V及以下为低压；及以下为低压；1000V1000V到到10kV10kV或或35kV35kV为为中压；中压；35kV35kV或以上至或以上至110kV110kV或或220kV220kV为高压；为高压；220kV220kV或或330kV330kV及以上为超及以上为超高压；高压；800kV800kV

28、及以上为特高压。及以上为特高压。* *第四节第四节 电力系统中性点运行方式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。测仪表的选择与运行。 种类种类：中性点不接地系统中性点不接地系统、中性点经阻抗接地系统中性点经阻抗接地系统、中性点直接接地系统中性点直接接地系统 1 1、中性点不接地的电力系统（、中性点不接地的电力系统（366kV366kV，

29、特别是特别是310kV310kV） 正常运行：电压、电流对称。电压、电流对称。单相接地：另两相对地电压升高为原来的根号另两相对地电压升高为原来的根号3 3倍。单相接倍。单相接地电容电流为正常运行时相线对地电容电流的地电容电流为正常运行时相线对地电容电流的3 3倍。倍。 单相接地电流经验公式：2 2、中性点经、中性点经消弧线圈消弧线圈接地接地(310kV(310kV系统单相接地电流大于系统单相接地电流大于30A30A，20kV20kV及以上及以上系统中单相接地电流大于系统中单相接地电流大于10A10A时时) ) 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根号另两相对地电压升

30、高为原来的根号3 3倍，减小了接地电流。在倍，减小了接地电流。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。弧线圈接地的运行方式。在系统发生单相接地故障时允许短时（在系统发生单相接地故障时允许短时（一般为一般为2 2小时小时）继续运行，但应有保护装置）继续运行，但应有保护装置在接地故障时及时发出报警信号。在接地故障时及时发出报警信号。 3 3、中性点、中性点直接接地或低阻接地直接接地或低阻接地的电力系统的电力系统 （110kV及以上）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另

31、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。置应动作于跳闸，切除短路故障。110KV110KV以上的超高压采用该系统很有经济价值。以上的超高压采用该系统很有经济价值。 4 4、低压配电系统的接地型式、低压配电系统的接地型式我国我国220220380V380V低压配电系统，广泛采用中性点直接接地的运行方式，而低压配电系统，广泛采用中性点直接接地的运行方式，而且引出有中性线且引出有中性线N N、保护线、保护线PEPE、保护中性线、保护中性线PENPEN。 中性线中性线(N(N线线) )的功能的功能：一是用来接用额定电压为系统相电压的单相用电设备；一是用来接用