工厂供电第一章 概论

工厂供电第一章概论第1页，共68页，2023年，2月20日，星期一工厂供电绪论------工厂供电及电力系统的基本知识电力负荷及其计算短路电流及其计算工厂变配电所及其一次系统工厂电力线路工厂供电系统的过电流保护实验第2页，共68页，2023年，2月20日，星期一工厂供电第一章绪论第3页，共68页，2023年，2月20日，星期一§1工厂供电及电力系统的基本知识工厂供电的意义和要求发电厂和电力系统简介工厂供电系统概况第4页，共68页，2023年，2月20日，星期一一、工厂供电的意义和要求工厂供电（plantpowersupply）是指工厂用电设备所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。电能是现代工业生产和人们生活的主要能源和动力。

1、电能既易与其他形式的能量进行转换；

2、电能的输送和分配简单经济，控制、调节和测量方便，有利于实现生产过程自动化；电能在现代工业生产中应用极为广泛。做好工厂供电工作对于发展工业生产、实现工业现代化，具有十分重要的意义。

第5页，共68页，2023年，2月20日，星期一工厂供电的基本要求

安全——在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。

可靠——应满足电能用户对供电可靠性即连续供电的要求。

优质——应满足电能用户对电压和频率等的质量要求。

经济——供电系统的投资要省，运行费用要低，并尽可能地节约电能和有色金属消耗量。第6页，共68页，2023年，2月20日，星期一二、电力系统和发电厂1、电力系统

由发电厂的发电机、变压器和输电线路以及用电设备，按一定的规律连接而组成一整体，称为电力系统。第7页，共68页，2023年，2月20日，星期一为什么用高电压输送电能？设输送一定电能，三相视在功率G

输电线路用电设备第8页，共68页，2023年，2月20日，星期一图1-9大型电力系统简图第9页，共68页，2023年，2月20日，星期一建立大型电力系统优越性：可以更经济合理地利用动力资源，例如在有水力资源的地方建设水电站，在有煤炭资源的地方建设坑口火电厂，在有地热资源的地方建设地热发电厂等，这样可大大降低发电成本，减少电能损耗。可以更好地保证供电质量，满足用户对电源频率和电压等的质量要求。可以大大提高供电的可靠性，有利于整个国民经济的发展。第10页，共68页，2023年，2月20日，星期一2、发电厂发电厂（powerplant）又称发电站，是将自然界存在的各种一次能源转换为电能（属二次能源）的工厂。一次能源：水能,煤、石油、天然气、太阳能、风能等。二次能源：电力、汽油、柴油、蒸气等。发电厂按其所利用的能源不同，分为水力发电厂、火力发电厂、核能发电厂及风力发电厂、地热发电厂、太阳能发电厂等多种类型。第11页，共68页，2023年，2月20日，星期一(1)水力发电厂水力发电厂是把水的位能和动能转换成电能的工厂。基本生产过程：从河流较高处或水库内引水，利用水的压力或流速冲击水轮机旋转，将水能变成机械能，然后由水轮机带动发电机旋转，机械能转换面电能。水电厂的发电容量P与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：发电容量－kW；Q：水流量－m3/sH：水的落差－m；：水轮机组的效率。第12页，共68页，2023年，2月20日，星期一堤坝式水电厂第13页，共68页，2023年，2月20日，星期一三峡水力发电机组发电示意图第14页，共68页，2023年，2月20日，星期一第15页，共68页，2023年，2月20日，星期一河床式水电厂第16页，共68页，2023年，2月20日，星期一引水式电厂第17页，共68页，2023年，2月20日，星期一葛洲坝水电厂第18页，共68页，2023年，2月20日，星期一三峡大坝第19页，共68页，2023年，2月20日，星期一三峡水电厂第20页，共68页，2023年，2月20日，星期一第21页，共68页，2023年，2月20日，星期一(2)火力发电厂火力发电简称火电厂，是利用煤、石油或天然气作为燃料生产电能的工厂。燃料的化学能热能机械能电能锅炉汽轮机发电机

火电厂与同容量的水电站相比，具有建设工期短、工程造价低、投资回收快等特点，但是火电成本高，而且对环境要造成一定的污染，因此火电建设要受到环境的一定制约。第22页，共68页，2023年，2月20日，星期一三、工厂供电系统概况(一)6~10kV进线的中型工厂供电系统一般中型工厂的电源进线是6~10kV。电能先经高压配电所，由高压配电线路将电能分送至各个车间变电所。第23页，共68页，2023年，2月20日，星期一图1-1中型工厂供电系统简图第24页，共68页，2023年，2月20日，星期一工厂供电系统的平面布线示意图。从平面布线图上可以看出配、变电所及配电屏、控制屏的分布位置及其进出线情况。

第25页，共68页，2023年，2月20日，星期一(二)35kV及以上进线的大中型工厂供电系统对于大型工厂及某些电源进线电压为35kV及以上的中型工厂，通常经过两次降压。总降压变电所，其中装有较大容量的电力变压器，将35kV及以上的电源电压降为6~10kV的配电电压，然后通过6~10kV的高压配电线将电能送到各车间变电所，也有的经过高压配电所再送到车间变电所。车间变电所装有配电变压器，又将6~10kV降为一般低压用电设备所需的电压220/380V。第26页，共68页，2023年，2月20日，星期一图1-3具有总降压变电所的工厂供电系统简图第27页，共68页，2023年，2月20日，星期一图1-4高压深入负荷中心的工厂供电系统简图第28页，共68页，2023年，2月20日，星期一(三)小型工厂供电系统对于小型工厂，由于其所需容量一般不大于1000kVA，因此通常只设一个降压变电所，将6~10kV电压降为低压用电设备所需的电压，如图1-5所示。第29页，共68页，2023年，2月20日，星期一如果工厂所需容量不大于160kVA时，可采用低压电源进线，因此工厂只需设一低压配电间，如图1-6所示。第30页，共68页，2023年，2月20日，星期一(四)设有应急柴油发电机组的工厂供电系统对于工厂的重要负荷，一般要求在正常供电电源之外，另设有应急备用电源，最常用的备用电源是柴油发电机组。第31页，共68页，2023年，2月20日，星期一§2电力系统的电压和电能质量电力系统的额定电压电压等级的选择电能质量工厂供配电电压的选择第32页，共68页，2023年，2月20日，星期一用电设备的额定电压：与同级电网的额定电压相同。发电机的额定电压：比同级电网的额定电压高出5%，用于补偿线路上的电压损失。

一、电力系统的额定电压电力网的额定电压：我国高压电网的额定电压等级有3kV、6kV、10kV、35kV、63kV、110kV、220kV、330kV、500kV等。图1-6供电线路上的电压变化示意图图1-6为供电线路上的电压变化示意图。第33页，共68页，2023年，2月20日，星期一变压器的二次绕组：对于用电设备而言，相当于电源。变压器的额定电压我国公布的三相交流系统的额定电压见表1-1。

变压器的一次绕组：相当于是用电设备，其额定电压应与电网的额定电压相同。注意：当变压器一次绕组直接与发电机相连时，其额定电压应与发电机的额定电压相同。当变压器二次侧供电线路较长时：应比同级电网额定电压高10%

当变压器二次侧供电线路较短时：应比同级电网额定电压高5%其中5%用于补偿变压器满载供电时一、二次绕组上的电压损失；另外5%用于补偿线路上的电压损失，用于35kV及以上线路。可以不考虑线路上的电压损失，只需要补偿满载时变压器绕组上的电压损失即可，用于10kV及以下线路。第34页，共68页，2023年，2月20日，星期一发电机G的额定电压：UN·G=1.05×10=10.5（kV）变压器T1的额定电压：U1N=10.5（kV）

U2N=1.1×110=121（kV）变压器T1的变比为：10.5/121kV变压器T2的额定电压：U1N=110（kV）

U2N=1.05×6=6.3（kV）变压器T2的变比为：110/6.3kV例1-1已知下图所示系统中电网的额定电压，试确定发电机和变压器的额定电压。~T1GT2110kV10kV6kV变压器T1的一次绕组与发电机直接相连，其一次侧的额定电压应与发电机的额定电压相同变压器T1的二次侧供电距离较长，其额定电压应比线路额定电压高10%变压器T2的二次侧供电距离较短，可不考虑线路上的电压损失第35页，共68页，2023年，2月20日，星期一GT110KVT4T2T3D1220KV110KV6KV35KV3KV10.5KV10.5KV/242KV10.5KV/3.15KV220KV/121KV/38.5KV35KV/6.6KV第36页，共68页，2023年，2月20日，星期一&2电力系统的电压与电能质量

二、电压等级的选择220kV及以上：用于大型电力系统的主干线。110kV：用于中小型电力系统的主干线。35kV：用于大型工业企业内部电力网。10kV：常用的高压配电电压，当6kV高压用电设备较多时，也可考虑用6kV配电。3kV：仅限于工业企业内部采用。380/220V：工业企业内部的低压配电电压。电力网的额定电压、传输功率和传输距离之间的关系第37页，共68页，2023年，2月20日，星期一&2电力系统的电压与电能质量三、电能质量电压偏差是指用电设备的实际电压与额定电压之差，用占额定电压的百分数来表示电能质量是指通过公用电网供给用户端的交流电能的品质。频率偏差额定频率：50Hz允许偏差：电网容量3000MW及以上者，±0.2Hz；电网容量3000MW以下者，±0.5Hz。电压偏差第38页，共68页，2023年，2月20日，星期一&2电力系统的电压与电能质量电压偏差的危害白炽灯：电压低时，寿命延长，但发光效率降低，照度下降；电压高时，发光效率增加，但使用寿命大大缩短。

，电压低时，转矩将急剧减小，电流由于电动机：增大，使电动机绕组绝缘过热受损，缩短使用寿命。电压偏差的允许值35kV及以上电压供电的用户：±5%

10kV及以下高压供电和低压电力用户：±7%低压照明用户：+5%～–10%第39页，共68页，2023年，2月20日，星期一

正确选择变压器的电压分接头或采用有载调压变压器；合理减少系统的阻抗；尽量保持系统三相负荷平衡；改变系统的运行方式；采用无功功率补偿设备等。电压调整的措施第40页，共68页，2023年，2月20日，星期一图1-12电力变压器的分接开关a)分接开关接线b）分接开关结构1—帽2—密封垫圈3—操动螺母4—定位钉5—绝缘盘6—静触头7—动触头

调电力变压器分接开关第41页，共68页，2023年，2月20日，星期一合理减少系统的阻抗

减少系统的变压级数、增大导线电缆的截面或以电缆取代架空线等来减少系统的阻抗，降低电压损耗。合理改变系统的运行方式

工作班时间内，负荷重，电压往往偏低，因而需要将变压器高压绕组的分接头调在-5%的位置上。夜间负荷轻时，电压就会过高。这时如能切除变压器，改由低压联络线供电，则既能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。两台变压器并列运行的变电所，在负荷轻时切除一台变压器，同样可起到降低过高电压的作用。

第42页，共68页，2023年，2月20日，星期一电压波动与闪变

电压波动是指电网电压短时、快速的变动，用电压最大值与最小值之差对电网额定电压的百分比表示，即闪变是指人眼对因电压波动引起灯闪的一种主观感觉，引起灯闪的电压称为闪变电压。第43页，共68页，2023年，2月20日，星期一&2电力系统的电压与电能质量电压波动产生的原因：是由负荷急剧变动引起的。

电压波动的允许值使电动机无法正常起动，引起同步电动机转子振动；使某些电子设备无法正常工作；使照明灯发生明显的闪烁现象等。10kV及以下电网：2.5%35～110kV电网：2%电压波动的危害第44页，共68页，2023年，2月20日，星期一谐波谐波是指对周期性非正弦交流量进行傅里叶级数分解后所得到的频率为基波频率整数倍的各次分量，通常称为高次谐波。对负荷变动剧烈的大型电气设备，采用专线或专用变压器供电；增大供电容量，减小系统阻抗；增加系统的短路容量或提高供电电压；在电压波动严重时减少或切除引起电压波动的负荷；对大型冲击性负荷，可装设能吸收冲击无功功率的静止型无功补偿装置（SVC）。电压波动的抑制第45页，共68页，2023年，2月20日，星期一&2电力系统的电压与电能质量谐波产生的原因：是由于电力系统中存在各种非线性元件

。

波形畸变程度的几个特征量第h次谐波电压含有率：

第h次谐波电流含有率：谐波电压总含量：

谐波电流总含量：

电压总谐波畸变率：

电流总谐波畸变率：

第46页，共68页，2023年，2月20日，星期一&2电力系统的电压与电能质量使变压器和电动机的铁芯损耗增加，引起局部过热，同时振动和噪声增大，缩短使用寿命；使线路的功率损耗和电能损耗增加，并有可能使电力线路出现电压谐振，产生过电压，击穿电气设备的绝缘；使电容器产生过负荷而影响其使用寿命；使继电保护及自动装置产生误动作；使变压器使计算电费用的感应式电能表的计量不准；对附近的通信线路产生信号干扰，使数据传输失真等。谐波的危害第47页，共68页，2023年，2月20日，星期一三相整流变压器采用Y，d或D，y接线；增加整流器的相数；在谐波源处装设专用滤波器；限制晶闸管整流设备投入电网的容量；在大型整流设备附近装设静止型无功补偿装置等。三相电压不平衡度指三相系统中三相电压的不平衡程度，用电压负序分量有效值与正序分量有效值的百分比来表示，即谐波电压限值和谐波电流允许值：见教材表1-3和表1-4。谐波的抑制第48页，共68页，2023年，2月20日，星期一影响变换器及其控制系统的正常工作并改变其设计性能，产生附加的非特征谐波分量；使旋转电机的转子受到反方向的负序旋转磁场的作用，产生双倍频率的附加电流，使电机发热甚至烧毁

；使继电保护装置产生误动和拒动

。电力系统公共连接点：2%接于公共连接点的用户：1.3%产生三相电压不平衡的原因：三相负荷不对称

。三相电压不平衡的危害三相电压不平衡的允许值第49页，共68页，2023年，2月20日，星期一四、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，同时也要考虑工厂用电设备的电压、容量和供电距离等因素。由于同样的输送功率和输送距离条件下，配电电压越高，线路电流越小，因而线路采用的导线或电缆截面越小，从而可减少线路的初投资和有色金属消耗量，且可减少线路的电能损耗和电压损耗。100~30050~15030~10020~30≦106~20≦8≦10≦0.35≦0.25输送距离/km100000~50000010000~500003500~300002000~10000≦5000≦2000≦3000≦1000≦175≦100输送功率/kW架空线架空线架空线架空线电缆线架空线电缆线架空线电缆线架空线线路结构

22011066351010660.380.38线路电压/kV第50页，共68页，2023年，2月20日，星期一

(二)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。工厂采用的高压配电电压通常为10kV。工厂拥有相当数量的6kV用电设备，或者供电电源电压就是6kV，则可考虑采用6kV电压作为工厂的高压配电电压。当地的电源电压为35kV,而厂区环境条件又允许采用35kV架空线路时，则可考虑采用35kV作为高压配电电压深入工厂各车间负荷中心，并经车间变电所直接降低为低压用电设备所需的电压。这种高压深入负荷中心的直配方式，可以省去一级中间变压，大大简化供电系统接线，节约有色金属，降低电能损耗和电压损耗，提高供电质量，有一定的推广价值。第51页，共68页，2023年，2月20日，星期一(三)工厂低压配电电压的选择工厂的低压配电电压，一般采用220/380V，其中线电压380V接三相动力设备和380V的单相设备，相电压220V接一般照明灯具和其他220V的单相设备。但是某些场合宜采用660V甚至更高的1140V作为低压配电电压。在矿井下采用660V或1140V配电，较之采用380V配电，不仅可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，减少有色金属消耗量和初投资，增大配电范围，提高供电能力，减少变电点，简化供电系统。第52页，共68页，2023年，2月20日，星期一§3电力系统中性点运行方式及低压配电系统接地型式

一、电力系统的中性点运行方式

大电流接地系统110KV以上380V/220V小电流接地系统3~63KV不接地中性点经消弧线圈接地直接接地第53页，共68页，2023年，2月20日，星期一1、中性点不接地系统①、正常运行图1-16正常运行时的中性点不接地的电力系统a)电路图b)相量图第54页，共68页，2023年，2月20日，星期一1、中性点不接地系统②单相接地图1-17单相接地时的中性点不接地的电力系统a)电路图b)相量图第55页，共68页，2023年，2月20日，星期一a相接地b相对地c相对地接地电流是电容电流3倍第56页，共68页，2023年，2月20日，星期一2、中性点经消弧线圈接地图1-18中性点经消弧线圈接地的电力系统在发生单相接地时a)电路图b)相量图

第57页，共68页，2023年，2月20日，星期一全补偿接地电流为0欠补偿过补偿常用方式第58页，共68页，2023年，2月20日，星期一特点：中性点始终保持零电位。优点

节约绝缘投资。发生单相短路时，非故障相对地电压不变，电气设备绝缘水平可按相电压考虑。因此，我国110kV及以上的电力系统基本上都采用中性点直接接地的方式。一、电力系统中性点运行方式3、中性点直接接地图1-10中性点直接接地系统的电力系统示意图第59页，共68页，2023年，2月20日，星期一针对缺点应采取的措施加装自动重合闸装置，以提高供电可靠性。适用范围110kV及以上电网和380/220V电力网。说明：110kV及以上电网采用中性点直接接地方式是为了降低工程造价，而在380/220V低压电网中是为了保证人身安全。缺点

供电可靠性不高。单相短路时，接地相短路电流很大，保护装置迅速跳闸，因此系统不能继续运行。第60页，共68页，2023年，2月20日，星期一二、低压配电系统的接地型式(一)有关的概念我国的220/380V低压配电系统，广泛采用中性点直接接地的运行方式。(1)中性线（N线）其功能一是用来连接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。(2)保护线（PE线）它是为保障人身安全、防止发生触电事故用的接地线。系统中所有电气设备的外露可导电部分（指正常时不带电但故障情况下可能带电的易被人身接触的导电部分，如金属外壳、金属构架等）通过PE线接地，可在设备发生接地故障时减少触电危险。(3)保护中性线（PEN线）它兼有N线和PE线的功能。这种PEN线，我国过去习惯称为“零线”。第61页，共68页，2023年，2月20日，星期一图1-20低压配电的TN系统a)TN-C系统b)TN-S系统c)TN-C-S系统(二)TN系统、TT系统和IT系统低压配电系统，按其保护接地型式分为TN系统、TT系统和IT系统。1、TN系统其电源中性点直接接地，其中所有设备的外露可导电部分均接公共保护接地线（PE线）或公共保护中性线（PEN线）。这种接公共PE线或PEN线的方式，通称为“接零”。TN系统又分三种型式：第62页，共68页，2023年，2月20日，星期一

2、TT系统