供配电技术课件：电力系统的认知

电力系统的认知任务1-1电力系统的认知与单线图的识读训练项目1变电所供配电系统的认任务1-2电力系统额定电压的确定与电能质量训练项目2电力系统额定电压的计算复习思考题

★项目描述:本项目包含两个任务,主要学习电力系统及电网的相关知识、电力系统额定电压的国家标准与规定、影响工厂电压质量的因素与改进措施等专业基本内容,最后完成变电所组成结构及现场设备感官认知实践教学活动。通过本项目的学习,明确电力系统、电网、单线图的基本概念;能识读简单的电力系统单线图和母线相序;能够熟练地计算电力系统电网、发电机、变压器、用电设备的额定电压;熟知工厂电压波动和谐波产生的原因;能够完成变电所供配电系统认知实践报告。

★职业岗位:变电所运行值班电工。

★教学设备:变电所教学设备如图1－0－1所示。图1－0－1变电所教学设备

任务1－1电力系统的认知与单线图的识读

一、课程简介及对供配电工作的要求

1.课程简介供配电系统分为输电、配电和变电,是电力系统的主要组成部分,涉及供电局、企事业单位等电能用户,工厂是电能的主要用户。“供配电技术”是研究电能的供应与分配的一门专业课程。

2.对供配电工作的要求

现代社会的信息化和网络化都是建立在电气化基础之上的。工业生产只有电气化以后,才能大大增加产量,提高产品质量,提高劳动生产率,降低生产成本,减轻工人的劳动强度,从而实现生产过程的自动化。

供配电工作要很好地为工业生产和国民经济服务,切实保证工业生产和国民经济的需要,切实搞好安全用电、节约用电、计划用电(合称“三电”)工作,必须达到下列基本要求:

(1)安全。在电力的供应、分配和使用中,不应发生人身事故和设备事故。

(2)可靠。应满足电力用户对供电可靠性即连续供电的要求。

(3)优质。应满足电力用户对电压质量和频率质量等方面的要求。

(4)经济。在满足安全、可靠和电能质量的前提下,应使供配电系统的投资少,运行费用低,并尽可能地节约电能和减少有色金属消耗量。

二、电力系统组成框图

如图1－1－1所示,发电厂从发电到用户用电的过程如下:发电厂发电机发出的交流电,经发电厂内的升压变压器,再经远距离输电线路,到一次高压变电所、二次高压变电所,若为大、中型工厂,则经工厂总降变电所、各车间变电所(或地方变电所)降压后输送到用电设备(或用户);若为小型工厂或用户,则经地方变电所降压后直接输送给用户。图1－1－1发电到用电过程图

由发电机、输配电线路、变电所、用户组成的电力系统如图1－1－2所示。图1－1－2电力系统组成框图

1.电力系统

电力系统是由发电、输电、变电、配电及用户组成的整体。

2.动力系统

动力系统是指火力发电厂的汽轮机、锅炉、供热管道和热力用户,以及水力发电厂的水轮机和水库等动力部分。

3.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,简称电网。它是电力系统的重要组成部分,承担着将发电厂发出的电能输送给电力用户的任务。

三、单线图

单线图是用一根线来表示三相线路的三根线,目的是使图清晰。图1－1－3所示为某电力系统单线图。图1－1－3电力系统单线图

1.母线(汇流排)

母线是汇集和分配电能的导体。母线为裸导体装置,通过的功率大,是发电机、变压器和配电装置等大电流回路的导体,也用于各种高压电气设备连接的导线。

2.母线的分类与特点

母线一般涂有不同颜色的漆,主要用以防腐蚀、区分交流电的相序。

A相为黄色,B相为绿色,C相为红色;中性线不接地的,为紫色;中性线接地的,为黑色。

零母线涂为黑色;PE接地保护线为黄绿相间色。

母线类型较多,现重点介绍矩形母线、管形母线和软母线三种类型。图1－1－4所示为三种母线类型。

(1)矩形母线。矩形母线具有集肤效应小、散热条件好、安装简单、连接方便等优点。

(2)管形母线。管形母线为空心导体,其集肤效应小、抗弯能力好、放电电晕电压高,多用于35kV及以上的户外配电装置中,如图1－1－4(b)所示。

(3)软母线。软母线采用悬式绝缘子将其两端拉紧固定,一般采用钢芯铝绞线,相间距离较大,常用于户外配电装置和架空输电线路中,如图1－1－4(c)所示。(a)矩形母线;(b)管形母线;(c)软母线图1－1－4三种母线类型

四、工厂供配电系统单线图识读

1.10kV变电所供配电系统单线图

某10kV变电所供配电系统单线图,如图1－1－5所示。图1－1－5某10kV变电所供配电系统单线图

(1)电源进线。采用两路电源进线,高压母线上装设了高压隔离开关(在后面项目中介绍),因此,母线采用了单母线分段制。

单母线分段制:高压母线间装隔离开关,以保证一条电源进线故障或检修切除后,通过隔离开关可恢复整个系统供电。

高压隔离开关可以断开,也可以闭合运行,实际中要根据变电所供配电的设计方案来确定。若设计中采用高压隔离开关闭合运行,则电源进线为一路工作,一路备用;若设计中采用高压隔离开关断开运行,则两路电源可以同时供电。当一路电源因故障跳闸时,可以闭合高压隔离开关,实现重要变电所不停电供电。

(2)高压母线集中无功补偿电容器C1。高压电容器C1是无功功率补偿电容器,用于提高功率因数(后面项目中介绍无功补偿内容)。

(3)高压电动机M。高压电动机M为高压负荷。

(4)高压配电输出。

(5)车间变电所。

(6)低压母线无功补偿电容器C2。

思考题:

①选两条电源进线或一条电源进线的区别是什么?

②为何变电所用联络线而不用变压器?

③输电远近与输送电压的等级关系是什么?

2.35kV变电所供配电系统单线图

电源进线电压为35kV(中型工厂),一般需经两次降压,即电源进厂以后,电源进线电压35kV,先经总降压变电所降压为10kV,然后再通过各个车间变电所变压器降压为220V/380V,如图1－1－6(a)所示。35kV采用无母线制,10kV采用单母线分段制。图1－1－6

5kV变电所供配电系统单线图(a)35kV经两级降压供配电单线图;

有35kV进线的工厂,可只经一次降压,由于架空线进线,高压采用无母线制,即35kV线路直接引入靠近负荷中心的车间变电所,经车间变电所的变压器直接降为低压用电设备所需的380V电压,但需要在工厂内装设35kV架空线进入变电所的安全走廊,以确保供电安全,否则不允许采用35kV直降380V的供电方式。若35kV进线电压直接一次降压为220V/380V,则此供电方式称为高压深入负荷中心的直降配电方式,如图1－1－6(b)所示。图1－1－6

5kV变电所供配电系统单线图(b)35kV直降380V供配电单线图

3.10kV供电系统单线图

10kV供电系统单线图如图1－1－7所示。图1－1－7(a)为一台变压器供电,高压采用无母线制,低压采用单母线制;图1－1－7(b)为两台变压器供电,高压采用单母线制,

低压采用单母线分段制。(a)10kV变电所一台变压器供电;(b)10kV变电所两台变压器供电图1－1－7

0kV供电系统单线图

五、发电厂简介

发电厂将其他形式的能量转换为电能,经过变压器和不同电压等级的输电线路将电能输送给电力用户,通过各种用电设备将电能转换为适合用户需要的其他形式的能量。

发电厂是把其他形式的能量转换为电能的特殊工厂。按发电厂利用能源的不同,可将其分为火力发电厂、水力发电厂、核能发电厂、风力发电厂及太阳能发电厂等。图1－1－8所示为几种类型发电厂。(a)火力发电厂;(b)水力发电厂;(c)核能发电厂;(d)风力发电厂;(e)太阳能发电厂图1－1－8几种类型发电厂

训练项目1变电所供配电系统的认识

一、项目描述

(1)通过变电所供配电系统现场实物的认识,掌握变电所的结构组成及各部分的作用。

(2)画出变电所供配电系统组成框图。

(3)总结高低压母线的特点。

(4)完成自我评价和总结报告。

二、教学目标

(1)了解校内变电所供配电系统组成及高低压室、变压器室的结构与功能。

(2)认识变电所高低压器件、高低压母线、三相油浸式电力变压器及高、低压开关柜实物。

(3)明确值班电工岗位职责及要求。

三、学时与教学实施

现场教学2学时。采用学校变电所设备现场教学形式,学生分两组进行。

四、实训设备

校内10kV变电所设备与供配电系统如图1－1所示。

五、项目评价标准

项目评价标准如表1－1所示。图－110kV变电所设备与供配电系统图

任务1－2电力系统额定电压的确定与电能质量

★任务导入:图121所示的电力系统单线图中的发电机G、变压器(T1、T2、T3)、输电线路(WL1、WL2、WL3、WL4)的额定电压如何确定?工厂生产用电部门中大量使用电动机、电焊机、变压器、感应电炉等非线性元件,产生谐波电压或电流,这将严重影响电能质量。同时,电动机的启动、电焊机的工作、大型电弧炉和轧钢机的投入运行,这种变动较大的冲击性负荷,都将引起电网电压上下波动,也将影响电能质量。图1－2－1电力系统单线图中的额定电压

一、电力系统的额定电压

为了使电力工业和电气设备制造行业的生产标准化、系列化和统一化,世界上许多国家和相关部门都制定了关于额定电压的等级标准。电气设备在额定电压下工作,其技术经济效果最佳。GB/T156—2007《标准电压》规定,我国三相交流电网和电力设备的额定电压见表1－2－1。表中变压器一、二次绕组的额定电压是依据我国电力变压器标准产品规格确定的。

1.电网(电力线路)的额定电压

电力系统额定电压的等级是根据国民经济发展的需要,经全面的技术经济分析后,由国家制定颁布的。它是确定各类电力设备额定电压的基本依据。电网(电力线路)的额定电

压见表1－2－1。

2.用电设备的额定电压

规定:用电设备的额定电压与同级电网的额定电压相同。

3.发电机的额定电压

(1)发电机与电网相连。

规定:发电机的额定电压应高于同级电网(电力线路)电压5%。

(2)发电机与变压器相连(如图1－2－1中的变压器T1)。

规定:发电机的额定电压与变压器一次绕组的额定电压相同。

4.电力变压器的额定电压

(1)电力变压器一次绕组的额定电压。若变压器直接与发电机相连,如图1－2－1中的变压器T1,则T1一次绕组的额定电压应与发电机的额定电压相同。

(2)电力变压器二次绕组的额定电压。若变压器二次侧供电线路较长,为高压供电输出,如图1－2－1中变压器T2的二次侧,则变压器T2二次绕组的额定电压应高于二次侧电网额定电压的10%。这里的10%考虑到补偿变压器二次绕组本身5%的电压降和线路上5%的电压降。

若变压器二次侧供电线路不长,为低压供电输出,如图1－2－1中变压器T3的二次侧,则变压器T3二次绕组的额定电压应高于二次侧电网额定电压的5%。这里的5%只考虑到补偿变压器二次绕组本身5%的电压降。

【例1－2－1】如图1－2－2所示电力系统中线路的额定电压,试求发电机和变压器的额定电压。图1－2－2电力系统中线路的额定电压

二、工厂供配电电压的选择

1.工厂高压配电电压的选择

工厂高压配电电压的选择,主要取决于当地供电电源电压及工厂高压用电设备的电压、容量和数量等因素。

2.工厂低压配电电压的选择

工厂低压配电电压的选择,主要取决于低压用电设备的电压,一般采用220V/380V。其中,线电压380V接三相动力设备,而相电压220V接220V的照明灯具及其他220V的单相设备。

三、电能质量

电能质量是指电压质量与频率质量两项基本指标。

电压质量是以电压偏离额定电压的幅度、电压波动、闪变和电压波形畸变来衡量的。电力系统中有大量非线性负荷,使电压波形发生畸变,除基波外,还可能产生谐波。

频率质量是以频率偏差来衡量的,我国采用的额定频率为50Hz。按照电力工业部发布的《供电营业规则》,电力系统频率允许偏差如表1－2－2所示。

1.电压偏差与调整

(1)电压偏差。

电压偏差是用电设备的端电压U1与用电设备的额定电压UN

之差对UN的百分数,即

(2)电压调整措施。

为了减少电压偏差,工厂供配电系统必须采取相应的电压调整措施,具体如下:

①正确选择变压器的电压分接头或采用有载调压变压器。

②合理减少供配电系统的阻抗,以减小电压损耗,从而减小电压偏差。

③尽量使系统的三相负荷均衡,以减小电压偏差。

④合理调整供电系统的运行方式,如采用两台变压器运行,在轻负荷时去掉一台变压器,以减小空载损耗;在重负荷时,两台变压器并列运行,以减小电压偏差。

⑤采用无功功率补偿装置,提高功率因数,降低损耗。

2.电压波动与抑制

电网电压有效值快速变化的现象叫做电压波动。

电压波动会影响电动机的正常启动,可以使同步电动机转子振动,使电子设备特别是计算机无法正常工作。电压波动对照明的影响最为明显,可使照明灯发生明显的闪烁。为

了减小电压波动,应采用相应的措施,具体如下:

①对负荷变动剧烈的大型用电设备,采用专门供电线路或专用变压器单独供电。

②对于大型电弧炉和炉用变压器的受电电压最好采用较高的电压,以减小电压波动。

③增大供电系统容量,减小系统阻抗。

④对于大型冲击性负荷,若采取上述措施达不到要求,可装设吸收冲击性无功功率的静止型无功补偿装置。

⑤在系统出现严重电压波动时,应切除引起电压波动的负荷。

3.电网谐波与抑制

电网谐波主要是因为电力系统的各种非线性元件的存在而产生的。如异步电动机、交流弧焊机、变压器、感应电炉、荧光灯和高压汞灯等气体放电灯,都要产生谐波电流或电压。特别是大型晶闸管变流设备、大型炼钢电弧炉,它们产生谐波电流最为突出,是造成电网谐波的主要因素,严重影响电网质量。

抑制电网谐波的措施如下:

①三相整流变压器采用Yd或Dy联结。

②在大型晶闸管变流设备与电网连接处,装设分流滤波器。

③选用Dyn11联结组别的三相变压器。

训练项目2电力系统额定电压的计算图2－1电力系统图1

一、项目描述

(1)如图2－1所示,计算发电机以及变压器T1、T2、T3的额定电压。

(2)如图2－2所示,计算变压器T1以及线路WL