工厂供配电技术(第一章)

第1章绪论工厂供配电技术第1章第1页EXIT2019年8月24日内容提要：本章概述供电系统的一些基本知识和基本问题。首先简要说明电力系统的构成，介绍发电厂、变配电所、电力网、直流输电和电能用户的基本知识，并介绍了电力系统的几种中性点运行方式。其次说明了工厂供电系统的构成，各种工厂变配电所的功用。然后重点论述了工厂供电系统中不同设备和线路的供配电电压标准及其电压等级的选择。最后简要介绍了关系到工厂供电系统质量的电压、频率和可靠性问题。第1章绪论第1章绪论主讲：浩然教育第1章绪论1.1电力系统的基本概念1.2工厂供配电系统1.3工厂供配电电压1.4供电质量的主要指标小结1．1电力系统的基本概念1.1.1发电厂1.1.2变配电所1.1.3电力网1.1.4高压直流输电1.1.5电能用户1.1.6电力系统的中性点运行方式1．1电力系统的基本概念一切大规模现代化工农业生产、交通运输和人民生活都需要电能。电能是由发电厂生产，但发电厂往往距离城市和工业中心很远，这就需要将电能经过线路输送到城市或工业企业。为了减少输电时的电能损耗，输送电能时要升压，采用高压输电线路将电能输送给用户，同时为了满足用户对电压的要求，输送到用户之后还要经过降压，而且还要合理地将电能分配到用户或生产车间的各个用电设备。01.电力系统的定义：为了提高供电的可靠性和经济性，将各发电厂通过电力网连接起来，并联运行，组成庞大的联合动力系统。将各种类型发电厂中的发电机、升压降压变压器、输电线路以及各种用电设备组联系在一起构成的统一的整体就是电力系统，用以实现完整的发电、输电、变电、配电和用电，电力系统的构成示意图。如图1.1所示1．1电力系统的基本概念图1.1电力系统示意图02.电力的输送：发电机生产的电能，受发电机制造电压的限制，不能远距离输送。因此，通常使发电机的电压经过升压达220～500kV，再通过超高压远距离输电网送往远离发电厂的城市或工业集中地区，通过那里的区域降压变电所将电压降到35～110kV，然后再用35～110kV的高压输电线路将电能送至工厂降压变电所降至6～10kV配电或终端变电所。如图1.2所示。图1.2从发电厂到用户的送电过程示意图1．1电力系统的基本概念1．1．1发电厂1．1电力系统的基本概念发电厂是生产电能的工厂。它把其它形式的能源，如煤炭、石油、天然气、水能、原子核能、风能、太阳能、地热、潮汐能等等，通过发电设备转换为电能。我国以火电发电为主，其次是水电和原子能发电。电能的生产供用电环节变压输配电使用分讲各环节：电力系统火力发电厂水力发电厂原子能发电厂发电厂火力发电厂的概念：指用煤、油、天然气等为燃料的发电厂。将燃料燃烧加热锅炉中的水，利用高温高压的水蒸气推动汽轮机，带动与它联轴的发电机发电。水力发电厂的概念：是把水的位能和动能转变成电能的发电厂。主要可分为堤坝式和引水式水力发电厂。原子能发电厂又称核电站，是利用核裂变能量转化为热能，再按火力发电厂方式利用原子核反应堆发电。1．1电力系统的基本概念1．1．1发电厂的类型1．1电力系统的基本概念1．1．2变配电所概述作用及概念：变电所起着变换电能电压、接受电能与分配电能的作用，是联系发电厂和用户的中间环节。如果变电所只用以接受电能和分配电能，则称为配电所。分类：变电所有升压和降压之分。升压变电所多建在发电厂内，把电能升高后，再进行长距离输送。降压变电所多设在用电区域，将高压电适当降低电压后，对某地区或用户供电。如下图所示降压变电所地区降压变电所终端变电所工厂降压变电所及车间变电所地区降压变电所又称为一次变电站。位于一个大用电区或一个大城市附近，从220kV～500kV的超高压输电网或发电厂直接受电，通过变压器把电压降为35～110kV，供给该区域的用户或大型工厂用电。终端变电所又称二次变电站，多位于用电的负荷中心，高压侧从地区降压变电所受电，经变压器降到6～10kV，对某个市区或农村城镇用户供电。工厂降压变电所又称工厂总降压变电所，与终端变电所类似，它是对企业内部输送电能的中心枢纽。车间变电所接受工厂降压变电所提供的电能，将电压降为220/380V，对车间各用电设备直接供电。1．1电力系统的基本概念1．1．3电力网概念：电力系统中各级电压的电力线路及与其连接的变电所，总称为电力网，简称电网。作用：电力网是电力系统的一部分，是输电线路和配电线路的统称，是输送电能和分配电能的通道。分类：电网由各种不同电压等级和不同结构类型的线路组成，从电压的高低可将电力网分为低压网、中压网、高压网和超高压网等。电压在1kV以下的称低压网；1kV到10kV的称中压网；高于10kV低于330kV的称高压网；330kV及以上的称超高压网。电网按电压高低和供电范围大小可分为区域电网和地方电网。区域电网的供电范围大，电压一般在220kV及以上；地方电网的供电范围小，电压一般为35～110kV。电网也往往按电压等级来称呼，如说10kV电网或10kV系统，就是指相互连接的整个10kV电压的电力线路。根据供电地区的不同有时也将电网称为城市电网和农电网。1．1电力系统的基本概念1．1电力系统的基本概念1．1．4高压直流输电优点：1．远距离输电及跨海输电；2．联接两个不同频率的电网，并可实现定电流控制，限制短路电流。1．1电力系统的基本概念作用：1．远距离输电及跨海输电跨海输电及远距离输电容量大，如采用交流输电的话，由于距离长，线路感抗也将增大，从而限制了输送容量，而且造成运行不稳定。另外，由于交流线路存在分布电抗和对地分布电容，会引起线路电压在很大范围内发生变化，必须投入无功补偿设备，投资增加。若采用直流输电，则不存在此类问题。直流输电线路具有架设方便、能耗小、导线截面可得到充分利用及绝缘强度高等优点，使其更适宜于远距离大容量输电。1．1电力系统的基本概念2．联接两个不同频率的电网，并可实现定电流控制，限制短路电流。直流输电一般由整流站、直流线路和逆变站三部分组成。在输送功率的过程中，整流站把送端系统的三相交流电变为直流电，通过直流电路送到用户，再通过逆变站把直流电转变为交流电，供给用户。今天的直流输电是以交流电力系统为基础，在直流输电网的两端是两个换流站和交流系统，如图1.3所示。若将电能从交流系统A输送到交流系统B，则换流装置Ⅰ把交流整流成直流，通过直流电网输送给换流装置Ⅱ，换流装置Ⅱ再把直流逆变为与交流系统B同频率同相位的交流电馈送给交流系统B。图1.3直流输电系统结构示意图1．1电力系统的基本概念1．1．5电能用户概述简述：所有的用电单位均称为电能用户，其中主要是工业企业。我国工业企业用电占全年总发电量的60%以上，是最大的电能用户。工业企业的电力负荷种类多，容量相差悬殊，运行特征也是各种各样。用电设备的这些不同特征关系到供电技术措施的确定。工厂内广泛使用的空压机、通风机、水泵、破碎机、球磨机、搅拌机、制氧机以及润滑油泵等机械的拖动电动机，不论其功率大小（从不足1kW到几千kW）及电压高低（从380V到10kV），一律为三相交流电动机，它们都是恒速持续运行工作的用电设备。这些设备在正常运行时，负荷基本上均匀而且三相对称，功率因数也很稳定，一般可达0.8～0.85。1．1电力系统的基本概念烧结机、连续铸管机、卷取机、回转窑等设备要增加变流环节，而且功率因数也会降低。提升机、高炉卷扬机、各种轧钢机以及工厂大量使用的各类吊车、起重机等的拖动电机，呈周期性工作，其负荷时刻变化，经常处于低负载状态，功率因数也偏低，一般在0.5～0.6以下。工业用电炉在精炼期间，三相负荷均匀对称，起始熔炼期间，电流可达其额定值的3.0～3.5倍，以致引起很大的网路电压波动。电解设备工作时负荷均匀稳定，功率因数较低高（0.8～0.9），且不允许停电。电焊设备工作时负荷情况不匀称，功率因数很低。工厂的照明设备功率因数很高，通常为0.95～1.0。1．1电力系统的基本概念1．1．6电力系统的中性点运行方式(三大系统）在电力系统中，当变压器或发电机的三相绕组为星形联结时，其中性点可有两种运行方式：中性点接地和中性点不接地。中性点直接接地系统常称大电流接地系统，中性点不接地和中性点经消弧线圈(或电阻)接地的系统称小电流接地系统。图1.4电力系统中性点运行方式a)中性点直接接地b)中性点不接地c)中性点经消弧线圈接地d)中性点经阻抗接地1．1电力系统的基本概念1．1．6电力系统的中性点运行方式1．中性点直接接地方式优点：这种方式下的非故障相对地电压不变，电气设备绝缘按相电压考虑，降低设备要求。在中性点直接接地的低压配电系统中，如为三相四线制供电，可提供380／220V两种电压，供电方式更为灵活。缺点：这种运行方式发生一相对地绝缘破坏时，就构成单相短路，供电中断，可靠性会降低。2．中性点不接地方式优点：在正常运行时，各相对地分布电容相同，三相对地电容电流对称且其和为零，各相对地电压为相电压。这种系统中发生一相接地故障时，线间电压不变。缺点：发生一相接地故障时，非故障相对地电压升高到原来相电压的倍。故障相电容电流增大到原来的3倍。电气设备的绝缘要按线电压来选择。31．2工厂供配电系统1.2.1工厂降压变电所1.2.2车间变电所1.2.3工厂配电线路1．2工厂供配电系统1．2．1工厂降压变电所工厂降压变电所，把35～110kV电压降为6～10kV电压向车间变电所供电。为了保证供电的可靠性，工厂降压变电所多设置两台变压器，由单条或多条进线供电，每台变压器容量可从几千到几万千伏安。供电范围由供电容量决定，一般在几千米以内。1．2工厂供配电系统1．2．2车间变电所将6～10kV的高压配电电压降为220/380V，对低压用电设备供电。供电范围一般只在500m以内。车间变电所一般设1～2台变压器，单台变压器的容量通常为1000kVA及以下，最大不宜超过2000kVA。1．2．3工厂配电线路主要作为工厂内输送、分配电能之用。户外敷设的低压配电线路目前多采用架空线路。在厂房或车间内部则应根据具体情况确定，或采用明线配电线路，或采用电缆配电线路。在厂房或车间内，由动力配电箱到电动机的配电线路一律采用绝缘导线穿管敷设或采用电缆线路。1．3工厂供配电系统1.3.1额定电压的国家标准1.3.2工厂供配电电压的选择1．3工厂供配电系统1．3．1额定电压的国家标准1．用电设备的额定电压和电网的额定电压是一致的。2．整个线路允许有10%的电压损耗。规定发电机的额定电压高于所供电网额定电压5%。3．变压器的额定电压-5%G~5%UN线路首端线路末端一次线圈：位于线路首端时，比电网的额定电压高5%。位于线路末端时，与电网额定电压相同。二次线圈：所供线路较长时，高出电网额定电压10%。所供线路较短时，高出电网额定电压5%。电网和用电设备额定电压交流发电机额定线电压变压器额定电压一次电压二次电压0.220.383610-35601101542203305000.230.403.156.310.515.75-------0.220.383及3.156及6.310及10.515.7535601101542203305000.230.403.15及3.36.3及6.610.5及11-38.566121169242363525表1.1我国交流电网和电力设备的额定电压（kV）MT1T2UN+5%+10%±0%+5%G~图1.6电力变压器的额定电压1．3工厂供配电系统1．3．1额定电压的国家标准10KV9.5KV6KV5.4KV380V361V1．3工厂供配电系统1．3．2工厂供配电电压的选择线路电压(kV)输送功率(kW)输送距离(km)0.38361035110220100以下100-1000100-1200200-20002000-1000010000-50000100000-5000000.61-34-156-2020-5050-150100-300表1.2常用各级电压的经济输送容量与输送距离1．3工厂供配电系统1．3．2工厂供配电电压的选择1．工厂供电电压的选择对于一般没