煤矿供电技术-1供电系统基本概念PPT课件.ppt

煤矿供电技术 主讲 苗长新电话mail miaochangxin 1 1 2 第一章概论 1 1电力系统基础1 2电力系统接线方式1 3典型企业供电系统1 4电网中性点运行方式 1 3 1 1电力系统基础 电力系统的概念 是指进行生产 发电 运输 输电 分配 配电 消费 用电 的各个环节构成的一个整体 图1一个简单的电力系统 1 4 图1 1典型的电力系统 1 5 交流发电机 G 1 6 电力变压器 T 1 7 国内最高电压等级的变压器 1 8 断路器 QF 1 9 隔离开关 QS 1 10 熔断器 FU 1 11 刀开关 QK 1 12 熔断式开关 Q 1 13 负荷开关 Q 1 14 电流互感器 TA 1 15 电压互感器 TV 1 16 阀型避雷器 F 1 17 电抗器 L 1 18 电容器 C 1 19 线路 母线 W 电缆及终端 X 1 20 2 电力系统的主要环节 1 1 发电厂 站 指将其他形式的能量转换成电能的场所 一般根据所使用的能源的不同 将电厂分为火力发电厂 水力发电站 核电站 潮汐电站 风力发电站 1 21 火力发电厂 1 22 水力发电厂 1 23 核电站 1 24 风力发电场 1 25 潮汐发电 1 26 地热发电 1 27 垃圾 秸秆发电 1 28 2 电力系统的主要环节 2 2 变电所 指进行电压变换和汇集 分配电能的场所 按用途分 升 降 压变电所 联络变电所 工矿企业变电所 农村变电所 整流变电所等 按地位分 枢纽变电所 穿越 中间 变电所 终端变电所 按供电范围分 区域 一次 变电所 地区 二次 变电所 1 29 变电所效果图 1 30 2 电力系统的主要环节 3 3 电力网 将输送 变换 分配电能的各种变电所和各电压等级的电力线路构成的网络称为电力网 根据电压等级的不同 电力网可分为 低压电网 1kV及以下高压电网 3kV 330kV 3 110kV中压 超高压电网 330kV 1000kV特高压电网 1000kV以上 晋东南 荆门 2009年1月6日 由我国自主研发 设计和建设的具有自主知识产权的晋东南 南阳 荆门1000千伏特高压交流试验示范工程正式投运 该工程是目前世界上电压等级最高 技术水平最高的输变电工程 标志着我国在远距离 大容量 低损耗的特高压核心技术和设备国产化上取得重大突破 对保障国家能源安全和电力可靠供应具有重要意义 1 31 我国现在统一以1000V 或略高 如GB1497 1985 低压电器基本标准 规定 交流50Hz 额定电压1200V及以下或直流额定电压1500V及以下的电器 属于其标准所指的低压电器 为界线来划分电压的高低 低压 指额定电压在1000V及以下者 高压 指额定电压在1000V以上者 此外 尚有细分为低压 中压 高压 超高压和特高压者 1000V及以下为低压 1000V至10kV或35kV为中压 35kV或以上至110kV或220kV为高压 220kV或330kV及以上为超高压 800kV及以上为特高压 不过这种电压高低的划分 尚无统一标准 因此划分的界线并不十分明确 1 32 超高压输电线 1 33 1 34 1 35 中国电力市场化改革2002年11月 国家电力监管委员会2家电网公司国家电网公司中国南方电网有限公司5家发电公司中国华能集团公司中国大唐集团公司中国华电集团公司中国国电集团公司中国电力投资集团公司 4家辅业公司中国电力工程顾问集团公司中国水电工程顾问集团公司中国水利水电建设集团公司中国葛洲坝集团公司 1 36 3 电力系统组成一次系统在工程实际中 常把电力系统中的发电 输变电与供配电等高电压 大电流的电气设备构成的部分叫做一次系统 也称一次设备 一次部分 1 1电力系统基础 1 37 二次系统 包括继电保护 测量和调度等低电压 小电流设备构成的系统 也称二次设备 二次部分 继电保护主要是对系统中出现的各种故障 如短路 过电流 断相 接地等 进行切断电源或声响报警等动作 测量是对电力系统的运行参数进行在线测定和显示 如电压 电流 功率 功率因数等 调度主要包括负荷分配 功率平衡 电压调整 线路的投入与切除等工作 1 1电力系统基础 1 38 二 电力负荷的分级及对供电的要求 电力负荷对供电的基本要求1 保证供电的安全性 2 保证供电的可靠性 3 保证电能的良好质量 4 保证供电系统的技术经济合理 即 安全 可靠 优质 经济 1 39 1 供电的安全性 安全性 指在电能的供应 分配和使用中不应发生人身触电伤亡事故和设备毁坏事故 人身触电伤亡 触电保护 结线选择等设备毁坏 继电保护 结线方式 接地保护等对煤矿含煤尘 瓦斯 高湿度等特殊环境 还必须采取防触电 防潮 防爆 抗磨损等措施 正确选择设备 确定供电系统方案 并加强保护措施 经常进行检修等方式确保供电安全 1 40 2 供电的可靠性 可靠性 指应满足用电户对供电的连续性要求 即供电的不间断性 依据用电户对供电的可靠性要求对用电负荷分三级 1 41 电力负荷分级及对供电结线的要求 电力负荷的分级 根据不同负荷对供电可靠性的要求分三级 一级负荷 采用两个独立电源的双回路供电 二级负荷 采用两回线路供电 特殊情况下可由一回专一线路供电 三级负荷 不属于一 二级负荷的所有用电设备 对供电无特殊要求 一般采用单一回路供电 1 42 一级负荷 对突然中断供电将造成生命危害 导致重大设备破坏且难以修复 打乱复杂生产过程并使大量产品报废 给国民经济造成重大损失的负荷为一级负荷 如矿井的通风 排水 提升 副井 等负荷 独立电源 指不受其他电源故障影响或干扰的电源 如分段母线的电源来自不同发电机 且其输变配各环节为分列运行的 或母线之间无联系 或有联系 但当其中一个故障时其联系会自动断开 不影响其他供电的 1 43 特殊重要的一级负荷通常称为保安负荷 对保安负荷必须备有应急使用的可靠电源 常用的应急电源有 独立于正常电源的发电机组 干电池 蓄电池 供电系统中有效地独立于正常电源的专门供电线路 1 1电力系统基础 1 44 二级负荷 突然中断供电时将造成大量减产 产生大量废品 大量原材料报废 使工业企业内部交通生产停顿的负荷为二级负荷 如矿井的地面空压机 提升 主井 运输设备 井底车场的整流设备 采区变电所 井筒防冻设备等 1 45 在大型工业企业中 一 二级负荷约占总负荷的60 以上 因此即使是短时停电所造成的损失也是很大的 此外 各级负荷不能孤立地看待 一个企业中只要有一个一级负荷 则该企业的总降压变电所对于上级供电部门来说就是一级负荷 在掌握了负荷分级及其对供电的要求后 在设计新建企业的供电系统时可以根据实际情况来进行方案的拟定和分析比较 使确定的供电方案在技术经济上最合理 1 1电力系统基础 1 46 3 保证电能的良好质量 电能质量 主要指满足用电户对电压和频率质量的要求 也包括电压波形 即要求电压幅值和频率保持在一定允许范围内 并使波形畸变不超过允许值 电压幅值允许变化范围 1 47 3 保证良好的电能质量 频率变化范围一般为50 0 2Hz电压和频率超出允许范围的危害 影响电力系统的稳定运行 设备运行及出力恶化 生产质量受到较大影响 波形畸变 交流电压波形畸变 表示电网含有高次谐波 谐波含量过高 会使继电保护 自动装置 计算机等不能正常工作 所以一般波形畸变不允许超过5 1 48 4 技术经济合理 技术经济合理 指供电系统在满足用电户对用电的安全性 可靠性 电能质量要求的前提下 供电系统的投资要尽量少 运行费用尽量低 技术经济合理包括使供电系统建设成本降低 提高设备运行效率 降低损耗 使系统有较好的运行效益 要在保证安全生产和安全用电的前提下 使用户得到可靠 优质 经济的电能 并保证技术 经济指标负荷要求的同时 使系统尽可能达到结构简单 便于安装维护 易于操作 1 49 1 1 3电力系统电压等级1 电力网为何要采用高电压 远距离大容量输电的压降和损耗 容量 压降 损耗 a 截面积与损耗b 绝缘与投资两方面取折衷 1 1电力系统基础 1 50 线路电压与容量 距离的关系 1 1电力系统基础 1 51 为何要确定额定电压 电网 线路 的额定电压只能使用国家规定的额定电压 它是确定各类电气设备额定电压的基本依据 标准化 避免电压等级数量的无限制扩大 导致互联困难 最佳的技术经济性能 电力设备需要在额定电压下进行优化设计 制造和使用 1 1电力系统基础 1 52 1 53 表1 1我国三相交流电网和电力设备的额定电压 825 750 750 550 500 500 363 330 330 242 220 220 121 110 110 72 5 66 66 38 5 35 35 13 8 15 75 1820 22 24 26 13 8 15 75 1820 22 24 26 10 5 11 10 10 5 10 5 10 6 3 6 6 6 6 3 6 3 6 3 15 3 3 3 3 15 3 15 3 高压 0 69 0 66 0 69 0 66 0 40 0 38 0 40 0 38 低压 二次绕组 一次绕组 电力变压器额定电压 kV 发电机额定电压 kV 电网和用电设备额定电压 kV 分类 1000 1000 1100 1 54 二 电力系统的额定电压 2 电气设备额定电压的确定我国国家标准规定 一般供电设备的额定电压应高出系统和用电设备的额定电压的5 用以补偿正常负荷时线路上的电压损失 使设备获得近似额定的电压 受电设备的额定电压与系统额定电压相对应 1 55 二 电力系统的额定电压 2 1 56 3 电气设备额定电压的确定 1 确定电气设备额定电压的一般规律 A 发电机 额定电压VGN 1 05 系统额定电压 VN B 变压器 受电侧额定电压VTN1 与发电机相连时 VTN1 VGN 与线路 系统 相连时 VTN1 VN 1 57 3 电气设备额定电压的确定 2 B 变压器输出侧额定电压VTN2 与 35kV线路相连VTN2 1 1 VN 与35kV以下线路相连 但变压器的短路电压百分比VS 7 5 或连接长线路时VTN2 1 1 VN 与 35kV线路相连VTN2 1 05 VN 1 58 3 电气设备额定电压的确定 3 C 系统额定电压与设备额定电压系统VN 用电设备VN系统额定电压和设备额定电压值根据表1 1确定 1 59 二 用电设备的额定电压按GB T11022 1999 高压开关设备和控制设备标准的共同技术要求 规定 高压开关设备和控制设备的额定电压按其允许的最高工作电压来标注 即其额定电压不得小于它所在系统可能出现的最高电压 如表1 2所示 我国现在生产的高压设备大多已按此新规定标注 表1 2系统的额定电压 最高电压和部分高压设备的额定电压 单位 kV 1 60 请根据下面系统图已知参数确定各电气元件的额定电压 6 3kV 6 3 363 121kV 110 10 5kV 330 38 5kV 6 0 4kV 1 61 平均额定电压概念在短路电流计算时 为了简化计算且使问题的处理在技术上合理 习惯上用线路的平均额定电压 Uav 来表示电力网的电压 Uav是指电网始端的最大电压 变压器最大空载电压 和末端受电设备额定电压的平均值 例如额定电压为10kV的电网 其平均额定电压为 1 1电力系统基础 1 62 4 煤矿常用电压等级及应用范围 36V及以下 井下电气设备控制及局部照明127V 井下照明及手持式电钻220V 矿井地面照明250V DC 电机车380V 小型矿井井下使用500V DC 井下电机车 1 63 4 煤矿常用电压等级及应用范围 660V 井下低压动力750V DC 露天煤矿工业电机车1140V 井下综采动力1500V DC 露天煤矿工业电机车6kV 井上 下高压电机及配电电压10kV 特大型矿井井上 下高压电机及配电电压35 60 110kV 矿区受电电压或配电电压 1 64 电压偏差与电压调整 一 电压偏差的有关概念1 电压偏差的含义电压偏差又称电压偏移 是指给定瞬间设备的端电压 与设备额定电压 之差对额定电压 的百分值 即 电压对设备运行的影响 对感应电动机的影响当感应电动机端电压较其额定电压低10 时 由于转矩 与端电压 平方成正比 因此其实际转矩将只有额定转矩的81 而负荷电流将增大5 10 以上 温升将增高10 15 以上 绝缘老化程度将比规定增加一倍以上 从而明显地缩短电机的使用寿命 而且由于转矩减小 转速下降 不仅会降低生产效率 减少产量 而且还会影响产品质量 增加废 次品 当其端电压较其额定电压偏高时 负荷电流和温升也将增加 绝缘相应受损 对电机同样不利 也要缩短其使用寿命 1 65 对同步电动机的影响当同步电动机的端电压偏高或偏低时 由于转矩也要按电压平方成正比变化 因此同步电动机的电压偏差 除了不会影响其转速外 其他如对转矩 电流和温升等的影响 均与感应电动机相同 对电光源的影响电压偏差对白炽灯的影响最为显著 当白炽灯的端电压降低10 时 灯泡的使用寿命将延长2 3倍 但发光效率将下降30 以上 灯光明显变暗 照度降低 严重影响人的视力健康 降低工作效率 还可能增加事故 当其端电压升高10 时 发光效率将提高1 3 但其使用寿命将大大缩短 只有原来的1 3左右 电压偏差对荧光灯及其他气体放电灯的影响不像对白炽灯那样明显 但也有一定的影响 当其端电压偏低时 灯管不易启燃 如果多次反复启燃 则灯管寿命将大受影响 而且电压降低时 照度下降 影响视力工作 当其电压偏高时 灯管寿命又要缩短 3 允许的电压偏差GB50052 1995 供配电系统设计规范 规定 在系统正常运行情况下 用电设备端子处的电压偏差允许值 以额定电压的百分数表示 宜符合下列要求 1 电动机为 5 2 电气照明 在一般工作场所为 5 对于远离变电所的小面积一般工作场所 难以满足上述要求时 可为 5 10 应急照明 道路照明和警卫照明等 为 5 10 3 其他用电设备 当无特殊规定时为 5 1 66 二 电压调整的措施为了满足用电设备对电压偏差的要求 供电系统必须采取相应的电压调整措施 1 正确选择无载调压型变压器的电压分接头或采用有载调压变压器我国工厂供电系统中应用的6 10kV电力变压器 一般为无载调压型 其高压绕组 一次绕组 有UN 5 的电压分接头 并装设有无载调压分接开关 如图1 14所示 如果设备端电压偏高 则应将分接开关换接到 5 的分接头 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 以升高设备端电压 但是这只能在变压器无载条件下进行调节 使设备端电压较接近于设备额定电压 而不能按负荷的变动实时地自动调节电压 如果用电负荷中有的设备对电压偏差要求严格 采用无载调压型变压器满足不了要求 而这些设备单独装设调压装置在技术经济上又不合理时 可以采用有载调压型变压器 使之在负荷情况下自动调节电压 保证设备端电压的稳定 1 67 图1 14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 1 68 2 合理减小系统的阻抗由于供电系统中的电压损耗与系统中各元件包括变压器和线路的阻抗成正比 因此可考虑减少系统的变压级数 适当增大导线电缆的截面或以电缆取代架空线等来减小系统阻抗 降低电压损耗 从而减小电压偏差 达到电压调整的目的 但是增大导线电缆的截面及以电缆取代架空线 要增加线路投资 因此应进行技术经济的分析比较 合理时才采用 3 合理改变系统的运行方式在一班制或两班制的工厂或车间中 工作班的时间内 负荷重 往往电压偏低 因此需要将变压器高压绕组的分接头调在 5 的位置上 但这样一来 到晚上负荷轻时 电压就会过高 这时如能切除变压器 改用与相邻变电所相连的低压联络线供电 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 从而降低所出现的高电压 对于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 同样可起到降低电压过高的作用 1 69 4 尽量使系统的三相负荷均衡在有中性线的低压配电系统中 如果三相负荷分布不均衡 则将使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 为此 应使三相负荷分布尽可能均衡 以降低电压偏差 5 采用无功功率补偿装置电力系统中由于存在大量的感性负荷 导致系统的功率因数降低及电压损耗和电能损耗增大 提高系统功率因数 可降低电压和电能损耗 采用并联电容器或同步补偿机 使之产生相位超前的无功功率 以补偿系统中相位滞后的无功功率 这些专门用于补偿无功功率的并联电容器和同步补偿机 统称为无功补偿设备 由于并联电容器无旋转部分 具有安装简便 运行维护方便 有功损耗小 组装灵活和便于扩充等优点 因此并联电容器在工厂供电系统中获得了广泛的应用 但必须指出 采用专门的无功补偿设备 虽然电压调整的效果显著 却增加了额外投资 因此在进行电压调整时 应优先考虑前面所述各项措施 以提高供电系统的经济效果 1 70 四 电压波动及其抑制 一 电压波动的有关概念1 电压波动的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 电压波动值 以用户公共供电点在时间上相邻的最大与最小电压有效值Umax与Umin之差对电网额定电压UN的百分值来表示 即 1 71 2 电压波动的产生与危害电压波动是由于负荷急剧变动的冲击性负荷所引起 负荷急剧变动 使电网的电压损耗相应变动 从而使用户公共供电点的电压出现波动现象 例如电动机的启动 电焊机的工作 特别是大型电弧炉和大型轧钢机等冲击性负荷的投入运行 均会引起电网电压的波动 危害 电网电压波动可影响电动机的正常启动 甚至使电动机无法启动 会引起同步电动机的转子振动 可使电子设备和电子计算机无法正常工作 可使照明灯光发生明显的闪变 严重影响视觉 使人无法正常生产 工作和学习 因此GB12326 2000 电能质量 电压波动和闪变 规定了电力系统连接点的电压波动和闪变的限值 1 72 二 电压波动的抑制措施抑制电压波动可采取下列措施 1 对负荷变动剧烈的大型电气设备 采用专用线路或专用变压器单独供电 这是最简便有效的办法 2 设法增大供电容量 减小系统阻抗 例如将单回路线路改为双回路线路 或将架空线路改为电缆线路等 使系统的电压损耗减小 从而减小负荷变动时引起的电压波动 3 在系统出现严重的电压波动时 减少或切除引起电压波动的负荷 4 对大容量电弧炉的炉用变压器 宜由短路容量较大的电网供电 一般是选用更高电压等级的电网供电 5 对大型冲击性负荷 如果采取上列措施仍达不到要求时 可装设能 吸收 冲击性无功功率的静止型无功补偿装置 staticvarcompensator 缩写SVC SVC是一种能吸收随机变化的冲击性无功功率和动态谐波电流的无功补偿装置 其类型有多种 而以自饱和电抗器型 SR型 的效能最好 其电子元件少 可靠性高 反应速度快 维护方便经济 且我国一般变压器厂均能制造 是最适于在我国推广应用的一种SVC 1 73 五 电网谐波及其抑制 一 电网谐波的有关概念1 电网谐波的含义谐波 harmonic 是指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整数倍的各次分量 通常称为高次谐波 而基波是指其频率与工频 50Hz 相同的分量 向公用电网注入谐波电流或在公用电网中产生谐波电压的电气设备 称为谐波源 1 74 2 谐波的产生与危害电网谐波的产生 主要在于电力系统中存在各种非线性元件 产生谐波的电气元件很多 例如荧光灯和高压钠灯等气体放电灯 感应电动机 电焊机 变压器和感应电炉等 最为严重的是大型晶闸管变流设备和大型电弧炉 它们产生的谐波电流最为突出 是造成电网谐波的主要因素 1 75 谐波的危害 使变压器铁心损耗增加 出现过热 缩短使用寿命 使电动机的铁心损耗增加 转子发生振动 严重影响机加工产品质量 谐波电压加在电容器两端时 由于电容器对于谐波的阻抗很小 因此电容器很容易过负荷甚至烧毁 使电力线路的电能损耗和电压损耗增加 使计量电能的感应式电能表计量不准确 使电力系统发生电压谐振 从而在线路上引起过电压 有可能击穿线路设备的绝缘 造成系统的继电保护和自动装置发生误动作 对附近的通信设备和通信线路产生信号干扰 1 76 二 电网谐波的抑制 1 三相整流变压器采用Yd或Dy联结由于3次及3的整数倍次谐波在三角形联结的绕组内形成环流 而星形联结的绕组内不可能产生3次及3的整数倍次谐波电流 因此采用Yd或Dy联结的三相整流变压器 能使注入电网的谐波电流中消除3次及3的整数倍次的谐波电流 又由于电力系统中的非正弦交流电压或电流通常是正 负两半波对时间轴是对称的 不含直流分量和偶次谐波分量 因此采用Yd或Dy联结的整流变压器后 注入电网的谐波电流只有5 7 11 等次谐波 这是抑制高次谐波最基本的方法 1 77 2 增加整流变压器二次侧的相数整流变压器二次侧的相数越多 整流波形的脉波数越多 其次数低的谐波被消除的也越多 例如 整流相数为6相时 出现的5次谐波电流为基波电流的18 5 7次谐波电流为基波电流的12 如果整流相数增加到12相时 则出现的5次谐波电流降为基波电流的4 5 7次谐波电流降为基波电流的3 都差不多减少了75 由此可见 增加整流相数对高次谐波抑制的效果相当显著 3 使各台整流变压器二次侧互有相角差多台相数相同的整流装置并列运行时 使其整流变压器的二次侧互有适当的相角差 这与增加二次侧的相数效果相类似 也能大大减少注入电网的高次谐波 4 装设分流滤波器在大容量静止 谐波源 如大型晶闸管整流器 与电网连接处 装设如图1 15所示的分流滤波器 使滤波器的各组R L C回路分别对需要消除的5 7 11 等次谐波进行调谐 使之发生串联谐振 由于串联谐振回路的阻抗极小 从而使这些次数的谐波电流被它分流吸收而不致注入到公用电网中去 图1 15装设分流滤波器吸收高次谐波 1 78 5 选用Dyn11联结组三相配电变压器由于Dyn11联结的变压器高压绕组为三角形联结 使3次及3的整数倍次的高次谐波在绕组内形成环流而不致注入到高压电网中去 从而抑制了高次谐波 6 其他抑制谐波的措施例如限制电力系统中接入的变流设备和交流调压装置的容量 或提高对大容量非线性设备的供电电压 或者将 谐波源 与不能受干扰的负荷电路从电网的接线上分开 都能有助于谐波的抑制或消除 1 79 GB T15543 1995 电能质量 三相电压允许不平衡度 规定 1 正常允许2 电压不平衡度短时不超过4 2 接于公共连接点的每个用户电压不平衡度一般不得超过1 3 六 三相不平衡及其改善 一 电压不平衡度及其允许值在三相供电系统中 如果三相的电压或电流幅值或有效值不等 或者三相的电压或电流相位差不为120 时 则称此三相电压或电流不平衡 电压不平衡度 用电压负序分量的方均根值U2与电压正序分量的方均根值U1的百分比值来表示 即 1 80 二 三相不平衡的产生及其危害出现三相不平衡的主要原因是三相负荷不平衡 不平衡的三相电压或电流 按对称分量法 可分解为正序分量 负序分量和零序分量 对电机的危害 由于负序分量的存在使电动机产生一个反向转矩 降低电动机的输出转矩 并使电机绕组电流增大 温升增高 缩短电动机的使用寿命 对三相变压器的危害 三相电流不平衡 当最大相电流达到变压器额定电流时 其他两相却低于额定值 从而使变压器容量不能得到充分利用 对多相整流装置的危害 三相电压不对称 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 进一步影响电能质量 1 81 三 改善三相不平衡的措施 1 使三相负荷均衡分配在供配电设计和安装中 应尽量使三相负荷均衡分配 三相系统中各相装设的单相用电设备容量之差应不超过15 2 使不平衡负荷分散连接尽可能将不平衡负荷接到不同的供电点 以减少其集中连接造成电压不平衡度可能超过允许值的问题 3 将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 例如电网短路容量大于负荷容量50倍时 就能保证连接点的电压不平衡度小于2 4 采用三相平衡化装置三相平衡化装置包括具有分相补偿功能的静止型无功补偿装置 SVC 和静止无功电源 staticvargenerator 缩写SVG SVG基本上不用储能元件 而是充分利用三相交流电的特点 使能量在三相之间及时转移来实现补偿 与SVC相比 SVG可大大减小平衡化装置的体积和材料消耗 且响应速度快 调节性能好 它综合了无功补偿 谐波抑制和改善三相不平衡的优点 1 82 基本概念供电系统结线 各电气设备及其联结线构成的电路 进行汇集和分配电能 结线方式按布置方式分 放射式 干线式 环式 双电源 独立 供电式按运行方式分 开式网络 闭式网络按可靠性分 无备用网络 有备用网络 1 2供电系统的接线方式 1 2供电系统的接线方式 1 83 1 2 1供电系统接线方式的要求 一 安全可靠 二 操作方便 运行灵活 三 经济合理 四 便于发展 1 2供电系统的接线方式 1 84 1 2 2供电系统的接线方式 1无备用系统接线2有备用系统的接线双回路放射式环式双回路干线式 1 2供电系统的接线方式 1 85 2 系统网络结构 1 放射式 1 单回放射式 适用三级负荷 二级小负荷或某些专用设备的供电 系统简单 运行维护方便 缺点是使用的开关 线路多 供电可靠性差 放射式结线 单电源单回路 1 86 2 双回路放射式 单电源双回路 从一段母线上并列引出两回线路 每回线路有单独的开关控制 适用二级负荷 供电可靠性高 运行可采用并列运行 也可一路运行 一路备用 运行灵活 1 87 双电源双回路 从两段母线上各引出一回线路对用户供电 适用较大容量或一级负荷的供电 供电可靠性相对更高 缺点是设备投资相对较大 继电保护保护设置相对难 2 双回路放射式 1 88 2 干线式供电 直接联络式 从一路高压配电干线上直接引出分支线向用户供电 分支线一般不超过5 且配电变压器容量不超过3000kVA 一般适用于架空线上对三级负荷分散用户供电 也可用于井下电缆线路对多台顺槽输送机供电 优点 回路少 高压配电装置数量减少 造价低 缺点 当公用干线故障全部断电 可靠性较差 1 89 2 干线式供电结线图 1 90 贯穿联络式 各用户为串联方式 再联结各用户的干线的进出两端均采用隔离开关 可减少某段干线故障而引起的停电范围 设备投入增加 1 91 3 环式 线路将电能从两段母线或同一电源引出 经过不同线路接入变电所或负荷点 适用于电源对矿区用户相对位置居中或较远 而用户间距较近 且负荷相差不太悬殊的供电 供电可靠性高 运行 保护整定困难 1 92 1 93 供电系统结线方式的选择 合理的供电系统结线方式选择的决定因素 从用电户对供电系统的基本要求考虑 1 用电户对供电可靠性要求的影响 2 电压高低的影响 3 负荷大小的影响 4 负荷数目的影响 5 负荷位置的影响 1 94 2 变电所常用一次结线方式 桥式结线 用于有备用供电系统线路 变压器组式结线 用于无备用供电系统 1 95 1 桥式结线 对具有两回电源进线 两台变压器的变电所 可采用桥式结线 桥 为一条由一台断路器和两台隔离开关组成的 用以进行线路的横联和跨接 根据跨接桥横联位置的不同 桥式结线可分为 内桥式 外桥式 和 全桥式 1 96 1 桥式结线 外桥 跨接桥在变压器断路器QF1和QF2的外线路侧 进线回路只有隔离开关 对变压器的切换操作方便 对电源进线操作不便 适用变电所 A 供电线路短 切换线路少的 B 要经常切换变压器的 C 有稳定的穿越功率的 D 处于环网中 E 向一 二级负荷供电的 1 97 1 桥式结线 内桥 跨接桥在变压器断路器QF1和QF2的靠变压器侧 变压器电源端只有隔离开关 提高对电源线路运行的可靠性和倒闸操作的灵活方便性 适用变电所 A 供电线路长 线路故障几率大 B 不需要经常切换变压器的且负荷稳定的 C 没有稳定的穿越功率的 D 处于电网终端 E 向一 二级负荷供电的 1 98 1 桥式结线 全桥 全桥结线克服了外桥和内桥结线的不足 操作方便 运行灵活 但其相应占地面积大 投资增加 对于电压在35kV 容量在7500kVA以上 或电压为110kV 容量在31500kVA以上的变压器 当隔离开关切断空载电流能力不足时采用 1 99 2 线路变压器组结线 当变电所只有一路电源进线和一台变压器时宜采用线路变压器组接线 线路变压器组结线依据其容量的大小 二次出线数的多少主要有三种形式 1 进线为隔离开关 二次回路必须装断路器 2 进线为跌落式熔断器 二次回路必须装断路器 3 进线为断路器 1 100 线路 变压器组结线 1 101 3 变电所常用二次母线结线方式 单母线 双母线 单母线加旁母1 单母线 进出线均有断路器以及与母线相连的母线隔离开关 与负荷线路相连的线路隔离开关 一般有单母线不分段和单母线分段两种典型结线 1 102 1 单母线不分段 特点 母线系统故障或检修须全线路断电 结构简单 造价低 运行不够灵活 供电可靠性差 适于小容量用户 1 103 2 单母线分段 A 隔离开关分段 QS分段 适用由双回路供电 允许短时间停电的二级负荷B 断路器分段 QF分段 适用一级负荷较多情况 可切断负荷和故障电流 在采用断路器分段时 除能实现切断负荷或故障电流外 也可在继电保护下实现自动分合闸 在其中一条线路故障或需要检修时 可以将负荷转到另外一条线路 避免全部停电 在检修母线或电源故障时 不能避免故障母线用户的停电 为避免长时间停电 可以采用加装旁路母线或采用双母线解决 1 104 单母线分段结线图 1 105 单母线分段结线图 1 106 双母线接线 1 107 二 工厂供配电电压的选择 一 工厂供电电压的选择工厂供电的电压 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 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 导线或电缆截面越小 可减少线路的投资和有色金属消耗量 1 108 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 工厂采用的高压配电电压通常为10kV 如果工厂拥有相当数量的6kV用电设备 或者供电电源电压就是从邻近发电厂取得的6 3kV直配电压 则可考虑采用6kV作为工厂的高压配电电压 如果不是上述情况 或者6kV用电设备不多时 则应仍用10kV作高压配电电压 而少数6kV用电设备则通过专用的10 6 3kV变压器单独供电 3kV不能作为高压配电电压 如果工厂有3kV用电设备 则应通过10 3 15kV变压器单独供电 如果当地电网供电电压为35kV 而厂区环境条件又允许采用35kV架空线路和较经济的35kV电气设备时 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 节约投资和有色金属 降低电能损耗和电压损耗 提高供电质量 因此有一定的推广价值 但必须考虑厂区要有满足35kV架空线路深入各车间负荷中心的 安全走廊 以确保安全 1 109 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接三相动力设备及额定电压为380V的单相用电设备 相电压220V接额定电压为220V的照明灯具和其他单相用电设备 但某些场合宜采用660V或1140V作为低压配电电压 例如在矿井下 其负荷中心往往离变电所较远 因此为保证负荷端的电压水平而采用660V甚至1140V电压配电 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 降低线路的投资和有色金属消耗量 增加供电半径 提高供电能力 减少变压点 简化配电系统 因此提高低压配电电压有明显的经济效益 是节电的有效措施之一 这在世界各国已成为发展趋势 但是将380V升高为660V 需电器制造部门乃至其他有关部门全面配合 我国目前尚难实现 目前660V电压只限于采矿 石油和化工等少数企业中采用 1140V电压只限于井下采用 至于220V电压 现已不作为三相配电电压 只作为单相配电电压和单相用电设备的额定电压 1 110 电力系统的一个子集 主要包括配电网和负荷 供电系统处于电力系统的末端 经过一至两级降压后直接向负荷供电 1 3 1供电系统在电力系统中的地位和作用1 3 2供电系统分类 1 3典型企业供电系统 1 111 系统侧要求用户侧要求1供配电工作 1 保证工厂生产和生活用电的需要2 搞好 三电 安全用电 节约用电 计划用电2基本要求 安全 可靠 优质 经济 1 3 1供电系统在电力系统中的地位和作用 1 3典型企业供电系统 1 112 1 3 2供电系统分类 具有高压配电所的供电系统具有总降压变电所的供电系统只有一个变电所或配电所的供电系统高压深入负荷中心的供电系统 1 3典型企业供电系统 1 113 1具有高压配电所的供电系统 如图所示是一个比较典型的中型工厂供电系统的系统图 systemdiagram 可以看出 该厂的高压配电所有两条6 l0kV的电源进线 分别接在高压配电所的两段母线上 这两段母线间装有一个分段隔离开关 形成所谓 单母线分段制 1 3典型企业供电系统 1 114 2具有总降压变电所的供电系统 如图总降压变电所高压两回路供电高低压均单母分段接线 1 3典型企业供电系统 1 115 对于小型工厂 由于所需容量一般不大于1000kV A或稍多 因此通常只设一个降压变电所 将6 l0kV电压降为低压用电设备所需的电压 如图所示 3只有一个变电所或配电所的供电系统 1 3典型企业供电系统 1 116 4高压深入负荷中心的供电系统 这种接线方式无总配电所 而是采用T接形式接入车间变电所 1 3典型企业供电系统 1 117 1 4电网中性点运行方式 一 电力系统的中性点运行方式在三相交流电力系统中 作为供电电源的发电机和变压器的中性点有三种运行方式 1 电源中性点不接地 2 中性点经阻抗接地 3 中性点直接接地 前两种合称为小接地电流系统 亦称中性点非有效接地系统 或称中性点非直接接地系统 后一种中性点直接接地系统 称为大接地电流系统 亦称为中性点有效接地系统 我国3 66kV的电力系统 特别是3 10kV系统 一般采用中性点不接地的运行方式 如果单相接地电流大于一定值时 3 10kV系统中单相接地电流大于30A 20kV及以上系统中单相接地电流大于10A时 则应采用中性点经消弧线圈接地的运行方式或低电阻接地的运行方式 我国110kV及以上的电力系统 则都采用中性点直接接地的运行方式 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和监测仪表的选择与运行 因此有必要予以研究 1 118 1中性点不接地方式正常运行时 各相的对地电压均等于相电压 中性点对地电压为零 各相的对地电容电流对称 其电容电流的向量和为零 1 4电网中性点运行方式 1 119 系统发生单相接地时 接地相对地电压为0 非接地相对地电压升高为线电压 即为相电压的 3倍 接地相的电容电流为零 非接地相的对地电流也增大为 3倍 接地电流为正常运行时每相的对地电容电流的3倍 1 120 中性点不接地系统中的单相接地电流通常采用下列经验公式计算 式中IC为系统的单相接地电容电流 单位为A 为系统额定电压 kV loh为同一电压 的具有电气联系的架空线路 over headline 总长度 km lcab为同一电压 的具有电气联系的电缆线路 cableline 总长度 km 中性点不接地系统中发生单相接地时 因为线路的线电压无论其相位和量值均未发生变化 三相用电设备的正常工作不受影响 仍能照常运行 但在单相接地故障下不允许长期运行 以免再有一相发生接地故障时 形成两相接地短路 使故障扩大 因此在中性点不接地系统中 应装设专门的单相接地保护或绝缘监视装置 当系统发生单相接地故障时 发出报警信号 提醒供电值班人员注意 及时处理 当危及人身和设备安全时 则单相接地保护应动作于跳闸 切除故障线路 1 121 当中性点不接地系统的单相接地电流超过规定值 3 10kV系统接地电流大于30A 20 63kV系统接地电流大于10A时 为了避免产生断续电弧引起过电压或造成短路 中性点应经消弧线圈接地 消弧线圈实际上就是电抗线圈 消弧线圈对电容电流的补偿有三种方式 1 全补偿IL IC 2 欠补偿IL IC 3 过补偿IL IC 实际上都采用过补偿 以防止由全补偿引起的电流谐振 损坏设备或欠补偿由于部分线路断开造成全补偿 2中性点经消弧线圈接地运行方式 1 122 图1 18中性点经消弧线圈接地的电力系统发生单相接地时a 电路图b 相量图 1 123 消弧线圈就是一个可调的铁心电感线圈 其电阻很小 感抗很大 当系统发生单相接地时 通过接地点的电流为接地电容电流与通过消弧线圈 的电感电流之和 由于电容电流超前90 而电感电流滞后90 因此电容电流与电感电流在接地点相互补偿 当电容电流与电感电流的量值差小于发生电弧的最小电流 称为最小生弧电流 时 电弧就不会产生 也就不会出现谐振过电压 中性点经消弧线圈接地的三相系统 发生单相接地故障时允许短时间 一般规定为 h 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 运行值班人员应抓紧时间积极查找故障 予以消除 在暂时无法消除故障时 应设法将重要负荷转移到备用电源线路上去 如发生单相接地会危及人身和设备安全时 则单相接地保护应动作于跳闸 切除故障线路 中性点经消弧线圈接地的电力系统 在单相接地时 其他两相对地电压也要升高到线电压 即升高为原对地电压的 3倍 1 124 发生单相接地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 使系统的其他部分恢复正常运行 中性点直接接地的电力系统发生单相接地 3中性点直接接地方式 1 125 中性点直接接地的系统发生单相接地时 完好相的对地电压不会升高 因此我国110kV及以上超高压系统的电源中性点通常都采取直接接地的运行方式 在低压配电系统中 我国广泛应用的TN系统及国外应用较广的TT系统 均为中性点直接接地系统 TN系统和TT系统在发生单相接地故障时 一般能使保护装置迅速动作 切除故障部分 比较安全 如果再加装漏电保护器 则人身安全更有保障 现代城市电网由于广泛采用电缆线路 单相接地电容电流远比架空线路大 因此采取中性点经消弧线圈接地的方式往往也无法完全消除接地故障点的电弧 从而无法抑制由此引起的危险的谐振过电压 因此10kV城市电网中性点可采取低电阻接地的运行方式 它接近于中性点直接接地的运行方式 必须装设动作于跳闸的单相接地故障保护 在系统发生单相接地故障时 迅速切除故障线路 同时系统的备用电源投入装置动作 投入备用电源 恢复对重要负荷的供电 由于这类城市电网 通常都采用环网供电方式 而且保护装置完善 因此供电可靠性是相当高的 1 126 中性点的运行方式及接地点的选择供电可靠性绝缘投资与运行维护费用对继电保护的影响对通信的影响主要取决于单相接地时电气设备绝缘要求及对供电可靠性要求 1 4电网中性点运行方式 1 127 二 低压配电系统的接地我国220 380V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 neutralwire 代号N 保护线 protectivewire 代号PE 或保护中性线 PENwire 代号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 三是用来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时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PEN线在我国通称为 零线 俗称 地线 低压配电系统按接地形式 分为TN系统 TT系统和IT系统