电力系统第一章绪论课件.ppt

第一章绪论 要点 本章介绍电力系统的基本概念 额定电压 工厂供电的特点及组成 本章内容将作为以下各章学习的引导 第一章绪论 1 1电力系统的基本概念1 2电力系统运行的特点和要求1 3电力系统的额定电压1 4决定供电设备的主要指标1 4 1电压1 4 2频率1 4 3可靠性1 5钢铁企业用电设备的主要特征1 6工业企业供配电系统设计程序本章小节 1 1电力系统的基本概念 问题的提出 1 电力产生 不作为本课内容 2 电力的输送 发电厂多数建立在一次能源所在地 如水力发电厂 核电厂 这可能距离城市及工业企业很远 3 变换电能电压 既保证电能的经济输送 又满足各种电能用户对工作电压的不同要求 如电炉变压器 大电流 4 电能的合理分配 由于电能用户或生产车间在布局上经常是分散的 现将电能的生产 变压 输配和使用几个环节的基本概念说明如下 第一章绪论 1 发电厂 是生产电能的工厂 2 变电站 是接受电能变换电压和分配电能的场所 3 配电站 只有受电及配电开关控制设备而没有变压器 完分配电能 4 变流站 把交流电能转换成直流电能的站所 5 电力网 是输送和分配电能的通道 它由各种不同电压等级和不同结构类型的线路组成 任务 发电厂变电站电能用户 1 1电力系统的基本概念 电力网 实时输送 电力网 第一章绪论 1 1电力系统的基本概念 6 电能用户 在电力系统中 一切消费电能的用电设备均称为电能用户 用电设备按其用途可分为 动力用电设备 如电动机等 工艺用电设备 如电解 干燥箱 空调等 照明用电设备试验用电设备它们分别将电能转换为机械能 热能和光能等不同形式的适于生产需要的能量 很显然工业是电力系统的最大电能用户 7 电力系统 由发电厂 变电站 电力网和用户组成的系统 它们之间的关系如图1 1所示 第一章绪论 图1 1电力系统组成示意图 图1 2电力系统组成等效原理图 注 后续课程讲解电力系统全部使用等效原理图 火力发电厂 10 5KV 电厂附近用户 升压变电站 地区降压变电站 220 500KV 升压变电站 高压输电网 水力发电厂 220 500KV 与其它发电厂或地区电站联络 电厂间联络电网 其它企业或城镇 工业企业内部供电系统 其它车间 企业降压变电站 35 110KV输电网 与其它变电站联络 企业自备发电厂 10 6 3KV 车间变电站 低压用户 低压配电线路 低压电动机 高压电动机 配电站 220 380V 第一章绪论 1 1电力系统的基本概念 图1 3典型电力系统组成图 1 1电力系统的基本概念 8 工业企业供电系统 由 1 企业降压变电站 2 高压配电线路 3 车间变电站 包含配电站 4 低压配电线路 5 用电设备组成 如图1 1虚框部分所示 实际中往往称虚线框外为电力系统 企业总降压变电站 把35 110KV电压降为6 10KV电压 为保证供电的可靠 多设置两台变压器 对某些企业 考虑其生产的重要性 需建立自备热力发电厂作为备用电源 同时为生产提供蒸汽和热水 第一章绪论 1 1电力系统的基本概念 工业企业高压配电线路 6 10KV电压 主要作为厂区内输送 分配电能之用 采用两种方式 架空线 投资少 便于维护与检修 但占据空间 电缆网络 已被广泛使用 投资高 维护与检修复杂但厂区美化 第一章绪论 日本供电线路 1 1电力系统的基本概念 车间变电站 6 10KV电压高压配电电压降为220 380V 对低压设备供电 对车间的高压用电设备 则直接通过6 10KV母线供电 车间变电站组成 变压器 受 配电柜 车间变电站的配备 一个生产厂房或车间内 根据生产规模 用电设备的布局及用电量的大小设定一个或几个车间变电站 或者几个车间设定一个车间变电站 第一章绪论 开关 保护电器 测量仪表 母线及其它辅助设备 使用互感器 一般设置1 2台 最高不超过3台 1 1电力系统的基本概念 工业企业低压配电线路 向低压电器设备供电 户外敷设 多采用架空线 且尽可能与高压线路同杆架设 以节省建设费 车间内 明线配电线路电缆配电线路动力配电箱到电机一律采用绝缘导线穿管敷设或采用电缆沟敷设电缆 或走桥架 第一章绪论 1 1电力系统的基本概念 照明线路 为减轻大型电动机引起电压波动对照明的影响 照明线路和动力线分别架设 最好用专用的照明变压器对照明系统供电 防止或减轻灯光的闪烁现象 对事故照明 必须设置可靠的独立电源 以保证事故发生时及时向事故照明系统继续供电 用户设备 高压电动机 低压电动机等 第一章绪论 本节结束 1 2电力系统运行的特点和要求 电力系统的运行与其他工业生产相比 具有以下的特点 1 电能不能大量储存 电能的生产 输送 分配和消费 实际上是同时进行的 即 发电电能 用电设备消耗电能 电力系统本身的消耗 2 电力系统暂态过程非常短促 发电机 变压器 电力线路和电动机等设备的投入和切除 都是瞬间完成的 电能从一个地点输送到另一地点所需的时间仅千分之几秒甚至百万分之几秒 电力系统由一种运行状态到另一种的过渡过程也是非常短促的 3 供电中断长带来严重的损失和后果 第一章绪论 1 2电力系统运行的特点和要求 根据这些特点 对电力系统的设计与运行提供了严格的要求 a 保证供电的可靠性电力系统中某一设备发生故障时 对用户供电不中断 或中断供电的机率少 影响范围小 停电时间短 造成的损失少 c 具有一定的灵活性和方便性电力系统接线力求简单 能适应负荷变化的需要 灵活 简便 迅速地由一种运行状态到另一种状态 避免发生误操作 d 应具有经济性所谓经济性指基建投资少 年运行费用低 在满足上述必要的技术要求的前提下 力求经济 二者应综合考虑 第一章绪论 关于变电所事故 本节结束 1 3电力系统的额定电压 额定电压 通常指电器设备名牌上指出的线电压 为什么规定额定电压 为使电器设备生产标准化 便于大量成批生产 使用中又易于互换 对于发电机 受电等所有设备的额定电压都加统一规定 电器设备都是按照指定的额定电压和频率设计制造的 当电器设备在额定电压和频率下运行时 将获得最佳的技术性能和经济效果 国家GB156 80标准将额定电压分两类 第一章绪论 1 3电力系统的额定电压 见书中表1 1 P5 包括 直流 单相交流 三相交流 在国家标准中规定 受电设备 变压器一次 电动机 规定 额定电压与系统的额定电压一致供电设备 蓄电池 直流发电机 变压器二次绕组 规定 供电设备额定电压指电源的额定电压 1 3 13KV以下的设备与系统的额定电压 1 3 13KV以下的设备与系统的额定电压 表中特殊符号说明 直流电压 均为平均值交流电压 均为有效值 只供作单台设备的额定电压 只作为电压互感器 继电器等控制系统的额定电压 作为矿井下 热工仪表和机床控制系统的额定电压 只准许在煤矿井下及特定场所使用的电压 斜线之上为额定相电压斜线之下为额定线电压不标斜线者 均为额定线电压 1 3电力系统的额定电压 1 3 2三相交流3KV及以上的设备额定电压 设备最高电压 见表1 2 只包括 三相交流 1 设备最高电压 根据设备绝缘性能和最高电压有关的其他性能而确定的该级电压最高运行电压 不超过该级额定电压的1 15倍 1 3电力系统的额定电压 2 不同设备额定电压的具体规定 基本规律 供电设备额定电压通常均高于受电设备额定电压 1 发电机的额定电压发电机额定电压规定比受电设备额定电压高5 左右 用以补偿线路上的电压损失 例如受电设备额定电压为10KV时 发电机的额定电压为10 5KV 1 3 2三相交流3KV及以上的设备额定电压 1 3电力系统的额定电压 2 变压器额定电压电力变压器的额定电压分两种情况 电力变压器一次绕组的额定电压a 变压器与发电机相连时 其一次绕组额定电压与发电机额定电压相同 高于同级电网额定电压5 如T0b 当变压器不与发电机相连 而是连接在线路上时 如下图中的变压器 可看作是线路的用电设备 因此一次绕组额定电压应与电网额定电压相同 1 3电力系统的额定电压 1 3 2三相交流3KV及以上的设备额定电压 电力变压器二次绕组的额定电压a 当变压器二次供电线路较长 则二次绕组比受电设备额定电压高出10 如此规定的原因 电力变压器的二次绕组额定电压均指空载电压 当变压器满载供电时 关于互感器的制作 5 5 U2N U2 1 10 U2N 线路阻抗损失 变压器一 二次阻抗损失 变压器 负载 1 3电力系统的额定电压 1 3 2三相交流3KV及以上的设备额定电压 例如 受电设备额定电压为10KV 则供电变压器二次绕组的额定电压定为11KV b 变压器二次供电线路较短 其二次绕组的额定电压只高于受电设备额定电压5 例如 受电设备额定电压为6KV 则供电变压器二次绕组的额定电压为6 3KV 5 U2N U2 1 5 U2N 变压器一 二次阻抗损失 变压器 负载 1 3电力系统的额定电压 1 3 2三相交流3KV及以上的设备额定电压 1 3电力系统的额定电压 1 3 2三相交流3KV及以上的设备额定电压 3 电力网 线路 额定电压规定电力网系统的额定电压和末端受电设备额定电压相同 如上图 变压器的一次电压为35KV 则bc段电力网额定电压为35KV 此电压用于按允许电压损失选择导线和电缆的截面 1 3电力系统的额定电压 1 3 2三相交流3KV及以上的设备额定电压 4 线路平均额定电压当经线路输送功率时 沿线路有电压损失 因此线路各点电压是不同的 距离电源愈远的点电压愈低 输送功率增大 电压损失也增大 如图下所示电压U1 U2 U3 用电设备 Uav U1 U3 UN U1 U2 U3 1 3电力系统的额定电压 1 3 2三相交流3KV及以上的设备额定电压 1 3 2三相交流3KV及以上的设备额定电压 问题 线路的电压究竟用那个数值来表示最为合理 在短路电流计算时 第四章 为简化计算 引进线路的平均额定电压来表示电力网的电压 线路的平均额定电压 Uav 等于网络始端的最大电压U1 指变压器的最大空载电压 和末端受电设备的额定电压UN的平均值 Uav U1 UN 2注 Uav average UN nominal例如 末端受电设备的额定电压为10KV 变压器二次绕组的电压为11KV 则线路的平均额定电压为 Uav 11 10 2 10 5KV注 平均额定电压查P39表3 1取得 不用计算 1 3电力系统的额定电压 1 3 3例题 例题 某企业拟建如下图所示供电系统 需要按额定电压选择1T 2T及cd段电缆 试根据电网额定电压定义提出采购计划中电压要求 解 a 1T二次绕组U2N应为35KV 35KV 10 38 5KVb 2T一次绕组U1N应等于即为35KVc 2T二次绕组U2N应高于用电设备的5 及即10KV 10KV 5 10 5KVd 线路cd的UN应等于用电设备额定电压 即为10KV 35KV 10KV 2T 1T b a c d 110KV 1 3电力系统的额定电压 1 3 3例题 最终采购计划中电压要求 本节结束 1 3电力系统的额定电压 1 4 1电压 1 用电设备的电网实际电压与用电设备的额定的电压相差较大时 对用电设备的危害较大 照明 电压低 发光效率低 电动机 电机转速降低 甚至停电 导至工厂废品 或重大事故 例 电压降20 转距降64 电流增20 35 温度升高12 15 电热及冶金设备 电压低 生产率下降 能耗显著上升 成本增高 我国规定 各级额定电压允许偏差 5 UN 1 4决定供电设备的主要指标 第一章绪论 保证电网电压的措施 安装必要的无功电源 同步电机电容补偿 动态补偿 静态补偿 安装电压调整设备 增加电网容量 用于补偿无功损耗 高压分组自动投切 1 4 1电压 1 4决定供电设备的主要指标 2 供电电压畸变 不是正弦波形 例如 大型可控硅整流 产生高次谐波 高次谐波电流使电流有效值增加 电阻也因集肤效应的影响而相应增大 使电网中产生附加的功率及能量损耗 高次谐波电流加大了旋转电机 变压器 电缆等电气元件中绝缘介质的电离过程 使其发热量增加 寿命降低 高次谐波也影响自动化 远动 通讯 措施 采用多相整流的整流装置 限制系统中接入的整流装置的最大功率 在整流装置高压侧加L C谐振回路 使高次谐波电流流入谐振回路 采用电力电子技术实现有源滤波 1 4 1电压 1 4决定供电设备的主要指标 3 三相电压与电流的不对称有短时和持续的两种 短时不对称 由电力系统的故障引起 持续不对称 由于电力系统运行参数不对称 用户采用大功率单相用电设备 以及三相用电设备工作不对称引起 在低压供电系统中 不对称电压 电流会形成三相中点的偏移 从而危及人身及用电设备的安全和寿命 措施 在设计中对单相设备必须尽量采用对称布局的方法或加大供电容量 本节结束 1 4 1电压 1 4决定供电设备的主要指标 频率变化对电力系统的稳定性影响很大 因而对频率的要求要比对电压的要求严格的多 电网低频运行 将使交流电动机转速相应降低 n 因而许多工厂的产量和质量都将不同程度地受到影响 例如频率降至48Hz 电机转速将降低4 当电网供需出现不平衡时 或产生重大事故时 也是供需不平衡 则影响到频率 供 需f 供 需f 我国规定 电网频率为50Hz 允许偏差不超过 0 5 措施 低频自动减载装置 本节结束 1 4 2频率 1 4决定供电设备的主要指标 工业企业不同性质的负荷对供电的要求不同 了解这一点将能实现在保证供电可靠性的前提下 使用于供电的投资费最少 我国将工业企业的电力负荷按其对供电可靠性的要求不同划分为一级 二级 三级 1 4 3可靠性 1 4决定供电设备的主要指标 1 一级负荷 中断供电将造成人身伤亡 如医院 中断供电造成重大设备损坏且难以修复 例如 核电 日本 炼钢炉 电炉 电解设备 中断供电将影响重大经济 政治意义的用电单位 如 重要的铁路枢纽 通讯枢纽 电视台 宾馆等 供电要求 由两个独立电源供电 特殊一级负荷 保安负荷 用于保证企业安全停产的负荷 供电要求 应由两个独立电源点供电 1 4 3可靠性 1 4决定供电设备的主要指标 独立电源定义 如果任一个电源因故障而停止供电 而另一个电源不受影响 能继续供电 则称这两个电源的每一个为独立电源 满足此种要求的条件 每段母线的电源来自不同的发电机或变压器 母线段之间无联系 或虽有联系但当其中一段母线发生故障 能自动断开联系 不影响其母线段继续供电 1 4 3可靠性 1 4决定供电设备的主要指标 独立电源点定义 几个独立电源来自不同的地点 并且当其中任一个独立电源点因故障停止供电时 并不影响其它电源点继续供电 有下列4种情况 1 4 3可靠性 1 4决定供电设备的主要指标 2 二级负荷 中断供电将造成生产设备局部破坏的负荷 中断供电生产流程紊乱且恢复较困难的负荷 中断供电影响重要用电单位工作 如大型影剧院 商场等这类负荷允许短时停几分钟 它在工业企业内占的比数最大 对供电的要求 由两回线路供电 两回线路应尽可能引自不同的变压器或母线段 1 4 3可靠性 1 4决定供电设备的主要指标 3 三级负荷除一 二级负荷外的电能用户均属于三级负荷 对供电无特殊要求 允许较长时间停电 对供电的要求 单回路供电 负荷分级问题比较复杂 同样的生产设备设置于不同的工厂其分级就可能不同 某些一级负荷也可有极小的间歇停电 因此 必须各个工厂 不同设备的使用情况进行事实求是的分析 避免不必要的投入或保证不了供电的可靠性 本节结束 1 4 3可靠性 1 4决定供电设备的主要指标 1 5钢铁企业用电设备的主要特征 按照用电设备对供电可能性的要求 工业企业的电力负荷划分为三个等级 在每级负荷中 用电设备的运行特性又是各种各样 这些不同特征关系到供电技术措施的确定 本节就钢铁企业的一些用电设备的主要特征作一些简要介绍 供确定供电措施时参考 如表1 4 第一章绪论 本节结束 1 6工业企业供配电系统设计程序 1 负荷调查先要有全厂总平面图 标出主要负荷所在位置 并估算全厂总负荷 负荷资料要从工艺 设备设计者那里获得 2 电力负荷计算全厂设备额定容量之和并不等于供电系统共给的总容量 因为多数设备通常是在小于额定容量的条件下运行 且有时是间歇运行的 因而存在如何计算工厂总的电力负荷和车间的电力负荷问题 这在下一章中介绍 第一章绪论 1 6工业企业供配电系