工厂供电基础知识PPT课件

工厂供电技术 1 第一节电力系统的基本知识第二节配电系统常用的电气设备第三节工厂电力负荷基本知识第四节短路电流的基本概念第五节工厂供电网结构及导线选择第六节供配电系统的继电保护第七节供配电系统的防雷接地保护 2 第一节电力系统的基本知识 一 电力负荷的基本要求发电厂任何时刻生产的电能必须等于该时刻用户消耗的电能 电力系统的功率是准确的 每时每刻都平衡的 电能的生产 输送 分配和使用时在同一时刻完成的 电能用户对输配电系统的要求是不间断供电 即供电满足一定的可靠性 为保证连续可靠的供电 对供电可靠性要求不同的用户是有所区别的 为了方便于区别对待各级用户 一般把电能用户按照用电单位的重要程度和对供电可靠性要求的高低 以及中断供电所造成损失或影响程度不同 将用电负荷分为三级 3 1 一级负荷一级负荷是指中断供电会造成人身伤亡 或者在政治 经济上造成重大损失的电力负荷 例如造成重大设备损坏 产品报废 生产秩序长期不能恢复 及造成重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复的用户负荷 一级负荷中断供电的后果十分严重 因此要求对这类用户负荷使用两个独立的电源供电 当一个电源故障时 由另一电源供电 在化工厂凝结水泵 压缩机组的盘车和油泵 消防水泵 仪表DCS 事故照明灯为一级负荷 若一路电源故障 一级负荷在双电源终端切换后由另一路供电 仪表DCS由UPS供电 事故照明选用自带蓄电池组的灯具或采用EPS供电 4 2 二级负荷二级负荷是指中断供电会在政治 经济上造成重大损失的电力负荷 例如中断供电仅造成大量产品报废 减产 生产过程被打乱 但是不会危害人身和设备安全等 二级负荷也属于重要负荷 宜采用双回路电源供电 生产装置区及辅助生产装置区的用电负荷主要为二级负荷 主要生产装置有 备煤 水煤浆制备 气化及灰黑水处理 CO2变换及冷却 低温甲醇洗 液氮洗 压缩 氨合成 尿素合成 尿素造粒单元 氨库等 5 3 三级负荷三级负荷属于一般电力负荷 中断供电会给用户造成不便 不会造成损失或者损失不明显 因而对供电没有特殊要求 可采用单电源供电 三修 厂前区及生活辅助设施为三级负荷 主要有污水处理 排渣 锅炉房及化学水处理站 空压站 工艺外管 通讯 消防等 6 二 电力系统简介 一 电能的输送主要采用交流三相制 因为发电机和绝大多数的用电设备都是三相的 采用高压输电可减少输电损耗 电力系统中三相交流电网及用电设备的额定线电压低压 0 38 0 66 高压 3 6 10 35 66 110 220 330 500 500 直流 750 800 直流 1000我国工业用三相交流电标准频率50Hz 7 二 动力系统 电力系统 电力电网的关系 8 第二节配电系统常用的电气设备 一 配电系统常用设备配电系统中负担输送电能 变换电压和分配电能任务的电路称为一次回路 用来控制 指示 监测 测量和保护一次设备的电路称为二次回路 配电系统中常用设备有 变换设备 按系统工作要求改变电压或电流的设备 如变压器 电压电流互感器等 控制设备 按系统工作要求控制电路接通或断开的电路 如高压隔离开关 高压断路器等 9 保护设备被 用来保护配电系统中一次回路设置的设备 如继电保护装置的继电器 避雷器 熔断器 无功补偿装置 用来补偿系统中的无功功率 提高功率因数的设备 如电容器 无功补偿柜等 成套配电装置 按接线顺序将设备一次相互连接组成的成套装置 如各种类型的高压开关柜 低压配电屏 动力配电柜等 10 第三节工厂电力负荷基本知识 工厂负荷通常指用电设备或单位所消耗的电功率或电流大小 在设计工厂供配电系统时要先确定工厂的电力负荷 即进行电力负荷计算 工厂各种用电负荷在运行中负荷的大小时刻在变化 但负荷的大小不应超过其额定值 由于每台用电设备的最大负荷不会在同一时间出现 因此全厂用电设备额定总容量一定要大于全厂总的最大负荷 若根据全厂用电设备铭牌所标的总容量来选择开关器件 将会造成投资过大和浪费 11 反之 若计算负荷过小 则选择开关器件可能发生过负荷 使设备发热 温度升高 加速设备绝缘老化甚至损坏 电力负荷计算的目的就是合理的选择供配电系统中的导线 变压器 开关器件等电气设备 使之得到充分利用 并稳定的运行 一 用电设备的工作制由于设备的工作制与负荷计算关系较大 现将设备的工作性质和主要特征分析如下 1 长期连续运行工作制设备 长期连续运行 每次连续工作时间超过8小时以上 且运行时负荷比较稳定 例如泵类用电动机 通风机 压缩机等 12 2 短时工作制设备 工作时间较短 而停歇时间相对较长 例如机床的某些辅助电机 气泵等 3 断续周期工作设备 周期性工作 工作周期一般不超过10min 例如吊车类电机 通常用一个周期T里的工作时间占整个周期时间的百分比值来表示负荷的持续率 用 表示 也称暂载率T 设备工作周期t 工作时间t0 间歇时间 13 二 用电设备的容量由于各种用电设备的工作制不同 在计算全厂设总容量时 铭牌上的容量不能简单的想加 首先必须将短时工作制的设备统一换算成同一工作制下标准的额定功率 然后才能与长期连续工作制的设备相加 经过换算统一规定工作制下的额定功率称为设备的额定容量 用PN表示 14 第四节短路电流的基本概念 电力系统运行中相与相或者相与地之间发生的金属性非正常连接 称为短路故障 一 短路类型在电力系统中产生短路的主要原因是系统中的电气设备带电部分的绝缘破坏 从而导致绝缘材料老化而发生短路 短路故障可分为瞬时性短路故障和永久性短路故障 15 1 瞬时性短路故障架空输电线路的故障由于大气过电压或直击雷引起的绝缘子表面闪络 风力引起的短时碰线 以及树枝等掉落在导线上等原因引起 在线路被继电保护装置迅速断开后 电弧即自行熄灭 故障点的绝缘强度重新恢复 此时把电路合上就能恢复供电 这类故障称为瞬时性故障 2 永久性故障电气设备的绝缘由于过电压或外力破坏而引起的故障 在断线后仍然存在 即使合上电源 由于故障存在也会被再次断开 这类故障称为永久性故障 16 二 系统短路后果及形式电力系统发生短路时 系统的总阻抗会明显减小 随之产生的短路电流会急剧增加 短路电流流过电气设备和载流导体会使设备在发热和电动力作用下受到损坏 为预防这种短路事故发生 要求电气设备必须经得住最大可能短路电流 一 系统短路后果1 短路电流的热效应当系统发生短路时短路电流是正常工作电流的十几甚至几十倍 可能达到上万安甚至几十万安 导致导体温度急剧升高 从而损坏设备绝缘 甚至烧坏设备 17 2 短路电流的电动效应巨大的短路电流会在导线和电气设备中产生很大的电动力 会使导线或设备产生形变 在系统发生不对称短路时 不对称的电流将产生不平衡的交变磁场 对周边通信设备及弱电控制系统产生严重干扰 影响设备的正常工作 甚至使设备误动作 3 短路电流产生的压降当系统发生短路故障时 短路电流在监控输电线路上会产生很大的电压降 是系统电压骤降 影响电气设备的运行 造成供电中断 大量产品报废 设备损坏等严重后果 18 4 影响电力系统稳定运行短路故障造成的不良后果是多方面的 根据发生地点和持续时间的不同 可能使用户供电部分或全部发生故障 严重情况下还会使并列运行的发电机组失去同步 导致整个系统稳定运行列解 造成大面积停电事故 二 系统短路的形式三相系统中发生的短路有4种基本类型 三相短路 两相短路 单相对地短路和两相对地短路 其中 除三相短路时 三相回路依旧对称 因而又称对称短路外 其余三类均属不对称短路 19 第五节工厂供电网结构及导线选择 一 工厂供配电网结构1工厂电力网的结构架空输电线路主要由电杆导线横担绝缘子以及避雷线拉线等组成 20 2 架空导线种类及型号 1 架空线种类架空导线主要是由铜 铝 钢等材料制成 特殊条件下也用青铜及铝合金制成 架空导线主要分为以下几种 a普通绞线 一般由直径相同的同一类导电金属按照一定的规则绞制成 常见的有裸铝绞线 镀锌钢绞线 裸铜导线等 罗铝绞线机械强度小用于受力不大 档距较小的一般配电线路 镀锌钢绞线由于机械强度好 常用作农村架空配电线网或架空避雷线 裸铜导线导电性能较好 由于经济造价较高很少用于架空线路 21 b钢芯铝绞线在铝绞线中加入钢线芯 弥补了裸铝绞线的强度差的缺点 适合用于档距较长 杆位高差较大的高压线路 c铝镁合金绞线 也称铝合金绞线 比铝绞线抗拉性好 氮由于电导率较低 一般用于小容量配电网和通信架空线路 d绝缘导线在接到货建筑物稠密地区 为确保人身安全 低压380 220V配电线路宜采用橡胶或塑料绝缘导线 22 2 导线型号导线型号一般由两部分组成 前边的字母表示导线的材料 如T 铜线 L 铝线 LG 钢芯铝线 J 绞线 后面的数字表示导线的标称截面积 2塔杆结构a电杆是架空线路中用来安装横担 绝缘子和导线等的重要支柱 塔杆按材料可分为木杆 水泥杆 和金属杆三种 目前工厂普遍采用水泥杆和铁塔 高低压塔杆 23 24 b横担是架空电路用来安装绝缘子 固定开关设备及避雷器的主要器件 c线路金具是用来连接导线 安装横担和绝缘子的金属附件 d绝缘子 用于变电所配电装置 变压器开关和电力线路用来支持和固定裸载流导体并使之与地绝缘 或使不同电位的载流导体绝缘 一般为陶瓷 绝缘子应具有足够的机械强度 并耐热和不潮湿 25 二架空线路的敷设1 架空导线的排列方式架空线路的敷设应严格遵守有关技术规程的规定 架空导线在杆塔上的排列方式有水平排列 三角排列 三角和水平混合排列 双回路垂直排列等 26 2 架空线路的档距架空线路的档距是同一线路上相邻两根电杆之间的水平距离 为防止架空导线之间相互碰撞造成短路事故 架空线路一般要满足最小线间距要求 27 第六节供配电系统的继电保护 一 继电保护装置的介绍1继电保护装置的任务随着电力系统的发展 供电范围的扩大 电压等级的升高 超高压及特高压电网的出现 如果没有专门的继电保护装置 想要维持系统的正常工作是不可能的 a继电保护装置 是由若干个继电器组成的 用来反映电力系统设备发生故障或不正常的工作状态 作用域开关跳闸或发出信号的自动装置 电磁式继电器 28 b系统发生短路故障时当系统发生短路故障时 继电保护装置能自动的 迅速的 有选择的借助开关将故障设备切除 保证系统无故障部分迅速恢复正常运行 并使故障设备免于继续遭受破会 c小电流接地系统 在小电流接地系统发生单相接地故障时 由于接地电流不会直接破会电力系统的运行 因此 在大多数情况下 继电保护装置只是作用域信号 而不立即作用于开关跳闸 d不正常工作状态时 根据不正常工作情况的种类和设备运行维护条件发出信号 由值班人缘进行处理或自动的进行调整 切除继续工作会引起事故的设备 29 反映不正常工作情况的继电保护 一般都不需要立即动作 而是可以带一定的延时 e提高系统运行可靠性 继电保护装置在系统中的主要作用是 通过预防事故或缩小事故范围 提高系统运行的可靠性 最大限度的保证客户安全连续供电 在一旦发生故障的情况下 尽快的将故障设备切除 保证无故障部分正常运行 缩小事故范围 二 继电保护装置的基本要求继电保护装置为了完成上述任务 必须满足选择性 快速性 灵敏性和可靠性四个要求 对于作用于开关跳闸装置的继电保护装置 应当同时满足四个要求 30 a选择性 当系统发生故障时 继电保护装置只将故障设备切除 使停电范围尽量缩小 保证无故障部分继续运行 b快速性 快速切除故障可以减少用户在低压下工作时间 加速恢复正常运行的过程 由于短路点常发生电弧 短路的持续时间越长 电弧持续时间也越长 从而可能使接地故障延伸为相间短路 两相短路扩展为三相短路 甚至是瞬时性断路故障扩展为持续性断路故障 快速切除短路 不但可以防止短路扩展 而且可以提高自动重合闸的成功率 对提高系统运行的可靠性有重要的意义 31 c可靠性 就是在保护区范围内发生属于它应该动作的故障动作 而不应该由于它本身的缺陷而拒绝动作 在其他任何不属于它动作的情况下 则不应该误动作 d灵敏性 是指在保护区内发生断路故障和不正常工作情况时继电保护装置的反应能力 为了使保护装置在故障时能起到保护作用 要求继电保护装置应当有较好的灵敏度 通常继电保护装置的灵敏性是用灵敏系数来衡量的 32 继电保护装置的灵敏系数为三 继电保护装置的基本原理电力系统发生故障时 通常会引起电流的增大 电压的降低及电流与电压间相位角的变化 33 因此 应用于电力系统中的各类继电保护 绝大多数是以反映这些物理量变化为基础 利用正常运行与故障时各物理量的差异来实现的 1继电保护装置的组成根据所反映的物理量不同 便构成了不同工作原理的继电保护 例如反映电流量改变的有过电流保护 反映电压量变化的有欠电压或过电压保护 继电保护的种类虽然很多 但是在一般情况下都是由三部分组成 即测量部分 逻辑部分和执行部分 继电保护装置的原理结构如图所示 34 测量部分 每个继电器都是由感受元件 比较元件和执行元件三个主要部分组成 测量部分是反映被保护设备工作状态的一个或几个物理量 感受元件用来反映控制量的变化情况 并以某种形式送到比较元件 被保护设备工作状态有正常工作 非正常工作或故障状态 逻辑部分 是根据测量元件输出量的大小或性质及 35 其组合或出现次序 来判断被保护设备的工作状态 以决定保护装置是否动作 比较元件将接收量与整定值比较 并根据比较结果作用于执行元件 执行部分 是根据逻辑部分做出的决定执行保护的任务 执行元件受到此作用后发出信号 作用域开关跳闸或不动作 是被空置量发生相应迅速的改变 完成该继电器负担的任务 2基本工作原路下面通过过电流保护为例 简述原理 继电保护的基本工作原理及组成元件如图所示 36 37 第七节供配电系统的防雷接地保护 一 供配电系统接地介绍供配电系统中接地的主要作用是保证人身安全以及电气设备和过电压保护装置正常工作 防止简介触电事故发生 1接地类型 接地是把电气设备与接地装置连接起来 称为接地 地 是指电气上的 地 接地特点是该处土壤中没有电流 即该处的点位等于零 供配电系统中的接地分为工作接地 保护接地和防雷接地 1 工作接地 在工厂供电系统中 利用大地做导线或其他运行需要的接地 例如电力变压器的中性点经消弧接地或中性点消弧线圈接地及防雷接地 38 2 保护接地 为防止电气设备的绝缘受到损坏 将电气设备在正常情况下不带电的金属部分与大地连接 可以更切实的保证人生安全 称为接地保护 3 防雷保护接地 过电压保护装置或设备的金属结构 为了防止传到泄雷电流而接地称为防雷保护接地 也称过电压保护 是一种特殊的工作接地 其接地电阻大小直接影响过电压保护的效果 2接地的基本概念 1 接地装置 接地体和接地线的总和称为接地装置 接地装置的基本形式有垂直接地和水平接地如图 39 接地装置的垂直接地体一般用直径为30 60mm 长度为2 3m的铁管制成 水平接地体一般用宽为20 40mm 厚度不小于4mm的铁带或直径为10 20mm的圆钢制成 接地体埋设在地下的深度应大于0 5 0 8m 以保证不受机械损伤 并减小接地体周围土壤的水分首季节影响 40 2 接地体 埋入地中并直接与大地 土壤 江 河湖及井水 接触的金属导体 接地体分为自然接地体和人工接地体 3 接地线 电气设备的接地部分与接地体连接用的金属导体 一般可用钢筋 钢绞线 铁带等做成 3接地电阻首先分析一下电气上的 地 究竟在哪 电气上的 地 是指电位等于零的地方 也就是传导电流为零的地方 理论上讲 这个地方距接地体无穷远 一般的 在距离简单接地体20m以外的地方电位基本趋于零 41 电流由接地装置流向 地 的过程中要受到阻力 所以接地电阻就是电气设备接地部分对地电压与接地电流的比值接地电阻又分为工频接地电阻和冲击接地电阻 工频接地电阻是指按接地体流入地中的工频电流求得的电阻 冲击接地电阻是按照通过接地体流入地中的冲击电流求得的电流 影响接地电阻的主要因素有土壤电阻率 接地体的几何尺寸及埋入地中深度等 42 4土壤电阻率土壤电阻率又称土壤电阻系数 以每边长为1cm的立方体土壤电阻率来表示 其单位是 m或 cm 土壤电阻率随土壤的性质 含水量 温度 化学成分和物理性质等情况的不同而不同 因此在安装接地装置时要根据当地的实际情况 并要考虑季节的影响 选取其中最大值来考虑 二 电力线路的防雷保护 在电力线路的事故中 雷电事故占的比例很大 统计资料表明 线路雷害事故占整个系统总雷害事故的83 43 其电能损失占总的81 线路上出现的雷电波沿着输电线路侵入工厂变电所 以致危害电气设备绝缘 电力线路的防雷保护措施有 a防直击雷 可采用避雷线或避雷针 某些情况可采用电缆线路 b防止反击即是避雷线被雷击后 不应该使线路绝缘发生闪络 为此可以改善避雷线的接地 适当加强绝缘 c防止雷击闪络后产生的电弧 如果雷击仅使绝缘发生冲击网络 而不转变为稳定的电弧 则线路不会发生短路故障 可以减少 44 绝缘上的工频电场强度 或才采用中性点不直接接地的方法 如采用消弧线圈接地 d保证线路不间断供电 可以采用自动重合闸装置 以及采用双回路或环形供电方式 45 点 46 小电流接地系统 电力接地系统按接地处理方式可分为大电流接地系统和小电流接地系统 大电流接地系统包括直接接地 电抗接地 和低阻接地 小电流接地系统包括不接地 经高阻接地 经消弧线圈接地 和经配电变压器接地 我国一般110KV 220KV 330KV 400V等电力系统采用大电流接地系统 而3 66KV电力系统大多数采用中性点不接地或经消弧线圈接地的运行方式 即小电流接地系统 中性点不接地或经消弧线圈接地的系统 发生单相接地故障时 由于不构成短路回路 接地短路电流比负荷电流小很多 这种系统称为小电流接地系统 一般66kv及以下系统常采用这种系统 47 在小电流接地系统中 单相接地是一种常见的临时性故障 多发生在潮湿 多雨天气 发生单相接地后 故障相对地电压降低 非故障两相的相电压升高 但线电压的大小和相位不变 依然对称 不影响对用户的连续供电 所以不需要