用户供电系统-第四节PPT课件

-,1,内容提要：本章介绍了用户供电系统的电力负荷与负荷计算，介绍了供电电压以及电源的选择，还介绍了配电系统的设计，最后简单介绍了供电系统的电能节约与电能质量控制。,第二章用户供电系统,-,2,第六节高低压配电网,-,3,一、配电网的接线方式,用户供电系统的配电网主要是10(6)kV高压配电网和380V低压配电网。配电网常用的典型配电方式分为放射式、树干式和环式三种。,图2-34放射式接线图a)单回路放射式b)双回路放射式c)带有公共备用线路的放射式,-,4,单回路放射式,双回路放射式,放射式线路故障影响范围小，因而可靠性较高，而且易于控制和实现自动化，适于对重要负荷的供电。,HSS总降压变电所HDS高压配电所STS车间变电所,1.放射式放射式接线的特点是配电母线上每路或两路馈电出线仅给一个负荷点单独供电。,放射式的缺点是：配电线路和高压开关柜数量多，投资大。,-,5,单回路树干式,电缆分支箱,2、树干式树干式接线的特点是配电母线上每路馈电出线给同一方向的多个负荷点供电。,树干式线路及其开关电器数量少，投资省，但可靠性不高，不便实现自动化。单回路树干式只可供三级负荷，双回路树干式可靠性有所提高，可供二级负荷。,HSS总降压变电所HDS高压配电所STS车间变电所高压电缆线路的分支通常采用专用电缆分支箱。,-,6,高压电缆分支箱在电力系统10kV配网电缆化工程中，以一种经济、可靠、维护方便的接线方式替代原配网架空线中大量的分支成为一大难题，并且以它全绝缘、全密封的特性而使线路故障率大为降低，成为配网电缆化工程的首选设备。电缆分支箱按照结构形式和电缆接头种类的不同可分为美式电缆分支箱、欧式电缆分支箱和带开关的电缆分支箱三种。,-,7,HSS总降压变电所HDS高压配电所STS车间变电所,3、环式环式接线又称环网接线，其特点是把两回树干式配电线路的末端或中部连接起来构成环式网络,普通环式,HighVoltageSubstation,receivingsubstationstep-downsubstation,环式接线的供电可靠性较高，运行方式灵活，可用于对二、三级负荷供电。当环中任一点发生故障时，只要查明故障点，经过短时停电“倒闸操作”，拉开故障点两侧隔离开关，即可全部恢复供电。,-,8,环网线路的分支通常采用由负荷开关或电缆插头组成的专用环网配电设备。为避免环式线路故障时影响整个电网和简化继电保护，环式接线一般采用开环运行。环式接线供电可靠性较高，目前在城市配电网中应用越来越广。,拉手环式,环网柜主接线,-,9,图2-38低压配电系统的接线方式a)放射式配电系统b)树干式配电系统c)链式配电系统,-,10,二、配电网的结构,工厂高低压配电网最普通的两种户外结构是架空线和电缆。,架空线的主要优点有：设备简单，造价低。架空线与电缆比较，电缆的造价约为架空线的4倍。露置空中，依靠定期巡线便能及时发现缺陷，有故障时易于检修和维护，电缆线路埋设在地下，不易发现缺陷，有故障时较难寻找，修复工作量也大。利用空气绝缘，建造比较容易，这一优点在超高压线路上尤为明显。,架空线路也存在以下问题：需占一定的空间，导线距地高度及距邻近建筑物的距离根据电压高低都有明确的规定，往往因为厂区生产厂房密集，人员较多，运输频繁，加之负荷分散，采用架空线时线路纵横交错，占地较大。架空线影响厂区美化，这也是厂区供电采用电缆线路的原因之一。,-,11,电缆，它的导电部分和绝缘部分都在一个整体中，所以电缆线路的结构问题实际上就是电缆的敷设方法。电缆户外敷设有三种类型：1)直接埋地2)敷设在混凝土管中3)敷设在电缆沟中,图2-39电缆直接埋地,-,12,图2-41电缆沟a)户内b)户外c)厂内1盖板2电缆支架3预埋铁件,-,13,图2-40电缆敷设在混凝土管中,-,14,-,15,-,16,电缆桥架在室内敷设,-,17,三、供电线路的电阻和电抗,1电阻,2电抗,对于系统频率为50Hz的电网，且导线为有色金属,-,18,图2-42三相交流线路中的线间距离,图2-43导线的换位,-,19,电晕现象,英文为(electronic)corona在110kV以上的变电所和线路上，时常能听到“陛哩”的放电声和淡蓝色的光环，这就是电晕。电晕是极不均匀电场中所特有的电子崩流注形式的稳定放电。,电晕是电力系统中重要的电能损耗原因之一。电晕的放电电流与天气湿度以及空气的流动速度有关。一条110kV电力线路和一个110kV变电所组成的电力系统有50个地方会产生电晕现象，那么这个电力系统所损耗的功率就有5511kW，其电能损耗不亚于一台2万kVA的电力变压器的空载损耗。据不完全统计，全国每年因电晕损耗的电能达到了20.5亿kWh。,-,20,-,21,强电场作用下导线周围空气的电离现象，它的产生与导线本身和导线周围空气的条件（空气中离子的数量、大小、电荷量等因素）有关；导线周围空气之所以会电离，是由于导线表面的电场强度超过了某一临界值（线路实际运行电压高于电晕临界电压值时，表面场强也超过了临界场强，将发生电晕），以至空气中原有离子具备了足够的动能，撞击其它不带电分子，使后者也离子化，最后形成空气的部分导电。电晕的产生是因为不平滑的导体产生不均匀的电场，在不均匀的电场周围曲率半径小的电极附近当电压升高到一定值时，由于空气游离就会发生放电，形成电晕。因为在电晕的外围电场很弱，不发生碰撞游离，电晕外围带电粒子基本都是电离子，这些离子便形成了电晕放电电流。简单地说，曲率半径小的导体电极对空气放电，便产生了电晕。,减少电晕有两种途径：第一种是将电力系统电压降低，使电压达不到电晕的起始电压，但是这种方法不符合电力系统的运行要求，基本不能运用。第二种是减少导体电极曲率半径小的部位，比如在变电所母线两端加装球形附件，使母线两端不平滑部分不暴露在空气中，以及在耐张线夹与绝缘子碗头连接处采用线夹穿钉开口销封闭装置。这是减少和防止电晕的最佳途径。,-,22,-,23,从满足正常发热条件看，要求通过导线或电缆的电流不应大于它的允许载流量从满足机械强度条件看，要求架空导线的截面不应小于它的最小截面从保证电压质量看，线路电压损失不应大于正常运行时允许的电压损耗满足经济要求,对于35kV及110kV高压供电线路，其截面主要按照经济电流密度来选择，但应按允许载流量来校验。对于工厂内较短的高压线路，可不进行电压损耗的校验。车间内动力线路一般按照允许载流量来选择截面。照明线路一般按照电压损耗来选择。,四、导线截面的选择,导线截面选择需要考虑的两个最基本要求：架空线的机械过载能力和导线最高允许工作温度,-,24,1按允许载流量选择导线、电缆截面,为保证安全可靠，导线和电缆的正常发热温度不能超过其允许值。或者说通过导线的计算电流或正常运行方式下的最大负荷电流Imax应当小于它的允许载流量，,IalImax,式中Ial导线允许载流量；Imax线路最大长期工作电流，即最大负荷电流。,-,25,2按经济电流密度选择导线、电缆截面,截面选得越大，电能损耗就越小，但线路投资及维修管理费用就越高；截面选得小，线路投资及维修管理费用虽然低，但电能损耗则增加。综合考虑这两方面的因素，定出总的经济效益为最好的截面，称为经济截面。对应于经济截面的电流密度称为经济电流密度。,Aec=Imax/jec,式中Aec导线的经济截面；Imax线路最大长期工作电流；jec经济电流密度。,-,26,相同截面下，铜的载流能力是铝的1.3倍，因此若导线为TJ型铜绞线时，其允许载流量为相同截面LJ型铝绞线允许载流量的1.3倍。允许载流量与环境温度有关。查允许载流量时注意根据环境温度查出或乘上温度修正系数求出相应的允许载流量。,Tal导体正常工作时的最高允许温度；T0导体允许载流量所采用的环境温度；T0导体敷设地点实际的环境温度。,-,27,按规定，选择导线时所用的环境温度：室外取当地最热月平均最高气温；室内取当地最热月平均最高气温加5。选择电缆时所用的环境温度：土中直埋取当地最热月平均气温；室外电缆沟、电缆隧道取当地最热月平均最高气温；室内电缆沟取当地最热月平均最高气温加5。,-,28,选择降压变压器高压侧的导线时，应取变压器额定一次电流。选高压电容器的引入线应为电容器额定电流的1.35倍；选低压电容器的引入线应为电容器额定电流的1.5倍（主要考虑电容器充电时有较大涌流）。一般三相负荷基本平衡的低压线路的中性线截面，不宜小于相线截面的50%；三次谐波电流相当突出的三相线路，选中性线截面与相线截面相同；由三相线路分出的两相三线线路和单相双线线路中的中性线，中性线截面应与相线截面相等。,室内明敷的绝缘导线，其最小截面不得小于4mm2。低压架空导线，其最小截面不得小于16mm2。保护线截面一般不得小于相线截面的一半，但当相线截面小于16mm2时，保护线截面应与相线截面相等。保护中性线的截面选择应同时满足中性线和保护线选择的条件。,-,29,3按机械强度校验导线截面,架空裸导线和不同敷设方式的绝缘导线的截面不应小于其最小允许截面的要求，可查表进行校验。规程规定110kV架空线路不得采用单股线。电缆不必校验机械强度。,架空裸导线的最小截面,-,30,4按电压损耗选择导线和电缆截面,为了保证用电设备端子处电压偏移不超过其允许值，设计线路时，高压配电线路的电压损耗一般不超过线路额定电压的5%，从变压器低压侧母线到用电设备端子处的低压配电线路的电压损耗，一般也不超过线路额定电压的5%（以满足用电设备要求为限）。如果线路电压损耗超过了允许值，应适当加大导线截面，使之小于允许电压损耗。对于输电距离较长或负荷电流较大的线路，必须按允许电压损耗来选择或校验导线的截面:,式中线路实际的电压损耗；P、Q干线上总的有功负荷和无功负荷；l线路的长度；R0、X0线路单位长度的电阻和电抗；UN线路的额定电压。,-,31,对于架空线路可先取，对于电缆线路可先取，因此可由上式求出R0：R0于是，可导出满足电压损耗要求的导线截面A：A式中导线材料的电阻率。根据上式所得A值选出导线标称截面后，再根据线路布置情况得出实际和进行校验。,-,32,例设有一回10kV的LJ型架空线路向两个负荷点供电，线路长度和负荷情况如图所示。已知架空线线间距为1m，空气中最高温度为37，允许电压损耗，试选择导线截面。,解：设线路AB段和BC段选取同一截面LJ型铝绞线，先取，则对AB段（l1段）来说，P1=p1+p2，Q1=q1+q2；对BC段（l2段）来说，P2=p2，Q2=q2。因此可得,5%,代入数据可得,A,-,33,例设有一回10kV的LJ型架空线路向两个负荷点供电，线路长度和负荷情况如图所示。已知架空线线间距为1m，空气中最高温度为37，允许电压损耗，试选择导线截面。,解：,选取LJ-70铝绞线，查表可得：，将参数代入可得,5%,可见，LJ-70型导线满足电压损失要求，下面按发热条件进行校验。导线最大负荷电流为AB段承载电流，其值为,查表，得LJ-70型导线在40条件下的载流量为215A大于导线最大负荷电流，满足发热条件。,-,34,例设有一回10kVLJ-70型架空线路向两个负荷点供电，线路长度和负荷情况如图所示。架空线线间距为1m，空气中最高温度为37，允许电压损耗，已知LJ-70型导线在40条件下的载流量为215A，求线路末端功率因数保持0.8时，可以传送的最大有功功率是多少？,1390kW,-,35,第七节用户供电系统的电能损耗与节约,-,36,一、电能节约的途径,一方面要降低供电系统的电能损耗，提高供电效率，另一方面要降低生产中的电能消耗，提高电能的生产利用率,二、供电系统中的电能损耗与节约,供电系统中的电能损耗包括变压器和线路中的电能损耗，降低电能损耗的主要途径有变压器的经济运行、线路的经济运行、供电系统负荷的经济调配、无功功率补偿等。,电能消费的形式包括：电能损耗和电能消耗。电能损耗：电能传输和变换过程中所损耗的电能，变压器线路电能损耗，电能损耗越大，供电效率越低。电能消耗指用电设备在运行过程中由于能量转化而消耗的电能。大部分转化为机械能、声能、光能、热能等，少部分由于设备转化效率不高而以发热形式浪费掉了，设备转化效率越低、则电能利用率越低。,-,37,1.变压器的电能损耗与经济运行,（1）变压器的功率损耗,（2）变压器的电能损耗,（3）变压器的经济运行,-,38,2.线路的电能损耗与经济运行,（1）线路的电能损耗,（2）线路的经济运行,线路的经济运行包括：合理选择导线截面和材质，必要时按经济电流密度法选取；合理走线，避免线路迂回，减少线路长度；采用灵活的主接线，可能时双回线路并列运行；如果用多回载流导体并联供电，应将三相载流导体正确排列以减小近距效应，从而使电抗减小,-,39,3.供电系统的节电措施,通过负荷调配来平稳负荷和装设电力电容器来补偿无功是供电系统节电的两个重要措施。,（1）供电系统负荷的经济调配以降低供电系统损耗为目的，通过负荷调配，使总用电负荷趋于平稳的措施称作电力负荷的经济调配。负荷经济调配主要包括三个方面的内容：1）在空间上对负荷进行调整，使供电系统各个变压器和电力线路实现经济运行。2）在时间上对负荷进行调整，削峰填谷，使负荷曲线接近均衡。3）在三相负荷分配上，使三相的负荷尽量均衡。,（2）供电系统的无功功率补偿电力用户中，大量使用着感性用电设备，它们从电网吸收感性无功功率。无功功率本身并不消耗电能，但是，无功功率增大了负荷电流，从而增大了供电系统中的电能损耗。因此，无功补偿式供电系统节能降耗的主要措施之一。,-,40,三、用电系统中的电能节约,1.电动机节电,1)采用高效电动机，合理选择电动机额定功率,2)大力推广交流电机变频调速技术,3)提高电机负载率,2.照明节电,（1）充分利用天然采光节电,（2）推广使用高效节能光源,（3）合理选择高效灯具,（4）使用智能照明控制系统,-,41,用电系统中的电能节约，其主要途径如下：1)利用工业余热发电供热。2)改进旧设备，提高效率及性能。3)在保证设备安全运行条件下，缩短生产周期，增加产量，提高质量。4)减少工序和压缩每道工序所需时间。5)改善工艺，改进操作。6)加强设备维修，减少机械磨损。7)减少工业用气、用风、用水的漏失。8)采用新技术、新工艺。,-,42,例某起重机厂总降变电所有一台5600kVA变压器，P0.T=12kW，PCu.N.T=50kW。调整前，每日6时至22时平均负荷为3100kVA（不含电炉），10时至18时投入2500kVA电炉使负荷达到5600kVA高峰，22时至次日6时进入低谷，负荷为400kVA。为降低供电系统的电能损耗，将电炉投入时间改为22时至次日6时，试计算负荷调整后仅变压器的一年的节电效果。,解设工厂采用无功功率自动补偿装置，任何情况下功率因数都基本保持在cos=0.9，年运行360天，调整前后的负荷曲线如图2-49所示。,图2-49负荷调整前后的日负荷曲线a)负荷调整前b)负荷调整后,-,43,调整前，变压器的年电能损耗量为,调整后，变压器的年电能损耗量为：,因此，负荷调整后变压器一年的节电量为：,-,44,第八节供电系统的方案比较,-,45,在设计供电系统时，往往可得到多个较为合理的设计方案，这时需要对它们进行技术经济比较，以确定最优方案。,方案的比较需从技术和经济两方面出发。,一、技术比较1、供电系统的技术指标：供电可靠性；电能质量；运行和维护的方便及灵活程度；自动化程度；建筑设施的寿命；占地面积；新型设备的利用等。供电系统的经济指标有投资费和年运行费，其中，投资费中应包括变电所投资、建筑物投资、电网投资以及线路功率损失在发电