工厂供电课件第7讲

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2章用户供电系统,第2章用户供电系统,第一节电力负荷与负荷计算第二节供电电压与电源的选择第三节用户变电所第四节变电所的电气主接线第五节变电所的二次接线第六节高低压配电网第七节用户供电系统的电能损耗与节约第八节供电系统的方案比较,组成、位置、变压器的选择、主要电气设备,要求、母线制、变配电所的主接线,监测电能，监视与保护供电系统,接线方式、结构、导线截面的选择,一、电能节约的途径,(1)降低供电系统的电能损耗，提高供电效率；(2)要降低生产中的电能消耗，提高电能的生产利用率。,第七节用户供电系统的电能损耗与节约,电能损耗：指供电系统在电能传输和变换过程中所耗费的电能。主要包括变压器的电能损耗和线路的电能损耗。电能消耗：指用电设备在运行过程中由于能量转化所耗费的电能，这些电能大部分转化为生产设备所需的机械能、热能、光能等,另有一小部分电能由于设备转化率不高而以发热等形式浪费掉了。,第七节用户供电系统的电能损耗与节约,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。,第七节用户供电系统的电能损耗与节约,1.变压器的电能损耗与经济运行,（1）变压器的功率损耗,变压器空载时的有功功率损耗(铁损)kW，可查手册,变压器在额定负载下由负荷电流引起的有功功率损耗增量(铜损)(kW)；,变压器的计算负荷(kVA)；,变压器的额定容量(kVA)；,变压器在空载情况下的无功功率损耗(kvar)（参见公式2-54）,变压器在额定负载下的无功功率损耗(kvar)（参见公式2-55）,第七节用户供电系统的电能损耗与节约,1.变压器的电能损耗与经济运行,（2）变压器的电能损耗,变压器的年电能损耗(kWh)；,变压器全年投入运行的时数(h)；,年最大负荷损耗小时数(h)；,当输配电设备以最大负荷(Sc)输送时，在时间内产生的电能损耗，恰好等于设备中全年的实际电能损耗。它与年最大负荷利用小时数Tmax和功率因数有关,第七节用户供电系统的电能损耗与节约,1.变压器的电能损耗与经济运行,（3）变压器的经济运行：,首先，应选择低能耗高效变压器,变压器的经济运行条件：传输单位kVA所消耗的有功功率损耗归算值最小。,有功功率损耗归算值：变压器本身的有功损耗+变压器无功损耗在电网传输时所引起的附加有功损耗。,变压器的负荷率，,变压器的负荷；,功率损耗归算系数，表示从供电电源到该变压器的输配电系统中传输单位无功功率所产生的有功功率损耗，一般取0.050.1,第七节用户供电系统的电能损耗与节约,1.变压器的电能损耗与经济运行,变压器的损耗率为,满足经济运行条件的变压器的负荷率为：,通常，变压器的经济负荷率约为70%左右。,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,三相线路的电能损耗估算：,3.供电系统的节电措施,供电系统节电的两个重要措施：（1）：通过负荷调配来平稳负荷（降低Sc）（2）：无功补偿（增大COS）,计算负荷：,可见，在输送同等电能的条件下，Tmax（年最大负荷利用小时数）越大或功率因数越高，则计算负荷越小，变压器和线路中的电能损耗就越小。,（1）负荷调配（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。,3.供电系统的节电措施,3.供电系统的节电措施（示例）,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，调整前后的日负荷曲线如图2-49所示。,调整前，变压器的年电能损耗量为：,3.供电系统的节电措施,调整后，变压器的年电能损耗量为：,负荷调整后，变压器的一年的节电量为：,3.供电系统的节电措施,（2）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,3.供电系统的节电措施,（2）无功功率补偿（示例）:,设补偿前线路负荷的功率因数为0.7，补偿后的功率因数为0.9，则补偿前后线路中的电能损耗及其减小率为：,3.供电系统的节电措施,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；合理选择电动机的容量电动机在75%100%额定负载时的效率最佳。,2)大力推广交流电机变频调速技术，节电率可达30%40%（首先要把三相或单相交流电变换为直流电（DC）。然后再把直流电（DC）变换为三相或单相交流电（AC）。变频器同时改变输出频率与电压，因此变频器可以使电机以较小的启动电流，获得较大的启动转矩，即变频器可以启动重载负荷）。,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,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。,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。,第八节供电系统的方案比较,2、技术比较的基本要求：技术比较应对每一方案在各个技术指标方面作定性或定量的分析比较，而且，无论哪种方案都必须在可靠性、电能质量、生产效果和安全等方面达到相同的基本要求。供电可靠性是供电系统的一个重要技术指标，由于提高可靠性往往需要增加投资，无疑会在可靠性要求的必要程度和投资额多少方面存在不同的见解。一方面，为提高供电可靠性而不适当地增加供电系统的复杂性，不仅初投资增加，而且供电可靠性也未必有所提高，因为元件较多的复杂系统出现故障和误操作的几率较大，反而对可靠性不利；另一方面，为减少投资而不适当的降低供电可靠性要求，可能会在将来因供电中断而蒙受更大的经济损失。因此，当两种方案因供电可靠性差别而对经济指标影响较大时，应计算由于可靠性要求增加投资以取得不中断供电所获得的经济效益，即将停电损失费作为一项费用，列入归算后的年开支费用中。,供电系统的经济指标:投资费、年运行费.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厂引起的附加损失投资；年运行费中应包括变电所折旧费、电网年折旧费、年维修费、年管理费以及供电系统中年总电能损耗费。,二、经济比较经济比较是两种方案间的经济指标的综合比较。方案比较时，经济分析应与系统负荷预测、电力电量平衡、电源安排、电网规划、系统供电可靠性分析等项技术工作密切配合进行。,设方案1和方案2的投资费用分别为Z1和Z2，年运行费用分别为F1和F2，设方案1的投资费用低，则一般其年运行费用就高，可用回收期T的大小比较两个方案：,国家对该部门基本建设规定的标准回收期,计算投资最小法：,三、计算分析工作确定最优方案，需要作大量的计算分析工作。根据技术经济比较结果，可以合理选择用户各级供配电系统，包括：1)优化选择供配电系统的接线方式。2)根据需要和可能，选择自备电源的容量和最佳运行方案。3)结合地方特点，确定符合技术经济要求及最小有色金属消耗量的供电电压。4)总降压变电所及车间变电所中最合理的变压器容量、数量和运行方式。5)选择电气设备及导线、母线。6)选用安全接地策略。,第2章总结,典型用户供电系统示意图,第一节电力负荷与负荷计算,1、关于负荷的基本概念,设备安装容量PN、负荷曲线、平均负荷Pav、最大负荷Pmax=P30、有效负荷Pe、年最大负荷利用小时数、计算负荷Pc=P30。,2、负荷估算：,单位产品耗电量法、负荷密度法、形状系数法,3、负荷计算：,单台设备、设备组、车间或全厂,4、功率因数及其提高：,提高自然功率因数：无功补偿：就地补偿、低压集中补偿、高压集中补偿,负荷系数、利用系数Kx、需要系数Kd、形状系数Kz。,第二节供电电压与电源的选择,1、线路电压的损失,2、电压的选择,电压损失取决于输送功率和输送距离的乘积负荷距,一般来讲，大中型企业常采用35110Kv作为供电电压，中小型企业常采用10Kv，6Kv作为供电电压，其中10kV作为供电电压较为常见。,电源的选择：根据电力负荷的分级,这类负荷在供电突然中断时将造成人身伤亡的危险，或造成重大设备损坏且难以修复，或给国民经济带来极大损失。,关键负荷,重要负荷,一般负荷,要求由两个独立电源供电。而对特别重要的关键负荷，应由两个独立电源供电。,这类负荷如果突然断电，将造成生产设备局部破坏，或生产流程紊乱且难以恢复，工厂内部运输停顿，出现大量废品或大量减产，因而在经济上造成一定损失。,重要负荷应由两回路供电，两个回路应尽可能引自不同的变压器或母线段。,不属于关键和重要负荷的电能用户均属于一般负荷。,对供电无特殊要求，允许较长时间停电，可采用单回路供电。,对可靠性的要求不同划分,一类负荷,二类负荷,三类负荷,+应急电源,第三节用户变电所,1、变电所的作用与组成,总降压变电所、车间变电所,2、变电所位置的确定,3、变压器的选择,看负荷对可靠性的要求及负荷大小,变压器的经济运行：负荷率、明备用、暗备用,单台：,两台并列运行：,4、变电所的主要电气设备：断路器、负荷开关、隔离开关、熔断器、避雷器、电容器、所用变压器、电流互感器、电压互感器,第四节变电所的电气主接线,1、电气主接线及其要求,一次设备、二次设备、一次接线、二次接线；要求：安全、可靠、灵活、经济,2、母线制：电源进线与各馈出线之间的连接方式。,3、母线制的形式：,单母线制、单母线分段制、双母线制,4、总降压变电所的主接线：,(线路变压器组方式、桥形接线方式),桥形接线,特点：在两台变压器一次侧进线处用一桥臂将两回线路连起来。,区别：桥臂与断路器的相对位置。,图2-17桥形接线方式a)内桥接线b)外桥接线,内桥：适用于线路长、不需要经常切换变压器外侨：适用于线路短、需要经常切换变压器,第四节变电所的电气主接线,第五节变电所的二次接线,1、测量表计回路；断路器控制和信号回路；中央信号回路；操作电源回路；,第六节高低压配电网,1、高压配电网：常用的典型配电方式分为放射式、树干式和环式三种。,2、低压配电网：放射式、树干式和链式。,3、低压配电网的结构：架空线、电缆,4、供电线路的电阻和电抗：,架空线路每千米电抗可取,电缆每千米电抗可取,5、导线截