工厂供电管理基础知识概述

工厂供电武汉理工大学自动化学院工厂供电绪论------工厂供电及电力系统的基本知识电力负荷及其计算短路电流及其计算工厂变配电所及其一次系统工厂电力线路工厂供电系统的过电流保护实验工厂供电第一章绪论§1工厂供电及电力系统的基本知识工厂供电的意义和要求发电厂和电力系统简介工厂供电系统概况一、工厂供电的意义和要求工厂供电（plantpowersupply）是指工厂用电设备所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。电能是现代工业生产和人们生活的主要能源和动力。1、电能既易与其他形式的能量进行转换；2、电能的输送和分配简单经济，控制、调节和测量方便，有利于实现生产过程自动化；电能在现代工业生产中应用极为广泛。做好工厂供电工作对于发展工业生产、实现工业现代化，具有十分重要的意义。

工厂供电的基本要求

安全——在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。

可靠——应满足电能用户对供电可靠性即连续供电的要求。

优质——应满足电能用户对电压和频率等的质量要求。

经济——供电系统的投资要省，运行费用要低，并尽可能地节约电能和有色金属消耗量。二、电力系统和发电厂1、电力系统

由发电厂的发电机、变压器和输电线路以及用电设备，按一定的规律连接而组成一整体，称为电力系统。为什么用高电压输送电能？设输送一定电能，三相视在功率G

输电线路用电设备图1-9大型电力系统简图建立大型电力系统优越性：可以更经济合理地利用动力资源，例如在有水力资源的地方建设水电站，在有煤炭资源的地方建设坑口火电厂，在有地热资源的地方建设地热发电厂等，这样可大大降低发电成本，减少电能损耗。可以更好地保证供电质量，满足用户对电源频率和电压等的质量要求。可以大大提高供电的可靠性，有利于整个国民经济的发展。2、发电厂发电厂（powerplant）又称发电电站，是将自自然界存在的的各种一次能能源转换为电电能（属二次次能源）的工工厂。一次能源：水能,煤、石石油、天然气气、太阳能、风风能等。二次能源：电力、汽油、、柴油、蒸气气等。发电厂按其所所利用的能源源不同，分为为水力发电厂、、火力发电厂厂、核能发电电厂及风力发发电厂、地热热发电厂、太太阳能发电厂厂等多种类型型。(1)水力发电厂厂水力发电厂厂是把水的的位能和动动能转换成成电能的工工厂。基本生产过过程：从河河流较高处处或水库内内引水，利利用水的压压力或流速速冲击水轮机旋转，将水水能变成机机械能，然然后由水轮轮机带动发电电机机旋转转，，机机械械能能转转换换面面电电能能。。水电电厂厂的的发发电电容容量量P与与河河流流上上下下游游的的水水位位差差（（落落差差））H和和流流量量Q成成正正比比，，可可用用下下式式表表示示：：P：：发发电电容容量量－－kW；；Q：：水水流流量量－－m3/sH：：水水的的落落差差－－m；；：：水水轮轮机机组组的的效效率率。。堤坝坝式式水水电电厂厂三峡峡水水力力发发电电机机组组发发电电示示意意图图河床床式式水水电电厂厂引水水式式电厂厂葛洲洲坝坝水水电电厂厂三峡峡大大坝坝三峡峡水水电电厂厂(2)火火力力发发电电厂厂火力力发发电电简简称称火火电电厂厂，，是是利利用用煤煤、、石石油油或或天天然然气气作作为为燃燃料料生生产产电电能能的的工工厂厂。。燃料的化学能热能机械能电能锅炉汽轮机发电机火电厂与同容容量的水电站站相比，具有有建设工期短短、工程造价价低、投资回回收快等特点点，但是火电电成本高，而而且对环境要要造成一定的的污染，因此此火电建设要要受到环境的的一定制约。。三、工厂供电系统统概况(一)6~10kV进线的中型型工厂供电系系统一般中型工厂厂的电源进线线是6~10kV。电能能先经高压配配电所，由高高压配电线路路将电能分送送至各个车间间变电所。图1-1中型工厂供电系统简图工厂供电系统统的平面布线示意意图。从平面布线线图上可以看看出配、变电电所及配电屏屏、控制屏的的分布位置及及其进出线情情况。(二)35kV及以以上进线的大大中型工厂供供电系统对于大型工厂厂及某些电源源进线电压为为35kV及及以上的中型型工厂，通常常经过两次降压。总降压变电所所，其中装有较较大容量的电电力变压器，，将35kV及以上的电电源电压降为为6~10kV的配电电电压，然后通通过6~10kV的高压压配电线将电电能送到各车车间变电所，，也有的经过过高压配电所所再送到车间间变电所。车间变电所装有配电变压压器，又将6~10kV降为一般般低压用电设设备所需的电电压220/380V。。图1-3具有总降压变电所的工厂供电系统简图图1-4高压深入负荷中心的工厂供电系统简图(三)小型型工厂供电系系统对于小小型工工厂，，由于于其所所需容容量一一般不不大于于1000kVA，，因此此通常常只设设一个个降压压变电电所，，将6~10kV电电压降降为低低压用用电设设备所所需的的电压压，如如图1-5所示示。如果工工厂所所需容容量不不大于于160kVA时，，可采采用低低压电电源进进线，，因此此工厂厂只需需设一一低压压配电电间，，如图图1-6所所示。。(四)设有有应急急柴油油发电电机组组的工工厂供供电系系统对于工工厂的的重要要负荷荷，一一般要要求在在正常常供电电电源源之外外，另另设有有应急急备用用电源源，最最常用用的备备用电电源是是柴油油发电电机组组。§2电力系系统的的电压压和电电能质质量电力系系统的的额定定电压压电压等等级的的选择择电能质质量工厂供供配电电电压压的选选择用电设设备的的额定定电压压：与同级级电网网的额额定电电压相相同。。发电机机的额额定电电压：：比同级级电网网的额额定电电压高高出5%，用于于补偿偿线路路上的的电压压损失失。一、电电力系系统的的额定定电压压电力网网的额额定电电压：：我国高高压电电网的的额定定电压压等级级有3kV、6kV、、10kV、、35kV、、63kV、、110kV、220kV、、330kV、500kV等等。图1-6供供电线线路上上的电电压变变化示示意图图图1-6为为供电电线路路上的的电压压变化化示意意图。。变压器器的二次绕绕组：：对于用用电设设备而而言，，相当当于电电源。。变压器器的额额定电电压我国公公布的的三相相交流流系统统的额额定电电压见见表1-1。变压器器的一次绕绕组：：相当于于是用用电设设备，，其额额定电电压应应与电电网的的额定定电压压相同同。注意：：当变压压器一一次绕绕组直直接与与发电电机相相连时时，其其额定定电压压应与与发电电机的的额定定电压压相同同。当变压器器二次侧侧供电线线路较长长时：应应比同级级电网额额定电压压高10%当变压器器二次侧侧供电线线路较短短时：应应比同级级电网额额定电压压高5%其中5%用于补补偿变压压器满载载供电时时一、二二次绕组组上的电电压损失失；另另外5%用于补补偿线路路上的电电压损失失，用于于35kV及以以上线路路。可以不考考虑线路路上的电电压损失失，只需需要补偿偿满载时时变压器器绕组上上的电压压损失即即可，用用于10kV及及以下线线路。发电机G的额定定电压：：UN·G=1.05×10=10.5（kV）变压器T1的额额定电压压：U1N=10.5（kV）U2N=1.1×110=121（（kV））变压器T1的变变比为：：10.5/121kV变压器T2的额额定电压压：U1N=110（kV）U2N=1.05×6=6.3（kV）变压器T2的变变比为：：110/6.3kV例1-1已已知下图图所示系系统中电电网的额额定电压压，试确确定发电电机和变变压器的的额定电电压。~T1GT2110kV10kV6kV变压器T1的一一次绕组组与发电电机直接接相连，，其一次次侧的额额定电压压应与发发电机的的额定电电压相同同变压器T1的二二次侧供供电距离离较长，，其额定定电压应应比线路路额定电电压高10%变压器T2的二二次侧供供电距离离较短，，可不考考虑线路路上的电电压损失失GT110KVT4T2T3D1220KV110KV6KV35KV3KV10.5KV10.5KV/242KV10.5KV/3.15KV220KV/121KV/38.5KV35KV/6.6KV&2电电力系系统的电电压与电电能质量量二、电压压等级的的选择220kV及及以上：：用于大型型电力系系统的主主干线。。110kV：用于中小小型电力力系统的的主干线线。35kV：用于大型型工业企企业内部部电力网网。10kV：常用的高高压配电电电压，，当6kV高压压用电设设备较多多时，也也可考虑虑用6kV配电电。3kV：：仅限于工工业企业业内部采采用。。380/220V：工业企业业内部的的低压配配电电压压。电力网的的额定电电压、传传输功率率和传输输距离之之间的关关系&2电电力系系统的电电压与电电能质量量三、电能能质量电压偏差差是指用用电设备备的实际际电压与与额定电电压之差差，用占占额定电电压的百百分数来来表示电能质量量是指通通过公用用电网供供给用户户端的交交流电能能的品质质。频率偏差差额定频率率：50Hz允许偏差差：电网网容量3000MW及及以上者者，±0.2Hz；；电网容量量3000MW以下者者，±0.5Hz。。电压偏差差&2电电力系系统的电电压与电电能质量量电压偏差差的危害害白炽灯：：电压低低时，寿寿命延长长，但发发光效率率降低，，照度下下降；电压高时时，发光光效率增增加，但但使用寿寿命大大大缩短。。，电压低低时，转转矩将急急剧减小小，电流流由于电动机：：增大，使使电动机机绕组绝绝缘过热热受损，，缩短使使用寿命命。电压偏差差的允许许值35kV及以上上电压供供电的用用户：±±5%10kV及以以下高压压供电和和低压电电力用户户：±7%低压照明明用户：：+5%～–10%正确选择择变压器器的电压压分接头头或采用用有载调调压变压压器；合理减少少系统的的阻抗；；尽量保持持系统三三相负荷荷平衡；；改变系统统的运行行方式；；采用无功功功率补补偿设备备等。电压调整整的措施施图1-12电电力变变压器的的分接开开关a)分接接开关接接线b）分分接开关关结构1—帽2——密封垫垫圈3—操操动螺母母4—定位位钉5—绝绝缘盘6—静触触头7—动动触头调电力变变压器分分接开关关合理减少系系统的阻抗抗减少系统的的变压级数数、增大导导线电缆的的截面或以以电缆取代代架空线等等来减少系系统的阻抗抗，降低电电压损耗。。合理改变系系统的运行行方式工作班时间间内，负荷荷重，电压压往往偏低低，因而需需要将变压压器高压绕绕组的分接接头调在-5%的位位置上。夜夜间负荷轻轻时，电压压就会过高高。这时如如能切除变变压器，改改由低压联联络线供电电，则既能能减少这台台变压器的的电能损耗耗，又可由由于投入低低压联络线线而增加线线路的电压压损耗，从从而降低所所出现的过过高电压。。两台变压器器并列运行行的变电所所，在负荷荷轻时切除除一台变压压器，同样样可起到降降低过高电电压的作用用。电压波动与与闪变电压波动是是指电网电电压短时、、快速的变变动，用电电压最大值值与最小值值之差对电电网额定电电压的百分分比表示，，即闪变是指人人眼对因电电压波动引引起灯闪的的一种主观观感觉，引引起灯闪的的电压称为为闪变电压压。&2电电力系统的的电压与电电能质量电压波动产产生的原因因：是由负荷急急剧变动引引起的。电压波动的的允许值使电动机无无法正常起起动，引起起同步电动动机转子振振动；使某些电子子设备无法法正常工作作；使照明灯发发生明显的的闪烁现象象等。10kV及以下电电网：2.5%35～～110kV电电网网：：2%电压压波波动动的的危危害害谐波波谐波波是是指指对对周周期期性性非非正正弦弦交交流流量量进进行行傅傅里里叶叶级级数数分分解解后后所所得得到到的的频频率率为为基基波波频频率率整整数数倍倍的的各各次次分分量量，，通通常常称称为为高高次次谐谐波波。。对负负荷荷变变动动剧剧烈烈的的大大型型电电气气设设备备，，采采用用专专线线或或专专用用变变压压器器供供电电；；增大大供供电电容容量量，，减减小小系系统统阻阻抗抗；；增加加系系统统的的短短路路容容量量或或提提高高供供电电电电压压；；在电电压压波波动动严严重重时时减减少少或或切切除除引引起起电电压压波波动动的的负负荷荷；；对大大型型冲冲击击性性负负荷荷，，可可装装设设能能吸吸收收冲冲击击无无功功功功率率的的静静止止型型无无功功补补偿偿装装置置（（SVC））。。电压压波波动动的的抑抑制制&2电电力力系系统统的的电电压压与与电电能能质质量量谐波波产产生生的的原原因因：：是由由于于电电力力系系统统中中存存在在各各种种非非线线性性元元件件。波形形畸畸变变程程度度的的几几个个特特征征量量第h次谐波电压含含有率：第h次谐波电流含含有率：谐波电压总含含量：谐波电流总含含量：电压总谐波畸畸变率：电流总谐波畸畸变率：&2电力力系统的电压压与电能质量量使变压器和电电动机的铁芯芯损耗增加，，引起局部过过热，同时振振动和噪声增增大，缩短使使用寿命；使线路的功率率损耗和电能能损耗增加，，并有可能使使电力线路出出现电压谐振振，产生过电电压，击穿电电气设备的绝绝缘；使电容器产生生过负荷而影影响其使用寿寿命；使继电保护及及自动装置产产生误动作；；使变压器使计计算电费用的的感应式电能能表的计量不不准；对附近的通信信线路产生信信号干扰，使使数据传输失失真等。谐波的危害三相整流变压压器采用Y，，d或D，y接线；增加整流器的的相数；在谐波源处装装设专用滤波波器；限制晶闸管整整流设备投入入电网的容量量；在大型整流设设备附近装设设静止型无功功补偿装置等等。三相电压不平平衡度指三相系统中中三相电压的的不平衡程度度，用电压负负序分量有效效值与正序分分量有效值的的百分比来表表示，即谐波电压限值值和谐波电流流允许值：见教材表1-3和表1-4。谐波的抑制影响变换器及及其控制系统统的正常工作作并改变其设设计性能，产产生附加的非非特征谐波分分量；使旋转电机的的转子受到反反方向的负序序旋转磁场的的作用，产生生双倍频率的的附加电流，，使电机发热热甚至烧毁；使继电保护装装置产生误动动和拒动。电力系统公共共连接点：2%接于公共连接接点的用户：：1.3%产生三相电压压不平衡的原原因：三相负荷不对对称。三相电压不平平衡的危害三相电压不平平衡的允许值值四、工厂供配配电电压的选选择(一).工工厂供电电压压的选择工厂供电电压压的选择，主主要取决于当当地电网的供供电电压等级级，同时也要要考虑工厂用用电设备的电电压、容量和和供电距离等等因素。由于于同样的输送送功率和输送送距离条件下下，配电电压压越高，线路路电流越小，，因而线路采采用的导线或或电缆截面越越小，从而可可减少线路的的初投资和有有色金属消耗耗量，且可减减少线路的电电能损耗和电电压损耗。100~30050~15030~10020~30≦106~20≦8≦10≦0.35≦0.25输送距离/km100000~50000010000~500003500~300002000~10000≦5000≦2000≦3000≦1000≦175≦100输送功率/kW架空线架空线架空线架空线电缆线架空线电缆线架空线电缆线架空线线路结构

22011066351010660.380.38线路电压/kV(二)工厂高高压配电电压压的选择工厂高压配电电电压的选择择，主要取决决于工厂高压压用电设备的的电压及其容容量、数量等等因素。工厂采用的高高压配电电压压通常为10kV。工厂拥有相当当数量的6kV用电设备备，或者供电电电源电压就就是6kV，，则可考虑采采用6kV电电压作为工厂厂的高压配电电电压。当地的电源电电压为35kV,而厂厂区环境条件件又允许采用用35kV架架空线路时，，则可考虑采采用35kV作为高压配配电电压深入入工厂各车间间负荷中心，，并经车间变变电所直接降降低为低压用用电设备所需需的电压。这这种高压深入负荷荷中心的直配配方式，可以省去一一级中间变压压，大大简化化供电系统接接线，节约有有色金属，降降低电能损耗耗和电压损耗耗，提高供电电质量，有一一定的推广价价值。(三)工厂低低压配电电压压的选择工厂的低压配配电电压，一一般采用220/380V，其中线线电压380V接三相动动力设备和380V的单单相设备，相相电压220V接一般照照明灯具和其其他220V的单相设设备。但是某些场合合宜采用660V甚至更更高的1140V作为低低压配电电压压。在矿井下采用用660V或或1140V配电，较之之采用380V配电，不不仅可减少线线路的电压损损耗，提高负负荷端的电压压水平，而且且能减少线路路的电能损耗耗，减少有色色金属消耗量量和初投资，，增大配电范范围，提高供供电能力，减减少变电点，，简化供电系系统。§3电力系统中性性点运行方式式及低压配电电系统接地型型式一、电力系统统的中性点运运行方式大电流接地系系统110KV以以上380V/220V小电流接地系系统3~63KV不接地中性点经经消弧线圈接接地直接接地1、中性点不不接地系统①、正常运行行图1-16正常运行时的中性点不接地的电力系统a)电路图b)相量图1、中性点不不接地系统②单相接地图1-17单相接地时的中性点不接地的电力系统a)电路图b)相量图a相接地b相对地c相对地接地电流是电容电流3倍2、中性点经经消弧线圈圈接地图1-18中性点经消弧线圈接地的电力系统在发生单相接地时a)电路图b)相量图

全补偿接接地电流为0欠补偿过补偿常常用方式式特点：中性点点始终保持零零电位。优点节约绝缘投资资。发生单相短路路时，非故障障相对地电压压不变，电气气设备绝缘水水平可按相电电压考虑。因因此，我国110kV及及以上的电力力系统基本上上都采用中性性点直接接地地的方式。。一、电力力系统中性点点运行方式3、中性点直直接接地图1-10中中性点直直接接地系统统的电力系统统示意图针对缺点应采采取的措施加装自动重合合闸装置，以以提高供电可可靠性。适用范围110kV及及以上电网和和380/220V电力力网。说明：110kV及及以上电网采采用中性点直直接接地方式式是为了降低低工程造价，，而在380/220V低压电网中中是为了保证证人身安全。。缺点供电可靠性不不高。单相短路时，，接地相短路路电流很大，，保护装置迅迅速跳闸，因因此系统不能能继续运行。。二、低压配电系统统的接地型式式(一)有关的的概念我国的220/380V低压配电电系统，广泛泛采用中性点点直接接地的的运行方式。(1)中性线（N线）其其功能一是是用来连接额额定电压为系系统相电压的的单相用电设备备，二是用来传传导三相系统统中的不平衡衡电流和单相相电流，三是是减小负荷中中性点的电位位偏移。(2)保护线（PE线）它它是为保保障人身安全全、防止发生生触电事故用用的接地线。。系统中所有有电气设备的的外露可导电电部分（指正正常时不带电电但故障情况况下可能带电电的易被人身身接触的导电电部分，如金金属外壳、金金属构架等））通过PE线线接地，可在在设备发生接接地故障时减减少触电危险险。(3)保护中性线（PEN线））它兼有有N线和PE线的功能。。这种PEN线，我国过过去习惯称为为“零线”。。图1-20低低压配配电的TN系系统a)TN-C系统b)TN-S系统c)TN-C-S系统(二)TN系系统、TT系系统和IT系系统低压配电系统统，按其保护护接地型式分分为TN系统统、TT系统统和IT系统统。1、TN系统其电源中性点点直接接地，，其中所有设设备的外露可可导电部分均均接公共保护护接地线（PE线）或公公共保护中性性线（PEN线）。这种种接公共PE线或PEN线的方式，，通称为“接接零”。TN系统又分三三种型式：2、TT系统该系统的所有有设备外露可可导电部分均均各自经PE线单独接地地，此系统适适用于安全要要求及抗电磁磁干扰要求较较