2 用户供电系统.ppt

1、文摘：本章介绍了用户供电系统的电力负荷和负荷计算，供电电压和电源的选择，配电系统的设计。最后，简要介绍了供电系统的节电和电能质量控制。第1节电力负荷和负荷计算第2节电源电压和电源选择第3节用户变电站第4节主要电气接线第5节二次接线第6节高低压配电网第7节电力损耗和节电第8节供电系统方案比较第1节电力负荷和负荷计算第1节。关于负荷的基本概念，a)连续运行工作系统b)短期运行工作系统c)间歇周期工作系统，1。设备安装容量，设备安装容量PN(也称为设备功率)是指连续工作的电气设备铭牌上的额定功率PE。然而，由于不同的工作特性，电气设备通常具有不同的操作系统。此时，考虑到供电的安全性和经济性，应根据设

2、备的铭牌功率进行转换。连续运行工作系统、短期运行工作系统和间歇周期工作系统可以长时间连续运行，每次连续工作时间超过8小时，运行期间负荷相对稳定。计算设备容量时，直接在铭牌上查找额定容量。这种设备工作时间短，停机时间长。计算设备容量时，直接在铭牌上查找额定容量。这种设备的工作是周期性的，有时工作，有时停止，如此反复，工作时间与停止时间有一定的比例。负荷和负荷曲线，电力负荷是指单个电气设备或一组电气设备从电源中获取的电力，包括有功功率、无功功率和视在功率。在生产过程中，由于生产过程的变化或电气设备使用的随机性，实际负荷随时间而变化。电力负荷随时间变化的曲线称为负荷曲线。图2-1日负荷曲线和年负荷曲

3、线a)日有功负荷曲线b)年有功负荷曲线，3。平均负荷、最大负荷、有效负荷和计算负荷，(1)平均负荷Pav平均负荷是指一段时间内电力负荷的平均值。电力用户年平均负荷Pav可由年用电量与年工作时间之比计算得出：(2)最大负荷Pmax最大负荷是指典型日负荷曲线中的最大负荷(一年至少出现三次的最大负荷工作类别中的负荷曲线)，即用电量在30分钟内最大时的平均负荷，记录为Pmax或P30。(3)有效载荷Pe有效载荷是指根据以下公式由典型的转移负荷曲线(转移时间为t)计算出的有效值：(4)计算负荷Pc电力用户的实际负荷不等于用户中所有电气设备的额定功率之和，因为：1)不是所有设备都同时投入运行。2)并非所有

4、设备都能在额定状态下工作。3)并非所有设备都具有相同的功率因数。4)还应考虑电气设备的效率和配电设备的功率损耗。因此，在设计用户供电系统时，必须首先找出这些电气设备的等效负载。等效是指电气设备在实际运行中对配电设备产生的最大热效应等于等效负荷产生的热效应，或者实际负荷产生的最大温升等于等效负荷产生的温升。在同等意义上，上述“半小时内最大平均负荷”是同等负荷。等效负荷可作为供电系统设计和电气设备选择的依据。在供电系统设计中，等效负载称为计算负载Pc。负荷系数负荷系数是指平均负荷与最大负荷之比，反映负荷的稳定性。负荷系数通常分为有功负荷系数和无功负荷系数：(2)利用系数利用系数是针对电气设备组的。

5、利用率Kx定义为电气设备组在最大负荷工作班次中消耗的平均负荷Pav与设备组的总装机容量PN之比，即(3)需求系数需求系数也适用于电气设备组。需求系数Kd定义为电气设备组的最大负载Pmax(或P30)与设备组的总装机容量PN的比率，即(4)形状系数形状系数也适用于电气设备组或用户整体。形状因子Kz定义为有效负载Pe与平均负载Pav的比率，即5年内的最大负载利用小时数Tmax，这是一个假设时间，此时在连续运行Tmax期间电力负载根据最大负载Pmax消耗的电能正好等于电力负载全年消耗的实际电能Wa。如图2-2所示，年最大负荷Pmax延伸到水平线和Tmax两个轴所围成的矩形区域，正好等于年负荷曲线和两

6、个轴所围成的区域，即全年实际消耗的电能Wa，因此年最大负荷利用小时数为，2。负荷估计，1。单位产品功耗法。如果一个企业的产品和产量是已知的，该产品的单位产品功耗和该类工厂的年最大负荷利用小时数可以通过查表得到。2。荷载密度法，当已知建筑面积A(m2)且通过查表得到类似建筑的荷载密度指数(W/m2)时，可根据以下公式得出计算荷载Pc:形状系数法，1)对电气设备进行分组，得到每个电气设备组的总装机容量，2)找出每个电气设备组的利用系数和相应的功率因数，计算平均负荷，3)适当选择形状因数Kz的值(一般Kz=1.15)，根据以下公式估算计算负荷：(3)负荷计算。考虑到设备可能在额定工作条件下运行，单个

7、电气设备的计算负载应考虑设备的安装容量。考虑到电机的运行效率，计算负载Pc。单个电动机的m应根据以下公式计算：1单个电气设备的计算负荷。在计算配电干线(如J条)的计算负荷时，应首先对电气设备进行分组，计算每组电气设备的总装机容量PN.i，然后通过查表得到每组电气设备的需求系数kd.i及相应的功率因数cosi和功率因数正切tani。四台电气设备的计算负荷应为设备功率之和乘以因数0.9。2、电气设备组的计算负荷，车间或全厂的负荷计算是以车间电气设备组或配电干线的计算负荷为基础，从负荷端到电源端逐级计算，需要乘以各级配电点的同期系数K，即车间或全厂的3个计算负荷。 计算变压器低压侧的总计算负荷后，变

8、压器高压侧的计算负荷等于变压器低压侧的计算负荷和变压器功率损耗之和。 在初步设计中，变压器的功率损耗可以根据以下公式近似估算：4 .单相电气设备计算负荷的确定。当单相电气设备的总容量小于三相设备总容量的15%时，无论单相设备如何分布，都可以根据三相平衡负荷直接计算；如果单相电气设备的总容量大于三相电气设备总容量的15%，则应在参与负荷计算前将其转换为三相等效负荷。将单相电气设备转换为三相等效设备容量的方法如下：1)当单相设备接入相电压时，将三相线路中单相电气设备最大容量的1乘以3作为三相等效设备容量。2)当单相设备接入同一线路电压时，其容量的3倍根数应作为其等效三相负荷。2)当单相设备接入不同

9、的线电压时，首先应将接入线电压的单相设备容量转换为接入相电压的单相设备容量，然后将各相的设备容量转换为相电压的单相设备容量无功补偿应基于最近平衡原则。根据补偿电容器的安装位置，可分为局部补偿和集中补偿。参见P16，图2-3、3补偿容量和补偿后计算负荷的计算，(1)补偿容量的计算，(2)补偿后计算负荷的计算、5。供电系统负荷计算实例。用户供电系统的结构和负荷数据如图2-4所示。根据需要系数法，各级负荷计算如下。图2-4负荷计算实例，(1)樊凡：PN=29kW，Kd0.85，tan=0.75，so，(2)高频加热设备：PN=80kW，Kd=0.6，tan=1.02，so，(3)加工车间冷加工机：P

10、N热加工机：PN=92kW，Kd=0.25，tan=1.33；因此，1 .电气设备组负荷计算，(4)点焊机：PN=90kW，Kd=0.35，tan=1.33，通过查表得到，因此变电站各负荷同步系数取1:K=0.90，2。1计算变电站低压侧负荷，采用电容器组自动投切的低压集中补偿方式，并设置补偿功率，1变电站变压器损耗按下式估算：1变电站高压侧计算负荷为：3。4、低压集中补偿容量的计算。变电站高压侧的计算负荷取全厂负荷的同步系数为：K=0.90，所以，5。全厂总计算负荷，第二节是电源电压和电源的选择，1。线路电压损耗，由于线路的阻抗，当传输一定的负载时，图2-5电压损耗计算示意图a)电路图b)相

11、量图，见P19分析。2.电压和负载容量与传输距离之间的关系。由于导线截面的限制和线路电压损耗的要求，线路的传输容量在每个额定电压下都是有限的。1)通常，供电系统中使用的导体的最大标称横截面为240mm2，其载流能力限制了在一定电压下输送的功率。对于截面为A的导线，假设在经济条件下其能承载的最大电流为Imax，其能传输的最大功率为2)根据线路电压损耗的要求(一般不超过5)，在额定电压UN下，某截面导线的负载力矩限制如下：负载距离：传输功率与传输距离的乘积。确定线路电压损耗见P20分析计算。第三，用户供电系统的电压等级应满足电力系统的额定电压。由于用户负荷相对较小，供电距离较短，从安全和经济的角度

12、考虑，用户供电系统的电压等级一般在35kV以下。1供电电压的选择应参照表2-6，根据用电量和供电距离综合确定，并考虑当地电网现状、用户用电负荷性质和未来发展规划。一般用户的供电电压为610千伏，大中型工业企业的供电电压可达35kV。对于单个电力用户来说，当电力负荷较大时，传输距离较长，并且存在大功率冲击负荷(如电弧炉、轧钢设备和大型整流装置等)。)，在技术经济合理的情况下，可考虑采用较高的电压供电。2.高压配电电压的选择。用户供电系统的高压配电电压一般为610千伏。10kV因其良好的技术经济指标，如供电系统能耗低、有色金属消耗低等，应成为高压配电电压的首选。当用户有多台容量大、技术经济合理的6

13、kV电气设备时，采用6kV。当用户有少量3kV电机时，可使用10(6)台3kV专用变压器供电。3、低压配电电压的选择，电压低于1000伏，除安全规定的特殊电压外，中国直接向用户提供的交流电源和照明电压为380，220伏。对于矿山、油田等特殊场合，由于负荷分散，供电距离长，为了保证电压质量，耗电量可达66038可靠性是指根据电力负荷的性质以及政治或经济上突然中断供电所造成的损失或影响程度，要求不中断供电。电源应首先满足电力负荷的具体要求。1、负荷等级，根据供电可靠性的要求，即供电中断对个人生活和生产安全造成的危害程度以及对经济的影响，电力负荷分为以下三个等级：(1)一次负荷(关键负荷)突然停电将

14、关系到个人生活安全，或造成重大经济损失或重大政治不利影响。(2)二次负荷(重要负荷)突然停电会造成巨大的经济损失或不利的政治影响。(3)三级荷载(一般荷载)不属于一级和二级荷载。2电源及其选择，电力用户可由各种电源供电，以满足不同设备对电源和供电可靠性的需求。直接来自电力系统的电源是大多数电力用户的主要电源，为用户提供大量的电力以满足长期稳定连续供电的需要，属于正常供电。除正常供电外，用户可以根据需要设置一些应急电源，以备正常供电中断时的紧急情况。例如，独立于正常电源的备用发电机组、独立于正常电源的备用馈线、电池组、不间断电源等。各级电力负荷的供电和供电方式应根据负荷对供电可靠性的要求和区域供

15、电条件来确定，并应考虑以下原则：(1)一级负荷应由两个有特殊要求的独立电源供电，两个独立电源应来自两个不同的地方。两个电源应在设备的控制箱内自动切换，切换时间应满足设备允许中断供电的要求。除正常电源外，还应增加应急电源。(2)二次负荷应由两个回路供电，并可在配电装置内切换。当一个电路发生故障时，另一个电路的电源不应受到影响。当负载较小或难以获得两个电路时，初级专用电路可以供电。通过使用一个电源加上不间断电源，或者一个电源加上设备提供的电池组，可以在最后切换小容量负载。(3)三级负荷对供电方式没有特殊要求，但在不增加投资或经济许可的情况下，应尽可能提高供电可靠性。第三节用户变电站：用户变电站是用

16、户供电系统的主要组成部分，为用户分配和控制电能，其组成结构如图2-7所示。图2-7用户供电系统结构框图1总降压变电站2配电变电站310(6)千伏变电站4高压电气设备1 .变电站的功能和组成，其主要功能是降低电压和向电气设备或电气设备组配电。用户变电站根据电压等级分为一般降压变电站和10(6)千伏变电站(工业企业称为车间变电站)。主降压变电站将进线35110千伏降低至610千伏，将其分配至10(6)千伏变压器或高压电气设备，然后10(6)千伏变电站再次降低至380/220伏低压电气设备。如果进线电压为10(6)千伏，可在用户区设置一个10(6)千伏主配电站。由35kV直接供电的35/0.4kV变电站称为直接降压变电站。高低压开关、供配电线路和计量保护设备是变电站的主要电气设备，实现电能的控制和分配以及供电系统的监控和保护。安全、可靠、合理、经济是用户供电系统和用户变电站的基本要求。变电站的设计应保证操作人员和供电设备的安