工廠供電基本概述

1、工廠供電 主編第1章工廠供電概述1.1工廠供電的基本知識(shí)1.2電力系統(tǒng)的額定電壓和電能質(zhì)量1.3電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)運(yùn)行方式1.1工廠供電的基本知識(shí)1.1.1工廠供電的定義、要求及課程的性質(zhì)工廠供電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它是電能的主要用戶 。(1) 安全：在電能的供應(yīng)、分配和使用中，必須保證人身安全和設(shè)備安全，不應(yīng)發(fā)生人身事故和設(shè)備事故。(2) 可靠：即滿足電能用戶對(duì)供電連續(xù)性的要求，不應(yīng)出現(xiàn)違背用戶意愿的中斷供(3) 優(yōu)質(zhì)：應(yīng)滿足電能用戶對(duì)電壓和頻率等質(zhì)量的要求。(4) 經(jīng)濟(jì)：就是供電系統(tǒng)的投資要少，運(yùn)行費(fèi)用要低，并盡可能采用新技術(shù)和其他能源的綜合利用。1.1.2工廠供電系統(tǒng)概述1.1工

2、廠供電的基本知識(shí)工廠供電系統(tǒng)既復(fù)雜又重要，其主要特點(diǎn)是供電范圍廣，負(fù)荷類型多而操作頻繁，廠房環(huán)境（建筑物、管道、道路、高溫及塵埃等）復(fù)雜，低壓線路較長(zhǎng)等。1)工廠從公共電網(wǎng)取得電源，電能先經(jīng)高壓配電所集中，再由高壓配電線路將電能分配到各車間變電所，經(jīng)車間變電所將高壓電能轉(zhuǎn)換為用電設(shè)備所需要的低壓電能(如220/380V)，如圖1-1所示。1.1工廠供電的基本知識(shí)2) 對(duì)于大型工廠或電源進(jìn)線電壓在35kV及以上的中型工廠，一般經(jīng)過(guò)兩次降壓，首先經(jīng)工廠總降壓變電所，其中裝有較大容量的電力變壓器，將35kV及以上的電能降為610kV的配電電壓，然后通過(guò)高壓配電線路將電能送到各車間變電所，或經(jīng)高壓配電

3、所再送到車間變電所，經(jīng)過(guò)再次降壓供電給用電設(shè)備，如圖1-2所示。圖1-1中型工廠供電系統(tǒng)簡(jiǎn)圖1.1工廠供電的基本知識(shí)圖1-2采用兩次降壓的工廠供電系統(tǒng)簡(jiǎn)圖1.1工廠供電的基本知識(shí)3) 如果是小型工廠，負(fù)荷的容量不大于1000kVA，也沒(méi)有重要負(fù)荷，可以只設(shè)置一個(gè)降壓變電所，將610kV的電源降為用電設(shè)備所需的低壓電源，如圖1-3所示。4) 有的35kV進(jìn)線的工廠，可以采用高壓深入負(fù)荷中心的直配方式，既將35kV的線路直接引入靠近負(fù)荷中心的車間變電所，經(jīng)一次降壓，這樣可以省去一級(jí)中間變壓，從而簡(jiǎn)化供電系統(tǒng)的接線，降低電壓損耗和電能損失，節(jié)約材料和設(shè)備，提高供電質(zhì)量。1.1工廠供電的基本知識(shí)圖1-

4、3只設(shè)置一個(gè)降壓變電所的工廠供電系統(tǒng)簡(jiǎn)圖a)裝有一臺(tái)主變壓器b) 裝有兩臺(tái)主變壓器1.1工廠供電的基本知識(shí)圖1-4采用高壓深入負(fù)荷中心直配方式的工廠供電系統(tǒng)簡(jiǎn)圖1.1工廠供電的基本知識(shí)5) 對(duì)于比較小的工廠，當(dāng)其所需的容量不大于160kVA時(shí)，可以采用由公共低壓電網(wǎng)直接接線獲得所需要的低壓電源，如圖1-5所示。1.1.3發(fā)電廠和電力系統(tǒng)簡(jiǎn)介 電能的生產(chǎn)、輸送、分配和使用的全過(guò)程，實(shí)際上是在同一瞬間實(shí)現(xiàn)的，因此我們除了了解工廠供電系統(tǒng)概況外，還需了解工廠供電系統(tǒng)電能的生產(chǎn)過(guò)程。圖1-5低壓進(jìn)線的小型工廠供電系統(tǒng)簡(jiǎn)圖1.1工廠供電的基本知識(shí)圖1-6水力發(fā)電示意圖1引水管2發(fā)電機(jī)3水輪機(jī)4尾水管1.

5、1工廠供電的基本知識(shí)1.發(fā)電廠發(fā)電廠又稱發(fā)電站，是將自然界蘊(yùn)藏的各種一次能源轉(zhuǎn)換成電能(二次能源)的工廠。(1) 水力發(fā)電廠：水力發(fā)電廠簡(jiǎn)稱水電廠或水電站，它是利用水流的位能來(lái)生產(chǎn)電能。(2) 火力發(fā)電廠：火力發(fā)電廠簡(jiǎn)稱火電廠，它是利用燃料的化學(xué)能來(lái)生產(chǎn)電能。1.1工廠供電的基本知識(shí)圖1-7火力發(fā)電示意圖1.1工廠供電的基本知識(shí)(3) 核能發(fā)電廠：又稱核電站，它是利用原子核的裂變來(lái)生產(chǎn)電能。圖1-8壓水堆型核電站發(fā)電示意圖1.1工廠供電的基本知識(shí)2.電力系統(tǒng)在電力工業(yè)的初期，電能是直接由電力用戶附近的發(fā)電站(或稱發(fā)電廠)生產(chǎn)的，各發(fā)電廠孤立運(yùn)行的，隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和城市的發(fā)展，電能的需求量迅速增

6、加，而熱能資源(如煤田)和水能資源豐富的地區(qū)往往遠(yuǎn)離電能使用集中的工礦企業(yè)和城市，為了解決這個(gè)矛盾，就需要在動(dòng)力資源豐富的地區(qū)建立大型的發(fā)電廠，然后將電能輸送到距離遙遠(yuǎn)的電能用戶。圖1-9動(dòng)力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)及電力網(wǎng)示意圖1.1工廠供電的基本知識(shí)1) 減少系統(tǒng)的總裝機(jī)容量。2) 可以裝設(shè)大容量的機(jī)組。3) 能充分利用動(dòng)力資源。4) 提高供電的可靠性。5) 提高電能的質(zhì)量。6) 提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。1)電能不能大量?jī)?chǔ)藏。2)電力系統(tǒng)的電磁變化過(guò)程非常迅速。3)電能與國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門及人民的日常生活關(guān)系密切。1.1.4工廠的自備電源1.1工廠供電的基本知識(shí)圖1-10采用柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源的主接線1

7、.1工廠供電的基本知識(shí)1.柴油發(fā)電機(jī)組是利用柴油機(jī)作為原動(dòng)力來(lái)拖動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電的，如圖1-10所示。1) 柴油發(fā)電機(jī)組操作簡(jiǎn)便，起動(dòng)迅速。2)柴油發(fā)電機(jī)組效率高、功率范圍大、體積小、重量輕、搬運(yùn)和安裝方便。圖1-11不間斷電源(UPS)組成示意圖1.1工廠供電的基本知識(shí)1M11.tif3)柴油發(fā)電機(jī)組燃料的儲(chǔ)存和運(yùn)輸方便。4)柴油發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行可靠，維修方便。1.1工廠供電的基本知識(shí)2.交流不間斷電源(UPS)交流不間斷電源(UPS)主要由整流器(UR)、逆變器(UI)和蓄電池(E)等三部分組成，如圖1-11所示。1.2電力系統(tǒng)的額定電壓和電能質(zhì)量1.2.1電力系統(tǒng)的電壓1.額定電壓的意義為

8、了使電力設(shè)備的生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，為了各元件合理配套，電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)、變壓器、電力線路及各種設(shè)備等，都是按規(guī)定的額定電壓進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造的，所謂額定電壓，就是指能使各類電氣設(shè)備處在設(shè)計(jì)要求的額定或最佳運(yùn)行狀態(tài)的工作電壓。1.2電力系統(tǒng)的額定電壓和電能質(zhì)量表1-1我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的三相交流電網(wǎng)和電力設(shè)備的額定電壓(單位：kV)2.額定電壓的分類我國(guó)現(xiàn)階段各電力設(shè)備的額定電壓分三類：第一類額定電壓為100V以下，這類電壓主要用于安全照明、蓄電池及開(kāi)關(guān)設(shè)備的操作電源。1.2電力系統(tǒng)的額定電壓和電能質(zhì)量3.三相交流電網(wǎng)和電力設(shè)備的額定電壓(1)電網(wǎng)(電力線路)的額定電壓：在電力系統(tǒng)中，應(yīng)盡可能地簡(jiǎn)化電

9、壓等級(jí)，減少變電層次，以節(jié)約投資與降低運(yùn)行費(fèi)用。圖1-12用電設(shè)備和發(fā)電機(jī)額定電壓說(shuō)明a)集中負(fù)荷 b) 均勻分布負(fù)荷(2)用電設(shè)備的額定電壓：用電設(shè)備的額定電壓一般允許在其額定1.2電力系統(tǒng)的額定電壓和電能質(zhì)量電壓5%以內(nèi)變化，而線路全長(zhǎng)的電壓損耗一般應(yīng)不超過(guò)額定電壓的10%，這樣在運(yùn)行時(shí)線路首端電壓應(yīng)比其額定電壓高5%，末端電壓才可能不低于5%。(3)發(fā)電機(jī)的額定電壓：發(fā)電機(jī)是輸出電能的設(shè)備，接于線路的首端，所以發(fā)電機(jī)的額定電壓應(yīng)該比所連接的線路的額定電壓高5%，例如，線路的額定電壓為10kV時(shí)，接在線路首端的發(fā)電機(jī)的額定電壓應(yīng)為10.5kV。(4)電力變壓器的額定電壓：電力變壓器的額定電

10、壓情況稍顯復(fù)雜些。1)電力變壓器一次繞組的額定電壓。2)電力變壓器二次繞組的額定電壓。4.電壓偏差和電壓調(diào)整1.2電力系統(tǒng)的額定電壓和電能質(zhì)量(1)電壓偏差：電力系統(tǒng)在運(yùn)行的過(guò)程中，由于各種因素的作用，使得電力系統(tǒng)的各元件上的實(shí)際電壓與其額定電壓產(chǎn)生偏差。(2)電壓的調(diào)整：為了滿足用電設(shè)備對(duì)電壓偏差的要求，工廠供電系統(tǒng)可以采取以下相應(yīng)的措施。1)正確選擇無(wú)載調(diào)壓型變壓器的電壓分接頭和采用有載調(diào)壓型變壓器。2)合理地減少系統(tǒng)的阻抗。1.2電力系統(tǒng)的額定電壓和電能質(zhì)量圖1-13電力變壓器的分接開(kāi)關(guān)接線圖1.2電力系統(tǒng)的額定電壓和電能質(zhì)量3)盡量使系統(tǒng)的三相負(fù)荷平衡。 4)合理改變系統(tǒng)的運(yùn)行方式。5

11、)采用無(wú)功補(bǔ)償裝置。5.電壓波動(dòng)及其抑制電力系統(tǒng)電壓的短時(shí)而快速的變動(dòng)叫電壓波動(dòng)。1)對(duì)負(fù)荷變動(dòng)劇烈的大型用電設(shè)備，采用專門的供電線路或?qū)Ｓ米儔浩鲉为?dú)供電。2)設(shè)法增大系統(tǒng)的容量和減少系統(tǒng)的阻抗。3)在系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重的電壓波動(dòng)時(shí)，減少或切除引起電壓波動(dòng)的負(fù)荷。4)在條件許可的情況下，對(duì)于大型電弧爐和爐用變壓器的受電電壓，最好采用較高的電壓，減小電壓的波動(dòng)。1.2電力系統(tǒng)的額定電壓和電能質(zhì)量5)對(duì)于大型沖擊負(fù)荷，采取上述措施仍達(dá)不到要求，可裝設(shè)能“吸收”沖擊無(wú)功功率的靜止型無(wú)功補(bǔ)償裝置(SVC)。表1-2電壓波動(dòng)允許值1.2電力系統(tǒng)的額定電壓和電能質(zhì)量表1-3閃變電壓允許值6.工廠供配電電壓的選擇

12、(1)低壓配電電壓的選擇：工廠的低壓配電電壓，一般采用220/380V，其中380V的線電壓供電給三相動(dòng)力設(shè)備或380V的單相設(shè)備，相電壓220V供電給一般的照明燈具或其他220V的單相設(shè)備。1.2電力系統(tǒng)的額定電壓和電能質(zhì)量(2)高壓配電電壓的選擇：工廠供電系統(tǒng)的高壓配電電壓，主要取決于當(dāng)?shù)毓╇婋娫吹碾妷杭肮S高壓用電設(shè)備的電壓、容量和數(shù)量等因素。表1-4各級(jí)電壓電力線路合理的輸送功率和距離1.2.2電網(wǎng)諧波及其抑制1.諧波基本定義與規(guī)定國(guó)際上公認(rèn)的諧波含義為：“諧波是一個(gè)周期電氣量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整倍數(shù)”。1.2電力系統(tǒng)的額定電壓和電能質(zhì)量(1)諧波電壓總含量：所謂諧波電壓

13、總含量，就是各次諧波的平方和開(kāi)方。(2)電壓總諧波畸變率：電壓總諧波畸變率THDu按式(1-3)計(jì)算為(3)諧波電壓含有率：第h次諧波電壓含有率HRUh，按式(1-4)計(jì)算。表1-5公用電網(wǎng)諧波電壓(相電壓)限值2.諧波產(chǎn)生的原因在電能的生產(chǎn)、傳輸、轉(zhuǎn)換和使用的各個(gè)環(huán)節(jié)中都會(huì)產(chǎn)生諧波。1) 具有鐵磁飽和特性的鐵心設(shè)備，如變壓器、電抗器等。1.2電力系統(tǒng)的額定電壓和電能質(zhì)量2)以具有強(qiáng)烈非線性特性的電弧為工作介質(zhì)的設(shè)備，如氣體放電燈、交流弧焊機(jī)、煉鋼電弧爐等。3)以電力電子器件為基礎(chǔ)的開(kāi)關(guān)電源設(shè)備或裝置，如各種電力交流設(shè)備(整流器、逆變器、變頻器)、相控調(diào)速和調(diào)壓裝置、大容量的電力晶閘管可控開(kāi)關(guān)

14、設(shè)備等。3.諧波的危害1)諧波會(huì)大大增加供配電系統(tǒng)發(fā)生諧波的可能，從而造成很高的過(guò)電流或過(guò)電壓而引發(fā)事故的危險(xiǎn)性。2)諧波電壓可使變壓器的磁滯及渦流損耗增加，使絕緣材料承受的電氣應(yīng)力加大，而諧波電流使變壓器的銅損增加，從而使鐵心過(guò)熱，加速絕緣老化，縮短變壓器的使用壽命。1.2電力系統(tǒng)的額定電壓和電能質(zhì)量3)諧波電流可能使電容器過(guò)負(fù)荷和出現(xiàn)不允許的溫升，可使供電線路電能損耗增加，還可能使供配電系統(tǒng)發(fā)生電壓諧振，損壞設(shè)備絕緣。4)諧波電流流過(guò)供配電線路時(shí)，可使其電能損耗增加，導(dǎo)致電纜過(guò)熱而損壞。5)諧波電流可使電動(dòng)機(jī)鐵損明顯增加，并使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象，嚴(yán)重影響機(jī)械加工的產(chǎn)品質(zhì)量。6)諧波可使

15、計(jì)費(fèi)的感應(yīng)式、電子式電能表的計(jì)量不準(zhǔn)。7)諧波影響設(shè)備正常工作，可使繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置發(fā)生誤動(dòng)和拒動(dòng)，可使計(jì)算機(jī)失控、電子設(shè)備誤觸發(fā)、電子元器件的測(cè)試無(wú)法進(jìn)行。1.2電力系統(tǒng)的額定電壓和電能質(zhì)量8)諧波可干擾通信系統(tǒng)，降低信號(hào)的傳輸質(zhì)量，破壞信號(hào)的正常傳遞，甚至損壞通信設(shè)備。1.2.3三相電壓不平衡度1.基本定義與規(guī)定1)電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)，正常時(shí)三相電壓不平衡度允許值為2%，短時(shí)不超過(guò)4%。2)接于系統(tǒng)公共連接點(diǎn)的每個(gè)用戶，三相電壓不平衡度一般不得超過(guò)1.3%。2.危害三相電壓不平衡度偏高，說(shuō)明電壓的負(fù)序分量偏大。3.降低不平衡度的措施由于造成三相電壓不平衡的主要原因是單相負(fù)荷在三相系統(tǒng)中的

16、容量分配和接入位置不合理、不均衡。1)均衡負(fù)荷。1.2電力系統(tǒng)的額定電壓和電能質(zhì)量2)正確接入照明負(fù)荷。1.2.4電壓暫降與短時(shí)間中斷1.基本定義與規(guī)定電壓暫降與短時(shí)間中斷通常是相關(guān)聯(lián)的電能質(zhì)量問(wèn)題。2.危害電壓暫降與中斷并不是一個(gè)新問(wèn)題，但由于以往的絕大多數(shù)用電設(shè)備對(duì)電壓的短時(shí)突然變化不敏感，因此末引起人們關(guān)注。1.3電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)運(yùn)行方式1.3.1高壓電力系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式在高壓電力系統(tǒng)中，作為供電系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)和變壓器的三相繞組為三相星形聯(lián)結(jié)時(shí)，其中性點(diǎn)有三種運(yùn)行方式：中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈（阻抗或電阻）接地和中性點(diǎn)直接接地。圖1-14電力系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式a)中性點(diǎn)直接接地b)

17、中性點(diǎn)不接地c)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地d)中性點(diǎn)經(jīng)阻抗接地1.3電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)運(yùn)行方式圖1-15中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)正常運(yùn)行的電力系統(tǒng)a)電路圖b)相量圖1.中性點(diǎn)不接地的運(yùn)行方式如圖1-15所示。1.3電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)運(yùn)行方式圖1-16單相接地時(shí)的中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng)a)電路圖b)相量圖1.3電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)運(yùn)行方式2.中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈的接地方式由上面的分析可知，在中性點(diǎn)不接地的系統(tǒng)中，當(dāng)一相接地時(shí)如果接地電流過(guò)大，將會(huì)在故障點(diǎn)出現(xiàn)斷續(xù)電弧，可能使系統(tǒng)發(fā)生諧振而引起諧振過(guò)電壓，對(duì)于這種情況應(yīng)采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈的接地方式，如圖1-17所示。圖1-17中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng)a)電路圖b)

18、相量圖1.3電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)運(yùn)行方式3.中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行方式如圖1-18所示。圖1-18中性點(diǎn)直接接地的電力系統(tǒng)單相接地時(shí)電路圖1.3電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)運(yùn)行方式1.3.2低壓配電系統(tǒng)中性點(diǎn)的接地形式我國(guó)220/380V低壓配電系統(tǒng)廣泛采用中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)的運(yùn)行方式，而且引出中性線（N線）、保護(hù)線（PE線）、或保護(hù)中性線（PEN線）。1.中性線、保護(hù)線和保護(hù)中性線的作用(1)中性線(N線)的作用：中性線的作用有3個(gè)：用來(lái)接額定電壓為系統(tǒng)相電壓的單相用電設(shè)備。(2)保護(hù)線(PE線)的作用：用來(lái)保護(hù)人身安全，防止發(fā)生觸電事故。1.3電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)運(yùn)行方式圖1-19TN-C系統(tǒng)a)TN-C系統(tǒng)b)TN-S系統(tǒng)c)TN-C-S系統(tǒng)1.3電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)運(yùn)行方式(3)保護(hù)中性線(PEN線)的作用：保護(hù)中性線兼有保護(hù)線和中性線的雙重作用，通常稱為“零線”或“地線”。2.低壓配電系統(tǒng)的接