工廠供電 第一章 緒論

工廠供電教學(xué)目標(biāo)

本課程是電氣工程及其自動化專業(yè)的選修課。通過對本課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)：掌握供電系統(tǒng)的基本概念、基本原理、工程設(shè)計方法、運行維護(hù)管理知識；掌握供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量的分析與控制、電能節(jié)約新技術(shù)；了解供電領(lǐng)域的最新發(fā)展動向。參考教材余建明、同向前等.供電技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2008.周瀛、李鴻儒.工業(yè)企業(yè)供電[M].北京:冶金工業(yè)出版社，2007.劉介才.工廠供電[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2009.孟祥忠.現(xiàn)代供電技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社,2006教學(xué)內(nèi)容本課程主要講述中小型工廠供配電系統(tǒng)的基本理論知識、計算方法、系統(tǒng)運行及管理的相關(guān)知識。主要包括1、電力系統(tǒng)的基本知識2、工廠電力負(fù)荷的計算3、三相短路分析、短路電流及短路效應(yīng)的計算（接線與設(shè)備）4、二次回路、繼電保護(hù)5、防雷與接地6、電能質(zhì)量與自動裝置、管理第一章緒論工廠供電第一章電力系統(tǒng)緒論本章主要介紹電力系統(tǒng)的基本概念、電力系統(tǒng)特點、設(shè)計等相關(guān)基礎(chǔ)知識，主要包括以下幾個內(nèi)容：電力系統(tǒng)基本概念：

基本概念；

運行特點與要求；電力系統(tǒng)的額定電壓：

電壓分級；

各元件的額定電壓規(guī)定；電力系統(tǒng)的中性點運行方式

基本概念；

特點及適用場合電能的質(zhì)量指標(biāo)

電能衡量標(biāo)準(zhǔn)；

各指標(biāo)的具體含義第一節(jié)電力系統(tǒng)的基本概念一、電力系統(tǒng)1、電力系統(tǒng)的定義按對象描述： 發(fā)電廠、輸配電網(wǎng)及用電設(shè)備組成按過程描述： 由發(fā)電、變電、輸電、供電、配電以及用電等設(shè)備和技術(shù)組成的一個將一次能源轉(zhuǎn)換成電能的統(tǒng)一系統(tǒng)?！?.1電力系統(tǒng)的構(gòu)成§1.1電力系統(tǒng)的構(gòu)成 2、電力系統(tǒng)的組成電力系統(tǒng)發(fā)電廠(電能生產(chǎn))輸配電網(wǎng)(電能的變換、輸送與分配)用電設(shè)備(電能消耗)火力發(fā)電廠水力發(fā)電廠原子能力發(fā)電廠(核電站,核能發(fā)電廠)風(fēng)力發(fā)電等變電所

(電壓等級的變換)配電所

(電能能量的分配)電力線路

(電能的輸送)升壓變電所(電廠)降壓變電所(負(fù)荷中心)輸電線路(>=220KV)配電線路(110KV及以下)§1.1電力系統(tǒng)的構(gòu)成§1.1電力系統(tǒng)的構(gòu)成二、電力系統(tǒng)運行的特點和要求1、特點：

（1）電量不能大量儲存（2）電力系統(tǒng)的電磁暫態(tài)過程非常短暫（3）電力系統(tǒng)重要性2、要求：（1）安全、可靠——首要任務(wù)（負(fù)荷分級）（2）保證良好的供電質(zhì)量（優(yōu)質(zhì)）（3）經(jīng)濟(jì)型（高效）（4）靈活、方便且有冗余§1.2電力系統(tǒng)的額定電壓

額定電壓：電氣設(shè)備正常工作且能獲得最佳技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)效果的電壓。通常是指線電壓，在電氣設(shè)備銘牌上標(biāo)出。一、額定電壓規(guī)定電力系統(tǒng)電壓是有等級的電壓分級的原因分析：由于

，當(dāng)輸送功率S一定時，U越高，I越小，導(dǎo)線等載流部分的截面積越小，投資也就越?。坏妷篣越高，對于設(shè)備的絕緣要求也就越高，變壓器、桿塔、斷路器等設(shè)備的絕緣投資也就越大?！?.2電力系統(tǒng)的額定電壓綜合考慮上述因素，對于一定的的輸送功率和輸送距離總會有一最合理的線路電壓，此時最為經(jīng)濟(jì)。

額定電壓主要分成：220V，380V，3KV,6KV,35KV,110KV,220KV,500KV;在電力系統(tǒng)同同一電壓等級下

，不同的電氣設(shè)備具有不同的額定電壓規(guī)定。用電設(shè)備、電力線路、發(fā)電機(jī)以及變壓器的額定電壓規(guī)定下面分別予以介紹。§1.2電力系統(tǒng)的額定電壓1、用電設(shè)備額定電壓

銘牌上標(biāo)出的線電壓，沒有特殊規(guī)定2、電力線路的額定電壓

和所連接的用電設(shè)備的額定電壓相等，又稱網(wǎng)絡(luò)的額定電壓3、發(fā)電機(jī)的額定電壓與網(wǎng)絡(luò)額定電壓為同一等級時，發(fā)電機(jī)的額定電壓規(guī)定比網(wǎng)絡(luò)電壓高5%；標(biāo)稱值為空載值。4、變壓器額定電壓

比較復(fù)雜，需根據(jù)所處位置決定§1.2電力系統(tǒng)的額定電壓

一次繞組：規(guī)定變壓器接收功率的一側(cè)，相當(dāng)于用電設(shè)備；二次繞組：規(guī)定變壓器輸出功率的一側(cè)，相當(dāng)于電源設(shè)備；變壓器一次繞組與發(fā)電機(jī)直接相連時，其額定電壓與發(fā)電機(jī)額定電壓相等；不與發(fā)電機(jī)直接相連時，其額定電壓與網(wǎng)絡(luò)額定電壓相等；變壓器二次繞組與用戶直接相連時，其額定電壓與網(wǎng)絡(luò)額定電壓高5%；與用戶不直接相連時，其額定電壓比網(wǎng)絡(luò)額定電壓高10%。§1.2電力系統(tǒng)的額定電壓

電力系統(tǒng)電壓等級規(guī)定總結(jié)G~M~10.5KV10.5KV121KV110KV110KV6.3KV6KV10KVT-1T-2L

電力系統(tǒng)不同電氣設(shè)備額定電壓規(guī)定示意圖5%5%10%0%5%0%§1.2電力系統(tǒng)的額定電壓表1-1我國交流電網(wǎng)和電力設(shè)備的額定電壓分類

電網(wǎng)和用電設(shè)備額定電壓kV

發(fā)電機(jī)額定電壓kV

電力變壓器額定電壓kV

一次繞組

二次繞組

低壓

0.380.66

0.40.69

0.38/0.220.66/0.380.4/0.230.69/0.4

高壓3610－35661102203305003.156.310.513.8，15.7518，20，2224，26－－－－－－

3，3.156，6.310，10.513.8，15.7518.20，22，24，263566110220330500

3.15，3.36.3，6.610.5，11－38.572.6121242363550

§1.2電力系統(tǒng)的額定電壓二、各種電壓等級的適用范圍各種額定電壓等級線路的輸送功率和輸送距離注意對各電壓等級對應(yīng)的輸送容量以及輸送距離限制額定電壓（KV）輸送功率（KW）輸送距離（Km）0.2250以下0.15以下0.38100以下0.6以下3100~1,0001~36100~1,2004~1510200~2,0006~20352,000~10,00020~5011010,000~50,00050~150220100,000~500,000100~300§1.3中性點運行方式一、電力系統(tǒng)中性點電力系統(tǒng)中性點

是指系統(tǒng)中星形連接的變壓器或發(fā)電機(jī)的中性點。意義： 電力系統(tǒng)的中性點運行方式是一個綜合性問題，對于電力系統(tǒng)的運行，特別是在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時有明顯的影響：它與電壓等級、單相接地電流、過電壓水平、保護(hù)配置等有關(guān)；直接影響電網(wǎng)的絕緣水平、系統(tǒng)供電的可靠性、主變壓器和發(fā)電機(jī)的運行安全以及通信線路的抗干擾能力等?！?.3中性點運行方式二、中性點運行方式及特點

中性點直接接地（大電流接地系統(tǒng)）：

220KV，110KV，380/220V

中性點不接地：3KV-10KV

中性點非直接接地

（小電流接地系統(tǒng)）中性點經(jīng)消弧線圈接地：

3-6KV,Id>30A；

10KV,Id>20A； 20-63KV,Id>10A。§1.3中性點運行方式1、中性點不接地的電力系統(tǒng)假定條件三相對稱電路：電源、線路和負(fù)載均是對稱的；C為相與地之間的總分布電容：Xc表示其容抗；（1）系統(tǒng)正常時三相線電壓對稱；三相相電壓對稱；三相對地電容電流對稱；正常運行時的中性點不接地的電力系統(tǒng)§1.3中性點運行方式三個對地電容電流平衡分析

三相對地分布電容電流分別為：

接地電流為：結(jié)論：系統(tǒng)正常時，虛擬接地點的總電容電流相量和為0，即沒有電流在地中流動。（2）系統(tǒng)發(fā)生單相接地短路時（如C相接地）電壓特征C相對地電壓為0；中性點對地電壓不為0；A相對地電壓為：；升高為線電壓；B相對地電壓為：；升高為線電壓；電流特征將接地點作為廣義節(jié)點，列KCL方程：§1.3中性點運行方式單相接地時的中性點不接地的電力系統(tǒng)§1.3中性點運行方式由相量圖得，相位上：超前90o；量值上，結(jié)論：

一相接地的電容電流為正常運行時每相對地電容電流的3倍。單相接地時的中性點不接地的電力系統(tǒng)§1.3中性點運行方式(3)中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時的特征：經(jīng)故障相流入故障點的電流為正常時本電壓等級每相對地總電流的3倍；中性點對地電壓升高為相電壓；非故障相的對地電壓升高為線電壓；線電壓與正常時的相同，依然對稱；(4)適用范圍：

中性點不接地系統(tǒng)僅僅適用于單相接地電容電流不大的電網(wǎng)3-10KV電網(wǎng)中，單相接地電流Id<30A；35-60KV電網(wǎng)中，單相接地電流Id<10A；§1.3中性點運行方式2、中性點經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng)上述電路中，如果發(fā)生單相接地故障時接地電流比較大，會出現(xiàn)斷續(xù)電弧。由于電力線路中含有電阻、電容、電感，因此在單相弧光接地時，可能會出現(xiàn)串聯(lián)諧振，出現(xiàn)過電壓（正常時的2.5-3倍），導(dǎo)致線路上絕緣薄弱的地點出現(xiàn)絕緣擊穿；在此單相接地電容電流大于一定值的系統(tǒng)中，電源中性點經(jīng)消弧線圈接地?！?.3中性點運行方式發(fā)生單相接地故障時，流過中性點的電流是接地電容與經(jīng)過消弧線圈的電感電流之和；

超前90o，而；

滯后90o，所以在接地點相互補(bǔ)償。當(dāng)和的量值差小于發(fā)生電弧的最小電流（最小生弧電流），電弧不會發(fā)生，不會出現(xiàn)串聯(lián)諧振過電壓現(xiàn)象?！?.3中性點運行方式3、中性點直接接地的電力系統(tǒng)單相接地故障時，形成單相短路，短路電流比正常時大得多，立即跳閘。解決的問題（1）高壓滅弧困難：220KV及以上的電壓電網(wǎng)，除存在對地電容外，還存在較大的電暈損耗和泄露損耗，因而在接地電流中既有有功分量又有無功分量，而消弧線圈只能補(bǔ)償無功分量，接地點仍有較大的有功電流流過；電壓等級越高，該值越大；100A-200A之上；致使電弧無法熄滅?！?.3中性點運行方式（2）高壓絕緣投資大：在中性點直接接地系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地故障后，中性點電位不變化，致使非故障相對地電壓即相電壓基本不變化，所以可以有效克服線路以及高壓設(shè)備高壓絕緣投資問題；（3）低壓單向設(shè)備運行需要：在380V/220V系統(tǒng)中，為了設(shè)備可靠接地以及單相設(shè)備的工作需要，也通常采用中性點直接接地運行方式?！?.3中性點運行方式4、中性點經(jīng)電阻接地，按接地電流大小又分為經(jīng)高電阻接地和經(jīng)低電阻接地。

中性點經(jīng)高電阻接地高電阻接地方式以限制單相接地電流為目的，電阻值一般為數(shù)百至數(shù)千歐姆。中性點經(jīng)高電阻接地系統(tǒng)可以消除大部分諧振過電壓，對單相間隙弧光接地過電壓有一定的限制作用。但對系統(tǒng)絕緣水平要求較高。主要用于發(fā)電機(jī)回路?！?.3中性點運行方式4、中性點經(jīng)電阻接地，按接地電流大小又分為經(jīng)高電阻接地和經(jīng)低電阻接地。

中性點經(jīng)低電阻接地中性點經(jīng)低電阻接地方式適用于以電纜線路為主，不容易發(fā)生瞬時性單相接地故障且系統(tǒng)電容電流比較大的城市電網(wǎng)、發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)及企業(yè)配電系統(tǒng)。結(jié)論：110kV及以上高壓系統(tǒng)，為降低設(shè)備絕緣要求，多采用中性點直接接地運行方式；6～35kV中壓系統(tǒng)中，為提高供電可靠性，首選中性點不接地運行方式，當(dāng)接地電流不滿足要求時，可采用中性點經(jīng)消弧線圈接地的運行方式；低于1kV的低壓配電系統(tǒng)中，通常為中性點直接接地運行方式。380／220V供電系統(tǒng)中，中性點直接接地，可以減少中性點的電壓偏差，可以防止一相接地時出現(xiàn)超過250V的危險電壓。第三節(jié)中性點運行方式第二節(jié)用戶供電系統(tǒng)特點和決定供電質(zhì)

量的主要指標(biāo)1、用戶供電系統(tǒng)的特點

用戶供電系統(tǒng)由用戶內(nèi)部變配電所、供電線路和用電設(shè)備等組成，其中變配電所是電力系統(tǒng)的終端降壓變配電所。對于某些大型工業(yè)企業(yè)，在可靠性要求或技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較合理時，也可建立自備發(fā)電站。用戶供電系統(tǒng)的供電電壓一般在110kV及以下。第二節(jié)用戶供電系統(tǒng)特點和決定供電質(zhì)

量的主要指標(biāo)2、決定供電質(zhì)量的主要指標(biāo)

衡量電能質(zhì)量的指標(biāo)為電壓、頻率和可靠性。電壓電壓質(zhì)量是以電壓偏離額定電壓的幅度、電壓波動與閃變、電壓波形來衡量?！?.2供電質(zhì)量的主要指標(biāo)電壓：1.偏離額定電壓的幅度（電壓偏差）：電壓偏差是指電網(wǎng)實際電壓與額定電壓之差。實際電壓偏高或偏低對用電設(shè)備的良好運行都有影響。一般以百分?jǐn)?shù)表示，即式中，ΔV%為電壓偏差百分?jǐn)?shù)；U為實際電；UN為額定電壓。§2.2供電質(zhì)量的主要指標(biāo)電壓：1.偏離額定電壓的幅度（電壓偏差）：我國對用電單位的供電額定電壓及容許偏差規(guī)定：

35kV及以上：電壓正、負(fù)偏差絕對值之和為10％；

10kV及以下：±7％；

220V（單相）：＋7％，－10％?！?.2供電質(zhì)量的主要指標(biāo)電壓：

2.電壓波動和閃變：電壓波動是指電壓的急劇變化。電壓波動程度以電壓最大值與最小值之差或其百分?jǐn)?shù)表示，即式中，δU為電壓波動；δU%為電壓波動百分?jǐn)?shù)；Umax、Umin為電壓波動的最大值和最小值（kV）；UN為額定電壓（kV）?！?.2供電質(zhì)量的主要指標(biāo)電壓：

2.電壓波動和閃變：電壓波動的允許值見下表表電壓波動允許值（GB/T12326-2000）

額定電壓（kV）電壓波動允許值（δU%）10及以下2.535~1102.0220及以上1.6§2.2供電質(zhì)量的主要指標(biāo)電壓：

2.電壓波動和閃變：電壓波動引起的燈光閃爍對人眼、腦產(chǎn)生的刺激效應(yīng)，稱為電壓閃變。通常用電壓調(diào)幅波中不同頻率的正弦波分量的均方根值等效為10Hz正弦電壓波動值的1min平均值——等效閃變值δU10來表示，其允許值見下表。應(yīng)用場合對照明要求δU10允許值較高的白熾燈負(fù)荷0.4（推薦值）一般性照明負(fù)荷0.6（推薦值）§2.2供電質(zhì)量的主要指標(biāo)電壓：

2.電壓波動和閃變：

電壓波動:

電壓幅值（或半周波方均根值）的連續(xù)快速變化。電壓閃變:波動電壓照明燈具工作面上照度閃爍人的視覺大腦反映人能接受閃爍的程度§2.2供電質(zhì)量的主要指標(biāo)電壓：3.電壓波形：電壓波形的質(zhì)量是以正弦電壓波形畸變率來衡量的。在理想情況下，電壓波形為正弦波，但電力系統(tǒng)中有大量非線性負(fù)荷，使電壓波形發(fā)生畸變，除基波外，還有各項諧波。電力系統(tǒng)中主要以3次、5次等奇次諧波為主?！?.2供電質(zhì)量的主要指標(biāo)電壓：

3.電壓波形：含有半導(dǎo)體器件的變流設(shè)備；（電力電子變換器）具有電弧特性的設(shè)備；（電弧爐、電弧焊機(jī)、日光燈、氣體放電光源等）具有磁飽和特