工厂供配电技术PPT课件第一章供电系统的基本概念.ppt

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1、工厂供配电技术,供配电技术是电气自动化及生产过程自动化技术专业的一门专业必修课，共40学时，学期结束后进行考试，并进行课程实训。在学习本课程前，应学完电工基础、电子技术基础、电机与拖动基础、工厂电气控制设备等课程。,一、本课程性质、目的和任务,通过本课程学习，使学生初步掌握中小型工厂供电系统运行维护及简单设计计算所需的基本理论和基本知识，为今后从事供配电技术工作奠定一定的基础。,二、课程教学内容,模块一 绪 论,三、部分参考书籍,四、成绩评定方法,作业-20%,平时-10%,期末考试-60%,工厂供电（第4版）刘介才编 机械工业出版社 2004年8月,工厂供电（第2版）苏文成主编 机械工业出版

2、社 1990年10月,工厂供电500问答 刘介才编 兵器工业出版社 1994年6月,工厂供电简明设计手册 刘介才编 机械工业出版社 1993年,供电技术术语,供电，就是指工矿企业所需电能的供应和分配，亦称配电。供电系统：工矿企业的用电系统。工矿企业所需的电力电源从进厂起到所有用电设备入端止的整个电路及其中的变配电设备。供配电技术(Engineering of power and distribution)就是研究电力的供应和分配问题。,学习任务：了解电力用户的电力供应和分配问题；掌握简单供电系统运行、维护和设计计算所需的基础知识和基础理论.前修课程：电路、电子、电机学,第一章 供电系统的基本概

3、念,1.1 电力系统基础1.2 电力系统接线方式1.3 典型企业供电系统1.4 电网中性点运行方式,1.1.1 电力系统1.系统：由相互作用、依赖的若干部分组成的具有特定功能的有机整体，它又从属于一个更大的系统（系统论）2.电力系统：完成电能生产、输送、分配、消费 的统一整体。通常由发电机、变压器、电力线路和负荷等电力设备组成的三相交流系统。,1.1 电力系统基础,3.电力系统组成 一次系统 在工程实际中，常把电力系统中的发电、输变电与供配电等环节叫做一次系统。,1.1 电力系统基础,二次系统：包括继电保护、测量和调度等环节。继电保护主要是对系统中出现的各种故障，如短路、过电流、断相、接地等，

4、进行切断电源或声响报警等动作；测量是对电力系统的运行参数进行在线测定和显示，如电压、电流、功率、功率因数等；调度主要包括负荷分配、功率平衡、电压调整、线路的投入与切除等工作。,1.1 电力系统基础,图11典型的电力系统,1 工厂的电力负荷，根据其对供电可靠性的要求及中断供电造成的损失或影响的程度分为三级。1）一级负荷 这类负荷若供电突然中断将造成对人员的生命危害，或造成重大设备损坏且难以修复，或打乱复杂的生产过程并使大量产品报废，给国民经济带来极大损失。例如冶金企业的炉体冷却水泵、浇铸车间、连续轧钢生产线，矿山企业的主排水泵、主扇风机，化工企业的反应炉、建材行业的水泥回转窑、医院以及国家重要的

5、铁路枢纽、通信枢纽、国防设施等，均属于一级负荷。,1.1.2 电力负荷及对供电的要求,1.1 电力系统基础,2）二级负荷 这类负荷若突然断电，将造成生产设备局部损坏，或生产流程紊乱且恢复较困难，企业内部运输停顿，或出现大量废品或大量减产，因而在经济上造成较大的损失。这类负荷一般允许短时停电几分钟，它在工业企业中占的比例最大。3）三级负荷 三级负荷为一般的电力负荷.,1.1 电力系统基础,2 负荷供电要求 1）一级负荷对供电电源的要求 应由两个独立电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到损坏。独立电源是指不受其它电源的影响与干扰的电源。具备下列两个条件的发电厂或变电所的不同母线段

6、均属独立电源：每段母线的电源来自不同的发电机，且以后的输、变、配电各环节叉均为分列运行；母线段之间无联系，或虽有联系但当其中一段母线发生故障时，能自动断开联系，不影响其余母线段继续供电。,1.1 电力系统基础,特殊重要的一级负荷通常称为保安负荷。对保安负荷必须备有应急使用的可靠电源。常用的应急电源有：独立于正常电源的发电机组，干电池，蓄电池，供电系统中有效地独立于正常电源的专门供电线路。,1.1 电力系统基础,2）二级负荷对供电电源的要求 要求做到当发生供电变压器故障时不致中断供电，或中断后能迅速恢复供电。二级负荷应由两回线路供电，两回线路应尽可能引自不同的变压器或母线段。当取得两回线路确有困

7、难时，允许由一回专用架空线路供电。3）三级负荷对供电电源的要求 对供电电源无特殊要求，允许较长时间停电，可用单回线路供电。,1.1 电力系统基础,在大型工业企业中，一、二级负荷约占总负荷的60以上，因此即使是短时停电所造成的损失也是很大的。此外，各级负荷不能孤立地看待，一个企业中只要有一个一级负荷，则该企业的总降压变电所对于上级供电部门来说就是一级负荷。在掌握了负荷分级及其对供电的要求后，在设计新建企业的供电系统时可以根据实际情况来进行方案的拟定和分析比较，使确定的供电方案在技术经济上最合理。,1.1 电力系统基础,3 用户对供电的要求保证供电安全可靠安全是指不发生人身触电事故和因电气故障而引

8、起的爆炸、火灾等重大灾害事故。供电的可靠性是指供电系统不间断供电的可能程度。保证供电电能质量对于用户，良好的电能质量是指电压偏移不超过额定值的5，频率偏移不超过0.20.5Hz，正弦交流的波形畸变极限值在35的允许范围之内。,1.1 电力系统基础,保证供电系统的经济性 该项要求供电系统的一次投资要少，运行费用要低。在满足前两项要求的前提下，尽可能节约电能和减少有色金属的消耗量。,1.1 电力系统基础,1.1.3 电力系统电压等级1.电力网为何要采用高电压？远距离大容量输电的压降和损耗：容量：压降：损耗：a.截面积与损耗b.绝缘与投资 两方面取折衷,1.1 电力系统基础,线路电压与容量、距离的关

9、系,1.1 电力系统基础,为何要确定额定电压?电网(线路)的额定电压只能使用国家规定的额定电压。它是确定各类电气设备额定电压的基本依据。标准化：避免电压等级数量的无限制扩大，导致互联困难。最佳的技术经济性能：电力设备需要在额定电压下进 行优化设计、制造和使用。,1.1 电力系统基础,用电设备的额定电压:线路首端与末端的平均 电压即电网的额定电压。用电设备的额定电压规定 与同级电网的额定电压相 同。如图中虚线所示。发电机的额定电压:发电机额定电压规定高于同级电网额定电压5,用电设备与发电机的额定电压说明,4 如何确定额定电压?(电压分布:5%),1.1 电力系统基础,电力变压器的额定电压：（1）

10、电力变压器一次绕组的额定电压分两种情况：当变压器直接与发电机相联时，如图中的变压器T1，高于同级电网额定电压5。,电力变压器额定电压说明,当变压器不与发电机相联而是连接在线路上时，如图变压器T2，其一次绕组额定电压应与电网额定电压相同。,1.1 电力系统基础,（2）电力变压器二次绕组的额定电压亦分两种情况：变压器二次侧供电线路较长，如图中的变压器T1，其二次绕组额定电压应比相联电网额定电压高10。,电力变压器额定电压说明,变压器二次侧供电线路不长时，如图中的变压器T2，其二次绕组额定电压只需高于所联电网额定电压5。,1.1 电力系统基础,图：电网额定电压确定示意图,1.1 电力系统基础,5 平

11、均额定电压概念在短路电流计算时，为了简化计算且使问题的处理在技术上合理，习惯上用线路的平均额定电压（Uav）来表示电力网的电压。Uav是指电网始端的最大电压（变压器最大空载电压）和末端受电设备额定电压的平均值，例如额定电压为10kV的电网，其平均额定电压为,1.1 电力系统基础,我国电网额定电压等级,1.1 电力系统基础,1 电压质量 电压质量是电能质量的重要指标之一。它以电压偏差、电压波动与闪变和电压波形来衡量。电压偏差电压偏差是以电压偏离额定电压的幅度，一般以百分数表示，即,1.1.4 供电系统电能质量,1.1 电力系统基础,V%为电压偏差百分数，U为实际电压，UN为额定电压 我国规定了供

12、电电压允许偏差，见下表，要求供电电压的电压偏差不超过允许偏差。,1.1 电力系统基础,电压波动和闪变电压波动是指电压的急剧变化。电压波动程度以电压最大值与最小值之差或其百分数表示，即 U=Umax-Umin 式中，U为电压波动；Umax、Umin为电压波动的最大值和最小值（kV）；UN为额定电压（kV）。周期性电压急剧变化引起光源光通量急剧波动而造成人眼视觉不舒适的现象，称为闪变。,1.1 电力系统基础,波形 波形的质量是以正弦电压波形畸变率来衡量的。在理想情况下，电压波形为正弦波，但电力系统中有大量非线形负荷，使电压波形发生畸变，除基波外，还有各项谐波。,2 频率 频率的质量是以频率偏差来衡

13、量。我国采用的额定频率为50赫兹，在正常情况下，频率的允许 偏差，根据电网的装机容量而定；事故情况下，频率允许偏差更大，频率的允许偏差见下表。,1.1 电力系统基础,电力系统频率的允许偏差,3 供电可靠性 供电可靠性是以对用户停电的时间及次数来衡量。它常用供电可靠率Kre1表示，即实际供电时间与统计期全部时间的比值的百分数表示。,1.1 电力系统基础,供电系统的接线方式按网络接线布置方式可分为放射式、干线式、环式及两端供电式等接线系统；按其网络接线运行方式可分为开式和闭式网络接线系统；按对负荷供电可靠性的要求可分为无备用和有备用接线系统。在有备用接线系统中，其中一回路发生故障时，其余回路能保证

14、全部供电的称为完全备用系统；如果只能保证对重要用户供电的，则称为不完全备用系统。备用系统的投入方式可分为手动投入，自动投入和经常投入等几种。,1.2 供电系统的接线方式,1.2 供电系统的接线方式,1.2.1 供电系统接线方式的要求（一）安全可靠（二）操作方便，运行灵活（三）经济合理（四）便于发展,1.2 供电系统的接线方式,1.2.2 供电系统的接线方式,1 无备用系统接线2 有备用系统的接线双回路放射式环式双回路干线式,1.2 供电系统的接线方式,无备用系统接线,双回路放射式接线,环式接线,双回路干线式接线,1.2.3 变电所的主接线,1 线路变压器组接线 2 桥式接线 3 单母线分段式接

15、线 4 双母线接线,1.2 供电系统的接线方式,线路变压器组接线,单母线分段主接线,桥式接线,双母线接线,电力系统的一个子集，主要包括配电网和负荷。供电系统处于电力系统的末端，经过一至两级降压后直接向负荷供电。1.3.1 供电系统在电力系统中的地位和作用1.3.2 供电系统分类,1.3 典型企业供电系统,系统侧要求 用户侧要求 1 供配电工作:1）保证工厂生产和生活用电的需要 2）搞好“三电”-安全用电、节约用电、计划用电 2 基本要求：安全、可靠、优质、经济,1.3.1 供电系统在电力系统中的地位和作用,1.3 典型企业供电系统,1.3.2 供电系统分类,具有高压配电所的供电系统 具有总降压

16、变电所的供电系统 只有一个变电所或配电所的供电系统高压深入负荷中心的供电系统,1.3 典型企业供电系统,1 具有高压配电所的供电系统,如图所示是一个比较典型的中型工厂供电系统的系统图(system diagram）。可以看出，该厂的高压配电所有两条6-l0kV 的电源进线，分别接在高压配电所的两段母线上。这两段母线间装有一个分段隔离开关，形成所谓“单母线分段制”。,1.3 典型企业供电系统,2 具有总降压变电所的供电系统,如图 总降压变电所高压两回路供电高低压均单母分段接线，,1.3 典型企业供电系统,对于小型工厂，由于所需容量一般不大于1000kVA或稍多，因此通常只设一个降压变电所，将6-

17、l0kV电压降为低压用电设备所需的电压，如图所示。,3 只有一个变电所或配电所的供电系统,1.3 典型企业供电系统,4 高压深入负荷中心的供电系统,这种接线方式无总配电所，而是采用T 接形式接入车间变电所,1.3 典型企业供电系统,1.4 电网中性点运行方式,1.4.1 中性点运行方式分析分类三相交流电系统的中性点是指星形连接的变压器或发 电机中性点。中性点的运行方式有三种：中性点不接地系统中性点经消弧线圈接地系统中性点直接接地系统。,大电流接地系统,小电流接地系统,低压配电系统，按保护接地的形式可分为,TN系统和TT系统都是中性点直接接地系统，且都引出有中性线(N线)，因此都称为“三相四线制

18、系统”。,TN系统 TT系统 IT系统,1）TN系统：中性点直接接地，所有设备的外露可导电部分均接公共的保护线(PE线)或公共的保护中性线(PEN线)。这种接公共PE线或PEN线的方式，通称为“接零”。包括：TN-C系统、TN-S系统、TN-C-S系统，如图a、b、c所示。,优点：节约有色金属和投资，经济，但不适用对安全和抗电磁干扰要求高的场合,有色金属消耗和投资大，且一个设备发生接壳故障，与PE相连设备带电，易触电，但适用对安全和抗电磁干扰要求高的场合,兼有前面两系统的特点，使用比较灵活,中性点直接接地，设备外壳单独经PE接地。,特点：,各设备PE线分开，不会发生电磁干扰问题单相接地时形成单

19、相短路，保护动作于跳闸若绝缘不良而漏电，因漏电电流小过流保护不动 作，使设备外露可导电部分长期带电，易触电装 灵敏度高的漏电保护装置,适用于对安全要求及对抗电磁干扰要求较高的场所,2）TT系统,3）IT系统：,因无N线，所以不适接 为相电压的单相用电设备,各设备PE线分开，不会发生电磁干扰问题因中性点不接地或经高阻接地，单相接地电流小,设备可以继续运行一段时间，但要发出报警以便及 时处理,中性点不接地或经高阻抗接地，设备外壳单独接地。主要用于对连续供电要求较高及有易燃易爆危险的场所。,特点：,、中性点不接地的电力系统,系统正常运行时三个相的相电压和对地电流对称，三个电流向量和为零，地中没有电流

20、流过。,发生单相接地故障时（假设c相接地），线电压不变，而非故障相对地电压升高到原来相电压的 倍 单相接地电流等于正常时单相对地电容电流的三倍。,单相接地电流经验公式：,其中，分别表示同一电压的具有电联系的架空线路和电缆线路的长度（km）,单相接地时，因相电压没有变化，三相用电设备仍能正常工作，但是不允许长期运行。,1.4.3 中性点经消弧线圈接地的电力系统,正常运行：三相电压、电流对称单相接地：另两相对地电压升高为原来的 倍。,消弧线圈,在单相接地电容电流大于一定值的电力系统中，电源中性点必须采取经消弧线圈接地的运行方式。,1.4.4 中性点直接接地的电力系统,正常运行：三相电压、电流对称单

21、相接地：另外两相对地电压不变，单相接地后即通过接地中性点形成单相短路。单相短路电流比线路的正常负荷电流大得多，因此在此系统发生单相短路时保护装置应动作于跳闸，切除短路故障。110KV以上的超高压采用该系统很有经济价值。,1.4.5 中性点不接地方式正常运行时，各相的对地电压均等于相电压，中性点对地电压为零。各相的对地电容电流对称，其电容电流的向量和为零。,1.4 电网中性点运行方式,系统发生单相接地时，接地相对地电压为非接地相对地电压升高为线电压，即为相电压的 倍,接地相的电容电流为零，非接地相的对地电流也增大为 倍,接地电流为正常运行时每相的对地电容电流的3倍。,1.4 电网中性点运行方式,

22、1.4.3 中性点经消弧线圈接地运行方式当中性点不接地系统的单相接地电流超过规定值(310kV系统接地电流大于30A；2063kV 系统接地电流大于10A时，为了避免产生断续电弧引起过电压或造成短路，中性点应经消弧线圈接地，消弧线圈实际上就是电抗线圈。消弧线圈对电容电流的补偿有三种方式：（1）全补偿IL=IC；（2）欠补偿ILIC；（3）过补偿ILIC。实际上都采用过补偿，以防止由全补偿引起的电流谐振，损坏设备或 欠补偿由于部分线路断开造成全补偿。,1.4 电网中性点运行方式,1.4.4 中性点直接接地方式,中性点直接接地系统发生单相接地时，通过接地中性点形成单相短路，产生很大的短路电流，继电保护动作切除故障线路，使系统的其它部分恢复正常运行。由于中性点直接接地，发生单相接地时，中性点对地电压仍为零，非接地的相电压不发生变化。,1.4 电网中性点运行方式,1.4.5 中性点的运行方式及接地点的选择主要取决于单相接地时电气设备绝缘要求及对供电可靠性要求。供电可靠性 绝缘投资与运行维护费用 对继电保护的影响 对通信的影响,1.4 电网中性点运行方式,小 结,中性点直接接地中性点不接地中性点经消弧线圈接地,电力系统的中性点运行方式：,低压配电系统，按保护接地的形式可分：,TN系统 TT系统 IT系统,中性点不接地的电力系统,中性点经消弧线圈接地的电力系统,中性点直接接地的电力系统,