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文檔簡介

1、思 考 題第一章 概 論第一節(jié) 工廠供電的意義、要求及課程任務第二節(jié) 工廠供電系統(tǒng)及其電源和負荷第三節(jié) 電力系統(tǒng)的電壓第四節(jié) 電力系統(tǒng)的中性點運行方式第一節(jié) 工廠供電的意義、要求及課程任務意義: 工廠供電,或者工廠配電,就是指工廠所需電能的供應和分配問題。電能是現代工業(yè)生產的主要能源和動力。 工業(yè)生產應用電能和實現電氣化能大大增加產量,提高產品質量,提高勞動生產率,降低生產成本,減輕工人的勞動強度有利于實現生產過程自動化。 但工廠的電能供應如果突然中斷,則將對工業(yè)生產造成嚴重的后果,甚至可能發(fā)生重大的設備損壞事故或人身傷亡事故。要求: 安全 在電能的供應、分配和使用中,不應發(fā)生人身事故和設備事

2、故。 可靠 應滿足電能用戶對供電可靠性即連續(xù)供電的要求。 優(yōu)質 應滿足電能用戶對電壓質量和頻率質量等方面的要求。 經濟 應使供電系統(tǒng)的投資少,運行費用低,并盡可能地節(jié)約電能和減少有色金屬消耗量。第一節(jié) 工廠供電的意義、要求及課程任務任務: 主要是講述中小型機械類工廠內部的電能供應和分配問題,使學生初步掌握中小型工廠供電系統(tǒng)運行維護及簡單設計計算所必需的基本理論和基本知識,為今后從事工廠供電技術工作奠定初步的基礎。本課程實踐性較強,學習時應注重理論聯(lián)系實際,培養(yǎng)實際實用能力。第一節(jié) 工廠供電的意義、要求及課程任務第二節(jié) 工廠供電系統(tǒng)及其電源和負荷一、工廠供電系統(tǒng) 工廠供電系統(tǒng)是指工廠所需的電力電

3、源從進廠起到所有用電設備入端止的整個電路。 一些中小型工廠的電源進線電壓為10kV(或6kV),某些大中型工廠的電源進線電壓可為35kV及以上,某些小型工廠則可直接采用低壓進線。所謂“低壓”,是指低于1kV的電壓;而1kV以上的電壓則稱為“高壓” 。 這里所謂的“低壓”、“高壓”是從設計制造的角度來劃分的。如果從電氣安全的角度,則按我國電力行業(yè)標準DL40891規(guī)定:“低壓”為設備對地電壓低于250V者;“高壓”為設備對地電壓在250V以上者。一、工廠供電系統(tǒng)(一)具有高壓配電所的工廠供電系統(tǒng)母線:用來匯集和分配電能的導體,又稱“匯流排”。 單母線分段制:用一臺開關分隔開的單母線結線形式 。

4、一、工廠供電系統(tǒng)(二)具有總降壓變電所的工廠供電系統(tǒng)總降壓變電所有兩條35kV及以上的電源進線,采用“橋形結線”。35kV及以上的電壓降為10(或6)kV的電壓再降為220/380V的電壓 (三)高壓深入負荷中心的工廠供電系統(tǒng)一、工廠供電系統(tǒng)(四)只有一個變電所或配電所的工廠供電系統(tǒng)二、發(fā)電廠和電力系統(tǒng) 工廠所需的電力是由發(fā)電廠生產的。但發(fā)電廠大多建設在能源基地附近,往往離用電負荷很遠。為了減少輸電損失,因此發(fā)電廠發(fā)出的電壓一般要經升壓變壓器升壓,而用電負荷的電壓一般是低壓,因此升壓輸送的電能最后要經降壓變壓器降壓。 二、發(fā)電廠和電力系統(tǒng)(一)發(fā)電廠 發(fā)電廠又稱“發(fā)電站”,是將自然界蘊藏的各種

5、一次能源如水力、煤炭、石油、天然氣、風力、地熱、太陽能和核能等,轉換為電能(二次能源)的工廠。 按其利用的能源不同,可分為水力發(fā)電廠、火力發(fā)電廠、核能發(fā)電廠、風力發(fā)電廠、地熱發(fā)電廠、潮汐能發(fā)電廠、太陽能發(fā)電廠等類型。 這里只簡介水力發(fā)電廠、火力發(fā)電廠和核能發(fā)電廠。二、發(fā)電廠和電力系統(tǒng)(一)發(fā)電廠1水力發(fā)電廠 水力發(fā)電廠簡稱“水電廠”或“水電站”。它利用水流的位能來生產電能。水電站的能量轉換過程水流位能機械能電能水輪機發(fā)電機2火力發(fā)電廠和熱電廠 火力發(fā)電廠簡稱“火電廠”或“火電站”。 二、發(fā)電廠和電力系統(tǒng)(一)發(fā)電廠火電廠的能量轉換過程 機械能電能熱能燃料化學能汽輪機發(fā)電機鍋爐二、發(fā)電廠和電力系

6、統(tǒng)(一)發(fā)電廠二、發(fā)電廠和電力系統(tǒng)(一)發(fā)電廠3核能發(fā)電廠 核能發(fā)電廠又稱“核電站”。是利用原子核的裂變能(即“核能”)來生產電能的電站。它的生產過程與火電廠基本相同。 核電站的能量轉換過程 核裂變能核反應堆機械能電能熱能汽輪機發(fā)電機 由各種電壓的電力線路,將各種發(fā)電廠、變電所和電力用戶聯(lián)系起來的一個發(fā)電、輸電、變電、配電和用電的整體,稱為“電力系統(tǒng)”。二、發(fā)電廠和電力系統(tǒng)(二)電力系統(tǒng)三、工廠的電力負荷 電力負荷根據其對供電可靠性的要求及中斷供電在政治、經濟上所造成損失或影響的程度,分為以下三級:(一)電力負荷的分級 1一級負荷 中斷供電將造成人身傷亡;中斷供電將在政治、經濟上造成重大損失;

7、例如重大設備損壞、國民經濟中重點企業(yè)的連續(xù)生產過程被打亂需要長時間才能恢復時。中斷供電將影響有重大政治、經濟意義的用電單位的正常工作;例重要交通樞紐、重要通信樞紐、經常用于國際活動等用電單位中的重要電力負荷。 在一級負荷中,當中斷供電將發(fā)生中毒、爆炸和火災等情況的負荷,以及特別重要場所的不允許中斷供電的負荷,應視為“特別重要的負荷”。三、工廠的電力負荷 電力負荷根據其對供電可靠性的要求及中斷供電在政治、經濟上所造成損失或影響的程度,分為以下三級:(一)電力負荷的分級 1一級負荷 2二級負荷 中斷供電將在政治、經濟上造成較大損失。例如主要設備損壞、大量產品報廢、連續(xù)生產過程被打亂、重點企業(yè)大量減

8、產; 中斷供電將影響重要用電單位的正常工作。例如交通樞紐、通信樞紐等用電單位中的重要電力負荷; 3三級負荷 不屬于一級和二級負荷者應為三級負荷。 三、工廠的電力負荷(二)各級電力負荷對供電電源的要求 1一級負荷對供電電源的要求 一級負荷屬重要負荷,應由兩個獨立電源供電。 一級負荷中“特別重要的負荷”,除由兩個獨立電源供電外,還應增設“應急電源”,并嚴禁將其他負荷接入應急供電系統(tǒng)。 “應急電源”的電源有: 獨立于正常電源的發(fā)電機組; 供電網絡中獨立于正常電源的專用的饋電線路; 蓄電池;干電池。 2二級負荷對供電電源的要求 二級負荷也屬重要負荷。二級負荷宜由兩回線路供電,供電變壓器一般也應有兩臺。

9、 3三級負荷對供電電源的要求 三級負荷屬不重要負荷,對供電電源無特殊要求。 返回第三節(jié) 電力系統(tǒng)的電壓一、概述 電力系統(tǒng)中的所有電氣設備,都是規(guī)定有一定的工作電壓和頻率的。電氣設備在其額定電壓和頻率下工作時,其綜合的經濟效果最好。 我國采用的工業(yè)頻率(簡稱“工頻”)為50HZ,頻率偏差范圍一般規(guī)定為0.5 HZ。如電力系統(tǒng)容量達3000MW及以上時,則頻率偏差范圍規(guī)定為0.2 HZ。 電壓質量,不只是指對額定電壓來說是電壓偏高或偏低即電壓偏差的問題,而且包括電壓波動以及電壓波形是否畸變即是否含有高次諧波成分的問題。 第三節(jié) 電力系統(tǒng)的電壓二、三相交流電網和電力設備的額定電壓表1-1 我國三相交

10、流電網和電力設備的額定電壓分類電網和用電設備額定電壓(kV)發(fā)電機額定電壓(kV)電力變壓器額定電壓(kV)一次繞組二次繞組低壓0.380.400.380.400.660.690.660.69高壓33.153,3.153.15,3.366.36,6.36.3,6.61010.510,10.510.5,1113.8,15.75,18, 20,22,24,2613.8,15.75,18,20,22,24,26353538.5666672.6110110121220220242330330363500500550第三節(jié) 電力系統(tǒng)的電壓二、三相交流電網和電力設備的額定電壓(一)電網(電力線路)的額定電

11、壓 電網的額定電壓等級是國家根據國民經濟發(fā)展的需要及電力工業(yè)的水平,經全面的技術經濟分析后確定的。 (二)用電設備的額定電壓 (三)發(fā)電機的額定電壓 由于同一電壓的線路一般允許的電壓偏差是5,即整個線路允許有10的電壓損耗 。 按線路首端與末端的平均電壓即電網的額定電壓UN 來制造。 第三節(jié) 電力系統(tǒng)的電壓二、三相交流電網和電力設備的額定電壓(四)電力變壓器的額定電壓1電力變壓器一次繞組的額定電壓 變壓器直接與發(fā)電機相連,則其一次繞組額定電壓應與發(fā)電機額定電壓相同,即高于電網額定電壓5。若變壓器不與發(fā)電機直接相連,則應將變壓器看作是線路上的用電設備。2電力變壓器二次繞組的額定電壓 變壓器二次繞

12、組的額定電壓是指變壓器在其一次繞組加上額定電壓時的二次繞組開路電壓(空載電壓)。 第三節(jié) 電力系統(tǒng)的電壓三、電壓偏差和電壓調整(一)電壓偏差 用電設備端子處的電壓偏差U,是以設備端電壓U與設備額定電壓U N 差值的百分值來表示的,即: 電壓偏差是由于系統(tǒng)運行方式改變及負荷緩慢變化而引起的,其變動相當緩慢。要求:電動機為5。 照明:在一般工作場所為5; 其他用電設備當無特殊規(guī)定時為5 (1-1)第三節(jié) 電力系統(tǒng)的電壓三、電壓偏差和電壓調整(一)電壓偏差 (二)電壓調整 為了減小電壓偏差,工廠供電系統(tǒng)必須采取相應的電壓調整措施 : (1)正確選擇變壓器的電壓分接頭或采用有載調壓變壓器 (2)降低系

13、統(tǒng)阻抗 (3)盡量使三相負荷平衡 (4)合理地改變系統(tǒng)的運行方式 (5)采用無功功率補償裝置 第三節(jié) 電力系統(tǒng)的電壓四、電壓波動和閃變及其抑制* (一) 電壓波動和閃變的概念 電壓波動是由于負荷急劇變動引起的。負荷的急劇變動,使系統(tǒng)的電壓損耗也相應快速變化,從而使電氣設備的端電壓出現波動現象。電壓波動對照明的影響最為明顯。人眼對燈閃的主觀感覺,就稱為“閃變”(flicker)。 (二)電壓波動和閃變的抑制 (1)采用專線或專用變壓器供電 (2)降低線路阻抗 (3)選用短路容量較大或電壓等級較高的電網供電 (4)采用靜止補償裝置 第三節(jié) 電力系統(tǒng)的電壓五、高次諧波及其抑制 (一)高次諧波的概念

14、高次諧波是指對周期性非正弦波形按傅里葉方法分解后所得到的頻率為基波頻率整數倍的所有高次分量,而基波頻率就是50Hz。高次諧波簡稱“諧波”。 由于系統(tǒng)中有各種非線性元件(電動機、電焊機、變壓器、晶閘管以及大型整流設備和大型電弧爐等)存在,因而在系統(tǒng)中和用戶處的線路中出現了高次諧波,使電壓或電流波形發(fā)生一定程度的畸變。 當前,高次諧波的干擾已成為電力系統(tǒng)中影響電能質量的一大“公害”。 高次諧波電流通過變壓器、交流電動機會使電動機鐵心損耗明顯增加;系統(tǒng)中的電容器極易因過負荷而燒壞;可能使電力系統(tǒng)發(fā)生電壓諧振;還可能使系統(tǒng)的繼電保護和自動裝置誤動或拒動等。 第三節(jié) 電力系統(tǒng)的電壓五、高次諧波及其抑制

15、(二)高次諧波的抑制 (1)大容量的非線性負荷由短路容量較大的電網供電 (2)三相整流變壓器采用Yd或Dy聯(lián)結 (3)增加整流變壓器二次側的相數 (4)裝設分流濾波器 (5)裝設靜止補償裝置(SVC) 第三節(jié) 電力系統(tǒng)的電壓六、工廠高低壓配電電壓的選擇 (一)工廠高壓配電電壓的選擇 主要取決于當地供電電源電壓及工廠高壓用電設備的電壓、容量和數量等因素。 當工廠的供電電源電壓為35 kV以上時,工廠的高壓配電電壓一般采用10 kV 。僅當6kV用電設備的總容量較大,選用6 kV經濟合理時,才采用6 kV。 (二)工廠低壓配電電壓的選擇 工廠低壓配電電壓的選擇,主要取決于低壓用電設備的電壓。 一般

16、采用220/380V,其中線電壓380V接三相動力設備及380V單相設備,而相電壓220V接220V的照明燈具及其他220V的單相設備。 返回第四節(jié) 電力系統(tǒng)的中性點運行方式 一、概述 我國電力系統(tǒng)中電源(含發(fā)電機和電力變壓器)的中性點通常有三種運行方式: 中性點不接地; 中性點經阻抗接地; 中性點直接接地。 前兩種稱為小電流接地系統(tǒng),后一種稱為大電流接地系統(tǒng)。 第四節(jié) 電力系統(tǒng)的中性點運行方式 一、概述 低壓配電系統(tǒng),按保護接地1的型式,分為TN系統(tǒng)、TT系統(tǒng)和IT系統(tǒng)。 TN系統(tǒng)和TT系統(tǒng)都是中性點直接接地系統(tǒng),且都引出有中性線(N線),因此也稱為“三相四線制系統(tǒng)”。但TN系統(tǒng)中的設備外露

17、可導電部分均采取與公共的保護線(PE線)或保護中性線(PEN線)相連接的保護方式 。 TT 系統(tǒng)中的設備外露可導電部分則采取經各自的PE線直接接地的保護方式。 IT系統(tǒng)的中性點不接地或經阻抗(約1000)接地,且通常不引出中性線,因它一般為三相三線制系統(tǒng),其中設備的外露可導電部分,與TT系統(tǒng)一樣,也是經各自的PE線直接接地 。第四節(jié) 電力系統(tǒng)的中性點運行方式 一、概述 電力系統(tǒng)中電源中性點的不同運行方式,對電力系統(tǒng)的運行特別是在發(fā)生單相接地故障時有明顯的影響,而且還影響到電力系統(tǒng)二次側的保護裝置及監(jiān)察測量系統(tǒng)的選擇與運行,因此有必要予以研究。第四節(jié) 電力系統(tǒng)的中性點運行方式 二、中性點不接地的

18、電力系統(tǒng) 系統(tǒng)正常運行時,三個相的相電壓UA、UB、UC是對稱的,三個相的對地電容電流IC0也是平衡的。因此三個相的電容電流相量和為零,沒有電流在地中流過。每相對地的電壓,就是相電壓。 當系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時,例如C相接地,這時C相對地電壓為零,而A相對地電壓UA=UA(UC) UAC,B相對電壓UB=UB(UC)UBC,完好的A、B兩相對地電壓由原來的相電壓升高到了線電壓,即升高為原對地電壓的倍。 第四節(jié) 電力系統(tǒng)的中性點運行方式 二、中性點不接地的電力系統(tǒng) C相接地時,系統(tǒng)的接地電流(電容電流)IC (ICAICB),IC在相位上正好較C相電壓UC超前90。 IC 3 IC 0 (1-2

19、) 這說明中性點不接地系統(tǒng)中單相接地電容電流為系統(tǒng)正常運行時每相對地電容電流的3倍。 工程上一般采用經驗公式計算其單相接地電容電流。此數值方程為: 必須指出: 當中性點不接地的電力系統(tǒng)中發(fā)生一相接地時,系統(tǒng)的三個線電壓無論相位和量值均未發(fā)生變化,因此系統(tǒng)中的所有設備仍可照常運行。 但是如果另一相又發(fā)生接地故障,則形成兩相接地短路,將產生很大的短路電流,損壞線路及其設備。 我國有關規(guī)程規(guī)定:中性點不接地的電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時,可允許暫時繼續(xù)運行2小時。但必須同時通過系統(tǒng)中裝設的單相接地保護或絕緣監(jiān)察裝置1發(fā)出報警信號或提示,以提醒運行值班人員注意,采取措施,查找和消除接地故障;如有備用線路

20、,則可將負荷轉移到備用線路上去。在經過2小時后,如接地故障尚未消除,則應切除故障線路,以防故障擴大。第四節(jié) 電力系統(tǒng)的中性點運行方式 三、中性點經消弧線圈接地的電力系統(tǒng) 在中性點不接地的電力系統(tǒng)中,如果接地電容電流較大,將在接地點產生斷續(xù)電弧,這就可能使線路發(fā)生電壓諧振現象。 為了消除單相接地時接地點出現間歇性電弧,在單相接地電容電流大于一定值(如前面“概述”中所說)時,系統(tǒng)中性點必須采取經消弧線圈接地的運行方式。 在中性點經消弧線圈接地的系統(tǒng)中,與中性點不接地的系統(tǒng)一樣,在發(fā)生單相接地故障時,三個線電壓不變,因此可允許暫時繼續(xù)運行2小時;但必須發(fā)出指示信號,以便采取措施,查找和消除故障,或將

21、故障線路的負荷轉移到備用線路上去。而且這種系統(tǒng),在一相接地時,另兩相對地電壓也要升高到線電壓,即升高為原對地電壓的 倍。 倍。 第四節(jié) 電力系統(tǒng)的中性點運行方式 三、中性點經消弧線圈接地的電力系統(tǒng) 這種系統(tǒng)發(fā)生單相接地,就造成單相短路(用符號k(1)表示),其單相短路電流I 比線路的正常負荷電流要大許多倍,通常要使線路上的斷路器(開關)自動跳閘或者使熔斷器熔斷,將短路故障部分切除,恢復其他無故障部分的系統(tǒng)正常運行。四、中性點直接接地的電力系統(tǒng)第四節(jié) 電力系統(tǒng)的中性點運行方式 。四、中性點直接接地的電力系統(tǒng)第四節(jié) 電力系統(tǒng)的中性點運行方式 中性點直接接地的系統(tǒng)在發(fā)生一相接地時,其他兩相對地電壓不

22、會升高,這對110kV以上的超高壓系統(tǒng),是很有經濟技術價值的。 絕緣要求的降低,實際上就降低了高壓電器的造價,同時改善了高壓電器的性能。我國規(guī)定:110kV以上的電力系統(tǒng)中性點均采用直接接地的運行方式。第四節(jié) 電力系統(tǒng)的中性點運行方式 五、中性點經低電阻接地的電力系統(tǒng)第四節(jié) 電力系統(tǒng)的中性點運行方式 隨著10kV中壓配電系統(tǒng)不斷擴大,特別是大城市中大量采用電纜,致使接地電容電流增大。當發(fā)生接地故障時,電弧不能自行熄滅;間歇性電弧或諧振引起的過電壓,損壞配電設備和線路,從而導致中斷供電。 為了解決上述問題,我國一些大城市的10kV中壓系統(tǒng)采用了中性點經低電阻接地的方式。 電力系統(tǒng)的中性點運行方式,是一個涉及面很廣的問題。它對于供電可靠性,過電壓和絕緣配合,短路電流,繼電保護,系統(tǒng)穩(wěn)定性以及對弱電系統(tǒng)的干擾等諸方面都有不同程度的影響。因此,電力系統(tǒng)的中性點運行方式,應依據國家的有關規(guī)定,并根據實際情況而確定。返回 1-1 工廠供電對工業(yè)生產有何重要作用?對工廠供電工作有哪些基本要求? 1-2 工廠供電系統(tǒng)包括哪些范圍?變電所和配電所各自的任務是什么? 1-3 水電站、火電站和核電站各采用什么一次能源?各自又是如何

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