工廠電力系統(tǒng) 海南大學(xué)

1、工 廠 供 電電氣工程系：易細(xì)龍1降壓變壓器車間或家庭電力公司電力工程用電用戶工廠供電2學(xué)時(shí)安排（32學(xué)時(shí)）1.概論 32.工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算 55.工廠電力線路 58.電氣安全、接地與防雷 69.工廠的電氣照明 510.工廠的電能節(jié)約 4復(fù)習(xí)、考試 4合計(jì) 323第一章 概述工廠供電（plant power supply），是指工廠所需電能的供應(yīng)和分配，也稱工廠配電。在工廠里，電能雖然是工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動(dòng)力，但是它在產(chǎn)品成本中所占的比重一般很小（除電化等工業(yè)外）。例如在機(jī)械工業(yè)中，電費(fèi)開支僅占產(chǎn)品成本的5%左右。從投資額來看，一般機(jī)械工業(yè)在供電設(shè)備上的投資，也僅占總投資的5%左右。因

2、此電能在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性，并不在于它在產(chǎn)品成本中或投資總額中所占比重多少，而是在于工業(yè)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)電氣化以后，可以大大增加產(chǎn)量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工人的勞動(dòng)條件，有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化。1.1 工廠供電的意義、要求及課程任務(wù)4從另一方面來說，如果工廠供電突然中斷，則對(duì)工業(yè)生產(chǎn)可能造成嚴(yán)重的后果。例如某些對(duì)供電可靠性要求很高的工廠，即使是極短時(shí)間的停電，也會(huì)引起重大設(shè)備損壞，或引起大量產(chǎn)品報(bào)廢，甚至可能發(fā)生重大的人身事故，給國家和人民帶來經(jīng)濟(jì)上或生態(tài)環(huán)境上甚至政治上的重大損失。因此，做好工廠供電工作對(duì)于發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化，具有十分重要的

3、意義。5工廠供電工作要很好地為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)，切實(shí)保證工廠生產(chǎn)和生活用電的需要，并做好節(jié)能和環(huán)保工作，就必須達(dá)到以下基本要求：(1) 安全 在電能的供應(yīng)、分配和使用中，不應(yīng)發(fā)生人身事故和設(shè)備事故。(2) 可靠 應(yīng)滿足電能用戶對(duì)供電可靠性即連續(xù)供電的要求。(3) 優(yōu)質(zhì) 應(yīng)滿足電能用戶對(duì)電壓和頻率等的質(zhì)量要求。(4) 經(jīng)濟(jì) 供電系統(tǒng)的投資要少，運(yùn)行費(fèi)用要低，并盡可能地節(jié)約電能和減少有色金屬消耗量。6此外，在供電工作中，應(yīng)合理地處理局部和全局、當(dāng)前和長遠(yuǎn)等關(guān)系，既要照顧局部和當(dāng)前的利益，又要有全局觀點(diǎn)，能顧全大局，適應(yīng)發(fā)展。例如計(jì)劃用電問題，就不能只考慮一個(gè)單位的局部利益，更要有全局觀點(diǎn)。 本課程的任

4、務(wù)，主要是講述中小型工廠內(nèi)部的電能供應(yīng)和分配問題，并講述電氣照明，使學(xué)生初步掌握中小型工廠供電系統(tǒng)和電氣照明運(yùn)行維護(hù)和簡單設(shè)計(jì)計(jì)算所必需的基本理論和基本知識(shí)，為今后從事工廠供電技術(shù)工作奠定一定的基礎(chǔ)。71.2. 工廠供電系統(tǒng)及發(fā)電廠、電力系統(tǒng)與工廠的自備電源一. 工廠供電系統(tǒng)概況1）. 一般中型工廠的電源進(jìn)線電壓是610kV。電能先經(jīng)高壓配電所（high-voltage distribution substation，縮寫HDS）集中，再由高壓配電線路將電能分送到各車間變電所（shop transformer substation，縮寫STS），或由高壓配電線路直接供給高壓用電設(shè)備。車間變電所

5、內(nèi)裝設(shè)有配電變壓器，將610kV的高壓降為一般低壓用電設(shè)備所需的電壓如220/380V（220V為相電壓，380V為線電壓），然后由低壓配電線路將電能分送給低壓用電設(shè)備使用。 圖1-1是一個(gè)比較典型的中型工廠供電系統(tǒng)簡圖。該圖未繪出各種開關(guān)電器（除母線和低壓聯(lián)絡(luò)線上裝設(shè)的聯(lián)絡(luò)開關(guān)外），而且只用一根線來表示三相線路，即繪成單線圖的形式。8圖1-1 中型工廠供電系統(tǒng)簡圖9從圖1-1可以看出，該廠的高壓配電所有兩條10kV的電源進(jìn)線，分別接在高壓配電所的兩段母線上。這兩段母線間裝有一個(gè)分段隔離開關(guān)（又稱聯(lián)絡(luò)隔離開關(guān)）形成所謂“單母線分段制”。在任一條電源進(jìn)線發(fā)生故障或進(jìn)行檢修而被切除后，可以利用分段

6、隔離開關(guān)的閉合，由另一條電源進(jìn)線恢復(fù)對(duì)整個(gè)配電所特別是其重要負(fù)荷的供電。這類接線的配電所通常的運(yùn)行方式是：分段隔離開關(guān)閉合，整個(gè)配電所由一條電源進(jìn)線供電，其電源通常來自公共電網(wǎng)（電力系統(tǒng)），而另一條電源進(jìn)線作為備用，通常從鄰近單位取得備用電源。10圖1-1所示高壓配電所有四條高壓配電線，供電給三個(gè)車間變電所。其中1號(hào)車間變電所和3號(hào)車間變電所都只裝有一臺(tái)配電變壓器，而2號(hào)車間變電所裝有兩臺(tái)，并分別由兩段母線供電，其低壓側(cè)又采取單母線分段制，因此對(duì)重要的低壓用電設(shè)備可由兩段母線交叉供電。各車間變電所的低壓側(cè)，設(shè)有低壓聯(lián)絡(luò)線相互連接，以提高供電系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和靈活性。此外，該高壓配電所還有一條高

7、壓配電線，直接供電給一組高壓電動(dòng)機(jī)；另有一條高壓配電線，直接與一組并聯(lián)電容器相連。3號(hào)車間變電所低壓母線上也連接有一組并聯(lián)電容器。這些并聯(lián)電容器都是用來補(bǔ)償無功功率以提高功率因數(shù)用的。 圖1-2是圖1-1（右下重現(xiàn)便于對(duì)照閱讀）所示工廠供電系統(tǒng)的平面布線示意圖。11圖1-2 圖1-1所示工廠供電系統(tǒng)的平面布線示意圖12 2）.對(duì)于大型工廠及某些電源進(jìn)線電壓為35kV及以上的中型工廠，一般經(jīng)兩次降壓：電源進(jìn)廠以后，先經(jīng)總降壓變電所，其中裝有較大容量的電力變壓器，將35kV及以上的電源電壓降為610kV的配電電壓，圖1-3 具有總降壓變電所的工廠供電系統(tǒng)簡圖13然后通過高壓配電線將電能送到各個(gè)車間

8、變電所，也有的中間經(jīng)高壓配電所再送到車間變電所，最后車間變電所經(jīng)配電變壓器降為一般低壓用電設(shè)備所需的電壓。3）.有的35kV進(jìn)線的工廠，只經(jīng)一次降壓，即35kV線路直接引入靠近負(fù)荷中心的車間變電所，經(jīng)車間變電所的配電變壓器直接降為低壓用電設(shè)備所需的電壓，如圖1-4。這種供電方式，稱為高壓深入負(fù)荷中心的直配方式。這種直配方式，可以省去一級(jí)中間變壓，從而簡化了供電系統(tǒng)接線，節(jié)約了投資和有色金屬，降低了電能損耗和電壓損耗，提高了供電質(zhì)量。14圖1-4 高壓深入負(fù)荷中心的工廠供電系 統(tǒng)簡圖 但高壓深入負(fù)荷中心的直配方式。要根據(jù)廠區(qū)的環(huán)境條件是否滿足35kV架空線路深入負(fù)荷中心的“安全走廊”要求而定，否

9、則不能采用，以確保供電安全。15 4）. 對(duì)于小型工廠，由于其容量一般不大于1000kVA或稍多，因此通常只設(shè)一個(gè)降壓變電所，將610kV降為低壓用電設(shè)備所需的電壓，如圖1-5所示。圖1-5 只設(shè)一個(gè)降壓變電所的小型工廠供電系統(tǒng)簡圖a) 裝有一臺(tái)變壓器 b）裝有兩臺(tái)主變壓器165）. 如果工廠所需容量不大于160kVA時(shí)，一般采用低壓電源進(jìn)線，直接由公共低壓電網(wǎng)供電。因此工廠只需設(shè)一個(gè)低壓配電間，如圖1-6所示。圖1-6 低壓進(jìn)線的小型工廠供電系統(tǒng)簡圖 由以上分析可知，配電所的任務(wù)是接受電能和分配電能，不改變電壓；而變電所的任務(wù)是接受電能、變換電壓和分配電能。17供電系統(tǒng)中的母線（busbar

10、），又稱匯流排，其任務(wù)是匯集和分配電能。而工廠供電系統(tǒng)，是指從電源線路進(jìn)廠起到高低壓用電設(shè)備進(jìn)線端止的整個(gè)電路系統(tǒng)，包括工廠內(nèi)的變配電所和所有的高低壓供配電線路。18 二. 發(fā)電廠和電力系統(tǒng)簡介 由于電能的生產(chǎn)、輸送、分配和使用的全過程，實(shí)際上是在同一瞬間實(shí)現(xiàn)的，彼此相互影響，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)電源方向的發(fā)電廠和電力系統(tǒng)的一些基本知識(shí)。(一) 發(fā)電廠 發(fā)電廠（power plant）又稱發(fā)電站，是將自然界蘊(yùn)藏的各種一次能源轉(zhuǎn)換為電能（二次能源）的工廠。 發(fā)電廠按其所利用的能源不同，分為水力發(fā)電廠、火力發(fā)電廠、核能發(fā)電廠以及風(fēng)力發(fā)電廠、地?zé)岚l(fā)電廠、太陽能發(fā)電

11、廠等類型。 191. 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(chǎn)電能。當(dāng)控制水流的閘門打開時(shí)，水流沿進(jìn)水管進(jìn)入水輪機(jī)蝸殼室，沖動(dòng)水輪機(jī)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。其能量轉(zhuǎn)換過程是：20由于水電站的發(fā)電容量與水電站所在地點(diǎn)上下游的水位差（即落差，又稱水頭）及流過水輪機(jī)的水量（即流量）的乘積成正比，所以建造水電站，必須用人工的辦法來提高水位。最常用的提高水位的辦法，是在河流上建造一道很高的攔河壩，形成水庫，提高上游水位，使壩的上下游形成盡可能大的落差，水電站就建在壩的后邊。這類水電站，稱為壩后式水電站。我國一些大型水電站包括長江三峽水電站就屬于這種類型。另一種提高水位的辦法，是在具有相

12、當(dāng)坡度的彎曲河段上游，筑一低壩，攔住河水，然后利用溝渠或隧道，將上游水流直接引至建設(shè)在彎曲河段末端的水電站。這類水電站，稱為引水式水電站。還有一類水電站，是上述兩種方式的綜合，由高壩和引水渠道分別提高一部分水位。這類水電站，稱為混合式水電站。21水電建設(shè)的初投資較大，建設(shè)周期較長，但發(fā)電成本較低，僅為火電發(fā)電成本的1/31/4；而且水電屬于清潔、可再生的能源，有利于環(huán)境保護(hù)；同時(shí)水電建設(shè)，通常還兼有防洪、灌溉、航運(yùn)、水產(chǎn)養(yǎng)殖和旅游等多項(xiàng)功能。而我國的水力資源十分豐富（特別是我國的西南地區(qū)），居世界首位。因此我國確定要大力發(fā)展水電，并實(shí)施“西電東送”工程，以促進(jìn)整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。22 2. 火

13、力發(fā)電廠 火力發(fā)電廠簡稱火電廠，它利用燃料的化學(xué)能來生產(chǎn)電能。我國的火電廠以燃煤為主。為了提高燃煤效率，都將煤塊粉碎成煤粉燃燒。煤粉在鍋爐的爐膛內(nèi)充分燃燒，將鍋爐內(nèi)的水燒成高溫高壓的蒸汽，推動(dòng)汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電。其能量轉(zhuǎn)換過程是：23 現(xiàn)代火電廠一般都根據(jù)節(jié)能減排和環(huán)保要求，考慮了“三廢”（廢水、廢汽、廢渣）的綜合利用或循環(huán)使用。有的不僅發(fā)電，而且供熱。兼供熱能的火電廠，稱為熱電廠。 火電建設(shè)的重點(diǎn)，是煤炭基地的坑口電站。我國一些嚴(yán)重污染環(huán)境的低效火電廠，已按節(jié)能減排的要求陸續(xù)予以關(guān)停。我國火電發(fā)電量在整個(gè)發(fā)電量中的比重已逐年降低。24 3. 核能發(fā)電廠 核能（原子能）發(fā)電廠通稱核電站，

14、它主要是利用原子核的裂變能來生產(chǎn)電能。其生產(chǎn)過程與火電廠基本相同，只是以核反應(yīng)堆（俗稱原子鍋爐）代替燃煤鍋爐，以少量的核燃料代替大量的煤炭。其能量轉(zhuǎn)換過程是：由于核能是巨大的能源，而且核電也是相當(dāng)安全和清潔的能源。我國在上世紀(jì)80年代就確定要適當(dāng)發(fā)展核電，并已陸續(xù)興建了秦山、大亞灣、嶺澳等多座大型核電站。254. 風(fēng)力發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電和太陽能發(fā)電簡介 (1) 風(fēng)力發(fā)電：它建在有豐富風(fēng)力資源的地方，利用風(fēng)力的動(dòng)能來生產(chǎn)電能。風(fēng)能是一種取之不盡的清潔、價(jià)廉和可再生的能源，因此我國確定要大力發(fā)展。但是風(fēng)能的能量密度較小，因此單機(jī)容量不可能很大；而且它是一種具有隨機(jī)性和不穩(wěn)定性的能源，因此風(fēng)力發(fā)電必須配

15、備一定的蓄電裝置，以保證其連續(xù)供電。 (2) 地?zé)岚l(fā)電：它建在有足夠地?zé)豳Y源的地方，利用地球內(nèi)部蘊(yùn)藏的大量地?zé)豳Y源來生產(chǎn)電能。地?zé)岚l(fā)電不消耗燃料，運(yùn)行費(fèi)用低。它不象火力發(fā)電那樣，要排出大量灰塵和煙霧，因此地?zé)徇€是屬于比較清潔的能源。但是地下水和蒸氣中大多含有硫化氫、氨和砷等有害物質(zhì)，因此對(duì)其排出的廢水要妥善處理，以免污染環(huán)境。26(3) 太陽能發(fā)電：它利用太陽的光能或熱能來生產(chǎn)電能。利用太陽光能發(fā)電，是通過光電轉(zhuǎn)換元件如光電池等直接將太陽光能轉(zhuǎn)換為電能。這已廣泛應(yīng)用在人造地球衛(wèi)星和宇航裝置上。利用太陽熱能發(fā)電，可分直接轉(zhuǎn)換和間接轉(zhuǎn)換兩種方式。溫差發(fā)電、熱離子發(fā)電和磁流體發(fā)電，均屬于熱電直接轉(zhuǎn)換

16、。而通過集熱裝置和熱交換器，加熱給水，使之變?yōu)檎羝?，推?dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電，與火電發(fā)電相同，屬于間接轉(zhuǎn)換發(fā)電。太陽能發(fā)電廠建在常年日照時(shí)間較長的地方。太陽能是一種十分安全、經(jīng)濟(jì)、沒有污染而且是取之不盡的能源。我國的太陽能資源也相當(dāng)豐富，利用太陽能發(fā)電大有可為。27(二) 電力系統(tǒng) 為了充分利用動(dòng)力資源，減少燃料運(yùn)輸，降低發(fā)電成本，因此有必要在有水力資源的地方建造水電站，而在有燃料資源的地方建造火電廠。但這些有動(dòng)力資源的地方，往往離用電中心較遠(yuǎn)，所以必須用高壓輸電線路進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電，如圖1-7所示。28圖1-7 從發(fā)電廠到用戶的送電過程示意圖29 由各級(jí)電壓的電力線路將一些發(fā)電廠、變電所和電力用戶聯(lián)

17、系起來的一個(gè)發(fā)電、輸電、變電、配電和用電的整體，稱為電力系統(tǒng)（power system）。圖1-8是一個(gè)大型電力系統(tǒng)簡圖。30電力系統(tǒng)中各級(jí)電壓的電力線路及其聯(lián)系的變電所，稱為電力網(wǎng)或電網(wǎng)（power network）。但習(xí)慣上，電網(wǎng)或系統(tǒng)往往以電壓等級(jí)來區(qū)分，如說10kV電網(wǎng)或10kV系統(tǒng)。這里所說的電網(wǎng)或系統(tǒng)，實(shí)際上是指某一電壓級(jí)的相互聯(lián)系的整個(gè)電力線路。 電網(wǎng)可按電壓高低和供電范圍大小分為區(qū)域電網(wǎng)和地方電網(wǎng)。區(qū)域電網(wǎng)的范圍大，電壓一般在220kV及以上。地方電網(wǎng)的范圍較小，最高電壓一般不超過110kV。工廠供電系統(tǒng)就屬于地方電網(wǎng)的一種。電力系統(tǒng)加上發(fā)電廠的動(dòng)力部分及其熱能系統(tǒng)和熱能用戶，

18、就稱為動(dòng)力系統(tǒng)。31現(xiàn)在各國建立的電力系統(tǒng)越來越大，甚至建立跨國的電力系統(tǒng)或聯(lián)合電網(wǎng)。我國規(guī)劃，到2020年，要在做到水電、火電、核電和新能源合理利用和開發(fā)的基礎(chǔ)上，形成全國聯(lián)合電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)電力資源在全國范圍內(nèi)的合理配置和可持續(xù)發(fā)展。 建立大型電力系統(tǒng)或聯(lián)合電網(wǎng)，可以更經(jīng)濟(jì)合理地利用動(dòng)力資源，首先是充分利用水力資源，減少燃料運(yùn)輸費(fèi)用，減少電能消耗和溫室氣體排放，降低發(fā)電成本，保證電能質(zhì)量（即電壓和頻率合乎規(guī)范要求），并大大提高供電可靠性，有利于整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展。32 三. 工廠的自備電源簡介 對(duì)于工廠的重要負(fù)荷，一般要求在正常供電電源之外，設(shè)置應(yīng)急自備電源。最常用的自備電源是柴油發(fā)電機(jī)組。

19、對(duì)于重要的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等，則還須另設(shè)不停電電源（亦稱不間斷電源，UPS:uninterrupted power supply）。33(一) 采用柴油發(fā)電機(jī)組的自備電源 采用柴油發(fā)電機(jī)組作應(yīng)急自備電源具有下列優(yōu)點(diǎn)： (1) 柴油發(fā)電機(jī)組操作簡便，啟動(dòng)迅速。當(dāng)公共電網(wǎng)供電中斷時(shí)，一般能在1015s的短時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)并接上負(fù)荷，這是汽輪發(fā)電機(jī)組無法作到的。 (2) 柴油發(fā)電機(jī)組效率較高（其熱效率可達(dá)30%40%），功率范圍大（從幾千瓦至幾千千瓦），且體積較小，重量較輕，便于搬運(yùn)和安裝。特別是在高層建筑中，采用體型緊湊的高效柴油發(fā)電機(jī)組作備用電源是最為合適的。(3) 柴油發(fā)電機(jī)組的燃料是柴油，它儲(chǔ)存和運(yùn)輸都

20、很方便。這是以煤為燃料的汽輪發(fā)電機(jī)組所無法相比的。(4) 柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行可靠，維護(hù)方便。作為應(yīng)急的備用電源。可靠性是非常重要的指標(biāo)。34柴油發(fā)電機(jī)組也有運(yùn)行中噪聲和振動(dòng)較大、過載能力較小等缺點(diǎn)。因此在柴油發(fā)電機(jī)房的選址和布置上，應(yīng)該考慮減小其對(duì)周圍環(huán)境的影響，盡量采取減振和消聲的措施。在選擇機(jī)組容量時(shí)，應(yīng)根據(jù)應(yīng)急負(fù)荷的要求留有一定的裕量；投運(yùn)時(shí)，應(yīng)避免過負(fù)荷和特大沖擊負(fù)荷的影響。 柴油發(fā)電機(jī)組按啟動(dòng)控制方式分，有普通型、自啟動(dòng)型和全自動(dòng)化型等型。作為應(yīng)急電源，應(yīng)選自啟動(dòng)型或全自動(dòng)化型。自啟動(dòng)型柴油發(fā)電機(jī)組在公共電網(wǎng)停電時(shí)，能自行啟動(dòng)；全自動(dòng)化型，則不僅在公共電網(wǎng)停電時(shí)能自行啟動(dòng)，而且在公共電

21、網(wǎng)恢復(fù)供電時(shí)能使柴油發(fā)電機(jī)組自動(dòng)退出運(yùn)行。 圖1-9是采用快速自啟動(dòng)型柴油發(fā)電機(jī)組作備用電源的主接線圖，正常供電電源為10kV公共電網(wǎng)。35 (二) 采用交流不停電電源的自備電源 交流不停電電源（UPS）主要由整流器（UR）、逆變器（UV）和蓄電池組（GB）等三部分組成，其示意圖如圖1-10所示。圖1-10 不停電電源（UPS）組成示意圖 36 公共電網(wǎng)正常供電時(shí)，交流電源經(jīng)晶閘管整流器UR轉(zhuǎn)換為直流，對(duì)蓄電池組GB充電。當(dāng)公共電網(wǎng)突然停電時(shí)，電子開關(guān)QV在保護(hù)裝置作用下進(jìn)行切換，使UPS投入工作，蓄電池組GB放電，經(jīng)逆變器UV轉(zhuǎn)換為交流，恢復(fù)對(duì)重要負(fù)荷的供電。 不停電電源（UPS）較之柴油發(fā)

22、電機(jī)組，具有體積小、效率高、無噪聲、無振動(dòng)、維護(hù)費(fèi)用低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，但其容量相對(duì)較小，主要用于電子計(jì)算機(jī)中心、工業(yè)自動(dòng)控制中心等重要場所。 37要求頻率和電壓質(zhì)量較高的場合，宜采用高精度的穩(wěn)頻穩(wěn)壓式不停電電源作備用電源。其穩(wěn)頻穩(wěn)壓系統(tǒng)主要是通過逆變器來實(shí)現(xiàn)的。穩(wěn)頻工作由逆變器中觸發(fā)電路的穩(wěn)頻觸發(fā)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)采用晶體振蕩器為振蕩源組成分頻式觸發(fā)電路時(shí)，可使逆變器具有相當(dāng)穩(wěn)定的輸出頻率。而交流輸出電壓的穩(wěn)定工作則多從對(duì)逆變器進(jìn)行調(diào)制性控制來實(shí)現(xiàn)。單脈沖脈寬調(diào)制法最為簡便實(shí)用，因而被廣泛應(yīng)用。38穩(wěn)頻穩(wěn)壓式不停電電源的工作原理電路簡圖如圖1-11所示。 圖1-11 穩(wěn)頻穩(wěn)壓式不停電電源的工作原

23、理電路簡圖1-整流器 2-直流濾波器 3-逆變器 4-級(jí)聯(lián)變壓器 5-交流濾波器 6-電子開關(guān) 7-蓄電池組 8-整流器 39 正常情況下，重要負(fù)荷由公共電網(wǎng)供電，交流電經(jīng)整流器1整成直流電，并向逆變器3供電。為了保證供電質(zhì)量，在逆變器3之前裝設(shè)有直流濾波器2，使整流后的脈動(dòng)電壓轉(zhuǎn)換為無脈動(dòng)的直流電壓。在逆變器3將直流電逆變?yōu)榻涣麟姷倪^程中，可通過反饋控制環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)交流電的穩(wěn)壓和穩(wěn)頻。逆變器3的輸出端又聯(lián)接有變壓器4，采取級(jí)聯(lián)方式，既可改變電壓，又可吸收諧波，使逆變器3的方波輸出變換為階梯波輸出。為了使輸出的交流電波形改善，又在變壓器4之后裝設(shè)了交流濾波器5，從而使交流濾波器5輸出的交流電為純正

24、弦波。通過以上幾個(gè)環(huán)節(jié)的處理，可使電源的輸出為穩(wěn)壓、穩(wěn)頻且為純正弦波的高質(zhì)量電壓。40在公共電網(wǎng)正常供電情況下，蓄電池組7通過整流器8將電網(wǎng)的交流電整成直流電而得到充電。 當(dāng)公共電網(wǎng)停電時(shí)，保護(hù)裝置使電子開關(guān)（符號(hào)QV）6動(dòng)作，其觸點(diǎn)QV1-2閉合，使蓄電池組7對(duì)逆變器3的回路放電，從而使其交流輸出端可不間斷地對(duì)重要負(fù)荷供電。與此同時(shí)，電子開關(guān)觸點(diǎn)QV3-4斷開。在公共電網(wǎng)恢復(fù)供電時(shí)，保護(hù)裝置又使電子開關(guān)6的觸點(diǎn)切換，QV1-2斷開，切斷蓄電池組放電回路，而QV3-4閉合，接通電網(wǎng)的供電回路。這種穩(wěn)頻穩(wěn)壓式不停電電源系統(tǒng)通常還配備足夠容量的快速自啟動(dòng)的柴油發(fā)電機(jī)組作備用電源，以彌補(bǔ)蓄電池組容量

25、之不足。41第三節(jié) 電力系統(tǒng)的電壓與電能質(zhì)量 一. 概 述 電力系統(tǒng)中的所有設(shè)備，都是在一定的電壓和頻率下工作的。電壓和頻率是衡量電能質(zhì)量的兩個(gè)基本參數(shù)。 我國一般交流電力設(shè)備的額定頻率為50Hz，此頻率通稱為“工頻”（工業(yè)頻率）。按電力工業(yè)部1996年發(fā)布施行的供電營業(yè)規(guī)則規(guī)定：在電力系統(tǒng)正常情況下，工頻的頻率偏差一般不得超過。如果電力系統(tǒng)容量達(dá)到300萬kW 或以上時(shí)，頻率偏差則不得超過。在電力系統(tǒng)非正常狀況下，頻率偏差不應(yīng)超過1Hz。但是頻率的調(diào)整，主要依靠發(fā)電廠來調(diào)整發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。42對(duì)工廠供電系統(tǒng)來說，提高電能質(zhì)量主要是提高電壓質(zhì)量的問題。電壓質(zhì)量是按照國家標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范對(duì)電力系統(tǒng)電壓的

26、偏差、波動(dòng)、波形及其三相的對(duì)稱性（平衡性）等的一種質(zhì)量評(píng)估。 電壓偏差是指電氣設(shè)備的端電壓與其額定電壓之差，通常以其對(duì)額定電壓的百分值來表示。 電壓波動(dòng)是指電網(wǎng)電壓有效值（方均根值）的快速變動(dòng)。電壓波動(dòng)值以用戶公共供電點(diǎn)在時(shí)間上相鄰的最大與最小電壓方均根值之差對(duì)電網(wǎng)額定電壓的百分值來表示。電壓波動(dòng)的頻率用單位時(shí)間內(nèi)電壓波動(dòng)（變動(dòng)）的次數(shù)來表示。 電壓波形的好壞，以其對(duì)正弦波形畸變的程度來衡量。 三相電壓的平衡情況，以其不平衡度來衡量。43二. 三相交流電網(wǎng)和電力設(shè)備的額定電壓按GB/T156-2007標(biāo)準(zhǔn)電壓規(guī)定，我國三相交流電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)的額定電壓如表1-1所示。表中的變壓器一、二次繞組額定電

27、壓，是依據(jù)我國電力變壓器標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品規(guī)格確定的。(一) 電網(wǎng)(電力線路)的額定電壓 電網(wǎng)(電力線路)的額定電壓(標(biāo)稱電壓)等級(jí),是國家根據(jù)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要和電力工業(yè)發(fā)展的水平，經(jīng)全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析后確定的.它是確定各類電力設(shè)備額定電壓的基本依據(jù).44 表1-1 我國三相交流電網(wǎng)和電力設(shè)備的額定電壓45 (二) 用電設(shè)備的額定電壓 由于電力線路運(yùn)行時(shí)（有電流通過時(shí)）要產(chǎn)生電壓降，所以線路上各點(diǎn)的電壓略有不同，如圖1-12中虛線所示。但是批量生產(chǎn)的用電設(shè)備，其額定電壓不可能按使用處線路的實(shí)際電壓來制造，而只能按線路首端與末端的平均電壓即電網(wǎng)的額定電壓UN（N為英文nominal的縮寫）來制造。因此用

28、電設(shè)備的額定電壓規(guī)定與同級(jí)電網(wǎng)的額定電壓相同。 但是，按GB/T11022-1999高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共同技術(shù)要求規(guī)定，高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備的額定電壓按其允許的最高工作電壓來標(biāo)注，即其額定電壓不得小于它所在系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最高電壓，如表1-2所示。我國現(xiàn)在生產(chǎn)的高壓設(shè)備大多已按此新規(guī)定標(biāo)注。46表1-2 系統(tǒng)的額定電壓、最高電壓和部分高壓設(shè)備的額定電壓 （單位：kV）3.56.91240.56.911.540.53.67.21240.5 3.5 6.911.540.5361035熔 斷 器額定電壓穿墻套管額定電壓高壓開關(guān)、互感器及支柱絕緣子的額定電壓系統(tǒng)最高電壓系統(tǒng)額定電壓47 (三

29、) 發(fā)電機(jī)的額定電壓 由于電力線路允許的電壓偏差一般為5%，即整個(gè)線路允許有10% 的電壓損耗，因此為了維持線路的平均電壓在額定電壓值，線路首端(電源端)的電壓應(yīng)較線路額定電壓高5%，而線路末端電壓則較線路額定電壓低5%，如圖1-12所示。所以發(fā)電機(jī)額定電壓按規(guī)定應(yīng)高于同級(jí)電網(wǎng)（線路）額定電壓5%。圖1-12 用電設(shè)備和發(fā)電機(jī)的額定電壓說明48 (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 分兩種情況：(1)當(dāng)變壓器直接與發(fā)電機(jī)相連時(shí)，如圖1-13中的變壓器T1，其一次繞組額定電壓應(yīng)與發(fā)電機(jī)額定電壓相同，即高于同級(jí)電網(wǎng)額定電壓5%。(2)當(dāng)變壓器不與發(fā)電機(jī)相連而是連接在線路

30、上時(shí)，如圖1-13中的變壓器T2，則可將它看作是線路的用電設(shè)備，因此其一次繞組額定電壓應(yīng)與電網(wǎng)額定電壓相同。圖1-13 電力變壓器的額定電壓說明49 2. 電力變壓器二次繞組的額定電壓 亦分兩種情況：(1)變壓器二次側(cè)供電線路較長，如為較大的高壓電網(wǎng)時(shí)，如圖1-13中的變壓器T1，其二次繞組額定電壓應(yīng)比相連電網(wǎng)額定電壓高10%，其中有5%是用于補(bǔ)償變壓器滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)繞組內(nèi)部的約5%的電壓降，因?yàn)樽儔浩鞫卫@組的額定電壓是指變壓器一次繞組加上額定電壓時(shí)二次繞組開路的電壓；此外，變壓器滿負(fù)荷時(shí)輸出的二次電壓還要高于電網(wǎng)額定電壓5%，以補(bǔ)償線路上的電壓損耗。(2)變壓器二次側(cè)供電線路不長，如為低壓電

31、網(wǎng)或直接供電給高低壓用電設(shè)備時(shí)，如圖1-13中的變壓器T2，其二次繞組額定電壓只需高于電網(wǎng)額定電壓5%，僅考慮補(bǔ)償變壓器滿負(fù)荷時(shí)繞組內(nèi)部5%的電壓降。 50 (五) 電壓高低的劃分 我國現(xiàn)在統(tǒng)一以1000V（或略高，如GB1497-1985低壓電器基本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：交流50Hz、額定電壓1200V及以下或直流額定電壓1500V及以下的電器，屬于其標(biāo)準(zhǔn)所指的低壓電器）為界線來劃分電壓的高低，如前表1-1所示： 低壓指額定電壓在1000V及以下者； 高壓指額定電壓在1000V以上者。 此外，尚有細(xì)分為低壓、中壓、高壓、超高壓和特高壓者：1000V及以下為低壓；1000V至10kV或35kV為中壓；35

32、kV或以上至110kV或220kV為高壓；220kV或330kV及以上為超高壓；800kV及以上為特高壓。不過這種電壓高低的劃分，尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，因此劃分的界線并不十分明確。51 三. 電壓偏差與電壓調(diào)整(一) 電壓偏差的有關(guān)概念 1. 電壓偏差的含義 電壓偏差又稱電壓偏移，是指給定瞬間設(shè)備的端電壓與設(shè)備額定電壓之差對(duì)額定電壓的百分值，即52 . 電壓對(duì)設(shè)備運(yùn)行的影響 () 對(duì)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的影響當(dāng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)端電壓較其額定電壓低10時(shí)，由于轉(zhuǎn)矩與端電壓平方成正比( )，因此其實(shí)際轉(zhuǎn)矩將只有額定轉(zhuǎn)矩的81，而負(fù)荷電流將增大510以上，溫升將增高1015以上，絕緣老化程度將比規(guī)定增加一倍以上，從而明顯地

33、縮短電機(jī)的使用壽命。而且由于轉(zhuǎn)矩減小，轉(zhuǎn)速下降，不僅會(huì)降低生產(chǎn)效率，減少產(chǎn)量，而且還會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量，增加廢、次品。當(dāng)其端電壓較其額定電壓偏高時(shí)，負(fù)荷電流和溫升也將增加，絕緣相應(yīng)受損，對(duì)電機(jī)同樣不利，也要縮短其使用壽命。 53 () 對(duì)同步電動(dòng)機(jī)的影響當(dāng)同步電動(dòng)機(jī)的端電壓偏高或偏低時(shí)，由于轉(zhuǎn)矩也要按電壓平方成正比變化，因此同步電動(dòng)機(jī)的電壓偏差，除了不會(huì)影響其轉(zhuǎn)速外，其他如對(duì)轉(zhuǎn)矩、電流和溫升等的影響，均與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相同。 () 對(duì)電光源的影響電壓偏差對(duì)白熾燈的影響最為顯著。當(dāng)白熾燈的端電壓降低10%時(shí)，燈泡的使用壽命將延長23倍，但發(fā)光效率將下降30% 以上，燈光明顯變暗，照度降低，嚴(yán)重影響人的視

34、力健康，降低工作效率，還可能增加事故。當(dāng)其端電壓升高10% 時(shí)，發(fā)光效率將提高1/3，但其使用壽命將大大縮短，只有原來的1/3左右。電壓偏差對(duì)熒光燈及其他氣體放電燈的影響不像對(duì)白熾燈那樣明顯，但也有一定的影響。當(dāng)其端電壓偏低時(shí)，燈管不易啟燃。如果多次反復(fù)啟燃，則燈管壽命將大受影響；而且電壓降低時(shí)，照度下降，影響視力工作。當(dāng)其電壓偏高時(shí)，燈管壽命又要縮短。 543. 允許的電壓偏差 GB500521995供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，在系統(tǒng)正常運(yùn)行情況下，用電設(shè)備端子處的電壓偏差允許值(以額定電壓的百分?jǐn)?shù)表示)宜符合下列要求： (1) 電動(dòng)機(jī)為5%； (2) 電氣照明：在一般工作場所為5%；對(duì)于遠(yuǎn)離變

35、電所的小面積一般工作場所，難以滿足上述要求時(shí)，可為 5% 10%；應(yīng)急照明、道路照明和警衛(wèi)照明等，為 5% 10%。 (3) 其他用電設(shè)備，當(dāng)無特殊規(guī)定時(shí)為5%。55 (二) 電壓調(diào)整的措施 為了滿足用電設(shè)備對(duì)電壓偏差的要求，供電系統(tǒng)必須采取相應(yīng)的電壓調(diào)整措施： (1) 正確選擇無載調(diào)壓型變壓器的電壓分接頭或采用有載調(diào)壓變壓器 我國工廠供電系統(tǒng)中應(yīng)用的610kV電力變壓器，一般為無載調(diào)壓型，其高壓繞組（一次繞組）有UN5%的電壓分接頭，并裝設(shè)有無載調(diào)壓分接開關(guān)，如圖1-14所示。如果設(shè)備端電壓偏高，則應(yīng)將分接開關(guān)換接到+5%的分接頭，以降低設(shè)備端電壓。如果設(shè)備端電壓偏低，則應(yīng)將分接開關(guān)換接到-

36、5%的分接頭，以升高設(shè)備端電壓。56但是這只能在變壓器無載條件下進(jìn)行調(diào)節(jié)，使設(shè)備端電壓較接近于設(shè)備額定電壓，而不能按負(fù)荷的變動(dòng)實(shí)時(shí)地自動(dòng)調(diào)節(jié)電壓。如果用電負(fù)荷中有的設(shè)備對(duì)電壓偏差要求嚴(yán)格，采用無載調(diào)壓型變壓器滿足不了要求，而這些設(shè)備單獨(dú)裝設(shè)調(diào)壓裝置在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上又不合理時(shí)，可以采用有載調(diào)壓型變壓器，使之在負(fù)荷情況下自動(dòng)調(diào)節(jié)電壓，保證設(shè)備端電壓的穩(wěn)定。57圖1-14 電力變壓器的分接開關(guān)a) 分接開關(guān)接線 b) 分接開關(guān)結(jié)構(gòu)58(2) 合理減小系統(tǒng)的阻抗 由于供電系統(tǒng)中的電壓損耗與系統(tǒng)中各元件包括變壓器和線路的阻抗成正比，因此可考慮減少系統(tǒng)的變壓級(jí)數(shù)、適當(dāng)增大導(dǎo)線電纜的截面或以電纜取代架空線等來減

37、小系統(tǒng)阻抗，降低電壓損耗，從而減小電壓偏差，達(dá)到電壓調(diào)整的目的。但是增大導(dǎo)線電纜的截面及以電纜取代架空線，要增加線路投資，因此應(yīng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)的分析比較，合理時(shí)才采用。59(3) 合理改變系統(tǒng)的運(yùn)行方式 在一班制或兩班制的工廠或車間中，工作班的時(shí)間內(nèi)，負(fù)荷重，往往電壓偏低， 因此需要將變壓器高壓繞組的分接頭調(diào)在-5%的位置上。但這樣一來，到晚上負(fù)荷輕時(shí)，電壓就會(huì)過高。這時(shí)如能切除變壓器，改用與相鄰變電所相連的低壓聯(lián)絡(luò)線供電，既可減少這臺(tái)變壓器的電能損耗，又可由于投入低壓聯(lián)絡(luò)線而增加線路的電壓損耗，從而降低所出現(xiàn)的高電壓。對(duì)于兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行的變電所，在負(fù)荷輕時(shí)切除一臺(tái)變壓器，同樣可起到降低電壓

38、過高的作用。60(4) 盡量使系統(tǒng)的三相負(fù)荷均衡 在有中性線的低壓配電系統(tǒng)中，如果三相負(fù)荷分布不均衡，則將使負(fù)荷端中性點(diǎn)電位偏移，造成有的相電壓升高，從而增大線路的電壓偏差。為此，應(yīng)使三相負(fù)荷分布盡可能均衡，以降低電壓偏差。61(5) 采用無功功率補(bǔ)償裝置 電力系統(tǒng)中由于存在大量的感性負(fù)荷，如電力變壓器、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、電焊機(jī)、高頻爐、氣體放電燈等，因此會(huì)出現(xiàn)相位滯后的無功功率，導(dǎo)致系統(tǒng)的功率因數(shù)降低及電壓損耗和電能損耗增大。為了提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低電壓損耗和電能損耗，可采用并聯(lián)電容器或同步補(bǔ)償機(jī)，使之產(chǎn)生相位超前的無功功率，以補(bǔ)償系統(tǒng)中相位滯后的無功功率。這些專門用于補(bǔ)償無功功率的并聯(lián)電容器

39、和同步補(bǔ)償機(jī)，統(tǒng)稱為無功補(bǔ)償設(shè)備。由于并聯(lián)電容器無旋轉(zhuǎn)部分，具有安裝簡便、運(yùn)行維護(hù)方便、有功損耗小、組裝靈活和便于擴(kuò)充等優(yōu)點(diǎn)，因此并聯(lián)電容器在工廠供電系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。但必須指出，采用專門的無功補(bǔ)償設(shè)備，雖然電壓調(diào)整的效果顯著，卻增加了額外投資，因此在進(jìn)行電壓調(diào)整時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮前面所述各項(xiàng)措施，以提高供電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效果。62 四. 電壓波動(dòng)及其抑制 (一) 電壓波動(dòng)的有關(guān)概念 1. 電壓波動(dòng)的含義 電壓波動(dòng)是指電網(wǎng)電壓有效值（方均根值）的連續(xù)快速變動(dòng)。 電壓波動(dòng)值，以用戶公共供電點(diǎn)在時(shí)間上相鄰的最大與最小電壓有效值U max與U min之差對(duì)電網(wǎng)額定電壓UN的百分值來表示，即(1-2)6

40、3 2. 電壓波動(dòng)的產(chǎn)生與危害 電壓波動(dòng)是由于負(fù)荷急劇變動(dòng)的沖擊性負(fù)荷所引起。負(fù)荷急劇變動(dòng)，使電網(wǎng)的電壓損耗相應(yīng)變動(dòng)，從而使用戶公共供電點(diǎn)的電壓出現(xiàn)波動(dòng)現(xiàn)象。例如電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、電焊機(jī)的工作、特別是大型電弧爐和大型軋鋼機(jī)等沖擊性負(fù)荷的投入運(yùn)行，均會(huì)引起電網(wǎng)電壓的波動(dòng)。 電網(wǎng)電壓波動(dòng)可影響電動(dòng)機(jī)的正常啟動(dòng)，甚至使電動(dòng)機(jī)無法啟動(dòng)；會(huì)引起同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子振動(dòng)；可使電子設(shè)備和電子計(jì)算機(jī)無法正常工作；可使照明燈光發(fā)生明顯的閃變，嚴(yán)重影響視覺，使人無法正常生產(chǎn)、工作和學(xué)習(xí)。因此GB123262000電能質(zhì)量電壓波動(dòng)和閃變規(guī)定了電力系統(tǒng)連接點(diǎn)的電壓波動(dòng)和閃變的限值。64 (二) 電壓波動(dòng)的抑制措施 抑制電壓波

41、動(dòng)可采取下列措施： (1) 對(duì)負(fù)荷變動(dòng)劇烈的大型電氣設(shè)備，采用專用線路或?qū)Ｓ米儔浩鲉为?dú)供電。這是最簡便有效的辦法。 (2) 設(shè)法增大供電容量，減小系統(tǒng)阻抗，例如將單回路線路改為雙回路線路，或?qū)⒓芸站€路改為電纜線路等，使系統(tǒng)的電壓損耗減小，從而減小負(fù)荷變動(dòng)時(shí)引起的電壓波動(dòng)。 (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。65(4)對(duì)大容量電弧爐的爐用變壓器，宜由短路容量較大的電網(wǎng)供電，一般是選用更高電壓等級(jí)的電網(wǎng)供電。 (5) 對(duì)大型沖擊性負(fù)荷，如果采取上列措施仍達(dá)不到要求時(shí)，可裝設(shè)能“吸收”沖擊性無功功率的靜止型無功補(bǔ)償裝置（static var compensator，縮

42、寫SVC）。SVC是一種能吸收隨機(jī)變化的沖擊性無功功率和動(dòng)態(tài)諧波電流的無功補(bǔ)償裝置，其類型有多種，而以自飽和電抗器型（SR型）的效能最好，其電子元件少，可靠性高，反應(yīng)速度快，維護(hù)方便經(jīng)濟(jì)，且我國一般變壓器廠均能制造，是最適于在我國推廣應(yīng)用的一種SVC。66五. 電網(wǎng)諧波及其抑制(一) 電網(wǎng)諧波的有關(guān)概念1. 電網(wǎng)諧波的含義 諧波（harmonic），是指對(duì)周期性非正弦交流量進(jìn)行傅里葉級(jí)數(shù)分解所得到的大于基波頻率整數(shù)倍的各次分量，通常稱為高次諧波，而基波是指其頻率與工頻（50Hz）相同的分量。 向公用電網(wǎng)注入諧波電流或在公用電網(wǎng)中產(chǎn)生諧波電壓的電氣設(shè)備，稱為諧波源。就電力系統(tǒng)中的三相交流發(fā)電機(jī)發(fā)

43、出的電壓來說，可認(rèn)為其波形基本上是正弦量，即電壓波形中基本上無直流和諧波分量。但是由于電力系統(tǒng)中存在著各種各樣的諧波源，特別是大型變流設(shè)備和電弧爐等的日益廣泛應(yīng)用，使得諧波干擾成了當(dāng)前電力系統(tǒng)中影響電能質(zhì)量的一大“公害”，亟待采取對(duì)策。672. 諧波的產(chǎn)生與危害 電網(wǎng)諧波的產(chǎn)生，主要在于電力系統(tǒng)中存在各種非線性元件。因此，即使電力系統(tǒng)中電源的電壓波形為正弦波，也會(huì)由于非線性元件的存在，使得電網(wǎng)中總有諧波電流或電壓存在。產(chǎn)生諧波的電氣元件很多，例如熒光燈和高壓鈉燈等氣體放電燈、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、電焊機(jī)、變壓器和感應(yīng)電爐等，都要產(chǎn)生諧波電流或電壓。最為嚴(yán)重的是大型晶閘管變流設(shè)備和大型電弧爐，它們產(chǎn)生的諧

44、波電流最為突出，是造成電網(wǎng)諧波的主要因素。 68諧波對(duì)電氣設(shè)備的危害很大。諧波電流通過變壓器，可使變壓器鐵心損耗明顯增加，從而使變壓器出現(xiàn)過熱，縮短其使用壽命。諧波電流通過交流電動(dòng)機(jī)，不僅會(huì)使電動(dòng)機(jī)的鐵心損耗明顯增加，而且會(huì)使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)生振動(dòng)現(xiàn)象，嚴(yán)重影響機(jī)械加工的產(chǎn)品質(zhì)量。諧波對(duì)電容器的影響更為突出，諧波電壓加在電容器兩端時(shí)，由于電容器對(duì)于諧波的阻抗很小，因此電容器很容易過負(fù)荷甚至燒毀。此外，諧波電流可使電力線路的電能損耗和電壓損耗增加；可使計(jì)量電能的感應(yīng)式電能表計(jì)量不準(zhǔn)確；可使電力系統(tǒng)發(fā)生電壓諧振，從而在線路上引起過電壓，有可能擊穿線路設(shè)備的絕緣；還可能造成系統(tǒng)的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置發(fā)生誤

45、動(dòng)作；并可對(duì)附近的通信設(shè)備和通信線路產(chǎn)生信號(hào)干擾。因此GB/T145491993電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波對(duì)諧波電壓限值和諧波電流允許值均作了規(guī)定。69(二) 電網(wǎng)諧波的抑制抑制電網(wǎng)諧波，可采取下列措施：(1) 三相整流變壓器采用Yd或Dy聯(lián)結(jié) 由于3次及3的整數(shù)倍次諧波在三角形聯(lián)結(jié)的繞組內(nèi)形成環(huán)流，而星形聯(lián)結(jié)的繞組內(nèi)不可能產(chǎn)生3次及3的整數(shù)倍次諧波電流，因此采用Yd或Dy聯(lián)結(jié)的三相整流變壓器，能使注入電網(wǎng)的諧波電流中消除3次及3的整數(shù)倍次的諧波電流。又由于電力系統(tǒng)中的非正弦交流電壓或電流通常是正、負(fù)兩半波對(duì)時(shí)間軸是對(duì)稱的，不含直流分量和偶次諧波分量，因此采用Yd或Dy聯(lián)結(jié)的整流變壓器后，注入電網(wǎng)的

46、諧波電流只有5、7、11等次諧波。這是抑制高次諧波最基本的方法。70 (2) 增加整流變壓器二次側(cè)的相數(shù) 整流變壓器二次側(cè)的相數(shù)越多，整流波形的脈波數(shù)越多，其次數(shù)低的諧波被消除的也越多。例如，整流相數(shù)為6相時(shí)，出現(xiàn)的5次諧波電流為基波電流的18.5%，7次諧波電流為基波電流的12%。如果整流相數(shù)增加到12相時(shí)，則出現(xiàn)的5次諧波電流降為基波電流的4.5%,7次諧波電流降為基波電流的3%,都差不多減少了75%。由此可見，增加整流相數(shù)對(duì)高次諧波抑制的效果相當(dāng)顯著。71 (3) 使各臺(tái)整流變壓器二次側(cè)互有相角差 多臺(tái)相數(shù)相同的整流裝置并列運(yùn)行時(shí)，使其整流變壓器的二次側(cè)互有適當(dāng)?shù)南嘟遣?，這與增加二次側(cè)的

47、相數(shù)效果相類似，也能大大減少注入電網(wǎng)的高次諧波。 (4) 裝設(shè)分流濾波器 在大容量靜止“諧波源”（如大型晶閘管整流器）與電網(wǎng)連接處，裝設(shè)如圖1-15所示的分流濾波器，使濾波器的各組R-L-C回路分別對(duì)需要消除的5、7、11等次諧波進(jìn)行調(diào)諧，使之發(fā)生串聯(lián)諧振。由于串聯(lián)諧振回路的阻抗極小，從而使這些次數(shù)的諧波電流被它分流吸收而不致注入到公用電網(wǎng)中去。72圖1-15 裝設(shè)分流濾波器吸收高次諧波73 (5) 選用Dyn11聯(lián)結(jié)組三相配電變壓器 由于Dyn11聯(lián)結(jié)的變壓器高壓繞組為三角形聯(lián)結(jié)，使3次及3的整數(shù)倍次的高次諧波在繞組內(nèi)形成環(huán)流而不致注入到高壓電網(wǎng)中去，從而抑制了高次諧波。 (6) 其他抑制諧

48、波的措施 例如限制電力系統(tǒng)中接入的變流設(shè)備和交流調(diào)壓裝置的容量，或提高對(duì)大容量非線性設(shè)備的供電電壓，或者將“諧波源”與不能受干擾的負(fù)荷電路從電網(wǎng)的接線上分開，都能有助于諧波的抑制或消除。74 六. 三相不平衡及其改善(一) 三相不平衡的產(chǎn)生及其危害 在三相供電系統(tǒng)中，如果三相的電壓或電流幅值或有效值不等，或者三相的電壓或電流相位差不為120時(shí)，則稱此三相電壓或電流不平衡。 三相供電系統(tǒng)在正常運(yùn)行方式下出現(xiàn)三相不平衡的主要原因，是三相負(fù)荷不平衡所引起的。 不平衡的三相電壓或電流，按對(duì)稱分量法，可分解為正序分量、負(fù)序分量和零序分量。由于負(fù)序分量的存在，就使三相系統(tǒng)中的三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在產(chǎn)生正向轉(zhuǎn)矩的

49、同時(shí)，還產(chǎn)生一個(gè)反向轉(zhuǎn)矩，從而降低電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，并使電機(jī)繞組電流增大，溫升增高，縮短電動(dòng)機(jī)的使用壽命。75對(duì)三相變壓器來說，由于三相電流不平衡，當(dāng)最大相電流達(dá)到變壓器額定電流時(shí)，其他兩相卻低于額定值，從而使變壓器容量不能得到充分利用。對(duì)多相整流裝置來說，三相電壓不對(duì)稱，將嚴(yán)重影響多相觸發(fā)脈沖的對(duì)稱性，使整流裝置產(chǎn)生較大的諧波，進(jìn)一步影響電能質(zhì)量。(二) 電壓不平衡度及其允許值 電壓不平衡度，用電壓負(fù)序分量的方均根值U 2 與電壓正序分量的方均根值U1 的百分比值來表示，即(1-3)76 GB/T15543-1995電能質(zhì)量三相電壓允許不平衡度規(guī)定： (1) 正常允許2%，電壓不平衡度短時(shí)不

50、超過4%； (2) 接于公共連接點(diǎn)的每個(gè)用戶電壓不平衡度一般不得超過1.3%。 77 (三) 改善三相不平衡的措施 (1) 使三相負(fù)荷均衡分配 在供配電設(shè)計(jì)和安裝中，應(yīng)盡量使三相負(fù)荷均衡分配。三相系統(tǒng)中各相裝設(shè)的單相用電設(shè)備容量之差應(yīng)不超過15%。 (2) 使不平衡負(fù)荷分散連接 盡可能將不平衡負(fù)荷接到不同的供電點(diǎn)，以減少其集中連接造成電壓不平衡度可能超過允許值的問題。 (3) 將不平衡負(fù)荷接入更高電壓的電網(wǎng) 由于更高電壓的電網(wǎng)具有更大的短路容量，因此接入不平衡負(fù)荷時(shí)對(duì)三相不平衡度的影響可大大減小。例如電網(wǎng)短路容量大于負(fù)荷容量50倍時(shí)，就能保證連接點(diǎn)的電壓不平衡度小于2%。78 (4) 采用三相

51、平衡化裝置 三相平衡化裝置包括具有分相補(bǔ)償功能的靜止型無功補(bǔ)償裝置（SVC）和靜止無功電源（static var generator，縮寫SVG）。SVG基本上不用儲(chǔ)能元件，而是充分利用三相交流電的特點(diǎn)，使能量在三相之間及時(shí)轉(zhuǎn)移來實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。與SVC相比，SVG可大大減小平衡化裝置的體積和材料消耗，而且響應(yīng)速度快，調(diào)節(jié)性能好，它綜合了無功補(bǔ)償、諧波抑制和改善三相不平衡的優(yōu)點(diǎn)，是值得推廣應(yīng)用的一種先進(jìn)產(chǎn)品。79七. 工廠供配電電壓的選擇(一) 工廠供電電壓的選擇 工廠供電的電壓，主要取決于當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的供電電壓等級(jí)，同時(shí)也要考慮工廠用電設(shè)備的電壓、容量和供電距離等因素。由于在同一輸送功率和輸送距離條件

52、下，供電電壓越高，則線路電流越小，從而使線路導(dǎo)線或電纜截面越小，可減少線路的投資和有色金屬消耗量。各級(jí)電壓電力線路合理的輸送功率和輸送距離，如表1-3所示。80表1-3 各級(jí)電壓線路合理的輸送功率和輸送距離線路電壓/kV線路結(jié)構(gòu)輸送功率/kW 輸送距離/km 0.38 0.38 6 6 10 10 35 66 110 220架空線電纜架空線電纜架空線電纜架空線架空線架空線架空線100175100030002000500020001000035003000010000500001000005000000.250.35108 620 10 2050 30100 50150 20030081 供電營

53、業(yè)規(guī)則規(guī)定：供電企業(yè)（指供電電網(wǎng)）供電的額定電壓，低壓有單相220V，三相380V；高壓有10、35（66）、110、220kV。并規(guī)定：除發(fā)電廠直配電壓可采用3kV或6kV外，其他等級(jí)的電壓應(yīng)逐步過渡到上述額定電壓。如果用戶需要的電壓等級(jí)不在上列范圍時(shí)，應(yīng)自行采用變壓措施解決。用戶需要的電壓等級(jí)在110kV及以上時(shí)，其受電裝置應(yīng)作為終端變電所設(shè)計(jì)，其方案需經(jīng)省電網(wǎng)經(jīng)營企業(yè)審批。82(二) 工廠高壓配電電壓的選擇 工廠供電系統(tǒng)的高壓配電電壓，主要取決于工廠高壓用電設(shè)備的電壓和容量、數(shù)量等因素。 工廠采用的高壓配電電壓通常為10kV。如果工廠擁有相當(dāng)數(shù)量的6kV用電設(shè)備，或者供電電源電壓就是從鄰

54、近發(fā)電廠取得的直配電壓，則可考慮采用6kV作為工廠的高壓配電電壓。如果不是上述情況，或者6kV用電設(shè)備不多時(shí)，則應(yīng)仍用10kV作高壓配電電壓，而少數(shù)6kV用電設(shè)備則通過專用的變壓器單獨(dú)供電。3kV不能作為高壓配電電壓。如果工廠有3kV用電設(shè)備，則應(yīng)通過變壓器單獨(dú)供電。83如果當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)供電電壓為35kV，而廠區(qū)環(huán)境條件又允許采用35kV架空線路和較經(jīng)濟(jì)的35kV電氣設(shè)備時(shí)，則可考慮采用35kV作為高壓配電電壓深入工廠各車間負(fù)荷中心，并經(jīng)車間變電所直接降為低壓用電設(shè)備所需的電壓。這種高壓深入負(fù)荷中心的直配方式，可以省去一級(jí)中間變壓，大大簡化供電系統(tǒng)接線，節(jié)約投資和有色金屬，降低電能損耗和電壓損耗，

55、提高供電質(zhì)量，因此有一定的推廣價(jià)值。但必須考慮廠區(qū)要有滿足35kV 架空線路深入各車間負(fù)荷中心的“安全走廊”，以確保安全。84(三) 工廠低壓配電電壓的選擇 工廠的低壓配電電壓，一般采用220/380V，其中線電壓380V接三相動(dòng)力設(shè)備及額定電壓為380V的單相用電設(shè)備，相電壓220V接額定電壓為220V的照明燈具和其他單相用電設(shè)備。但某些場合宜采用660V或1140V作為低壓配電電壓，例如在礦井下，其負(fù)荷中心往往離變電所較遠(yuǎn)，因此為保證負(fù)荷端的電壓水平而采用660V甚至1140V電壓配電。采用660V或1140V配電，較之采用380V配電，可以減少線路的電壓損耗，提高負(fù)荷端的電壓水平，而且能

56、減少線路的電能損耗，降低線路的投資和有色金屬消耗量，增加供電半徑，提高供電能力，減少變壓點(diǎn)，簡化配電系統(tǒng)。85因此提高低壓配電電壓有明顯的經(jīng)濟(jì)效益，是節(jié)電的有效措施之一，這在世界各國已成為發(fā)展趨勢。但是將380V升高為660V，需電器制造部門乃至其他有關(guān)部門全面配合，我國目前尚難實(shí)現(xiàn)。目前660V電壓只限于采礦、石油和化工等少數(shù)企業(yè)中采用，1140V電壓只限于井下采用。至于220V電壓，現(xiàn)已不作為三相配電電壓，只作為單相配電電壓和單相用電設(shè)備的額定電壓。86第四節(jié) 電力系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式及低壓配電系統(tǒng)接地型式 一. 電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)運(yùn)行方在三相交流電力系統(tǒng)中，作為供電電源的發(fā)電機(jī)和變壓器的中性

57、點(diǎn)有三種運(yùn)行方式：電源中性點(diǎn)不接地； 中性點(diǎn)經(jīng)阻抗接地； 中性點(diǎn)直接接地。前兩種合稱為小接地電流系統(tǒng)，亦稱中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)，或稱中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)。后一種中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，稱為大接地電流系統(tǒng)，亦稱為中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)。 87我國366kV的電力系統(tǒng)，特別是310kV系統(tǒng)，一般采用中性點(diǎn)不接地的運(yùn)行方式。如果單相接地電流大于一定值時(shí)（310kV系統(tǒng)中單相接地電流大于30A，20kV及以上系統(tǒng)中單相接地電流大于10A時(shí)），則應(yīng)采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式或低電阻接地的運(yùn)行方式。我國110kV及以上的電力系統(tǒng)，則都采用中性點(diǎn)直接接地的運(yùn)行方式。 電力系統(tǒng)電源中性點(diǎn)的不同運(yùn)行方式，對(duì)電力

58、系統(tǒng)的運(yùn)行特別是在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)有明顯的影響，而且將影響系統(tǒng)二次側(cè)的繼電保護(hù)和監(jiān)測儀表的選擇與運(yùn)行，因此有必要予以研究。88 (一) 中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng) 圖1-16是電源中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)的電路圖和相量圖【1】。設(shè)圖示三相系統(tǒng)的電源電壓和線路參數(shù)R、L、C都是對(duì)稱的，而且將相線與大地之間存在的分布電容用一個(gè)集中電容C來表示。圖1-16 正常運(yùn)行時(shí)的中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng):a) 電路圖 b) 相量圖89 【1】原國標(biāo)GB4728.11-1985電氣圖用圖形符號(hào)電力、照明和電信布置中附件規(guī)定：交流系統(tǒng)電源的一、二、三相，分別標(biāo)L1、L2、L3，而設(shè)備端一、二、三相分別標(biāo)

59、U、V、W。現(xiàn)新國標(biāo)GB/T4728.11-2000電氣簡圖用圖形符號(hào)建筑安裝平面布置圖已將此附件取消。其他現(xiàn)行國標(biāo)關(guān)于三相交流的相序代號(hào)大多采用國際通用的A、B、C。本書的所有電路圖和相量圖，不分電源和設(shè)備端，均統(tǒng)一采用A、B、C為三相交流相序代號(hào)，特此說明。文獻(xiàn)28 系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，三個(gè)相的相電壓是對(duì)稱的，三個(gè)相的對(duì)地電容電流也是平衡的，如圖1-16b所示。因此三個(gè)相的電容電流的相量和為零，地中沒有電流流過。各相的對(duì)地電壓，就是各相的相電壓。90當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，假設(shè)是C相接地，如圖1-17a所示。這時(shí)C相對(duì)地電壓為零，而A相對(duì)地電壓為 ，B相對(duì)地電壓為 ，如圖1-17b所示。由圖

60、1-17b的相量圖可知，C相接地時(shí)，完好的A、B兩相對(duì)地電壓都由原來的相電壓升高到線電壓，即升高為原對(duì)地電壓的 倍。圖1-17 單相接地時(shí)的中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng)91 當(dāng)C相接地時(shí)，系統(tǒng)的接地電流 （電容電流） 應(yīng)為A、B兩相對(duì)地電容電流之和，即 由圖1-17b的相量圖可知， 在相位上超前 90；而在量值上，由于 ，而 ，因此 (1-5)即單相接地電容電流為系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)相線對(duì)地電容電流的3倍。由于線路對(duì)地的電容C不好準(zhǔn)確計(jì)算，因此IC0 和IC也不好根據(jù)C 值來精確地確定。(1-4)92 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中的單相接地電流通常采用下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：(1-6)式中IC 為系統(tǒng)的單相接地電容電流（