工厂供电(课件)

工 厂 供 电 工 厂 供 电 11.1 工 厂 供 电 系 统 概 述 及 电 压 选 择 11.2 工 厂 电 力 负 荷 的 计 算 11.3 变 电 所 位 置 及 变 压 器 台 数 和 容 量 选 择 11.4 变 配 电 所 高 低 压 一 次 设 备 11.5 工 厂 变 配 电 所 的 主 电 路 图 11.6 低 压 供 配 电 线 路 的 接 线 方 式 11.7 工 厂 供 电 系 统 的 防 雷 与 接 地 思 考 题 与 习 题 工 厂 供 电 11.1 工 厂 供 电 系 统 概 述 及 电 压 选 择 11.1.1 工 厂 供 电 系 统 概 述 工 厂 供 电 系 统 是 指 从 电 源 线 路 进 厂 起 到 高 低 压 用 电 设 备 进线 端 止 的 整 个 电 路 系 统 ， 是 由 工 厂 变 配 电 所 、 配 电 线 路 和 用 电设 备 构 成 的 整 体 ， 以 实 现 工 厂 电 能 的 接 受 、 分 配 、 变 换 、 输 送和 使 用 。 工 厂 供 电 系 统 是 电 力 系 统 的 主 要 组 成 部 分 ， 也 是 电 力系 统 的 主 要 用 户 。 图 11.1.1所 示 为 电 力 系 统 示 意 图 ， 虚 线 框 内 即 为 工 厂 供 电系 统 。 工 厂 供 电 系 统 中 ， 变 配 电 所 担 负 着 接 收 电 能 、 变 换 电 压和 分 配 电 能 的 任 务 ； 配 电 线 路 承 担 着 输 送 和 分 配 电 能 的 任 务 ； 用 电 设 备 指 的 是 消 耗 电 能 的 电 动 机 、 照 明 设 备 等 。 工 厂 供 电 图 11.1.1 电 力 系 统 示 意 图 工 厂 供 电 不 同 类 型 的 工 厂 ， 其 供 电 系 统 组 成 各 不 相 同 。 大 型 工 厂 及 某 些 电 源 进 线 电 压 为 35 kV及 以 上 的 中 型 工 厂 ， 一 般 经 过 两 次 降 压 ， 也 就 是 电 源 进 厂 以 后 ， 先 经 总 降 压 变 电所 ， 将 35 kV及 以 上 的 电 源 电 压 降 为 6 10 kV的 配 电 电 压 ， 然后 通 过 高 压 配 电 线 路 将 电 能 送 到 各 个 车 间 变 电 所 ， 也 有 的 经高 压 配 电 所 再 送 到 车 间 变 电 所 ， 最 后 经 配 电 变 压 器 降 为 一 般低 压 用 电 设 备 所 需 的 电 压 。 工 厂 供 电 一 般 中 型 工 厂 的 电 源 进 线 电 压 是 6 10 kV。 电 能 先 经 高 压配 电 所 集 中 ， 再 由 高 压 配 电 线 路 将 电 能 分 送 到 各 车 间 变 电 所 或由 高 压 配 电 线 路 直 接 供 给 高 压 用 电 设 备 。 车 间 变 电 所 内 装 设 有电 力 变 压 器 ， 将 6 10 kV的 高 压 降 为 一 般 低 压 用 电 设 备 所 需 的电 压 (如 220 380 V)， 然 后 由 低 压 配 电 线 路 将 电 能 分 送 给 各 用电 设 备 使 用 。 对 于 小 型 工 厂 ， 由 于 所 需 容 量 一 般 不 大 于 1000 kVA， 因 而通 常 只 设 一 个 降 压 变 电 所 ， 将 6 10 kV电 压 降 为 低 压 用 电 设 备所 需 的 电 压 。 当 工 厂 所 需 容 量 不 大 于 160 kVA时 ， 一 般 采 用 低压 电 源 进 线 ， 因 此 工 厂 只 需 设 一 个 低 压 配 电 间 。 对 工 厂 供 电 系 统 的 基 本 要 求 是 ： 安 全 、 灵 活 、 可 靠 、 经 济 。 工 厂 供 电 11.1.2 电 力 系 统 的 组 成 电 力 系 统 是 电 能 的 生 产 、 输 送 、 分 配 、 变 换 和 使 用 的 一 个统 一 整 体 。 电 力 系 统 由 发 电 厂 、 变 电 站 、 电 力 网 和 用 户 组 成 。 图 11.1.2所 示 为 电 力 系 统 及 动 力 系 统 示 意 图 。 工 厂 供 电 图 11.1.2 电 力 系 统 及 动 力 系 统 示 意 图 工 厂 供 电 1 发 电 厂 发 电 厂 是 将 一 次 能 源 转 换 为 电 能 的 工 厂 。 根 据 一 次 能 源 的来 源 不 同 ， 有 火 力 发 电 厂 、 水 力 发 电 厂 、 原 子 能 发 电 厂 、 地热 发 电 厂 、 潮 汐 发 电 厂 、 风 力 发 电 厂 以 及 太 阳 能 发 电 厂 等 。 工 厂 供 电 2 电 力 网 电 力 网 由 变 电 所 和 各 种 不 同 电 压 等 级 的 线 路 组 成 ， 它 的 任务 是 将 发 电 厂 生 产 的 电 能 输 送 、 变 换 和 分 配 到 电 能 用 户 。 电 力网 按 电 压 高 低 和 供 电 范 围 的 大 小 又 分 为 区 域 网 和 地 方 网 。 区域 网 供 电 范 围 大 ， 且 电 压 一 般 在 220 kV以 上 ； 地 方 网 供 电 范围 小 ， 最 高 电 压 一 般 不 超 过 110 kV。 工 厂 供 电 3 用 户 用 户 是 指 将 电 能 转 换 为 所 需 要 的 其 它 形 式 能 量 的 工 厂 或 用电 设 备 。 随 着 电 力 系 统 的 发 展 ， 各 国 建 立 的 电 力 系 统 ， 其 容 量 及 范围 越 来 越 大 。 建 立 大 型 电 力 系 统 可 以 经 济 合 理 地 利 用 一 次 能 源 ，降 低 发 电 成 本 ， 减 少 电 能 损 耗 ， 提 高 电 能 质 量 ， 实 现 电 能 的灵 活 调 节 和 调 度 ， 大 大 提 高 供 电 可 靠 性 。 工 厂 供 电 11.1.3 电 力 系 统 的 电 压 1. 三 相 交 流 电 网 和 电 力 设 备 的 额 定 电 压 根 据 受 电 设 备 和 供 电 设 备 的 额 定 电 压 ， 国 标 GB 15693 标 准 电 压 规 定 了 交 流 电 力 网 和 电 力 设 备 的 额 定 电 压 等 级 。 1） 电 网 (电 力 线 路 )的 额 定 电 压 (rated voltage) 电 网 的 额 定 电 压 是 确 定 其 它 一 切 电 力 设 备 额 定 电 压 的 基 本依 据 ， 它 是 国 家 根 据 国 民 经 济 发 展 的 需 要 以 及 电 力 工 业 的 现 有水 平 ， 经 过 全 面 的 技 术 分 析 后 确 定 的 。 三 相 交 流 电 网 和 电 力 设备 常 用 的 额 定 电 压 如 表 11.1.1所 示 。 工 厂 供 电 表 11.1.1 我 国 交 流 电 力 网 和 电 气 设 备 的 额 定 电 压 电 力 变 压 器 额 定 电 压 /KV 分 类 电 网 和 用 电 设 备 电 压 /KV 发 电 机 额 定 电 压 /KV 一 次 绕 组 二 次 绕 组 低 压 0.38 0.66 0.40 0.69 0.38 0.66 0.40 0.69 高 压 3 6 10 35 66 110 220 330 500 750 3.15 6.3 10.5 13.8, 15.75, 18,20,22,24,26 3 及 3.15 6 及 6.3 10 及 10.5 13.8, 15.75, 18,20,22,24,26 35 66 110 220 330 500 750 3.15 及 3.3 6.3 及 6.6 10.5 及 11 38.5 72.6 121 242 363 550 820 工 厂 供 电 2） 电 力 设 备 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 。 发 电 机 的 额 定 电 压 规 定 高 于 同 级 电 网 额 定 电 压 的 5 ， 以补 偿 线 路 上 的 电 压 损 失 。 变 压 器 的 额 定 电 压 分 为 一 次 绕 组 额 定 电 压 和 二 次 绕 组 额 定电 压 。 （ 1） 变 压 器 一 次 绕 组 额 定 电 压 分 两 种 情 况 ： 当 变 压 器 直接 与 发 电 机 相 连 时 ， 如 图 11.1.3中 的 变 压 器 T 1， 其 额 定 电 压 与发 电 机 额 定 电 压 相 同 ， 即 高 于 同 级 电 网 额 定 电 压 的 5 ； 当 变压 器 连 接 在 线 路 上 时 ， 如 图 11.1.3中 的 变 压 器 T2， 成 为 电 网 上的 一 个 负 荷 ， 其 一 次 绕 组 额 定 电 压 与 电 网 额 定 电 压 相 同 。 工 厂 供 电 （ 2） 变 压 器 的 二 次 绕 组 额 定 电 压 也 分 两 种 情 况 ： 当 变 压器 二 次 侧 供 电 线 路 较 长 时 ， 如 图 11.1.3中 的 变 压 器 T1， 其 额 定电 压 应 高 于 同 级 电 网 额 定 电 压 的 10 ， 5%用 来 补 偿 变 压 器 二次 绕 组 的 内 阻 抗 压 降 ， 5%用 来 补 偿 线 路 上 的 电 压 损 失 ； 当 变压 器 二 次 侧 供 电 线 路 不 太 长 时 ， 如 图 11.1.3中 的 变 压 器 T2， 其 额 定 电 压 只 需 高 于 电 网 额 定 电 压 的 5 即 可 ， 用 于 补 偿 变 压器 内 部 的 电 压 损 耗 。 工 厂 供 电 图 11.1.3 电 力 变 压 器 的 额 定 说 明 工 厂 供 电 2. 电 压 分 类 及 高 低 电 压 的 划 分 按 国 标 规 定 ， 额 定 电 压 分 为 三 类 ： 第 一 类 额 定 电 压 为 100 V及 以 下 ， 如 12 V、 24 V、 36 V等 ， 主 要 用 于 安 全 照 明 、 潮 湿 工 地 建 筑 内 部 的 局 部 照 明 及 小 容 量负 荷 。 第 二 类 额 定 电 压 为 100 V以 上 、 1000 V以 下 ， 如 127 V、 220 V、 380 V、 600 V等 ， 主 要 用 作 低 压 动 力 电 源 和 照 明 电 源 。 工 厂 供 电 第 三 类 额 定 电 压 为 1 kV以 上 ， 有 6 kV、 10 kV、 35 kV、 110 kV、 220 kV、 330 kV、 500 kV、 750 kV等 ， 主 要 用 于 高压 用 电 设 备 、 发 电 及 输 电 设 备 。 在 电 力 系 统 中 ， 通 常 把 1 kV以 下 的 电 压 称 为 低 压 ， 1 kV以 上 的 电 压 称 为 高 压 ， 220 kV以 上 的 电 压 称 为 超 高 压 ， 1000 kV以 上 的 电 压 称 为 特 高 压 。 三 相 电 力 设 备 的 额 定 电 压 不 作 特别 说 明 时 均 指 线 电 压 。 工 厂 供 电 例 题 ： 试 确 定 下 图 中 用 电 设 备 、 发 电 机 、 变 压 器的 额 定 电 压 。 工 厂 供 电 11.1.4 工 厂 供 电 系 统 配 电 电 压 的 选 择 1 高 压 配 电 电 压 的 选 择 工 厂 供 电 系 统 的 高 压 配 电 电 压 主 要 取 决 于 当 地 供 电 电 源 电压 以 及 工 厂 高 压 用 电 设 备 的 电 压 、 容 量 和 数 量 等 因 素 。 中 、 小 型 工 厂 采 用 的 高 压 配 电 电 压 通 常 为 6 10 kV， 从 技 术 经 济 指标 来 看 ， 最 好 采 用 10 kV配 电 电 压 。 由 于 同 样 的 输 送 功 率 和 输送 距 离 条 件 下 ， 配 电 电 压 越 高 ， 线 路 电 流 越 小 ， 线 路 所 采 用 的导 线 或 电 缆 截 面 越 小 ， 因 而 采 用 10 kV配 电 电 压 可 以 减 少 线 路的 初 投 资 和 金 属 消 耗 量 ， 还 可 以 减 少 线 路 的 电 能 损 耗 和 电 压 损耗 。 从 设 备 的 选 型 及 将 来 的 发 展 来 说 ， 10 kV更 优 于 6 kV。 对于 一 些 厂 区 面 积 大 、 负 荷 大 且 集 中 的 大 型 厂 矿 ， 如 厂 区 的 环 境条 件 允 许 ， 可 采 用 35 220 kV架 空 线 直 接 深 入 工 厂 负 荷 中 心 配 电 ， 这 样 可 以 分 散 建 立 总 降 压 变 电 所 ， 简 化 供 电 环 节 ， 节 约有 色 金 属 ， 降 低 功 率 损 耗 和 电 压 损 失 。 工 厂 供 电 2 低 压 配 电 电 压 的 选 择 工 厂 供 电 系 统 的 低 压 配 电 电 压 一 般 采 用 220/380 V的 标 准电 压 等 级 ， 但 在 某 些 特 殊 的 场 合 如 矿 井 ， 因 负 荷 中 心 远 离 变 电所 ， 为 保 证 负 荷 端 的 电 压 水 平 故 采 用 660 V电 压 作 为 配 电 电 压 ， 这 样 不 仅 可 以 减 少 线 路 的 电 压 损 耗 ， 降 低 线 路 有 色 金 属 消 耗 量 ， 而 且 能 够 增 加 配 电 半 径 ， 提 高 供 电 能 力 ， 简 化 供 配 电 系 统 。 另 外 ， 在 某 些 场 合 ， 由 于 安 全 的 原 因 ， 可 以 采 用 特 殊 的 安 全 低电 压 配 电 。 工 厂 供 电 11.1.5 工 厂 供 电 系 统 的 质 量 指 标 1 电 压 的 质 量 要 求 国 家 标 准 GB 1232590 电 能 质 量 供 电 电 压 允 许 偏 差 规定 了 不 同 电 压 等 级 的 允 许 电 压 偏 差 ： 35 kV及 以 上 供 电 电 压 ， 正 、 负 偏 差 的 绝 对 值 之 和 不 超 过额 定 电 压 的 10%； 10 kV及 以 下 三 相 供 电 电 压 允 许 偏 差 为 7%； 220 V单 相 供 电 电 压 允 许 偏 差 为 +7%、 -10%。 工 厂 供 电 2 频 率 的 要 求 我 国 规 定 的 额 定 电 压 频 率 为 50 Hz， 大 容 量 系 统 允 许 的 频率 偏 差 为 0.2 Hz， 中 、 小 容 量 系 统 允 许 的 频 率 偏 差 为 0.5 Hz。 频 率 的 调 整 主 要 由 发 电 厂 进 行 。 工 厂 电 力 系 统 的 频 率 指标 由 电 力 系 统 给 予 保 证 。 工 厂 供 电 3 供 电 的 可 靠 性 要 求 保 证 供 电 系 统 的 安 全 可 靠 性 是 电 力 系 统 运 行 的 基 本 要 求 。 所 谓 供 电 的 可 靠 性 ， 是 指 确 保 用 户 能 够 随 时 得 到 供 电 。 这 就 要求 供 配 电 系 统 的 每 个 环 节 都 安 全 、 可 靠 运 行 ， 不 发 生 故 障 ， 以保 证 连 续 不 断 地 向 用 户 提 供 电 能 。 不 同 的 用 户 对 供 电 可 靠 性 的 要 求 是 不 一 样 的 。 根 据 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 ， 将 电 力 用户 负 荷 分 为 三 类 。 工 厂 供 电 1） 一 级 负 荷 (first order load) 一 级 负 荷 是 指 中 断 供 电 将 造 成 人 身 伤 亡 危 险 ， 或 造 成 重大 设 备 损 失 且 难 以 修 复 ， 或 给 国 民 经 济 带 来 重 大 损 失 ， 或 在政 治 上 造 成 重 大 影 响 的 电 力 负 荷 。 如 火 车 站 、 大 会 堂 、 重 要宾 馆 、 通 信 交 通 枢 纽 、 重 要 医 院 的 手 术 室 、 炼 钢 炉 、 国 家 级重 点 文 物 保 护 场 所 等 。 一 级 负 荷 要 求 由 两 个 独 立 电 源 供 电 ， 当 其 中 一 个 电 源 发生 故 障 时 ， 另 一 个 电 源 应 不 致 同 时 受 到 损 坏 。 对 一 级 负 荷 中特 别 重 要 的 负 荷 ， 除 上 述 两 个 电 源 外 ， 还 必 须 增 设 应 急 电 源 。 常 用 的 应 急 电 源 有 ： 独 立 于 正 常 电 源 的 发 电 机 组 、 专 门 的 供 电 线 路 、 蓄 电 池 、 干 电 池 等 。 工 厂 供 电 2） 二 级 负 荷 (second order load) 二 级 负 荷 是 指 中 断 供 电 将 在 政 治 、 经 济 上 造 成 较 大 损 失的 电 力 负 荷 ， 如 主 要 设 备 损 坏 、 大 量 产 品 报 废 、 连 续 生 产过 程 被 打 乱 需 较 长 时 间 才 能 恢 复 、 重 点 企 业 大 量 减 产 等 。 二 级 负 荷 要 求 由 双 回 路 供 电 ， 供 电 变 压 器 也 应 有 两 台 (这两 台 变 压 器 不 一 定 在 同 一 变 电 所 )， 当 其 中 有 一 条 回 路 或 一 台变 压 器 发 生 常 见 故 障 时 ， 二 级 负 荷 应 不 致 中 断 供 电 ， 或 中 断供 电 后 能 迅 速 恢 复 供 电 。 工 厂 供 电 3） 三 级 负 荷 (third order load) 三 级 负 荷 为 一 般 电 力 负 荷 ， 所 有 不 属 于 上 述 一 、 二 级 负荷 者 均 为 三 级 负 荷 。 由 于 三 级 负 荷 为 不 重 要 的 一 般 负 荷 ， 因而 它 对 供 电 电 源 无 特 殊 要 求 。 工 厂 供 电 11.2 工 厂 电 力 负 荷 的 计 算11.2.1 计 算 负 荷 及 设 备 容 量 1. 计 算 负 荷 的 概 念 根 据 用 电 设 备 的 安 装 容 量 ， 采 用 一 定 的 计 算 方 法 得 出 的负 荷 ， 称 为 计 算 负 荷 。 计 算 负 荷 是 一 个 假 想 负 荷 ， 其 热 效 应和 实 际 负 荷 产 生 的 热 效 应 相 等 。 如 以 计 算 负 荷 连 续 运 行 ， 根据 计 算 负 荷 选 择 的 电 气 设 备 和 导 线 电 缆 其 发 热 温 度 不 会 超 过允 许 值 。 工 厂 供 电 导 体 通 过 电 流 达 到 稳 定 温 升 的 时 间 大 约 为 (3 4) ， 为 发 热 时 间 常 数 。 截 面 在 16 mm2及 以 上 的 导 体 ， 其 10 min。 因 此 ， 载 流 导 体 大 约 经 30 min后 可 达 到 稳 定 温 升 值 ， 计 算 负 荷也 就 是 半 小 时 最 大 负 荷 。 分 别 用 P30、 Q30、 S30和 I30表 示 有 功 计算 负 荷 、 无 功 计 算 负 荷 、 视 在 计 算 负 荷 和 计 算 电 流 。 计 算 负 荷 是 分 析 和 设 计 供 电 系 统 的 基 础 ， 是 选 择 供 电 系 统导 线 、 变 压 器 、 开 关 电 器 等 设 备 的 依 据 。 如 计 算 负 荷 过 大 ， 则 将 使 电 器 和 导 线 电 缆 选 得 过 大 ， 造 成 投 资 和 有 色 金 属 的 浪 费 ； 如 计 算 负 荷 过 小 ， 又 将 使 电 器 和 导 线 电 缆 处 于 过 负 荷 下 运 行 ， 增 加 电 能 损 耗 ， 产 生 过 热 ， 导 致 绝 缘 过 早 老 化 甚 至 烧 毁 。 因 此 ， 正 确 确 定 计 算 负 荷 意 义 重 大 。 工 厂 供 电 2. 设 备 容 量 的 确 定 采 用 需 要 系 数 法 确 定 计 算 负 荷 时 ， 首 先 要 知 道 设 备 的 容 量Pe。 设 备 容 量 与 设 备 的 工 作 制 有 关 ， 设 备 容 量 不 一 定 就 是 设 备铭 牌 上 所 标 定 的 额 定 容 量 。 因 此 ， 当 统 计 设 备 的 安 装 容 量 时 ， 不 能 将 铭 牌 上 的 额 定 功 率 直 接 相 加 ， 而 应 按 不 同 的 工 作 性 质 将用 电 设 备 分 组 ， 再 将 不 同 负 荷 持 续 率 下 的 额 定 功 率 换 算 为 统 一持 续 率 下 的 功 率 ， 这 就 是 设 备 容 量 。 1） 长 期 连 续 运 行 工 作 制 采 用 长 期 连 续 运 行 工 作 制 的 设 备 工 作 时 间 长 ， 连 续 运 行 ， 绝 大 多 数 用 电 设 备 都 属 于 这 一 类 设 备 ， 如 风 机 、 泵 类 、 机 床 、 照 明 等 。 这 类 设 备 的 设 备 容 量 就 是 设 备 铭 牌 上 的 额 定 容 量 。 工 厂 供 电 2） 短 时 运 行 工 作 制 采 用 短 时 运 行 工 作 制 的 设 备 工 作 时 间 短 ， 停 歇 时 间 长 ， 如船 闸 电 动 机 、 机 床 中 的 辅 助 电 动 机 等 ， 其 设 备 容 量 按 铭 牌 额 定容 量 计 算 。 3） 断 续 周 期 工 作 制 继 续 周 期 工 作 制 也 称 反 复 短 时 工 作 制 ， 采 用 这 种 工 作 制 的设 备 时 而 工 作 ， 时 而 停 歇 ， 反 复 运 行 ， 如 吊 车 用 电 动 机 、 电焊 机 等 ， 其 设 备 容 量 是 将 所 有 设 备 在 不 同 负 载 持 续 率 下 的 铭 牌额 定 容 量 换 算 到 一 个 统 一 的 负 荷 持 续 率 下 的 功 率 之 和 。 断 续 周期 工 作 制 的 用 电 设 备 常 用 的 有 电 焊 机 和 吊 车 电 动 机 ， 换 算 要 求 如 下 ： 工 厂 供 电 (1) 电 焊 机 组 要 求 统 一 换 算 到 =100 ， 换 算 后 的 设 备 容 量 为 100NN100NNe cos SPP NNNNe cos SPP （ 11.2.1） 即 式 中 : PN、 SN为 吊 车 电 动 机 的 铭 牌 容 量 ； N为 与 铭 牌 容 量 对 应的 负 荷 持 续 率 (计 算 中 用 小 数 )； 100为 其 值 为 100%的 负 荷 持 续率 （ 计 算 中 用 1） ； cos为 铭 牌 规 定 的 功 率 因 数 。 工 厂 供 电 （ 2） 吊 车 电 动 机 组 要 求 统 一 换 算 到 =25 ， 换 算 后的 设 备 容 量 为 NN 25Ne 2 PPP N （ 11.2.2） 式 中 : PN为 吊 车 电 动 机 的 铭 牌 容 量 ； N为 与 铭 牌 容 量 对 应 的负 荷 持 续 率 ； 25为 其 值 为 25%的 负 荷 持 续 率 （ 计 算 中 用0.25） 。 工 厂 供 电 11.2.2 按 需 要 系 数 法 确 定 计 算 负 荷 1. 三 相 用 电 设 备 组 计 算 负 荷 的 确 定 用 电 设 备 组 是 由 工 艺 性 质 相 同 、 需 要 系 数 相 近 的 用 电 设 备合 并 组 成 的 。 用 电 设 备 组 的 计 算 负 荷 是 指 用 电 设 备 组 从 供 电系 统 中 取 用 的 半 小 时 最 大 负 荷 ， 其 基 本 公 式 为 ed30 PKP （ 11.2.3） 工 厂 供 电 Kd为 需 要 系 数 ， 反 映 用 电 设 备 组 中 投 入 运 行 的 设 备 性 质 、 容 量 、 线 路 损 耗 、 设 备 效 率 及 操 作 人 员 的 技 能 等 诸 多 因 素 ， 是 一 个 综 合 系 数 。 不 同 用 电 设 备 组 的 Kd值 列 于 表 11.2.1中 。 用 电 设 备 组 设 备 台 数 较 少 时 ， Kd值 适 当 取 大 些 ， 如 只 有 1 2台设 备 时 ， 取 Kd 1。 当 只 有 一 台 电 动 机 时 ， P30=PN/ , PN为 电动 机 额 定 容 量 ， 为 电 动 机 的 效 率 。 Pe为 用 电 设 备 组 中 各 设 备容 量 之 和 （ 不 包 括 备 用 设 备 ） 。 工 厂 供 电 在 求 出 有 功 计 算 负 荷 P30后 ， 可 按 下 列 各 式 分 别 求 出 无 功计 算 负 荷 、 视 在 计 算 负 荷 和 计 算 电 流 。 无 功 计 算 负 荷 为 tan3030 PQ （ 11.2.4） 式 中 ： tan 为 对 应 于 用 电 设 备 组 cos 的 正 切 值 。 视 在 计 算 负 荷 为 cos3030 PS （ 11.2.5） 式 中 ： cos 为 用 电 设 备 组 的 平 均 功 率 因 数 。 工 厂 供 电 计 算 电 流 为 N3030 3USI （ 11.2.6） 式 中 :UN为 用 电 设 备 组 的 额 定 电 压 。 负 荷 计 算 中 常 用 的 单 位 ： 有 功 功 率 为 “ 千 瓦 ” (kW)， 无 功功 率 为 “ 千 乏 ” (kvar)， 视 在 功 率 为 “ 千 伏 安 ” (kVA)， 电 流 为“ 安 ” (A)， 电 压 为 “ 千 伏 ” (kV)。 工 厂 供 电 2 多 组 用 电 设 备 计 算 负 荷 的 确 定 确 定 拥 有 多 组 用 电 设 备 的 干 线 上 或 车 间 变 电 所 低 压 母 线 上的 计 算 负 荷 时 ， 应 考 虑 各 组 用 电 设 备 的 最 大 负 荷 不 同 时 出 现 的情 况 。 因 此 ， 在 确 定 多 组 用 电 设 备 的 计 算 负 荷 时 ， 应 结 合 具 体情 况 对 其 有 功 负 荷 和 无 功 负 荷 分 别 计 入 一 个 同 时 系 数 Kp、 Kq， 则 计 算 负 荷 为 工 厂 供 电 ip PKP ,3030 iq QKQ ,3030 23023030 QPS N3030 3USI （ 11.2.7） 工 厂 供 电 以 上 两 式 中 的 P30,i和 Q30, i分 别 为 各 组 设 备 的 有 功 和 无 功计 算 负 荷 之 和 。 对 车 间 干 线 取 Kp=0.85 0.95， Kq=0.90 0.97；对 车 间 母 线 取 Kp=0.90 0.95， Kq=0.93 0.97。 注 意 ： 由 于 各 组 设 备 的 功 率 因 数 不 一 定 相 同 ， 因 此 总 的 视在 计 算 负 荷 和 计 算 电 流 一 般 不 能 用 各 组 的 视 在 计 算 负 荷 或 计 算电 流 之 和 来 计 算 。 此 外 ， 在 计 算 多 组 设 备 总 的 计 算 负 荷 时 ， 为了 简 化 和 统 一 ， 各 组 的 设 备 台 数 不 论 多 少 ， 各 组 的 计 算 负 荷 均按 供 电 设 计 手 册 所 列 的 计 算 系 数 来 计 算 ， 而 不 必 考 虑 设 备 台 数少 而 适 当 增 大 K d和 cos值 的 问 题 。 工 厂 供 电 3. 确 定 全 厂 计 算 负 荷 的 方 法 1） 按 逐 级 计 算 法 确 定 全 厂 计 算 负 荷 从 计 算 低 压 用 电 设 备 的 负 荷 开 始 ， 逐 级 向 电 源 方 向 计 算 ， 只 需 要 在 每 级 配 电 点 乘 以 同 时 系 数 Kp、 Kq， 然 后 再 考 虑 变 压器 的 功 率 损 失 ： T3030 T3030 QQQ PPP （ 11.2.8） 工 厂 供 电 式 中 ， 为 变 压 器 高 、 低 压 侧 计 算 负荷 ； 、 为 变 压 器 有 功 、 无 功 损 耗 ， 按 经 验 估 算 值 为 30303030 QPQP 、TP TQ 303006.0015.0 SQ SP TT （ 11.2.9） 最 后 确 定 出 工 厂 总 计 算 负 荷 。 工 厂 供 电 2） 按 不 同 工 厂 的 需 要 系 数 确 定 全 厂 计 算 负 荷 首 先 确 定 全 厂 总 设 备 容 量 ， 再 乘 以 工 厂 的 需 要 系 数 Kd， 就得 到 该 厂 的 计 算 负 荷 。 ed30 PKP （ 11.2.10） 其 中 查 有 关 工 厂 需 要 系 数 的 资 料 。 工 厂 供 电 3） 按 年 产 量 估 算 工 厂 计 算 负 荷 年 产 量 按 估 算 工 厂 计 算 负 荷 为 M30 TMWP （ 11.2.11） 式 中 ， M为 工 厂 年 产 量 ； W为 单 位 产 品 耗 电 量 ； TM为 工 厂 年 最大 有 功 负 荷 利 用 小 时 数 ， 查 有 关 资 料 。 工 厂 供 电 11.2.3 工 厂 的 功 率 因 数 、 无 功 补 偿 及 补 偿 后 的 工 厂 计 算 负 荷 1 工 厂 常 用 的 几 种 功 率 因 数 1） 瞬 时 功 率 因 数 瞬 时 功 率 因 数 可 由 功 率 因 数 表 直 接 测 量 ， 亦 可 由 功 率 表 、 电 流 表 和 电 压 表 的 读 数 按 下 式 求 出 IUP3cos （ 11.2.12） 工 厂 供 电 式 中 : P为 功 率 表 测 出 的 三 相 功 率 读 数 (kW)； I为 电 流 表 测 出 的线 电 流 读 数 (A)； U为 电 压 表 测 出 的 线 电 压 读 数 (kV)。 瞬 时 功 率 因 数 只 用 来 了 解 和 分 析 工 厂 或 设 备 在 生 产 过 程 中无 功 功 率 的 变 化 情 况 ， 以 便 采 取 适 当 的 补 偿 措 施 。 工 厂 供 电 2） 平 均 功 率 因 数 平 均 功 率 因 数 亦 称 加 权 平 均 功 率 因 数 ， 按 下 式 计 算 222 p 1 1cos qpqp WWWWW （ 11.2.13） 式 中 : Wp为 某 一 时 间 内 消 耗 的 有 功 电 能 ， 由 有 功 电 度 表 读 出 ； Wq为 某 一 时 间 内 消 耗 的 无 功 电 能 ， 由 无 功 电 度 表 读 出 。 我 国 电 业 部 门 每 月 向 工 业 用 户 收 取 电 费 ， 就 规 定 电 费 要 按月 平 均 功 率 因 数 的 高 低 来 调 整 。 工 厂 供 电 3） 最 大 负 荷 时 的 功 率 因 数 最 大 负 荷 时 的 功 率 因 数 指 在 年 最 大 负 荷 (即 计 算 负 荷 )时的 功 率 因 数 ， 按 下 式 计 算 3030cos SP （ 11.2.14） 我 国 电 力 规 程 规 定 ： 高 压 供 电 的 用 户 功 率 因 数 应 达 到0.90以 上 ， 其 它 电 力 用 户 功 率 因 数 应 为 0.85以 上 ； 同 时 还 规定 ， 凡 功 率 因 数 未 达 到 上 述 规 定 的 ， 应 增 添 无 功 补 偿 装 置 。 这 里 所 指 的 功 率 因 数 为 最 大 负 荷 时 的 功 率 因 数 。 工 厂 供 电 2. 无 功 功 率 补 偿 达 不 到 规 定 的 工 厂 功 率 因 数 要 求 时 ， 则 需 要 考 虑 人 工 补偿 。 人 工 补 偿 最 普 遍 采 用 的 方 法 是 并 联 电 容 器 来 提 高 功 率 因数 。 要 使 功 率 因 数 由 cos 提 高 到 cos ， 必 须 装 设 的 无 功 补偿 装 置 容 量 为 )tan(tan303030 PQQQC （ 11.2.15） 式 中 ， 称 为 无 功 补 偿 率 ， 表 示 要 使 1kW的 有 功 功 率 由 提 高 到所 需 要 的 无 功 补 偿 容 量 kvar值 。 工 厂 供 电 在 确 定 了 总 的 补 偿 容 量 后 ， 即 可 根 据 所 选 并 联 电 容 器 的 单个 容 量 qC来 确 定 电 容 器 的 个 数 ， 即 （ 11.2.16） 并 联 电 容 器 有 三 相 和 单 相 之 分 。 如 采 用 三 相 电 容 器 组 进行 补 偿 ， 其 个 数 按 上 述 计 算 值 取 整 数 选 择 ， 如 采 用 单 相 电 容器 进 行 补 偿 ， 其 个 数 应 是 3的 整 数 倍 ， 以 便 电 容 器 三 相 均 衡 分配 。 CCqQn 工 厂 供 电 3 无 功 补 偿 后 的 工 厂 计 算 负 荷 工 厂 (或 车 间 )装 设 了 无 功 补 偿 装 置 以 后 ， 则 在 确 定 补 偿 装置 装 设 地 点 以 前 的 总 计 算 负 荷 时 ， 应 扣 除 无 功 补 偿 的 容 量 ，即 总 的 无 功 计 算 负 荷 CQQQ 3030 （ 11.2.17） 补 偿 后 总 的 视 在 计 算 负 荷 23030230 )( CQQPS （ 11.2.18） 工 厂 供 电 11.3 变 电 所 位 置 及 变 压 器 台 数 和 容 量 选 择 11.3.1 变 配 电 所 的 所 址 选 择 确 定 变 电 所 位 置 时 ， 应 考 虑 以 下 因 素 ： 尽 量 接 近 负 荷中 心 ； 进 出 线 方 便 ； 接 近 电 源 侧 ； 设 备 运 输 方 便 ； 不 应 设 在 有 剧 烈 振 动 或 高 温 的 场 所 ； 不 宜 设 在 多 尘 或有 腐 蚀 性 气 体 的 场 所 ； 不 应 设 在 有 爆 炸 危 险 环 境 的 正 上 方或 正 下 方 ， 且 不 宜 设 在 有 火 灾 危 险 环 境 的 正 上 方 或 正 下 方 ； 保 证 供 电 安 全 ， 便 于 今 后 发 展 。 其 中 ， 变 配 电 所 接 近 负 荷中 心 是 最 重 要 的 。 工 厂 供 电 1) 负 荷 指 示 图 法 负 荷 指 示 图 是 将 负 荷 按 一 定 的 比 例 ， 以 负 荷 圆 的 面 积 表明 负 荷 大 小 的 图 形 。 负 荷 圆 半 径 为 30nPr （ 11.3.1） 式 中 :n为 负 荷 圆 的 比 例 系 数 ， 单 位 为 kW mm 2。 根 据 全 厂 各 车 间 的 负 荷 图 ， 可 以 直 观 地 确 定 工 厂 的 负 荷中 心 的 位 置 。 结 合 位 置 选 择 原 则 ， 拟 定 几 个 方 案 ， 择 优 选 择变 电 所 位 置 。 工 厂 供 电 2) 负 荷 矩 法 这 是 一 种 近 似 定 量 的 计 算 方 法 ， 以 负 荷 圆 的 圆 心 为 负 荷点 ， 用 求 物 体 重 心 的 方 法 确 定 负 荷 中 心 。 图 11.3.1所 示 为 3个 负 荷 点 的 负 荷 矩 示 意 图 。 有 功 功 率P1 P3分 布 于 直 角 坐 标 系 中 ， 一 般 负 荷 中 心 为 )( iii xPPx )( iii yPPy 工 厂 供 电 i iiPxPx )( （ 11.3.2） i iiPyPy )( （ 11.3.3） 因 此 ， 总 负 荷 中 心 为 P(x, y)。 工 厂 供 电 图 11.3.1 3个 负 荷 点 的 负 荷 矩 示 意 图 工 厂 供 电 3) 按 负 荷 电 能 矩 确 定 负 荷 中 心 负 荷 矩 法 也 称 静 态 负 荷 中 心 计 算 法 ， 它 只 考 虑 负 荷 的 容 量和 位 置 ， 如 再 考 虑 各 负 荷 点 的 工 作 时 间 ， 便 成 为 用 电 能 矩 法 确定 负 荷 中 心 的 方 法 ： )( )()( )( NcMc i iiii iii AxWtP xTPx )( )()( )( i iiNiic iiMic A yWtP yTPy （ 11.3.4） （ 11.3.5） 工 厂 供 电 式 中 :WNi=PciTMi为 负 荷 点 的 电 能 消 耗 量 ； TMi为 最 大 负 荷 利用 小 时 数 ； Pci为 负 荷 的 有 功 计 算 负 荷 ； ti为 各 负 荷 在 同 一 时 间内 的 实 际 工 作 时 间 ； Ai为 各 负 荷 的 有 功 电 能 消 耗 量 。 实 际 上 影 响 变 电 所 位 置 选 择 的 因 素 很 多 ， 如 厂 区 建 筑 、 车 间 布 置 、 供 电 部 门 的 要 求 等 ， 都 可 能 制 约 变 电 所 位 置 的 选 择 。 因 此 ， 应 结 合 实 际 情 况 ， 进 行 技 术 、 经 济 比 较 ， 选 出 较 为 理 想的 变 电 所 位 置 。 工 厂 供 电 11.3.2 变 电 所 主 变 压 器 台 数 和 容 量 的 选 择 1. 变 电 所 主 变 压 器 台 数 的 选 择 选 择 主 变 压 器 台 数 时 应 考 虑 下 列 原 则 ： （ 1） 应 满 足 用 电 负 荷 对 供 电 可 靠 性 的 要 求 。 对 供 有 大 量一 、 二 级 负 荷 的 变 电 所 ， 宜 采 用 两 台 变 压 器 ， 当 一 台 变 压 器 发生 故 障 或 检 修 时 ， 另 一 台 变 压 器 能 对 一 、 二 级 负 荷 继 续 供 电 。 对 只 有 二 级 而 无 一 级 负 荷 的 变 电 所 ， 也 可 以 只 采 用 一 台 变 压 器 ， 但 必 须 在 低 压 侧 敷 设 与 其 它 变 电 所 相 连 的 联 络 线 作 为 备 用 电 源 。 （ 2） 对 季 节 性 负 荷 或 昼 夜 负 荷 变 动 较 大 而 宜 于 采 用 经 济 运 行 方 式 的 变 电 所 ， 可 考 虑 采 用 两 台 变 压 器 。 工 厂 供 电 2. 变 电 所 主 变 压 器 容 量 的 选 择 1) 只 装 一 台 主 变 压 器 的 变 电 所 主 变 压 器 容 量 ST应 满 足 全 部 用 电 设 备 总 计 算 负 荷 S30的 需 要 ， 即 30T SS （ 11.3.6） 工 厂 供 电 2) 装 有 两 台 主 变 压 器 的 变 电 所 每 台 变 压 器 的 容 量 ST应 同 时 满 足 以 下 两 个 条 件 ： （ 1） 任 一 台 变 压 器 单 独 运 行 时 ， 宜 满 足 总 计 算 负 荷 S30的 大约 60 70 的 需 要 ， 即 30T )7.06.0( SS （ 11.3.7） 工 厂 供 电 （ 2） 任 一 台 变 压 器 单 独 运 行 时 ， 应 满 足 全 部 一 、 二 级负 荷 S30( + )的 需 要 ， 即 ）（ 30T SS （ 11.3.8） 3) 车 间 变 电 所 主 变 压 器 单 台 容 量 的 选 择 车 间 变 电 所 主 变 压 器 的 单 台 容 量 ， 一 方 面 受 到 低 压 断 路器 断 流 能 力 和 短 路 稳 定 度 的 限 制 ， 另 一 方 面 考 虑 到 应 使 变 压器 更 接 近 于 车 间 负 荷 中 心 ， 因 此 容 量 一 般 不 宜 大 于 1250 kVA。 工 厂 供 电 11.4 变 配 电 所 高 低 压 一 次 设 备 变 配 电 所 中 承 担 输 送 和 分 配 电 能 任 务 的 电 路 称 为 一 次 电路 (primary circuit)或 称 主 电 路 (主 接 线 )。 一 次 电 路 中 所 有的 电 气 设 备 称 为 一 次 设 备 (primary equipment)或 一 次 元 件 。 一 次 设 备 按 其 功 能 分 为 以 下 几 类 ： （ 1） 变 换 设 备 ， 其 功 能 是 按 电 力 系 统 工 作 的 要 求 来 改变 电 压 或 电 流 ， 例 如 电 力 变 压 器 、 电 流 互 感 器 、 电 压 互 感 器等 。 (2) 控 制 设 备 ， 其 功 能 是 按 电 力 系 统 工 作 的 要 求 来 控 制 一 次 电 路 的 通 、 断 ， 例 如 各 种 高 低 压 开 关 。 工 厂 供 电 (3) 保 护 设 备 ， 其 功 能 是 用 来 对 电 力 系 统 进 行 过 电 流 和 过电 压 等 的 保 护 ， 例 如 熔 断 器 和 避 雷 器 等 。 (4) 成 套 设 备 ， 它 是 按 一 次 电 路 接 线 方 案 的 要 求 ， 将 有关 一 次 设 备 及 二 次 设 备 组 合 为 一 体 的 电 气 装 置 ， 例 如 高 压 开关 柜 、 低 压 配 电 屏 、 动 力 和 照 明 配 电 箱 等 。 工 厂 供 电 11.4.1 高 压 一 次 设 备 1. 高 压 断 路 器 QF 1) 高 压 断 路 器 的 功 能 高 压 断 路 器 (high voltage circuit breaker)是 高 压 电器 中 最 重 要 的 设 备 ， 是 电 力 系 统 一 次 设 备 中 起 控 制 和 保 护 作用 的 关 键 电 器 。 高 压 断 路 器 在 电 网 中 起 两 方 面 的 作 用 ： 一 是 控制 作 用 ， 即 根 据 电 网 运 行 的 需 要 ， 将 部 分 电 气 设 备 或 线 路 投入 或 退 出 运 行 ； 二 是 保 护 作 用 ， 即 在 电 气 设 备 或 电 力 线 路 发 生故 障 时 ， 继 电 保 护 自 动 装 置 发 出 跳 闸 信 号 ， 起 动 断 路 器 ， 将 故障 部 分 设 备 或 线 路 从 电 网 中 迅 速 切 除 ， 确 保 电 网 中 无 故 障 部 分 电 路 的 正 常 运 行 。 工 厂 供 电 2) 高 压 断 路 器 的 分 类 高 压 断 路 器 一 般 按 灭 弧 介 质 的 不 同 分 为 ： (1) 油 断 路 器 ， 指 采 用 变 压 器 油 作 为 灭 弧 介 质 的 断 路 器 。 它 又 分 为 多 油 断 路 器 和 少 油 断 路 器 。 多 油 断 路 器 的 油 除 了 作 灭弧 介 质 和 触 头 开 断 后 的 绝 缘 外 ， 还 作 为 带 电 部 分 对 地 的 绝 缘 。 少 油 断 路 器 的 油 只 作 为 灭 弧 介 质 和 触 头 开 断 后 的 绝 缘 ， 而 带 电部 分 对 地 绝 缘 采 用 瓷 件 或 其 他 介 质 。 和 多 油 断 路 器 相 比 ， 少 油断 路 器 具 有 用 油 量 少 ， 体 积 小 ， 重 量 轻 ， 运 输 安 装 方 便 ， 有 利于 防 火 等 优 点 。 在 610 kV户 内 配 电 装 置 中 常 用 的 有 SN1010型 少 油 断 路 器 。 工 厂 供 电 (2) 真 空 断 路 器 ， 指 采 用 真 空 的 高 绝 缘 强 度 来 灭 弧 的 断 路器 。 这 种 断 路 器 的 动 静 触 头 密 封 在 真 空 泡 内 ， 利 用 真 空 作 为 灭弧 介 质 和 绝 缘 介 质 。 它 的 特 点 是 体 积 小 ， 寿 命 长 ， 维 修 工 作 量小 ， 主 要 用 于 频 繁 操 作 的 场 所 。 常 用 的 真 空 断 路 器 有 ZN1212、 ZN28A12型 户 内 高 压 真 空 断 路 器 ， 其 外 形 如 图 11.4.1所示 。 工 厂 供 电 图 11.4.1 ZN1212型 户 内 高 压 真 空 断 路 器 工 厂 供 电 (3) 六 氟 化 硫 (SF6)断 路 器 ， 指 利 用 具 有 优 异 的 绝 缘 性 能 和灭 弧 性 能 的 SF6气 体 作 为 灭 弧 介 质 和 绝 缘 介 质 的 断 路 器 。 SF6气体 是 无 色 、 无 臭 、 不 燃 烧 、 无 毒 的 惰 性 气 体 ， 它 的 绝 缘 能 力 约高 于 空 气 2.5倍 ， 而 灭 弧 能 力 则 高 达 百 倍 。 SF6断 路 器 比 少 油 断路 器 串 联 断 口 要 少 ， 可 使 制 造 、 安 装 、 调 试 和 运 行 比 较 方 便 和经 济 。 它 的 特 点 是 灭 弧 能 力 强 ， 绝 缘 强 度 高 ， 开 断 电 流 大 ， 燃 弧 时 间 短 ， 检 修 周 期 长 ， 断 开 电 容 电 流 或 电 感 电 流 时 无 重燃 ， 过 电 压 低 等 。 SF 6断 路 器 主 要 用 于 需 频 繁 操 作 及 有 易 燃 、 易 爆 危 险 的 场 所 ， 特 别 用 于 全 封 闭 组 合 电 器 中 。 常 用 的 SF6断路 器 为 LN2型 。 真 空 断 路 器 、 六 氟 化 硫 断 路 器 是 现 在 和 未 来 重 点 发 展 与 使用 的 断 路 器 。 工 厂 供 电 2. 隔 离 开 关 QS 1) 隔 离 开 关 的 功 能 隔 离 开 关 (high voltage disconnector)的 作 用 主 要 有 以下 三 方 面 ： (1) 隔 离 电 源 ， 保 证 安 全 。 利 用 隔 离 开 关 将 高 压 电 气 装 置中 需 要 检 修 的 部 分 与 其 他 带 电 部 分 可 靠 隔 离 ， 隔 离 开 关 断 开 后有 明 显 可 见 的 断 开 间 隙 ， 能 充 分 保 证 人 身 和 设 备 的 安 全 。 工 厂 供 电 (2) 倒 闸 操 作 。 隔 离 开 关 经 常 用 来 进 行 电 力 系 统 运 行 方式 改 变 时 的 倒 闸 操 作 。 例 如 ， 当 主 接 线 为 双 母 线 时 ， 利 用 隔离 开 关 将 设 备 或 线 路 从 一 组 母 线 切 换 到 另 一 组 母 线 。 特 别 强 调 ， 隔 离 开 关 没 有 专 门 的 灭 弧 装 置 ， 在 任 何 情 况下 ， 均 不 能 接 通 或 切 断 负 荷 电 流 和 短 路 电 流 ， 并 应 设 法 避 免可 能 发 生 的 误 操 作 。 当 隔 离 开 关 与 断 路 器 配 合 操 作 时 ， 其 顺 序 应 为 ： 断 电 时 ， 先 拉 开 断 路 器 ， 再 拉 开 隔 离 开 关 ； 送 电 时 ， 先 合 隔 离 开 关 ， 再 合 断 路 器 。 总 之 ， 隔 离 开 关 与 断 路 器 配 合 操 作 时 ， 隔 离 开关 必 须 在 断 路 器 处 于 断 开 （ 分 闸 ） 位 置 时 才 能 进 行 操 作 。 工 厂 供 电 2) 隔 离 开 关 的 分 类 按 装 设 地 点 的 不 同 ， 隔 离 开 关 分 为 户 内 和 户 外 两 种 。 户 内 隔 离 开 关 （ 型 号 为 GN） 的 额 定 电 压 一 般 在 35 kV以 下 。 工 厂 供 配 电 系 统 常 用 的 高 压 户 内 隔 离 开 关 为 GN19、 GN22和GN24型 等 ， 其 外 形 如 图 11.4.2所 示 。 工 厂 供 电 图 11.4.2 GN2212户 内 高 压 隔 离 开 关 工 厂 供 电 户 外 隔 离 开 关 （ 型 号 为 GW） 由 于 触 头 暴 露 在