《工厂供电》PPT课件

中国石油大学（华东）信息与控制工程学院电气工程系工 厂 供 电主 讲 教 师 ： 仉 志 华 讲 授 学 时 及 参 考 教 材 学 时 要 求 ： 15学 时 参 考 教 材 ： 1、 供 配 电 技 术 唐 志 平 主 编 电 子 工 业 出 版 社 ； 2、 工 厂 供 电 （ 第 三 版 ） 刘 介 才 编 机 械 工 业 出 版 社 ；3、 工 厂 供 电 （ 第 二 版 ） 黄 纯 华 葛 少 云 编 天 津 大 学 出 版 社 ； 本 课 程 主 要 内 容本 课 程 主 要 讲 述 中 小 型 工 厂 供 配 电 系 统 的 基本 理 论 知 识 、 计 算 方 法 、 系 统 运 行 及 管 理 的 相 关知 识 。主 要 包 括 以 下 几 个 专 题 ： 供 配 电 系 统 和 电 力 系 统 的 基 本 知 识 ； 工 厂 电 力 负 荷 的 计 算 ； 电 气 主 接 线 形 式 介 绍 ； 电 气 设 备 的 继 电 保 护 原 理 ； 电 气 设 备 的 防 雷 与 接 地 ； 第 一 章 电 力 系 统 概 论本 章 将 主 要 介 绍 电 力 系 统 的 基 本 概 念 、 供 配 电 系 统 设计 的 相 关 基 础 知 识 ， 主 要 包 括 以 下 几 个 内 容 ： 电 力 系 统 和 供 配 电 系 统 概 述q 电 力 系 统 的 基 本 概 念 ；q 供 配 电 系 统 的 组 成 ；q 电 力 系 统 的 运 行 特 点 及 运 行 要 求 ； 电 力 系 统 的 额 定 电 压 q 电 力 系 统 的 电 压 分 级 ；q 电 力 系 统 中 各 元 件 的 额 定 电 压 规 定 ； 电 力 系 统 的 中 性 点 运 行 方 式q 电 力 系 统 中 性 点 运 行 方 式 基 本 概 念 ；q 电 力 系 统 中 性 点 各 种 运 行 方 式 特 点 及 适 用 场 合 ； 第 一 章 电 力 系 统 概 论 电 能 的 质 量 指 标q 电 力 系 统 电 能 质 量 衡 量 标 准 ；q 各 指 标 的 具 体 含 义 ； 供 配 电 系 统 的 组 成q 供 配 电 系 统 设 计 的 对 象 ；q 供 配 电 系 统 设 计 的 主 要 内 容 ； 第 一 节 电 力 系 统 的 基 本 概 念一 、 电 力 系 统1、 电 力 系 统 的 定 义 按 对 象 描 述 ：发 电 厂 、 电 力 网 及 用 电 设 备 组 成 的 统 一 整 体 ； 按 过 程 描 述 ：由 发 电 、 变 电 、 输 电 、 供 电 、 配 电 以 及 用 电 等设 备 和 技 术 组 成 的 一 个 将 一 次 能 源 转 换 成 电 能的 统 一 系 统 。 第 一 章 工 厂 供 电 系 统 的 基 本 概 念 第 一 节 电 力 系 统 的 基 本 概 念2、 电 力 系 统 的 组 成 第 一 节 电 力 系 统 的 基 本 概 念 第 一 节 电 力 系 统 的 基 本 概 念3 动 力 系 统 动 力 系 统 ： 电 力 系 统 与 “ 动 力 部 分 ” 的 总 和 。 动 力 系 统 、 电 力 系 统 、 电 力 网 三 部 分 的 关 系 如 下 图 所 示 。可 见 电 力 网 是 电 力 系 统 的 组 成 部 分 ； 电 力 系 统 是 动 力 系统 的 组 成 部 分 。 第 一 节 电 力 系 统 的 基 本 概 念2、 要 求 ：（ 1） 安 全 、 可 靠 首 要 任 务 ；（ 2） 保 证 良 好 的 供 电 质 量 （ 优 质 ） ；（ 3） 经 济 性 （ 高 效 ） ；（ 4） 灵 活 、 方 便 且 有 冗 余 ；二 、 电 力 系 统 运 行 的 特 点 和 要 求1、 特 点 ：（ 1） 电 能 不 能 大 量 贮 存 ；（ 2） 电 力 系 统 电 磁 暂 态 过 程 非 常 短 暂 ；（ 3） 电 力 系 统 重 要 性 。 第 二 节 电 力 系 统 额 定 电 压q 额 定 电 压 ： 电 气 设 备 正 常 工 作 且 能 获 得 最 佳 技 术 性 能和 经 济 效 果 的 电 压 。 通 常 是 指 线 电 压 ， 在 电 气 设 备 铭 牌上 标 出 。 一 、 额 定 电 压 规 定q 电 力 系 统 电 压 是 有 等 级 的 。q 电 压 分 级 的 原 因 分 析 ： 由 于 ， 当 输 送 功 率 S 一 定 时 ， U越 高 ， I 越 小 ， 导线 等 载 流 部 分 的 截 面 积 越 小 ， 投 资 也 就 越 小 ； 但 电 压 U越 高 ， 对 于 设 备 绝 缘 要 求 也 就 越 高 ， 变 压 器 、杆 塔 、 断 路 器 等 设 备 的 绝 缘 投 资 也 就 越 大 ， 综 合 考 虑 上 述 因 素 ， 对 于 一 定 的 输 送 功 率 和 输 送 距 离 总 会有 一 最 为 合 理 的 线 路 电 压 ， 此 时 最 为 经 济 。 UIS 3 第 二 节 电 力 系 统 额 定 电 压q 主 要 分 成 ：220V,380V,3kV,6kV,10kV,35kV,110kV,220kV,500kV;750KV， 1000KVq 在 电 力 系 统 中 同 一 电 压 等 级 下 ， 不 同 的 电 气 设 备具 有 不 同 的 额 定 电 压 规 定 。 用 电 设 备 、 电 力 线 路 、发 电 机 以 及 变 压 器 的 额 定 电 压 规 定 分 别 予 以 介 绍 。 第 二 节 电 力 系 统 额 定 电 压1、 用 电 设 备 额 定 电 压 铭 牌 上 标 出 的 线 电 压 ， 没 有 特 殊 规 定 ；2、 电 力 线 路 的 额 定 电 压 ： 和 所 连 接 的 用 电 设 备 的 额 定 电 压 相 等 ， 又 称 网 络 的 额 定 电压 ；3、 发 电 机 的 额 定 电 压 ： 与 网 络 额 定 电 压 为 同 一 等 级 时 ， 发 电 机 的 额 定 电 压 规 定 比网 络 电 压 高 5%； 标 称 值 均 为 空 载 值 。4、 变 压 器 额 定 电 压 ： 比 较 复 杂 ， 需 视 所 处 位 置 来 确 定 ； 第 二 节 电 力 系 统 额 定 电 压 变 压 器 一 次 绕 组q 与 发 电 机 直 接 相 连 时 ， 其 额 定 电 压 与 发 电 机 额 定 电 压相 等 ；q 不 与 发 电 机 直 接 相 连 时 ， 其 额 定 电 压 与 网 络 额 定 电 压相 等 ； 变 压 器 二 次 绕 组q 与 用 户 直 接 相 连 时 ， 其 额 定 电 压 比 网 络 电 压 高 5%；q 与 用 户 不 直 接 相 连 时 ， 额 定 电 压 比 网 络 电 压 高 10%； 第 二 节 电 力 系 统 额 定 电 压电 力 系 统 电 压 等 级 规 定 总 结 第 二 节 电 力 系 统 额 定 电 压例 ： 图 A为 一 升 压 变 压 器 ， 一 次 侧 接 发 电 机 ， 电 压 等 级为 10KV； 二 次 侧 接 输 电 网 ， 电 压 等 级 （ 网 络 电 压 ）为 220KV。 第 二 节 电 力 系 统 额 定 电 压 变 压 器 一 次 侧 额 定 电 压 为 ： UTn1=10.0*(1+5%)=10.5KV; 变 压 器 二 次 侧 主 抽 头 额 定 电 压 为 ：UTn2=220*(1+10%)=242KV; 变 压 器 二 次 侧 5%抽 头 额 定 电 压 为 ： UTn2+5%=242*(1+5%)=254KV;（ 比 主 触 头 的 额 定 电 压 高 5%） 变 压 器 二 次 侧 5%抽 头 额 定 电 压 为 ： UTn25%=242*(15%)=229.9KV; （ 比 主 触 头 的 额 定 电 压 低 5%） 第 二 节 电 力 系 统 额 定 电 压例 ： 图 B为 一 降 压 变 压 器 ， 一 次 侧 接 输 电 网 ， 网 络 额 定 电 压为 220KV； 二 次 侧 接 配 电 网 ， 网 络 额 定 电 压 为 10KV。 第 二 节 电 力 系 统 额 定 电 压 变 压 器 一 次 侧 主 抽 头 额 定 电 压 为 ：UTn1=Un1=220KV； 一 次 侧 +5%抽 头 的 额 定 电 压 为 ：UTn1+5%=220*(1+5%)=231KV； 一 次 侧 5%抽 头 的 额 定 电 压 为 ：UTn1-5%=220*(1-5%)=209KV； 二 次 侧 主 抽 头 额 定 电 压 为 ： UTn2=10*(1+10%)=11KV； 第 二 节 电 力 系 统 额 定 电 压二 、 各 种 电 压 等 级 的 适 用 范 围 注 意 对 各 电 压 等 级 对 应 的 输 送 容 量 以 及 输 送 距 离 限 制 ！ ！ 第 三 节 电 力 系 统 中 性 点 运 行 方 式一 电 力 系 统 中 性 点 电 力 系 统 中 性 点 q 指 系 统 中 星 形 联 结 的 变 压 器 或 发 电 机 的 中 性 点 。 意 义 ： 电 力 系 统 的 中 性 点 运 行 方 式 是 一 个 综 合 性 问 题 ，对 于 电 力 系 统 的 运 行 特 别 是 在 系 统 发 生 单 相 接 地 故 障 时 有明 显 的 影 响 ： q 它 与 电 压 等 级 、 单 相 接 地 电 流 、 过 电 压 水 平 、 保 护 配 置 等 有 关 ；q 直 接 影 响 电 网 的 绝 缘 水 平 、 系 统 供 电 的 可 靠 性 、 主 变 压 器 和 发 电机 的 运 行 安 全 以 及 通 信 线 路 的 抗 干 扰 能 力 等 。 第 三 节 电 力 系 统 中 性 点 运 行 方 式二 中 性 点 运 行 方 式 及 特 点 第 三 节 电 力 系 统 中 性 点 运 行 方 式 假 定 条 件 ：q 三 相 对 称 电 路 ： 电 源 、 线 路 和 负 载 均 是 对 称 的 ；q C为 相 与 地 之 间 的 总 分 布 电 容 ； 表 示 其 容 抗 ；Xc 正 常 运 行 时 的 中 性 点 不 接 地 的 电 力 系 统 1 中 性 点 不 接 地 的 电 力 系 统（ 1） 系 统 正 常 时三 相 线 电 压 对 称 ; 三 相 相 电 压 对 称 ;三 相 对 地 电 容 电 流 对 称 ; 第 三 节 电 力 系 统 中 性 点 运 行 方 式 三 个 对 地 电 容 电 流 平 衡 分 析三 相 对 地 分 布 电 容 电 流 分 别 为 ：CCCcoCCBBcoBCAAcoA XUIXUIXUI ; 0 COCCOBCOAo IIII 接 地 电 流 为 ： 结 论 ： 系 统 正 常 时 ， 虚 拟 接 地 点 的 总 电 容 电 流 相 量 和 为 0，即 没 有 电 流 在 地 中 流 动 。 正 常 运 行 时 的 中 性 点 不 接 地的 电 力 系 统 第 三 节 电 力 系 统 中 性 点 运 行 方 式（ 2） 系 统 发 生 单 相 接 地 短 路 时 （ 如 C相 接 地 ） 电 压 特 征 ：q C 相 对 地 电 压 为 0； 中 性 点 对 地 电 压 不 为 0；q A相 对 地 电 压 为 ： ； 升 高 为 线 电 压 ；q B相 对 地 电 压 为 ： ； 升 高 为 线 电 压 ； 电 流 特 征 ： n 将 接 地 点 作 为 广 义 节 点 ， 列 KCL方 程 ：ACCAA UUUU )( BCCBB UUUU )(0 . BCACC III )( . BCACC III 第 三 节 电 力 系 统 中 性 点 运 行 方 式q 由 相 量 图 得 ， 相 位 上 ： 超 前 ；q 量 值 上 ： CI 090CU 00 333,3 CCCC ACAACACC IIIXUXUIII ， 得 ：且 结 论 ： 一 相 接 地 的 电 容 电 流 为 正 常 运 行 时 每 相 对 地 电 容 电流 的 3倍 ； 第 三 节 电 力 系 统 中 性 点 运 行 方 式（ 3） 中 性 点 不 接 地 系 统 发 生 单 相 接 地 时 特 征 ：q 经 故 障 相 流 入 故 障 点 的 电 流 为 正 常 时 本 电 压 等 级 每 相 对地 总 电 容 电 流 的 3倍 ；q 中 性 点 对 地 电 压 升 高 为 相 电 压 ；q 非 故 障 相 的 对 地 电 压 升 高 为 线 电 压 ；q 线 电 压 与 正 常 时 的 相 同 ， 依 然 对 称 ；（ 4） 适 用 范 围 ： 中 性 点 不 接 地 系 统 仅 仅 适 用 于 单 相 接 地 电 容 电 流 不大 的 电 网 ： q 310kV电 网 中 ， 单 相 接 地 电 流 ： Id30A；q 3560kV电 网 中 ， 单 相 接 地 电 流 ： Id10A； 第 三 节 电 力 系 统 中 性 点 运 行 方 式2 中 性 点 经 消 弧 线 圈 接 地 的 电 力 系 统 q 上 述 电 路 中 如 果 发 生 单 相 接 地 故 障 时 接 地 电 流 比 较 大 ，会 出 现 断 续 电 弧 ， 由 于 电 力 线 路 中 含 有 电 阻 、 电 感 、 电容 ， 因 此 在 单 相 弧 光 接 地 时 ， 可 能 会 形 成 串 联 谐 振 ， 出现 过 电 压 （ 正 常 时 的 2.5-3倍 ） ， 导 致 线 路 上 绝 缘 薄 弱 地点 出 现 绝 缘 击 穿 ； 在 此 单 相 接 地 电 容 电 流 大 于 一 定 值 的系 统 中 ， 电 源 中 性 点 经 消 弧 线 圈 接 地 。 第 三 节 电 力 系 统 中 性 点 运 行 方 式q 发 生 单 相 接 地 故 障 时 ， 流 过 中 性 点 的 电 流 时 接 地 电 容 与流 过 消 弧 线 圈 的 电 感 电 流 之 和 ； 超 前 900， 而 滞后 900， 所 以 在 接 地 点 相 互 补 偿 。 当 与 的 量 值 差 小 于发 生 电 弧 的 最 小 电 流 （ 最 小 生 弧 电 流 ） ， 电 弧 不 会 发 生 ，不 会 出 现 串 联 谐 振 过 电 压 现 象 。 CI CU LICU 第 三 节 电 力 系 统 中 性 点 运 行 方 式（ 1） 特 点 ： 中 性 点 对 地 电 压 升 高 为 相 电 压 ； 非 故 障 相 的 对 地 电 压 升 高 为 线 电 压 ； 线 电 压 与 正 常 时 的 相 同 ， 依 然 对 称 ； 消 弧 线 圈 有 消 减 小 了 接 地 电 流 ， 允 许 在 单 相 接 地 故 障 时 继续 运 行 （ 2小 时 ） ， 在 此 时 间 内 查 找 故 障 。（ 2） 适 用 场 合 ： 规 定 在 中 性 点 不 接 地 系 统 中 的 360kV系 统 中 ， 当 电 容电 流 超 过 规 定 数 值 时 ， 需 要 采 用 消 弧 线 圈 接 地 ： 36kV的 系 统 ， 大 于 30A; 10kV的 系 统 , 大 于 20A; 3560kV的 系 统 , 大 于 10A; 第 三 节 电 力 系 统 中 性 点 运 行 方 式3 中 性 点 直 接 接 地 的 电 力 系 统 单 相 接 地 故 障 时 ， 形 成 单 相 短 路 ， 短 路 电 流 比 正 常 时大 的 多 ， 立 即 跳 闸 ； 解 决 的 问 题 ：q （ 1） .高 压 灭 弧 困 难 ： 220kV及 以 上 的 电 压 电 网 ， 除 存在 对 地 电 容 外 ， 还 存 在 较 大 的 电 晕 损 耗 和 泄 漏 损 耗 ， 因而 在 接 地 电 流 中 既 有 有 功 分 量 又 有 无 功 分 量 ， 而 消 弧 线圈 只 能 补 偿 无 功 分 量 ， 接 地 点 仍 有 较 大 的 有 功 电 流 流 过 ；电 压 等 级 越 高 ， 该 值 越 大 ： 100A200A之 上 ； 致 使 电 弧无 法 熄 灭 ； 第 三 节 电 力 系 统 中 性 点 运 行 方 式q （ 2） 高 压 绝 缘 投 资 大 ： 在 中性 点 直 接 接 地 系 统 中 ， 发 生 单相 接 地 故 障 后 ， 中 性 点 电 位 不变 化 ， 致 使 非 故 障 相 对 地 电 压即 相 电 压 基 本 不 变 化 ， 所 以 可以 有 效 克 服 线 路 以 及 高 压 设 备高 压 绝 缘 投 资 问 题 ； q （ 3） 低 压 单 相 设 备 运 行 需 要 ：在 380V/220V系 统 中 ， 为 了 设备 可 靠 接 地 以 及 单 相 设 备 的 工作 需 要 ， 也 通 常 采 用 中 性 点 直接 接 地 运 行 方 式 。 第 四 节 电 能 的 质 量 指 标 衡 量 电 能 质 量 的 三 个 指 标 ： 电 压 、 频 率 、 供 电 可 靠 性 ;一 、 电 压 电 压 质 量 是 以 电 压 偏 离 额 定 电 压 的 幅 度 （ 电 压 偏 差 ） 、电 压 波 动 与 闪 变 和 电 压 波 形 来 衡 量 。1、 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 ：式 中 ： V%为 电 压 偏 差 百 分 数 ，U为 实 际 电 压 ， UN为 额 定 电 压 。 %100% N NUUUV 第 四 节 电 能 的 质 量 指 标2、 电 压 波 动 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 ： 式 中 ， 为 电 压 波 动 ； 为 电 压 波 动 百 分 数 ； 为 电 压 波 动 的 最 大 值 和 最 小 值 （ kV） ； 为 额 定 电 压 （ kV） 。 minmax UUU %100% minmax NU UUUU %Uminmax,UUNU 第 四 节 电 能 的 质 量 指 标3、 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 性 负 荷 ， 使 电 压 波 形 发 生 畸 变 ， 除 基 波 外 ， 还 有 各 项谐 波 ， 电 力 系 统 中 主 要 以 3次 、 5次 等 奇 次 谐 波 为 主 。 二 、 频 率频 率 的 质 量 是 以 频 率 偏 差 来 衡 量 。 第 四 节 电 能 的 质 量 指 标三 、 供 电 的 可 靠 性 供 电 可 靠 性 是 以 对 用 户 停 电 的 时 间 及 次 数 来 衡 量 。 通 常 采 用 供 电 可 靠 率 表 示 供 电 可 靠 性 ， 即 实 际 供 电 时 间 与统 计 期 全 部 时 间 的 比 值 的 百 分 数 表 示 ：式 中 ： T y为 统 计 期 实 际 供 电 时 间 之 和 （ h） ； Ts为 统 计 期 全 部 时 间 （ h） ； Tt为 统 计 期 内 停 电 时 间 之 和 （ h） ； ti为 统 计 期 内 每 次 停 电 时 间 （ h） ；%1001 ni iC tK tsy TTT ni it tT 1 第 五 节 工 厂 供 配 电 系 统 的 组 成 2003年 底 ， 我 国 发 电 机 装 机 容 量 3 8450万 千 瓦 ， 发电 量 达 1 9080亿 度 （ kWh） ， 居 世 界 第 二 位 。 工 业 用户 占 据 50%70%， 供 配 电 系 统 的 任 务 就 是 用 户 电 能 的供 应 和 分 配 ， 是 电 力 系 统 的 主 要 组 成 部 分 ； 对 于 工 厂供 配 电 系 统 进 行 研 究 和 设 计 很 有 必 要 。 一 、 工 厂 供 配 电 系 统 研 究 对 象 从 供 电 角 度 ， 工 厂 规 模 的 分 类 ： 第 五 节 工 厂 供 配 电 系 统 的 组 成本 科 程 主 要 介 绍 中 小 型 工 厂 内 部 供 配 电 系 统 的 设 计 问题 ， 设 计 整 个 工 厂 （ 企 业 ） 内 部 接 受 、 变 换 、 分 配 、 消 费电 能 的 总 电 路 ； 初 步 掌 握 中 小 型 工 厂 的 供 电 系 统 和 电 气 照明 系 统 的 维 护 和 设 计 的 基 本 知 识 。二 工 厂 供 配 电 系 统 总 体 构 成 ：q 电 源 系 统 +变 配 电 系 统1 电 源 系 统 外 部 供 电 系 统 ； 第 五 节 工 厂 供 配 电 系 统 的 组 成2 变 配 电 系 统 内 部 变 配 电 系 统 第 五 节 工 厂 供 配 电 系 统 的 组 成 总 降 压 变 电 所 接 受 、 变 压 、 分 配 ；由 降 压 变 压 器 、 高 压 配 电 装 置 、 低 压 配 电 装 置 等 组 成 。 负责 将 35KV110KV电 压 等 级 降 至 6KV10KV， 并 由 配 电 装置 将 电 能 送 出 。 高 压 配 电 所 接 受 、 分 配 电 能 ； 为 减 少 电 能 损 失 ， 在 负 荷 中 心 ， 对 6KV10KV电 压 等级 的 电 能 进 行 重 新 分 配 ， 送 至 个 车 间 变 电 所 或 者 高 压 用 电设 备 ， 即 厂 内 电 能 中 转 站 。第 五 节 工 厂 供 配 电 系 统 的 组 成 第 五 节 工 厂 供 配 电 系 统 的 组 成 车 间 变 电 所将 6KV10KV电 压 等 级 电 能 降 至 380/220V电 压 ， 并 通 过低 压 配 电 盘 送 至 各 个 用 电 设 备 。 第 五 节 工 厂 供 配 电 系 统 的 组 成 高 压 配 电 线 路 （ 6KV10KV） 低 压 配 电 线 路 （ 380/220V） 注 意 ： 上 述 为 一 般 工 厂 供 配 电 系 统 的 组 成 ， 现 实 中 ， 按照 现 场 的 实 际 进 行 增 减 设 备 和 环 节 。 本 章 小 结本 章 主 要 介 绍 了 电 力 系 统 及 供 配 电 系 统 设 计的 相 关 基 础 知 识 ， 主 要 包 括 以 下 几 个 内 容 ： 电 力 系 统 的 基 本 概 念 ， 包 括 电 力 系 统 的 组 成 ， 运 行 特 点 以及 运 行 要 求 ； 电 力 系 统 的 电 压 分 级 以 及 各 元 件 的 额 定 电 压 规 定 ； 电 力 系 统 的 中 性 点 运 行 方 式 、 各 自 特 点 及 适 用 场 合 ； 电 力 系 统 电 能 质 量 衡 量 标 准 ； 供 配 电 系 统 的 组 成 ；