工厂供电与电气控制技术概论

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,工厂供电与电气控制技术,参考教材：,1、供配电技术 唐志平 主编,电子工业出版社,2、工厂供电第二版 黄纯华 葛少云 编,天津大学出版社,总学时：,48,学时,工厂供电,32,学时,电气控制技术,16,学时,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根本理论知识、计算方法、系统运行及管理的相关知识。,主要包括以下几个方面：,工厂供配电系统和电力系统的根本知识；,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 概论,本章主要内容：工厂供电的根本知识,供电系统、发电厂、电力系统及自备电源,电压、电能质量,中性点运行方式,低压配电系统的接地型式,第一节 工厂供电的意义、要求及课程任务,一、工厂供电(plant power supply)：,是指工厂所需电能的供给和分配，亦称工厂配电。,二、根本要求：,平安、可靠、优质、经济。,2021年底，我国发电机装机容量12.47亿千瓦，发电量达52451亿度kWh。工业用户占据50%-70%，供配电系统的任务就是用户电能的供给和分配，是电力系统的主要组成局部；对于工厂供配电系统进行研究和设计很有必要。,第二节 工厂供电系统、发电厂、电力系统,及自备电源,一、工厂供电系统概况：,电源系统,+,变配电系统,图,1-1,工厂供电系统简图,1,、电源系统,外部供电系统；,电源进线,大中型工厂：,35KV110KV,架空线路,小型工厂：,6KV10KV,电缆进线,2,变配电系统,内部变配电系统,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。,图,1-1,工厂供电系统简图,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。,图,1-1,工厂供电系统简图,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。,图,1-1,工厂供电系统简图,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。,图,1-1,工厂供电系统简图,图,1-2,中型工厂供电系统简图,图,1-3,高压深入负荷中心的工厂供电系统简图,a),一台主变,b),两台主变,二、发电厂和电力系统,1、发电厂发电站：将自然界蕴藏的各种一次能源转换为电能(二次能源)的工厂。,种类：水力、火力、核能、风力、地热及太阳能发电厂。,2,、电力系统,(power system),：由各级电压的电力线路将一些发电厂、变电所,和电力用户联系起来的一个发电、输电、变电、配电和用电的整体。,送电过程：发电机升压高压输电线路降压配电,三、工厂自备电源,对于工厂的重要负荷，一般要求在正常供电电源之外，设置应急,自备电源。,1,、柴油发电机组自备电源：操作简便、起动迅速、效率较高。,2、交流不停电电源UPS：,如下图，由整流器(UR)、逆变器(uV)和蓄电池组(GB)等三,局部组成。,第三节 电力系统的电压与电能质量,衡量电能质量的两个根本参数：电压、频率,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、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：U%为电压偏差百分数，,U为实际电压，UN为额定电压。,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。,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。,三、电力设备的额定电压,额定电压：电气设备正常工作且能获得最正确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。,1、额定电压规定,电力系统电压是有等级的。,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，导线等载流局部的截面积越小，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。,主要分成：,220V,380V,3kV,6kV,10kV,35kV,110kV,220kV,500kV,750KV,1000KV,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。,用电设备额定电压：,铭牌上标出的线电压，没有特殊规定；,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；,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；,变压器额定电压：,比较复杂，需视所处位置来确定。,变压器一次绕组,与发电机直接相连时，其额定电压与发电机额定电压相等；,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,与用户直接相连时，其额定电压比网络电压高,5%,；,与用户不直接相连时，额定电压比网络电压高,10%,；,一次绕组：规定变压器,接受,功率的一侧，相当于用电设备,二次绕组：规定变压器,输出,功率的一侧，相当于电源设备,2,、电力系统电压等级规定总结,第四节 电力系统中性点运行方式及低压配电系统接地型式,一电力系统的中性点运行方式,电力系统中性点,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：,它与电压等级、单相接地电流、过电压水平、保护配置等有关；,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平安以及通信线路的抗干扰能力等。,中性点运行方式及特点：,中性点直接接地大电流接地系统：220kV，110kV，380/220V,中性点不接地：3kV-10kV,中性点非直接接地,小电流接地系统,中性点经消弧线圈接地：3-6kV，Id30A；,10kV，Id20A；,20-63kV，Id10A,假定条件：,三相对称电路：电源、线路和负载均是对称的；,C,为相与地之间的总分布电容；表示其容抗；,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;,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：,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,2系统发生单相接地短路时如C相接地,电压特征：,C相对地电压为0；中性点对地电压不为0；,A相对地电压为：；升高为线电压；,B相对地电压为：；升高为线电压；,电流特征：,将接地点作为广义节点，列KCL方程：,由相量图得，相位上：超前 ；,量值上：,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；,3中性点不接地系统发生单相接地时特征：,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；,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；,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：,3-10kV电网中，单相接地电流：Id30A；,35-60kV电网中，单相接地电流：Id10A；,2中性点经消弧线圈接地的电力系统,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。,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。,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3-60kV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：,3-6kV的系统，大于30A;,10kV的系统,大于20A;,35-60kV的系统,大于10A;,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：,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：100A-200A之上；致使电弧无法熄灭；,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根本不变化，所以可以有效克服线路以及高压设备高压绝缘投资问题；,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。,二、低压配电系统的接地型式,我国,220,380V,低压配电系统，广泛采用中性点直接接地的运行方式，而且引出有中性线,N,、保护线,PE,、保护中性线,PEN,。,中性线(N线)的功能：一是用来接用额定电压为系统相电压的单相用电设备；二是用来传导三相系统中的不平衡电流和单相电流；三是减小负荷中性点的电位偏移。,保护线(PE线)的功能：它是用来保障人身平安、防止发生触电事故用的接地线。系统中所有设备的外露可导电局部(指正常不带电压但故障情况下可能带电压的易被触及的导电局部，例如设备的金属外壳、金属构架等)通过保护线接地，可在设备发生接地故障时减少触电危险。,保护中性线(PEN线)的功能：它兼有中性线(N线)和保护线(PE线)的功能。这种保护中性线在我国通称为“零线，俗称“地线。,1TN系统：中性点直接接地，所有设备的外露可导电局部均接公共的保护线(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。,低压配电系统按接地型式，分为,TN,系统、,TT,系统和,IT,系统。,2TT系统：中性点直接接地，设备外壳单独接地。,3IT系统：中性点不接地，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。,