1、2020年5月16日 内容提要 本章概述供电系统的一些基本知识和基本问题 首先简要说明电力系统的构成 介绍发电厂 变配电所 电力网 直流输电和电能用户的基本知识 并介绍了电力系统的几种中性点运行方式 其次说明了工厂供电系统的构成 各种工厂变配电所的功用 然后重点论述了工厂供电系统中不同设备和线路的供配电电压标准及其电压等级的选择 最后简要介绍了关系到工厂供电系统质量的电压 频率和可靠性问题 第1章绪论 2020年5月16日 第1章绪论 1 1电力系统的基本概念1 2工厂供配电系统1 3工厂供配电电压1 4供电质量的主要指标小结退出 2020年5月16日 1 1电力系统的基本概念 1 1 1发电
2、厂1 1 2变配电所1 1 3电力网1 1 4高压直流输电1 1 5电能用户1 1 6电力系统的中性点运行方式 2020年5月16日 1 1电力系统的基本概念 一切大规模现代化工农业生产 交通运输和人民生活都需要电能 电能是由发电厂生产 但发电厂往往距离城市和工业中心很远 这就需要将电能经过线路输送到城市或工业企业 为了减少输电时的电能损耗 输送电能时要升压 采用高压输电线路将电能输送给用户 同时为了满足用户对电压的要求 输送到用户之后还要经过降压 而且还要合理地将电能分配到用户或生产车间的各个用电设备 2020年5月16日 为了提高供电的可靠性和经济性 将各发电厂通过电力网连接起来 并联运行
3、 组成庞大的联合动力系统 将各种类型发电厂中的发电机 升压降压变压器 输电线路以及各种用电设备组联系在一起构成的统一的整体就是电力系统 用以实现完整的发电 输电 变电 配电和用电 图1 1为电力系统的示意图 1 1电力系统的基本概念 2020年5月16日 图1 1电力系统示意图 2020年5月16日 发电机生产的电能 受发电机制造电压的限制 不能远距离输送 因此 通常使发电机的电压经过升压达220 500kV 再通过超高压远距离输电网送往远离发电厂的城市或工业集中地区 通过那里的区域降压变电所将电压降到35 110kV 然后再用35 110kV的高压输电线路将电能送至工厂降压变电所降至6 10
4、kV配电或终端变电所 如图1 2所示 图1 2从发电厂到用户的送电过程示意图 1 1电力系统的基本概念 2020年5月16日 1 1 1发电厂 1 1电力系统的基本概念 发电厂是生产电能的工厂 它把其它形式的能源 如煤炭 石油 天然气 水能 原子核能 风能 太阳能 地热 潮汐能等等 通过发电设备转换为电能 我国以火电发电为主 其次是水电和原子能发电 2020年5月16日 1 1电力系统的基本概念 1 1 1发电厂 2020年5月16日 1 1电力系统的基本概念 1 1 2变配电所 变电所起着变换电能电压 接受电能与分配电能的作用 是联系发电厂和用户的中间环节 如果变电所只用以接受电能和分配电能
5、 则称为配电所 变电所有升压和降压之分 升压变电所多建在发电厂内 把电能升高后 再进行长距离输送 降压变电所多设在用电区域 将高压电适当降低电压后 对某地区或用户供电 2020年5月16日 1 1电力系统的基本概念 1 1 3电力网 电力系统中各级电压的电力线路及与其连接的变电所 总称为电力网 简称电网 电力网是电力系统的一部分 是输电线路和配电线路的统称 是输送电能和分配电能的通道 电网由各种不同电压等级和不同结构类型的线路组成 从电压的高低可将电力网分为低压网 中压网 高压网和超高压网等 电压在1kV以下的称低压网 1kV到10kV的称中压网 高于10kV低于330kV的称高压网 330k
6、V及以上的称超高压网 2020年5月16日 电网按电压高低和供电范围大小可分为区域电网和地方电网 区域电网的供电范围大 电压一般在220kV及以上 地方电网的供电范围小 电压一般为35 110kV 电网也往往按电压等级来称呼 如说10kV电网或10kV系统 就是指相互连接的整个10kV电压的电力线路 根据供电地区的不同有时也将电网称为城市电网和农电网 1 1电力系统的基本概念 1 1 3电力网 2020年5月16日 1 1电力系统的基本概念 1 1 4高压直流输电 1 远距离输电及跨海输电 2 联接两个不同频率的电网 并可实现定电流控制 限制短路电流 2020年5月16日 1 1电力系统的基本
7、概念 1 1 4高压直流输电 1 远距离输电及跨海输电跨海输电及远距离输电容量大 如采用交流输电的话 由于距离长 线路感抗也将增大 从而限制了输送容量 而且造成运行不稳定 另外 由于交流线路存在分布电抗和对地分布电容 会引起线路电压在很大范围内发生变化 必须投入无功补偿设备 投资增加 若采用直流输电 则不存在此类问题 直流输电线路具有架设方便 能耗小 导线截面可得到充分利用及绝缘强度高等优点 使其更适宜于远距离大容量输电 2020年5月16日 1 1电力系统的基本概念 1 1 4高压直流输电 2 联接两个不同频率的电网 并可实现定电流控制 限制短路电流 直流输电一般由整流站 直流线路和逆变站三
8、部分组成 在输送功率的过程中 整流站把送端系统的三相交流电变为直流电 通过直流电路送到用户 再通过逆变站把直流电转变为交流电 供给用户 今天的直流输电是以交流电力系统为基础 在直流输电网的两端是两个换流站和交流系统 如图1 3所示 若将电能从交流系统A输送到交流系统B 则换流装置 把交流整流成直流 通过直流电网输送给换流装置 换流装置 再把直流逆变为与交流系统B同频率同相位的交流电馈送给交流系统B 图1 3直流输电系统结构示意图 2020年5月16日 1 1电力系统的基本概念 1 1 5电能用户 所有的用电单位均称为电能用户 其中主要是工业企业 我国工业企业用电占全年总发电量的60 以上 是最
9、大的电能用户 工业企业的电力负荷种类多 容量相差悬殊 运行特征也是各种各样 用电设备的这些不同特征关系到供电技术措施的确定 工厂内广泛使用的空压机 通风机 水泵 破碎机 球磨机 搅拌机 制氧机以及润滑油泵等机械的拖动电动机 不论其功率大小 从不足1kW到几千kW 及电压高低 从380V到10kV 一律为三相交流电动机 它们都是恒速持续运行工作的用电设备 这些设备在正常运行时 负荷基本上均匀而且三相对称 功率因数也很稳定 一般可达0 8 0 85 2020年5月16日 1 1电力系统的基本概念 1 1 5电能用户 烧结机 连续铸管机 卷取机 回转窑等设备要增加变流环节 而且功率因数也会降低 提升
10、机 高炉卷扬机 各种轧钢机以及工厂大量使用的各类吊车 起重机等的拖动电机 呈周期性工作 其负荷时刻变化 经常处于低负载状态 功率因数也偏低 一般在0 5 0 6以下 工业用电炉在精炼期间 三相负荷均匀对称 起始熔炼期间 电流可达其额定值的3 0 3 5倍 以致引起很大的网路电压波动 电解设备工作时负荷均匀稳定 功率因数较低高 0 8 0 9 且不允许停电 电焊设备工作时负荷情况不匀称 功率因数很低 工厂的照明设备功率因数很高 通常为0 95 1 0 2020年5月16日 1 1电力系统的基本概念 1 1 6电力系统的中性点运行方式 在电力系统中 当变压器或发电机的三相绕组为星形联结时 其中性点
11、可有两种运行方式 中性点接地和中性点不接地 中性点直接接地系统常称大电流接地系统 中性点不接地和中性点经消弧线圈 或电阻 接地的系统称小电流接地系统 图1 4电力系统中性点运行方式a 中性点直接接地b 中性点不接地c 中性点经消弧线圈接地d 中性点经阻抗接地 2020年5月16日 1 1电力系统的基本概念 1 1 6电力系统的中性点运行方式 1 中性点直接接地方式优点 这种方式下的非故障相对地电压不变 电气设备绝缘按相电压考虑 降低设备要求 在中性点直接接地的低压配电系统中 如为三相四线制供电 可提供380 220V两种电压 供电方式更为灵活 缺点 这种运行方式发生一相对地绝缘破坏时 就构成单
12、相短路 供电中断 可靠性会降低 2 中性点不接地方式优点 在正常运行时 各相对地分布电容相同 三相对地电容电流对称且其和为零 各相对地电压为相电压 这种系统中发生一相接地故障时 线间电压不变 缺点 发生一相接地故障时 非故障相对地电压升高到原来相电压的倍 故障相电容电流增大到原来的3倍 电气设备的绝缘要按线电压来选择 2020年5月16日 1 2工厂供配电系统 1 2 1工厂降压变电所1 2 2车间变电所1 2 3工厂配电线路 2020年5月16日 1 2工厂供配电系统 1 2 1工厂降压变电所 工厂降压变电所 把35 110kV电压降为6 10kV电压向车间变电所供电 为了保证供电的可靠性
13、工厂降压变电所多设置两台变压器 由单条或多条进线供电 每台变压器容量可从几千到几万千伏安 供电范围由供电容量决定 一般在几千米以内 2020年5月16日 1 2工厂供配电系统 1 2 2车间变电所 将6 10kV的高压配电电压降为220 380V 对低压用电设备供电 供电范围一般只在500m以内 车间变电所一般设1 2台变压器 单台变压器的容量通常为1000kVA及以下 最大不宜超过2000kVA 1 2 3工厂配电线路 主要作为工厂内输送 分配电能之用 户外敷设的低压配电线路目前多采用架空线路 在厂房或车间内部则应根据具体情况确定 或采用明线配电线路 或采用电缆配电线路 在厂房或车间内 由动
14、力配电箱到电动机的配电线路一律采用绝缘导线穿管敷设或采用电缆线路 2020年5月16日 1 3工厂供配电系统 1 3 1额定电压的国家标准1 3 2工厂供配电电压的选择 2020年5月16日 1 3工厂供配电系统 1 3 1额定电压的国家标准 1 用电设备的额定电压和电网的额定电压是一致的 2 整个线路允许有10 的电压损耗 规定发电机的额定电压高于所供电网额定电压5 3 变压器的额定电压 一次线圈 位于线路首端时 比电网的额定电压高5 位于线路末端时 与电网额定电压相同 二次线圈 所供线路较长时 高出电网额定电压10 所供线路较短时 高出电网额定电压5 2020年5月16日 表1 1我国交流
15、电网和电力设备的额定电压 kV 2020年5月16日 图1 6电力变压器的额定电压 1 3工厂供配电系统 1 3 1额定电压的国家标准 2020年5月16日 1 3工厂供配电系统 1 3 2工厂供配电电压的选择 表1 2常用各级电压的经济输送容量与输送距离 2020年5月16日 1 3工厂供配电系统 1 3 2工厂供配电电压的选择 1 工厂供电电压的选择对于一般没有高压用电设备的小型工厂 设备容量在100kW以下 输送距离在600m以内 可选用380 220V电压供电 对于中小型工厂 设备容量在100 2000kW 输送距离在4 20km以内的 可采用6 10kV电压供电 对于中大型工厂 设备
16、容量在2000 50000kW 输送距离在20 150km以内的 可采用35 110kV电压供电 2 工厂配电电压的选择工厂的高压配电电压一般选用6 10kV 10kV作为高压配电电压 如工厂供电电源的电压就是6kV 或工厂使用的6kV电动机多且分散 可采用6kV的配电电压 工厂的低压配电电压 一般采用380 220V 380V为三相配电电压 供电给三相用电设备及380V单相用电设备 220V作为单相配电电压 供电给一般照明灯具及220V单相用电设备 矿山及化工等部门也有采用660V配电电压的 2020年5月16日 1 4供电质量的主要指标 1 4 1电压1 4 2频率1 4 3可靠性 202
17、0年5月16日 1 4供电质量的主要指标 1 4 1电压 电力系统的供电电压 或电流 的波形畸变 使电能质量下降 产生高次谐波 谐波电流增加了电网的能量损耗 降低旋转电机 变压器 电缆等电气元件的寿命 还将影响电子设备的正常工作 使自动化 远动 通迅都受到干扰 1 4 2频率 频率的变化对电力系统运行的稳定性影响很大 因而对频率的要求比对电压的要求严格得多 一般不得超过 0 5 电网容量在300万kW及以上者不得超过 2 频率的调整主要依靠发电厂 2020年5月16日 1 4 3可靠性 1 4供电质量的主要指标 2020年5月16日 供电系统是发电 输电 变电 配电和用电的统一整体 发电厂把其
18、它型式的能源通过发电设备转换为电能 变配电所用以变换电能 接受电能和分配电能 电力网是输电线路和配电线路的统称 是输送电能和分配电能的通道 我国电力系统中 110kV以上高压系统多采用中性点直接接地运行方式 6 35kV中压系统首选中性点不接地运行方式 低于1kV的低压配电系统通常采用中性点直接接地运行方式 一般大型工厂由工厂降压变电所 高压配电线路 车间变电所 低压配电线路及用电设备组成 用电设备额定电压和电网的额定电压一致 发电机的额定电压高出所供电网额定电压5 变压器直接与发电机相连时 其一次侧额定电压比电网额定电压高5 变压器二次侧线路较长时 其二次额定电压比线路额定电压高10 变压器接在线路末端时 其一次侧额定电压与线路额定电压相同 二次侧线路不长时 其二次侧额定电压高于线路额定电压5 工厂高压配电电压一般选用6 10kV 工厂低压配电电压一般采用380 220V 按电力负荷对可靠性的要求分为一级负荷 二级负荷 三级负荷 小结
