1、電氣工程基礎電子與信息工程學院電氣工程及其自動化系 朱連成 楊玉杰*電氣工程基礎（工廠供電）2/34第一章 概論教學目的1了解：工廠供電意義和要求；發電廠和電力系統概況；電力系統的電能質量。2理解并掌握：工廠供電系統的概念；三相交流電網和電力設備的額定電壓；電力系統中性點運行方式及低壓配電系統接地型式。重 點三相交流電網和電力設備的額定電壓。難 點電力系統中性點運行方式及低壓配電系統接地型式。*3/34第一節 工廠供電及電力系統的基本知識 一、工廠供電的意義和要求 1工廠供電（plant power supply） 是指工廠所需電能的供應和分配，亦稱工廠配電。 2意義 易于轉換；輸送、分配；生

2、產過程自動化；工業電氣自動化。 3要求 安全；可靠；優質；經濟。 此外，局部和全局、當前和長遠等關系。電氣工程基礎（工廠供電）*4/34 二、工廠供電系統概況 （一）610kV進線的中型工廠供電系統 高壓配電所有兩條610kV的電源進線，分別接在高壓配電所的兩段母線上，形成單母線分段制。一條電源進線供電，另一條電源進線作為備用。 HDS、C、M、STS、T、母線分段開關、低壓側聯絡線、交叉供電。 單線圖，一根線表示三相線路。 電氣工程基礎（工廠供電）*5/34 負荷中心，非幾何中心。 中型工廠供電系統的平面布線示意圖。電氣工程基礎（工廠供電）*6/34 電源進線35KV及以上,經過兩次降壓，也

3、就是經總降壓變電所，將35kV及以上電壓降為610 kV的電壓，然后再由車間變電所將其降為一般低壓用電設備所需的電壓（220/ 380V）。 （二）35kV及以上進線電壓的大中型工廠供電系統電氣工程基礎（工廠供電）*7/34 高壓深入負荷中心的直配方式，可以省去一級中間變壓，簡化了供電系統接線，節約投資和有色金屬，降低了電能損耗和電壓損耗，提高了供電質量。然而這要根據廠區的環境條件是否滿足35kV高壓架空線路深入負荷中心的“安全走廊”要求而定，否則不宜采用。電氣工程基礎（工廠供電）*8/34 對于小型工廠，容量一般1000kVA或稍多一些，如果工廠所需容量160kVA時，一般直接由公共低壓電網

4、供電，只需裝設低壓配電間。 一臺主變 兩臺主變 （三）小型工廠 供電系統電氣工程基礎（工廠供電）*9/34 配電所與變電所的比較：配電所：接受和分配電能，不改變電壓。變電所：接受電能、變換電壓、分配電能。 工廠供電系統： 是指從電源進線進廠起到高低壓用電設備進線端止的整個電路系統，包括廠內的變、配電所及所有高、低壓配電線路。 電氣工程基礎（工廠供電）*10/34 二、發電廠和電力系統 (一)發電廠（power plant） 又稱發電站，是將自然界存在的各種一次能源轉換為電能（屬二次能源）的工廠。 1水力發電廠 2火力發電廠 3核能發電廠 4風力發電、地熱發電及太陽能發電簡介電氣工程基礎（工廠供

5、電）*11/34 (二)電力系統(power system)送電過程：發電機升壓高壓輸電降壓變、配電 電氣工程基礎（工廠供電）*12/34 1電力系統（power system） 由各級電壓的電力線路將發電廠、變電所和電力用戶聯系起來的一個發電、輸電、變電、配電和用電的整體。 2電力網（power network，電網） 電力系統中各級電壓的電力線路及其聯系的變電所，稱為電力網或電網。 電網以電壓等級來區分，例如10kV電網。 3動力系統 電力系統加上發電廠的動力部分及其熱能系統和熱能用戶，通常稱為動力系統。 4聯合電網 資源，電能質量，供電可靠性。電氣工程基礎（工廠供電）*13/34如圖所示

6、電力系統簡圖電氣工程基礎（工廠供電）*14/34第二節 電力系統的電壓與電能質量 一、概述 額定頻率、額定電壓：電氣設備正常工作且獲得最佳經濟效果的頻率和電壓。 工頻，50Hz。 正常：300萬kW及以上，0.2Hz；300萬kW以下，0.5Hz。 非正常：1Hz。 工廠電力系統主要是提高電壓質量：電壓的偏差、波動、波形。 電氣工程基礎（工廠供電）*15/34 （一）電壓偏差（voltage deviation） 1含義及其計算：是指給定瞬間設備電壓U與設備的額定電壓UN之差對額定電壓UN的百分值（+，-）。 2對設備運行的影響 （1）感應電動機：M（Tem）U2，U，I，溫升T，壽命（M，n

7、）。 （2）同步電動機：MU2，轉速不變，其他M、I、T同（1）。 （3）對光源的影響：白熾燈：U10%，壽命23倍，光30%。 U10%，壽命，光。熒光燈：啟動、照度、壽命。電氣工程基礎（工廠供電）*16/34 3允許電壓偏差 5% 4電壓調整（voltage regulation） （1）正確選擇無載型變壓器的電壓分接頭或者采用有載調壓型變壓器（若設備端電壓偏高，則接+5%分接頭；反之，-5%）。 （2）合理減少系統阻抗。（T、cable） （3）合理改變系統的運行方式。（習題1-3，白天 -5%，晚上切T，用聯絡線或切一臺T） （4）盡量使系統的三相負荷均衡。 （5）采用無功功率補償裝置

8、。電氣工程基礎（工廠供電）*17/34 （二）電壓波動及抑制 （三）三相不平衡及其改善 （四）電網諧波及其抑制 harmonic 電氣工程基礎（工廠供電）*18/34 二、三相交流電網和電力設備的額定電壓 （一）電網（線路）的額定電壓 首末端5%，整個線路允許10%。電氣工程基礎（工廠供電）*19/34 （二）用電設備的額定電壓 與同級電網的額定電壓相同，=UN。 （三）發電機（G）的額定電壓 UG高于同級電網額定電壓5%（線路首端），UG=（1+ 5%）UN。 電氣工程基礎（工廠供電）*20/34 1一次繞組的額定電壓 （1）T與G相連，或高壓電網，高于同級電網額定電壓5%。（近電源遠用戶）

9、 （2）接在線路中，作用電設備，等于電網額定電壓。（近用戶遠電源） 2二次繞組的額定電壓 （1）線路長（或高壓電網），高于線路額定電壓的10%。（5%自身損耗，5%線路損耗） （2）線不長，高于線路額定電壓的5%，自身損耗。 （四）電力變壓器（T）的額定電壓電氣工程基礎（工廠供電）*21/34 （五）電壓高低的劃分 1從人身安全方面 250V劃分高、低壓。 2設計、制造和安裝規程 1000V。 3其他 低壓1000V以下；1000V以上10kV或35kV為中壓；35kV110kV或220kV為高壓；220kV或330kV及以上為超高壓；800kV或1000kV及以上為特高壓。 電氣工程基礎（工

10、廠供電）*22/34 三、工廠供配電電壓的選擇 1高壓輸配電好處 P、L一定：UI A （細，截面小，節省有色金屬）； P、A一定：UIL（遠）。 2高壓配電電壓的選擇 通常10kV（或由電廠的6kV來，而3kV不用）。35kV高壓深入負荷中心的直配方式，“安全走廊”。 3工廠低壓配電電壓的選擇 220/380V，井下660V、1140V。220V不用作為低壓三相配電電壓，只作為單相配電電壓和單相用電設備的額定電壓。 電氣工程基礎（工廠供電）*23/34 第三節 電力系統中性點的運行方式及低壓配電系統接地型式 一、電力系統中性點運行方式（三種） 電源中性點不接地系統； 電源中性點經阻抗（高壓經

11、消弧線圈）接地； 電源中性點直接接地或經低電阻接地。 其中： 、又稱小接地電流系統（中性點非有效接地系統）；又稱大接地電流系統（ 中性點有效接地系統）。電氣工程基礎（工廠供電）*24/34 366kV特別310kV系統，一般采用電源中性點不接地的運行方式。 如果單相接地電流大于一定值：（310kV，30；20kV及以上10）則采用 電源中性點經阻抗（高壓經消弧線圈）接地的運行方式。 110kV及以上系統：采用電源中性點直接接地的運行方式。 220/380V低壓配電系統，采用中性點直接接地的運行方式。電氣工程基礎（工廠供電）*25/34 （一）中性點不接地的電力系統正常時 C相單相接地故障時電氣

12、工程基礎（工廠供電）*26/34 分析： 1正常：（相電壓對稱，Ic0平衡），各相對地電壓等于各相電壓。 2單相接地故障時，如C相，則： C相對地電壓為零。 其他完好相對地電壓上升為線電壓。 線電壓不變。電氣工程基礎（工廠供電）*27/34 對地電容電流IC=3IC0。 實際計算公式： UN：線路額定電壓，kV。 loh：over-head line，架空線總長度，km。 lcab：cable line，電纜線路總長度，km。 此時，設備仍可短時運行，報警信號、跳閘。 電氣工程基礎（工廠供電）*28/34 單相接地時，其他兩相對地電壓上升為線電壓；短時運行2h，備用電源。 （二）中性點經消弧線

13、圈接地的電力系統電氣工程基礎（工廠供電）*29/34 單相接地時，其他完好相對地電壓不變，仍為相電壓（絕緣選擇只按相電壓，無需按線電壓）。 （三）中性點直接接地或經低電阻接地的電力系統電氣工程基礎（工廠供電）*30/34 中性線（N線）：相電壓；不平衡電流和單相電流；減小中性點的電位偏移。 保護線（PE線）：保障人身安全、防止發生觸電事故用的接地線。系統中所有設備的外露可導電部分（指正常不帶電壓但故障情況下可能帶電壓的易被觸及的導電部分，例如設備的金屬外殼、金屬構架等）通過保護線接地，可在設備發生接地故障時減少觸電危險。 保護中性線（PEN線）：它兼有N線和PE線的功能。在我國通稱為“零線”，

14、俗稱“地線”。 低壓配電系統按接地型式，分為TN系統、TT系統和IT系統。 二、低壓配電系統的接地型式電氣工程基礎（工廠供電）*31/34 （一）220/380V低壓配電系統 （二）TN、TT、IT系統 1TN系統（有N線） 三種 “T”指電源系統中性點直接接地，外露可導電部分均接公共保護接地線（PE線）或公共保護中性線（PEN線），通稱“接零”。 （1）TN-C（2）TN-S（3）TN-C-S電氣工程基礎（工廠供電）*32/34 2TT系統（有N線） 前“T”：中性點直接接地。后“T”：外露可導電部分均各自經PE線單獨接地。適用于安全要求及對抗電磁干擾要求較高的場所。電氣工程基礎（工廠供電）*33/34 3IT