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1、1,1,1,霍平,工厂供电,刘介才,2,2,2,第九章 节约用电与计划用电,本章首先讲述节约用电的意义及其一般措施，接着介绍电力变压器经济运行及并联电容器的接线、装设、控制、保护和运行维护知识。最后讲述计划用电、用电管理与电费计收等问题。上一章和本章的内容综合起来就是“三电”（安全用电、节约用电、计划用电）问题，这“三电”是供电系统运行管理必须遵循的原则。,工厂供电,3,3,3,第九章 节约用电与计划用电,第一节 节约用电的意义 及其一般措施,工厂供电,4,4,我国电能消耗的大约70%消耗在工业部门，所以工厂的节约用电不只是减少工厂的电费开支，降低工业产品的生产成本，可以为工厂积累更多的资金，
2、更重要的是，由于电能能创造比它本身价值高几十倍甚至上百倍的工业产值，因此多节约1kWh电能，就能为国家多创造若干财富，有力地促进国民经济的持续发展。,5,5,（一）加强工厂供用电系统的科学管理,（1）加强能源管理，建立和健全能源管理机构和制度 （2）实行计划供用电，提高能源利用率 （3）实行“需求侧管理”，进行负荷调整 （4）实行经济运行方式，全面降低系统能耗 （5）加强运行维护，提高设备的检修质量,6,6,（二）搞好工厂供用电系统的技术改造,（1）加快更新淘汰现有低效高耗能的供用电设备 以高效节能的电气设备取代低效高耗能的电气设备，这是节约电能的一项基本措施。 （2）改造现有不合理的供配电系
3、统，降低线路损耗 对现有不合理的供配电系统进行技术改造，能有效地降低线路损耗，节约电能。 （3）选用高效节能产品，合理选择设备容量，或进行技术改造，提高设备的负荷率 （4）改革落后工艺，改进操作方法 （5）采用无功补偿设备，人工地提高功率因数,7,7,7,第九章 节约用电与计划用电,第二节 电力变压器的 经济运行,工厂供电,8,8,经济运行是指能使电力系统的有功损耗最小、经济效益最佳的一种运行方式。,电力系统的有功损耗不仅与设备的有功损耗有关，而且与设备的无功损耗有关，因为无功损耗的增加，将使电力系统中的电流增大，从而使电力系统中的有功损耗增加。,为了计算设备的无功损耗在电力系统中引起的有功损
4、耗增加量，特引入一个换算系数“无功功率经济当量”。,9,9,无功功率经济当量是表示电力系统每减少kvar的无功功率，相当于电力系统所减少的有功功率损耗kW数，其符号为Kq 。,三级及以上变压的工厂,发电机电压直配的工厂,两级变压的工厂,10,10,变压器的损耗包括有功损耗和无功损耗两部分，而其无功损耗对电力系统来说，可通过换算为等效的有功损耗。因此变压器的有功损耗加上变压器的无功损耗所换算的等效有功损耗，就称为变压器的有功损耗换算值。,11,11,一台变压器在负荷为时的有功损耗换算值为：,即,P0为变压器的空载损耗；PX为变压器的短路损耗； PT为变压器的有功损耗，Q0 为变压器空载时的无功损
5、耗，PN为变压器满载（二次侧短路）时的无功损耗， PT 为变压器的无功损耗，SN为变压器的额定容量。,12,12,Q0 近似地与变压器空载电流 I0 正比，即,Q0近似地与变压器短路电压（阻抗电压）Uk 成正比，即,变压器的 Q0 、I0% 、Pk 和 Uk% 可直接由产品样本和关技术手册查到， S9、SC9和S11-MR系列配电变压器的技术数据可查教材附录表 。,13,13,使变压器运行在经济负荷 下，就必须满足变压器单位容量的有功损耗换算值 为最小值的条件。因此 ，可得变压器的经济负荷为,14,14,变压器经济负荷 Sec与变压器额定容量SN 之比，称为变压器的经济负荷率，用Kec 表示，
6、即,一般电力变压器的经济负荷率约为50%左右。,15,15,例1 试计算S9-800/10型电力变压器（Dyn11联结）的经济负荷和经济负荷率。,解：,16,16,变电所有两台同型号同容量（均为SN ）的变压器，而变电所的总负荷为S 。,一台变压器单独运行时，它承担总负荷S 时的有功损耗换算值为,两台变压器并列运行时，它承担总负荷S 时的有功损耗换算值为,17,17,将以上两式的 P 与S 的函数关系绘成如图所示的两条曲线。这两条曲线相交于a点，a点所对应的变压器负荷，就是两台并列运行变压器经济运行方式下的临界负荷，用Scr 表示。,两台并列变压器经济运行的临界负荷,18,18,两台并列变压器
7、经济运行的临界负荷,19,19,两台并列变压器经济运行的临界负荷,20,20,两台并列变压器经济运行的临界负荷,，则 ，即,21,21,两台并列变压器经济运行的临界负荷,22,22,如果是n台并列变压器，则判别n台与n-1台经济运行的临界负荷为,23,23,例 某车间变电所装有两台S9-800/10型变压器（均Dyn11联结）试求其变压器经济运行的临界负荷。,解：,24,24,24,第九章 节约用电与计划用电,第三节 并联电容器的接线、装设、控制、保护及其运行维护,工厂供电,25,25,并联补偿的电力电容器大多数采用形接线（除部分容量较大的高压电容器外）。 低压并联电容器，绝大多数是做成三相的
8、，而且内部已接成形。,三个电容为C 的电容器接成形，其容量 ，式中U为三相线路的线电压。如果三个电容为C 的电容器接成Y形，则其容量为 ，式中 为三相线路的相电压。,26,由于 ，因此 。这说明电容器接成形时的容量为同一电路中接成Y形时容量的3倍，因此无功补偿的效果更好，这显然是并联电容器接成形的一大优点。,电容器采用接线时，任一边电容器断线时，三相线路仍得到无功补偿；而采用Y接线时，某一相电容器断线时，该相就失去了无功补偿。,27,必须指出：电容器采用接线时，任一边电容器击穿短路时，将造成三相线路的两相短路，短路电流很大，有可能引起电容器爆炸。这对高压电容器特别危险。,28,图a为电容器Y接
9、线时正常工作时的电流分布 图b为电容器Y接线时A相电容器击穿短路时的电流分布和相量图。,29,电容器正常工作时（图a）,式中 为每相容抗； 为相电压。,30,说明，电容器采用Y接线时，如果其中一相电容器击穿短路，其短路电流仅为正常工作电流的3倍，故其运行就安全多了。,31,GB50053-199410kV及以下变电所设计规范规定：高压电容器组宜接成中性点不接地星形（Y形），容量较小时（450kvar及以下）宜接成三角形（形）。低压电容器组应接成三角形。,32,并联电容器在工厂供电系统中的装设位置，有高压集中补偿、低压集中补偿和分散就地补偿（个别补偿）等三种方式，如图。,33,(一)高压集中补偿
10、,高压集中补偿是将高压电容器组集中装设在工厂变配电所的610kV母线上。,高压集中补偿只能补偿610kV母线以前所有线路上的无功功率，而此母线后的厂内线路的无功功率得不到补偿，所以这种补偿方式的补偿效果没有后两种补偿方式好。,高压集中补偿初投资较少，便于集中运行维护，而且能对工厂高压侧的无功功率进行有效的补偿，以满足工厂总的功率因数的要求，在一些大中型工厂中应用相当普遍。,34,(一)高压集中补偿,高压集中补偿的电容器组接线图,35,电容器从电网上切除后有残余电压，GB50053-1994规定：电容器组应装设放电装置，使电容器组两端的电压从峰值降至50V所需的时间，高压电容器不应超过5min，
11、低压电容器不应超过1min。对高压电容器组，通常利用电压互感器的一次绕组来放电。为了确保可靠放电，电容器组的放电回路中不得装设熔断器或开关，以免放电回路断开，危及人身安全。,(一)高压集中补偿,36,高压电容器装置宜设置在单独的高压电容器室内。当电容器组容量较小时，亦可设置在高压配电室内，但与高压配电装置的距离不应小于1.5m。,(一)高压集中补偿,37,(二)低压集中补偿,低压集中补偿是将低压电容器集中装设在车间变电所的低压母线上。,低压集中补偿能补偿车间变电所低压母线以前包括车间变压器和前面高压配电线路及电力系统的无功功率。由于这种补偿方式能使车间变压器的视在功率减小从而可使变压器的容量选
12、得较小，因此比较经济，,38,(二)低压集中补偿,低压电容器柜一般可安装在低压配电室内（只有电容器柜较多时才考虑单设低压电容器室），运行维护安全方便，这种补偿方式在工厂中相当普遍。,39,低压集中补偿的电容器组接线图,一般利用220V、1525W的白炽灯灯丝电阻来放电，也有采用专门的放电电阻来放电的。放电用的白炽灯同时兼作电容器组正常运行的指示灯。,(二)低压集中补偿,40,(三)单独就地补偿,单独就地补偿也称分散就地补偿，是将并联电容器组装设在需要进行无功补偿的各个用电设备旁边。,这种补偿方式能够补偿安装部位以前的所有高低压线路和电力变压器的无功功率，因此其补偿范围最大，补偿效果最好，应予优
13、先选用。,41,在工厂供电设计中，实际上多是综合采用上述各种补偿方式，以求经济合理地达到总的无功补偿要求，使工厂电源进线处在最大负荷时的功率因数不低于规定值（高压进线时为0.9）。,42,(一)并联电容器的控制,并联电容器有手动投切和自动调节两种控制方式。,1.手动投切并联电容器组,并联电容器组采用手动投切，简单经济、便于维护，但是不便于调节补偿容量，更不能按负荷变动情况进行无功补偿，达到理想的补偿要求。,43,(一)并联电容器的控制,并联电容器有手动投切和自动调节两种控制方式。,1.手动投切并联电容器组,具有下列情况之一时，宜采用手动投切的并联电容器组补偿： （1）补偿低压基本无功功率； （
14、2）常年稳定的无功功率补偿； （3）长期投入运行的变压器或变配电所投切次数较少的高压电容器组。,44,(一)并联电容器的控制,1.手动投切并联电容器组,集中补偿的高压电容器组，采用高压断路器进行手动投切。 对集中补偿的低压电容器组，可按补偿容量分组投切。 分散就地补偿的电容器组，就利用被补偿用电设备的控制开关来进行投切。,45,(一)并联电容器的控制,2.自动投切并联电容器组,具有自动调节功能的并联电容器组，通称无功自动补偿装置。 采用无功自动补偿装置可以按负荷变动情况进行无功补偿，达到比较理想的无功补偿要求。,46,下列情况之一时，宜装设无功自动补偿装置： （1）为避免过补偿，装设无功自动补
15、偿装置在经济上合理时； （2）为避免轻载时电压过高，造成某些用电设备损坏而装设无功自动补偿装置在经济上合理时； （3）只有装设无功自动补偿装置才能满足在各种运行负荷情况下的允许电压偏差值时。,(一)并联电容器的控制,2.自动投切并联电容器组,47,低压自动补偿装置原理电路,保持功率因数在0.95以上。,(一)并联电容器的控制,2.自动投切并联电容器组,48,(二)并联电容器的保护,1.并联电容器保护的一般要求,并联电容器的主要故障形式是短路故障，它可造成电网的相间短路。对于低压电容器及容量不超过450kvar 的高压电容器，可装设熔断器作为相间短路保护。对于容量较大的高压电容器组，则需采用高压
16、断路器控制，并装设瞬时或短延时过电流保护作为相间短路保护。 如果电容器组安装在含有大量整流设备或电弧炉等谐波源的电网上时，电容器组宜装设过负荷保护，带时限动作于信号或跳闸。 电容器对电压十分敏感，一般规定电网电压不得超过电容器额定电压10%。因此凡电容器安装处的电网电压有可能超过10%时，应装设过电压保护。过电压保护可动作于信号或带时限动作于跳闸。,49,2. 并联电容器短路保护的整定,(1)熔断器保护的整定 按GB50227-2008 并联电容器装置设计规范规定：熔体额定电流不应小于电容器额定电流 的1.43倍，并不宜大于电容器额定电流的1.55倍,而IEC规定为不大于1.65倍。,(二)并联电容器的保护,(二)并联电容器的保护,50,(2)电流继电器的整定 采用电流继电器作为相间短路保护时,电流继电器的动作电流应按下式计算:,2. 并联电容器短路保护的整定,(二)并联电容器的保护,2. 并联电容器短路保护的整定,(二)并联电容器的保护,为保护装置的可
