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1、,第一章 概 论内容提要：本章概述工厂供电及供电系统有关的一些基本知识，为学习本课程奠定初步的基础。首先简要讲述工厂供电的意义和要求，然后介绍工厂供电系统及发电厂和电力系统的概况，接着重点讲述电力系统的电压和电能质量及电力系统中性点运行方式和低压配电系统接地型式，最后介绍供电工程设计与施工的一般知识。,第一节 工厂供电及电力系统的基本知识 一. 工厂供电的意义和要求工厂供电（plant power supply）是指工厂用电设备所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。众所周知，电能是现代工业生产和人们生活的主要能源和动力。电能既易于由其他形式的能量转换而来，又易于转换为其他形式的能量以供应用；电能
2、的输送和分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。现代社会的信息技术和其他高新技术都是建立在电能应用的基础之上的。因此电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。,在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是电能消耗在产品成本中所占的比重一般很小（除电化工业外）。例如在机械工业中，电费开支仅占产品成本的5%左右。从投资额来看，一般机械工厂在供电设备上的投资，也仅占总投资的5%左右。因此电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后，可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工
3、人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。,从另一方面来说，如果供电突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。例如某些对供电可靠性要求很高的工厂，即使是极短时间的停电，也会引起重大设备损坏，或引起大量产品报废，甚至可能发生人身伤亡事故，给国家和人民带来经济上甚至生态环境上或政治上的重大损失。因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产、实现工业现代化，具有十分重要的意义。工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能和环保工作，就必须达到下列基本要求：,二. 工厂供电系统概况 (一). 610kV进线的中型工厂供电系统一般中型工厂的电源进线是610
4、kV。电能先经高压配电所(high-voltage distribution substation，缩写HDS)，由高压配电线路将电能分送至各个车间变电所（shop transformer substation,缩写STS）。车间变电所内装有电力变压器，将610kV的高压降为一般低压用电设备所需的电压，通常是降为220/380V(220V为三相线路相电压，380V为其线电压)。如果工厂拥有610kV的高压用电设备，则由高压配电所直接以610kV对其供电。,图1-1所示高压配电所有四条高压配电出线，供电给三个车间变电所。其中1号车间变电所和3号车间变电所各装有一台配电变压器，而2号车间变电所装有
5、两台，并分别由两段母线供电，其低压侧又采用单母线分段制，因此对重要的低压用电设备可由两段低压母线交叉供电。各车间变电所的低压侧，均设有低压联络线相互连接，以提高供电系统运行的可靠性和灵活性。此外，该高压配电所还有一条高压配电线，直接供电给一组高压电动机；另有一条高压线，直接与一组高压并联电容器相连。3号车间变电所低压母线上也连接有一组低压并联电容器。这些并联电容器都是用来补偿系统的无功功率、提高功率因数的。,(二). 35kV及以上进线的大中型工厂供电系统对于大型工厂及某些电源进线电压为35kV及以上的中型工厂，通常经过两次降压，也就是电源进厂以后，先经总降压变电所，其中装有较大容量的电力变压
6、器，将35kV及以上的电源电压降为610kV的配电电压，然后通过610kV的高压配电线将电能送到各车间变电所，也有的经过高压配电所再送到车间变电所。车间变电所装有配电变压器，又将6 10kV降为一般低压用电设备所需的电压220/380V。其系统简图如图1-3所示。,图1-3 具有总降压变电所的工厂供电系统简图,有的35kV进线的工厂，只经一次降压，即35kV线路直接引入靠近负荷中心的车间变电所，经车间变电所的配电变压器，将35kV直接降为低压用电设备所需的电压220/380V,如图1-4所示。这种供电方式，称为高压深入负荷中心的直配方式。这种直配方式，省去了一级中间变压，从而简化了供电系统，节
7、约了有色金属，降低了电能损耗，提高了供电质量。然而这要根据厂区的环境条件是否满足35kV架空线路深入负荷中心的“安全走廊”要求而定，否则不宜采用，以确保供电安全。,图1-4 高压深入负荷中心的工厂供电系 统简图,图1-6 低压进线的小型工厂供电系统简图,如果工厂所需容量不大于160kVA时，可采用低压电源进线，因此工厂只需设一低压配电间，如图1-6所示。,(四). 设有应急柴油发电机组的工厂供电系统对于工厂的重要负荷，一般要求在正常供电电源之外，另设有应急备用电源，最常用的备用电源是柴油发电机组。柴油发电机组操作简便，启动迅速。当正常供电的公共电网中断供电时，自启动型柴油发电机组一般能在101
8、5s内自行启动发电，恢复对重要负荷和应急照明的供电。采用有快速自启动型柴油发电机组作备用电源的工厂供电系统简图如图1-7所示。,图1-7 采用有柴油发电机组 作备用电源的工厂供电系统简图,由于水电站的出力与上下游的水位差成正比, 所以建造水电站必须用人工的办法来提高水位。最常用的办法，是在河流上建筑一座很高的拦河坝，提高上游水位，形成水库，使坝的上下游形成尽可能大的落差，水电站就建在坝的后边。这类水电站，称为坝后式水电站。我国一些大型水电站包括三峡水电站都属于这种类型。另一种提高水位的办法，是在具有相当坡度的弯曲河道上游，筑一低坝，拦住河水，然后利用沟渠或隧道，将上游水流直接引至建在河段末端的
9、水电站。这类水电站，称为引水式水电站。还有一类水电站，是上述两种提高水位方式的综合，由高坝和引水渠道分别提高一部分水位。这类水电站，称为混合式水电站。,水电站建设的初期投资较大，但是发电成本低，仅为火力发电成本的1/31/4，而且水电属清洁的、可再生的能源，有利于环境保护，同时水电建设不只用于发电，通常还兼有防洪、灌溉、航运、水产养殖和旅游等多种功能，因此其综合效益好。我国的水力资源十分丰富，居世界首位。据调查，我国可开发的水电容量可达4亿千瓦，其中西南地区约占70%，而目前开发利用的仅其1/4左右，所以水电开发的潜力很大。我国确定在21世纪要大力发展水电，并已开始实施“西电东送”工程，以促进
10、整个国民经济的发展。 2. 火力发电厂火力发电厂，简称火电厂或火电站，它利用燃料的化学能来生产电能。火电厂按其使用的燃料类别分，有燃煤式、燃油式、燃气式和废热式（利用工业余热、废料或城市垃圾等来发电）等多种类型，但是我国的火电厂仍以燃煤为主。,我国的煤炭、石油和天然气等资源比较丰富，特别是在我国的西部地区。随着“西部大开发”战略和“西气东送”工程的实施，我国的火电建设事业也将得到更大的发展。火电建设的重点是煤炭基地的坑口电厂的建设。对于远离煤炭产地的火电厂，宜采用高热值的动力煤。对位于酸雨控制区和二氧化硫控制区特别是大城市附近的火电厂，应采用低硫煤，或对原煤先进行脱硫处理。对严重污染环境的低效
11、小型火电厂，应按照国家“节能减排”的要求予以关停。现在国外已研究成功将煤先转化为气体再送入锅炉内燃烧发电的新技术，从而大大减少了直接燃煤而产生的废气废渣对环境的污染，这称之为洁净煤发电新技术。,(3). 重水反应堆 它用重水（D2 O,含氘的水）作慢化剂和冷却剂，用天然铀作燃料。它的燃料成本低，但重水较贵，而且设备比较复杂，投资较大。我国于2002年11月投入并网发电的秦山核电站三期工程扩建的2 台70万千瓦反应堆就是这种重水堆型。(4). 快中子增殖反应堆 简称快堆。它是利用快中子来实现可控链式裂变反应和核燃料增殖的反应堆。这种反应堆不用慢化剂。反应堆内绝大部分都是快中子，容易为反应堆周围的
12、铀238所吸收，使铀238转变为可裂变的钚239。这种反应堆可在10年左右使核燃料钚239比初装入量增殖20% 以上，但是初投资较大。我国已建有一座热功率65MW、发电功率20MW的实验性快堆。,我国西北地区的风力资源比较丰富，已装设了一些风力发电装置。在“西部大开发”战略决策的推动下，风力发电也将有更大的发展。 地热发电是利用地球内部蕴藏的大量地热能来生产电能。它建在有足够地热资源的地方。地热是地表下面10公里以内储存的天然热源，主要来源于地壳内的放射性元素蜕变过程所产生的热量。地热发电的热效率不高，但不消耗燃料，运行费用低。它不象火力发电那样，要排出大量灰尘和烟雾，因此地热还是属于比较清洁
13、的能源。但地下热水和蒸汽中大多含有硫化氢、氨、砷等有害物质，因此对排出的热水要妥善处理，以免污染环境。地热发电的能量转换过程是：,我国的地热资源也比较丰富，特别是在我国的西藏地区。我国最大的地热电站就建在西藏羊八井地区，已有9台机组并网发电，总装机容量达25 MW。随着“西部大开发”战略的实施，我国的地热发电也将得到更大的发展。太阳能发电就是利用太阳的光能或热能来生产电能。利用太阳的光能发电，是通过光电转换元件如光电池等直接将太阳的光能转换为电能。这已广泛应用在人造地球卫星和宇航装置上。利用太阳的热能发电，可分直接转换和间接转换两种类方式。温差发电、热离子发电和磁流体发电，都属于热电直接转换。
14、太阳能通过集热装置和热交换器，给水加热，使之变为蒸汽，推动汽轮发电机组发电，与火力发电原理相同，属于间接转换发电。,太阳能是一种十分安全、经济、无污染而且是取之不尽的能源。太阳能发电装置建在常年日照时间长的地方。我国的太阳能资源也相当丰富，特别是我国的西藏、新疆、内蒙古等地区，常年日照时间达250 300天，属于太阳能丰富区。我国的80%地区均可利用太阳能发电。 (二). 电力系统为了充分利用动力资源，减少燃料运输，降低发电成本，因此有必要在有水力资源的地方建设水电站，而在有燃料资源的地方建设火电厂，但这些有动力资源的地方，往往离用电中心较远，所以必须用高压输电线进行远距离输电，如图1-8所示
15、。,图1-8 从发电厂到用户的送电过程示意图,电力系统中各级电压的电力线路及其联系的变电所，称为电力网或电网（power network）。但习惯上，电网或系统往往以电压等级来区分，如说10kV电网或10kV系统。这里所说的电网或系统，实际上是指某一电压的相互联系的整个电力线路。电网可按电压高低和供电范围大小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。地方电网的供电电压一般不超过110kV。工厂供电系统属于地方电网。电力系统加上发电厂的动力部分及其热能系统和热能用户，称为动力系统。现在各国建立的电力系统越来越大，甚至建立跨国的联合电力系统。我国规划，到2010年三
16、峡水电站实现全面供电,第二节 电力系统的电压和电能质量一. 概 述电力系统中的所有电气设备，都是在一定的电压和频率下工作的。电气设备的额定电压和额定频率，是电气设备正常工作且能获得最佳经济效果的电压和频率。电压和频率是衡量电能质量的基本参数。一般交流电力设备的额定频率为50Hz,此频率通称为工频（工业频率）。我国1996年公布实施的供电营业规则规定：“在电力系统正常状况下，供电频率的允许偏差为: (1)电网装机容量在300万千瓦及以上的为，0.2Hz ；(2)电网装机容量在300万千瓦以下的，为0.5Hz 。在电力系统非正常状况下，供电频率允许偏差不应超过1.0Hz 。”,对工厂供电系统来说，提高电能质量主要是提高电压质量问题。电压质量是按照国家标准或规范对电力系统电压的偏差、波动和波形的一种质量评估。此外，三相系统中三相电压或三相电流是否平衡也是衡量电能质量的一个指标。 二. 三相交流电网和电力设备的额定电压按照国家标准GB156-2003标准电压规定，我国三相交流电网和发电机的额定电压，如表1-1所示。表1-1中的电力变压器一、二次绕组额定电压，是依据我国生产的电力变压器标准产品规格确定的。,
