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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
2、；电能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，
3、减轻工人的劳动强度，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： . 安全在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。 . 可靠应满足电能用户对
4、供电可靠性即连续供电的要求。 . 优质应满足电能用户对电压和频率等的质量要求。 . 经济供电系统的投资要省，运行费用要低，并尽可能地节约电能和有色金属消耗量。,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
5、；(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。,三. 电压偏差与电压调整 (一). 电压
6、偏差及其允许值 1. 电压偏差的含义及其计算 电压偏差(voltage deviation)是指设备在给定瞬间的端电压U与其额定电压UN之差对额定电压UN的百分值，即 2. 电压偏差对设备运行的影响 (1). 对感应电动机的影响 当感应电动机的端电压较其额定电压低10%时，由于其转矩与其端电压成正比，因此其转矩将只有额定转矩的81%，而负荷电流将增大5% 10%以上，温升将增高10% 15%以上，绝缘老化程度将比规定增加一倍以上，从而明显地缩短电机的使用寿命。同时，电动机由于转矩减小，转速下降，不仅会降低生产效率，减少产量，而且还会影响产品质量，增加废次品。当其端电压较其额定电压偏高时，负荷电
7、流和温升也将增加，绝缘相应受损，对电动机也是不利的，也要缩短其使用寿命。 (2). 对同步电动机的影响 当同步电动机的端电压偏高或偏低时，转矩也要按电压平方成正比变化，因此同步电动机的端电压偏差，除了不会影响其转速外，其他如对转矩、电流和温升等的影响，与感应电动机相同。 (3). 对电光源的影响 电压偏差对白炽灯的影响最为显著。当白炽灯的端电压降低10%时，灯泡的使用寿命将延长2 3倍，但发光效率将下降30%以上，灯光明显变暗，照度降低，严重影响人的视力健康，降低工作效率，还可能增加事故。当其端电压升高10%时，发光效率将提高1/3，但其使用寿命将大大缩短，只有原来的1/3。电压偏差对荧光灯及
8、其他气体放电灯的影响不象对白炽灯那么明显，但也有一定的影响。当其端电压偏低时，灯管不易启燃。如果多次反复启燃，则灯管寿命将大受影响。而且电压降低时，照度下降，影响视力工作。当其电压偏高时，灯管寿命又要缩短。 3. 允许的电压偏差 GB500521995供配电系统设计规范规定，在系统正常运行情况下，用电设备端子处的电压偏差允许值（以额定电压的百分数表示）宜符合下列要求： (1). 电动机为 5 % 。 (2). 电气照明:一般工作场所为5 %；对于远离变电所的小面积一般工作场所，难以满足上述要求时，可为 +5 %，-10 % ；应急照明、道路照明和警卫照明等，为 +5%，-10 % 。 (3).
9、 其他用电设备，当无特殊规定时为。,就电力系统中三相交流发电机发出的电压来说，可认为其波形基本上是正弦量，即其电压波形中基本上无直流和谐波分量。但是由于电力系统中存在各种谐波源，特别是随着大型变流设备和电弧炉等的广泛应用，使得高次谐波的干扰成了当前电力系统中影响电能质量的一大“公害”，亟待采取对策。 2. 谐波的产生与危害 电网谐波的产生，主要在于电力系统中存在各种非线性元件。因此，即使电力系统中电源的电压为正弦波，但由于非线性元件的存在，使电网中总有谐波电流或电压。产生谐波的元件很多，例如荧光灯及其他气体放电灯、感应电动机、电焊机、变压器和感应电炉等，都要产生谐波电流或电压。最为严重的是大型
10、的晶闸管变流设备和大型电弧炉，它们产生的谐波电流最为突出，是造成电网谐波的主要因素。 谐波对电气设备的危害很大。谐波电流通过变压器，可使变压器铁心损耗明显增加，从而使变压器出现过热，缩短使用寿命。谐波电流通过交流电动机，不仅会使电动机铁心损耗明显增加，而且还会使电动机转子产生振动现象，严重影响机械加工的产品质量。谐波对电容器的影响更为突出。谐波电压加在电容器两端时，由于电容器对谐波的阻抗很小，从而使电容器极易发生过载，甚至造成烧毁。此外，谐波电流可使电力线路的电能损耗和电压损耗增加，使计量电能的感应式电能表计量误差增大，还可使电力系统发生电压谐振，引起谐振过电压，有可能击穿线路或设备的绝缘，也
11、可能造成系统的继电保护和自动装置误动作，并可对附近的通信线路和设备产生信号干扰。 (二). 电网谐波的抑制措施 (1). 三相整流变压器采用Y，d或D，y的接线 由于3次及3的整数倍次谐波电流在三角形联结的绕组内形成环流，而星形联结的绕组内不可能产生3次及3的整数倍次谐波电流，因此采用Y,d或D,y接线的整流变压器，能使注入电网的谐波电流中消除3次及3的整数倍次的谐波电流。又由于电力系统中的非正弦交流电压或电流通常是正、负两半波对时间轴是对称的，不含直流分量和偶次谐波分量，因此采用Y,d或D,y接线的整流变压器后，注入电网的谐波电流只有5、7、11等次谐波。这是抑制谐波最基本的一种方法。 (2
12、). 增加整流变压器二次侧的相数 整流变压器二次侧的相数越多，整流波形的脉动数越多，其次数低的谐波被消去的也越多。例如整流相数为6相时，出现的5次谐波电流为基波电流的18.5%, 7次谐波电流为基波电流的12%。如果整流相数增加到12相时，则出现的5次谐波电流降为基波电流的4.5%, 7次谐波电流降为基波电流的3%, 都差不多减少了75%。由此可见，增加整流相数对高次谐波抑制的效果相当显著。,我国前电力工业部1996年发布施行的供电营业规则规定：供电企业（电网）供电的额定电压，低压有单相220V，三相380V；高压有10、35、66、110、220kV。并规定：除发电厂直配电压可采用3kV或6
13、kV外，其他等级的电压都要过渡到上述额定电压。如果用户需要的电压等级不在上列范围时，应自行采用变压措施解决。用户需要的电压等级在110kV及以上时，其受电装置应作为终端变电所设计，其方案需经省电网经营企业审批。 (二). 工厂高压配电电压的选择 工厂高压配电电压的选择，主要取决于工厂高压用电设备的电压及其容量、数量等因素。 工厂采用的高压配电电压通常为10kV。如果工厂拥有相当数量的6kV用电设备，或者供电电源电压就是6kV（例如工厂直接从邻近发电厂的6.3kV母线取得电源），则可考虑采用6kV电压作为工厂的高压配电电压。如果不是上述情况，6kV用电设备数量不多，则应选择10kV作为工厂的高压
14、配电电压，而6kV高压设备则可通过专用的10/6.3kV的变压器单独供电。3kV作为高压配电电压的技术经济指标很差，不能采用。如果工厂有3kV用电设备时，应采用10/3.15kV的专用变压器单独供电。 如果当地的电源电压为35kV, 而厂区环境条件又允许采用35kV架空线路和较经济的35kV设备时，则可考虑采用35kV作为高压配电电压深入工厂各车间负荷中心，并经车间变电所直接降低为低压用电设备所需的电压。这种高压深入负荷中心的直配方式，可以省去一级中间变压，大大简化供电系统接线，节约有色金属，降低电能损耗和电压损耗，提高供电质量，有一定的推广价值。但是必须考虑厂区要有满足35kV架空线路深入负
15、荷中心的“安全走廊”，以确保电气安全。 (三). 工厂低压配电电压的选择 工厂的低压配电电压，一般采用220/380V，其中线电压380V接三相动力设备和380V的单相设备，相电压220V接一般照明灯具和其他 220V的单相设备。但是某些场合宜采用660V甚至更高的1140V作为低压配电电压。例如在矿井下，由于负荷中心往往离变电所较远，因此为保证负荷端的电压水平而采用比380V更高的电压配电。在矿井下采用660V或1140V配电，较之采用380V配电，不仅可减少线路的电压损耗，提高负荷端的电压水平，而且能减少线路的电能损耗，减少有色金属消耗量和初投资，增大配电范围，提高供电能力，减少变电点，简
16、化供电系统。因此提高低压配电电压有明显的经济效益，是节约电能的有效措施之一，这在世界各国已成为发展的趋势。但是将380V升高为660V，需要电器制造部门的全面配合。我国现在采用660V电压的工业，尚只限于采矿、石油和化工等少数部门。至于220V电压，新标准GB156-2003已规定不作为低压三相配电电压，而只作为低压单相配电电压和单相用电设备的额定电压。,第四节 供电工程设计与施工一般知识 工厂供电工程设计与施工是整个工厂设计与施工的重要组成部分。工厂供电工程设计与施工的质量直接影响到工厂的生产及其发展。作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解 工厂供电工程设计与施工的有关知识，以便适应设计与施工工作的需要。这里概略介绍工厂供电工程设计与施工的一般原则、内容及其程序与要求。 一. 供电工程设计与施工的一般原则 供电工程（包括其新建和改造）的设计与施工必须遵循以下原则： (1). 用户（包括工厂）供电工程的新建或改造，应符合当地电网建设与改造的总体规划。 (2). 用户供电工程的设计、施工、试验与运行，均
