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3、电力线路→电力线路又称输电线,其作用是进展电能的输送,就是把发电厂、变电所和电能用户连接起来,电力线路按用途可分为输电线路和配电线路两种。
按架设方法分为架空线路和电缆线路,按传输电流的种类可分为交流线路和直流线路。
输电线路架空线路
1〕电力线路→称输电线→电力线路,按用途→按架式分
配电线路电缆线路
交流线路
→按传输电流的种类可分为
直流线路
所以电力系统与电力网的构成,大家要注意的是以下两条:
a、电力系统是:
由发电机→送电→变电→配电→用户组成的整体称电力系统
b、电力网:
由送电→变电→配电组成
电力系统是由发电厂、输电网、配电网和电力用户组成的整体,是将一次能源转换成电能并输送和分配到用户的一个统一系统。
输电网和配电网统称为电网,是电力系统的重要组成局部。
发电厂将一次能源转换成电能,经过电网将电能输送和分配到电力用户的用电设备,从而完成电能从生产到使用的整个过程。
电力系统还包括保证其安全可靠运行的继电保护装置、安全自动装置、调度自动化系统和电力通信等相应的辅助系统〔一般称为二次系统〕。
输电网是电力系统中最高电压等级的电网,是电力系统中的主要网络〔简称主网〕,起到电力系统骨架的作用,所以又可称为网架。
在一个现代电力系统中既有超高压交流输电,又有超高压直流输电。
这种输电系统通常称为交、直流混合输电系统。
配电网是将电能从枢纽变电站直接分配到用户区或用户的电网,它的作用是将电力分配到配电变电站后再向用户供电,也有一局部电力不经配电变电站,直接分配到大用户,由大用户的配电装置进展配电。
在电力系统中,电网按电压等级的上下分层,按负荷密度的地域分区。
不同容量的发电厂和用户应分别接入不同电压等级的电网。
大容量主力电厂应接入主网,较大容量的电厂应接入较高压的电网,容量较小的可接入较低电压的电网。
配电网应按地区划分,一个配电网担任分配一个地区的电力与向该地区供电的任务。
因此,它不应当与邻近的地区配电网直接进展横向联系,假设要联系应通过高一级电网发生横向联系。
配电网之间通过输电网发生联系。
不同电压等级电网的纵向联系通过输电网逐级降压形成。
不同电压等级的电网要防止电磁环网。
电力系统之间通过输电线连接,形成互联电力系统。
连接两个电力系统的输电线称为联络线
2〕大型电力网的优点
环网当故障时
〔1〕提高供电可靠性当雷电时
双环网当检修时
〔2〕减少系统的备用量
如孤立运行发电厂,如它的发电量是30万千瓦,备用量也要维持30万千瓦
左右满足该地区的使用量,因为每时每刻系统的发电量取决于同一时刻用户的用电量。
例如:
1965年美国东部电力系统曾发生过一次大面积的停电事故,给纽约等大城市的生产和生活带来很大的影响。
1977年7月美国发生的第二次纽约大停电事故给国民经济带来的损失,据统计,停电所造成的直接经济损失为5500万美元,而间接的损失竟达到3亿美元左右。
互相
牵连a、降低系统的顶峰负荷,调整峰谷曲线,提高运行的经济性。
〔3〕通过合理的分配负荷:
b、故障造成停电,通过电力调整掌握整个电力网,统一调度,合理分配电能。
〔1〕电压偏差:
电压偏差是指在某一时段,电压复制缓
慢变化偏离额定值的程度。
措施:
a、就地进展无功功率补偿;
b、调整同步电动机的励磁电流;
〔4〕提高供电质量c、采用有载调压变压器或正确选择无载调压变压器电压分接头;
ΩΩ/km;
e、尽量使系统的三相负荷平衡;
〔2〕电压波动与闪变,在某一时段,电压急剧变化而
偏离额定值的现象,称电压波动。
电压变化的速率大于1%/s时,即为电压急剧变化。
a、对负荷变动剧烈的大型电气设备,采用专用线路或专用变压器单独供电;
b、减小系统阻抗;
c、加装限流电抗器;
d、对大型感应电动机进展个别补偿;
e、在低压供配电系统,采用电力稳压器稳压;
〔3〕电压正弦波动畸变率:
电压波形应是正弦波,但是电力系统中存在大量非线性供电设备,这些设备向电网注入谐波电流或谐波电压,使得到的电压波形偏离正弦波。
造成波形失真,主要来自产生电弧和整流设备变压器非线性运行。
高次谐波是有一个无畸变的基波与各种倍频的正弦波形叠加。
〔4〕负序电压系统:
〔三相电压不平衡度〕由于用户使用大功率单项设备〔如电焊机〕,电力系统中,出现不对称故障〔如单相接地,相间短路〕。
〔5〕形成大的电力系统,便于利用大型动力资源,特别是能充分发挥水力发电的作用。
〔6〕频率:
频率的变化对电动机来讲,频率降低将使电动机转速下降,生产效率低,影响电机寿命,反之,频率上升电机转速上升,增加功率消耗,使经济性降低。
二、电力生产的特点
电是商品,具有价值和使用价值,但是电又不是一般的商品,它具有以下几方面特点:
第一,电能的生产、供应、使用几乎是瞬间同时完成的;
第二,它不易储存,没有中间环节;
第三,电能使用总量是随时都在变化的;
第四,发电厂、电力用户通过电力线路和变电站互相连接成电网进展生产和使用,电网是一个不可分割的整体。
第五,电能的质量管理是非常严格的。
交流电网的电压和频率的质量,不仅直接影响电力用户终端产品的质量,而且直接关系电网本身的安全和电力用户用电的可靠性。
由于电能本身所固有的特点以与造成电力与系统后所出现的新问题,决定了电能生产、运输、分配和使用的过程与其它的工业部门有着许多完全不同的特点。
1、同时性:
电能的生产和消费是在同一时间实现,也就讲电能产生→输送→分配以与转换为其它形态能量过程。
升压、输送、降压、分配、消耗→同时性
电力生产的同时性。
发电、输电、供电和用电是同时完成的,既不能中断,又不能储存,必须是用多少,发多少,是典型的连续生产、连续消费的过程。
电能的传输速度与光速一样,达到30万千米/秒(万km/s)。
即使发电端与用电端相距千万里,发、供、用电都是在同一瞬间进展和完成的。
2、集中性:
电力生产是高度集中,统一调度指挥、统一质量标准、统一管理方法、统一分配和销售→都是由电网来决定。
电力生产的整体性。
电力系统是由发电、供电和用电三者严密连接起来的一个系统,任何一个环节配合不好,都会影响电力系统的安全、稳定、可靠和经济运行。
电网中,发电机、变压器、高压输电线路、配电线路和用电设备形成一个不可分割的整体,缺少那一环节,电力生产都不可能完成。
同样,任何设备脱离电网都将失去意义。
3、适用性:
电能使用最方便,适用性最广泛,它不受或很少受外加因素的干扰〔例如,时间、地点、空间、气湿、风雨、场地等〕是半绝缘或全绝缘的能源。
电力生产的随机性。
负荷变化、设备异常情况、电能质量的变化以与事故的发生,随时都在变化着,而且开展迅速,波与面大。
因此,在电力生产过程中,需要适时调度,要求适时安全监控,随时跟踪随机事件动态,以保证电能质量与电网安全运行。
4、先行性:
a、工农业方面
b、出现新的项目和企业
c、交通运输、新技术推广
d、人民生活的需求
第二节电力负荷
一、了解电力负荷组成与分类
电力负荷是指用电设备或用电单位所消耗的功率〔KW〕容量〔KVA〕电流〔A〕
对发电、供电与用电而言,电力负荷分为四种。
1、发电负荷:
是电厂的发电机向电网提供的电力。
2、供电负荷:
是发电负荷扣除厂用电的厂变损耗、线路损耗后的负荷。
3、线路负荷:
是电力网在电力的输送和分配过程中的各种损耗的总和。
4、用电负荷:
是用电实际使用的负荷。
三、电力负荷的分类
1、顶峰负荷〔又称最大负荷〕:
是指电网或用户在一天时间所发生的最大负荷值Imax,常以每小时的用电量作为〔平均〕负荷。
日顶峰负荷
顶峰负荷又分为选一天24H中最高的一个小时的平均负荷作为顶峰负荷。
晚顶峰负荷
2、低谷负荷〔又称最小负荷〕:
是指电网用户在一天24H发生的用电量最少的某小时的平均负荷,为了合理用电,应尽量减少发生低谷负荷的时间,对于整个电力系统来说峰谷负荷差越小,如此用电越能趋于合理,发电与供电也愈加经济。
3、平均负荷:
是指电网中或某用户在某一确定时间阶段的平均小时用电量,为了分析负荷率,常用月平均负荷,即一天的用电量被一天的用电小时来除,为了安排用电量,做好用电计划,往往也采用月平均负荷和年平均负荷。
4、负荷级别分类
根据供电系统设计规和GB50052-1995规定,根据电力负荷对供电可靠性的要求与中断供电造成的损失或影响分为三级,即一级负荷、二级负荷和三级负荷。
根据用户对电力需求的重要性将负荷分为三级。
1〕一级负荷:
中断供电将造成如下情况之一者为一级负荷
a、人身伤亡者
b、重大政治影响者
c、重大经济损失者
d、公共场所秩序严重混乱者
2)二级负荷:
中断供电将造成如下情况之一者为二级负荷
a、较大政治影响者
b、较大经济损失者
c、公共场所秩序混乱者
d、
3)三级负荷:
凡不属于一级负荷和二级负荷者为三级负荷
对这类负荷,突然中断供电所造成的损失不大或不会造成直接损失。
第三节变电所
概述
按照国家标准规定的图形符号和文字符号表示电气装置中各元件,相互连接的工程图称为电气接线图或电路图。
工厂变电所的电路图按功能可分为两种:
一种是表示变电所的电能输送和分配线路的电路图,称为主电路图或一次接线图;
另一中表示测量、控制和保护一次电路与设备安全运行的电气设备之间连接的电路图成为二次电路图或二次回路图。
由于电力系统为三相系统,每相上的电气设备根本一样,所以电气主接线图通常以单线图来表示,即用一条线代表三相,使接线图简单清晰。
对变配电所主电路的接线方式〔简称主接线〕有如下根本要求:
1、安全性:
应符合国家标准和有关技术规的要求;
能保障人身和设备的安全。
2、可靠性:
应根据本厂负荷级别和特点,能保证必要的供电可靠性和电能质量。
3、灵活性:
应能适应系统所需的各种运行方式,便于操作、检修,并能适应负荷的开展,具有扩大改建的可能。
4、经济性:
在满足安全性、可靠性、灵活性的前提下,应力求使主接线简单、投资少、运行费用低。
一、变电所主接线
变电所主接线是由电气局部的主体,由其他发电机、变压器、断路器等各种电气设备通过母线、导线有机地联接起来,并配置避雷器、互感器等保护、测量电器构成变电所聚集和分配电能的一个系统。
1)当高压配电所只有一路电源进线时,其主接线可采用单母线不分段方式
此接线方式适用于对三级负荷的供电。
2〕当高压配电所有两路电源进线时,其主接线采用单母线分段方式
两路进线引自不同的电源,一段采取一路电源供电,另一路电源备用,或两段母线并列运行。
当一路电源失电时,可手动或自动投入备用电源,即可恢复对整个高压配电所的供电,此接线方式适用对供电可靠性、要求较高的一、二级负荷供电。
1、高压线路的接线方式
〔1〕放射式
高压线路的接线方式,以工矿企业高压线路的接线方式〔2〕树干式
〔3〕环形式
介绍一下放射式供电线路的特点
〔1〕供电可靠性较高,发生故障影响围小;
优点〔2〕保护装置简单且易于整定;
〔3〕操作灵活,便于实现自动化。
特点
(1)高压开关较多,有色金属耗量大、投资大;
缺点
〔2〕如发生线路或开关设备故障检修时,该线路上的负荷都要停。
此接线方式适用于容量较大,位置较分散的负荷供电在中压和低压系统中较常见。
此接线也可以采用来自两个电源的两路高压进线,采用双回路放射式供电〔图2〕
2、树干式供电线路的特点
优点:
出线少、节约有色金属、投资少。
〔1〕供电可靠性差
特点缺点〔2〕当干线或开关设备故障或检修时所有用户全部停电,停电围大,假设干线中某一用户故障,该保护装置拒动,也可能引起干线停电。
为了提高供电可靠性,可采用双干线供电
一般供电部门用的较多我们叫正母或付母
3、环形供电线路
特点是树干式的另一种形式,在城市供配电中广泛采用,此接线方式一般采用“开口〞运行方式在环路上有一处开关是断开的,当线路发生故障时,只需经过短时停电“倒闸操作〞断开故障点两侧开关,合上原“开口〞处开关,即可恢复供电,提高了供电的可靠性。
以上三种供电线路的接线方式各有特点,工厂的高压配电线路是几种接线方式的组合,是具体情况而定。
对于大中型企业,强调供电可靠性时,重要车间与重要设备优先考虑采用放射式,而对于辅助生产区和生活住宅区,可考虑采用树干式或环形式接线方式,这样比拟经济。
1、电气主接线根本要求
2、主接线形式
例如:
只装一台变压器的变电所,变压器的额定容量Snt应满足全部用电设备总计算负荷的需要,即Snt≥S30
装有二台变压器的变电所,每台变压器的额定容量Snt应同时满足以下条件
1)任一台变压器单独运行时,应满足总计算负荷S30>70%的需要,即Snt≈
2)任一台变压器单独运行时,应满足全部一、二级负荷的需要,即Snt≥S30〔Ι+Ⅱ〕
一、变电所主接线是电气局部主题
1、电气主接线的根本要求
a、工厂变电所的位置应靠近负荷中心
b、周围环境
c、规划容量、
d、设备的特点
e、供电的可靠性
f、电能质量
g、运行灵活
h、操作便捷
i、检修的空间
j、考虑负荷的等级1类、2类、3类
2、车间变电所主变压器的单台容量一般不宜大于1250KVA
某一10KV/0.4KV变电所,总计算负荷为1400KVA,其中一、二级负荷为730KVA,试选择其主变压器的台数和容量。
解:
由于变电所具有一、二级负荷,因此宜选用两台主变压器
Snt≈×
1400=980KVA
Snt≥S30(Ι+Ⅱ)=730KVA
所以初步确定每台主变压器的容量为1000KVA
二、变电所一次电气设备
1)主变压器:
在降压变电所变压器是将高压电压改为低电压的电气设备;
2)高压断路器:
高压断路器是作为保护变压器和高压线路的保护电器,它具有开断正常负荷和过载、短路故障的保护能力;
3)隔离开关:
隔离开关是隔离电源用的电器;
4)电压互感器:
将系统的高电压转变为低电压,供保护和计量用;
5)电流互感器:
将高压系统中的电流或低压系统中的大电流转变为标准的小电流,供保护和计量用;
6)熔断器:
当电路发生短路或过负荷时,熔断器能自动切断故障电路,从而使电气设备得到保护;
7)负荷开关:
用来不频繁的接通和分段小容量的配电线路和负荷,起到隔离电器的作用。
第四节供电质量
概述:
供配电根本要求
1、供配电工作要很好地为工业生产和国民经济服务,切实保证工业生产和国民经济的要求,切实搞好安全用电,节约用电、安全用电、计划用电〔合称“三电〞〕,工作必须达到如下根本要求:
1〕安全——在电力的供应、分配和使用中,不应该发生人身事故和设备故障。
2〕可靠——应满足电力用户对供电的可靠性,即连续供电的要求。
3〕优质——应满足电力用户对电压质量和频率质量等方面的要求。
4〕经济——应使供电系统的投资少,运行费用低,并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。
2、对供电系统的根本要求
1)供电要可靠:
电力网的结构合理,运行可靠,至少应有10%~15%的备用容量。
2)供电质量要合格:
各种电气参数应合理,如电压,频率、波形、三相电压对称性等。
3)要安全、经济、合理地运行:
供用电双方协调管理,采取必要的技术措施〔如无功补偿、和装定量器〕和组织措施〔如合理地调度和运行管理等〕
4)电力网运行调度应灵活:
电力网的容量越大,供电的可靠性越高,出现局部故障的机会也越多,其调度管理的复杂程度也越大,因此要求调度管理上有尽可能大的灵活性。
一、供电质量
供电电能的质量指标
供电电能的质量指标包括三项技术指标和一项运行调度指标。
1.电压指标
用户受电端电压偏离额定值的幅度不应超过
1)35KV与以上用户和对电压质量通常对用户±
10%,〔特殊的用户±
5%〕
2〕10KV与以下用户和低压用户±
7%
3〕低压照明用户:
+7%~-10%
输电距离越大,采用的额定电压也要越高,一般每千伏电压合理输送记录为一公里左右〔1KM/KV〕,不过还要看导线截面与输送电力的大小。
2.频率指标
我国规定,供电系统的频率指标值为50Hz。
运行中允许偏差的绝对值应不大于如下要求:
1)电力网装机容量在300KW与以上者:
±
0.2Hz。
2)电力网装机容量在300KW以下者为±
0.5Hz。
3)在电力系统非正常状况下供电频率允许偏差不超过±
1.0Hz。
3、波形与三相电压对称性
电力网上的工频电压应是准确的正弦波形,三相电压应相等且相位上互差120°
造成波形失真〔波形畸变〕的主要原因有:
1)用户电气设备产生的畸变自反响到电力网,主要来自产生电弧的设备和整流设备。
2)电力网上的各变电站所产生的波形失真,主要来自变压器的非线性运行与电容器的补偿。
高次谐波是由一个无畸变的基波与各种倍频的正弦波形叠加而成的,该高次谐波对补偿电容器的运行非常不利
三相电压不对称的原因可能是由于如下原因引起的:
1)用户使用大功率单相设备〔如电焊机〕
2)电力系统中出现不对称的故障〔如单相接地、相间短路〕。
4.可靠性要求
35KV与以上系统,每年停电应不超过一次;
10KV系统每年停电不超过三次;
对重要用户的停电应提前七日通知。
供电质量技术指标
供电质量是什么,他是以什么原如此的标准来衡量它的。
①电压允许偏差的允许值为〔电压偏差的危害〕
●电压过高长期过高对电气设备绝缘老化加快设备寿命缩短
1、220V单相供电电压偏差为Un+7%-10%
2、35KV~110KV供电偏差为Un+-10%
3、10KV以下三相供电电压允许偏差为Un+-7%
4、对电压有特殊要求的用户、供、用二家协议确定。
②电压允许波动和闪变,电压波动的产生〔冲击负荷〕
●轧机、大型风机、电焊机尤其是电弧炉等均会引起电网电压的波动。
影响电动机的正常起动,严重时电机无法起动,对同步电机还可引起其转子振动,电子设备,计算机和自控设备无常工作,照明发生明显的闪烁带来诸多不便。
1、对220KV以上的电压波动为1.6%
2、对35KV~110KV的电压波动为2%
3、对10KV以下的电压波动为2.5%
③谐波对电气设备的危险很大,可使变压器的铁心损耗明显增加,从而使变压器出现过热,不仅增加能耗,而且使其绝缘介质变化加速,缩短使用寿命,谐波还能使变压器噪声增大,还可能造成系统的继电保护和自动装置发生误动作或拒动作。
电压质量
①电网装机容量为300万KW以上为±
少数国家±
0.1~±
0.2HZ〔即允许49.8~50.2HZ〕
④频率允许偏差
②当系统容量较小在300万KW以下时,其偏差值
可以放宽到±
0.5HZ〔即允许49.5~50.5HZ〕
③在电力系统非常状况下,供电电能频率的允许偏差不应超过±
5供电可靠性:
对于工厂企业等任何电力用户或其他用电户,显然都希望供电可靠。
供电可靠性是持续供电能力的量度,不同性质的用电负荷,对供电可靠性的要不一样的,属于一类〔级〕负荷的用电对供电可靠性的要求较高;
属于不可连续供电的负荷。
由于电力线路允许电压偏差一般为±
5%,线路首端的电压高于额定电压5%,由于发电机接在线路的首端,所以发电机额定电压高于同级电网额定电压的5%。
例如供电系统试确定系统中1、发电机2、变压器、3、电动机的UN
解1〕发电机的UN
2〕变压器
a、T1一次绕组直接与发电机相连,UN与发电机UN一样即10.5kv,二次绕组连接于110kv的输电线路,额定电压应高于电网,电网电压10%即为121kv。
b、T2一次绕组接于输电线路UN等于线路UN即为110kv,二次绕组直接接高压电动机,UN高于电网电压5%,即为6.3kv。
c、T3一次绕组接于输电线路UN=UN线路,即为10kv。
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