企業供電系統及運行的自動控制教學初探

王文川+謝彩云+陳昌敏

（成都市技師學院 電氣工程與自動化系 四川成都 610000）

摘要：企業供電系統及運行是大電壓，強電流，人工操作的安全因素就極其重要，自動控制能夠很好解決這方面的問題，但是在教學中，兩門課程的結合就有一些難題，因此我們在教學中，做了一些探索。

關鍵詞：企業供電；自動控制；教學方法

我國進入到現代化建設以來，許多的企業都因市場經濟體制的變革而發展飛速，經過了這幾十年來得發展，取得了很大的成就。對于企業的發展來說，不僅僅是依賴于對企業諸多方面的管理，設備、人力等資源，企業的供電系統，也為企業的生產和運行提供了較大保障。由于企業供電是大電壓，強電流，人工操作的安全因素就極其重要，自動控制就自然進入該領域。因此，企業供電系統及運行與自動化控制理論兩門學科如何教學與融合，在高職高專的教學中，還沒有先例，在這方面，我們做了一些有益探索。

我們首先討論企業供電系統及運行：

一、 電力系統

1. 定義：電力系統就是由電源系統和輸配電系統組成的產生電能并供應和輸送給用電設備的系統。

2. 組成 一次系統 二次系統

二、電力負荷及對供電的要求

（一）電力負荷

電力負荷是電力系統中所有用電設備消耗功率的總和。對于某一用電單位，它所設置的用電設備包括電源線路都是電力負荷。

（二）電力負荷分級及其對供電的要求

1.一級負荷

這類負荷若供電突然中斷將造成對人員的生命危害，或造成重大設備損壞且難以修復，或打亂復雜的生產過程并使大量產品報廢，給國民經濟帶來極大損失。

2.二級負荷

這類負荷若突然斷電，將造成生產設備局部損壞，或生產流程紊亂且恢復較困難，企業內部運輸停頓，或出現大量廢品或大量減產，因而在經濟上造成較大的損失。這類負荷一般允許短時停電幾分鐘，它在工業企業中占的比例最大。

3.三級負荷

凡不屬于一、二級負荷的用電設備，均列為三級負荷。三級負荷對供電無特殊要求，允許較長時間停電，可用單回線路供電。

由于以上都是基本概念，因此在教學中，學生很好理解，教學基本上沒有問題。

三、電力系統的電壓

（一）額定電壓

能使受電器（電動機、白熾燈等）、發電機、變壓器等正常工作的電壓，稱為電氣設備的額定電壓。

（二）額定電壓等級

（三）平均額定電壓

（四）額定電流

電氣設備的額定電流是指在一定的基準環境下，允許連續通過設備的長時最大工作電流，在該電流的作用下，設備的載流部分與絕緣的最高溫度不超過規定的允許值。

四、電壓偏移及調整

（一）電壓降與電壓損失

電壓降即線路兩端電壓的相量差，而線路兩端電壓的幅值差ΔU=U1-U2稱為電壓損失，它近似等于電壓降的水平分量。

（二）電壓偏移及危害

電力負荷的大小是變動的，當最大負荷時，電網內電壓損失增大，使用電設備的端電壓降低；反之則升高。

（三）電壓調整措施

1.正確選擇供電變壓器的變比和電壓分接頭

2.合理減少供配電系統的阻抗

3.均衡安排三相負荷

4.合理調整供電系統的運行方式

5.采用無功功率補償裝置

6.采用有載調壓變壓器

五、負荷對供電質量的影響

（一）電壓波動和閃變

1.電壓波動和閃變的概念

供電系統中的電壓有效值快速變化的現象叫做電壓波動。電壓波動是由于負荷急劇變動，引起系統的電壓損耗快速變化，從而使電氣設備的端電壓出現快速變化而產生的。

2.電壓波動和閃變的抑制

1）采用專線或專用變壓器供電，選用短路容量較大或電壓等級較高的電網供電。

2）降低線路阻抗。

3）采用靜止補償裝置。

電力系統的運行特點

一、供電系統接線方式的要求

安全可靠、操作方便，運行靈活、經濟合理、便于發展

二、供電系統的接線方式

（一）無備用系統接線

無備用系統接線簡單、運行方便、易于發現故障，缺點是供電可靠性差。主要用于對三級負荷和一部分次要的二級負荷供電。

1. 放射式

優點：是供電線路獨立、線路故障互不影響、故障停電范圍小、易于實現自動化、繼電保護設置整定簡單、保護動作時間短等。

缺點：電源出線回路較多，設備和投資也多。

2. 干線式

優點：線路總長度較短，造價較低，可節約有色金屬；由于最大負荷一般不同時出現，系統中的電壓波動和電能損失較??；電源出線回路數少，可節省設備。

缺點：前段線路公用，增多了故障停電的可能性。

（二）有備用系統的接線

有備用系統的接線方式的主要優點是供電可靠性高，正常時供電電壓質量好。但是設備多，投資大。

1、 雙回路放射式

優點：當雙回路同時工作時，可減少線路上的功率損失和電壓損失。

缺點：線路總長度長，電源出線回路數和所用開關設備多，投資大。

2.環式

環式接線系統所用設備少，各線路途徑不同，不易同時發生故障，故可靠性較高且運行靈活；因負荷由兩條線路負擔，故負荷波動時電壓比較穩定，缺點是故障時線路較長，電壓損失大（特別是靠近電源附近段故障）。因環式線路的導線截面應按故障情況下能擔負環網全部負荷考慮，所以有色金屬消耗量增加，兩個負荷大小相差越懸殊，其消耗就越大。

三、變電所的主接線

變電所的主接線是由各種電氣設備（變壓器、斷路器、隔離開關等）及其連接線組成，用以接受和分配電能，是供電系統的組成部分。是變電所設計的重要任務之一。

（一）線路-變壓器組接線

當供電電源只有一回線路，變電所裝設單臺變壓器時，宜采用線路-變壓器組結線， 優點：結線簡單，使用的設備少，基建投資省。缺點：供電可靠性低，多用于僅有二、三級負荷的變電所。

（二）橋式接線

為了保證對一、二級負荷進行可靠供電，在企業變電所中廣泛采用由兩回電源線路受電和裝設兩臺變壓器的橋式主接線。橋式接線分為內橋、外橋和全橋三種。

分別講授這三種接線的優缺點和適用場所。

（三）單母線分段式接線

當某回受電線路或變壓器因故障及檢修停止運行時，可通過母線分段斷路器的聯絡，保證繼續對兩段母線上的重要負荷供電。

（四）雙母線接線

可靠性高，用于負荷容量大，可靠性要求高，進、出線回路多的重要變電所。

一、中性點不接地方式

中性點不接地電網，單相接地電流基本上由電網對地電容決定，分析它的電路與相量關系圖。

對于高電壓、長距離輸電線路，單相接地電流一般較大，在接地處容易發生電弧周期性的熄滅與重燃，出現間歇電弧，引起電網產生高頻振蕩，形成過電壓，因此，中性點不接地方式對高電壓、長距離輸電線路不適宜。

另外，中性點不接地電網發生單相接地時，三相用電設備的正常工作并未受到影響。，因此三相用電設備仍可照常運行。

二、中性點經消弧線圈接地方式

消弧線圈實際上就是鐵芯線圈式電抗器，利用電抗器的感性電流補償電網的對地電容電流，可使總的接地電流大為減少。

這種接地方式在正常運行時，如果三相對地分布電容不對稱，或發生一相斷線，或正常切除部分線路時，可能出現消弧線圈與對地分布電容的串聯諧振，這時變壓器中性點將出現危險的高電位。為此，消弧線圈一般采用過補償運行。

中性點經消弧線圈接地方式當發生單相接地時，其他兩相對地電壓也要升高到線電壓，但三相線電壓正常，也允許繼續運行兩小時用于查找故障。

三、中性點直接接地方式

中性點直接接地方式電網在發生單相接地時實際上就是單相短路，這時所產生的單相短路電流很大。所以保護裝置動作跳閘，故障部分切除，其它部分則恢復正常運行。

在以上的教學過程中，我們盡可能做到要求學生理解基本概念，不做過深的計算，使學生有了學習的興趣。另外，我們將學生帶到企業，實地參觀，同時請企業的工程師講解，讓學生有了親身體會，學習就會自然加深。

一、自動化控制有半自動與全自動化

例如：機器、設備可以按照生產的要求和目的，進行自動化生產；

自動化控制，作為操作員，確定控制的要求和程序，不用直接參與生產過程的控制技術；半自動化控制要人通過設施、設備、機械、儀器或手工等勞動力的參與。

自動化控制系統是指能夠實現自動控制任務的系統，由控制器與控制對象所組成。

二、自動化控制系統的概念

自動控制是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設備或裝置，使機器、設備或生產過程的某個工作狀態或參數自動地按照預定的規律運行。

三、自動控制系統理論

自動控制是相對人工控制概念而言的，指的是在沒人參與的情況下，利用控制裝置使被控對象或過程自動地按預定規律運行。自動控制技術的研究有利于將人類從復雜、危險、繁瑣的勞動環境中解放出來并大大提高控制效率。

拉普拉斯變換（簡稱拉氏變換）是一種常用的變換域（將時域的問題放在復頻率域）的分析方法，它的變換域是復頻率域，也稱為”s”域，即函數或方程的變量是”s”而不是時間變量t，它在數學理論上及工程問題中都有著重要的應用，是自動控制理論的基礎。

但是拉氏變換的計算，非常繁復，學生基本不能理解，我們就主要解決概念問題，輔以簡單的計算，給每位同學發一頁拉氏變換公式表，讓學生對照計算，解決了學生畏懼計算的學習問題。

一、我國配電網的特點：城市配電網負荷相對集中，發展速度快，用戶對供電質量要求高，設計標準高，接線較復雜，供電管理水平要求高，配電設施要求高。農村配電網供電線路長，分布面積廣，負載小而分散，設備利用率低，發展速度快，存在各種先天不足，農電隊伍專業水平不理想，用戶用電安全知識較貧乏，嚴重影響安全供用電。中性點不接地或經消弧線圈接地。

二、配電網自動化包含的內容：配電網調度自動化包括SCADA、配電網電壓管理系統、故障診斷和斷電管理系統、操作票專家系統等。配電自動化包括變電站自動化和饋線自動化。配電管理系統包括SCADA、LM、DPAS等。

配電系統自動化的通信方式：一、有線通信（一）光纖通信：通信容量大，傳輸衰耗小，體積小，敷設方便，防電磁干擾，保密性好，防腐蝕，但強度不如金屬線，連接比較困難，分路和耦合不便彎曲半徑不宜太小。（二）載波通信：相相制高頻通道衰耗少，但所需加工設備多，投資大；相地制高平通道的傳輸效率低，但所需的加工設備少，投資小。配電線載波通信存在高噪聲，阻抗變化大和衰耗大擴頻通信抗干擾能力強，爆震性高，誤碼率低，功譜密度低，發射功率小，繞射功率差。（三）專線：投資少（四）電信本地網：不需要投資建設專用通信網，開通費用低，但運行費用高。

三、變電站

變電站綜合自動化系統基本功能：數據采集、數據處理與記錄、控制與操作閉鎖、微機保護與自動裝置、與遠方操作控制中心通信、人機聯系功能、自診斷功能、變電站綜合自動化系統的數據庫。

電網調度自動化的結構：由三部分組成，即調度端、場站端和數據傳輸電路，按IEC典型結構中的定義，調度端又稱控制中心，場站端又稱被控站。由于我國電力系統實行分層調度，按地域劃分，具有國調、網調、省調、地調、縣調五級建制，因此調度自動化系統的控制中心也按分層控制對應設置。分層控制最上面的一層是國調或網調，他除了控制大型電廠、站外，還控制省調。省調控制廠、站，并管轄縣調。

參考書籍

[企業供電系統及運行] 中國電力出版社 盧文鵬

[自動控制原理及應用] 清華大學出版社 董紅生