企业供电系统及运行的自动控制教学初探

王文川+谢彩云+陈昌敏

（成都市技师学院 电气工程与自动化系 四川成都 610000）

摘要：企业供电系统及运行是大电压，强电流，人工操作的安全因素就极其重要，自动控制能够很好解决这方面的问题，但是在教学中，两门课程的结合就有一些难题，因此我们在教学中，做了一些探索。

关键词：企业供电；自动控制；教学方法

我国进入到现代化建设以来，许多的企业都因市场经济体制的变革而发展飞速，经过了这几十年来得发展，取得了很大的成就。对于企业的发展来说，不仅仅是依赖于对企业诸多方面的管理，设备、人力等资源，企业的供电系统，也为企业的生产和运行提供了较大保障。由于企业供电是大电压，强电流，人工操作的安全因素就极其重要，自动控制就自然进入该领域。因此，企业供电系统及运行与自动化控制理论两门学科如何教学与融合，在高职高专的教学中，还没有先例，在这方面，我们做了一些有益探索。

我们首先讨论企业供电系统及运行：

一、 电力系统

1. 定义：电力系统就是由电源系统和输配电系统组成的产生电能并供应和输送给用电设备的系统。

2. 组成 一次系统 二次系统

二、电力负荷及对供电的要求

（一）电力负荷

电力负荷是电力系统中所有用电设备消耗功率的总和。对于某一用电单位，它所设置的用电设备包括电源线路都是电力负荷。

（二）电力负荷分级及其对供电的要求

1.一级负荷

这类负荷若供电突然中断将造成对人员的生命危害，或造成重大设备损坏且难以修复，或打乱复杂的生产过程并使大量产品报废，给国民经济带来极大损失。

2.二级负荷

这类负荷若突然断电，将造成生产设备局部损坏，或生产流程紊乱且恢复较困难，企业内部运输停顿，或出现大量废品或大量减产，因而在经济上造成较大的损失。这类负荷一般允许短时停电几分钟，它在工业企业中占的比例最大。

3.三级负荷

凡不属于一、二级负荷的用电设备，均列为三级负荷。三级负荷对供电无特殊要求，允许较长时间停电，可用单回线路供电。

由于以上都是基本概念，因此在教学中，学生很好理解，教学基本上没有问题。

三、电力系统的电压

（一）额定电压

能使受电器（电动机、白炽灯等）、发电机、变压器等正常工作的电压，称为电气设备的额定电压。

（二）额定电压等级

（三）平均额定电压

（四）额定电流

电气设备的额定电流是指在一定的基准环境下，允許连续通过设备的长时最大工作电流，在该电流的作用下，设备的载流部分与绝缘的最高温度不超过规定的允许值。

四、电压偏移及调整

（一）电压降与电压损失

电压降即线路两端电压的相量差，而线路两端电压的幅值差ΔU=U1-U2称为电压损失，它近似等于电压降的水平分量。

（二）电压偏移及危害

电力负荷的大小是变动的，当最大负荷时，电网内电压损失增大，使用电设备的端电压降低；反之则升高。

（三）电压调整措施

1.正确选择供电变压器的变比和电压分接头

2.合理减少供配电系统的阻抗

3.均衡安排三相负荷

4.合理调整供电系统的运行方式

5.采用无功功率补偿装置

6.采用有载调压变压器

五、负荷对供电质量的影响

（一）电压波动和闪变

1.电压波动和闪变的概念

供电系统中的电压有效值快速变化的现象叫做电压波动。电压波动是由于负荷急剧变动，引起系统的电压损耗快速变化，从而使电气设备的端电压出现快速变化而产生的。

2.电压波动和闪变的抑制

1）采用专线或专用变压器供电，选用短路容量较大或电压等级较高的电网供电。

2）降低线路阻抗。

3）采用静止补偿装置。

电力系统的运行特点

一、供电系统接线方式的要求

安全可靠、操作方便，运行灵活、经济合理、便于发展

二、供电系统的接线方式

（一）无备用系统接线

无备用系统接线简单、运行方便、易于发现故障，缺点是供电可靠性差。主要用于对三级负荷和一部分次要的二级负荷供电。

1. 放射式

优点：是供电线路独立、线路故障互不影响、故障停电范围小、易于实现自动化、继电保护设置整定简单、保护动作时间短等。

缺点：电源出线回路较多，设备和投资也多。

2. 干线式

优点：线路总长度较短，造价较低，可节约有色金属；由于最大负荷一般不同时出现，系统中的电压波动和电能损失较小；电源出线回路数少，可节省设备。

缺点：前段线路公用，增多了故障停电的可能性。

（二）有备用系统的接线

有备用系统的接线方式的主要优点是供电可靠性高，正常时供电电压质量好。但是设备多，投资大。

1、 双回路放射式

优点：当双回路同时工作时，可减少线路上的功率损失和电压损失。

缺点：线路总长度长，电源出线回路数和所用开关设备多，投资大。

2.环式

环式接线系统所用设备少，各线路途径不同，不易同时发生故障，故可靠性较高且运行灵活；因负荷由两条线路负担，故负荷波动时电压比较稳定，缺点是故障时线路较长，电压损失大（特别是靠近电源附近段故障）。因环式线路的导线截面应按故障情况下能担负环网全部负荷考虑，所以有色金属消耗量增加，两个负荷大小相差越悬殊，其消耗就越大。

三、变电所的主接线

变电所的主接线是由各种电气设备（变压器、断路器、隔离开关等）及其连接线组成，用以接受和分配电能，是供电系统的组成部分。是变电所设计的重要任务之一。

（一）线路-变压器组接线

当供电电源只有一回线路，变电所装设单台变压器时，宜采用线路-变压器组结线， 优点：结线简单，使用的设备少，基建投资省。缺点：供电可靠性低，多用于仅有二、三级负荷的变电所。

（二）桥式接线

为了保证对一、二级负荷进行可靠供电，在企业变电所中广泛采用由两回电源线路受电和装设两台变压器的桥式主接线。桥式接线分为内桥、外桥和全桥三种。

分别讲授这三种接线的优缺点和适用场所。

（三）单母线分段式接线

当某回受电线路或变压器因故障及检修停止运行时，可通过母线分段断路器的联络，保证继续对两段母线上的重要负荷供电。

（四）双母线接线

可靠性高，用于负荷容量大，可靠性要求高，进、出线回路多的重要变电所。

一、中性点不接地方式

中性点不接地电网，单相接地电流基本上由电网对地电容决定，分析它的电路与相量关系图。

对于高电压、长距离输电线路，单相接地电流一般较大，在接地处容易发生电弧周期性的熄灭与重燃，出现间歇电弧，引起电网产生高频振荡，形成过电压，因此，中性点不接地方式对高电压、长距离输电线路不适宜。

另外，中性点不接地电网发生单相接地时，三相用电设备的正常工作并未受到影响。，因此三相用电设备仍可照常运行。

二、中性点经消弧线圈接地方式

消弧线圈实际上就是铁芯线圈式电抗器，利用电抗器的感性电流补偿电网的对地电容电流，可使总的接地电流大为减少。

这种接地方式在正常运行时，如果三相对地分布电容不对称，或发生一相断线，或正常切除部分线路时，可能出现消弧线圈与对地分布电容的串联谐振，这时变压器中性点将出现危险的高电位。为此，消弧线圈一般采用过补偿运行。

中性点经消弧线圈接地方式当发生单相接地时，其他两相对地电压也要升高到线电压，但三相线电压正常，也允许继续运行两小时用于查找故障。

三、中性点直接接地方式

中性点直接接地方式电网在发生单相接地时实际上就是单相短路，这时所产生的单相短路电流很大。所以保护装置动作跳闸，故障部分切除，其它部分则恢复正常运行。

在以上的教学过程中，我们尽可能做到要求学生理解基本概念，不做过深的计算，使学生有了学习的兴趣。另外，我们将学生带到企业，实地参观，同时请企业的工程师讲解，让学生有了亲身体会，学习就会自然加深。

一、自动化控制有半自动与全自动化

例如：机器、设备可以按照生产的要求和目的，进行自动化生产；

自动化控制，作为操作员，确定控制的要求和程序，不用直接参与生产过程的控制技术；半自动化控制要人通过设施、设备、机械、仪器或手工等劳动力的参与。

自动化控制系统是指能够实现自动控制任务的系统，由控制器与控制对象所组成。

二、自动化控制系统的概念

自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。

三、自动控制系统理论

自动控制是相对人工控制概念而言的，指的是在没人参与的情况下，利用控制装置使被控对象或过程自动地按预定规律运行。自动控制技术的研究有利于将人类从复杂、危险、繁琐的劳动环境中解放出来并大大提高控制效率。

拉普拉斯变换（简称拉氏变换）是一种常用的变换域（将时域的问题放在复频率域）的分析方法，它的变换域是复频率域，也称为”s”域，即函数或方程的变量是”s”而不是时间变量t，它在数学理论上及工程问题中都有着重要的应用，是自动控制理论的基础。

但是拉氏变换的计算，非常繁复，学生基本不能理解，我们就主要解决概念问题，辅以简单的计算，给每位同学发一页拉氏变换公式表，让学生对照计算，解决了学生畏惧计算的学习问题。

一、我国配电网的特点：城市配电网负荷相对集中，发展速度快，用户对供电质量要求高，设计标准高，接线较复杂，供电管理水平要求高，配电设施要求高。农村配电网供电线路长，分布面积广，负载小而分散，设备利用率低，发展速度快，存在各种先天不足，农电队伍专业水平不理想，用户用电安全知识较贫乏，严重影响安全供用电。中性点不接地或经消弧线圈接地。

二、配电网自动化包含的内容：配电网调度自动化包括SCADA、配电网电压管理系统、故障诊断和断电管理系统、操作票专家系统等。配电自动化包括变电站自动化和馈线自动化。配电管理系统包括SCADA、LM、DPAS等。

配电系统自动化的通信方式：一、有线通信（一）光纤通信：通信容量大，传输衰耗小，体积小，敷设方便，防电磁干扰，保密性好，防腐蚀，但强度不如金属线，连接比较困难，分路和耦合不便弯曲半径不宜太小。（二）载波通信：相相制高频通道衰耗少，但所需加工设备多，投資大；相地制高平通道的传输效率低，但所需的加工设备少，投资小。配电线载波通信存在高噪声，阻抗变化大和衰耗大扩频通信抗干扰能力强，爆震性高，误码率低，功谱密度低，发射功率小，绕射功率差。（三）专线：投资少（四）电信本地网：不需要投资建设专用通信网，开通费用低，但运行费用高。

三、变电站

变电站综合自动化系统基本功能：数据采集、数据处理与记录、控制与操作闭锁、微机保护与自动装置、与远方操作控制中心通信、人机联系功能、自诊断功能、变电站综合自动化系统的数据库。

电网调度自动化的结构：由三部分组成，即调度端、场站端和数据传输电路，按IEC典型结构中的定义，调度端又称控制中心，场站端又称被控站。由于我国电力系统实行分层调度，按地域划分，具有国调、网调、省调、地调、县调五级建制，因此调度自动化系统的控制中心也按分层控制对应设置。分层控制最上面的一层是国调或网调，他除了控制大型电厂、站外，还控制省调。省调控制厂、站，并管辖县调。

参考书籍

[企业供电系统及运行] 中国电力出版社 卢文鹏

[自动控制原理及应用] 清华大学出版社 董红生