第2章電力供配電

1第2章電力供配電系統(tǒng)682本章重點：（1）電力供配電系統(tǒng)的組成；（2）電力網(wǎng)的額定電壓與額定頻率；（3）電壓偏移對用電設備的危害；（4）負荷的分級及其對供電的要求。教學難點：額定電壓的相關概念。2.1.1電力系統(tǒng)的基本概念

一、電力系統(tǒng)

定義：由發(fā)電機、輸配電線路、變配電站以及各種用電設備連接起來所構(gòu)成的總體。

電能從生產(chǎn)到供給用戶使用，一般要經(jīng)過發(fā)電、變電、輸電、配電和用電幾個環(huán)節(jié)。

它的功能是將自然界的一次能源通過發(fā)電動力裝置轉(zhuǎn)化成電能，再經(jīng)輸電、變電和配電將電能供應到各負荷中心，通過各種設備再轉(zhuǎn)換成動力、熱、光等不同形式的能量。

2.1電力供配電系統(tǒng)配電升壓變電站輸電線路降壓變電站配電網(wǎng)發(fā)電廠生產(chǎn)車間發(fā)電輸電用電電力系統(tǒng)變電車間配電站6～10kV用電設備

35～110kV地方電網(wǎng)

220/380VG水電廠

6～10kV地區(qū)變電所

220～330kV區(qū)域電網(wǎng)

GG火電廠

35～110kV地方電網(wǎng)

樞紐變電所

地區(qū)變電所

電力系統(tǒng)示意圖

220～500kV超高壓輸電線

G大型電廠

GGG6kV用戶變電所

熱電廠

G發(fā)電機電源變壓器熱電廠

6～10kV用電設備

35～110kV地方電網(wǎng)

220/380VG水電廠

6～10kV地區(qū)變電所

220～330kV區(qū)域電網(wǎng)

GG火電廠

35～110kV地方電網(wǎng)

樞紐變電所

地區(qū)變電所

電力系統(tǒng)示意圖

220～500kV超高壓輸電線

G大型電廠

GGG6kV用戶變電所

電力系統(tǒng)示意簡圖

水電站大型發(fā)電站熱電站用戶變電所工廠總變電所車間變電所地區(qū)變電所樞紐變電所火電廠超高壓輸電線地區(qū)變電所用電設備220～330kV區(qū)域電網(wǎng)35～110kV地方電網(wǎng)6～10kV220/380V220～500kV1、發(fā)電廠(發(fā)電站)

發(fā)電廠是生產(chǎn)電能的工廠，它把煤炭、石油、天然氣、水能、原子核能、風能、太陽能、地熱、潮汐能等其他形式的一次能源，通過發(fā)電設備轉(zhuǎn)換為電能。亞洲最大的火力發(fā)電廠

福建華電可門火電廠位于福州市連江縣可門港區(qū)，外景蔚為壯觀。遠期計劃投資540億元人民幣，裝機容量1040萬千瓦。世界最大的水利樞紐工程

三峽大壩左右岸安裝32臺單機容量為70萬千瓦水輪發(fā)電機組，是全世界裝機容量最大的水力發(fā)電站。華東地區(qū)最大的水電站

福建省水口水電站是國家“七·五”重點建設項目，由國家投資，也是福建省第一個利用世界銀行貸款興建的能源工程，在全國百萬千瓦水電站質(zhì)量評比中名列前茅,達到國際水平，被譽為“五朵金花”之首。裝機容量140萬千瓦。

平潭長江澳風力發(fā)電站在藍天白云的映襯下格外美麗。作為國家新能源開發(fā)試驗島，平潭已建成陸上風電裝機容量10.6萬千瓦。

中國自行設計、建造和運營管理的第一座30萬千瓦壓水堆核電站——浙江省海鹽縣秦山核電站。

秦山核電站

大亞灣核電站位于中國廣東省深圳市龍崗區(qū)大鵬半島，是中國大陸建成的第二座核電站，擁有兩臺98.4萬千瓦的壓水堆核電機組。

我國最大的潮汐電站是1980年5月建成的浙江省溫嶺縣江廈潮汐試驗電站，它也是世界已建成的較大雙向潮汐電站之一。坐落在浙江南部樂清灣北端的江廈港。裝機容量3200千瓦。

福建平潭幸福洋潮汐發(fā)電站（1600千瓦）福建寧德福鼎沙埕港八尺門潮汐電站，爭取到2015年裝機容量達到2.4萬千瓦。

西藏自治區(qū)的羊八井地熱電站是中國最大的地熱電站。距拉薩市92公里，海拔4300米。1975年始建，1977年第一臺機組投運(1000千瓦)，到1986年，裝機容量達1.3萬千瓦。

太陽能電站是利用太陽能電池組件將光能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，是地球的清潔能源和可再生能源。內(nèi)蒙古鄂爾多斯伊泰集團205千瓦太陽能聚光光伏電站

青海省錫鐵山鎮(zhèn)錫鐵山三期20MWp并網(wǎng)光伏電站

2、變電站（變電所）變電站是接受電能、變換電能電壓等級、分配電能的場所，是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間樞紐。主要包括變壓器、母線、線路開關設備、建筑物及電力系統(tǒng)安全和控制所需的設施。（1）升壓變電站利用變壓器將發(fā)電機發(fā)出的電能的電壓升高。升壓變電站設于發(fā)電廠內(nèi)或附近。從輸電方面看，電壓愈高，輸送距離就愈遠，輸送的功率就越大。發(fā)電機發(fā)出來的電壓，有6.3千伏、10.5千伏、13.8千伏、15.75千伏、20千伏和22千伏等。升高電壓是為了減小輸電線路上的電流，進而降低輸電線路上的電能損耗。所以必須立即經(jīng)過升壓變壓器升高電壓。升壓變壓器（2）地區(qū)降壓變電站地區(qū)降壓變電站又稱為一次變電站，從220～500kV的超高壓輸電網(wǎng)或發(fā)電廠直接受電，通過變壓器把電壓降為35～110kV，供給該區(qū)域用戶或大型工業(yè)企業(yè)用電。高壓變壓器（3）終端變電站終端變電站又稱為二次變電站，多位于用電的負荷中心，高壓側(cè)從地區(qū)降壓變電站受電，經(jīng)變壓器將電壓降到6～l0kV，對某個市區(qū)或農(nóng)村城鎮(zhèn)用戶供電。其供電范圍較小，若全終端變電站停電，只是該部分用戶中斷供電。23

（4）企業(yè)降壓變電站及車間變電站企業(yè)降壓變電站又稱企業(yè)總降壓變電站，與終端變電站相似，它是對企業(yè)內(nèi)部輸送電能的中心樞紐。而車間變電站是接受企業(yè)降壓變電站所提供的電能，電壓降為220／380V，對車間各用電設備直接進行供電。24

（5）配電站（所）只有配電設備而無電力變壓器。僅用以接受和分配電能。配電站是電網(wǎng)的未端，它上連變電站，下連各用電設備。

3、輸電線路和配電線路（統(tǒng)稱電網(wǎng)）電力網(wǎng)是輸電線路和配電線路的統(tǒng)稱，是輸送電能和分配電能的通道。電力網(wǎng)是把發(fā)電廠、變電站和電能用戶聯(lián)系起來的紐帶。264、電能用戶所有的用電單位均稱為電能用戶，我國工業(yè)企業(yè)用電占全年總發(fā)電量的63.9％，是最大的電能用戶。二、組成電力系統(tǒng)的目的1、提高供電可靠性和電能質(zhì)量電力系統(tǒng)中備用發(fā)電機組較多，容量也比較大。個別機組發(fā)生故障對系統(tǒng)影響較小，從而提高了供電可靠性。2、可減少系統(tǒng)的裝機容量，提高設備利用率。電力系統(tǒng)往往占有很大的地域，因為存在時差和季差，各系統(tǒng)中最大負荷出現(xiàn)時間就不同，綜合起來的最大負荷，也將小于各系統(tǒng)最大負荷相加的總和，因此系統(tǒng)中總的裝機容量可以減少些。同時，備用容量也可減少些。如果裝機容量一定，則可提高設備的利用率，增加供電量。283、便于安裝大機組，降低造價由于電力系統(tǒng)容量大，按照比例可裝容量較大的機組，而大機組每千瓦設備的投資和生產(chǎn)每千瓦時電能的燃料消耗以及維修費用都比裝小機組便宜，從而可節(jié)約投資，降低燃料消耗，降低成本，提高勞動生產(chǎn)率，加快電力建設速度。4、充分利用各種資源，提高運行的經(jīng)濟性組成電力系統(tǒng)后，水火電聯(lián)合運行，豐水期水電廠多發(fā)電，火電廠少發(fā)電并適當安排檢修；枯水期火電廠多發(fā)電，水電廠少發(fā)電并安排檢修，可充分利用水動力資源，減少燃料消耗，降低電能成本，提高運行的經(jīng)濟性。變電配電用電2.1.2工業(yè)企業(yè)供電系統(tǒng)及其組成工業(yè)企業(yè)內(nèi)部接受、變換、分配和消費電能的總電路稱為工業(yè)企業(yè)供配電系統(tǒng)。受電高壓變電站6～10kV大、中型企業(yè)高壓電網(wǎng)35～110kV車間變電站高壓電網(wǎng)35～110kV車間變電站220/380V生產(chǎn)車間自備發(fā)電機高壓電動機公共低壓電網(wǎng)220/380V小型工廠企業(yè)低壓配電室生產(chǎn)車間工業(yè)企業(yè)可根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模、用電設備的布局和用電量的大小等情況，設立一個或若干個車間變電所(包括配電所)。幾個相鄰且用電量小的車間可以共用一個車間變電所。

車間變電所高壓配電所控制屏、配電屏高壓配電線低壓配電線工廠供配電系統(tǒng)布局圖高壓電源進線變電所中的主要電氣設備是降壓變壓器和用來接受和分配電能的配電裝置，其中包括開關設備、母線、保護電阻、測量儀表及其他電氣設備等。低壓開關柜低壓開關柜背面低壓配電箱10kV及以下系統(tǒng)，為了安裝和維護方便，將受、配電設備及裝置組裝成為成套開關柜。廠區(qū)內(nèi)的配電線路電纜溝架空線路電纜溝橋民用建筑內(nèi)低壓配電線路電纜豎井槽式電纜架開放式走線架民用建筑內(nèi)低壓配電線路室內(nèi)穿管敷設(裝修前)

2.1.3電力網(wǎng)的額定電壓與額定頻率一、額定電壓額定電壓是用電設備、發(fā)電機和變壓器長時間正常工作時，具有最佳技術(shù)經(jīng)濟指標的電壓。電力網(wǎng)額定電壓的等級系列，是國家根據(jù)國民經(jīng)濟發(fā)展的需要、技術(shù)經(jīng)濟上的合理性、電機電器制造工業(yè)的水平等因素，經(jīng)全面研究分析后制定頒布的。是確定各類電力設備額定電壓的基本依據(jù)。

規(guī)定標準電壓等級，有利于電器制造業(yè)的生產(chǎn)標準化和系列化，有利于設計的標準化和選型，有利于電器的互相連接和更換，有利于備件的生產(chǎn)和維修等。第一類額定電壓：低于100V的額定電壓。主要用于安全照明、

蓄電池及開關設備的直流操作電壓。國家標準規(guī)定電力網(wǎng)的額定電壓分為三類。不同電壓等級有不同的作用。第二類額定電壓：高于100V，低于1000V的額定電壓。主要用于動力和照明。第三類額定電壓：1000V以上的額定電壓。主要用于發(fā)電機、變壓器、送電線路及高壓用電設備。電壓等級的劃分我國交流電常用的電壓等級：36V、220V、380V和3kV、6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV、750kV電壓等級的劃分安全電壓：36V(直流48V)及以下的電壓低壓：1kV及以下的電壓高壓：1kV以上、330kV以下的電壓（中壓：1kV以上～20kV的電壓）超高壓：330kV及以上、1000kV以下的電壓特高壓：1000kV及以上的電壓高壓直流：±800kV以下的直流電壓特高壓直流：±800kV及以上的直流電壓

3、6、10kV電壓等級稱為配電電壓。該等級的變壓器叫做配電變壓器，簡稱配變；把用于發(fā)電機升壓和用于35kV及以上電壓等級變電站中，升、降壓輸送電能的變壓器稱為主變壓器，簡稱主變。通常將35kV及35kV以上的電壓線路稱為送電線路。10kV及其以下的電壓線路稱為配電線路。

1、用電設備的額定電壓由于用電設備運行時線路上要產(chǎn)生電壓降，所以線路上各點的電壓都略有不同。成批生產(chǎn)的用電設備，其額定電壓不可能按使用處的實際電壓來制造，而只能按線路首端與末端的平均電壓，即電網(wǎng)的額定電壓來制造。同一電壓的線路一般允許的電壓偏移是±5%，即整個線路允許有10%的電壓損耗。用電設備的額定電壓規(guī)定與同級電網(wǎng)的額定電壓相同。482、發(fā)電機的額定電壓由于同一電壓的線路一般允許的電壓偏移是±5%，即整個線路允許有10%的電壓損耗，因此為了維持平均電壓在額定值，線路首端（即電源端）的電壓應該較電網(wǎng)額定電壓高5%，而線路末端則可較電網(wǎng)的額定電壓低5%，所以發(fā)電機額定電壓規(guī)定高于同級電網(wǎng)額定電壓5%。3、電力變壓器的額定電壓（1）電力變壓器一次繞組的額定電壓當變壓器的一次繞組直接與發(fā)電機相連時，一次繞組的額定電壓應與發(fā)電機額定電壓相同。當變壓器的一次繞組連接在線路上時，則可看作是線路的用電設備，一次繞組的額定電壓應與電網(wǎng)的額定電壓相同。50（2）電力變壓器二次繞組的額定電壓變壓器的二次繞組的額定電壓，是指變壓器一次繞組加上額定電壓，而二次繞組開路的電壓，即空載電壓。當二次繞組滿載時，二次繞組內(nèi)約有5%的阻抗電壓降。（2）電力變壓器二次繞組的額定電壓如果變壓器的二次側(cè)供電線路較長（如為較大的高壓電網(wǎng)），則變壓器二次側(cè)額定電壓，既要考慮補償變壓器滿載時內(nèi)部5%的電壓降，還要考慮變壓器滿載時輸出的二次電壓要高于電網(wǎng)額定電壓5%，以補償線路上的電壓降，所以，變壓器二次繞組的額定電壓要比電網(wǎng)額定電壓高10%。（2）電力變壓器二次繞組的額定電壓如果變壓器二次側(cè)供電線路不太長（如為低壓電網(wǎng)，或直接供電給高低壓用電設備），則變壓器二次繞組的額定電壓，只需高于電網(wǎng)額定電壓5%，僅考慮補償變壓器內(nèi)部的5%電壓降。54三、電壓偏移對用電設備的危害

加于用電設備的受電電壓與用電設備的額定電壓差別較大時，對用電設備造成很大的危害。嚴重的甚至引發(fā)火災。1、對電光源的影響當加于電光源的實際電壓低于額定電壓10％時，發(fā)光效率下降：白熾燈30％，熒光燈10％，汞燈10％～50％

影響視力，降低勞動生產(chǎn)率。增加事故發(fā)生率。

電壓過低，熒光燈、汞燈啟動困難，縮短使用壽命。實際電壓高于額定電壓高，電光源的使用壽命縮短，產(chǎn)生高熱。552、對電動機的影響電壓降低時，轉(zhuǎn)矩減小，電流增大。電壓降低20％時，轉(zhuǎn)矩降低到額定值的64％，電流增加20％～35％。溫度升高12～15℃。絕緣老化程度增加一倍以上，縮短使用壽命，甚至燒毀。轉(zhuǎn)矩減小，使電動機轉(zhuǎn)速降低，甚至停轉(zhuǎn)，導致產(chǎn)生廢品甚至事故。實際電壓過高，負荷電流和溫升增加，絕緣受損，對電機不利（但不像電壓偏低時那么嚴重）。

二、額定頻率

我國電力系統(tǒng)的額定頻率：。

一般情況允許的偏差不超過±0.5Hz，即頻率的波動范圍在49.5～50.5Hz內(nèi)視為符合要求。2.1.4工業(yè)企業(yè)的用電設備

為了滿足生產(chǎn)的正常運行，根據(jù)需要工業(yè)企業(yè)中要安裝各種類型和容量的電氣設備。工業(yè)企業(yè)的用電設備包括：

1、生產(chǎn)和轉(zhuǎn)換電能的設備。發(fā)電機、電動機、電爐、升降壓變壓器、電流互感器、電壓互感器。2、接通或斷開電路的高、低壓開關電器。斷路器、隔離開關、熔斷器、接觸器。

3、控制和保護電器。繼電器、避雷器。4、接地裝置。

5、載流導體。母線、電線、電纜。

工業(yè)企業(yè)的用電設備可分為直流和交流兩大類，大多數(shù)為交流。按額定電壓可分為高壓和低壓，常見的大多為低壓用電設備。按頻率可分為低頻（50Hz以下）、工頻（50Hz）、中頻（50～10000Hz）和高頻（10000Hz以上)，大部分為工頻。

一次設備和二次設備

變配電設備中，擔負輸送和分配電能任務的電路，稱為一次回路或一次接線系統(tǒng)。一次電路中的所有設備稱為一次設備：如發(fā)電機、變壓器、斷路器、隔離開關、自動開關、接觸器、刀開關、母線、輸電線路、電力電纜、電抗器等。

用于對一次設備進行測量、控制、監(jiān)視和保護用的電路，稱為稱為二次回路或二次接線系統(tǒng)。組成二次回路的設備稱為二次設備：儀用互感器，測量儀表、繼電保護裝置等。

2.1.5負荷的分級及其對供電的要求

[供配電系統(tǒng)設計規(guī)范（GB50052-95）]

國家制定電力負荷分級的目的，在于正確地反映它對供電可靠性要求的界限，以便恰當?shù)剡x擇符合我國實際水平的供電方式，滿足我國經(jīng)濟建設的需要，提高投資的效益。

區(qū)分電力負荷對供電可靠性的要求，依據(jù)因停電在政治或經(jīng)濟上造成損失或影響的程度。損失越大，對供電可靠性的要求越高；損失越小，對供電可靠性的要求越低。

1、一級負荷：

（1）中斷供電將造成人身傷亡者：

（2）中斷供電將在政治、經(jīng)濟上造成重大損失者。

例如：重大設備損壞、重大產(chǎn)品報廢、用重要原料生產(chǎn)的產(chǎn)品大量報廢、國民經(jīng)濟中重點企業(yè)的連續(xù)生產(chǎn)過程被打亂需要長時間才能恢復等。

（3）中斷供電將影響有重大政治、經(jīng)濟意義的用電單位的正常工作。

例如：重要交通樞紐、重要通信樞紐、重要賓館、大型體育場館、經(jīng)常用于國際活動的大量人員集中的公共場所等用電單位中的重要電力負荷。

在一級負荷中，當中斷供電將發(fā)生爆炸、火災、中毒和混亂等情況的負荷，以及特別重要場所的不允許中斷供電的負荷，應視為特別重要的負荷。供電的要求：

（1）一級負荷屬重要負荷，應由兩個或兩個以上獨立電源供電；當一個電源發(fā)生故障時，另一個電源不應同時受到損壞，且應能自動投入運行。（2）一級負荷中特別重要的負荷，除要求由兩個電源供電外，還要求必須增設應急電源，并嚴禁將其它負荷接入應急供電系統(tǒng)。

應