第1章 电力系统概论

1、第1章 供电系统概述我国是电能的生产和使用大国，地域广阔，我国是电能的生产和使用大国，地域广阔，发电资源分布和经济发展极不平衡发电资源分布和经济发展极不平衡: 全国可开发的水电资源近2/3在西部的四川、云南、西藏； 煤炭保有量的2/3分布在山西、陕西、内蒙古。 全国2/3的用电负荷却分布在东部沿海和京广铁路沿线以东的经济发达地区。 西部能源供给基地与东部能源需求中心之间的距离将达到20003000km。中国电力工业的现状中国电力工业的现状发电量：18000-20000亿度/年，人均1400度, 装机容量：4亿kW电压等级： 交流：500kV / 220kV / 110kV / (66 kV)

2、35kV / 10kV 直流：500kV（600kV） 西北电网：750kV/330kV / 220kV / 110kV / 35kV / 10kV缺电问题：缺什么电？缺多少电？为什么缺电？缺电问题：缺什么电？缺多少电？为什么缺电？ 近近15年我国用电构成情况年我国用电构成情况 中国及各主要发达国家年人均用电量（中国及各主要发达国家年人均用电量（ kW.hkW.h/ /人年人年）各行业用电构成各行业用电构成 % %年份年份重工业重工业轻工业轻工业农业农业交通市政交通市政城乡居民城乡居民1987198764.564.516.516.57.17.16.46.45.55.51991199161.86

3、1.816166.96.97.37.38.58.51995199559.859.815156.26.28.78.710.210.21999199957.557.514.414.45.755.7510.1610.1612.212.2国家国家加拿大加拿大美国美国英国英国日本日本德国德国中国中国19941558011890607059205750640200616753135506185845171742100缺电问题：缺什么电？缺多少电？为什么缺电？缺电问题：缺什么电？缺多少电？为什么缺电？我国在发电、输电、配电的关系长期投资比例失调:电力电源建设与电网建设. 发:输:配 我国 1 : 0.21

4、: 0.12 美国1 : 0.43 : 0.7 日本 1 : 0.47 : 0.68电力工业长期跟不上国民经济的发展速度 我国国内生产总值(GDP)及发电量年增长率情况比较年增长率年增长率1980198019851985年年1986198619901990年年1991199119951995年年1996199620002000年年20012001年年20022002年年GDPGDP年增长率年增长率10.7110.717.877.8712128.288.287.37.38 8发电量年增长率发电量年增长率6.46.48.68.610.110.16.36.35.85.81212我国电力工业的展望我国

5、电力工业的展望 国家中长期科技发展规划（能源部分）未来我国能源需求预测: 2020年，我国一次能源需求2533亿吨标煤 煤炭21 29亿吨、石油4.5 6.1亿吨 天然气1400 1600亿立方 发电装机8.6 9.5亿kW， 其中水电2.0 2.4亿kW能源发电发展规划： 2010年，三峡水电站向华中，华东，四川和重庆供电，形成全国北，中，南三大跨区互联电网。 2020年，实现水电，火电，核电和新能源四者结构合理基础上的全国统一电网。我国电力工业的展望我国电力工业的展望国家中长期科技发展规划能源科技发国家中长期科技发展规划能源科技发展思路：展思路： 把节约能源放在首位，促进节能型社会的建立；

6、以煤炭为主体，以电力为中心，加快发展水电、 核电，保障油气安全；坚持远近结合，积极推进可再生能源和新能源的发展。从发电到供电的示意图火力发电站核电站水力发电站超高压变电站一般水力发电站一次变电站配电用变电所牵引变电所大工厂高压配电线农家住宅商店小工厂 电力系统电力系统-是由发电厂、变电站、电力线路和用电设备联系在一起组成的统一整体。上述各组成部分分别起到生产、转换、分配、输送和使用电能的作用。 1发电厂发电厂 是将自然界蕴藏的各种一次能源转化成二次能源（电能）的场所，按一次能源性质分类如：火力发电厂，水力发电厂，核电厂，风力风电场等。 2变电站变电站 是进行电压变换以及电能接受和分配的场所。只

7、进行电能接受和分配，没有电压变换功能的场所称为 配电所。配电所。 根据变电站性质可分为根据变电站性质可分为 升压和降压变电站。升压和降压变电站。升压变电站升压变电站是将发电厂是将发电厂发出的电能进行升压处理，以便于远距离大功率输送。发出的电能进行升压处理，以便于远距离大功率输送。降压变电站降压变电站是对电是对电力系统的高压进行降压处理，以便电力设备使用。力系统的高压进行降压处理，以便电力设备使用。 降压变电站中，按其用途分为降压变电站中，按其用途分为 枢纽变电站，区域变电站和用户变电枢纽变电站，区域变电站和用户变电站。站。枢纽变电站枢纽变电站起到对整个电力系统各部分纽带联接的作用，负责整个系起

8、到对整个电力系统各部分纽带联接的作用，负责整个系统电能传输和分配。统电能传输和分配。区域变电站区域变电站是将枢纽变电站送来的电能作一次降压后是将枢纽变电站送来的电能作一次降压后分配给电能用户。分配给电能用户。用户变电站用户变电站接受区域变电站的电能，将其降压为能满足接受区域变电站的电能，将其降压为能满足用电设备电压要求的电能并合理分配给各用电设备。用电设备电压要求的电能并合理分配给各用电设备。3电力线路电力线路 是进行电能输送的通道。分为 输电线路和配电线路两种。 输电线路输电线路是将升压后的电能送到邻近负荷中心的枢纽变电站，或连接相邻枢纽变电站，或从枢纽变电站将电能送到区域变电站，电压等级一

9、般在220kV以上； 配电线路配电线路是将从区域变电站经降压后输送到电能用户的线路，一般电压等级为110kV及以下。 4用电设备（负荷）用电设备（负荷） 从电力系统中汲取电能，并将电能转化为机械能、热能、光能等。如电动机、电炉、照明器等设备。电力系统中除去发电厂和用电设备以外的部分称为 电力网络电力网络，简称电网。电力系统和动力机械设备部分合称 动力系统动力系统电力系统组网运行的原因电力系统组网运行的原因降低成本、提高一次能源使用效率组网运行后可以不受区域负荷限制，采用效率高的大容量机组代替小容量机组发电；在一次能源产出就地设发电厂，电网组网运行向电能使用地输送，降低发电成本；充分利用发电厂季

10、节优势，合理调度发电量。保证电力供应的可靠性组网运行后，系统崩溃的可能性减小增强系统的稳定性指系统受到一定干扰后继续运行的能力，包括 同步运行稳定性，频率稳定性，电压稳定性保证电能质量反映在电压质量和频率质量上，组网后系统容量大，用电设备负荷波动对系统电气参数影响减小电力系统示意图1电力系统示意图2从发电厂到用户的送电过程示意图 电力系统由电能的产生,电能的输送和电能的使用等三部分组成.(1) (1) 电能的产生电能的产生: :主要利用煤主要利用煤, ,油油, ,天然气天然气, ,水力水力, ,核能等一次能源核能等一次能源, ,通过发电机转化成电能通过发电机转化成电能. . 近年来近年来, ,

11、利用太阳能利用太阳能, ,风能风能, ,生物质能生物质能, ,地热和地热和潮汐等洁净能源的发电技术得到了迅速发展潮汐等洁净能源的发电技术得到了迅速发展. . 我国电力生产政策我国电力生产政策: :火力发电为主火力发电为主, ,优先发展优先发展水电水电, ,适当发展核电适当发展核电. .火力发电厂概念：是指用煤、油、天然气等为燃料的发电厂，简称火电站或火电厂 。我国的火电厂以燃煤为主。现代火电厂一般都考虑了“三废”（ 废水、废汽、废渣）的综合利用，并且不仅发电，而且供热。这类兼供热能的火电厂，称为热电厂（热电站）：如上海化工区余热电厂，年发电1亿kW，7.7%用于区内道路办公照明，其余上传城市电

12、网。能量转换过程：燃料的化学能热能机械能电能世界和中国主要常规能源储量预测世界和中国主要常规能源储量预测水力发电厂就是把水的位能和动能转变成电能的发电厂，简称就是把水的位能和动能转变成电能的发电厂，简称水电厂或水电站。水电厂或水电站。主要分为主要分为堤坝式水力发电厂堤坝式水力发电厂和和引水式水力发电厂引水式水力发电厂。由高坝和引水渠道分别提高一部分水位。这类水电厂，称为混合式水电厂概念：能量转换过程是：水流位能机械能电能。我国电力政策：“优先发展水电”如三峡水电站：全世界最大水电站，2011年32台机组全部投产发电。 堤坝式水力发电厂堤坝式水力发电厂 ( (图图) )堤坝式水力发电厂堤坝式水力

13、发电厂如：我国三峡水电站如：我国三峡水电站引水式水力发电厂引水式水力发电厂( (图图) )引水式水力发电厂引水式水力发电厂抽水蓄能电站抽水蓄能电站: 抽水蓄能发电为目前实现负载管理、调节系统用电高峰和低谷时电量的最佳方式。输 电 铁 塔开 关 场变 压 器发 电 设 备上 池上池坝发 电 机水 轮 机引 水 管 道下 池下池坝尾 水 路河 川原子能发电厂原子能发电厂是利用核裂变能量转化为热能，再按火力发电厂方式发电的，只是它的“锅炉”为原子核反应堆，以少量的核燃料代替了大量的煤炭。又称核电站。由于核能是巨大的能源，而且核电站的建设具有重要的经济和科研价值，所以世界上很多国家都很重视核电建设，核

14、电在整个发电量的比重逐年增长。 能量转换过程是：核裂变能热能机械能电能我国电力方针：“适当发展核电” 概念：核能核能: 核能是通过转化其质量从原子核释放的能量。中国与世界一次能源消费结构比较（中国与世界一次能源消费结构比较（20042004年）年）（美国数据为（美国数据为20012001年）年）我国有5座核电站: 杭州湾的秦山核电站(我国第一个自主设计,建造,管理和运营的核电站); 广东大亚湾核电站; 江苏连云港的田湾核电站; 广东大亚湾西海岸大棚半岛东南侧的岭澳核电站. 浙江南部的三门核电站 (2004年7月一期工程建设批准。浙江省境内第二座核电站) 核裂变核裂变：一个大质量的原子分裂成两个

15、比较小的原子。原子弹是用裂变原理造成，目前的核电站也是利用核裂变而发电。 核聚变核聚变：小质量的两个原子合成一个比较大原子，如两个氢原子合为一个氦原子，就叫核聚变，太阳就是依此而释放出巨大的能量。 核裂变产生能量远小于核聚变，裂变堆的核燃料蕴藏有限，有强核裂变产生能量远小于核聚变，裂变堆的核燃料蕴藏有限，有强大辐射，且废料难以处理；核聚变辐射少，燃料取之不尽。大辐射，且废料难以处理；核聚变辐射少，燃料取之不尽。 核聚变的核聚变的“点火点火”问题：问题： 核聚变要在近亿度高温条件下进行，原子弹爆炸可以达到这个温度,但不适合聚变发电.因为电厂需要的不是一次惊人爆炸力，而是缓缓释放的电能。 目前最大

16、激光输出功率达100万亿瓦，利用激光或者超高微波加热法, 足以“点燃”核聚变。发达国家这方面的研究已取得进展。 我国自行研制的最大受控核聚变实验装置“中国环流器一号”， 1984年在四川启动。 估计，2025年后核聚变发电厂才有可能投入商业运营。2050年受控核聚变发电将广泛造福人类。 其他类型的发电厂其他类型的发电厂（新能源）风力发电厂风力发电厂: 利用风力的动能发电。英国，德国，丹麦等应用广泛，丹麦被封为“欧洲风力发电冠军”。地热发电厂地热发电厂: 利用地球内部蕴藏的大量的地热能发电。西藏羊八井地热电厂是中国最大的地热电站，目前地热发电量在西藏电网中占10%，冬季与枯水期可达12%。 太阳

17、能发电厂太阳能发电厂: 利用太阳光能或热能发电。太阳能发电又称光伏产业（无锡尚德，世界太阳能光伏大亨，创建人施正荣 ）。成本高，原材料多晶硅全部靠进口，主要为边远地区居民及交通、通讯等领域提供电。 潮汐能发电厂潮汐能发电厂: 利用海洋的潮汐能进行发电。英国在威尔士海岸建设首座深海潮汐能发电厂，2010估计可提供英国电力需求的5。全球变暖原因，潮汐能不会产生二氧化碳；潮汐能比风能更有优势，是可预测的。风能风能: 是太阳辐射下流动所形成的。风能与其他能源相比，具有明显的优势，它蕴藏量大，是水能的10倍，分布广泛，永不枯竭，对交通不便、远离主干电网的岛屿及边远地区尤为重要。太阳能太阳能: 太阳能一般

18、指太阳光的辐射能量。太阳能的主要利用形式有太阳能的光热转换、光电转换以及光化学转换三种主要方式。生物质能生物质能: 生物质能来源于生物质，也是太阳能以化学能形式贮存于生物中的一种能量形式，它直接或间接地来源于植物的光合作用。生物质能生物质能:大型垃大型垃圾焚烧圾焚烧发电厂发电厂海洋能海洋能: 海洋能指蕴藏于海水中的各种可再生能源，包括潮汐能、波浪能、海流能、海水温差能、海水盐度差能等。潮汐电站设想中的温差发电装置海洋能海洋能:波能发电站潮流发电站 2006年初，我国正式颁布了可再生能源法，即将陆续出台一系列鼓励政策与配套措施。未来，我国将以水电、沼气发电、秸杆发电、太阳能供热等常规清洁能源转换

19、成熟技术和风电、光伏发电、燃料电池、微燃机组热电联产分布供电等具有大规模发展潜力的新技术为重点。 (2)电能的输送 发电厂和电力负荷中心往往距离很远,可能相距几千公里. 为了减少输电过程中的电能损失,必须采用高电压技术输送电力.电力输送距离越远,输送容量越大,所需的输电电压等级就越高. 输送方式:直流输电和交流输电. 输送线路:架空线和电缆线.超高压输电问题超高压输电问题 高电压输电的发展 高压输电的出现与电压等级的提高 100年来世界上的输电电压提高了100倍. 随着社会的发展随着社会的发展,对电力能源的需求激增对电力能源的需求激增: 不断增长的用电需求促进发电技术向单位（千瓦）造价低、效率

20、高的大型、特大型发电机组方向发展，而可用于大规模发电的能源基地在地理分布以及社会经济发展的历史又形成了电源和电力负荷地理分布上的不平衡。 电力负荷中心地区经济发展较快，用电需求增长也快，但往往缺乏一次能源。而一次能源丰富的地区，如矿物燃料、水力资源的地区，其经济发展相对较慢，用电增长相对较低或人均用电水平较低。 这种一次能源分布和需求的不平衡情况增加了这种一次能源分布和需求的不平衡情况增加了远距离、大容量输电和电网互联的需求。远距离、大容量输电和电网互联的需求。东西东西20003000km、南北、南北8002000km远距离。远距离。促进输电电压等级的提高的因素之一-社会发展对能源的需求激增

21、输煤还是输电? 电缆线路的波阻抗小,几十欧姆,因此同样电压等级下,比架空线输送功率大得多;但是电缆太贵,且故障后查找和修复困难.输电方式输电方式:架空线路架空线路铁塔、导线、绝缘子 电缆输电太贵(10倍) 一方面一方面 电力系统电压等级:当输送功率一定时，电压越高，电流越小，线路、电气设备等的载流部分所需的截面积越小，有色金属投资就越小；同时，由于电流小，传输线路上的功率损耗和电压损失也较小。因此提高输电线路的电压等级可以增大输电容量,提高电能效率。另一方面，另一方面，电压越高，对绝缘的要求则越高，变压器、开关等设备以及线路的绝缘投资也就越大。在电压等级不变的情况下，远距离输电意味着线路电能在

22、电压等级不变的情况下，远距离输电意味着线路电能耗损的增加和电压损失增大。耗损的增加和电压损失增大。设备可靠性随电压升高而下降设备的体积随电压升高而增大电压设备可靠性体积电压等级提高，虽然线路损耗减小，但相应投资也随之增长。综合考虑这些因素，对应一定的输送功率和输送距离都有一个最为经济、合理的输电电压。通过理论计算和经验数据确定两者最佳结合点，来决定输电线路的电压等级、最大输送功率和输送距离。工程概数：交流线路一般100kV可送100km 表表 电压等级与输送距离及输送容量电压等级与输送距离及输送容量电压等级电压等级(kV)(kV)110110220220330330500500输送容量输送容量

23、(MW)(MW)10-5010-50100-500100-500200-800200-8001000-15001000-1500输送距离输送距离(km)(km)50-15050-150100-300100-300200-600200-600150-850150-850特高压输电的出现特高压输电的出现 标称电压标称电压 1kV及以下及以下 低压低压 1kV-330kV以下以下 高压高压 330kV及以上及以上-1000kV 超高压超高压 1000kV及以上及以上 特高压特高压由于远距离由于远距离,大容量大容量,减少线路走廊和节省土地资源等减少线路走廊和节省土地资源等因素因素,20世纪世纪60年代

24、后期年代后期,国际上开始特高压输电的研国际上开始特高压输电的研究究.特高压输电还有许多未解决的技术困难特高压输电还有许多未解决的技术困难, 国际上目前国际上目前实际投入的只有实际投入的只有750kV等级等级.因此因此: 特高压输电技术是指电压等级在特高压输电技术是指电压等级在750kV交流和交流和500kV直流之上的更高一级电压等级的输电技术，直流之上的更高一级电压等级的输电技术，包括交流特高压输电技术和直流特高压输电技术两部包括交流特高压输电技术和直流特高压输电技术两部分。分。 特高压同塔双回的常规输电线路,可以压缩线路走廊宽度.输电方式输电方式交流输电交流输电优点优点(主要表现在发电和配电

25、方面所具有的独主要表现在发电和配电方面所具有的独特优势特优势)： 基于电磁感应原理,交流发电机可以很经济方便地把机械能、化学能等其他形式的能转化为电能； 交流电源和交流变电站与同功率的直流电源和直流换流站相比，造价大为低廉； 交流电可以方便地通过变压器升压和降压，给配送电能带来极大方便交流(传统方法)和直流(趋势)两种传输方式。交流输电缺点交流输电缺点:*1 交流输电线路中,除了有导线的电阻损耗外还有交流感抗的损耗. 因此交流输电不能做太远距离输电. 距离长线路感抗增大,限制输送容量,需要投入无功功率补偿,增加投资; *2 存在分布电抗和对地电容,引起线路电压变化,造成系统运行不稳定;*3 并

26、网困难: 交流输电并网要考虑相位的一致.如果相位不一致两组发电机并网会互相抵消. 直流输电 电力系统中近年来迅速发展的一项新技术。主要应用于远距离大容量输电、电力系统联网、远距离海底电缆或大城市地下电缆送电、配电网络的轻型直流输电等方面。 直流输电与交流输电相互配合，构成现代电力传输系统。随着电力系统技术经济需求的不断增长和提高，直流输电受到广泛的注意并得到不断的发展。 与直流输电相关的技术，如电力电子、微电子、计算机控制、绝缘新材料、光纤、超导、电力系统运行、控制和规划等的发展为直流输电开辟了广阔的应用前景。优点：优点：(1)输送相同功率时，线路造价低： 交流输电架空线路通常采用3根导线，而

27、直流只需1根(单极)或2根(双极)导线。直流输电可利用大地或海水为回路，省去一极的导线，由于大地电阻率低，因此损耗小。对于双极直流系统，大地回路通常作为备用导线，因此，直流输电可节省大量输电材料，同时也可减少大量的运输、安装费。 (2)线路有功损耗小： 由于直流架空线路仅使用1根或2根导线，所以有功损耗较小，并且具有空间电荷效应，其电晕损耗和无线电干扰均比交流架空线路要小。优点：优点：(3)适宜于海下输电： 在有色金属和绝缘材料相同的条件下，直流时的允许工作电压比在交流下约高3倍。2根芯线的直流电缆线路输送的功率比3根芯线的交流电缆线路输送的功率大得多。 运行中没有磁感应损耗，直流输电基本上只

28、有芯线的电阻损耗，而且绝缘的老化也慢得多，使用寿命相应也较长。(4)系统的稳定性问题： 在交流输电系统中，所有连接在电力系统的同步发电机必须保持同步运行。如果采用直流线路连接两个交流系统，由于直流线路没有电抗，所以不存在稳定问题。优点：优点：(5)能限制系统的短路电流： 用交流输电线路连接两个交流系统时，由于系统容量增加，将使短路电流增大，有可能超过原有断路器的开断容量，这就要求更换大量设备，增加大量的投资。直流输电时，就不存在上述问题。(6)调节速度快，运行可靠： 直流输电通过晶闸管换流器能够方便、快速地调节有功功率和实现潮流翻转。如果采用双极线路，当一极故障，另一极仍可以大地或水作为回路，

29、继续输送一半的功率，这也提高了运行的可靠性。缺点： 直流输电换流站比交流变电站的设备多、结构复杂、造价高、损耗大、运行费用高等。 换流器运行时在交流侧和直流侧产生一系列的谐波，为降低谐波的影响，在两侧需分别装设交流滤波器和直流滤波器，使得换流站占地面积、造价和运行费用均大幅度提高。 直流断路器灭弧问题难以解决，使得多端直流输电工程发展缓慢。 由于直流电的静电吸附作用，使得直流输电线路和换流站设备的污秽问题比交流输电严重，给外绝缘带来困难。 直流输电一般由整流站、直流线路和逆变站三部分组成。 在输送功率的过程中，整流站把送端系统的三相交流电变为直流电，通过直流电路送到用户，再通过逆变站把直流电转

30、变为交流电，供给用户。 今天的直流输电以交流电力系统为基础，在直流输电网的两端是两个换流站和交流系统 ,如下图所示.直流输电系统示意图直流输电系统示意图 换流装置把交流整流成直流，通过直流电网输送给换流装置，换流装置再把直流逆变为与交流系统B同频率同相位的交流电馈送给交流系统B。超高压直流输电具有输送容量大,损耗小,稳定性好等优点,在长距离,大容量输电领域占有主要地位.我国已建成数条500kV超高压直流输电线路.目前,800的特高压直流输电也已提上议程.2011年10月17日山东完成世界首次660KV超高压直流输电线带电作业直流输电线路走廊问题线路走廊问题 电能输送主要通过架空输电线路.随着世

31、界经济高速发展,城市化进程加快,城市高楼林立,输电线路的线路走廊越来越拥挤.因此,线路走廊问题越来越严重. 在城市内的电能输送,目前逐步由空中转入地下,采用电缆输送.不但解决了线路走廊问题,而且也满足了城市景观的要求.但是,电缆价格是架空线路的十倍左右.目前电能输送仍以架空输电线路为主,电缆应用主要限于城市.线路 走 廊 问 题紧凑型输电紧凑型输电 紧凑型输电技术在我国近十几年来迅速发展和应用.1989年能源部成立紧凑型线路领导小组,华北电力集团开展研究;1994年第一条安廊220kV紧凑型线路建成投运;1999年第一条500kV昌房线启动. 定义: 通过对线路的优化排列,将三相导线置于同一塔

32、窗内,三相导线间无接地构件,达到提高自然输送功率,减少线路走廊宽度,提高单位走廊输电容量的架空送电线路. 紧凑型输电技术:通过缩小导线的相间距离,增加相导线分裂根数和相导线等效半径,从而减小波阻抗,达到大幅度提高自然输送功率,和有效压缩送电线路走廊的目的.世界上许多国家研究紧凑型线路的着重点不同: 如俄罗斯为了大幅度提高自然输送功率,因此导线布置复杂; 巴西采用同一塔窗内布置,但两边使用悬垂串,输送功率提高不大; 美国采用的三相导线间仍有接地体,只是压缩了些线路走廊; 我国既要压缩线路走廊,又有提高自然输送功率的目的.分裂导线分裂导线:超高压输电线路为抑制电晕放电和减少线路电抗所采取的一种导线

33、架设方式。即每相导线由几根直径较小的分导线组成，各分导线间隔一定距离并按对称多角形排列。超高压输电线路的分裂导线数一般取34根。 紧凑型输电线路可以采用:同塔双回,同塔四回.每回线路输送的功率不变,但每条线路走廊的输送容量却大大提高.交流紧凑型输电2004年华北地区投运的浑源-霸州500kV紧凑型输电线路变配电所变配电所变电所起着变换电能电压、接受电能与分配电能的作用，是联系发电厂和用户的中间环节。如果变电所只用以接受电能和分配电能，则称为配电所 。概念：分类：升压变电所多建在发电厂内，把电能电压升高后，再进行长距离输送(升压原因:线路电流降低,减少线路电压损失,功率损耗和有色金属的消耗量)。

34、降压变电所多设在用电区域，将高压电能适当降低电压后，对某地区或用户供电。降压变电所又可分为三类：枢纽变电所、区域变电所枢纽变电所、区域变电所、用户变电所。、用户变电所。变电所的结构示意图变电所的结构示意图输送电网输送电网 概念： 电力系统中各级电压的电力线路及与其连接的变电所总称为电力网，简称电网电力网是电力系统的一部分，是输电线路和配电线路的统称，是输送电能和分配电能的通道。电力网是把发电厂、变电所和电能用户联系起来的纽带。动力系统 = 电力系统+发电厂动力部分+热能用户电力系统 = 发电厂+电网+电力用户电网 = 变配电所+电力线路 (见下页图示)电力线路的分类电力线路的分类按电力线路的功

35、能可分为：输电线路输电线路配电线路配电线路用电线路用电线路输电线路用于远距离输送较大的电功率，其电压等级为220500kV。配电线路用于向用户或者各负荷中心分配电能，其电压等级为220kV以下，其中110kV及以上称为高压配电线路高压配电线路,1kV以上称为中压配电线路中压配电线路。低压配电变压器低压侧引出的0.4kV配电线路，称为低压配电线路低压配电线路。用电线路是指低压接户线、进户线及户外配线。对工厂供配电系统来说，指设备用电线路。机械能热能光能化学能电能(3) 电能的使用:电能可以方便地转换成其他能源电能用户电能用户所有的用电单位均称为电能用户。概念：我国工业企业用电占全年总发电量的60

36、%以上，是最大的电能用户。 而工业企业的电力负荷种类多，容量相差悬殊，运行特征也各种各样。用电设备的这些不同特征关系到供电技术措施的确定。 用电负荷的分类用电负荷的分类 各类负荷的运行特点和重要性不一样，它们对供电的可靠性各类负荷的运行特点和重要性不一样，它们对供电的可靠性和电能品质的要求不同。我国将电力负荷按其对供电可靠性要求和电能品质的要求不同。我国将电力负荷按其对供电可靠性要求的不同划分为的不同划分为: 一级负荷、二级负荷和三级负荷一级负荷、二级负荷和三级负荷 具体的划分标准由国家电力管理部门制订的规程规定具体的划分标准由国家电力管理部门制订的规程规定. 用电负荷分级主要是从用电负荷分级

37、主要是从安全和经济损失安全和经济损失两个方面来确定，反两个方面来确定，反映它对供电可靠性要求。如工厂中一、二级负荷点的比例较大映它对供电可靠性要求。如工厂中一、二级负荷点的比例较大（占（占60%80%），因此即便是短时停电造成的经济损失都很可），因此即便是短时停电造成的经济损失都很可观。掌握了负荷分级及其对供电可靠性的要求后，在设计新建或观。掌握了负荷分级及其对供电可靠性的要求后，在设计新建或改造工厂的供电系统时可以按照实际情况进行方案拟定和分析比改造工厂的供电系统时可以按照实际情况进行方案拟定和分析比较，使供电方案技术经济最合理，并保证安全性。较，使供电方案技术经济最合理，并保证安全性。 一

38、级负荷一级负荷（First Grade LoadFirst Grade Load） 一级负荷在供电突然中断时将造成人身伤亡的危险，或造成重大设备损坏且难以修复，或给国民经济带来极大损失。 一级负荷应要求由两个独立电源（双重电源）供电。而对一级负荷中的特别重要负荷（Vital Load in First Grade Load），应由两个独立电源点（强调几个独立电源来自不同的地点 ）供电。一级负荷通常又叫保安负荷。对保安负荷须备有应急使用的可靠电源，当工作电源突然中断时，保证工厂安全停产。这种为安全停产而应急使用的电源称为保安电源。 q双重电源：一个负荷的电源由两个电路提供，这两个电路就安全供电层

39、面而言，可以认为是互相独立的。当一电源发生故障时，另一电源不应同时受到损坏。同时具备下列两个条件的发电厂、变电站的不同母线均属独立电源：每段母线的电源来自不同的发电机；母线段之间无联系，或虽有联系，但当其中一段母线发生故障时，能自动断开联系，不影响其余母线段继续供电。 q一级负荷中特别重要负荷对电源的要求 除应由双重电源供电外，尚应增设应急电源，并严禁将其它负荷接入应急供电系统。同时，设备的供电电源切换时间，应满足设备允许中断供电的要求。 一级负荷举例: 1）中断供电将造成人身伤亡。例如医院手术室的照明及电力负荷、婴儿恒温箱、心脏起搏器等单位或设备。2）中断供电将在政治、经济上造成重大损失。例

40、如国宾馆、国家级会堂以及用于承担重大国事活动的场所; 中断供电将造成重大设备损坏、重大产品报废、连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复的重点企业、一类高层建筑的消防设备等用电单位或设备。3）中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作。例如：重要交通枢纽、重要通信枢纽、不低于四星级标准的宾馆、大型体育场馆、大型商场、大型对外营业的餐饮单位以及经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等重要用电单位或设备。4）中断供电将造成公共秩序严重混乱的特别重要公共场所。例如大型剧院、大型商场、重要交通枢纽等一级负荷中的一级负荷中的特别重要负荷特别重要负荷: 对于重要的交通枢纽、通信枢纽、国宾馆、国家

41、级及承担重大国事活动的会堂、国家级大型体育中心、经常用于重要国际活动的大量人员集中的公共场所等,中断供电将影响实时处理计算机及计算机网络正常工作,或者中断供电将会发生爆炸、火灾、严重中毒,以及特别重要场所中不允许中断供电的一级负荷为特别重要负荷。特别重要负荷。 如：当生产装置工作电源突然中断时，为确保安全停车，避免引起爆炸、火灾、中毒、人员伤亡，而必须保证的负荷，为特别重要负荷； 如 中压及以上的锅炉给水泵，大型压缩机的润滑油泵等； 民用建筑中大型金融中心的关键电子计算机系统和防盗报警系统、大型国际比赛场馆的记分系统及监控系统等； 或者事故一旦发生能够及时处理，防止事故扩大，保证工作人员的抢救

42、和撤离，而必须保证的用电负荷，为特别重要负荷。符合下列条件之一即为二级负荷：1）中断供电，将在经济上造成较大损失的负荷。 如：由于停电，使主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等的负荷。2）中断供电，将影响较重要用电单位正常工作的负荷。如：交通枢纽、通信枢纽等用电单位中的重要负荷，以及中断供电将造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要的公共场所秩序混乱的负荷。二级负荷二级负荷（Second Grade LoadSecond Grade Load） 二级负荷对电源的要求q二级负荷的供电系统，宜由两回线路供电。在负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷

43、可由一回6kV及以上专用的架空线路供电。二级负荷的“两回路线路供电”要求与一级负荷的“双重电源”要求不同，后者强调电源的相对独立性。当采用架空线时，可为一回架空线供电。这主要是考虑架空线路的常见故障检修周期较短，而并非电缆的故障率高。事实上，电缆的故障率较架空线低。二级负荷举例:1）中断供电将造成较大政治影响者。例如省部级办公楼、民用机场中处特别重要和普通一级负荷外的用电负荷等。2）中断供电将造成较大经济损失者。例如中断供电将造成主要设备损坏、大量产品报废的企业、中型百货商场、二类高层建筑的消防设备、四星级以上宾馆客房照明等用电单位或用电设备。3）中断供电将影响正常工作的重要用电单位或用电设备

44、。例如小型银行（储蓄所）、通信枢纽、电视台的电视电影室等。4）中断供电将造成公共秩序混乱的较多人员集中的公共场所。例如丙级影院剧场、中型百货商场、交通枢纽等用电单位或用电设备。三级负荷三级负荷（Third Grade LoadThird Grade Load）所有不属于一级和二级负荷的电能用户均属于三级负荷。三级负荷对供电无特殊要求，允许较长时间停电，可采用单回路供电。 对供电无特殊要求，允许较长时间停电，可采用单回路供电。供配电系统的概念供配电系统的概念v供配电系统是电力系统的一个重要组成部分，包括电力系统中区域变电站和用户变电站，涉及电力系统电能发、输、配、用的后两个环节。v在供配电系统中

45、，功率流动方向通常是单向的，即从电源端流向用户端。其主要目的是将电力系统中的电能通过降压和一定的分配方式，变换成各电能用户的用电设备所能使用的电能。v目前，供配电系统的电压通常在220kV及以下，即前述的配电电压，其电力网即高、中、低压配电网。电力系统示意图电厂电厂电厂电厂电厂电厂变电站变电站变电站变电站变电站变电站LoadLoadLoadLoadLoadLoadSubstationv供配电系统供配电系统 按用户用电性质分类按用户用电性质分类工业企业供配电系统工业企业供配电系统民用供配电系统（商业，居民用电）民用供配电系统（商业，居民用电）v供配电系统供配电系统 按用户的用电规模分类按用户的用

46、电规模分类二级降压的供配电系统（特大型企业，总降压变电站二级降压的供配电系统（特大型企业，总降压变电站110kV/35kV降到降到10kV，分变电站（车间变电站），分变电站（车间变电站）10kV降到降到0.38kV）一级降压的供配电系统一级降压的供配电系统(大中型建筑物或工厂企业等，用户变电站大中型建筑物或工厂企业等，用户变电站10kV降到降到0.38kV)直接供电的供配电系统（小型建筑物或工厂企业，直接由城市公直接供电的供配电系统（小型建筑物或工厂企业，直接由城市公共变电站的共变电站的0.38/0.22kV电源直接供给用户电源直接供给用户 ）v供配电系统的组成供配电系统的组成一次部分系统中用

47、于变换和传输电能的部分二次部分系统中用于监测运行参数（电流、电压、功率等）、保护一次设备、自动进行开关投切操作的部分v供配电系统的发展趋势供配电系统的发展趋势提高供电电压：如以220kV进入城市中心，用20kV配电，以解决大型城市配电距离长，配电功率大问题。简化配电的层次；如按220/63/20kV电压等级供电。逐步淘汰6kV等级，大型用电设备电压380V上升到660V。推广配电智能化技术：结合计算机技术，自动化技术和网络通信技术，增强与用户互动，提高系统故障自检自愈能力等。 供配电系统经济性评估供配电系统经济性评估 经济因素在电力系统规划和项目规划中是必须考虑的问题，在项目实施前的方案设计阶

48、段中，需要对不同情况下，不同备选方案进行对比和评估。如该项目的投资成本，以及系统运行造成的损失等进行估价。 进行经济性评估的方法是多种多样的，其中最常见的方法是现值法和年金法。供配电系统设计原则和要求供配电系统设计原则和要求供配电系统应满足安全性、可靠性、经济性和优质的要求供电可靠性的影响因素：供配电系统的基本结构设备选型供配电系统运行方式中性点接地方式运行人员的专业素养定期维修运行的安全标准可靠性根据具体需要而定，设计和运行则尽可能地经济。可靠性根据具体需要而定，设计和运行则尽可能地经济。供配电的基本要求在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。应满足电能用户对供电可靠性的要求

49、。供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属消耗量。应满足电能用户对电压和频率等质量的要求。安全供配电系统设计必须考虑如下几个方面的要求供配电系统设计必须考虑如下几个方面的要求1供配电系统提供的电能必须考虑到设备的负荷。2供电系统设计和运行必须满足短路电流的条件。3系统设计和运行必须考虑到发电、输电和配电各个环节的匹配。4系统设计和运行必须正确确定系统电压.5 系统设计和运行必须考虑到灵活性和经济性.工厂降压变电所及车间变电所工厂降压变电所及车间变电所工厂供配电系统是指从电源线路进厂起到高低压用电设备进线端止的整个电路系统，包括厂内的变配电所和所有高低压配电线路。工厂降

50、压变电所一般大型工业企业均设工厂降压变电所，把35110kV电压降为610kV电压向车间变电所供电。车间变电所车间变电所将610kV的高压配电电压降为380/220V，对低压用电设备供电。工厂配电线路（高压）工厂配电线路（高压）主要作用： 工厂内输送、分配电能之用，通过它把电能送到各个生产厂房和车间。敷设方法： 以前多采用架空线路，现在已逐渐向电缆化方向发展。工厂配电线路（低压）工厂配电线路（低压）主要作用：向低压用电设备供电 在户外目前多采用架空线路。在厂房或车间内部则应根据具体情况确定，或采用明线配电线路，或采用电缆配电线路。在厂房或车间内，由动力配电箱到电动机的配电线路一律采用绝缘导线穿

51、管敷设或采用电缆线路。 敷设方法：车间内的供电线路车间内的供电线路车间内电气照明线路和动力线路通常是分开的，一般由一台配电用变压器分别进行照明和动力供电。事故照明必须由可靠的独立电源供电。 工厂内配电线路的距离不长，但用电设备多，支路多；设备的功率不大，电压也较低，但电流较大。 如采用380/220V三相四线制线路供电，动力设备由380V三相线供电，而照明负荷由220V相线和零线供电，但各相所供应的照明负荷应尽量平衡。如果动力设备冲击负荷使电压波动较大时，则应使照明负荷由单独的变压器供电。中型工厂供配电系统示意图中型工厂供配电系统示意图电源进线电源进线高压配电所（HDS）610kVCM1号车间

52、变电所（STS1）2号车间变电所（STS2）3号车间变电所（STS3）220/380VC联络线联络线用电设备用电设备用电设备具有总降压变电所的工厂供配电系统示意图具有总降压变电所的工厂供配电系统示意图STSSTSSTSSTSSTS高压配电所（HDS）总降压变电所（HSS）电源进线电源进线35220kV610kV高压配电线车间变电所220/380V用电设备高压深入负荷中心的工厂供配电系统示意图高压深入负荷中心的工厂供配电系统示意图STS1STS2STS3电源进线35kV车间变电所220/380V用电设备只设一个降压变电所的工厂供配电系统只设一个降压变电所的工厂供配电系统220/380VC各车间用

53、电设备610kV电源进线C各车间用电设备610kV电源进线装有一台变压器装有两台变压器低压进线的小型工厂供配电系统示意图低压进线的小型工厂供配电系统示意图低压用电设备公共低压电网低压配电间车间车间车间220/380V电源进线220/380V电力系统的电压2工厂供配电电压的选择1额定电压的国家标准衡量供电质量的主要指标是指交流电的电压质量,频率质量和供电可靠性. 3供电质量的主要指标工厂电网和电气设备的额定电压有不同的电压等级 （设备的）额定电压（设备的）额定电压额定电压额定电压：通常由制造厂家确定，用以规定元件、器件或设备的额定工作条件的电压，是某受电器（如电动机，电灯等）、发电机和变压器等在

54、正常运行时具有最大经济效益时的电压。系统标称电压系统标称电压：用以标志或识别系统电压的给定值。在不同的标称电压下，运行的发、供、用电设备因为连接于系统的不同供电点，实际用电电压是不相同的，因此具有不同的额定电压具有不同的额定电压。我国交流电网和电力设备的额定电压电网和用电设备额定电压交流发电机额定线电压变压器额定电压一次电压二次电压0.220.230.220.230.380.40.380.433.153及3.153.15及3.366.36及6.36.3及6.61010.510及10.510.5及1115.7515.75353538.5606066110110121154154169220220

55、242330330363500500525特点（一） 用电设备的额定电压和系统标称电压用电设备的额定电压和系统标称电压UN（电网额（电网额定电压）取值一致。定电压）取值一致。 由于用电设备运行时在线路中产生电压损耗，造成线路上各点电压略有不同，沿线电压分布往往首端高于末端。为使线路沿线的实际电压与用电设备的额定电压之间的偏差不要太多，因此：特点（二）由于同一电压的线路一般允许的电压偏差是5%，即整个线路允许有 10%的电压损耗。 因此为了保证线路首端与末端的平均电压额定值，线路首端应比电网的额定电压高5%，而发电机接在线路首端，所以规定发电机的额定电压高于所供电网额定电压5%，用以补偿线路电压

56、损失。 特点（三）变压器的一次线圈连接在某一级额定电压线路的末端，可将变压器看做是线路上用电设备，因此其一次侧额定电压与用电设备（或该电网）的额定电压相同，如下图中的变压器T2。但如果变压器直接与发电机相连时，其一次侧额定电压就应与发电机额定电压相同，即比电网的额定电压要高5%，如下图中的变压器T1。 特点（四）因为变压器的二次线圈向负荷供电，因此相当于一个供电电源，其二次绕组额定电压也应高出线路额定电压5%。又由于变压器二次绕组额定电压规定为变压器的空载电压，而变压器通过额定负荷电流时，其内部绕组会有5%的电压损失。（1）升压变压器 ：U1N=UNG=1.05UN ； U2N=1.1UN （

57、2）降压变压器 ：U1N=UN （一次侧） U2N = 1.05UN 10kV及以下，线路较短时 1.1UN 35kV及以上，线路较长时电力变压器的额定电压系统平均额定电压系统平均额定电压Uav：由于线路首末端的电压不同，为简化计算，对每个电压等级的系统标称电压都规定一个对应的平均额定电压，并认为线路上任何一点的电压都是系统平均额定电压，由此造成的误差是可以接受的。线路末端电压与电气设备相同为：UN，首端为1.1UN，由此Uav=1.05UN解：G: UNG=1.05UN3L=1.056=6.3kV 1T: U1N1T=UNG=6.3kV U2N1T=1.1UN1L=1.1110=121kV

58、1T额定电压为6.3/121kV2T: U1N2T=UN1L=110kV U2N2T=1.1UN2L=1.135=38.5kV 2T额定电压为110/38.5kV供配电系统 电压的选择配电电压的选择供配电电压选择与很多因素有关，主要取决于地区电力网电压、用户用电设备的容量和输送距离等。高压输电网高压输电网：一般220750kV电压为输电电压，完成电能远距离输送功能。配电电压配电电压：一般为220kV及以下电压，完成对电能的降压及按一定方式分配。其中： 35 220kV为高压配电网高压配电网，10 35kV为中压配电网中压配电网（3/6kV为工厂企业中压电气设备的供电电压）为工厂企业中压电气设备

59、的供电电压），1kV以下为低压配电网低压配电网。我国规定:安全电压 36v 24v 12v常用各级电压的经济输送容量与输送距离常用各级电压的经济输送容量与输送距离线路电压（kV）输送功率（kW）输送距离（km）0.38100以下0.631001 0001361001 200415102002 000620352 00010 000205011010 00050 00050150220100 000500 000100300工厂高压配电电压的选择工厂高压配电电压的选择6kV与10kV比较，变压器、开关设备投资差不多，传输相同功率情况下，10kV线路可以减少投资，节约有色金属，减少线路电能损耗和电

60、压损耗，更适应发展，所以工厂内一般选用10kV作为高压配电电压。 但如果工厂供电电源的电压就是6kV，或工厂使用的6kV电动机多而且分散，可以采用6kV的配电电压。目前我国配电趋势：逐步淘汰6kV。 3kV的电压等级太低，作为配电电压不经济。工厂低压配电电压的选择工厂低压配电电压的选择 工厂低压配电电压，除因安全所规定的特殊电压外，一般采用380/220V。380V为三相配电电压，供电给三相用电设备及380V单相用电设备。220V为单相配电电压，供电给一般照明灯具及220V单相用电设备。 矿山及化工等部门，因其负荷中心离变电所较远，为减少线路电压损耗和电能损耗，提高负荷端电压水平，也有采用66