第2章电力供配电

1第2章电力供配电系统682本章重点：（1）电力供配电系统的组成；（2）电力网的额定电压与额定频率；（3）电压偏移对用电设备的危害；（4）负荷的分级及其对供电的要求。教学难点：额定电压的相关概念。2.1.1电力系统的基本概念

一、电力系统

定义：由发电机、输配电线路、变配电站以及各种用电设备连接起来所构成的总体。

电能从生产到供给用户使用，一般要经过发电、变电、输电、配电和用电几个环节。

它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电能，再经输电、变电和配电将电能供应到各负荷中心，通过各种设备再转换成动力、热、光等不同形式的能量。

2.1电力供配电系统配电升压变电站输电线路降压变电站配电网发电厂生产车间发电输电用电电力系统变电车间配电站6～10kV用电设备

35～110kV地方电网

220/380VG水电厂

6～10kV地区变电所

220～330kV区域电网

GG火电厂

35～110kV地方电网

枢纽变电所

地区变电所

电力系统示意图

220～500kV超高压输电线

G大型电厂

GGG6kV用户变电所

热电厂

G发电机电源变压器热电厂

6～10kV用电设备

35～110kV地方电网

220/380VG水电厂

6～10kV地区变电所

220～330kV区域电网

GG火电厂

35～110kV地方电网

枢纽变电所

地区变电所

电力系统示意图

220～500kV超高压输电线

G大型电厂

GGG6kV用户变电所

电力系统示意简图

水电站大型发电站热电站用户变电所工厂总变电所车间变电所地区变电所枢纽变电所火电厂超高压输电线地区变电所用电设备220～330kV区域电网35～110kV地方电网6～10kV220/380V220～500kV1、发电厂(发电站)

发电厂是生产电能的工厂，它把煤炭、石油、天然气、水能、原子核能、风能、太阳能、地热、潮汐能等其他形式的一次能源，通过发电设备转换为电能。亚洲最大的火力发电厂

福建华电可门火电厂位于福州市连江县可门港区，外景蔚为壮观。远期计划投资540亿元人民币，装机容量1040万千瓦。世界最大的水利枢纽工程

三峡大坝左右岸安装32台单机容量为70万千瓦水轮发电机组，是全世界装机容量最大的水力发电站。华东地区最大的水电站

福建省水口水电站是国家“七·五”重点建设项目，由国家投资，也是福建省第一个利用世界银行贷款兴建的能源工程，在全国百万千瓦水电站质量评比中名列前茅,达到国际水平，被誉为“五朵金花”之首。装机容量140万千瓦。

平潭长江澳风力发电站在蓝天白云的映衬下格外美丽。作为国家新能源开发试验岛，平潭已建成陆上风电装机容量10.6万千瓦。

中国自行设计、建造和运营管理的第一座30万千瓦压水堆核电站——浙江省海盐县秦山核电站。

秦山核电站

大亚湾核电站位于中国广东省深圳市龙岗区大鹏半岛，是中国大陆建成的第二座核电站，拥有两台98.4万千瓦的压水堆核电机组。

我国最大的潮汐电站是1980年5月建成的浙江省温岭县江厦潮汐试验电站，它也是世界已建成的较大双向潮汐电站之一。坐落在浙江南部乐清湾北端的江厦港。装机容量3200千瓦。

福建平潭幸福洋潮汐发电站（1600千瓦）福建宁德福鼎沙埕港八尺门潮汐电站，争取到2015年装机容量达到2.4万千瓦。

西藏自治区的羊八井地热电站是中国最大的地热电站。距拉萨市92公里，海拔4300米。1975年始建，1977年第一台机组投运(1000千瓦)，到1986年，装机容量达1.3万千瓦。

太阳能电站是利用太阳能电池组件将光能转化为电能的装置，是地球的清洁能源和可再生能源。内蒙古鄂尔多斯伊泰集团205千瓦太阳能聚光光伏电站

青海省锡铁山镇锡铁山三期20MWp并网光伏电站

2、变电站（变电所）变电站是接受电能、变换电能电压等级、分配电能的场所，是联系发电厂和用户的中间枢纽。主要包括变压器、母线、线路开关设备、建筑物及电力系统安全和控制所需的设施。（1）升压变电站利用变压器将发电机发出的电能的电压升高。升压变电站设于发电厂内或附近。从输电方面看，电压愈高，输送距离就愈远，输送的功率就越大。发电机发出来的电压，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。升高电压是为了减小输电线路上的电流，进而降低输电线路上的电能损耗。所以必须立即经过升压变压器升高电压。升压变压器（2）地区降压变电站地区降压变电站又称为一次变电站，从220～500kV的超高压输电网或发电厂直接受电，通过变压器把电压降为35～110kV，供给该区域用户或大型工业企业用电。高压变压器（3）终端变电站终端变电站又称为二次变电站，多位于用电的负荷中心，高压侧从地区降压变电站受电，经变压器将电压降到6～l0kV，对某个市区或农村城镇用户供电。其供电范围较小，若全终端变电站停电，只是该部分用户中断供电。23

（4）企业降压变电站及车间变电站企业降压变电站又称企业总降压变电站，与终端变电站相似，它是对企业内部输送电能的中心枢纽。而车间变电站是接受企业降压变电站所提供的电能，电压降为220／380V，对车间各用电设备直接进行供电。24

（5）配电站（所）只有配电设备而无电力变压器。仅用以接受和分配电能。配电站是电网的未端，它上连变电站，下连各用电设备。

3、输电线路和配电线路（统称电网）电力网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、变电站和电能用户联系起来的纽带。264、电能用户所有的用电单位均称为电能用户，我国工业企业用电占全年总发电量的63.9％，是最大的电能用户。二、组成电力系统的目的1、提高供电可靠性和电能质量电力系统中备用发电机组较多，容量也比较大。个别机组发生故障对系统影响较小，从而提高了供电可靠性。2、可减少系统的装机容量，提高设备利用率。电力系统往往占有很大的地域，因为存在时差和季差，各系统中最大负荷出现时间就不同，综合起来的最大负荷，也将小于各系统最大负荷相加的总和，因此系统中总的装机容量可以减少些。同时，备用容量也可减少些。如果装机容量一定，则可提高设备的利用率，增加供电量。283、便于安装大机组，降低造价由于电力系统容量大，按照比例可装容量较大的机组，而大机组每千瓦设备的投资和生产每千瓦时电能的燃料消耗以及维修费用都比装小机组便宜，从而可节约投资，降低燃料消耗，降低成本，提高劳动生产率，加快电力建设速度。4、充分利用各种资源，提高运行的经济性组成电力系统后，水火电联合运行，丰水期水电厂多发电，火电厂少发电并适当安排检修；枯水期火电厂多发电，水电厂少发电并安排检修，可充分利用水动力资源，减少燃料消耗，降低电能成本，提高运行的经济性。变电配电用电2.1.2工业企业供电系统及其组成工业企业内部接受、变换、分配和消费电能的总电路称为工业企业供配电系统。受电高压变电站6～10kV大、中型企业高压电网35～110kV车间变电站高压电网35～110kV车间变电站220/380V生产车间自备发电机高压电动机公共低压电网220/380V小型工厂企业低压配电室生产车间工业企业可根据生产规模、用电设备的布局和用电量的大小等情况，设立一个或若干个车间变电所(包括配电所)。几个相邻且用电量小的车间可以共用一个车间变电所。

车间变电所高压配电所控制屏、配电屏高压配电线低压配电线工厂供配电系统布局图高压电源进线变电所中的主要电气设备是降压变压器和用来接受和分配电能的配电装置，其中包括开关设备、母线、保护电阻、测量仪表及其他电气设备等。低压开关柜低压开关柜背面低压配电箱10kV及以下系统，为了安装和维护方便，将受、配电设备及装置组装成为成套开关柜。厂区内的配电线路电缆沟架空线路电缆沟桥民用建筑内低压配电线路电缆竖井槽式电缆架开放式走线架民用建筑内低压配电线路室内穿管敷设(装修前)

2.1.3电力网的额定电压与额定频率一、额定电压额定电压是用电设备、发电机和变压器长时间正常工作时，具有最佳技术经济指标的电压。电力网额定电压的等级系列，是国家根据国民经济发展的需要、技术经济上的合理性、电机电器制造工业的水平等因素，经全面研究分析后制定颁布的。是确定各类电力设备额定电压的基本依据。

规定标准电压等级，有利于电器制造业的生产标准化和系列化，有利于设计的标准化和选型，有利于电器的互相连接和更换，有利于备件的生产和维修等。第一类额定电压：低于100V的额定电压。主要用于安全照明、

蓄电池及开关设备的直流操作电压。国家标准规定电力网的额定电压分为三类。不同电压等级有不同的作用。第二类额定电压：高于100V，低于1000V的额定电压。主要用于动力和照明。第三类额定电压：1000V以上的额定电压。主要用于发电机、变压器、送电线路及高压用电设备。电压等级的划分我国交流电常用的电压等级：36V、220V、380V和3kV、6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV、750kV电压等级的划分安全电压：36V(直流48V)及以下的电压低压：1kV及以下的电压高压：1kV以上、330kV以下的电压（中压：1kV以上～20kV的电压）超高压：330kV及以上、1000kV以下的电压特高压：1000kV及以上的电压高压直流：±800kV以下的直流电压特高压直流：±800kV及以上的直流电压

3、6、10kV电压等级称为配电电压。该等级的变压器叫做配电变压器，简称配变；把用于发电机升压和用于35kV及以上电压等级变电站中，升、降压输送电能的变压器称为主变压器，简称主变。通常将35kV及35kV以上的电压线路称为送电线路。10kV及其以下的电压线路称为配电线路。

1、用电设备的额定电压由于用电设备运行时线路上要产生电压降，所以线路上各点的电压都略有不同。成批生产的用电设备，其额定电压不可能按使用处的实际电压来制造，而只能按线路首端与末端的平均电压，即电网的额定电压来制造。同一电压的线路一般允许的电压偏移是±5%，即整个线路允许有10%的电压损耗。用电设备的额定电压规定与同级电网的额定电压相同。482、发电机的额定电压由于同一电压的线路一般允许的电压偏移是±5%，即整个线路允许有10%的电压损耗，因此为了维持平均电压在额定值，线路首端（即电源端）的电压应该较电网额定电压高5%，而线路末端则可较电网的额定电压低5%，所以发电机额定电压规定高于同级电网额定电压5%。3、电力变压器的额定电压（1）电力变压器一次绕组的额定电压当变压器的一次绕组直接与发电机相连时，一次绕组的额定电压应与发电机额定电压相同。当变压器的一次绕组连接在线路上时，则可看作是线路的用电设备，一次绕组的额定电压应与电网的额定电压相同。50（2）电力变压器二次绕组的额定电压变压器的二次绕组的额定电压，是指变压器一次绕组加上额定电压，而二次绕组开路的电压，即空载电压。当二次绕组满载时，二次绕组内约有5%的阻抗电压降。（2）电力变压器二次绕组的额定电压如果变压器的二次侧供电线路较长（如为较大的高压电网），则变压器二次侧额定电压，既要考虑补偿变压器满载时内部5%的电压降，还要考虑变压器满载时输出的二次电压要高于电网额定电压5%，以补偿线路上的电压降，所以，变压器二次绕组的额定电压要比电网额定电压高10%。（2）电力变压器二次绕组的额定电压如果变压器二次侧供电线路不太长（如为低压电网，或直接供电给高低压用电设备），则变压器二次绕组的额定电压，只需高于电网额定电压5%，仅考虑补偿变压器内部的5%电压降。54三、电压偏移对用电设备的危害

加于用电设备的受电电压与用电设备的额定电压差别较大时，对用电设备造成很大的危害。严重的甚至引发火灾。1、对电光源的影响当加于电光源的实际电压低于额定电压10％时，发光效率下降：白炽灯30％，荧光灯10％，汞灯10％～50％

影响视力，降低劳动生产率。增加事故发生率。

电压过低，荧光灯、汞灯启动困难，缩短使用寿命。实际电压高于额定电压高，电光源的使用寿命缩短，产生高热。552、对电动机的影响电压降低时，转矩减小，电流增大。电压降低20％时，转矩降低到额定值的64％，电流增加20％～35％。温度升高12～15℃。绝缘老化程度增加一倍以上，缩短使用寿命，甚至烧毁。转矩减小，使电动机转速降低，甚至停转，导致产生废品甚至事故。实际电压过高，负荷电流和温升增加，绝缘受损，对电机不利（但不像电压偏低时那么严重）。

二、额定频率

我国电力系统的额定频率：。

一般情况允许的偏差不超过±0.5Hz，即频率的波动范围在49.5～50.5Hz内视为符合要求。2.1.4工业企业的用电设备

为了满足生产的正常运行，根据需要工业企业中要安装各种类型和容量的电气设备。工业企业的用电设备包括：

1、生产和转换电能的设备。发电机、电动机、电炉、升降压变压器、电流互感器、电压互感器。2、接通或断开电路的高、低压开关电器。断路器、隔离开关、熔断器、接触器。

3、控制和保护电器。继电器、避雷器。4、接地装置。

5、载流导体。母线、电线、电缆。

工业企业的用电设备可分为直流和交流两大类，大多数为交流。按额定电压可分为高压和低压，常见的大多为低压用电设备。按频率可分为低频（50Hz以下）、工频（50Hz）、中频（50～10000Hz）和高频（10000Hz以上)，大部分为工频。

一次设备和二次设备

变配电设备中，担负输送和分配电能任务的电路，称为一次回路或一次接线系统。一次电路中的所有设备称为一次设备：如发电机、变压器、断路器、隔离开关、自动开关、接触器、刀开关、母线、输电线路、电力电缆、电抗器等。

用于对一次设备进行测量、控制、监视和保护用的电路，称为称为二次回路或二次接线系统。组成二次回路的设备称为二次设备：仪用互感器，测量仪表、继电保护装置等。

2.1.5负荷的分级及其对供电的要求

[供配电系统设计规范（GB50052-95）]

国家制定电力负荷分级的目的，在于正确地反映它对供电可靠性要求的界限，以便恰当地选择符合我国实际水平的供电方式，满足我国经济建设的需要，提高投资的效益。

区分电力负荷对供电可靠性的要求，依据因停电在政治或经济上造成损失或影响的程度。损失越大，对供电可靠性的要求越高；损失越小，对供电可靠性的要求越低。

1、一级负荷：

（1）中断供电将造成人身伤亡者：

（2）中断供电将在政治、经济上造成重大损失者。

例如：重大设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废、国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等。

（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、重要宾馆、大型体育场馆、经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位中的重要电力负荷。

在一级负荷中，当中断供电将发生爆炸、火灾、中毒和混乱等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。供电的要求：

（1）一级负荷属重要负荷，应由两个或两个以上独立电源供电；当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏，且应能自动投入运行。（2）一级负荷中特别重要的负荷，除要求由两个电源供电外，还要求必须增设应急电源，并严禁将其它负荷接入应急供电系统。

应