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2010年9月3日第一章概论Chapter1Outline第一章概论电力系统概述工厂供电系统概述电能质量工厂供电系统设计概述目录第一章概论了解并掌握电力系统有关基础知识；了解并掌握工厂供电系统有关基础知识；了解电能质量的知识，掌握有关基本概念；了解工厂供电系统设计的主要内容要求第一章概论1.1电的基础知识1.2电力系统基础知识

1.2.1电力系统定义

1.2.2发电

1.2.3电网

1.2.4国家电力发展“十一五”规划及中长期规划

1.2.5中性点运行方式

1.2.6低压配电系统的接地型式第1节电力系统概述电力系统基础知识电网：

电力系统中各级电压的电力线路及其联系的变电所，称为电网。电网额定电压：

电网额定电压等级由国家制定颁布。电压等级不宜太多，否则会使线损、无功损耗大，不易实现变压器、电机电器等用电设备的标准化生产。

国外城网电压等级一般为三个；我国城网电压目前有四个等级：220/35/10/0.4kV。苏州新区新增20kV。将来趋势用三个：220/20/0.4kV或110/35(10)/0.4kV，采用多布点、短半径的方式。1.2.3电网Powernetwork电力系统基础知识用电设备的额定电压UN

与同级电网额定电压相同。发电机的额定电压

高于同级电网（线路）额定电压5%G+10%0%+5%+5%UNT2T1M1.2.3电网Powernetwork电力系统基础知识电力变压器的额定电压（参见图1-13，p11）

1、一次绕组的额定电压：

1）升压变压器：与发电机额定电压同

2）降压变压器：与同级电网额定电压同

2、二次绕组的额定电压：

1）变电站用：高于同级电网额定电压10%

2）用户变电所：高于同级电网额定电压5%G+10%0%+5%+5%UNT2T1M1.2.3电网Powernetwork电力系统基础知识电压的划分

低压：≤1200VAC；≤1500VDC

中压：≤40.5kV

高压：≤220kV

超高压：≤550kV

特高压：750kV、800kV、1000kV及以上1.2.3电网Powernetwork电力系统基础知识我国公布的标准额定电压

（GB156一1993）分类电网和用电设备额定电压交流发电机额定电压电力变压器额定电压开关设备最高电压一次绕组二次绕组低压V220/380400380/220400/230400380/660690660/380690/400690高压kV33.153,3.153.15,3.33.666.36,6.36.3,6.67.21010.510,10.510.5,11122013.8,15.75,18,20,22,24,26同左-2435-3538.540.566-6672.572.5110-110121126220-220242252330-330363363500-500550550750-750-800电力系统基础知识各级电压电力线路合理的输送功率和输电距离电网电压/kV线路结构输送功率/kW输送距离/km0.38架空线≤100≤0.250.38电缆线≤175≤0.356架空线≤1000≤106电缆线≤3000≤810架空线≤20006~2010电缆线≤5000≤1035架空线2000~1万20~5066架空线3500~3万30~100110架空线1万~5万50~150220架空线10万~50万100~300330架空线200~500500、±500架空线250~800750架空线500~1200电力系统基础知识发电：

优化发展火电、有序开发水电、积极推进核电1.2.4.1国家“十一五”规划：电力发展

The11th5-year’splanonPowerDevelopmentinChina电网：

西电东送、南北互济、全国联网电力系统基础知识以大型高效环保机组为重点优化发展火电。建设大型超超临界电站和大型空冷电站。推进洁净煤发电，建设单机60万千瓦级循环流化床电站，启动整体煤气化燃气－蒸汽联合循环电站工程。鼓励发展坑口电站，建设大型煤电基地。适度发展天然气发电。加快淘汰落后的小火电机组。在保护生态基础上有序开发水电。统筹做好移民安置、环境治理、防洪和航运。建设金沙江、雅砻江、澜沧江、黄河上游等水电基地和溪洛渡、向家坝等大型水电站。适当建设抽水蓄能电站。发电：1.2.4.1国家“十一五”规划：电力发展

The11th5-year’splanonPowerDevelopmentinChina电力系统基础知识积极推进核电建设。重点建设百万千瓦级核电站，逐步实现先进压水堆核电站的设计、制造、建设和运营自主化。加强核燃料资源勘查、开采、加工工艺改造以及核电关键技术开发和核电人才培养。到2020年总投资4500亿元，新增核电装机容量2300万kW，总容量达4000万kW，年发电量达2800亿kWh。重视开发利用风电。至2007年底，我国风电装机容量达260万kW，居世界第六位。规划到2010年、2020年装机容量分别达500万kW、3000万kW。我国拥有10亿kW可开发利用的风能资源（陆上2.5亿kW、海上7.5亿kW）。其中山东6700kW，相当于3.68个三峡电站。发电：1.2.4.1国家“十一五”规划：电力发展

The11th5-year’splanonPowerDevelopmentinChina电力系统基础知识加强电网建设。建设西电东送三大输电通道和跨区域输变电工程，扩大西电东送规模，继续推进西电东送、南北互济、全国联网。加强区域、省级电网建设，同步发展输配电网络，加强城乡电网建设和改造，完善城乡配电网络，扩大供电范围，确保供电安全。电网：1.2.4.1国家“十一五”规划：电力发展

The11th5-year’splanonPowerDevelopmentinChina电力系统基础知识到2020年，预计全国需要的用电量达到4.3万亿度（4.3x1012kWh），人均2900kWh（到2020年我国人口达14.7亿）；装机容量（发电机组）达到9.5亿kW。到2020年，装机容量/发电量：煤电占63%/70%；水电占23.7%/16%；核电占4.2%/6%，气电（天然气）占7.3%/7%；风电等新能源占1.5%/1%（而英国20%，其中风能占16%；丹麦风能20%）。发电1.2.4.2国家中长期规划（至2020年）：电力发展

ThemiddleandlongtermplanonPowerDevelopmentinChina电力系统基础知识我国未来15年内（到2020年），将总投资4000亿元打造特高压输电（交流1000kV，直流±800kV）。特高压输电具有巨大的经济技术优势。1条1000kV特高压输电线路，相当于4~5条500kV线路；同时，特高压输电在保护环境、节约输电走廊和降低线路损耗上占有优势。我国百万伏级交流特高压工程已进入启动建设阶段。电网1.2.4.2国家中长期规划（至2020年）：电力发展

ThemiddleandlongtermplanonPowerDevelopmentinChina电力系统基础知识电网1000kV输电线路1000kV输电线路杆塔施工1.2.4.2国家中长期规划（至2020年）：电力发展

ThemiddleandlongtermplanonPowerDevelopmentinChina电力系统基础知识国家电网公司：

2006年8月19日晋东南-河南南阳-湖北荆门1000kV交流特高压试验示范工程在山西省长治市开工建设。

该工程起于山西长治，经河南南阳至湖北荆门，跨越黄河、汉江两大河流，全长约653.8km。

系统额定电压1000kV，最高运行电压1100kV，自然输送功率500万kW。该工程可将山西煤炭转化为火电。如果全年满运行，每年可送电150亿kWh，相当于葛洲坝电厂一年的发电量。电网：1.2.4.2国家中长期规划（至2020年）：电力发展

ThemiddleandlongtermplanonPowerDevelopmentinChina电力系统基础知识南方电网公司的云南至广东±800kV直流特高压输电工程和国家电网公司溪落渡、向家坝±800kV，640万kW的直流特高压输电国产化示范工程也获得国家发改委的批准。溪落渡向家坝和锦屏±800kV直流特高压送出工程将于“十一五”期间开工建设。云广±800kV直流输电线路工程将于“十一五”期间完工。云广线路全长1438km，换流容量1000万kW，总投资132亿元。计划于2009年单极投运，2010年6月双极投运。电网：1.2.4.2国家中长期规划（至2020年）：电力发展

ThemiddleandlongtermplanonPowerDevelopmentinChina电力系统基础知识±800kV级直流和1000kV交流特高压的特点：±800kV级直流输电定位于我国西部大水电基地和大煤电基地的超远距离大容量的输送；1000kV交流特高压输电则是定位于更高一级电压等级的网架建设和跨大区联网的输送。电网：1.2.4.2国家中长期规划（至2020年）：电力发展

ThemiddleandlongtermplanonPowerDevelopmentinChina电力系统基础知识作为供电电源的发电机和变压器的中性点有三种运行方式：

1）不接地；

2）经阻抗接地；

3）直接接地

前两种称为小接地电流系统；后一种称为大接地电流系统。运行方式对电力系统的运行，特别是在系统发生单相接地故障时有明显的影响；也影响继电保护及监测仪表的选择与运行。我国3~66kV的电力系统，一般采用第1种运行方式；

110kV及以上的系统，均采用第3种运行方式。在电缆取代架空线路的10kV城网中，有的采用中性点经低电阻接地的运行方式，装设单相接地故障保护装置。1.2.5中性点运行方式

p19电力系统基础知识我国220/380V低压配电系统，广泛采用中性点直接接地的运行方式，且引出中性线（N）、保护线（PE）或保护中性线（PEN）。

1）N线的功能：

2）PE线的功能：p23

3）PEN线的功能：低压配电系统按接地型式，有三种：

1）TN系统，又分为：TN-C、TN-S、TN-C-S系统

2）TT系统

3）IT系统1.2.6低压配电系统的接地型式

p23

电力系统基础知识TN系统TNsystem（参见图1-20，p23）

系统中性点直接接地，设备外壳直接与PE线或PEN线相接。

有：

TN-S系统

TN-C系统

TN-C-S系统

1.2.6低压配电系统的接地型式

p23

第一章概论2.1工业分类2.2工厂供电系统简介2.3有关标准第2节工厂供电系统概述工厂供电系统概述重工业、轻工业、化学工业2.1工业分类在过去的产业经济学中，往往根据产品单位体积的相对重量将工业划分为轻重工业。产品单位体积的重量大的工业部门就是重工业，重量轻的就属轻工业。由于在近代工业的发展中，化学工业居于十分突出的地位，因此，在工业结构的产业分类中，往往把化学工业独立出来，同轻、重工业并列。这样工业结构就由轻工业、重工业和化学工业三大部分构成。常有人把重工业和化学工业放在一起，合称重化工业，同轻工业相对。工厂供电系统概述重工业

是指提供主要生产资料的工业部门。如机械制造（汽车、重大装备、电力电器等）、冶金、钢铁、能源（电力、石油、煤炭、天然气等）、采矿、石化、化工、建筑材料（水泥等）、化肥、农药等工业。一个国家重工业的发展规模和技术水平，是体现其国力的重要标志。

重工业按生产性质和产品用途，可以分为下列三类：

1）采掘工业，指对自然资源的开采；

2）原材料工业，指提供基本材料、动力和燃料的工业；

3）加工工业，指对工业原材料进行再加工制造的工业。2.1工业分类工厂供电系统概述轻工业

主要是指生产消费资料的工业部门，它们在国民经济保障供给方面发挥了重要的作用。

轻工业是以中小企业为主体的工业，中外都是如此。

中小企业多集中于日用小百货、日用五金制品、食品、工艺美术品、日用化学品等行业；

大型企业多集中于原材料工业，如造纸、制盐、制糖、制药等行业以及必须具有规模经济生产的机电产品工业，如家用电器（电冰箱、洗衣机、电视机、空调等）、自行车、缝纫机、钟表等行业。2.1工业分类工厂供电系统概述定义：

工厂供电系统：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，包括厂内变配电所和所有的高低压供配电线路。根据规模，工厂分为大型、中型、小型企业根据用电量，工厂分为耗电大户（如铝业、化工等）、一般用户企业因此，工厂供电系统的规模、复杂程度千差万别。分类：

总的来说，工厂供电系统可分为三种：

1）大型2）中型3）小型2.2工厂供电系统PowerSupplySystems工厂供电系统概述大型供电系统：

110kV进线，具有总降压变电所、分变电所、低压配电中心中型供电系统：

35kV或10kV进线，具有总降压变电所、分变电所、低压配电中心小型供电系统：

一般为10kV进线，只设一个降压变电所或箱式变电站、低压配电中心2.2工厂供电系统PowerSupplySystems工厂供电系统概述变电所的任务：

接受电能、变换电压和分配电能。配电所的任务：

接受电能、分配电能，不改变电压工厂自备电源：

对于工厂的重要负荷，要求设置应急自备电源。主要有：

1）柴油发电机组，有：普通型、自起动型、全自动型

2）交流不间断电源（UPS）：由整流器+蓄电池+逆变器组成，有：

普通式、稳频稳压式。主要用于计算机中心、工业自动化控制中

心等重要场所。

→电力电子2.2工厂供电系统PowerSupplySystems工厂供电系统概述电源进线110kV,35kV,10kV配电屏、动力箱、母线槽、电缆桥架、照明箱

220/380V；660V（采矿、石油、化工）、1140V（仅用于矿下）中压开关柜、变压器、低压开关柜、母线槽、电缆桥架高压开关设备、变压器、中压开关柜、低压柜负荷：电动机、机电设备、空调、灯具等2.2工厂供电系统PowerSupplySystems供电系统框图总变电所车间变电所车间配电所用电设备工厂供电系统概述2.2工厂供电系统主接线图总变电所1号车间变电所C2号车间变电所220/380V220/380V应急备用电源G~工厂供电系统概述总变电所2号车间变电所220/380V10/0.4kV10kV110kV或35kV220/380VCBA母线C车间配电所：配电屏、动力箱2.2工厂供电系统主接线图工厂供电系统概述框架式断路器（ACB）塑壳式断路器（MCCB）真空断路器（VCB）电器设备——元器件ElectricalApparatus工厂供电系统概述SF6高压断路器GIS电器设备——高压电器High-VoltageSwitchgear工厂供电系统概述

气体绝缘中压开关柜

西门子

空气绝缘中压开关柜ABB电器设备——中压开关柜Medium-VoltageSwitchgear工厂供电系统概述电器设备——低压开关柜Low-VoltageSwitchgear工厂供电系统概述油浸式变压器干式变压器电力变压器工厂供电系统概述法规中华人民共和国节约能源法中华人民共和国电力法电力供应与使用条例供电营业规则2.3有关法规、技术标准、规范Laws,StandardsandCodes工厂供电系统概述常用的标准、规范、导则（国际）IEC(InternationalElectrotechnicalCommission)

国际电工委员会IEEE(InstituteofElectricalandElectronicEngineers)

电气与电子工程师学会ANSI(AmericanNationalStandardsInstitute)

美国国家标准学会CEMark(CertifiedEuropeanMark)

欧盟认证标志2.3有关法规、技术标准、规范Laws,StandardsandCodes工厂供电系统概述常用的标准、规范、导则（国际）ISO(InternationalStandardsOrganization)

国际标准化组织NEC(NationalElectricalCode)

国家电气规范NEMA(NationalElectricalManufacturersAssociation)

国家电气制造商协会UL(UnderwritersLaboratories,Inc.)BSI(BritishStandardsAssociation)

英国标准协会2.3有关法规、技术标准、规范Laws,StandardsandCodes工厂供电系统概述常用的标准、规范、导则（国内）国家标准：

GB——国家标准代号（强制性）

GB/T——国家标准代号（推荐性）行业标准：

电力行业：DL（强制性标准）、DL/T（推荐性标准）

建筑行业：JG（强制性标准）、JG/T（推荐性标准）

企业标准代号：QB2.3有关法规、技术标准、规范Laws,StandardsandCodes工厂供电系统概述常用的标准、规范、导则（国内）国家标准：

行业归口所：

1、高压电器：西安高压电器研究所

2、低压电器：上海电器科学研究所

3、低压成套：天津电气传动研究所

4、电力电子：西安电力电子研究所DL/T电力行业标准：

国家电网公司中国电力研究院2.3有关法规、技术标准、规范Laws,StandardsandCodes第一章概论3.1概述3.2电压偏差3.3电压波动3.4电网谐波（电压波形）3.5三相不平衡（不对称）3.6电能质量控制第3节电能质量电能质量衡量电能质量的基本指标

1）电压

2）频率

频率偏差不得超过±0.5Hz/±0.2Hz（≥3000MW）电气设备的额定电压和额定频率，是电气设备正常工作且能获得最佳经济效果的电压和频率。对工厂供电系统，提高电能质量主要是提高电压质量！电压质量三个指标：

1）电压偏差

2）电压波动

3）电压波形

3.1概述p9电能质量定义：

也称电压偏移、电压损失，是指设备实际的端电压U与设备的额定电压UN之差，通常用其对额定电压的百分数来表示，即

允许的电压偏差

电压偏差必须限制在允许的范围内。

详见《供电营业规则》第五十四条。

3.2电压偏差p12（1-1）电能质量电压偏差对设备运行的影响

1）感应电动机：转矩、负荷电流、温升、绝缘老化、寿命；产品质量

2）同步电动机：除转速不受影响外，与感应电动机同

3）电光源：照度、寿命电压调整

1）无载调压型变压器的电压分接头、有载调压型变压器

2）合理减少系统的阻抗

3）合理改变系统的运行方式

4）尽量使系统的三相负荷均衡

5）采用无功功率补偿装置3.2电压偏差电能质量电压波动是电能质量的重要指标之一。

电压波动：电网电压有效值的连续快速短时变动。式（1-2）

电压闪变：变化更剧烈的电压波动电压波动和闪变的产生原因

主要是由于用户负荷的剧烈变化所引起。如：电动机起动、大型电焊设备、电弧炼钢炉等电压波动的危害

产品质量、电动机无法启动、电子设备无法正常工作等电压波动的抑制措施

1）~5）p153.3电压波动p14电能质量电压波形的质量是用其对正弦波畸变的程度来衡量的。

如果在系统和用户处存在谐波干扰，则系统中的电压、电流波形将发生畸变。3.4电压谐波（电网波形）p15谐波

对周期性非正弦交流量进行傅里叶级数分解所得到的大于基波频率整数倍的各次分量，通常称为高次谐波。

基波：是指频率为工频的分量。

谐波源：向公用电网注入谐波电流或在公用电网中产生谐波电压的设备式中UH为谐波电压含有量电能质量谐波产生的主要原因

系统中存在着各种非线性元件，如：大型整流装置、电弧炉、电焊机等谐波的危害

1）对变压器：铁心损耗明显增加，造成变压器过热、寿命缩短

2）对电动机：铁心损耗明显增加，转子振动，产品质量差

3）对电容器：过载、烧毁

4）对电力线路：电能损耗、电压损耗增加

5）对电能计量表：计量误差增大

6）对电力系统：发生电压谐振，引起谐振过电压，击穿绝缘，使继保

及自动装置误动作

7）其它：对附近的通信设备和线路产生信号干扰3.4电压谐波电能质量谐波的抑制

主要措施：

限制接入系统的变流设备及交流调压设备的容量；

提高供电电压或单独供电；

在谐波源处加装谐波抑制装置：无源电力滤波、有源电力滤波（APF）谐波电压和谐波电流限值

按GB/T14549规定

3.4电网谐波电能质量三相电压与电流对称与否也是电能质量的重要指标之一。

不对称种类及原因：

1）短时：电力系统故障，如不对称短路、断相

2）持续：电力系统三相负荷不对称，即运行参数不对称，如用户采用

大功率单相用电设备、三相用电设备工作不对称三相不对称的危害

供电系统的不对称运行，对发电设备、用电设备、自动控制和保护系统、通信信号等均会产生不良的影响；对低压系统会形成三相中性点偏移，危及人身和设备的安全和寿命。改善措施

1）~4）p17~183.5三相不平衡（不对称）P17稳态电能质量问题稳态过电压、欠电压电压波动、闪变三相不对称谐波源头确定时间持续源头附近就地补偿暂态电能质量问题电压幅度凹陷、凸升短时中断暂态脉冲、暂态振荡源头不明时间不定重点用户单独保护电能质量3.6电能质量控制——技术分类可解决的问题稳态过电压、欠电压电压波动、闪变三相不对称晶闸管投切电容器（TSC）晶闸管控制电抗器（TCR）静止无功发生器（SVG，

ASVC，STATCOM）无功功率补偿装置可解决的问题谐波稳态过电压、欠电压电压波动闪变三相不对称有源电力滤波器（APF）可解决的问题电压幅度凹陷电压幅度凸升短时中断动态电压恢复器（DVR）3.6电能质量控制——基于电力电子技术的新型控制设备电能质量各种电能质量扰动的快速准确检测和控制方法如何基于电力电子变换电路实现所需波形的受控电压源或电流源（非正弦、不对称情况下PWM变流器技术）如何使电能质量控制设备进一步实现高效率、低成本、大容量。3.6电能质量控制——控制设备核心技术及发展电能质量第一章概论4.1工厂供电设计4.2扩大初步设计的主要步骤第4节工厂供电系统设计概述设计概述设计一般分为两个阶段：

扩大初步设计；施工设计扩大初步设计是工厂供电系统设计的主干，需经设计领导机关和供电部门的批准。

扩大初步设计资料：

工厂供电系统的总体布置图、