理学电力系统概论

工厂供配电技术的简介供配电系统的基本情况工厂内供电系统的构成各主要构成环节的作用及名称典型的各类工厂供配电系统及相关知识电力系统中性点运行方式工厂供配电电压等级和电网及用电设备、变压器的额定电压等级主要内容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: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2000～3000km。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/(66kV)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？

近15年我国用电构成情况

1994年中国及各主要发达国家年人均用电量各行业用电构成%年份重工业轻工业农业交通市政城乡居民198764.516.57.16.45.5199161.8166.97.38.5199559.8156.28.710.2199957.514.45.7510.1612.2国家加拿大美国英国日本德国中国kW.h/人年1558011890607059205750640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1:0.21:0.12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％1980－1985年1986－1990年1991－1995年1996－2000年2001年2002年GDP年增长率10.717.87128.287.38发电量年增长率6.48.610.16.35.812我国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25～33亿吨标煤煤炭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国家中长期科技发展规划能源科技发展思路：把节约能源放在首位，促进节能型社会的建立；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。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。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。可靠优质经济应满足电能用户对电压和频率等质量的要求。安全1发电厂2变配电所3工厂供配电系统示意图4输送电网5工厂配电线路6电力系统的中性点运行方式7电能用户和用电负荷的分类工厂供配电系统和基本概念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示意图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)电能的产生:主要利用煤,油,天然气,水力,核能等一次能源,通过发电机转化成电能.

近年来,利用太阳能,风能,生物质能,地热和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:火力发电为主,优先发展水电,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，其余上传城市电网。能量转换过程：燃料的化学能→热能→机械能→电能水力发电厂就是把水的位能和动能转变成电能的发电厂，简称水电厂或水电站。主要分为堤坝式水力发电厂和引水式水力发电厂。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(图)堤坝式水力发电厂如：我国三峡水电站引水式水力发电厂(图)引水式水力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：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：一个大质量的原子分裂成两个比较小的原子。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：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“点火”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:

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:

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。(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

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,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远距离、大容量输电和电网互联的需求。东西2000～3000km、南北800～2000km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:架空线路铁塔、导线、绝缘子电缆输电太贵(10倍)促进输电电压等级的提高的因素之二-----电力的远距离输送在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。因此，根据输电线路的长度不同，需要选择的电压等级也不同。当输送电能的功率给定后，提高输电线路的电压等级将降低输电线路的电流，从而减少输电线路上的电能损耗和电压损失。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。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。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

表电压等级与输送距离及输送容量电压等级(kV)110220330500输送容量(MW)10-50100-500200-8001000-1500输送距离(km)50-150100-300200-600150-850特高压输电的出现标称电压1kV及以下低压1kV-330kV以下高压

330kV及以上-1000kV超高压

1000kV及以上特高压由于远距离,大容量,减少线路走廊和节省土地资源等因素,20世纪60年代后期,国际上开始特高压输电的研究.特高压输电还有许多未解决的技术困难,国际上目前实际投入的只有750kV等级.因此:特高压输电技术是指电压等级在750kV交流和±500kV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.输电方式交流输电优点(主要表现在发电和配电方面所具有的独特优势)：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:*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：(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：(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：(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，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换流装置Ⅰ把交流整流成直流，通过直流电网输送给换流装置Ⅱ，换流装置Ⅱ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电能输送主要通过架空输电线路.随着世界经济高速发展,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: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3～4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)。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：地区降压变电所、终端变电所、工厂降压变电所及车间变电所。变电所的结构示意图地区降压变电所和终端变电所

地区降压变电所又称为一次变电站。位于一个大用电区或一个大城市附近，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，供给该区域的用户或大型工厂用电。

终端变电所又称二次变电站，多位于用电的负荷中心，高压侧从地区降压变电所受电，经变压器降到6～10kV，对某个市区或农村城镇用户进行供电。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。

工厂降压变电所一般大型工业企业均设工厂降压变电所，把35～110kV电压降为6～10kV电压向车间变电所供电。

车间变电所车间变电所将6～10kV的高压配电电压降为380/220V，对低压用电设备供电。中型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高压深入负荷中心的工厂供配电系统示意图只设一个降压变电所的工厂供配电系统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1)按电压的高低可将电力网分为低压网（1kV及以下(交流1200V,直流1500V以下)）、中压网（1-及20kV）、高压网（20kV-330kV）和超高压网（330kV及以上）等。2)按电压高低和供电范围大小可分为区域电网（220kV及以上）；地方电网（35～110kV）。3)按线路结构或所用器材不同，可分为架空线、电缆线路及地埋线路等三种。低压室内外配电线路又有明敷和暗敷两种敷设方式。电力线路的分类4)按电力线路的功能可分为：输电线路配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220～500kV。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110kV以下，其中110kV称为高压配电线路,1kV以上称为中压配电线路。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。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。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）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。电力系统的中性点运行方式 在电力系统中，当变压器或发电机的三相绕组为星形连接时，其中性点可有三种运行方式：中性点直接接地,中性点经消弧线圈（或电阻）接地和中性点不接地。中性点直接接地系统常称为大电流接地系统，中性点不接地和中性点经消弧线圈（或电阻）接地的系统称为小电流接地系统。常用的中性点运行方式中性点的各线功能中性线(N线)：由中性点引出的线,用来连接额定电压为相电压的单相用电设备；用来传导三相系统中的不平衡电流和单相电流；减小负荷中性点的电位偏移。保护线(PE线)：为保障人身安全、防止发生触电事故用的接地线保护中性线(PEN线):兼有中性线(N线)和保护线(PE线)的功能。我国通称这种保护中性线为“零线”，俗称“地线”。中性点:三相电气设备绕组中一点与外部各接线端间电压绝对值均相等.零点:中性点接地.正常运行时中性点不接地的电力系统正常运行时三相对称，三相对地电容电流平衡，电容电流相量和为零，没有电流在地中流动。各相对地的电压等于各相的相电压.

中性点不接地系统发生单相接地接地电流为正常电容电流的3倍,线电压对称平衡’一单相接地后,三相用电设备仍可继续运行,但为防止短路恶化,规定系统继续运行时间不超过2小时;系统需要安装单相接地保护或绝缘监视装置;一般用于3-66kV系统中或低压工厂系统中,供电可靠性较高;单相接地点易发生火花,对设备绝缘水平要求高,设备成本高,一般用在电压等级较低的系统中.当对地电容电流较大时,采用经消弧线圈接地.中性点不接地系统发生单相接地中性点经消弧线圈接地的电力系统正常运行：同“中性不接地系统”单向接地：除消弧线圈有电流IL外，同”中性点不接地系统” 全补偿IL＝IC

；欠补偿IL＜IC

；过补偿IL＞IC中性点经消弧线圈接地的电力系统补偿方式中:全补偿易引起电流谐振现象,导致设备损坏;欠补偿时如发生部分线路断开,则易转换成全补偿;因此,一般采用过补偿方式.使用场合:3-10kV,接地电流>30A的电力系统中;20-66kV,接地电流>10A的电力系统中.保护方式:单相接地保护或绝缘监视报警,单相接地后线压对称,仍可以运行一段时间.中性点直接接地电力系统主要特点单相接地即单相短路，保护装置动作跳闸。中性点直接接地电力系统主要特点当发生单相接地故障时，形成单相短路，由于短路电流较大，保护装置动作，立即切断电源，使系统中非故障部位迅速恢复正常运行。中性点直接接地后，中性点保持零电位,在发生单相接地短路时,非接地的两相不变,相间电压对称关系破坏。供电可靠性差.单相接地时，短路电流很大，引起电压降低，在高压系统中对整个系统的稳定性影响较明显。单相短路电压不升高,可降低设备绝缘成本,常用于110kV以上高压输电网络;或者中性点不漂移,有利于电气设备的工作性能,常用于低压电网.低压配电系统的中性点运行方式按保护接地形式分为：TN系统：所有设备的外露可导电部分均接公共保护线(PE线)或公共的保护中性线(PEN线)。TT系统：所有设备的外露可导电部分均各自经PE线单独接地。IT系统：所有设备的外露可导电部分也都各自经PE线单独接地，但其电源中性点不接地或经1000Ω阻抗接地，且通常不引出中性线。TN系统示意图TT系统示意图IT系统示意图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%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 在工业企业中，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。为了合理地选择供电电源及设计供电系统，以适应不同的要求，我国将工业企业的电力负荷按其对供电可靠性要求的不同划分为: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.

一级负荷 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供电。而对特别重要的一级负荷，应由两个独立电源点供电。 一级负荷通常又叫做保安负荷。对保安负荷必须备有应急使用的可靠电源，以便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。独立电源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：（1）每段母线的电源来自不同的发电机；（2）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。 所谓独立电源点主要是强调几个独立电源来自不同的地点，并且当其中任一独立电源点因故障而停止供电时，不影响其他电源点继续供电。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。对于重要的交通枢纽、通信枢纽、国宾馆、国家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。二级负荷 二级负荷如果突然断电，将造成生产设备局部破坏，或生产流程紊乱且难以恢复，工厂内部运输停顿，出现大量废品或大量减产，因而在经济上造成一定损失。这类负荷允许短时停电几分钟。它在工业企业内部占的比例最大 二级负荷应由两个回路供电，两个回路应尽可能引自不同的变压器或母线段。当取得两个回路确实有困难时，允许由一回专用架空线路供电。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。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 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。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11—15.7515.75—35—3538.560—6066110—110121154—154169220—220242330—330363500—500525特点（一）用电设备的额定电压和电网的额定电压是一致的。 由于用电设备运行时要在线路中产生电压损耗，造成线路上各点的电压略有不同， 成批生产的用电设备，其额定电压只能按照线路首端与末端的平均电压即电网的额定电压来制造。所以用电设备额定电压规定与电网的额定电压相同。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=UN·G=1.05UN

；U2N=1.1UN

（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解：G:UN·G=1.05UN·3L=1.05×6=6.3kV1T:U1N·1T=UN·G=6.3kVU2N·1T=1.1UN·1L=1.1×110=121kV ∴1T额定电压为6.3/121kV2T:U1N·2T=UN·1L=110kVU2N·2T=1.1UN·2L=1.1×35=38.5kV ∴2T额定电压为110/38.5kV工厂供配电电压的选择工厂配电电压的选择 地区变电所向工厂供电的电压及工厂内部的供配电电压的选择与很多因素有关，但主要取决于地区电力网的电压、工厂用电设备的容量和输送距离等。工厂供电电压的选择 工厂的高压配电电压一般选用6～10kV。 工厂的低压配电电压，一般采用380/220V。我国规定:安全电压36v24v12v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0.63100～10001～36100～12004～1510200～20006～20352000～1000020～5011010000～5000050～150220100000～500000100～300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。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，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660V配电电压的.我国供配电系统设计规范条文说明第6.0.1条

将现行的380V电压升为660V电压，可增加输电距离，提高输电能力；减少变压器数量，简化工厂配电系统，提高供电可靠性；缩小电缆截面，节省有色金属；降低功率损耗及短路电流值；扩大异步电动机的制造容量等等，是有效的节电手段之一。工厂低压配电电压的选择

660V配电技术,国外70年代初已有研究和应用,提高配电电压在世界各国已成为发展趋势。我国70年代中期煤矿井下采用660V配电取得成功,80年代初着手研究地面660V配电课题,于1985年在阳泉矿务局四矿选煤厂施工设计图中首次应用.国家能源部于1990年颁发了<关于推广采用660V电压供电的通知>,要求凡新设计的选煤厂及矿井地面生产系统均应采用660V电压供电.我国660V等级电压在矿井中广泛使用，已正式列入国家标准《额定电压》(GB156-80)，又规定了1140V等级电压也要在煤矿井下及特殊场合使用。据了解，矿井中使用660V等级电压的电动机、变压器、电缆、开关、接触器等，国内都已能配套供应。但由于工业企业中仅有个别部门使用660V等级电压，大规模运行的经验尚不够成熟，而且地面上使用的一般的电动机、变压器、导线及控制保护用电气设备，很多是380V电压等级，尚无法全面配套。因此在本规范中暂不列入660V电压等级。供配电系统的运行管理加强供配电系统的运行和管理，做好节能、调节电压、抑制电压波动和闪变、抑制谐波、变配电所和电力系统的运行和维护工作，对缓解电力供应矛盾、改善和提高电能质量及提高供配电系统的水平，具有十分重要的意义。1.电压质量指标

交流电的电压质量包括电压数值,电压波动和闪变,电压波形等方面。电压质量对各类用电设备的工作性能、使用寿命、安全及经济运行都有直接的影响。用电设备在其额定电压下工作，既能保证设备运行正常，又能获得最大的经济效益。1)电压偏差过大电网电压偏差过大时，不仅影响电力系统正常运行，而且对用电设备的危害很大,例如:1)白炽灯:电压低于额定电压时，发光效率降低，影响人体健康，降低劳动生产率,端电压降低10%，发光效率下降30%以上，灯光明显变暗；端电压升高10%时，发光效率提高1/3，但使用寿命将只有原来的1/3。2)荧光灯:电压低于额定电压时，发光效率降低，降低10%则影响起燃;端电压升高时同样影响灯的照度和寿命。3)感应电动机:端电压升高时,转矩升高,电流增大,导致电机绕组过热,使用寿命降低;端压降低时,转矩降低,在负载不变时,电机电流升高,引起堵转,导致绕组绝缘过热受损,影响使用寿命.4)电容器:端压升高10%下长期工作,会导致电容器鼓肚甚至爆炸事故;端压减低10%以下,补偿容量下降20%以上.电压偏差是以电压偏离额定电压的幅度，一般以百分数表示，即式中，ΔV%为电压偏差百分数，U为实际电压，UN为额定电压GB50052－1995《供配电系统设计规范》规定，在系统正常运行情况下，用电设备端子处的电压偏差允许值(以额定电压的百分数表示)宜符合下列要求：(1)电动机为±5%；(2)电气照明：在一般工作场所为±5%；对于远离变电所的小面积一般工作场所，难以满足上述要求时，可为＋5%～10%；应急照明、道路照明和警卫照明等，为＋5%～10%。

其他用电设备，当无特殊规定时为±5%。电压调整的措施为了满足用电设备对电压偏差的要求，供电系统必须采取相应的电压调整措施：

(1)正确选择无载调压型变压器的电压分接头或采用有载调压变压器

我国工厂供电系统中应用的6～10kV电力变压器，一般为无载调压型，其高压绕组（一次绕组）有UN±5%的电压分接头，并装设有无载调压分接开关，如下图所示。如设备端电压偏高，则将分接开关换接到+5%的分接头，以降低设备端电压。如设备端电压偏低，则应将分接开关换接到-5%的分接头，以升高设备端电压。只能在变压器无载条件下进行调节，不能按负荷变动实时地自动调节电压。如设备对电压偏差要求严格，采用无载调压型变压器满足不了要求，而设备单独装设调压装置在技术经济上不合理时，可采用有载调压型变压器，在负荷情况下自动调节电压，保证设备端电压的稳定。图

电力变压器的分接开关a)分接开关接线b)分接开关结构1—帽2—密封垫圈3—操动螺母4—定位钉5—绝缘盘6—静触头7—动触头(2)合理减小系统的阻抗

增大导线电缆的截面及以电缆取代架空线，可以减小系统阻抗，降低电压损耗，从而减小电压偏差，达到调整目的。但要增加线路投资，应进行技术经济分析比较，合理时才采用。(3)合理改变系统的运行方式

一班制或两班制的工厂车间中，工作班负荷重电压偏低，晚上负荷轻电压又会过高。可采用切除变压器，改用低压联络线与相邻变电所相连供电两台变压器并列运行的变电所，负荷轻时切除一台变压器，可降低电压。(4)尽量使系统的三相负荷均衡

低压配电系统中，如三相负荷分布不均衡，将使中性点电位偏移，增大线路的电压偏差。(5)采用无功功率补偿装置

电力系统中存在大量感性负荷，如电力变压器、感应电动机、电焊机、高频炉、气体放电灯等，导致系统的功率因数降低及电压损耗增大。采用无功补偿设备补偿系统无功功率，电压调整效果显著，却增加额外投资。

2）

电压波动和闪变电压波动是指电压的急剧变化。电压变化的速率大于每秒1%的即为电压急剧变化。电压波动程度以电压最大值与最小值之差或其百分数表示，即δU=Umax-UminδU%=电压波动影响电机正常启动,电子设备如电脑无法正常工作,照明灯发出闪烁想象.

光源闪烁就是光源发出的光随时间呈快速、重复的变化，使光源跳动和不稳定。闪烁频率决定人眼是否容易觉察光源的闪烁。一般闪烁频率50Hz以下，人眼都能觉察到光源闪烁。在8.8Hz时，人眼最敏感的。抑制电压波动可采取下列措施：(1)对负荷变动剧烈的大型电气设备，采用专用线路或专用变压器单独供电。这是最简便有效的办法。(2)设法增大供电容量，减小系统阻抗，例如将单回路线路改为双回路线路，或将架空线路改为电缆线路等，减小系统电压损耗，从而减小负荷变动时引起的电压波动。(3)在系统出现严重的电压波动时，减少或切除引起电压波动的负荷。(4)对大容量电弧炉的炉用变压器，宜由短路容量较大的电网供电，一般是选用更高电压等级的电网供电。(5)对大型冲击性负荷，如果采取上列措施仍达不到要求，可装设能“吸收”冲击性无功功率的静止型无功补偿装置（SVC）。SVC是一种能吸收随机变化的冲击性无功功率和动态谐波电流的无功补偿装置，其中,自饱和电抗器（SR型）类型的效能较好，我国变压器厂均能制造，最适于在我国推广。3)供电电压的波形畸变波形的质量是以正弦电压波形畸变率来衡量。电力系统的供电电压（或电流）的波形畸变，使电能质量下降，产生高次谐波;谐波电流增加了电网的能量损耗，降低旋转电机、变压器、电缆等电气元件的寿命，还将影响电子设备的正常工作，使自动化、通信都受到干扰。抑制电网谐波，可采取下列措施：三相整流变压器采用Yd或Dy联结

电力系统中的非正弦交流电压或电流不含直流分量和偶次谐波分量;3次及3的整数倍次谐波在三角形联结的绕组内形成环流，而星形联结的绕组内不可能产生，因此采用Yd或Dy联结的三相整流变压器，能消除3次及3的整数倍次的谐波电流。因此注入电网的谐波电流只有5、7、11…等次谐波