《工厂供配电技术（第三版）》 课件 课题一　电力系统基本知识

电力系统基本知识课题一任务1电力系统的组成任务2工厂供配电系统任务3电气设备的类型及额定电压任务1电力系统的组成任务目标◆

了解电力系统的基本组成，了解发电厂、变配电所、电力网、电能用户的基本概念。◆

掌握电力网的分类及特点。◆

掌握电力负荷的分类及特点。◆

了解电力负荷对电能质量的要求。任务引入工厂及其他电能用户所需的电能是由发电厂生产的，但发电厂往往建在能源基地附近或城市周边，离用电负荷很远，当电流在线路中流过时，会造成电压降落（ΔU=IR）、功率损耗（P=I2R）。为了减少这些电压降落和功率损耗，发电厂发出的电一定要经过发电厂内的升压变压器将电压升高然后远距离输送，由

P=IU

可知，当输送功率一定时，电压越高电流越小。而电能用户的用电电压一般是低压，因此高压输送的电能必须经降压变压器降压，再分配到电能用户，如图所示。任务引入电能的传输与分配过程一、基本概念结合上图、下图可了解到电力系统的基本概念。相关知识电力系统、动力系统、电力网示意图1.电力系统由发电厂、变配电所、电力线路与电能用户等环节组成的电能生产与消费系统称为电力系统。2.电力网电力系统中各种电压等级的输配电线路和变配电所所组成的部分，即电力系统中除发电厂及电能用户以外的中间环节，称为电力网。3.动力系统电力系统加上发电厂的动力部分所构成的整体称为动力系统。二、电力系统的组成1.发电厂发电厂是将自然界蕴藏的各种一次能源如水力、煤炭、石油、天然气、风力、地热、太阳能和核能等，转换为电能（二次能源）的特殊工厂。按其所用一次能源形式不同，发电厂可分为火力发电厂、水力发电站、核能发电站、风力发电场、潮汐发电站、地热发电站、太阳能发电站等。根据发电厂的规模和供电范围又可分为区域性发电厂、地方性发电厂以及热电厂和企业自备发电厂等。（1）火力发电厂。火力发电厂简称火电厂，它是将煤、石油、天然气等燃料储存的化学能转化为电能的电厂，如图所示为火力发电厂外景，如图所示为凝汽式火力发电厂生产过程。火力发电厂外景a）建在城市附近的电厂b）建在煤矿附近的坑口电厂凝汽式火力发电厂生产过程（2）水力发电站。水力发电站简称水电站，它是将江河水从上游流到下游时形成的位能（落差）转化为电能的电厂。如图所示为水力发电站生产过程。水力发电站生产过程（3）核能发电站。核能发电站简称核电站，它是将原子核裂变产生的原子能转化为电能的电厂。如图所示为核电站生产过程。核电站生产过程除以上三种主要能源外，其他一次能源也逐步得到开发或利用，如风力发电（如图所示）、潮汐发电、地热发电、太阳能发电、垃圾发电和沼气发电等。其中风力发电发展迅速，截至2020年，我国风电装机容量

22009万千瓦，其中，海上风电装机容量50万千瓦以上，开工容量100万千瓦以上。风力发电外景2.变电所变电所又称变电站，其作用是接受电能、变换电压和分配电能，如图所示为某变电所外景。用于升高电压的称为升压变电所（站），用于降低电压的称为降压变电所（站）。根据在电力系统中所处的地位和作用，变电所可分为以下几类。某变电所外景（1）枢纽变电站。枢纽变电站位于电力系统的枢纽点，电压等级一般为500kV及以上，联系多个发电电源，出线回路多，供应多个片区，变电容量大，是目前联网式大电网运行的关键。（2）中间变电所。中间变电所位于系统主干环线或系统主要干线的接口处，电压等级一般为220~330kV，汇集2~3个电源和若干线路，高压侧以穿越功率为主，同时降压向地区用户供电。（3）地区变电所。地区变电所是一个地区和一个中、小城市的主要变电所，电压等级一般为220kV，通过变压器降成110kV，向整个地区供电。（4）终端变电所。终端变电所是乡、镇、区级用电范围的主要变电所，电压等级一般为110kV，通过变压器降成35kV、20kV和10kV等，向用户变电所供电。（5）工厂变电所。工厂变电所是大、中型工厂的专用变电所，电压等级一般为35~110kV，1~2个电源进线。（6）用户变电所。用户变电所位于配电线路的终端接近电能用户负荷处，高压侧多为10kV，经降压后直接向用户供电。3.电力网电力网由变电站和不同电压等级的输电线路组成，其作用是输送和分配电能。其类型有以下几种。（1）按供电范围、输送功率和电压等级可将电力网分为输电网和配电网。1）输电网。输电网是以超高压或特高压的电压等级将发电厂、枢纽变电站连接起来的高压输电网络，所以又可称为电力网中的主网架，电压等级一般为500kV及以上，输送功率大，供电范围广，主要作用为远距离输电和电网互联，输电线路长度可达几百千米乃至上千千米。2）配电网。通常把电力系统中地区降压变电所以后的部分，直接向用户供电的网络称为配电网。（2）按接线方式可将电力网分为以下两种。1）开式电网。用户只能从单方向得到供电。2）闭式电网。用户可从两个或两个以上方向得到供电。（3）按电压高低可将电力网分为低压网（1.2kV及以下）、中压网（10~35kV）、高压网（110~220kV）、超高压网（330~750kV）和特高压网（交流1000kV、直流800kV以上）几种。从目前国家电力事业发展的基本趋势来看，省际的输电电压将要普及1000kV特高压，省内输电电压以750/500/220kV为主。下图为变电所及电力网类型示意图。变电所及电力网类型示意图三、电力负荷1.电力负荷的类型电力负荷可按运行特性和供电可靠性进行分类。（1）按照电力负荷自身的运行特性可分为动力类负荷和照明类负荷两类。1）动力类负荷。主要指工厂类负荷，其特点为三相、大功率、连续负荷，其用电总量目前仍是用电负荷的主流，约占总发电量的70%，广泛地分布在各种工业企业和其他用电方式中。2）照明类负荷。一般是指办公、教育、商住、娱乐以及居民生活等用电负荷。照明类负荷与动力类负荷应当说无本质上的区别，在照明类负荷的前端也更多地采用三相配电。（2）按电力负荷对供电可靠性的要求，通常分为三级。1）一级负荷。中断对这类负荷的供电，就会造成人身伤亡事故、重大设备损坏、大量产品报废、生产秩序被打乱且不能恢复，将在政治、经济上造成重大影响及巨大损失。此类负荷很重要，为保证其供电的可靠性，通常设置两路及以上相互独立的电源供电。2）二级负荷。对这类负荷中断供电，会造成大量减产、主要设备损坏、连续生产过程被打乱且需较长时间才能恢复、人民生活及公用事业受到影响，将在政治、经济上造成较大损失。此类负荷也较重要，其重要程度次于一级负荷，二级负荷宜由双回路电源进线供电。3）三级负荷。一般所有不属于一、二级负荷者均为三级负荷。此类负荷短时停电不会造成严重后果，如工厂附属车间、小城镇、小加工厂以及一些机关、学校、住宅小区等。三级负荷属不重要负荷，对供电电源无特殊要求，通常采用单回路电源进线供电。2.电力负荷对电能质量的要求所谓电能质量是表示电能品质优劣的程度。衡量电能质量的指标包括三个方面：频率、波形和电压。（1）频率。《电能质量

电力系统频率偏差》（GB/T15945—2008）中规定：电力系统正常运行条件下频率偏差限值为

±0.2Hz，当系统容量较小时，偏差限值可放宽到

±0.5Hz。（2）波形。交流电的标准波形是正弦波，随着电力电子技术的广泛应用与发展，用电设备中增加了大量的非线性负载，从低压小容量家用电器到高压大容量工业交、直流变换装置，特别是静止变流器。（3）电压。在某一时段内，电压幅值缓慢变化而偏离额定值的程度，称为“供电电压偏差”，以电压实际值与额定值之差ΔU

或ΔU%来表示，即ΔU=U－UN（1-1）

式中U———检测点电网电压实际值，V;

UN———检测点电网电压额定值，V。电压偏差的大小，主要取决于电力系统的运行方式、线路阻抗以及有功与无功负荷的变化。用电设备的运行指标和额定寿命是对其额定电压而言的，当其端子上出现电压偏差时，其运行参数和寿命将受到影响，影响程度视偏差的大小、持续的时间和设备状况而异。电压偏差对用电设备性能的影响见下表。电压偏差对用电设备性能的影响供电电压偏差是衡量电能质量的一项基本指标。允许的电压偏差较小，有利于用电设备的安全和经济运行，但为此要改进电网结构，增加无功电源和调压装置，同时要尽量调整用户的负荷。允许的电压偏差大，就要求设备对电压波动的适应性强，这需要提高产品性能，也就造成了产品成本的提高。因此，电压允许偏差值的确定是一个综合的技术、经济问题。为规范电压质量要求，国家标准规定了不同等级电压的允许变化范围。电压的允许变化范围见下表。电压的允许变化范围任务2工厂供配电系统任务目标◆

了解工厂供配电系统的基本组成。◆

掌握工厂供配电系统的接线方式及特点。任务引入从电力系统的概念可知，电力系统是指从发电到用电的所有组成部分，作为电力系统其中一部分的工厂是目前电力系统最大的电能用户，对电力系统的安全运行有着重要影响，故了解和掌握工厂供配电系统的相关知识意义重大。一、工厂供配电系统的组成一个大、中型工厂供配电系统通常由工厂总降压变电所、高压配电线路、车间变配电所、低压配电线路和配电装置组成。应当指出的是，对于某个具体的工厂供配电系统，可能只有其中的一部分，这主要取决于工厂电力负荷的大小和规模。相关知识工厂供配电系统中变电所的作用是接受、变换和分配电能，而配电所的作用是接受和分配电能。工厂降压变电所的作用是把电力系统供给的高压电能，经过变电所的各级降压，变成用电设备所需要的较低电压的电能，然后经过配电装置和配电线路将电能送到各车间的用电设备。二、工厂供配电系统的受电配电接线方式1.大型工厂供配电系统的受电配电接线方式大型工厂往往采用35~110kV电源进线，先经总降压变电所进行一次降压降至10kV，然后经厂内的高压配电线路送到各车间变电所进行二次降压，将10kV降至0.4kV，如图所示的就是大型工厂受电配电系统简图的局部。这种受电配电接线方式应用不多，只存在于少数大型企业，其受电配电系统图看起来像个小城镇。大型工厂受电配电系统简图的局部2.中型工厂供配电系统的受电配电接线方式中型工厂的电源进线一般采用10kV，经变电所一次降压降至0.4kV，如图所示。这种接线方式是绝大多数企业和用电单位的首选，其中规模较大的企业有厂区内部的高压配电线路，而中型工厂只有低压配电线路。中型工厂受电配电系统简图1中型工厂受电配电系统简图23.小型工厂供配电系统的受电配电接线方式对于一些小型工厂，若所需容量不大于100kV·A，可直接采用380/220V低压进线，如图所示。小型工厂受电配电系统简图三、工厂配电系统的接线方式工厂配电系统是指工厂受电以后的厂区内部分配方式，基本接线方式主要有三种：放射式、树干式及环式。下面主要介绍高压配电系统的基本接线方式。1.放射式接线方式如图所示为单回路放射式接线方式，这种接线方式是由工厂总变电所（或总配电所）10kV母线上引出的线路直接向车间变电所或高压设备供电，沿线无其他分支。其特点是线路敷设简单，操作、维护方便，容易进行继电保护的整定，并易于实现自动化，且本回路的故障不会影响其他回路的供电。单回路放射式接线方式为了提高供电的可靠性，可采用双回路放射式接线方式，如图所示。如果一回路发生故障或检修，可由另一回路继续供电，与单回路放射式接线方式相比，其供电可靠性提高了，可用于一、二级负荷供电，但开关设备使用更多，投资也更大，同时也增加了操作的难度。双回路放射式接线方式a）单电源进线供电b）双电源进线供电2.树干式接线方式在这种接线方式中，线路的分布有主干，有分支，其结构像树一样，如图所示。树干式接线方式3.环形接线方式环形接线方式如图所示，此种接线方式实质上是双回路供电的树干式或放射式接线方式，特点是运行灵活，供电可靠性高，但继电保护整定及配合比较复杂。环形接线方式对于380/220V低压配电系统，接线方式如图所示。以上三种接线方式，具体采用哪种，应根据负荷的重要性、投资的多少、运行维护方便及长远规划等综合考虑。低压配电系统的接线方式a）放射式b）树干式c）环形任务3电气设备的类型及额定电压任务目标◆

了解工厂供配电系统中电气设备的分类。◆

掌握工厂供配电系统中电气设备的额定电压及其选择方式。任务引入在工厂供配电系统中，供配电设备按其作用和功能可分为不同的类型。为了使供配电设备的生产实现标准化和系列化，各种电气设备都规定有额定电压。一、电气设备的类型电力系统的电气设备按其作用不同，可分为一次设备和二次设备。1.一次设备一次设备是指直接参与生产、输送和分配电能的设备。按其作用可分为以下几类。（1）生产和变换电能的设备。如发电机、电力变压器、电动机等。（2）切断和接通电路的开关电器。如断路器、隔离开关、接触器、熔断器等一次系统。相关知识（3）限制短路电流和过电压的设备。如限制短路电流的电抗器、限制过电压的避雷器等。（4）接地装置。如防雷设备的接地、电力系统中性点的接地及保护人身安全的保护接地等，均采用埋入地中的金属接地体。（5）载流导体。如母线、电缆及架空线等。一次设备及其相互间连接电路的整体称为一次回路或一次系统。2.二次设备二次设备是指对一次设备起监察、测量、控制和保护作用的电气设备。如测量表计、继电保护及自动装置、操作电源、信号及控制电缆等设备。二次设备及其相互间连接电路的整体称为二次回路或二次系统。3.常用电气设备的图形符号及文字符号绘制和识读供配电系统原理图必须首先认知其规定的图形符号与文字符号。电气设备的图形符号及文字符号是以国家规定的图形符号及文字符号来表示的，常用电气设备的图形符号及文字符号见下表。常用电气设备的图形符号及文字符号常用电气设备的图形符号及文字符号常用电气设备的图形符号及文字符号二、电气设备的额定电压1.电力网及用电设备的额定电压由下表可发现，在同一电压等级下电气设备的位置不同，其额定电压并不相同，原因如下。我国三相交流电力网和电气设备的额定电压kV我国三相交流电力网和电气设备的额定电压kV当线路输送功率时，电流流过线路会在线路上产生电压降，即ΔU=IR，且线路首端电压往往高于末端电压。由电压质量要求可知，电压值并不是要求始终保持在额定值的，它可以在一定的范围内变化，而且这种变化既可以是降低，也可以是升高。为使设备生产标准化，通常取线路首、末端电压的算术平均值

作为用电设备的额定电压，此电压也就是电力网的额定电压，即用电设备的额定电压等于电力网的额定电压。2.发电机的额定电压用电设备的工作电压一般允许在额定电压的±5%范围内变化，即整个线路有10%的电压偏差，所以线路首端电压最好比额定电压高5%，当线路通过规定负载电流时，线路末端电压降落才不超过