電力系統(tǒng)基本知識課題一任務(wù)1電力系統(tǒng)的組成任務(wù)2工廠供配電系統(tǒng)任務(wù)3電氣設(shè)備的類型及額定電壓任務(wù)1電力系統(tǒng)的組成任務(wù)目標(biāo)◆

了解電力系統(tǒng)的基本組成，了解發(fā)電廠、變配電所、電力網(wǎng)、電能用戶的基本概念。◆

掌握電力網(wǎng)的分類及特點。◆

掌握電力負(fù)荷的分類及特點?！?/p>

了解電力負(fù)荷對電能質(zhì)量的要求。任務(wù)引入工廠及其他電能用戶所需的電能是由發(fā)電廠生產(chǎn)的，但發(fā)電廠往往建在能源基地附近或城市周邊，離用電負(fù)荷很遠，當(dāng)電流在線路中流過時，會造成電壓降落（ΔU=IR）、功率損耗（P=I2R）。為了減少這些電壓降落和功率損耗，發(fā)電廠發(fā)出的電一定要經(jīng)過發(fā)電廠內(nèi)的升壓變壓器將電壓升高然后遠距離輸送，由

P=IU

可知，當(dāng)輸送功率一定時，電壓越高電流越小。而電能用戶的用電電壓一般是低壓，因此高壓輸送的電能必須經(jīng)降壓變壓器降壓，再分配到電能用戶，如圖所示。任務(wù)引入電能的傳輸與分配過程一、基本概念結(jié)合上圖、下圖可了解到電力系統(tǒng)的基本概念。相關(guān)知識電力系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、電力網(wǎng)示意圖1.電力系統(tǒng)由發(fā)電廠、變配電所、電力線路與電能用戶等環(huán)節(jié)組成的電能生產(chǎn)與消費系統(tǒng)稱為電力系統(tǒng)。2.電力網(wǎng)電力系統(tǒng)中各種電壓等級的輸配電線路和變配電所所組成的部分，即電力系統(tǒng)中除發(fā)電廠及電能用戶以外的中間環(huán)節(jié)，稱為電力網(wǎng)。3.動力系統(tǒng)電力系統(tǒng)加上發(fā)電廠的動力部分所構(gòu)成的整體稱為動力系統(tǒng)。二、電力系統(tǒng)的組成1.發(fā)電廠發(fā)電廠是將自然界蘊藏的各種一次能源如水力、煤炭、石油、天然氣、風(fēng)力、地?zé)?、太陽能和核能等，轉(zhuǎn)換為電能（二次能源）的特殊工廠。按其所用一次能源形式不同，發(fā)電廠可分為火力發(fā)電廠、水力發(fā)電站、核能發(fā)電站、風(fēng)力發(fā)電場、潮汐發(fā)電站、地?zé)岚l(fā)電站、太陽能發(fā)電站等。根據(jù)發(fā)電廠的規(guī)模和供電范圍又可分為區(qū)域性發(fā)電廠、地方性發(fā)電廠以及熱電廠和企業(yè)自備發(fā)電廠等。（1）火力發(fā)電廠。火力發(fā)電廠簡稱火電廠，它是將煤、石油、天然氣等燃料儲存的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的電廠，如圖所示為火力發(fā)電廠外景，如圖所示為凝汽式火力發(fā)電廠生產(chǎn)過程?；鹆Πl(fā)電廠外景a）建在城市附近的電廠b）建在煤礦附近的坑口電廠凝汽式火力發(fā)電廠生產(chǎn)過程（2）水力發(fā)電站。水力發(fā)電站簡稱水電站，它是將江河水從上游流到下游時形成的位能（落差）轉(zhuǎn)化為電能的電廠。如圖所示為水力發(fā)電站生產(chǎn)過程。水力發(fā)電站生產(chǎn)過程（3）核能發(fā)電站。核能發(fā)電站簡稱核電站，它是將原子核裂變產(chǎn)生的原子能轉(zhuǎn)化為電能的電廠。如圖所示為核電站生產(chǎn)過程。核電站生產(chǎn)過程除以上三種主要能源外，其他一次能源也逐步得到開發(fā)或利用，如風(fēng)力發(fā)電（如圖所示）、潮汐發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電、太陽能發(fā)電、垃圾發(fā)電和沼氣發(fā)電等。其中風(fēng)力發(fā)電發(fā)展迅速，截至2020年，我國風(fēng)電裝機容量

22009萬千瓦，其中，海上風(fēng)電裝機容量50萬千瓦以上，開工容量100萬千瓦以上。風(fēng)力發(fā)電外景2.變電所變電所又稱變電站，其作用是接受電能、變換電壓和分配電能，如圖所示為某變電所外景。用于升高電壓的稱為升壓變電所（站），用于降低電壓的稱為降壓變電所（站）。根據(jù)在電力系統(tǒng)中所處的地位和作用，變電所可分為以下幾類。某變電所外景（1）樞紐變電站。樞紐變電站位于電力系統(tǒng)的樞紐點，電壓等級一般為500kV及以上，聯(lián)系多個發(fā)電電源，出線回路多，供應(yīng)多個片區(qū)，變電容量大，是目前聯(lián)網(wǎng)式大電網(wǎng)運行的關(guān)鍵。（2）中間變電所。中間變電所位于系統(tǒng)主干環(huán)線或系統(tǒng)主要干線的接口處，電壓等級一般為220~330kV，匯集2~3個電源和若干線路，高壓側(cè)以穿越功率為主，同時降壓向地區(qū)用戶供電。（3）地區(qū)變電所。地區(qū)變電所是一個地區(qū)和一個中、小城市的主要變電所，電壓等級一般為220kV，通過變壓器降成110kV，向整個地區(qū)供電。（4）終端變電所。終端變電所是鄉(xiāng)、鎮(zhèn)、區(qū)級用電范圍的主要變電所，電壓等級一般為110kV，通過變壓器降成35kV、20kV和10kV等，向用戶變電所供電。（5）工廠變電所。工廠變電所是大、中型工廠的專用變電所，電壓等級一般為35~110kV，1~2個電源進線。（6）用戶變電所。用戶變電所位于配電線路的終端接近電能用戶負(fù)荷處，高壓側(cè)多為10kV，經(jīng)降壓后直接向用戶供電。3.電力網(wǎng)電力網(wǎng)由變電站和不同電壓等級的輸電線路組成，其作用是輸送和分配電能。其類型有以下幾種。（1）按供電范圍、輸送功率和電壓等級可將電力網(wǎng)分為輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)。1）輸電網(wǎng)。輸電網(wǎng)是以超高壓或特高壓的電壓等級將發(fā)電廠、樞紐變電站連接起來的高壓輸電網(wǎng)絡(luò)，所以又可稱為電力網(wǎng)中的主網(wǎng)架，電壓等級一般為500kV及以上，輸送功率大，供電范圍廣，主要作用為遠距離輸電和電網(wǎng)互聯(lián)，輸電線路長度可達幾百千米乃至上千千米。2）配電網(wǎng)。通常把電力系統(tǒng)中地區(qū)降壓變電所以后的部分，直接向用戶供電的網(wǎng)絡(luò)稱為配電網(wǎng)。（2）按接線方式可將電力網(wǎng)分為以下兩種。1）開式電網(wǎng)。用戶只能從單方向得到供電。2）閉式電網(wǎng)。用戶可從兩個或兩個以上方向得到供電。（3）按電壓高低可將電力網(wǎng)分為低壓網(wǎng)（1.2kV及以下）、中壓網(wǎng)（10~35kV）、高壓網(wǎng)（110~220kV）、超高壓網(wǎng)（330~750kV）和特高壓網(wǎng)（交流1000kV、直流800kV以上）幾種。從目前國家電力事業(yè)發(fā)展的基本趨勢來看，省際的輸電電壓將要普及1000kV特高壓，省內(nèi)輸電電壓以750/500/220kV為主。下圖為變電所及電力網(wǎng)類型示意圖。變電所及電力網(wǎng)類型示意圖三、電力負(fù)荷1.電力負(fù)荷的類型電力負(fù)荷可按運行特性和供電可靠性進行分類。（1）按照電力負(fù)荷自身的運行特性可分為動力類負(fù)荷和照明類負(fù)荷兩類。1）動力類負(fù)荷。主要指工廠類負(fù)荷，其特點為三相、大功率、連續(xù)負(fù)荷，其用電總量目前仍是用電負(fù)荷的主流，約占總發(fā)電量的70%，廣泛地分布在各種工業(yè)企業(yè)和其他用電方式中。2）照明類負(fù)荷。一般是指辦公、教育、商住、娛樂以及居民生活等用電負(fù)荷。照明類負(fù)荷與動力類負(fù)荷應(yīng)當(dāng)說無本質(zhì)上的區(qū)別，在照明類負(fù)荷的前端也更多地采用三相配電。（2）按電力負(fù)荷對供電可靠性的要求，通常分為三級。1）一級負(fù)荷。中斷對這類負(fù)荷的供電，就會造成人身傷亡事故、重大設(shè)備損壞、大量產(chǎn)品報廢、生產(chǎn)秩序被打亂且不能恢復(fù)，將在政治、經(jīng)濟上造成重大影響及巨大損失。此類負(fù)荷很重要，為保證其供電的可靠性，通常設(shè)置兩路及以上相互獨立的電源供電。2）二級負(fù)荷。對這類負(fù)荷中斷供電，會造成大量減產(chǎn)、主要設(shè)備損壞、連續(xù)生產(chǎn)過程被打亂且需較長時間才能恢復(fù)、人民生活及公用事業(yè)受到影響，將在政治、經(jīng)濟上造成較大損失。此類負(fù)荷也較重要，其重要程度次于一級負(fù)荷，二級負(fù)荷宜由雙回路電源進線供電。3）三級負(fù)荷。一般所有不屬于一、二級負(fù)荷者均為三級負(fù)荷。此類負(fù)荷短時停電不會造成嚴(yán)重后果，如工廠附屬車間、小城鎮(zhèn)、小加工廠以及一些機關(guān)、學(xué)校、住宅小區(qū)等。三級負(fù)荷屬不重要負(fù)荷，對供電電源無特殊要求，通常采用單回路電源進線供電。2.電力負(fù)荷對電能質(zhì)量的要求所謂電能質(zhì)量是表示電能品質(zhì)優(yōu)劣的程度。衡量電能質(zhì)量的指標(biāo)包括三個方面：頻率、波形和電壓。（1）頻率?！峨娔苜|(zhì)量

電力系統(tǒng)頻率偏差》（GB/T15945—2008）中規(guī)定：電力系統(tǒng)正常運行條件下頻率偏差限值為

±0.2Hz，當(dāng)系統(tǒng)容量較小時，偏差限值可放寬到

±0.5Hz。（2）波形。交流電的標(biāo)準(zhǔn)波形是正弦波，隨著電力電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用與發(fā)展，用電設(shè)備中增加了大量的非線性負(fù)載，從低壓小容量家用電器到高壓大容量工業(yè)交、直流變換裝置，特別是靜止變流器。（3）電壓。在某一時段內(nèi)，電壓幅值緩慢變化而偏離額定值的程度，稱為“供電電壓偏差”，以電壓實際值與額定值之差ΔU

或ΔU%來表示，即ΔU=U－UN（1-1）

式中U———檢測點電網(wǎng)電壓實際值，V;

UN———檢測點電網(wǎng)電壓額定值，V。電壓偏差的大小，主要取決于電力系統(tǒng)的運行方式、線路阻抗以及有功與無功負(fù)荷的變化。用電設(shè)備的運行指標(biāo)和額定壽命是對其額定電壓而言的，當(dāng)其端子上出現(xiàn)電壓偏差時，其運行參數(shù)和壽命將受到影響，影響程度視偏差的大小、持續(xù)的時間和設(shè)備狀況而異。電壓偏差對用電設(shè)備性能的影響見下表。電壓偏差對用電設(shè)備性能的影響供電電壓偏差是衡量電能質(zhì)量的一項基本指標(biāo)。允許的電壓偏差較小，有利于用電設(shè)備的安全和經(jīng)濟運行，但為此要改進電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，增加無功電源和調(diào)壓裝置，同時要盡量調(diào)整用戶的負(fù)荷。允許的電壓偏差大，就要求設(shè)備對電壓波動的適應(yīng)性強，這需要提高產(chǎn)品性能，也就造成了產(chǎn)品成本的提高。因此，電壓允許偏差值的確定是一個綜合的技術(shù)、經(jīng)濟問題。為規(guī)范電壓質(zhì)量要求，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了不同等級電壓的允許變化范圍。電壓的允許變化范圍見下表。電壓的允許變化范圍任務(wù)2工廠供配電系統(tǒng)任務(wù)目標(biāo)◆

了解工廠供配電系統(tǒng)的基本組成?！?/p>

掌握工廠供配電系統(tǒng)的接線方式及特點。任務(wù)引入從電力系統(tǒng)的概念可知，電力系統(tǒng)是指從發(fā)電到用電的所有組成部分，作為電力系統(tǒng)其中一部分的工廠是目前電力系統(tǒng)最大的電能用戶，對電力系統(tǒng)的安全運行有著重要影響，故了解和掌握工廠供配電系統(tǒng)的相關(guān)知識意義重大。一、工廠供配電系統(tǒng)的組成一個大、中型工廠供配電系統(tǒng)通常由工廠總降壓變電所、高壓配電線路、車間變配電所、低壓配電線路和配電裝置組成。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于某個具體的工廠供配電系統(tǒng)，可能只有其中的一部分，這主要取決于工廠電力負(fù)荷的大小和規(guī)模。相關(guān)知識工廠供配電系統(tǒng)中變電所的作用是接受、變換和分配電能，而配電所的作用是接受和分配電能。工廠降壓變電所的作用是把電力系統(tǒng)供給的高壓電能，經(jīng)過變電所的各級降壓，變成用電設(shè)備所需要的較低電壓的電能，然后經(jīng)過配電裝置和配電線路將電能送到各車間的用電設(shè)備。二、工廠供配電系統(tǒng)的受電配電接線方式1.大型工廠供配電系統(tǒng)的受電配電接線方式大型工廠往往采用35~110kV電源進線，先經(jīng)總降壓變電所進行一次降壓降至10kV，然后經(jīng)廠內(nèi)的高壓配電線路送到各車間變電所進行二次降壓，將10kV降至0.4kV，如圖所示的就是大型工廠受電配電系統(tǒng)簡圖的局部。這種受電配電接線方式應(yīng)用不多，只存在于少數(shù)大型企業(yè)，其受電配電系統(tǒng)圖看起來像個小城鎮(zhèn)。大型工廠受電配電系統(tǒng)簡圖的局部2.中型工廠供配電系統(tǒng)的受電配電接線方式中型工廠的電源進線一般采用10kV，經(jīng)變電所一次降壓降至0.4kV，如圖所示。這種接線方式是絕大多數(shù)企業(yè)和用電單位的首選，其中規(guī)模較大的企業(yè)有廠區(qū)內(nèi)部的高壓配電線路，而中型工廠只有低壓配電線路。中型工廠受電配電系統(tǒng)簡圖1中型工廠受電配電系統(tǒng)簡圖23.小型工廠供配電系統(tǒng)的受電配電接線方式對于一些小型工廠，若所需容量不大于100kV·A，可直接采用380/220V低壓進線，如圖所示。小型工廠受電配電系統(tǒng)簡圖三、工廠配電系統(tǒng)的接線方式工廠配電系統(tǒng)是指工廠受電以后的廠區(qū)內(nèi)部分配方式，基本接線方式主要有三種：放射式、樹干式及環(huán)式。下面主要介紹高壓配電系統(tǒng)的基本接線方式。1.放射式接線方式如圖所示為單回路放射式接線方式，這種接線方式是由工廠總變電所（或總配電所）10kV母線上引出的線路直接向車間變電所或高壓設(shè)備供電，沿線無其他分支。其特點是線路敷設(shè)簡單，操作、維護方便，容易進行繼電保護的整定，并易于實現(xiàn)自動化，且本回路的故障不會影響其他回路的供電。單回路放射式接線方式為了提高供電的可靠性，可采用雙回路放射式接線方式，如圖所示。如果一回路發(fā)生故障或檢修，可由另一回路繼續(xù)供電，與單回路放射式接線方式相比，其供電可靠性提高了，可用于一、二級負(fù)荷供電，但開關(guān)設(shè)備使用更多，投資也更大，同時也增加了操作的難度。雙回路放射式接線方式a）單電源進線供電b）雙電源進線供電2.樹干式接線方式在這種接線方式中，線路的分布有主干，有分支，其結(jié)構(gòu)像樹一樣，如圖所示。樹干式接線方式3.環(huán)形接線方式環(huán)形接線方式如圖所示，此種接線方式實質(zhì)上是雙回路供電的樹干式或放射式接線方式，特點是運行靈活，供電可靠性高，但繼電保護整定及配合比較復(fù)雜。環(huán)形接線方式對于380/220V低壓配電系統(tǒng)，接線方式如圖所示。以上三種接線方式，具體采用哪種，應(yīng)根據(jù)負(fù)荷的重要性、投資的多少、運行維護方便及長遠規(guī)劃等綜合考慮。低壓配電系統(tǒng)的接線方式a）放射式b）樹干式c）環(huán)形任務(wù)3電氣設(shè)備的類型及額定電壓任務(wù)目標(biāo)◆

了解工廠供配電系統(tǒng)中電氣設(shè)備的分類?！?/p>

掌握工廠供配電系統(tǒng)中電氣設(shè)備的額定電壓及其選擇方式。任務(wù)引入在工廠供配電系統(tǒng)中，供配電設(shè)備按其作用和功能可分為不同的類型。為了使供配電設(shè)備的生產(chǎn)實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，各種電氣設(shè)備都規(guī)定有額定電壓。一、電氣設(shè)備的類型電力系統(tǒng)的電氣設(shè)備按其作用不同，可分為一次設(shè)備和二次設(shè)備。1.一次設(shè)備一次設(shè)備是指直接參與生產(chǎn)、輸送和分配電能的設(shè)備。按其作用可分為以下幾類。（1）生產(chǎn)和變換電能的設(shè)備。如發(fā)電機、電力變壓器、電動機等。（2）切斷和接通電路的開關(guān)電器。如斷路器、隔離開關(guān)、接觸器、熔斷器等一次系統(tǒng)。相關(guān)知識（3）限制短路電流和過電壓的設(shè)備。如限制短路電流的電抗器、限制過電壓的避雷器等。（4）接地裝置。如防雷設(shè)備的接地、電力系統(tǒng)中性點的接地及保護人身安全的保護接地等，均采用埋入地中的金屬接地體。（5）載流導(dǎo)體。如母線、電纜及架空線等。一次設(shè)備及其相互間連接電路的整體稱為一次回路或一次系統(tǒng)。2.二次設(shè)備二次設(shè)備是指對一次設(shè)備起監(jiān)察、測量、控制和保護作用的電氣設(shè)備。如測量表計、繼電保護及自動裝置、操作電源、信號及控制電纜等設(shè)備。二次設(shè)備及其相互間連接電路的整體稱為二次回路或二次系統(tǒng)。3.常用電氣設(shè)備的圖形符號及文字符號繪制和識讀供配電系統(tǒng)原理圖必須首先認(rèn)知其規(guī)定的圖形符號與文字符號。電氣設(shè)備的圖形符號及文字符號是以國家規(guī)定的圖形符號及文字符號來表示的，常用電氣設(shè)備的圖形符號及文字符號見下表。常用電氣設(shè)備的圖形符號及文字符號常用電氣設(shè)備的圖形符號及文字符號常用電氣設(shè)備的圖形符號及文字符號二、電氣設(shè)備的額定電壓1.電力網(wǎng)及用電設(shè)備的額定電壓由下表可發(fā)現(xiàn)，在同一電壓等級下電氣設(shè)備的位置不同，其額定電壓并不相同，原因如下。我國三相交流電力網(wǎng)和電氣設(shè)備的額定電壓kV我國三相交流電力網(wǎng)和電氣設(shè)備的額定電壓kV當(dāng)線路輸送功率時，電流流過線路會在線路上產(chǎn)生電壓降，即ΔU=IR，且線路首端電壓往往高于末端電壓。由電壓質(zhì)量要求可知，電壓值并不是要求始終保持在額定值的，它可以在一定的范圍內(nèi)變化，而且這種變化既可以是降低，也可以是升高。為使設(shè)備生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化，通常取線路首、末端電壓的算術(shù)平均值

作為用電設(shè)備的額定電壓，此電壓也就是電力網(wǎng)的額定電壓，即用電設(shè)備的額定電壓等于電力網(wǎng)的額定電壓。2.發(fā)電機的額定電壓用電設(shè)備的工作電壓一般允許在額定電壓的±5%范圍內(nèi)變化，即整個線路有10%的電壓偏差，所以線路首端電壓最好比額定電壓高5%，當(dāng)線路通過規(guī)定負(fù)載電流時，線路末端電壓降落才不超過