第一章電力系統概論教學基本內容：電力系統、供電系統、電力系統的額定電壓、電能的質量指標。重點：電力系統的基本概念，額定電壓的計算。難點：額定電壓的計算方法。本章主要教學要求：了解電力系統、供電系統的基本知識，掌握系統額定電壓的確定。23第一節電力系統基本概念（重點）第二節供配電系統第三節供配電的要求和課程任務第四節電力系統的額定電壓（重點）第五節電能的質量指標（重點）第六節工廠供配電設計基本知識第一節電力系統基本概念（**）電能是一種清潔的二次能源。由于電能不僅便于輸送和分配，易于轉換為其它的能源，而且便于控制、管理和調度，易于實現自動化。因此，電能已廣泛應用于國民經濟、社會生產和人民生活的各個方面。絕大多數電能都由電力系統中發電廠提供，電力工業已成為我國實現現代化的基礎，得到迅猛發展。到2003年底，我國發電機裝機容量達38450萬千瓦，發電量達19080億度，居世界第2位。工業用電量已占全部用電量的50～70%，是電力系統的最大電能用戶，供配電系統的任務就是用戶所需電能的供應和分配，供配電系統是電力系統的重要組成部分。用戶所需的電能，絕大多數是由公共電力系統供給的，故在學習供配電系統之前，先介紹電力系統的知識。國家十一五電力建設規劃“大力發展水力發電、大力發展新型能源（ 能、風能）、適當發展核電、適當控制火力發電。4一、電力系統組成：發電廠、變電所、電力線路和電能用戶組成的一個整體。電力系統示意圖。功能：完成電能的生產、變換、輸送、分配和消費等任務。5為了充分利用動力資源，降低發電成本，發電廠往往遠離城市和電能用戶，例如，火力發電廠大都建在靠近一次能源的地區，水力發電廠建在水利資源豐富的遠離城市的地方，核能發電廠廠址也受種種條件限制。因此，這就需要輸送和分配電能，將發電廠發出的電能經過升壓、輸送、降壓和分配，送到用戶，

。。。61．發電廠發電廠是將一次能源轉換成電能的場所。根據一次能源的不同，分為火力發電廠、水力發電廠和核能發電廠，此外，還有風力、地熱、潮汐和

能等發電廠等。火力發電廠將煤、天然氣、石油的化學能轉換為電能。我國火力發電廠

以煤炭為主，隨著西氣東輸，將逐步擴大天然氣

的比例。火力發電的原理：在鍋爐中充分燃燒，將鍋爐中的水轉換為高溫高壓蒸汽，蒸汽推動汽輪機轉動，帶動發電機旋轉發出電能。水力發電廠將水的位能轉換成電能。其原理是水流驅動水輪機轉動，帶動發電機旋轉發電。按提高水位的方法，水電廠有堤壩式水電廠、引水式水電廠和混合式水電廠三類。核能發電廠利用原子核的核能生產電能。核

在原子反應中堆裂變

核能，將水轉換成高溫高壓的蒸汽，蒸汽推動汽輪機轉動，帶動發電機旋轉發出電能、其生產過程與火電廠基本相同。7火力發電廠鍋爐結構和工藝流程示意圖892．變電所變電所的功能是接受電能、變換電壓和分配電能。為了實現電能的遠距離輸送和將電能分配到用戶，需將發電機電壓進行多次電壓變換，這個任務由變電所完成。變電所由電力變壓器、配電裝置和二次裝置等構成。按變電所的性質和任務不同，可分為升壓變電所和降壓變電所，除與發電機相連的變電所為升壓變電所外，其余均為降壓變電所。按變電所的地位和作用不同，又分為樞紐變電所、地區變電所和用戶變電所。3.配電所僅用于接受電能和分配電能的場所稱為配電所。4.換流站僅用于將交流電流轉換為直流電流或反之的電流變換場所稱為換流站（變流站）。5.電力線路電力線路將發電廠、變電所和電能用戶聯接起來，完成輸送電能和分配電能的任務。電力線路有各種不同的電壓等級，通常將220kV及以上的電力線路稱輸電線路，110kV及以下的電力線路稱為配電線路。配電線路又分為高壓配電線路（110kV）、中壓配電線路（35～6kV）和低壓配電線路（380/220V），前者一般作為城市配電網骨架和特大型企業供電線路，中者為城市主要配網和大中型企業供電線路，后者一般為城市和企業的低壓配網。除了上述交流輸電線路，還有直流輸電線路。直流輸電主要用于遠距離輸電，連接兩個不同頻率的電網和向大城市供電。它具有線路造價低、損耗小、調節控制迅速簡便和無穩定性問題等優點，但換流站造價高。106．電能用戶電能用戶又稱電力負荷，所有消耗電能的用電設備或用電單位稱為電能用戶。電能用戶按行業可分為工業用戶、農業用戶、市政商業用戶和居民用戶等。7.電力網與電力系統相關聯的還有電網，電網是指電力系統中除發電廠和電能用戶外的部分。它包括變電所、配電所及各種電壓等級的電力線路。8.動力系統與電力系統相關聯的還有動力系統。動力系統是電力系統和“動力部分”的總和。“動力部分”包括火力發電廠的鍋爐、汽輪機、熱力網和用熱設備和水力發電廠的水庫、水輪機，以及核電廠的核反應堆、蒸發器等。電力系統是動力系統的一組成部分。電力系統、電力網、動力系統三者關系如圖1-1.第二節供配電系統工廠（或企業)

接受、變換、分配和消費電能的總電路稱為工廠（或企業）供配電系統。它是公共電力系統的一個重要組成部分。由于工廠種類很多，所以工廠（或企業）供配電系統也各不相同。但是其組成基本相同，包括電源系統（內外部系統）和變配電系統（

系統）。電源系統（內外部系統）指的是從外部電源（公共電力系統）到工廠總降壓變電所（或配電所）的供電線路，包

壓

線路或電纜線路。對于大中型工廠常采用35~110kV電壓的架空線路供電，小型工廠多采用6~10kV電壓的電纜線路供電。變、配電系統（

系統）11工廠供配電系統－－由總降變電所、高壓配電所、配電線路、車間變電所和用電設備組成。。121.總降變電所是企業電能供應的樞紐。它將35kV～110kV的外部供電電源電壓降為6～10kV高壓配電電壓，供給高壓配電所、車間變電所和高壓用電設備。2.高壓配電所集中接受6～10kV電壓，再分配到附近各車間變電所或建筑物變電所和高壓用電設備。一般負荷分散、廠區大的大型企業均設置高壓配電所。3.配電線路分為6～10kV廠內高壓配電線路和380/220V廠內低壓配電線路。高壓配電線路將總降變電所與高壓配電所、車間變電所或建筑物變電所和高壓用電設備聯接起來。低壓配電線路將車間變電所的380/220V電壓送各低壓用電設備。4.車間變電所或建筑物變電所將6～10kV電壓降為380/220V電壓，供低壓用電設備用。5.用電設備按用途可分為動力用電設備、工藝用電設備、電熱用電設備、試驗用電設備和照明用電設備等。應當

，對于某個具體的供配電系統，可能上述各部分都有，也可能只有其中的幾個部分，這主要取決于電力負荷的大小和廠區的大小。不同的供配電系統，不僅組成不完全相同，而且相同部分的構成也會有較大的差異。通常大型企業都設總降變電所，中小型企業僅設全廠6～10kV變電所或配電所，某些特別重要的企業還設自備發電廠作為備用電源。13第三節供配電的要求和課程任務做好供配電工作，對于促進工業生產，降低產品成本，實現生產自動化和工業現代化有著十分重要的意義。對供配電的基本要求是：1．安全

在電能的供應、分配和使用中，不應發生人身事故和設備事故。應滿足用電設備對供電可靠性的要求。應滿足用電設備對電壓和頻率等供電質量的要求。2．可靠3．優質4．經濟

供配電應盡量做到投資省，年運行費低，盡可能減少有色金屬消耗量和電能損耗，提高電能利用率。應當，上述要求不但互相關聯，而且往往互相制約和互相矛盾。因此考慮滿足上述要求時，必須全面考慮，統籌兼顧。5.本課程的任務主要講述供配電系統電能供應和分配的基本知識和理論，使學生掌握供配電系統的設計和計算方法，管理和運行技能，為學生今后從事供配電技術工作奠定基礎。1415第四節電力系統的額定電壓（**）電力系統的電壓是有等級的，電力系統的額定電壓包括電力系統中各種發電、供電、用電設備的額定電壓。額定電壓是能使電氣設備長期運行在經濟效果最好的電壓，它是國家根據國民經濟發展的需要，電力工業的水平和發展趨勢，經全面技術經濟分析后確定的。我國規定的三相交流電網和電力設備的額定電壓，如表1-1所示。從表中可以看出：低壓（包括最低電壓）220/380V，660V高壓（3），6，10，35，（66），110，220，（330），500，750kV以圖1-1為例講述，注意在圖中只有

標示了電壓。1.電網（線路）的額定電壓（注意系統、電網、線路的聯系）：電網（線路）的額定電壓只能選用國家規定的額定電壓。它是確定各類電氣設備額定電壓的基本依據。（是已知量UN

）2.用電設備的額定電壓當線路輸送電力負荷時,要產生電壓降,沿線路的電壓分布通常是首端高于末端，如圖1-4所示，因此，沿線各用電設備的端電壓將不同，線路的額定電壓實際就是線路首末兩端電壓的平均值。為使各用電設備的電壓偏移差異不大，用電設備的額定電壓與同級電網（線路）的額定電壓相同。（UD

=UN

）3.發電機的額定電壓由于用電設備的電壓偏移為±5%，而線路的允許電壓降為10%，這就要求線路首端電壓為額定電壓的105%，末端電壓為額定電壓的95%。因此，發電機的額定電壓為直接相連的線路額定電壓的105%。（UF

=105%UN

）164.電力變壓器的額定電壓1)變壓器一次繞組的額定電壓變壓器一次繞組接電源，相當于用電設備。與發電機直接相聯的升壓變壓器的一次繞組的額定電壓應與發電機額定電壓相同，線路損耗可以忽略。（UB1

=UF

）連接

的降壓變壓器相當于用電設備，其一次繞組的額定電壓應與線路的額定電壓相同。（UB1

=UN）2)變壓器二次繞組的額定電壓變壓器的二次繞組向負荷供電，相當于發電機。二次繞組的額定電壓應比線路的額定電壓高5%，而變壓器二次繞組額定電壓是指空載時的電壓，但在額定負荷下，變壓器的電壓降為5%（變壓器損耗）。因此，正常運行時變壓器二次繞組電壓較線路的額定電壓高5%。當線路較長（35kV及以上高壓線路），計及變壓器損耗，變壓器二次繞組的額定電壓應比相聯線路的額定電壓高10%；（UB2

=110%UN）當線路較短（直接向高低壓用電設備供電，如10kV及以下線路），線路損耗忽略，只計及變壓器損耗，二次繞組的額定電壓應比相聯線路的額定電壓高5%。（UB2

=105%UN）17例1-1已知圖示系統中線路的額定電壓，求發電機和變壓器的額定電壓。3L2L1L35kV解：G:

UN·G

=1.05UN·1L

=1.05×6=6.3kV1T:

U1N·1T

=UN·G

=6.3kVU2N·1T

=1.1UN·2L

=1.1×110=121kV∴6.3/121kV2T:

U1N·2T

=UN·1L

=110kVU2N·2T

=1.1UN·3L

=1.1×35=38.5kV∴110/38.5kV18例1-2已知圖示系統中線路的額定電壓，求發電機、變壓器和電

的額定電壓3L2L1L35kVD解：G:

UN·G

=1.05UN·1L

=1.05×6=6.3kV1T:

U1N·1T

=UN·G

=6.3kVU2N·1T

=1.1UN·2L

=1.1×110=121kV∴6.3/121kV2T:

U1N·2T

=UN·1L

=110kVU2N·2T

=1.1UN·3L

=1.1×35=38.5kV∴110/38.5kVD：UN·D

=UN·1L

=6kV1920例1-3已知圖示系統中線路的額定電壓，求發電機、變壓器和電

的額定電壓。3L2L1L6kV3TD2D1380/220V解：G:

UN·G

=1.05UN·1L=1.05×6=6.3kV1T:

U1N·1T

=UN·G

=6.3kVU2N·1T

=1.1UN·2L

=1.1×110=121kV2T:

U1N·2T

=UN·1L

=110kVU2N·2T

=1.1UN·3L

=1.1×6=6.6kV3T:

U1N·3T=UN·3L

=6kV∴6.3/121kV∴110/6.6kVU2N·3T=1.05UN·4L=1.05×380=400V

∴110/0.4kVD1:UN·D1

=UN·1L

=6kVD2:UN·D2

=UN·4L=380V第五節電能的質量指標（**）電能的質量是指電壓質量、頻率質量和供電可靠性三項指標。1.電壓：電壓質量是以電壓偏離額定電壓的幅度、電壓波動與閃變和電壓波形來衡量。1）電壓偏差電壓偏差是電壓偏離額定電壓的幅度，一般以百分數表示，即ΔV%=[

(U-

UN)/

UN]*100式中，ΔV%為電壓偏差百分數；U為實際電壓；UN為額定電壓。我國規定要求供電電壓的電壓偏差不超過允許偏差。2）電壓波動和閃變電壓波動是指電壓的急劇變化。電壓變化的速率大于每秒1%的即為電壓急劇變化。電壓波動程度以電壓最大值與最小值之差或其百分數表示，即δU=Umax-Umin

δU%=[(Umax-Umin)/UN]*100式中，δU為電壓波動；δU%為電壓波動百分數；Umax、Umin為電壓波動的最大值和最小值（kV）；UN為額定電壓（kV）。周期性電壓急劇變化引起光源光通量急劇波動而造成人眼視覺不舒適的現象，稱為閃變。通常用電壓調幅波中不同頻率的正弦波分量的均方根值等效為10Hz正弦電壓波動值的1min平均值——等效閃變值δU10來表示。21223）波形波形的質量是以正弦電壓波形畸變率來衡量的。在理想情況下，電壓波形為正弦波，但電力系統中有大量非線性負荷，使電壓波形發生畸變，除基波外，還有各項諧波。232.頻率頻率的質量是以頻率偏差來衡量。我國采用的額定頻率為50