電力系統基本知識課題一任務1電力系統的組成任務2工廠供配電系統任務3電氣設備的類型及額定電壓任務1電力系統的組成任務目標◆

了解電力系統的基本組成，了解發電廠、變配電所、電力網、電能用戶的基本概念?！?/p>

掌握電力網的分類及特點。◆

掌握電力負荷的分類及特點?！?/p>

了解電力負荷對電能質量的要求。任務引入工廠及其他電能用戶所需的電能是由發電廠生產的，但發電廠往往建在能源基地附近或城市周邊，離用電負荷很遠，當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，發電廠發出的電一定要經過發電廠內的升壓變壓器將電壓升高然后遠距離輸送，由

P=IU

可知，當輸送功率一定時，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降壓變壓器降壓，再分配到電能用戶，如圖所示。任務引入電能的傳輸與分配過程一、基本概念結合上圖、下圖可了解到電力系統的基本概念。相關知識電力系統、動力系統、電力網示意圖1.電力系統由發電廠、變配電所、電力線路與電能用戶等環節組成的電能生產與消費系統稱為電力系統。2.電力網電力系統中各種電壓等級的輸配電線路和變配電所所組成的部分，即電力系統中除發電廠及電能用戶以外的中間環節，稱為電力網。3.動力系統電力系統加上發電廠的動力部分所構成的整體稱為動力系統。二、電力系統的組成1.發電廠發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、風力、地熱、太陽能和核能等，轉換為電能（二次能源）的特殊工廠。按其所用一次能源形式不同，發電廠可分為火力發電廠、水力發電站、核能發電站、風力發電場、潮汐發電站、地熱發電站、太陽能發電站等。根據發電廠的規模和供電范圍又可分為區域性發電廠、地方性發電廠以及熱電廠和企業自備發電廠等。（1）火力發電廠?；鹆Πl電廠簡稱火電廠，它是將煤、石油、天然氣等燃料儲存的化學能轉化為電能的電廠，如圖所示為火力發電廠外景，如圖所示為凝汽式火力發電廠生產過程。火力發電廠外景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電廠生產過程（2）水力發電站。水力發電站簡稱水電站，它是將江河水從上游流到下游時形成的位能（落差）轉化為電能的電廠。如圖所示為水力發電站生產過程。水力發電站生產過程（3）核能發電站。核能發電站簡稱核電站，它是將原子核裂變產生的原子能轉化為電能的電廠。如圖所示為核電站生產過程。核電站生產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或利用，如風力發電（如圖所示）、潮汐發電、地熱發電、太陽能發電、垃圾發電和沼氣發電等。其中風力發電發展迅速，截至2020年，我國風電裝機容量

22009萬千瓦，其中，海上風電裝機容量50萬千瓦以上，開工容量100萬千瓦以上。風力發電外景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）。根據在電力系統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的樞紐點，電壓等級一般為500kV及以上，聯系多個發電電源，出線回路多，供應多個片區，變電容量大，是目前聯網式大電網運行的關鍵。（2）中間變電所。中間變電所位于系統主干環線或系統主要干線的接口處，電壓等級一般為220~330kV，匯集2~3個電源和若干線路，高壓側以穿越功率為主，同時降壓向地區用戶供電。（3）地區變電所。地區變電所是一個地區和一個中、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，向整個地區供電。（4）終端變電所。終端變電所是鄉、鎮、區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荷處，高壓側多為10kV，經降壓后直接向用戶供電。3.電力網電力網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分為輸電網和配電網。1）輸電網。輸電網是以超高壓或特高壓的電壓等級將發電廠、樞紐變電站連接起來的高壓輸電網絡，所以又可稱為電力網中的主網架，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互聯，輸電線路長度可達幾百千米乃至上千千米。2）配電網。通常把電力系統中地區降壓變電所以后的部分，直接向用戶供電的網絡稱為配電網。（2）按接線方式可將電力網分為以下兩種。1）開式電網。用戶只能從單方向得到供電。2）閉式電網。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分為低壓網（1.2kV及以下）、中壓網（10~35kV）、高壓網（110~220kV）、超高壓網（330~750kV）和特高壓網（交流1000kV、直流800kV以上）幾種。從目前國家電力事業發展的基本趨勢來看，省際的輸電電壓將要普及1000kV特高壓，省內輸電電壓以750/500/220kV為主。下圖為變電所及電力網類型示意圖。變電所及電力網類型示意圖三、電力負荷1.電力負荷的類型電力負荷可按運行特性和供電可靠性進行分類。（1）按照電力負荷自身的運行特性可分為動力類負荷和照明類負荷兩類。1）動力類負荷。主要指工廠類負荷，其特點為三相、大功率、連續負荷，其用電總量目前仍是用電負荷的主流，約占總發電量的70%，廣泛地分布在各種工業企業和其他用電方式中。2）照明類負荷。一般是指辦公、教育、商住、娛樂以及居民生活等用電負荷。照明類負荷與動力類負荷應當說無本質上的區別，在照明類負荷的前端也更多地采用三相配電。（2）按電力負荷對供電可靠性的要求，通常分為三級。1）一級負荷。中斷對這類負荷的供電，就會造成人身傷亡事故、重大設備損壞、大量產品報廢、生產秩序被打亂且不能恢復，將在政治、經濟上造成重大影響及巨大損失。此類負荷很重要，為保證其供電的可靠性，通常設置兩路及以上相互獨立的電源供電。2）二級負荷。對這類負荷中斷供電，會造成大量減產、主要設備損壞、連續生產過程被打亂且需較長時間才能恢復、人民生活及公用事業受到影響，將在政治、經濟上造成較大損失。此類負荷也較重要，其重要程度次于一級負荷，二級負荷宜由雙回路電源進線供電。3）三級負荷。一般所有不屬于一、二級負荷者均為三級負荷。此類負荷短時停電不會造成嚴重后果，如工廠附屬車間、小城鎮、小加工廠以及一些機關、學校、住宅小區等。三級負荷屬不重要負荷，對供電電源無特殊要求，通常采用單回路電源進線供電。2.電力負荷對電能質量的要求所謂電能質量是表示電能品質優劣的程度。衡量電能質量的指標包括三個方面：頻率、波形和電壓。（1）頻率。《電能質量

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

±0.2Hz，當系統容量較小時，偏差限值可放寬到

±0.5Hz。（2）波形。交流電的標準波形是正弦波，隨著電力電子技術的廣泛應用與發展，用電設備中增加了大量的非線性負載，從低壓小容量家用電器到高壓大容量工業交、直流變換裝置，特別是靜止變流器。（3）電壓。在某一時段內，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———檢測點電網電壓實際值，V;

UN———檢測點電網電壓額定值，V。電壓偏差的大小，主要取決于電力系統的運行方式、線路阻抗以及有功與無功負荷的變化。用電設備的運行指標和額定壽命是對其額定電壓而言的，當其端子上出現電壓偏差時，其運行參數和壽命將受到影響，影響程度視偏差的大小、持續的時間和設備狀況而異。電壓偏差對用電設備性能的影響見下表。電壓偏差對用電設備性能的影響供電電壓偏差是衡量電能質量的一項基本指標。允許的電壓偏差較小，有利于用電設備的安全和經濟運行，但為此要改進電網結構，增加無功電源和調壓裝置，同時要盡量調整用戶的負荷。允許的電壓偏差大，就要求設備對電壓波動的適應性強，這需要提高產品性能，也就造成了產品成本的提高。因此，電壓允許偏差值的確定是一個綜合的技術、經濟問題。為規范電壓質量要求，國家標準規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2工廠供配電系統任務目標◆

了解工廠供配電系統的基本組成?！?/p>

掌握工廠供配電系統的接線方式及特點。任務引入從電力系統的概念可知，電力系統是指從發電到用電的所有組成部分，作為電力系統其中一部分的工廠是目前電力系統最大的電能用戶，對電力系統的安全運行有著重要影響，故了解和掌握工廠供配電系統的相關知識意義重大。一、工廠供配電系統的組成一個大、中型工廠供配電系統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。應當指出的是，對于某個具體的工廠供配電系統，可能只有其中的一部分，這主要取決于工廠電力負荷的大小和規模。相關知識工廠供配電系統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供給的高壓電能，經過變電所的各級降壓，變成用電設備所需要的較低電壓的電能，然后經過配電裝置和配電線路將電能送到各車間的用電設備。二、工廠供配電系統的受電配電接線方式1.大型工廠供配電系統的受電配電接線方式大型工廠往往采用35~110kV電源進線，先經總降壓變電所進行一次降壓降至10kV，然后經廠內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簡圖的局部。這種受電配電接線方式應用不多，只存在于少數大型企業，其受電配電系統圖看起來像個小城鎮。大型工廠受電配電系統簡圖的局部2.中型工廠供配電系統的受電配電接線方式中型工廠的電源進線一般采用10kV，經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企業和用電單位的首選，其中規模較大的企業有廠區內部的高壓配電線路，而中型工廠只有低壓配電線路。中型工廠受電配電系統簡圖1中型工廠受電配電系統簡圖23.小型工廠供配電系統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簡圖三、工廠配電系統的接線方式工廠配電系統是指工廠受電以后的廠區內部分配方式，基本接線方式主要有三種：放射式、樹干式及環式。下面主要介紹高壓配電系統的基本接線方式。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備供電，沿線無其他分支。其特點是線路敷設簡單，操作、維護方便，容易進行繼電保護的整定，并易于實現自動化，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。如果一回路發生故障或檢修，可由另一回路繼續供電，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、二級負荷供電，但開關設備使用更多，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，其結構像樹一樣，如圖所示。樹干式接線方式3.環形接線方式環形接線方式如圖所示，此種接線方式實質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雜。環形接線方式對于380/220V低壓配電系統，接線方式如圖所示。以上三種接線方式，具體采用哪種，應根據負荷的重要性、投資的多少、運行維護方便及長遠規劃等綜合考慮。低壓配電系統的接線方式a）放射式b）樹干式c）環形任務3電氣設備的類型及額定電壓任務目標◆

了解工廠供配電系統中電氣設備的分類?！?/p>

掌握工廠供配電系統中電氣設備的額定電壓及其選擇方式。任務引入在工廠供配電系統中，供配電設備按其作用和功能可分為不同的類型。為了使供配電設備的生產實現標準化和系列化，各種電氣設備都規定有額定電壓。一、電氣設備的類型電力系統的電氣設備按其作用不同，可分為一次設備和二次設備。1.一次設備一次設備是指直接參與生產、輸送和分配電能的設備。按其作用可分為以下幾類。（1）生產和變換電能的設備。如發電機、電力變壓器、電動機等。（2）切斷和接通電路的開關電器。如斷路器、隔離開關、接觸器、熔斷器等一次系統。相關知識（3）限制短路電流和過電壓的設備。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。如防雷設備的接地、電力系統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）載流導體。如母線、電纜及架空線等。一次設備及其相互間連接電路的整體稱為一次回路或一次系統。2.二次設備二次設備是指對一次設備起監察、測量、控制和保護作用的電氣設備。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備。二次設備及其相互間連接電路的整體稱為二次回路或二次系統。3.常用電氣設備的圖形符號及文字符號繪制和識讀供配電系統原理圖必須首先認知其規定的圖形符號與文字符號。電氣設備的圖形符號及文字符號是以國家規定的圖形符號及文字符號來表示的，常用電氣設備的圖形符號及文字符號見下表。常用電氣設備的圖形符號及文字符號常用電氣設備的圖形符號及文字符號常用電氣設備的圖形符號及文字符號二、電氣設備的額定電壓1.電力網及用電設備的額定電壓由下表可發現，在同一電壓等級下電氣設備的位置不同，其額定電壓并不相同，原因如下。我國三相交流電力網和電氣設備的額定電壓kV我國三相交流電力網和電氣設備的額定電壓kV當線路輸送功率時，電流流過線路會在線路上產生電壓降，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變化，而且這種變化既可以是降低，也可以是升高。為使設備生產標準化，通常取線路首、末端電壓的算術平均值

作為用電設備的額定電壓，此電壓也就是電力網的額定電壓，即用電設備的額定電壓等于電力網的額定電壓。2.發電機的額定電壓用電設備的工作電壓一般允許在額定電壓的±5%范圍內變化，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%，當線路通過規定負載電流時，線路末端電壓降落才不超過