供配電系統(tǒng)第一章

1、第一章概述本章學(xué)習(xí)目標(biāo)1、了解電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理與聯(lián)網(wǎng)運行。2、 初步掌握電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與運行狀態(tài)的表述方法；掌握常用電氣參量的西文符號及下標(biāo)的應(yīng)用。3、掌握電力系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)電壓體系及其在電力工程中的應(yīng)用。4、深刻理解電力負(fù)荷； 在理解城網(wǎng)的基礎(chǔ)上， 從技術(shù)原理與工程現(xiàn)狀兩個方面理解供配電系統(tǒng)。 本章教學(xué)內(nèi)容1、電能與電力系統(tǒng)。達(dá)系統(tǒng)的表 2、電力電準(zhǔn)壓統(tǒng) 3、電力系的標(biāo)。供電可靠性的要 4 、電力負(fù)荷及其求。對電系統(tǒng)網(wǎng)、城市電與供配。5 本章重點1、電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)運行特點。2、電力系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)電壓體系的形成與應(yīng)用。3、城市電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、供配電系統(tǒng)的定義。 本章難點1、參量符號下標(biāo)的應(yīng)用。2、系統(tǒng)標(biāo)稱

2、電壓與設(shè)備額定電壓、系統(tǒng)運行電壓之間的關(guān)系。3、對城網(wǎng)的理解。 本章學(xué)習(xí)方法建議及參考資料學(xué)習(xí)方法：1、熟記 110kV 及以下標(biāo)準(zhǔn)電壓，在熟記的基礎(chǔ)上理解標(biāo)準(zhǔn)電壓體系。2、 結(jié)合本專業(yè)另一門課程電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析，以城網(wǎng)的送電網(wǎng)為界，向上理解輸變電系統(tǒng)， 向下理解供配電系統(tǒng)，將電力系統(tǒng)的 ?；w具念概3、參量符號識讀常成為學(xué)習(xí)的障礙，下標(biāo)表述是難點，應(yīng)學(xué)會區(qū)分屬性與對象。以變壓器額定 電壓為切入點，掌握多屬性、多對象的下標(biāo)表述方法。參考資料：1、城市電網(wǎng)規(guī)劃與改造 藍(lán)毓俊主編中國電力出版社 2004 年 6 月2、標(biāo)準(zhǔn)電壓 (GB156-2007 )中國計劃出版社 2008年 1月1.1.1

3、電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及各環(huán)節(jié)功能一、電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)電力系統(tǒng) 由發(fā)電、輸變電、變配電和用電等四個環(huán)節(jié)組成，簡稱“發(fā)、輸、配、用”四環(huán)節(jié)，如 圖 1.1.1 。國力再-電力系統(tǒng)不包含發(fā)電機(jī)的部分叫做電力網(wǎng)絡(luò)，簡稱電網(wǎng)；電力系統(tǒng)連同為發(fā)電機(jī)提供動力的原動機(jī)統(tǒng)稱為動力系統(tǒng)。二、電力系統(tǒng)各構(gòu)成環(huán)節(jié)功能(1) 發(fā)電。其作用是將其他形式的能轉(zhuǎn)換成電能。這些其他形式的能主要有煤、油等礦物的化學(xué)能，水、風(fēng)、潮汐等流體的機(jī)械能，地?zé)豳Y源中的熱能，以及核能和太陽能等，這些能量均為 自然界自身所蘊藏， 我們稱之為一次能源， 相應(yīng)地將電能稱為二次能源。發(fā)電廠一般以其所使用的一次能源特征冠名，如火力發(fā)電廠、水力發(fā)電廠、核電廠等。

4、(2) 輸變電。其作用是將電能集中地從一處輸送到另一處，一般來說傳輸?shù)墓β蚀?、距離長。因長距離大功率輸送電能所產(chǎn)生的損耗較大，一般需要使用比較高的電壓， 但發(fā)電機(jī)因制造和運行等方面的原因， 輸岀電壓不可能很高， 因此必須在傳輸前將電壓升高， 這就使得升壓變電成為 輸電的一個必不可少的環(huán)節(jié)，統(tǒng)稱輸變電。(3) 變配電。其作用是將集中的電能分配給散布的用戶。輸變電環(huán)節(jié)傳輸來的電能電壓一般較高，而用戶由于安全等諸多方面的原因不能使用很高的電壓，因此需要先將電壓降低后再進(jìn)行分配，統(tǒng)稱變配電。(4) 用電。其作用是將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，如機(jī)械能、光。等能聲、能三、電力系統(tǒng)構(gòu)成形式的工程背景電力系統(tǒng)為

5、什么會是這樣的結(jié)構(gòu)形式，它背后的原因到底是什么？這主要緣于以下因素。(1 )自然界不存在足量的可控制使用的原生電能，工程實用的電能都是二次能源，發(fā)電環(huán)節(jié)因 此是必不可少的。(2 )發(fā)電廠與用電負(fù)荷中心通常相距甚遠(yuǎn)，輸電環(huán)節(jié)由此產(chǎn)生?；騿枺簽槭裁床粚㈦姀S建在負(fù)荷中心呢？這是有原因的。負(fù)荷中心通常是大、中城市，水電廠受地理條件的限制，通常修建在高山峽谷處，這些處所一般都遠(yuǎn)離大、中城市；火電廠由于環(huán)保和燃料運輸?shù)仍?，很多修建在城市外圍或煤礦處(即坑口電站)，距大、中城市都有一定的距離。因此，以現(xiàn)有技術(shù)來看，長距離輸電不可避免。(3)即使在城市、廠礦等負(fù)荷中心，負(fù)荷一般也是分布在不同地點的，且類別多

6、樣、數(shù)量龐大、權(quán)屬又各有不同，無法將它們集中在一個地點來使用電能，因此必須將電能進(jìn)行分配。這表明了配電環(huán)節(jié)的必要性。1.1.2 電力系統(tǒng)運行特點電能既是電力系統(tǒng)的產(chǎn)品，又是電力系統(tǒng)的消費品。與一般工業(yè)產(chǎn)品相比，它有其自身的特點， 這些特點最終反映在對系統(tǒng)運行的要求上。(1) 可靠性要求非常高。由于電能具有清潔、高效、易轉(zhuǎn)化等突岀的優(yōu)點，使其成為大多數(shù)生產(chǎn)和生活活動中的首選能源，使用上的廣泛性決定了電能的基礎(chǔ)性和重要性特征。電能供應(yīng)的中斷或不足，不僅會產(chǎn)生比較大的經(jīng)濟(jì)損失，還會造成諸多不便、 混亂甚至嚴(yán)重的事故和災(zāi)難。因此，電力系統(tǒng)的運行，需要很高的可靠性。(2) 生產(chǎn)和消費需要實時平衡。以現(xiàn)有

7、的技術(shù)，電能尚不能大量存儲，因此需要生產(chǎn)與消費同時完成。但電能的消費是由龐大的用戶群共同確定的， 用電量的大小有一定的隨機(jī)性， 電力系統(tǒng) 必須具有應(yīng)對這種隨機(jī)性的技術(shù)措施。（3）暫態(tài)過程非常短暫。所謂暫態(tài)，是指電力系統(tǒng)從一種穩(wěn)定運行狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一種穩(wěn)定運行 狀態(tài)之間的過渡過程，這種轉(zhuǎn)變一般是由系統(tǒng)的擾動產(chǎn)生的。電力系統(tǒng)對擾動的響應(yīng)若不及時， 常常會產(chǎn)生比較嚴(yán)重的后果，因此電力系統(tǒng)需要有完善的自動控制手段。1.1.3 電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)運行實際的電力系統(tǒng)， 一般不只有一個電源，而是將分布在不同地點的多個電源組成網(wǎng)絡(luò)，共同服務(wù)于所有用戶，這就叫電力系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)運行。圖就是一個聯(lián)網(wǎng)運行的電力系統(tǒng)，圖中除了有

8、由電源向負(fù)荷供電的單向功率傳輸通道外，各電源之間還有功率可雙向傳輸?shù)碾姎馔ǖ馈?聯(lián)網(wǎng)運行的理論依據(jù)可以用兩個數(shù)學(xué)定理來表述，這兩個定理分別是大數(shù)定理和比例尺定理，它們主要表述的是資源使用效率與服務(wù)對象數(shù)量之間的關(guān)系，在此不作詳述。從工程的角度看，聯(lián)網(wǎng)運。5O0hVH-GD-tinn tv處好下以有要主行（1）提高發(fā)電設(shè)備利用率。用電負(fù)荷并不會一直維持在一個恒定量值，而是隨時間變化的，其最大值（峰值）和最小值（谷值）之間有一定的落差， 稱為峰谷差。為了在峰值時滿足供電需求， 發(fā)電設(shè)備必須具有不小于峰值負(fù)荷的發(fā)電能力，但這些發(fā)電能力在負(fù)荷非峰值期間就會有部分處于閑置狀態(tài)，使得設(shè)備利用率降低。聯(lián)網(wǎng)運

9、行，相當(dāng)于擴(kuò)大了用戶樣本數(shù)量和分布區(qū)域，由于不 同類別負(fù)荷（如生活照明負(fù)荷與生產(chǎn)動力負(fù)荷）峰、谷值出現(xiàn)時間不一致，不同地區(qū)間負(fù)荷峰、 谷值出現(xiàn)的時間也可能有差異，使得總的負(fù)荷峰谷差趨于減小，有利于提高設(shè)備的利用率。（2） 優(yōu)化一次能源的利用。這一點主要體現(xiàn)在兩個方面。一方面，聯(lián)網(wǎng)會使總的負(fù)荷量值增大，使得采用大容量發(fā)電機(jī)組成為可能，而大容量發(fā)電機(jī)組的效率一般要高于小容量機(jī)組；另一方面，聯(lián)網(wǎng)可合理調(diào)配可再生與不可再生能源，如可充分利用季節(jié)優(yōu)勢，在豐水期多發(fā)廉價的水電， 來減少煤、油等礦產(chǎn)的消耗。（3 ）提高供電可靠性。聯(lián)網(wǎng)不僅使發(fā)電機(jī)的數(shù)量增加，而且使可供選擇的供電路徑增多，系統(tǒng) 對發(fā)電機(jī)或供電

10、回路故障的代償能力因。障保有更性靠可電供，高提此.（4）提高電能質(zhì)量。由于聯(lián)網(wǎng)使負(fù)荷波動相對減小，以及系統(tǒng)對局部故障的代償能力增強，使得電壓波動、頻率穩(wěn)定性等電能質(zhì)量指標(biāo)得到提高。當(dāng)然， 聯(lián)網(wǎng)運行也并非百利無弊。 大電網(wǎng)一旦發(fā)生穩(wěn)定性故障導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰， 則會造成一個很大 的區(qū)域、 一個國家甚至若干個國家停電， 產(chǎn)生嚴(yán)重的混亂和巨大的損失。 這種事故在國外已多次 發(fā)生，在我國也曾有發(fā)生。1.2.1 對象表達(dá)的一般概念一、什么叫對象表達(dá) 所謂表達(dá)研究對象，是指用約定的方式傳達(dá)出關(guān)于對象的有用信息。 所謂對象，是指我們所針對的事物，如一臺設(shè)備、一個系統(tǒng)、一種技術(shù)體系等。 所謂對象的有用信息，是指我們

11、在研究、設(shè)計、制造、運行一個對象時所需要了解的內(nèi)容。二、對象表達(dá)的基本要求（1）規(guī)范。所謂規(guī)范，就是應(yīng)該遵守共同的表達(dá)規(guī)則，就好比語言交流應(yīng)遵守語法一樣。 （2）簡潔。所謂簡潔，就是要盡量減少無關(guān)的信息。（3）高效。 所謂高效， 就是要選擇最恰當(dāng)?shù)谋磉_(dá)方式， 例如有選擇性地使用圖形、 語言、圖表、 模型、公式等，使信息傳達(dá)更具效率。三、對象表達(dá)所涉及的兩個方面 （1）需要表達(dá)的內(nèi)容，此即目的。（2）所使用的表達(dá)形式，此即手段。四、電力系統(tǒng)需要表達(dá)的主要內(nèi)容 （1）電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，簡稱結(jié)構(gòu)描述。結(jié)構(gòu)描述是對電力系統(tǒng)固有屬性的靜態(tài)描述。（ 2 ）電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)，簡稱 運行狀態(tài)描述 。運行狀態(tài)描

12、述是對電力系統(tǒng)工作情況的動態(tài)描 述。五、電力系統(tǒng)常用的表達(dá)形式（1） 語言表達(dá) 。通過語言描述系統(tǒng)的屬性和（或）狀態(tài)。結(jié)構(gòu)描述要 2（） 圖形表達(dá) 。主用于互關(guān)相主。要用于各參量間系的描述。式（3）公表達(dá)直觀描系于。 圖 （4） 表表達(dá) 主要用參量關(guān)的述，或數(shù)據(jù)的羅列。1.2.2 結(jié)構(gòu)描述結(jié)構(gòu)描述所要表達(dá)的信息，主要包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、設(shè)備與線纜（或 。類大三數(shù)參構(gòu)結(jié)及以置設(shè)） 件元稱統(tǒng)一、一次系統(tǒng)與二次系統(tǒng) 電力系統(tǒng)中，電作為能源通過的部分稱為一次系統(tǒng)，對一次系統(tǒng)進(jìn)行測量、保護(hù)、監(jiān)控的部分稱 為二次系統(tǒng)。從控制系統(tǒng)的角度看，一次系統(tǒng)相當(dāng)于受控對象， 二次系統(tǒng)相當(dāng)于控制環(huán)節(jié)， 受控 量主要有開關(guān)電器

13、的開、合等數(shù)字量和電壓、功率、頻率、發(fā)電機(jī)功率角等模擬量。以下主要針 對一次系統(tǒng)進(jìn)行討論。二、一次系統(tǒng)單線結(jié)線圖表達(dá)電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜驮O(shè)置的最有效方式就是電氣圖， GB6988-86 電氣制圖和GB4728-85 電氣圖用圖形符號是關(guān)于電氣圖的兩部國家標(biāo)準(zhǔn)。電力系統(tǒng)的單線結(jié)線圖屬于GB6988 中簡圖（ diagram ）的范疇。所謂簡圖，是指用圖形符號、帶注釋的圍框或簡化外形表達(dá)系統(tǒng)中各組成部分之間相互關(guān)系及其聯(lián)結(jié)的一種圖。 各組成部分之間相互關(guān)系而不是具體的電路接線時， 的單線形式表示系統(tǒng)中的設(shè)備或設(shè)施來構(gòu)成簡圖， 線，如圖 1.2.2-1 所示。電力系統(tǒng)是三相系統(tǒng)， 當(dāng)我們更關(guān)心系統(tǒng)

14、中就可以用一根線表示三相線路、 用圖形符號習(xí)慣上將這種簡圖稱為單線結(jié)線圖， 或簡稱結(jié)LJ L2 L3按照所表達(dá)信息的側(cè)重點不同，單線結(jié)線圖又可分為電氣結(jié)線圖和位置結(jié)線圖兩類。1、電氣結(jié)線圖它屬于按功能布局的簡圖，主要表明系統(tǒng)中設(shè)備與線路的電氣聯(lián)系，但并不考慮它們的實際位置和幾何尺寸，如 圖122-2所示。工程。圖線結(jié)絡(luò)網(wǎng)或圖統(tǒng)系為稱圖線結(jié)氣電將常又上2、位置結(jié)線圖示所3-22.1 .圖如，徑路設(shè)敷它屬于按位置布局的簡圖，主要表明系統(tǒng)中設(shè)備、設(shè)施的位置和 的路線至X教導(dǎo)水全垃1<!）JOtftVK 屯鈣口2201即幵齊站m師發(fā)電廠220外鍛芒坯莊加咋V*電就良電氣結(jié)線圖和位置結(jié)線圖都有不同

15、的表達(dá)層次。就電氣結(jié)線圖而言， 可以是一個大區(qū)域電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)線，也可以是一座變電所的電氣主結(jié)線，甚至可以是一只配電箱的系統(tǒng)圖；就位置結(jié)線圖而言，可以是區(qū)域電網(wǎng)的地理結(jié)線圖，也可以是一棟建筑的照明或動力配電平面圖。三、結(jié)構(gòu)參數(shù)結(jié)構(gòu)參數(shù)主要有兩類，一類是系統(tǒng)中各元件的電氣參數(shù)，如額定電壓、阻抗等；另一類是非電氣參數(shù)，如體積、尺寸、重量等，這其中又以系統(tǒng)各元件的位置坐標(biāo)參數(shù)較為重要。位置參數(shù)多數(shù) 時候為二維平面坐標(biāo)， 有時也會有三維空間坐標(biāo)，如平原上架空線路的路徑，是由桿塔的平面坐標(biāo)確定的，但線路的弧垂（表明架空線路高差的一個參數(shù)），就是一個豎直方向上的坐標(biāo)。123 運行狀態(tài)描述一、運行狀態(tài)及其劃分

16、由于各種不可控因素的存在，電力系統(tǒng)不可能總是運行在我們設(shè)定的理想狀態(tài)。根據(jù)系統(tǒng)偏離理想狀態(tài)的后果，我們可以對系統(tǒng)的運行狀態(tài)進(jìn)行如下分類。態(tài)狀行運常正、1.指系統(tǒng)可持續(xù)工作， 沒有中斷系統(tǒng)正常工作的跡象顯現(xiàn)。應(yīng)特別說明，正常運行狀態(tài)并不表明系統(tǒng)處于最理想的工作狀態(tài)。例如，發(fā)電機(jī)輕載并不是最理想的狀況，但仍屬于正常運行狀態(tài)。2、不正常運行狀態(tài)指已有中斷系統(tǒng)工作或損壞系統(tǒng)的跡象岀現(xiàn)，但還不至于立刻產(chǎn)生后果，系統(tǒng)仍可以繼續(xù)運行一段時間。如過載、小接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地等。3、故障狀態(tài)指如不采取措施，系統(tǒng)就會立刻損壞或發(fā)生工作中斷。如短路，斷線等。根據(jù)狀態(tài)的持續(xù)性，我們還可將運行狀態(tài)分為穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)兩大類

17、。請注意，穩(wěn)態(tài)不一定是正常運行狀態(tài)，暫態(tài)也不一定就是故障狀態(tài)。 如系統(tǒng)過載運行就是一種穩(wěn)態(tài)， 而發(fā)電機(jī)功角或勵磁電流 的調(diào)整雖然是暫態(tài)過程，但仍屬正常運行。二、運行參數(shù)1、運行參數(shù)與本構(gòu)參數(shù)運行參數(shù)與本構(gòu)參數(shù)是相互對應(yīng)的兩類參數(shù)，屬性不同，但關(guān)系緊密。所謂本構(gòu)參數(shù)，是指由對象的結(jié)構(gòu)、材料、尺寸、制造工藝等所決定的反映對象自身特性的參數(shù)。我們前面所說的電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，實際上就是一系列元件本構(gòu)參數(shù)的集合。所謂運行參數(shù)，是指對象在工作時某些物理量的實際量值，這些量值關(guān)聯(lián)著對象的工作狀態(tài)。本構(gòu)參數(shù)與運行參數(shù)即使是同一個物理量，也具有不同的含義。 如電動機(jī)的額定功率是一個本構(gòu)參數(shù)，它是指我們設(shè)定的電

18、動機(jī)的最佳輸岀機(jī)械功率，通過正確的設(shè)計制造， 這一參數(shù)成為電動機(jī)本身的特性；而電動機(jī)工作時實際的輸岀功率，是電動機(jī)的一個運行參數(shù)，這一參數(shù)主要由電動機(jī)拖動的對象而非電動機(jī)自身決定。一般來說，本構(gòu)參數(shù)和運行參數(shù)之間會有一定的關(guān)系，這種關(guān)系一般表現(xiàn)為要求運行參數(shù)盡可能趨近本構(gòu)參數(shù)，或者要求將運行參數(shù)控制在本構(gòu)參數(shù)所確定的范圍之內(nèi)。2、運行參數(shù)與運行狀態(tài)之間的關(guān)系運行參數(shù)可以準(zhǔn)確地反映系統(tǒng)的運行狀態(tài)。長期的工程實踐發(fā)現(xiàn)，運行狀態(tài)的變化，一定伴隨著某些運行參數(shù)在量值、 特征或相互關(guān)系上的變化。因此，為了讓系統(tǒng)能自動識別自身的運行狀態(tài)，我們總是給某些參數(shù)設(shè)置臨界點，以作為判斷的依據(jù)。另外，運行參數(shù)不僅只

19、是被動地反映系統(tǒng)的運行狀態(tài)，我們還可以通過對某些運行參數(shù)的調(diào)節(jié)，在一定程度上控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)。1.2.4 表達(dá)手段的要素如前所述，語言、圖形、公式、圖表等是電力系統(tǒng)表達(dá)的主要手。素要的段手達(dá)表種各上以是則號符與語術(shù)而，段.一、術(shù)語術(shù)語是用來表達(dá)系統(tǒng)或其組成部分類別、特征、屬性、工作狀態(tài)等的技術(shù)詞匯。有些術(shù)語由相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范給予了嚴(yán)格定義，有些則是工程界約定俗成的。 對于前者，我們在使用時要準(zhǔn)確理解其內(nèi)涵與外延，而對于后者，有時會有模糊的邊界，在理解上更應(yīng)甄別它岀現(xiàn)在某一處時的準(zhǔn)確含義。如“負(fù)載” 一詞，它既可能指具體的用電設(shè)備，也可能指用電功率，還可能指的是設(shè)備阻 抗，這就需要根據(jù)實際情況來

20、判別其真實含義。二、符號(1 )圖用符號。用圖來描述電力系統(tǒng)時會用到圖用圖形符號和圖用文字符號，這兩種符號分別在國標(biāo)GB4728-85和GB7159-87中有明確規(guī)定，其中圖用文字符號還可用于其他電氣技術(shù)文件 的編制，我們會在后面陸續(xù)介紹。特別說明一下有關(guān)相序的表示。我國電工界長期習(xí)慣用A、B、C表示三相系統(tǒng)的相序，但GB4728.11-85規(guī)定：交流系統(tǒng)電源第 1、2、3相分別用L1、L2、L3表示，交流系統(tǒng)設(shè)備端第 1、2、3相分別用U、V、W表示。本書采用國標(biāo)表示方法，并且在不特指是電源還是設(shè)備端時， 統(tǒng)一用U、V、W表示相序。(2 )參量符號。當(dāng)我們用公式或圖表來表達(dá)參量之間的關(guān)系時，

21、會用到參量的符號表示。參量一般均采用西文字符來表示，并遵守國家標(biāo)準(zhǔn)或業(yè)界習(xí)慣。這里說明一下本書對下標(biāo)的使用方法。下標(biāo)一般表示參量的 屬性或所指的 對象，例如U表示電壓，加上下標(biāo)“ r”，Ur就表示“額定”電 壓，這里下標(biāo)“ r”表示了電壓 U的屬性。如果還要表表示，下標(biāo)“ M1 ”表U1的額定電壓，則 可用電明這是特指動機(jī) M1rM?明了 U所指的對象。我們約定，當(dāng)有多個下標(biāo)時，總是表示屬性的 下r標(biāo)在前，表示對象的下標(biāo)在后，中間用“ ”隔開。1.3.1 電壓等級劃分的工程背景一、電力系統(tǒng)為什么需要不同的電壓在三相交流系統(tǒng)中，三相視在功率S與線電壓U、線電流I之間的關(guān)系為：APS系為：關(guān)阻r的

22、耗與網(wǎng)絡(luò)每功率損相電傳在網(wǎng)絡(luò)中輸時產(chǎn)生的有功在視功率可見，當(dāng)傳輸功率 S一定時，電網(wǎng)損耗與電壓平方成反比。因此，提高電壓對減小電網(wǎng)損耗是有效的。電壓的升高還會減小電流的量值，對電網(wǎng)載流量的要求相應(yīng)降低，可節(jié)省有色金屬的用量，降低投資。但是，電壓也并非越高越好。 因為電壓越高，對絕緣的要求就越屬金色有省節(jié)和損網(wǎng)小減消抵會，大越就也資投的上緣絕在費花，高.及以點、性上的弱另外，高電壓在安全用量所帶來的經(jīng)濟(jì)上的好處。應(yīng)用制了它的的空間體積，也限絕緣需要占用更大使情況根據(jù)具體配、消費等環(huán)節(jié)，因此，在電能生產(chǎn)、傳輸、分標(biāo)。術(shù)經(jīng)濟(jì)指可達(dá)到最佳的技同用不的電壓，等級劃分電壓二、為什么要個著一會對應(yīng)和傳輸功率

23、，都合來看，對每一給定的傳輸距離綜制無限對電壓工程上不容許上最為合理的理論電壓值，但濟(jì)在技術(shù)經(jīng)展發(fā)產(chǎn)業(yè)的程體系，相關(guān)則就不可能建立起規(guī)范的工否地任意取值，。重制約因此而受到嚴(yán)會電的壓等級對每一個電分為有限個電壓等級，并因此，將電壓劃選中等級在這些電壓系統(tǒng)所使用的電壓只能壓給予嚴(yán)格的規(guī)定，電力實程為工要，就成足工程體系配套的需以取，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化的要求并滿 擇。選踐的必然解讀電壓及其1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)簡介電壓體系一、標(biāo)準(zhǔn)12-圖rN定壓規(guī)二、標(biāo)準(zhǔn)電 內(nèi)部分準(zhǔn)電壓1.3.要框架歸納如體 6-2007標(biāo)準(zhǔn)電壓系主 G國家標(biāo)準(zhǔn)B15。示所.務(wù)娜電莊掩isa、己備民高戊Eu時眥1. 2i行介紹定電壓 U進(jìn)U對

24、系統(tǒng)標(biāo)稱電壓和設(shè)備額點以下重的中2003)有關(guān)標(biāo)5準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)電壓(GB16-示。所容如表表我國規(guī)定的三相交流系統(tǒng)的部分標(biāo)準(zhǔn)電壓電Vk/壓電定額器壓變機(jī)電發(fā)用電力設(shè)平系統(tǒng)電額備定額系定壓均電組繞繞二次次一壓統(tǒng)壓 電 ？1r 組 UT Vk/va U T?2rU 標(biāo) Vk/G?r U Vk/D?r U 稱.電壓UN/kV0.380.380.400.380.400.400.660.660.690.669 0.60.69335 3.133.153.153.33.156636.66.36.36.66.3101010.51010.510.51110.5813.813.以系統(tǒng)標(biāo)稱電壓為據(jù)，將交流1000V

25、以下電壓稱為低壓，1000V及以上、35kV以下稱為 中壓，表中第1、2、3列該標(biāo)準(zhǔn)直接規(guī)定，第4列（變壓器額定電壓）變壓器相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)按該標(biāo)準(zhǔn)精神所做規(guī)定，第 5列（系統(tǒng)平均電壓）是工程計算中常引用的一個參量，羅列在此以備引用, 但不屬于標(biāo)準(zhǔn)中的內(nèi)容。三、系統(tǒng)標(biāo)稱電壓與設(shè)備額定電壓解讀1、分類表中的電壓可分為兩大類，一類為電力系統(tǒng)標(biāo)稱電壓U，n另一類為電氣設(shè)備額定電壓U這兩類電壓在數(shù)值上有確定的關(guān)系，r但具有不同的含義。2、系統(tǒng)標(biāo)稱電壓（Norminal voltage of system ）U NU是一個基礎(chǔ)量值，它劃分了電力系統(tǒng)的電壓 等級，設(shè)定了某一n電壓等級電網(wǎng)的正常運行電壓，也是制訂電

26、氣設(shè)備額定電壓的依據(jù)。應(yīng)當(dāng)明確，U只是一個量值的標(biāo)準(zhǔn)，它并不表示系統(tǒng)的實際運行n電壓U。比如我們說到某個10kV系統(tǒng)，是指有一個10kV電壓等級po的電網(wǎng)，我們期望在該電壓等級電網(wǎng)中，運行電壓U處處保持為po10kV，但這一點肯定是做不到的。如圖所示，當(dāng)功率沿線路傳得使，失損壓電生產(chǎn)會上抗阻在流電，抗阻著布分上路線于由，時輸.線路上各點電壓都不相同，且多數(shù)時候線路末端（負(fù)荷端）電壓會低路上最端首（電源端）多只力趨近的電壓實際運行電電代量一個值，它并不表網(wǎng)上各點的壓。+GE)35kV220kV稱為高壓，330kV及以上、1000kV以下稱為超高壓，1000kV及以上稱為特高壓3、電氣設(shè)備額定電壓

27、（rated voltage of equipment ） U r針對線路上存在電壓損失、各處電壓并不有一個點的。電壓理論上，線實際運行于電壓只是運行電壓等于系統(tǒng)標(biāo)稱電壓。因此，標(biāo)稱應(yīng)盡15.757515.8181202035353538.53766666672.6691101101101215 110222202202422310333303303637 43550550500550525相同這一事實， 如何確定電氣設(shè)備的額定電壓呢？工程上可以從兩個方面著手： 第一就是用技術(shù) 手段使電壓損失盡可能減小， 第二就是通過工程標(biāo)準(zhǔn)體系進(jìn)行合理配合。 這里僅討論后一種情況。 等于系統(tǒng)標(biāo)稱電壓 U,電

28、壓U即首先，規(guī)定用電設(shè)備的額定Er?N=1.0U,又規(guī)定用電設(shè)備的實際運行電壓允許有士 5%的偏差U。設(shè)想Er?N 一種最不利的情況，即線路首、末端都接有用電設(shè)備，這 時，首端最高運行電壓應(yīng)滿足UW 1.05U,而末端最低運行電壓應(yīng)滿足U0.95U, nn這樣，線路的電壓損失最大只能允許為 10% ，這一點也通過相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定下來。反過來看， 10%的線路電壓損失中， 5%是靠線路末端用電設(shè)備允許電壓偏差來消化的，另外5%就要靠電源端電壓升高來補償了，因此比系統(tǒng)標(biāo)稱電壓高5%，即 U=1.05 U 壓電設(shè)備的額定電發(fā)規(guī)定，Gr?Gr?U。表中第三列數(shù)據(jù)由此而來。n4、關(guān)于變壓器的額定電壓變壓器是

29、一個特殊的設(shè)備， 它的一次側(cè)相當(dāng)于用電設(shè)備 （接受電能） ，二次側(cè)相當(dāng)于發(fā)電設(shè)備 （輸 岀電能），因此它的一次繞組應(yīng)該 =1.0 U，而二次繞組應(yīng)定電壓，即U該按發(fā)電設(shè)額設(shè)按用電備規(guī)定T1r?N備規(guī)定額定電壓。由于變壓器二次繞組額定電壓定義為空載電壓，當(dāng)?shù)?5這，失損壓電的 %5 約有會上抗阻部內(nèi)其，時載負(fù)定額帶器壓變電壓損失，連同線路上 5%的電壓損失，都應(yīng)該由變壓器二次繞組輸岀電壓來補償，因此規(guī)定變 壓器二次繞組額定電壓比系統(tǒng)標(biāo)稱電壓高=1.1 U。即U10%，T?r2N但表中有些數(shù)據(jù)并不符合以上規(guī)定。 以 10kV 系統(tǒng)為例， 變壓器一、 二次繞組額定電壓除了按以上規(guī)定取為10kV（1.

30、0 U）和11kVN （ 1.1 U）外，還都可以取值為10.5kV （ 1.05 U），這是為什么呢？NN原來，作為升壓變壓器，當(dāng)變壓器與發(fā)電機(jī)連接時，由于發(fā)電機(jī)與變壓器距離很近，基本上沒有線路電壓損失， 其一次繞組額定電壓應(yīng)該 =U= 1.05 U ；而作為降額定電壓，這時U壓變壓器，等于發(fā)電機(jī)Gr1?Tr?N當(dāng)變壓器距用電設(shè)備很近（如電弧爐變壓器） 時，可不考慮補償線路電壓損失， 這時變壓器二次 繞組額定電壓只需比系統(tǒng)標(biāo)稱電壓高 5%，彌補其自身內(nèi)部的電壓損失即可。5、系統(tǒng)平均電壓 U va這是一個為方便計算而規(guī)定的參數(shù)，其取值規(guī)定為U=1.05U。 Nav電力負(fù)荷的三種含義 術(shù)語“電力

31、負(fù)荷”根據(jù)其岀現(xiàn)的地點不同，可能具有不同的含義，最典型的是以下幾種含義，理 解和使用時應(yīng)仔細(xì)甄別。一、用電設(shè)備 用電設(shè)備處于電力系統(tǒng)的最末端，完成與發(fā)電設(shè)備相反的任務(wù)。用電設(shè)備常見分類如下。（1）按照能量轉(zhuǎn)換形式， 用電設(shè)備可分為動力設(shè)備 （電能機(jī)械能） 、照明設(shè)備（電能光能） 、電熱設(shè)備（電能熱能）等。生產(chǎn)領(lǐng)域以感應(yīng)電動機(jī)類動力設(shè)備占最大比例，民用生活領(lǐng)域以照明和空調(diào)設(shè)備占最大比例。（2）按額定電壓， 又可將用電設(shè)備分為高壓和低壓兩大類。 高壓用電設(shè)備主要為 6kV 或 10kV，低壓用電設(shè)備一般為380/220V。在有些特殊場所，因安全等因素，可能使用更低電壓的設(shè)備，如 36V， 24V，

32、 6V 等。需要特別說明的是，高壓用電設(shè)備的額定電壓，在電力系統(tǒng)電壓等級分 類中屬于中壓，但就用電設(shè)備而言，一般不使用 35kV 及以上的額定電壓，為了與低壓用電設(shè)備 相區(qū)別，習(xí)慣上將 1000V 以上用電設(shè)備稱為高壓用電設(shè)備。一方面， 用電設(shè)備接受電力系統(tǒng)的電能進(jìn)行工作， 另一方面， 用電設(shè)備的工作又會對電力系統(tǒng)產(chǎn) 生反作用。 例如， 大功率電機(jī)的啟動會使附近電網(wǎng)的電壓產(chǎn)生較大的波動，感應(yīng)式電動機(jī)輕載會使功率因數(shù)降低，非線性用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波可能使電壓波形發(fā)生畸變等等，大量用電設(shè)備的整體行為還會對整個電力系統(tǒng)的運行產(chǎn)生影響。二、用電負(fù)荷撇開用電設(shè)備的具體形式， 僅以用電設(shè)備對電力系統(tǒng)的功率需

33、求來看待問題，便產(chǎn)生了用電負(fù)荷的概念。例如，一只 200W 的白熾燈和一臺 200W 的電爐，盡管用途和構(gòu)造都不相同，但從電力 系統(tǒng)的角率功、率功功有 W002 要需個一是都們他，義含的樣同有具，看來度因數(shù)為 1 的用電負(fù)荷。 用電負(fù)荷這一概念， 實際上是從功率需求的角度岀發(fā)， 給用電設(shè)備建立的 學(xué)資學(xué)習(xí)網(wǎng) 一個數(shù)學(xué)模型盡管這一數(shù)學(xué)模型簡單到只有P、Q 兩個參量。從電力系統(tǒng)的角度看，這一模型描述了用電設(shè)備與其相關(guān)聯(lián)的最本質(zhì)的因素。將以上概念稍作延伸， 我們便可以發(fā)現(xiàn)， 不僅對單臺用電設(shè)備可以用用電負(fù)荷來描述， 對若干用 電設(shè)備的集合也可以用用電負(fù)荷來描述。 比如我們可以說一回線路的用電負(fù)荷、

34、一座變電站的用 電負(fù)荷、一座城市的用電負(fù)荷 等等。需要注意的是，當(dāng)所說的用電負(fù)荷不再指一臺設(shè)備時， 其量值大小不僅包括設(shè)備功率，還包括了網(wǎng)絡(luò)損耗。三、電力用戶如果說用電負(fù)荷是一個技術(shù)范疇概念的話， 那么電力用戶便是一個經(jīng)營范疇的概念。 電力用戶是 指電能的合法使用者， 是相對于售賣電能的電力企業(yè)而言的。 電力用戶可以是一戶住戶、 一家店 面、一個建筑小區(qū)，也可以是一間工廠、一所大學(xué)、一座礦山等。電力用戶可以使用不同的供電電壓等級。住戶和商業(yè)店面等一般使用380/220V 電壓，稱為低壓用戶；一般的建筑小區(qū)、高層建筑和中、小型工廠等常由10kV 電壓供電，稱為 中壓用戶 ；一些大型建筑群、大型企

35、業(yè)、機(jī)場港口等可能使用35110kV (甚至220kV )電壓供電，統(tǒng)稱為 高壓用戶 。應(yīng)當(dāng)注意的是， 電力用戶的電壓等級與其內(nèi)部用電設(shè)備的額定電壓是兩個不同的概念。盡管從技術(shù)上看， 電力用戶內(nèi)部的電網(wǎng)也屬于電力系統(tǒng)的一部分，但從經(jīng)營的角度看， 電力企業(yè)與電力用戶之間一定會有明確的劃界點，該點稱為電力系統(tǒng)的公共連接點，縮寫為PCC 點，這一點一般就是電力企業(yè)的收費計量點， 這一點所在電網(wǎng)的電壓等級， 就是電力用戶的電壓等級， 又 稱供電電壓等級。 電力用戶內(nèi)部若有不同于其供電電壓等級的用電設(shè)備，則電力用戶自己還需要對電壓等級進(jìn)行變換。四、電力負(fù)荷在有些時候， 當(dāng)我們并不需要對以上三個概念作嚴(yán)格

36、的區(qū)分、 或為了表述簡潔而需要一個更具概 括性的術(shù)語時，我們約定，用“負(fù)荷”或“電力負(fù)荷”一詞來作籠統(tǒng)的表述。工程上，當(dāng)“負(fù)荷”指的是用電負(fù)荷時，它不僅可以理解為負(fù)荷功率，還可理解為負(fù)荷電流。1.4.2 負(fù)荷等級一、供電可靠性與負(fù)荷分級 供電可靠性是指對電力負(fù)荷電能供應(yīng)的連續(xù)性。簡單地說， 供電可靠性越高， 停電的可能性就越小。不同電力負(fù)荷對供電可靠性的要求是不同的， 這主要與停電所造成的后果有關(guān)。 根據(jù)中斷供電對 生命的傷害以及在政治、經(jīng)濟(jì)上所造成損失的嚴(yán)重程度，可以將電力負(fù)荷分為以下三級。1 、一級負(fù)荷：荷負(fù)級一為應(yīng)，者一之況情列下合符(1 )中斷供電將造成人身傷亡；(2) 中斷供電將在政

37、治、經(jīng)濟(jì)上造成重大損失；(3) 中斷供電將影響有重大政治、經(jīng)濟(jì)意義的用電單位的正常工作。在一級負(fù)荷中，當(dāng)中斷供電將發(fā)生中毒、爆炸、火災(zāi)或重要信息數(shù)據(jù)丟失等嚴(yán)重后果時，以及特 別重要場所不允許中斷供電時，應(yīng)將其視為特別重要負(fù)荷。2、二級負(fù)荷符合下列情況之一者，應(yīng)為二級負(fù)荷：( 1 )中斷供電將在政治、經(jīng)濟(jì)上造成較大損失；(2)中斷供電將影響重要電力用戶的正常工作。3、三級負(fù)荷不屬于一、二級負(fù)荷者，應(yīng)為三級負(fù)荷。負(fù)荷分級的目的， 在于正確反映電力負(fù)荷對供電可靠性要求的界限，以便恰當(dāng)?shù)剡x擇合理的供配電方式，達(dá)到合理的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。有關(guān)供配電方式問題將在下一章進(jìn)行介紹。負(fù)荷分級的定義是描述性的，在實際

38、工作中如何確定負(fù)荷等級，除了對照以上條件外，還應(yīng)該根據(jù)具體工程的性質(zhì)查閱相關(guān)的規(guī)范。比如，若工程對象為高層建筑，在確定建筑物中用電設(shè)備的負(fù)荷等級時，就應(yīng)遵守高層建筑設(shè)計防火規(guī)范等標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定。二、各級負(fù)荷對供電的要求1、一級負(fù)荷一級負(fù)荷要求至少有兩個電源供電，且當(dāng)這兩個電源中一個出現(xiàn)故障時，不會牽連到另一個。一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷，還需要配置應(yīng)急電源。應(yīng)急電源只能專供特別重要的一級負(fù)荷，-般采用應(yīng)急發(fā)電機(jī)組、蓄電池逆變電源等。2、二級負(fù)荷二級負(fù)荷供電宜有兩個回路，條件困難時可采用一路6kV及以上專線。該專線若為架空線，一個回路即可；若為電纜線路，應(yīng)由兩根電纜組成，且每根電纜都能承受100%

39、二級負(fù)荷。3、三級負(fù)荷三級負(fù)荷對供電可靠性無特殊要求。1.5.1城網(wǎng)結(jié)構(gòu)與供電設(shè)施城市電網(wǎng)是為城市送電和配電的各級電網(wǎng)的總稱，它服務(wù)于一座城市的市區(qū)及所屬（部分）郊區(qū)，簡稱城網(wǎng)。城市是最重要的電力負(fù)荷中心，電力系統(tǒng)生產(chǎn)的電能大部分消耗在城市中，因此城網(wǎng)既是電力系統(tǒng)的重要組成部分，又比農(nóng)村電網(wǎng)、 電氣化鐵路電網(wǎng)等更具典型性。此處對城網(wǎng)進(jìn)行簡介，一方面是將電力系統(tǒng)的一般概念具體化，另一方面又是為我們后面將要介紹的供配電系統(tǒng)充實背景。次層壓電與構(gòu)結(jié)層分網(wǎng)城、一.城市電網(wǎng)由送電網(wǎng)（220kV及以上）、高壓配電網(wǎng)（35110kV ）、中壓配電網(wǎng)（10kV、試驗中的 20kV ）和低壓配電網(wǎng)（0.38kV

40、 ）等各級電壓電網(wǎng)構(gòu)成，圖就是簡化的城市電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)模型。垃cVTM廠> 2麗(i dK -電岡I主瞬JHourILOkVIJ01VI'丄.：JSD/130IV1、送電網(wǎng)（主網(wǎng)架）城網(wǎng)中電壓等級最高的電網(wǎng)稱為主網(wǎng)架或骨干網(wǎng)架，也就是送電網(wǎng)， 一般要求形成雙環(huán)結(jié)構(gòu)，主網(wǎng)架上的城市變電所稱為樞紐變電所。圖所示城網(wǎng)送電電壓為220kV，由一個電源變電所和一個城市發(fā)電廠作為供電電源。 圖 1.5.1-2 為某特大城市電網(wǎng)的 500kV 主網(wǎng)架遠(yuǎn)期規(guī)劃地理結(jié)線圖，城市供電電源由域外 4 組雙回路 500kV 交流輸電線路和 2 路 500kV 直流輸電線路、以及域內(nèi) 4 座城市發(fā)電廠構(gòu)成。主

41、網(wǎng)架上的變電所均為500kV 樞紐變電所，其中有 4 座是接受域外電能的電源變電所。除變電所 M 外，所有樞紐變電所間均構(gòu)成 500kV 閉合 。能電供轉(zhuǎn)外域 向責(zé)負(fù)還 M 和 G 所電變紐樞，線結(jié)環(huán)雙2、高壓配電網(wǎng) 樞紐變電所一般不直接向市區(qū)內(nèi)的電力用戶供電， 但有可能向臨近的郊區(qū)高壓電力用戶供電。 在 市區(qū)內(nèi)， 根據(jù)負(fù)荷密度和供電半徑， 可設(shè)置若干區(qū)域變電所。 區(qū)域變電所的電源一般引自主網(wǎng)架 上的樞紐變電所，也可引自城市發(fā)電廠。區(qū)域變電所電壓等級一般為 110kV ，但在采用 500kV 送電電壓的城網(wǎng)中，也有 220kV 的區(qū)域變電所，這時 220kV 已降格為高壓配電電壓。區(qū)域變電 所

42、的二次電壓一般為 10kV 或 35kV ，尤以 10kV 居多。高壓配電網(wǎng)就是指樞紐變電所與區(qū)域變電 所之間的電力網(wǎng)絡(luò)。3、中壓配電網(wǎng)區(qū)域變電所可直接或通過開閉所間接向 10kV 及 35kV 電力用戶供電，也可向 10kV 公用變配電 所供電，由公用變配電所將電壓降為 0.38kV 后再向低壓電力用戶供電。中壓配電網(wǎng)就是指區(qū)域 變電所與公用變配電所或中壓電力用戶之間的電力網(wǎng)絡(luò)。4、低壓配電網(wǎng) 公用變配電所和電力用戶專用變電所低壓側(cè)的電力網(wǎng)絡(luò)叫做低壓配電網(wǎng)，最常見的電壓為 220/380V ，部分工業(yè)用戶（如礦山等）也有采用 380/660V 電壓的情況。 二、城市電網(wǎng)的供電設(shè)施這里只介紹由

43、上面提到的、 由城市供電企業(yè)管理的供電設(shè)施， 電力用戶內(nèi)部的設(shè)施在技術(shù)上也屬 于城網(wǎng)的一部分，將在以后的章節(jié)中詳細(xì)介紹。城市變電所： 指城市中起變換電壓等級、 并起集中和分配電能作用的供電設(shè)施， 按其一次電壓可 分為 500、330 、220、110、66、35 等六類。 城市變電所是聯(lián)系城網(wǎng)中各級電壓電網(wǎng)的中間環(huán)節(jié)， 既可向下級變電所供電，又可直接向電力用戶供電。上面提到的城市電源變電所、樞紐變電所、 區(qū)域變電所等，都屬于城市變電所。開關(guān)站：指城網(wǎng)中起接受和分配電能作用的配電設(shè)施， 沒有變換電壓等級的作用， 又稱為開閉所， 電壓等級主要為 10kV 和 35kV 。由于城市負(fù)荷密度很大，要求

44、每座變電所有很多出線回路，而 受城市用地緊張的制約， 變電所一般不可能有足夠的出線倉位， 城市道路也很少有足夠的線路通 道。為解決這一問題，可采取分級配電的技術(shù)措施， 即在負(fù)荷較密集的地點設(shè)置若干開關(guān)站， 變 電所只負(fù)責(zé)將電能饋給至開關(guān)站， 再由開關(guān)站配出多個回路滿足用戶要求。 這樣就將集中于變電 所的出線回路數(shù)壓力分散到了若干開關(guān)站處，并可增強配電網(wǎng)的靈活性。10kV 開關(guān)站常用的有一進(jìn)線五出線、兩進(jìn)線十出線等規(guī)格。公用變配電所： 指向低壓電力用戶供電的變配電所，電壓等級一般為 10/0.4kV 。這里“公用”一 詞的含義，是指由供電企業(yè)建設(shè)、管理并決定使用對象，以區(qū)別于一些電力用戶自己的“專用” 變配電所。三、城網(wǎng)的供電電源 向城市電網(wǎng)提供電能的設(shè)施統(tǒng)稱為城市供電電源。 城市供電電源， 所電變源電市城是類一另， 廠 電發(fā)市城的內(nèi)域市是類一，類兩為分可它接受從市域外電力系統(tǒng)輸送來的電能。 城