內容提要：本章概述供電系統的一些基本知識和基本問題。首先簡要說明供電的意義、要求。其次說明了工廠供電系統的構成，并介紹發電廠、變配電所、電力網及電能的傳輸。然后重點論述了工廠供電系統中關系到工廠供電系統質量的電壓、頻率問題，不同設備和線路的供配電電壓標準及其電壓等級的選擇。最后簡要介紹了電力系統的幾種中性點運行方式。

第1章概論第1章概論第一節工廠供電的意義、要求及課程任務第二節工廠供電系統第三節電力系統的電壓與電能質量第四節電力系統中性點運行方式第一節工廠供電的意義、要求及課程任務工廠供電（plantpowersupply），就是指工廠所需電能的供應和分配。定義

意義工廠供電對于發展工業生產，實現工業現代化，具有十分重要的意義。要求安全可靠優質經濟美國大停電2003年8月14日，美加部分地區發生歷史最大規模的停電，包括紐紐在內的美東部八個州大面積受災，涉及人口約五千萬。

大停電造成巨大經濟損失。工業生產中斷，僅以汽車業為例，美國三大汽車制造商的54間工廠被迫關閉；交通運輸業受創，紐約、底特律、克里夫蘭等城市的機場關閉、航班取消；商業、娛樂業也受到較大沖擊，紐約的時代廣場、百老匯大街一片漆黑，失去了往昔的風采。據美林公司首席美國經濟學家估計，停電每天給美國造成的經濟損失在200-300億美元之間，總損失可能超過500億美元。

第一節工廠供電的意義、要求及課程任務第一節工廠供電的意義、要求及課程任務第二節工廠供電系統、電力系統

一切大規模現代化工農業生產、交通運輸和人民生活都需要電能。電能是由發電廠生產，但發電廠往往距離城市和工業中心很遠，這就需要將電能經過線路輸送到城市或工業企業。為了減少輸電時的電能損耗，輸送電能時要升壓，采用高壓輸電線路將電能輸送給用戶，同時為了滿足用戶對電壓的要求，輸送到用戶之后還要經過降壓，而且還要合理地將電能分配到用戶或生產車間的各個用電設備。

一、電力系統的基本概念

圖1-8電力系統示意圖

發電機生產的電能，受發電機制造電壓的限制，不能遠距離輸送。因此，通常使發電機的電壓經過升壓達220～500kV，再通過超高壓遠距離輸電網送往遠離發電廠的城市或工業集中地區，通過那里的區域降壓變電所將電壓降到35～110kV，然后再用35～110kV的高壓輸電線路將電能送至工廠降壓變電所降至6～10kV配電或終端變電所。如圖所示。

2.1電力系統的基本概念

電能的生產供用電環節變壓輸配電使用2.1電力系統的基本概念

特點：1、電能從生產——傳輸——消費的全過程，幾乎是同時進行的；而且，發電量是隨著用電量的變化而變化，生產量和消費量是嚴格平衡的。2、電力系統中的暫態過程是非常迅速的。2.1電力系統的基本概念

2.1.1發電廠(powerplant）

三峽水庫正常蓄水位175米時，大壩下游的最低水位為62米，則三峽水電站的最大水頭為113米；汛期限制水位為145米時，大壩下游的最高水位為74米，則三峽水電站的最小水頭為71米，一年內的加權平均水頭為90.1米。三峽工程第11年第一批機組發電時的上游水位為135米，汛期大壩下游的最高水位為74米，則三峽水電站初期運行時的最小水頭為61米。單機容量為70萬千瓦的水輪發電機組，額定工況下每秒鐘需要通過的水量為950立方米。具有上述水頭和水量的水流，從底部高程為110米的水電站進水口，流入內徑為12.4米的壓力鋼管，通過壓力鋼管再流入壩后式電站廠房的蝸殼，水流的巨大沖擊力使水輪機以每分鐘75轉的速度轉動起來，與水輪機在同一根主軸上的發電機也以同樣的速度轉動起來，即可發出強大的電力。三峽水電站

三峽水電站左岸廠房安裝14臺水輪發電機組，右岸廠房安裝12臺，總共裝機26臺；單機容量70萬千瓦，裝機總容量為1820萬千瓦。每年平均年發電量為846.8億千瓦時，相當于我國1992年全年發電量的近七分之一。

目前世界上最大的水電站是位于南美洲巴拉那河上的由巴西、巴拉圭兩國合建的伊泰普水電站，總共裝機18臺，單機容量70萬千瓦，裝機總容量為1260萬千瓦；多年平均年發電量為710億千瓦時。

2.1電力系統的基本概念

2.1.1發電廠(powerplant）三峽水電站2.1電力系統的基本概念

2.1.1發電廠(powerplant）三峽水電站電能的分配與輸送三峽水電站發出的強大電力將送往華中，華東地區和廣東省。輸電線路全部采用500KV超高壓線路。（我國目前輸電線路最高電壓已達750KV）

三峽水電站共將引出15條超高壓交流輸電線路。其中3條線路通過換流站將交流電轉換成直流電后，再通過±500千伏直流輸電線路，2條送往華東、1條送往廣東。降壓變電所地區降壓變電所

終端變電所

工廠降壓變電所及車間變電所

地區降壓變電所又稱為一次變電站。位于一個大用電區或一個大城市附近，從220kV～500kV的超高壓輸電網或發電廠直接受電，通過變壓器把電壓降為35～110kV，供給該區域的用戶或大型工廠用電。

終端變電所又稱二次變電站，多位于用電的負荷中心，高壓側從地區降壓變電所受電，經變壓器降到6～10kV，對某個市區或農村城鎮用戶供電。

工廠降壓變電所又稱工廠總降壓變電所，與終端變電所類似，它是對企業內部輸送電能的中心樞紐。車間變電所接受工廠降壓變電所提供的電能，將電壓降為220/380V，對車間各用電設備直接供電。

2.1.2變配電所2.1電力系統的基本概念

電力系統中各級電壓的電力線路及與其連接的變電所，總稱為電力網，簡稱電網。電力網是電力系統的一部分，是輸電線路和配電線路的統稱，是輸送電能和分配電能的通道。電網由各種不同電壓等級和不同結構類型的線路組成，從電壓的高低可將電力網分為低壓網、中壓網、高壓網和超高壓網等。電壓在1kV以下的稱低壓網；1kV到10kV的稱中壓網；高于10kV低于330kV的稱高壓網；330kV及以上的稱超高壓網。2.1電力系統的基本概念

2.1.3電力網

電網按電壓高低和供電范圍大小可分為區域電網和地方電網。區域電網的供電范圍大，電壓一般在220kV及以上；地方電網的供電范圍小，電壓一般為35～110kV。電網也往往按電壓等級來稱呼，如說10kV電網或10kV系統，就是指相互連接的整個10kV電壓的電力線路。2.1電力系統的基本概念

2.1.3電力網2.2工廠供電系統概況圖1-3具有總降壓變電所的工廠供電系統簡圖2.2.2大型工廠供電具有總降壓變電所。電源進線３５ＫＶ經過兩次降壓2.2工廠供電系統概況如圖1-４所示，這種高壓深入負荷中心的支配方式，可以節省一級中間變壓，從而簡化了供配電系統，節約有色金屬，降低電能損耗和電壓損耗，提高供電質量。

圖1-４高壓深入負荷中心的供配電系統的系統圖只有一個變電所或配電所的企業供配電系統，如圖1-５所示，這種降壓變電所相當于上述的車間變電所。圖1-５只有一個降壓變電所的企業供配電系統的系統圖2.2工廠供電系統概況第三節電力系統的電壓與電能質量3.1概述

決定用戶供電質量的指標為：

電壓

頻率

可靠性

充分考慮每個用電設備的工作特點和對供電質量指標的具體要求，設計一個安全、可靠、靈活、經濟的供電系統對保證工業企業安全生產、節電節能、提高勞動生產率等方面具有重要意義。第三節電力系統的電壓與電能質量3.1概述

供電質量的主要指標——頻率

我國規定的電力系統標稱頻率（俗稱工頻）為50Hz，國際上標稱頻率有50Hz和60Hz兩種。由電力系統供電的交流用電設備的工作頻率應與電力系統標稱頻率相一致。為了達到某種特殊目的，有些用電設備需在其它頻率下工作，則可配以專用變頻電源供電，如高頻加熱、變頻電動機調速等。用戶供電系統的電壓頻率是由電力系統保證的。我國國標規定，電力系統正常頻率偏差允許值為±0.2Hz，當系統容量較小時，偏差值可以放寬到±0.5Hz。第三節電力系統的電壓與電能質量3.1概述

供電質量的主要指標——電壓

理想的供電電壓應該是幅值恒為額定值的三相對稱正弦。由于供電系統存在阻抗、用電負荷的變化和用電負荷的性質（如沖擊負荷、非線性負荷）等因素，實際供電電壓無論是在幅值上、波形上還是三相對稱上都與理想電壓之間存在著差異。電壓質量是按照國家標準或規范對電力系統電壓的偏差、波動、波形及其三相的對稱性（平衡性）的一種質量評估。第三節電力系統的電壓與電能質量3.1概述

供電質量的主要指標——電壓：電壓偏差

《電能質量供電電壓允許偏差》（GB12325－90）規定電力系統在正常運行條件下，用戶受電端供電電壓的允許偏差為：

1）35kV及以上供電和對電壓質量有特殊要求的用戶為額定電壓的＋5％～－5％；

2）10kV及以下高壓供電和低壓供電允許偏差為＋7％～－7％；

3）低壓220V單相供電電壓的允許偏差為＋5％～

－10％。供電質量的主要指標——電壓：電壓偏差

在工業企業中，改善電壓偏差的主要措施如下：

（1）進行無功功率補償；無功負荷的變化在電網各級系統中均產生電壓偏差，它是產生電壓偏差的源，因此，合理進行無功功率補償，及時調整無功功率補償量，從源上解決問題，是最有效的措施。（2）正確選擇無載調壓型變壓器的電壓分接頭或采用有載調壓型變壓器；（3）合理減少系統的阻抗；（4）合理改變系統的運行方式；（5）盡量使系統的三相負荷均衡。第三節電力系統的電壓與電能質量3.1概述

第三節電力系統的電壓與電能質量3.1概述

供電質量的主要指標——電壓：電壓波動

電壓波動（Fluctuation）是指電網電壓有效值（方均根值）一系列的變動或連續的改變。閃變（Flick）由電壓波動引起的燈光閃爍對人眼腦產生的刺激效應。電壓波動值以用戶公共供電點的相鄰最大與最小電壓方均根值之差對電網額定電壓的百分值來表示；電波波動的頻率用單位時間內電壓波動（變動）的次數來表示。第三節電力系統的電壓與電能質量3.1概述

供電質量的主要指標——電壓：電壓波動

電壓波動的抑制措施：1）對負荷變動劇烈的大型電氣設備，采用專用線路或專用變壓器單獨供電。2）設法增大供電容量，減小系統阻抗。3）在系統出現嚴重的電壓波動時，減少或切除引起電壓波動的負荷。4）對大容量電弧爐的爐用變壓器，宜由短路容量較大的電網供電，一般是選用更高電壓等級的電網供電。5）對大型沖擊性負荷，可裝設能“吸收”沖擊無功功率的靜止型無功補償裝置。第三節電力系統的電壓與電能質量3.1概述

電網諧波及其抑制一、電網諧波的含義對周期性非正弦電量進行傅立葉級數分解，除了得到與電網基波頻率相同的分量外，還得到一系列大于電網基波頻率的分量，這部分電量稱為諧波。諧波頻率與基波頻率的比值n=fn/f1)稱為諧波次數。二、諧波源在供電系統中，理想的電壓和電流波形應為純正弦波，實際上電壓和電流波形都含有諧波。向公用電網注入諧波電流或在公用電網上產生諧波電壓的電氣設備稱為諧波源。第三節電力系統的電壓與電能質量3.1概述

電網諧波及其抑制

根據傅立葉變換原理，通常任何信號都可表示成各種頻率成分的正弦波之和。

A0是頻率為零的直流分量，式中第三節電力系統的電壓與電能質量3.1概述

電網諧波及其抑制二、諧波源使電力系統產生諧波的因素很多，可歸納為兩大類：第一類為電力系統中的發電機和變壓器，通常發電機產生的諧波很小，而變壓器由于其鐵芯的非線性磁化特性，變壓器勵磁電流波形嚴重畸變。變壓器勵磁電流中波形電流中諧波成分主要為3次和5次。第二類諧波源主要為電力用戶中的非線性特性的電氣設備，例如帶有功率電子器件的變流設備，交流控制器和電弧爐、感應爐、熒光燈、變壓器等。這些設備取用的電流是非正弦形的，其諧波分量使系統正弦電壓產生畸變。諧波電流的量取決于諧波源設備本身的特性及其工作狀況。第三節電力系統的電壓與電能質量電網諧波及其抑制三、諧波危害諧波增加電氣設備的熱損耗，干擾其功能甚至引發故障。另外諧波可對信息系統產生頻率藕合干擾。1.電動機

諧波電壓在電動機短路阻抗上產生的諧波電流和電動機負序基波電流I一起使設備產生附加熱損耗，并且在電動機起動時容易發展成干擾力矩。

2.電容器

由于電容器對于諧波的阻抗很小，因此電容器很容易過負荷甚至燒毀。3.電子裝置

諧波電壓可使晶閘管觸發裝置發生觸發錯誤，甚至導致設備故障。諧波也會對電網音頻控制系統和計算機產生不良影響。

4.通訊系統

在2.5kHz以下導線間電感電容藕合作用隨頻率呈近似線性上升，特別是較高次諧波會對通訊及信息處理設備產生干擾。第三節電力系統的電壓與電能質量3.1概述

電網諧波及其抑制四、諧波抑制1）三相整流變壓器采用YD或DY聯結2）將三相橋式電路的脈動數從6提高到12，將多個諧波源接于同一段母線，利用諧波的相互補償作用也可降低電網諧波含量。

3）當諧波量超出規程允許值或者電網在諧波范圍內有諧振時，通常設置單調諧濾波器吸收特征諧波。對于13次及以上的諧波，可設置一個高通濾波器。4）電容器可通過串聯電抗器形成諧波阻塞回路，以防止電容器諧波過負荷。5）選用Dyn11聯結組三相配電變壓器。第三節電力系統的電壓與電能質量3.1概述

三相不平衡及其改善一、三相不平衡的產生在三相供電系統中，如果三相的電壓、電流幅值或有效值不等，或者三相的電壓或電流相位差不為120o時，則稱此三相電壓或電流不平衡。不平衡的三相電壓或電流，按對稱分量法，可分解為正序分量、負序分量和零序分量。正序分量：三相幅值相等，相位為A1相超前B1相120度，B1相超前C1相120度。負序分量：三相幅值相等，相序與正序相反。零序分量：三相幅值、相位均相等。第三節電力系統的電壓與電能質量3.1概述

三相不平衡及其改善一、三相不平衡的產生任何正、負、零對稱分量，可合成一組不對稱分量。第三節電力系統的電壓與電能質量3.1概述

三相不平衡及其改善一、三相不平衡的產生三相供電系統中出現三相不平衡的主要原因是：

三相負荷不平衡；

短路故障。二、危害三、措施第三節電力系統的電壓與電能質量3.2三相交流電網和電力設備的額定電壓

電網電壓是有等級的，電網的額定電壓等級是根據國民經濟發展的需要、技術經濟的合理性以及電氣設備的制造水平等因素，經全面分析論證，由國家統一制定和頒布的。

工廠電網和電氣設備的額定電壓可以是不同的電壓等級，但均應符合國家關于額定電壓的規定。

額定電壓為了便于電器制造業的生產標準化和系列化，國家規定了標準電壓等級系列。在設計時，應選擇最合適的額定電壓等級。所謂額定電壓，就是指某一電器(電動機、電燈等)、發電機和變壓器等在正常運行時具有最大經濟效益時的電壓。

額定電壓的確定我國規定了電力設備的統一等級標準。但當線路中輸送功率時，沿線路有電壓損失，因而電力網中各點的電壓是不同的。距離電源愈遠的點電壓愈低，并且隨輸送功率的增大，電壓損失也增大。

而受電器是按標準化生產的，不可能按照圖示各點的不同電壓來制造電器，而且電力網中各點的電壓，也并不是恒定的。為了使所有受電器的實際端電壓與它的額定電壓之差最小，顯然應該采取一個中間值，即取Ue＝(U1+U2)／2來作為受電器的額定電壓。該電壓也就規定為電力網的額定電壓。第三節電力系統的電壓與電能質量3.2三相交流電網和電力設備的額定電壓

第三節電力系統的電壓與電能質量3.2三相交流電網和電力設備的額定電壓

電網和用電設備額定電壓交流發電機額定線電壓變壓器額定電壓一次電壓二次電壓0.220.383610-35661102203305000.230.403.156.310.515.75------0.220.383及3.156及6.310及10.515.7535601102203305000.230.403.15及3.36.3及6.610.5及11-38.566121242363525第三節電力系統的電壓與電能質量3.2三相交流電網和電力設備的額定電壓

發電機額定電壓的確定通常認為用電設備一般允許電壓偏移±5％，而沿線的電壓降一般為l0％，這就要求線路始端電壓為額定值的105％，以使其末端電壓不低于額定值的95%。發電機接于電力線路始端，因此，發電機發電機電壓一般比電力網額定電壓高5％。第三節電力系統的電壓與電能質量3.2三相交流電網和電力設備的額定電壓

變壓器額定電壓的確定

變壓器額定電壓的規定略為復雜。根據變壓器在電力系統中輸送功率的方向，規定變壓器接受功率一側的繞組為一次繞組，輸出功率一側的繞組為二次繞組。分兩種情況進行討論：1)接到電力網始端即發電機電壓母線的變壓器(T1)。2)接到電力網受電端的變壓器(T2)。第三節電力系統的電壓與電能質量3.2三相交流電網和電力設備的額定電壓

變壓器（T1）一次側電壓由于發電機電壓一般比電力網額定電壓高5％，而且發電機至該變壓器間的連線壓降較小，為使變壓器一次繞組電壓與發電機額定電壓相配合，可以采用高出電力網額定電壓5％的電壓作為該變壓器一次繞組的額定電壓。

變壓器(T2)一次側電壓

其一次繞組可以當做受電器看待，因而其額定電壓取與受電器的額定電壓即電力網額定電壓相等。變壓器(T2)一次側電壓其一次繞組可以當做受電器看待，因而其額定電壓取與受電器的額定電壓即電力網額定電壓相等。第三節電力系統的電壓與電能質量變壓器二次側電壓

由于變壓器二次繞組的額定電壓，是指變壓器空載情況下的額定電壓。當變壓器帶負載運行時，其一,二次繞組均有電壓降，二次繞組的端電壓將低于其額定電壓，如按變壓器滿載時一、二次繞組壓降為5％考慮，為使滿載時二次繞組端電壓仍高出電力網額定電壓5％,則必須選變壓器二次繞組（如T1、T2）的額定電壓比電力網額定電壓高出10％。

當電力網受端變壓器供電的線路很短時，其線路壓降很小，也可采用高出電力網額定電壓加上5%，作為該變壓器二次繞組的額定電壓。3.2三相交流電網和電力設備的額定電壓

第三節電力系統的電壓與電能質量例題試指出如下圖所示的供電網絡中，變壓器1B二次繞組、2B一次繞組及線路cd段的額定電壓。解：1B二次繞組U2n應為35KV+10%（35KV）=38.5KV2B一次繞組U1n應等于線路ab段的額定電壓Uab.n即為35KV

線路cd段的Un應等于用電設備額定電壓，即為10KV。第四節電力系統中性點運行方式4.1電力系統中性點運行方式

在電力系統中，當變壓器或發電機的三相繞組為星形聯結時，其中性點可有兩種運行方式：中性點接地和中性點不接地。中性點直接接地系統常稱大電流接地系統，中性點不接地和中性點經消弧線圈(或電阻)接地的系統稱小電流接地系統。電力系統中性點運行方式a)中性點直接接地b)中性點不接地c)中性點經消弧線圈接地d)中性點經阻抗接地

第四節電力系統中性點運行方式4.1電力系統中性點運行方式1．中性點直接接地方式優點：這種方式下的非故障相對地電壓不變，電氣設備絕緣按相電壓考慮，降低設備要求。在中性點直接接地的低壓配電系統中，如為三相四線制供電，可提供380／220V兩種電壓，供電方式更為靈活。缺點：這種運行方式發生一相對地絕緣破壞時，就構成單相短路，供電中斷，可靠性會降低。第四節電力系統中性點運行方式2．中性點不接地方式優點：在正常運行時，各相對地分布電容相同，三相對地電容電流對稱且其和為零，各相對地電壓為相電壓。這種系統中發生一相接地故障時，線間電壓不變。缺點：發生一相接地故障時，非故障相對地電壓升高到原來相電壓的

倍。故障相電容電流增大到原來的3倍。電氣設備的絕緣要按線電壓來選擇。

第四節電力系統中性點運行方式3．中性點經消弧線圈接地方式單相接地電容電流IC大于一定值時電力系統中性點就應改為經消弧線圈接地的運行方式，如圖1-9所式。消弧線圈實際上就是一種帶有鐵心的電感線圈，其電阻很小，感抗很大，而且可以調節。當此系統發生單相接地時，流過接地點的總電流是接地電容電流與流過消弧線圈的電感電流的相量和。4.1電力系統中性點運行方式第四節電力系統中性點運行方式結論:我國3-66KV的電力系統,特別是3-10KV的系統,一般采用中性點不接地的運行方式。如果單相接地電流大于一定值時（3-10KV系統中單相接地電流大于30A，20KV及以上系統中單相接地電流大于10A）時，則應采用中性點經消弧線圈接地的中性點運行方式或低電壓電阻接地的運行方式。110KV及以上的電力系統，則都采用中性點直接接地的運行方式。4.2低壓配電系統的接地型式第四節電力系統中性點運行方式我國220/380V低壓配電系統，廣泛采用中性點直接接地的運行方式，而且引出中性線N、保護線PE、保護中性線PEN。中性線（N線）的功能：一是用來接額定電壓為系統相電壓的單相用電設備；二是用來傳導三相系統中的不平衡電流和單相電流；三是減小負荷中性點的電位偏移。

保護線（PE線）的功能：它是用來保護人身安全、防止發生觸電事故的接地線。保護中性線（PEN線）：它兼有中性線（N線）和保護線（PE線）的功能這種保護中性線在我國通稱為“零線”，俗稱“地線”。低壓配電系統按接地形式，分為TN系統，TT系統和IT系統。第四節電力系統中性點運行方式4.2低壓配電系統的接地型式TN-C其中性點引出PEN線，此種系統由于N線與PE線合而為一，節約了導線材料，比較經濟。但由于PEN線中有電流通過，可對接PEN線的某些設備產生電磁干擾，因此此種系統不適于對電磁干擾要求高的場所。

此外，如果PEN線斷線，可使接PEN線的設備外露可導電部分帶電而造成人身觸電危險，因此TN—C系統也不適于安全要求高的場所。PEN線上不得裝設開關和熔斷器，以免PEN線斷開造成事故。第四節電力系統中性點運行方式4.2低壓配電系統的接地型式低壓配電的TT系統這種系統適于對抗電磁干擾要求較高的場所。但這種系統若有設備因絕緣不良或損壞使其外露可導電部分帶電時，由于其漏電電流一般很小往往不足以使線路的過電流保護裝置動作，從而增加了觸電危險，因此為保障人身安全，此種系統中必須裝設靈敏的漏電保護裝置。第四節電力系統中性點運行方式4.2低壓配電系統的接地型式TN—S

由于PE線與N線分開，PE線中沒有電流通過，因此不會對設備產生電磁干擾，所以這種系統適合于對抗電磁干擾要求高的數據處理、電磁檢測等實驗場所。當PE線斷線時不會使接PE線的設備外露可導電部分帶電，因此比