電力系統初識電力系統基本知識1所謂電力系統，是指由發電廠、電力線路、變（配）電所以及用電設備所組成的統一整體。包括電能生產、輸送、分配(轉換)、以及使用四個環節。2工廠供配電系統是指從電源線路進廠起到高低壓用電設備進線端止的整個電路系統，是由工廠變配電所、配電線路和用電設備構成的整體，以實現工廠電能的接收、分配、變換、輸送和使用。023其中各種電壓等級的電力線路及其關聯的變（配）電所，稱為電力網。電力系統簡圖03電力系統基本知識04電力系統基本知識地區一次變電所地區二次變電所1發電廠發電廠是將一次能源轉換為電能的特殊工廠根據所利用能源的不同分：火力發電廠水力發電廠原子能發電廠地熱發電廣潮汐發電廠風力發電廠太陽能發電廠等。05電力系統基本知識按發電廠的規模和供電范圍：區域性發電廠地方發電廠自備專用發電廠等。

1.1火力發電廠火力發電廠是將燃料（如煤、石油、天然氣、油頁巖等）的化學能轉換成電能的工廠。

06電力系統基本知識能量的轉換過程是：燃料的化學能→熱能→機械能→電能。07電力系統基本知識特點優點缺點213

布局靈活，裝機容量的大小可按需要決定。

建造工期短，一般為水電廠的一半甚至更短。一次性建造投資少，僅為水電廠的一半左右。

煤耗量大，目前發電用煤約占全國煤炭總產量的25%左右，加上運煤費用和大量用水，其生產成本比水力發電要高出3—4倍。

動力設備繁多，發電機組控制操作復雜，廠用電量和運行人員都多于水電廠，運行費用高。

對空氣和環境的污染大。1.2水力發電廠08電力系統基本知識

水力發電廠簡稱水電廠，它是把水的位能和動能轉換成電能的工廠。它的基本生產過程是：從河流高處或水庫內引水，利用水的壓力或流速沖動水輪機旋轉，將水能轉變成機械能，然后水輪機帶動發電機旋轉，將機械能轉變成電能。即能量的轉換過程是：水能→機械能→電能。09電力系統基本知識特點優點缺點213

優點：

可綜合利用水資源；發電成本低、效率高；運行靈活，易于實現自動化；水能可儲存和調節，適用于調峰、調頻和事故備用；不污染環境

缺點：建設投資大、工期比較長；水電廠的建設和生產受河流地形、水量及季節情況限制，有豐水期和枯水期之分，發電不均衡；建水庫需要淹沒土地、移民，還可能破壞自然界的生態平衡。

水力發電站

1.3核電廠10電力系統基本知識

核電廠是利用核能發電的電廠，核電機組與普通火力發電機組不同的是以核反應堆和蒸汽發生器替代了鍋爐設備，而汽輪機和發電機部分基本相同。核裂變能→熱能→機械能→電能11電力系統基本知識特點優點缺點213

能量密度高，消耗燃燒少；燃燒時不需要空氣助燃；發電成本低，容量越大越經濟；無溫室效應；建設費用高，運行費用低，連續運行的經濟性好。

放射性廢物不能無控制地排放到環境中；必須保證反應堆有足夠完好的冷源；在任何工況下都必須保證核反應堆可控；需要定期停堆換料。

1.3其他類型發電廠12電力系統基本知識

風能、太陽能、潮汐能、地熱能1.3我國發電量占比13電力系統基本知識

2010年電力運行情況顯示，2010年全國發電量41,413億千瓦時。其中火電33,253億千瓦時，占比80.3%；水電6,622億千瓦時，占比15.99%；核電734億千瓦時，占比1.77%；風電430億千瓦時，占比1.04%；其他374億千瓦時,占比0.9%。

2021全國發電量比例：

1：火電占比71.13%

2：水電占比14.6%

3：風力發電6.99%

4：核電占比5.02%

5：光伏發電2.26%

現在的儲能規模46.1GW(461億瓦特)，我國日發電為246億千瓦特，儲能只占日發電規模的246000/461=1/533，儲能對電網貢獻忽略不計。2電力網

14電力系統基本知識

電力網由變配電所和各種不同電壓等級的線路組成，它的任務是將發電廠生產的電能輸送、變換和分配到電能用戶。電力網按電壓高低和供電范圍的大小又分為區域網和地方網。區域網供電范圍大，且電壓一般在220kV以上；地方網供電范圍小，最高電壓一般不超過110kV。電網電壓等級：220/380V0.4KV10KV35KV110KV220KV330KV500KV750KV（我國西北電網）1000KV1150KV（俄羅斯）低壓（1kV及以下）高壓（1～330kV）超高壓（330～1000kV）特高壓（1000kV以上）3、高低壓控制裝置

15電力系統基本知識

高、低控制裝置主要用于配電的整個過程，主要是控制高壓線路接到小區的環網柜，然后由環網柜到變壓器，經變壓器降壓再到低壓柜，最后由低壓柜來連接各個用電的配電箱，完成配電任務。4用戶

16電力系統基本知識

用戶是指將電能轉換為所需要的其他形式能量的工廠或用電設備。電網電站電站電站水壩礦山油井TheEND!

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工廠供配電技術02國家標準

為了行業的健康發展，根據受電設備和供電設備的額定電壓，國家標準GB/T156—2007《標準電壓》規定了交流電力網和電力設備的額定電壓等級。所謂額定電壓，就是能使設備正常工作的電壓，設備在額定電壓下工作，其效率最高，壽命最長。電壓等級037505003302201106635——10630.660.38電網和用電設備額定電壓/kV825(800)750——550500——363330——242220——121110——72.566——38.535————13.8,15.75,18,20,22,24,2613.8,15.75,18,20,22,24,2610.5及1110及10.510.56.3及6.66及6.36.33.15及3.33及3.153.15高壓0.690.660.690.400.380.40低壓二次繞組一次繞組電力變壓器額定電壓/kV發電機額定電壓/kV分類

我國三相交流電網和電力設備的額定電壓（據GB156-2003）額定電壓1電網（電力線路）的額定電壓

2用電設備的額定電壓04發電機的額定電壓根據國民經濟發展的需要及電力工業的水平，經全面的技術經濟分析后確定。線路首端與末端的平均電壓即電網的額定電壓。用電設備的額定電壓規定與同級電網的額定電壓相同。如圖中虛線所示。發電機額定電壓規定高于同級電網額定電壓5％305額定電壓和實際電壓變壓器的二次繞組對于用電設備而言，相當于供電設備。第一種情況比用電設備額定電壓高10%第二種情況比用電設備額定電壓高5%其中5%用于補償變壓器滿載供電時，一、二次繞組上的電壓損失；另外5%用于補償線路上的電壓損失，因此適用于變壓器供電距離較長時的情況。變壓器的額定電壓分為一次繞組額定電壓和二次繞組額定電壓。升壓變壓器和降壓變壓器不同變壓器的一次繞組：相當于是用電設備，所以規定變壓器一次繞組的額定電壓與受電設備額定電壓相同。但當變壓器一次繞組直接與發電機相連時，變壓器一次繞組的額定電壓與發電機額定電壓相等。（升壓）變壓器的額定電壓3當變壓器供電距離較短時，可以不考慮線路上的電壓損失，只需要補償滿載時變壓器繞組上的電壓損失即可。06電壓偏差電壓偏差電壓偏差是由于供配電系統運行方式改變以及負荷緩慢變化而引起的，它的變動是相當緩慢的。電壓偏差允許值電動機：照明燈：一般為＋5％、－5％特殊情況可為＋5％、-10％其他用電設備：＋5％、－5％當無特殊規定時為＋5％、－5％07偏差調整2.電壓偏差的影響及其調整措施

無載調壓型變壓器，換接電壓分接頭，必須停電進行，因此是不能頻繁操作的。有載調壓型變壓器，在正常運行過程中自動地調整電壓，保證設備端電壓的穩定。(2）降低供配電系統的阻抗

（3）盡量使系統的三相負荷均衡

（4）合理地改變系統的運行方式

（5）采用無功功率的補償裝置(1)合理選擇變壓器的電壓分接頭或采用有載調壓型變壓器

08可調壓變壓器TheEND!

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工廠供配電技術02對供電的要求

電力在現代生產生活中占有十分重要的地位，是二次能源，可以方便地由其他形式的能源轉換而來，可以方便經濟地遠距離輸送和分配，也可以方便各種電氣設備使用，并且在使用中還具有便于調度、測量和實現自動控制的優點。

但是如果工礦企業的電力供應突然中斷，則將對企業生產造成嚴重的后果，甚至可能發生重大的設備損壞事故或人身傷亡事故。

做好供配電工作，對于保證企業生產的正常進行和實現工業現代化具有十分重要的意義。因此，對電能的供應和使用要求如下。(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。(2)可靠。應滿足電能用戶對供電可靠性的要求。(3)優質。應滿足電能用戶對電壓和頻率等質量的要求。(4)經濟。供電系統的投資要少，運行費用要低，并盡可能地節約電能和減少有色金屬的消耗量。

這些要求既相互關聯，又經?；ハ嘀萍s和相互矛盾。因此，需要統籌兼顧，從全局觀點折中考慮滿足供配電的四項基本要求。03電能質量的定義

衡量電能質量的三個基本參數

電壓、頻率、諧波（供電部門）（用戶）電氣設備的額定頻率和額定電壓：是其正常工作且能獲得最佳經濟效果的頻率和電壓。一般交流電力設備的額定頻率為50Hz,此頻率通稱為“工頻”，對工廠供電系統來說，提高電能質量主要是提高電壓質量的問題。04頻率

我國電力系統的額定頻率規定為50Hz，一般情況允許偏差不超過±0．2Hz。如果電力系統容量在3000MW以下時，偏差可放寬到±0．5Hz，即頻率的波動范圍在49．5～50．5Hz內視為符合要求。

頻率變化對電力系統中發電廠的廠用電影響更嚴重，它將影響電力系統的穩定運行。在電力系統中設有自動按頻率減負荷裝置，當電力系統頻率下降時，該裝置能自動切除某些次要負荷，確保頻率質量。電力系統任一瞬間全系統的頻率是一致的，在穩定運行的情況下，頻率決定于所有機組的轉速，機組轉速主要決定于輸出功率和輸入功率的平衡情況。05電壓

電壓偏差稱電壓偏移，是指給定瞬間設備的端電壓U與設備額定電壓UN之差，通常用它對額定電壓UN的百分值來表示，即△U％＝（U-UN）/UN×l00％電壓的波動---電網電壓有效值（方均根值）的快速變動電壓的波形---用其對正弦波形畸變的程度來衡量電壓偏差對設備運行的影響電壓偏差對設備的工作性能和使用壽命有很大影響。

1、將直接影響電器設備的使用壽命

2、將增加用電設備的能耗

3、將使居民用電量大幅增加

4、電氣設備損壞可能性加大，跳閘次數增多06諧波諧波（harmonic）的含義

按傅里葉級數分解的一系列頻率為基波頻率整數倍的高次諧波正弦電流高次諧波的干擾成了當前系統中影響電能質量的一大“公害”，亟待采取對策。高次諧波的產生

由于系統中有非線性元件存在，有高次諧波電流或電壓產生，主要是大功率開關器件的使用，尤其是晶閘管的使用。諧波的危害07電網諧波引起電氣自動裝置誤動作，甚至發生嚴重事故

干擾其它電子設備，使之工作失常。諧波還會使電力測量表計，有功計量表和電度表的計量誤差增大

增加電能的消耗量

干擾通訊設備、計算機系統等電子設備的正常工作，造成數據丟失或死機使電氣設備過熱，振動和噪聲加大，加速絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發生故障或燒毀

造成燈光亮度的波動(閃變)，影響工作效益

產生渦流、阻尼作用，使電氣設備局部過熱、噪聲加大

08諧波的抑制措施三相整流變壓器采用Yd或Dy聯結增加整流變壓器二次側的相數裝設分流濾波器大容量的非線性負荷由短路容量較大的電網供電使各臺整流變壓器二次側互有相角差選用Dyn11聯結組三相配電變壓器APFTheEND!

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工廠供配電技術02電力系統的中性點運行方式123課程內容中性點不接地電力系統中性點經低阻抗接地中性點直接接地系統03中性點的定義定義：在三相交流電力系統中，作為供電電源的發電機和變壓器采用星型（Y）連接，將星型連接的公共點稱為中性點。中性點不接地系統04

當系統發生單相接地故障時，假設C相接地。這時C相對地電壓為零，而A，B相對地電壓相電壓變為線電壓，升高為原來的倍。接地電流超前電壓UC90度。大小為原來的3倍。中性點經消弧線圈接地系統05小電流接地系統單相接地電流大于一定值時，電力系統中性點必須采取中性點經阻抗線圈接地的運行方式。下圖是電源中性點經消弧線圈接地的電力系統發生單相接地時的電路圖和相量圖。中性點直接接地的電力系統06中性點直接接地系統發生單相短路時，非故障相對地電壓不變，電氣設備絕緣水平可按相電壓考慮。大電流接地系統07低壓配電系統的接地形式

低壓配電系統的接地是指終端變電所變壓器二次側中性點的接地與電氣設備裸漏可導電外殼的接地。

低壓配電系統，按保護接地形式，分為TN系統、TT系統和IT系統。TN系統的第一個字母T表示系統電源中性點直接接地，第二個字母N表示所有電氣設備外露導電部分通過與接地的電源中性點的連接而接地。

電氣設備的TN系統和TT系統均采取中性點直接接地的方式，而且引出有中性線或保護中性線，這除了便于接單相負荷外，還考慮到安全保護的要求，一旦發生單相接地故障，即形成單相短路，快速切除故障，有利于保障人身安全，防止觸電。08IT系統

I高阻抗接地IT系統中的所有設備的外露可導電部分也都各自經PE線單獨接地。T直接接地09TT系統

TT系統中所有設備的外露可導電部分均各自經PE線單獨接地。T直接接地T直接接地TN系統10TN方式的供電系統又細分為TN-C（N線與PE線合并）系統、TN-S（N線與PE線獨立）系統和TN-C-S（N線與PE線前段合并后段分離）系統，如圖所示。

電源中性點直接接地，所有設備的外露可導電部分均接公共的保護線（PE線）或公共的保護中性線（PEN線）。由于TN供電系統是將電氣設備的金屬外殼與工作零線相接的保護系統，故TN系統又稱為“接零”保護系統。中性點直接接地的電力系統11三相負荷不平衡或者只有單相用電時，PEN線有電流通過，能夠滿足一般供電的可靠性要求，投資小，節約金屬，在低壓配電系統中應用最為普遍。PE線正常情況下無電流通過，無電磁干擾，N線斷線不影響用電設備，提高了安全性，多用于環境條件差、對安全可靠性高及對電磁干擾較嚴格的場合。兼有以上兩者的優點，用于環境條件差且要求無電磁干擾的數據處理或者精密檢測裝置等設備的場所。TN-CTN-STN-C-S圖例12接地線TTheEND!

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工廠供配電技術02負荷與負載的定義負荷：負荷是指電網所需供電的設備的總電功率需求。簡單來說，負荷就是在電網中消耗電功率的各種設備和電器的總和。負載：負載是指通過電網提供電能的設備、電器或者其他載體，在運行時對電網的電能消耗和使用。負載是指通過電網提供電能的設備、電器或者其他載體，在運行時對電網的電能消耗和使用。區別：負載和負荷是兩個不同的概念。負荷是指電力系統所需供電設備的總功率需求，而負載是指使用電力系統提供的電能的設備、電器或其他載體。負荷的大小和穩定性對電力系統的穩定運行非常重要，因為它關系到電網的供應能力和穩定性；而負載的特性和大小對電氣設