任务一 了解供电系统

电能是现代人们生产和生活的重要能源。电能既易于由其他形式的能量转换而来，又易于转换为其他形式的能量以供应用。电能的输送和分配既简单经济，又易于控制、调节和测量，利于实现生产过程的自动化。因此，电能在工农业生产、交通运输、科学技术、国防建设等各行各业和人民生活方面得到广泛应用。

工厂供电，是指工厂所需电能的供应和分配问题。由于电能的生产、输送、分配和使用的全过程，实际上是在同一瞬间实现的，因此，在介绍工厂供电系统之前，有必要先了解工厂供电系统电源方向的电力系统的一些基本知识。

一、电力系统的基本概念

由发电厂、电力网和电能用户组成的一个发电、输电、变配电和用电的整体，称为电力系统，如图1.1所示。

1.发电厂

发电厂又称发电站，它是将自然界蕴藏的多种形式的能源转换为电能的特殊工厂。发电厂的种类很多，一般根据所利用能源的不同分为火力发电厂、水力发电厂、原子能发电厂。此外，还有风力、地热、潮汐、太阳能等发电厂。

水力发电厂简称水电厂或水电站（图1.2），它利用水流的势能来生产电能。当控制水流的闸门打开时，水流沿进水管进入水轮机蜗壳室，冲动水轮机，带动发电机发电，如图1.3所示。

其能量转换过程：

按提高水位的方法分类，水电厂有坝后式水电厂、引水式水电厂、混合式水电厂三类。我国一些大型水电厂包括正在建设中的长江三峡水电厂都属于坝后式水电厂。

火力发电厂简称火电厂或火电站（图1.4），它利用燃料的化学能来生产电能。我国的火电厂以燃煤为主，随着西气东输工程的竣工，将逐步扩大天然气燃料的比例。火力发电的原理：燃料在锅炉中充分燃烧，将锅炉中的水转换为高温高压蒸汽，蒸汽推动汽轮机转动，带动发电机旋转发出电能，如图1.5所示。

其能量转换过程：

现代火电厂一般都根据环保要求，考虑了“三废”（废水、废渣、废气）的综合利用，并且不仅发电，而且供热（供应蒸汽和热水）。这种既供电又供热的火电厂，称为“热电厂”或“热电站”。热电厂一般靠近城市或工业区。

核能发电厂又称核电站。它主要是利用原子核的裂变能（即核能）来生产电能。它的生产过程与火电厂基本相同，只是以核反应堆（俗称原子锅炉）代替了燃煤锅炉，以少量的核燃料取代了大量的煤炭等燃料。广东大亚湾核电厂外景如图1.6所示，其生产过程如图1.7所示。

其能量转换过程：

由于核能是极其巨大的能源，而且核电建设具有重要的经济和科研价值，所以世界各国都很重视核电建设，核电发电量的比重正在逐年增长。我国在20世纪80年代就确定要适当发展核电，并已陆续兴建了秦山、大亚湾、岭澳等几座大型核电站。

2.电力网

电力系统中各级电压的电力线路及其联系的变电所，称为电力网或电网。电力网是电力系统的重要组成部分。电力网的作用是将电能从发电厂输送并分配到各电能用户。

（1）变配电所

变配电所（图1.8）又称变配电站。变电所是接受电能、变换电压和分配电能的场所；而配电所只用来接受和分配电能。两者的区别，在于变电所装设电力变压器，较之配电所多了变压的任务。

按变电所的性质和任务不同，可分为升压变电所和降压变电所；除与发电机相连的变电所为升压变电所外，其余均为降压变电所。按变电所的地位和作用不同，又分为枢纽变电所、地区变电所和用户变电所。

（2）电力线路

电力线路又称输电线。由于各种类型的发电厂多建于自然资源丰富的地方，一般距电能用户较远，所以需要各种不同电压等级的电力线路，将发电厂生产的电能源源不断输送到各电能用户。电力线路的作用是输送电能，并把发电厂、变配电所和电能用户连接起来。

电力线路按其用途及电压等级分为输电线路和配电线路。电压在35kV及以上的电力线路为输电线路；电压在l0kV及以下的电力线路称为配电线路。电力线路按其架设方法可分为架空线路和电缆线路；按其传输电流的种类又可分为交流线路和直流线路。

3.电能用户

电能用户又称电力负荷。在电力系统中，一切消费电能的用电设备或用电单位均称为电能用户。电能用户按行业可分为工业用户、农业用户、市政商业用户和居民用户。

二、工厂供电系统

工厂供电系统是指工厂所需的电力能源从进厂起到所有用电设备终端止的整个电路。工厂供电系统由工厂总降压变电所（高压配电所）、高压配电线路、车间变电所、低压配电线路及用电设备组成。

一些中小型工厂的电源进线电压为10kV（或6kV），某些大中型工厂的电源进线电压可为35kV及以上，某些小型工厂则可直接采用低于1kV的电压的低压进线。

1.具有高压配电所的工厂供电系统

图1.9 是一个比较典型的中型工厂供电系统的系统图。为使图形简明，系统图、布线图及后面将涉及的主电路图，一般都只用一根线来表示三相线路，即绘成“单线图”的形式。必须说明，这里绘出的系统图未绘出其中的开关电器，但示意性地绘出了高低压母线上和低压联络线上装设的开关。

从图1.9可以看出，该厂的高压配电所有两条10kV（或6kV）的电源进线，分别接在高压配电所的两段母线上。所谓“母线”，就是用来汇集和分配电能的导体，又称“汇流排”。这种利用一台开关分隔开的单母线结线形式，称为“单母线分段制”。当一条电源进线发生故障或进行检修而被切除时，可以闭合分段开关由另一条电源进线来对整个配电所的负荷供电。这种具有双电源的高压配电所最常见的运行方式是：分段开关正常情况下是闭合的，整个配电所由一条电源进线供电，通常来自公共高压配电网络；而另一条电源进线则作为备用，通常是从邻近单位取得备用电源。

该高压配电所有四条高压配电线，供电给三个车间变电所。车间变电所装有电力变压器（又称主变压器），将10kV（或6kV）高压降为低压用电设备所需的220/380V电压。图1.9中的2号车间变电所，两台电力变压器分别由配电所的两段母线供电；而其低压侧也采用单母线分段制，从而使供电可靠性大大提高。各车间变电所的低压侧，又都通过低压联络线相互连接，以提高供电系统运行的可靠性和灵活性。此外，该配电所有一条高压配电线，直接供电给一组高压电动机；另有一条高压配电线，直接连接一组高压并联电容器。3 号车间变电所的低压母线上也连接有一组低压并联电容器。这些并联电容器都是用来补偿系统的无功功率、提高功率因数用的。

2.具有总降压变电所的工厂供电系统

图1.10是一个比较典型的具有总降压变电所的大中型工厂供电系统的系统图。总降压变电所有两条35kV及以上的电源进线，采用“桥形结线”。35kV及以上的电压经该所的电力变压器降为10kV（或6kV）的电压，然后通过高压配电线路将电能送到各车间变电所。车间变电所又经电力变压器将10kV（或6kV）的电压降为一般低压用电设备所需的220/380V的电压。为了补偿系统的无功功率和提高功率因数，通常在10kV（或6kV）的高压母线上或380V的低压母线上接入并联电容器。

3.高压深入负荷中心的工厂供电系统

如果当地的电源电压为35kV，而厂区环境条件和设备条件又允许采用35kV架空线路和较经济的电气设备时，则可考虑采用35kV作为高压配电电压，35kV线路直接引入靠近负荷中心的车间变电所，经电力变压器直接降为低压用电设备所需的电压，如图1.11所示。这种高压深入负荷中心的直配方式，可以节省一级中间变压，从而简化了供电系统，节约有色金属，降低电能损耗和电压损耗，提高供电质量。但是必须考虑厂区要有满足35kV架空线路的“安全走廊”，以确保供电安全。

4.只有一个变电所或配电所的工厂供电系统

对于小型工厂，由于所需电力容量一般不大于1000kV · A或稍多，因此，通常只设一个将10kV（或6kV）的电压降为低压的降压变电所，其系统图如图1.12所示。这种变电所相当于上述的车间变电所。

如果工厂所需电力不大于160kV · A，通常采用低压进线，直接由当地的220/380V公共电网供电，因此，工厂只需设置一个低压配电所（统称“配电间”），通过低压配电间直接向各车间配电。

三、工厂供电的要求和课程任务

工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并搞好电能的节约，必须达到下列基本要求：

①安全。在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。

②可靠。应满足电能用户对供电可靠性即连续供电的要求。

③优质。应满足电能用户对电压质量和频率质量等方面的要求。

④经济。应使供电系统的投资少，运行费用低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。

此外，在供电工作中，应合理地处理局部与全局、当前与长远的关系，既要照顾局部和当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。例如，计划供用电问题，就不能只考虑一个单位的局部利益，更要有全局观点。

本课程的基本任务，主要是讲述中小型工厂内部的电能供应和分配问题，使学生初步掌握中小型工厂供电系统运行维护及简单设计计算所必需的基本理论和基本知识，为今后从事工厂供电技术工作奠定初步的基础。本课程实践性较强，学习时应注重理论联系实际，培养实际实用能力。