一、供配電技術基礎知識
1.1 國內外供配電技術發展概況及電力系統的組成
1.1.1 國內外供配電技術發展概況
20世紀三相交流電發明之後，供配電技術就朝著1大機組；2大電網；3超高壓；4高自動化的方向不斷髮展，截至2007年底，全國發電裝機容量達到71329萬千瓦，同比增長14.36%，其中水電達到14526萬千瓦，佔20.36%，火電裝機達55442萬千瓦，佔77.73%，核電達885萬千瓦，同比增長29.2%，併網生產風電設備容量達到403萬千瓦，同比增長94.4%。
為滿足經濟增長對電力的需求，國家加大電力建設投資，計劃全國每年發電規模在1500萬千瓦以上。預計2020年，裝機容量將達到10億千瓦，全社會用電量達到4.6萬億千瓦時。
中國電力跨越式發展，使得發電裝機容量和發電量先後超過法國、德國、加拿大、英國、俄羅斯、日本、躍居全球第二，近低於美國。
西電東送、南北互供、全國聯網的發展戰略為我國電力系統的發展帶來了極大的空間。
世界範圍內，電力工業正在進行以打破壟斷、引進競爭為特徵的電力體制改革，2008世界電力工業概況統計顯示：
日本首次量產發電效率全球最高的燃料電池，並正在開發高效家用燃料電池熱電聯產系統；
德國靠“秘密技術”讓太陽和地熱水發電；
印度核電技術瞄準提高單位核燃料的發電量；
菲律賓擬利用意大利援助的資金採用海流發電；
奧地利將加大水電開發以推動節能減排；
英國擬建水上太陽能板；
羅斯研製出新一代核電廠挑戰通用電氣搶佔國際電力市場
1.1.2 電力系統的組成
電力系統的組成：發電廠、輸電網、配電網、電力用戶。
電力系統的功能就是完成電能的生產、輸送和分配。
電力系統的生產特點：發電、供電、用電同時完成、電能不能存儲。
對電力系統的要求：安全、可靠、持續。
1. 電力系統的基本概念
動力系統＝電力系統＋動力裝置＋熱能系統
由電力系統加上發電廠的動力部分及其熱能系統和熱能用戶組成的電能與熱能的整體就是動力系統。
動力系統是電能、熱能的生產與消費聯繫起來的紐帶。
電力網＝變壓器＋輸配電線路＋電能用戶
按供電範圍的大小和電壓等級的高低，電力網可分為地方電力網、區域電力網和超高壓輸電網三種類型。一般情況下，地方電力網的電壓不超過35kV，區域電力網電壓為110～220kV，電壓為330kV及以上的為超高壓遠距離輸電網。
2. 電力系統的結構
電力系統通常由許多發電廠並列起來組成。
電力系統按供電範圍的大小和電壓等級的高低，電力網可分為地方電力網、區域電力網和超高壓輸電網三種類型。一般情況下，地方電力網電壓不超過35kV，區域電力網電壓為110～220kV，電壓為330kV及以上的為超高壓遠距離輸電網。
變電站分為升壓變電站和降壓變電站兩類，但按其作用和地位又可分為樞紐變電站、區域樞紐變電站和終端變電站。
3. 電力系統的額定電壓
第一類：100V以下額定電壓，用於蓄電池和安全照明用具等電氣設備。
第二類：大於100V、小於1000V的額定電壓，用於一般工業和民用電氣設備。
第三類：1000V以上的額定電壓，用於高壓電氣設備。
國家規定：電力網的額定電壓分有500KV、220KV、110KV、63KV、35KV、10kV。為保證電力設備端電壓不超過額定電壓的±5%，通常允許發電機額定電壓比電網額定電壓高5%，末端受電變電站端電壓比電網額定電壓低5%。
4. 電力系統的特性
（1）電力系統是一個有機的整體，其中任何一個主要設備運行情況的改變，都將影響整個電力系統的正常運行。
（2）發電廠發出的交流電不能直接儲存，決定了電能的生產、輸送、分配和使用必須同時進行。因此要時刻保持電力系統有功功率和無功功率的平衡。
（3）電力系統的運行狀態是時時變化的動態，除了設備的計劃停送電外，異常和事故對系統的衝擊是隨機的；正常情況下電力系統的負荷和機組出力的變化也是隨機的。
1.2 發電廠、變電所的類型
凝汽式火電廠：這類火電廠僅向用戶供出電能，通常建在能源附近。利用燃煤(或石油、天然氣)燃燒使汽輪機轉動。
生產過程：化學能、熱能、機械能、電能
熱電廠：熱電廠不僅向用戶供出電能，同時還向用戶供蒸汽或熱水，由於供熱距離不宜太遠，所以熱電廠大多建在城市和用戶附近。
水電站：利用水的流量和落差使水輪機轉動。
生產過程：水能、機械能、電能
核電站：利用原子能在反應堆的核裂變使汽輪機轉動。
生產過程：原子能、機械能、電能。
風力發電站：風力發電是利用風力帶動風車葉片旋轉，再通過增速機將旋轉的速度提升，來促使發電機發電。依據目前的風車技術，大約是每秒三公尺的微風速度，便可以開始發電。
生產過程：風能、機械能、電能
潮汐發電站：生產過程：潮汐能、機械能、電能
潮汐發電是利用潮汐能。
潮汐發電必須具備兩個物理條件：①潮汐的幅度必須大，至少要有幾米；②海岸地形必須能儲蓄大量海水，並可進行土建工程。
潮汐發電的工作原理與一般水力發電的原理相近，即在河口或海灣築一條大壩，以形成天然水庫，水輪發電機組就裝在攔海大壩裡。潮汐電站可以是單水庫或雙水庫。
世界上所有國家，主要發電形式仍為火力發電、水利發電和核能發電，其他除潮汐和風力發電外還有以地熱、風力、潮汐、太陽能等為一次能源的發電廠（站）容量較小，分佈在離這些一次能源較近的區域，發電量佔總發電量的極小一部分。
1.2.2 變電所類型
發電廠通常建立在距離一次能源豐富或傳輸便利的地域，與電力用戶有一定的距離。
為了經濟、可靠、快速地把電能從發電廠輸送至用戶，必須經過變電所升高電壓，因此，升壓變電所一般安裝在發電廠中，不另設變電所。
由於高壓危險，距離用戶較近時須把傳送的高壓降低，降壓變電所的作用就是在傳遞電能的同時降低電壓。所以，變電所是電力供應的中間轉運站，用來提高或降低電壓，向用電單位輸送和分配電能。
從規模上分：變電所有樞紐變電所、地區重要變電所和一般變電所。
樞紐變電所：樞紐變電所的一次電壓通常為330kV和500kV，二次電壓為220kV或110kV。
地區重要變電所：地區重要變電所的一次電壓通常為220kV和330kV，二次電壓為110kV、35kV或10kV。
一般變電所：一般變電所的一次電壓大多為110kV，二次電壓為10kV或以下等級。
一般變電所均設在負荷中心，儘可能靠近用戶，如果變電所遠離用戶，不僅電能損耗大，造成用戶端電壓不足，而且極易使電源頻率不穩定而影響供電質量。
1.3 電力系統中性點運行方式
電力系統中性點是指發電機、變壓器星形接線中性點。
電力系統中性點的運行方式共三種：中性點直接接地、中性點經消弧線圈接地、中性點不接地。
中性點直接接地方式
中性點直接接地方式就是把電源中性點直接與“地”相接，我國110kV及以上電壓等級的電力系統均屬於這種大接地電流系統。
該系統運行中若發生一短路，立即造成系統中流過很大的單相接地電流。依靠系統中繼電保護裝置跳閘可迅速切除故障。再用重合閘恢復正常供電。
優點：操作過電壓均比中性點絕緣電網低，系統不易過電壓。
缺點：短路大接地電流對通訊系統造成的干擾影響較大。
中性點不接地方式
中性點不接地系統適用於10kV架空線路為主的輻射形或樹狀形的供電網絡。該接地方式在運行中若發生單相接地故障，流過故障點電流僅為電網對地電容中通過的電流，其值是正常運行的單相對地電容電流的3倍，稱為小接地電流系統。
優點：中性點不接地系統由於故障時接地電流很小，瞬時故障一般可自動熄弧，非故障相電壓升高不大，不會破壞系統的對稱性，故可帶故障連續供電2h，供電的可靠性相對提高。
缺點：中性點不接地方式的中性點絕緣，在發生弧光接地時，電弧的反覆熄滅與重燃，相當於電容反覆充電。由於對地電容中的能量不能釋放，可造成電壓升高，從而對設備絕緣造成威脅。
中性點經消弧線圈接地方式
中性點經消弧線圈接地方式利用消弧線圈的電感電流對接地電容電流進行補償，使通過故障點的電流減小到能自行熄弧範圍。利用對消弧線圈無載分接開關的操作，使其在一定範圍內達到過補償運行，從而實現減小接地電流的目的。使電網持續運行時間延長，相對提高了供電可靠性。此方式也是小接地電流系統。
在各級電壓網絡中，當單相接地故障時，通過故障點總的電容電流超過下列數值時，必須儘快安裝消弧線圈：
①對3kV～6kV電網，故障點總電容電流超過30A；
②對10kV電網，故障點總電容電流超過20A；
③對22kV～66kV電網，故障點總電容電流超過10A。
1.4 電力系統的供電質量及其改進措施
用戶對供電質量的基本要求
安全性指標;可靠性指標;優質性指標;經濟性指標
從上述指標來看，保證對用戶不間斷地供給充足、優質而又經濟的電能，是現代工礦企業對供配電系統的基本要求。
供配電的電能質量
評價供配電系統電能質量的主要指標有：
①電壓偏差;供配電系統改變運行方式和負荷緩慢地變化會使供配電系統各點的電壓也隨之變化，這時各點實際電壓與系統標稱電壓之差與系統標稱電壓之比ΔU稱為電壓偏差。電壓偏差ΔU也常用與系統標稱電壓的百分比表示。即：
電壓偏差對系統和用戶的影響
電壓偏差過大會對供配電系統的正常運行產生以下不利影響：
1．對感應電動機的影響：由於電動機轉矩與電壓的平方成正比，當電壓出現正偏差時，電動機機端電壓升高，激磁電流和溫升增加，絕緣受到過電壓和過熱的威脅；當電壓出現負偏差時，轉矩下降轉速降低，同時負荷電流會增加，都將影響電動機的使用壽命。
2．對照明設備的影響：照明設備的發光效率與電壓的關係極大，當電壓降低時會引起照明設備的效率降低，造成照度不足，影響照明效果，同時還會導致氣體放電光源的照明器不能正常點燃；當電壓偏高時，光源壽命縮短很多。
3．對電子設備的影響：對於大規模自動控制系統計算中心來說，電壓偏差會造成系統的工作紊亂，數據損壞；對於精密機床、機器人等，電壓偏差可能造成無法保持對由其驅動過程的精確控制。
4．電壓偏差對無功補償的影響電壓過低會引起補償電容器組輸出無功減少，不能滿足補償要求。
電壓偏差的允許值
35kV及35kV以上電壓供配電，電壓正、負偏差的絕對值之和不應超過額定值的10%；10kV及10kV以下三相供配電，為額定值的±7%；220V單相供配電為額定值的＋7%、－10%。在供配電系統非正常情況下，用戶受電端的電壓最大允許偏差不應超過額定值的±10%。
電壓偏差的改善措施
（1）就地進行無功功率補償：無功負荷的變化在電網各級系統中均產生電壓偏差，是產生電壓偏差的源，及時調整補償量，從源上解決問題，是最有效的措施。
（2）調整同步電動機的勵磁電流：調整後使同步電動機產生超前或滯後的無功功率，使網絡負荷的功率因數得到改善，達到調整電壓偏差的目的。
（3）採用有載調壓變壓器，是最經濟有效地措施之一。
供配電的電能質量
評價供配電系統電能質量的主要指標有：
①電壓偏差；
②電壓波動和閃變
電壓在某一段時間內急劇變化而偏離額定值的現象，稱為電壓波動；週期性電壓急劇變化引起電源光通量急劇波動而造成人的視覺感官不舒適的現象，稱為閃變。電壓波動和電壓閃變是由電弧爐、軋機、電弧焊機等波動負荷引起的。
電壓波動和閃變的限制措施;
① 採用單獨迴路供電
② 降低共用配電線路阻抗
③ 提高供電電壓
④ 增加短路容量
⑤ 採用靜止型無功功率補償裝置
評價電能質量的主要指標：
①電壓偏差；
②電壓波動和閃變；
③諧波；
由於電力系統中存在大量的非線性供用電設備，使得電壓波形偏離正弦波，這種現象稱為電壓正弦波畸變。電壓波形的畸變程度用電壓正弦波畸變率來衡量，也稱為電壓諧波畸變率。
諧波的改善措施
① 加強系統承受諧波的能力；
② 提高供、用電設備抗諧波干擾的能力；
③ 限制諧波的產生；
④ 裝設交流濾波器吸收諧波。
評價供配電系統電能質量的主要指標有：
①電壓偏差；
②電壓波動和閃變；
③諧波；
④頻率偏差
頻率偏差是指供電的實際頻率與電網的額定頻率的差值。
我國電網的標準頻率為50Hz，又叫工頻。頻率偏差一般不超過±0.25Hz，當電網容量大於3000MW時，頻率偏差不超過±0.2Hz。
頻率偏差改善措施; 調整頻率的辦法是增大或減小電力系統發電機有功功率。
1.5 供配電電壓的選擇
工廠供配電電壓的高低，對電能質量及降低電能損耗均有重大的影響。在輸送功率一定的情況下，若提高供電電壓，就能減少電能損耗，提高用戶端電壓質量。從另一方面講，電壓等級越高，對設備的絕緣性能要求也越高，投資費用相應增加。因此，供配電電壓的選擇主要取決於用電負荷的大小和供電距離的長短。
供配電系統電力變壓器的額定電壓;
①電力變壓器連接於線路上時，其一次繞組的額定電壓應與配電網的額定電壓相同，高於供電電網額定電壓5%；
②電力變壓器的二次繞組額定電壓是指變壓器的一次繞組加額定電壓，二次繞組開路時的空載電壓。考慮到變壓器在滿載運行時，二次繞組內約有5%的電壓降，另外二次側供電線路較長等原因，變壓器的二次繞組端電壓應高於供電電網電壓10%。
二、電壓等級劃分及適用範圍
1. 高、低壓的劃分
按照電力行業標準DL408-1991《電力安全工作規範（發電廠和變電所電氣部分）》規定：
低壓：指設備對地電壓在250V及250V以下；
高壓：指設備對地電壓在250V以上。
2. 電壓的適用範圍
220kV及其以上電壓為輸電電壓，用來完成電能的遠距離輸送。110kV及以下電壓，一般為配電電壓，完成對電能進行降壓處理並按一定的方式分配至電能用戶。
35～110kV配電網為高壓配電網；10～35kV配電網為中壓配電網；1kV以下為低壓配電網。
3kV、6kV、10kV是工礦企業高壓電氣設備的供電電壓。
企業對配電電壓的選擇：
工礦企業用戶的供配電電壓有高壓和低壓兩種，高壓供電通常指6～10kV及以上的電壓等級。
中、小型企業通常採用6～10kV的電壓等級，當6kV用電設備的總容量較大，選用6kV就比較經濟合理；
大型工廠宜採用35～110kV電壓等級，以節約電能和投資。
低壓供配電是指採用1kV及以下的電壓等級。大多數低壓用戶採用380/220V的電壓等級，在某些特殊場合，例如礦井下，因用電負荷往往離變配電所較遠，為保證遠端負荷的電壓水平，要採用660V電壓等級。
提倡提高低壓供配電的電壓等級，不但是節電的一項有效措施，經濟效益明顯，而且已成為世界上的一種發展趨勢。
三、工廠供配電系統的構成及佈置
1. 工廠供配電系統的負荷
一級負荷：若對此負荷停電，將會造成人的生命危險及設備損壞，打亂複雜的生產過程，造成重大設備損壞且難以修復，或給國民經濟帶來極大損失。因此要求一級負荷由兩個獨立的電源供電，而對特別重要的一級負荷，應由兩個獨立的電源點供電。
二級負荷：若對此種負荷停電，將會造成工廠生產機器部分停止運轉，或生產流程紊亂且難以恢復，致使產品大量減產，工廠內部交通停頓，造成一定的經濟損失，或使城市居民的正常生活受到影響。二級負荷在工礦企業中佔有的比例最大，應由兩個迴路供電，也可以由一回專用架空線路供電。
三級負荷：所有不屬於一、二級負荷的其他負荷均屬於三級負荷。通常三級負荷對供電無特殊要求，較長時間停電也不會直接造成用戶的經濟損失，因此，三級負荷可採用間單迴路供電。
2. 企業供配電系統設備組成
供配電系統一般由電力變壓器、配電裝置、保護裝置、操作機構、自動裝置、測量儀表及附屬設備構成。
電力變壓器
電力變壓器在供配電系統中的作用是將一種電壓的電能轉變為另一種或幾種電壓的電能供給用戶。變電所或配電房中的電力變壓器，通常是將高壓電能轉變為低壓電能，饋電給用電設備。
供配電系統中的保護裝置也屬於配電裝置，按其工作電壓的不同又可分為高壓配電裝置和低壓配電裝置。作用：接受和分配電能。
四、工廠供配電系統的佈置
1. 戶內配電室的組成
戶內式變配電所主要由三部分組成：高壓配電室、變壓器室、低壓配電室。此外，有的還設有高壓電容器室和值班室。
與戶內變配電室相邊的戶外電氣設備安裝在屋外，一般用於35KV及以上電壓級。
2. 戶外配電裝置
戶外配電裝置根據電器設備和導體的佈置高度及重疊情況，分為中型、半高型和高型幾種佈置型式。
戶外配電裝置的特點：①土建工作量和費用較小，建設週期短；
②擴建比較方便；③相鄰設備之間距離較大，便於帶電作業；
④佔地面積大；⑤受外界環境影響，設備運行條件較差，需加強絕緣；⑥不良氣候對設備維修和操作有影響。
3. 供配電佈置的總體要求
①便於運行維護和檢修：值班室一般應儘量靠近高低壓配電室，特別是靠近高壓配電室，且有直通門或與走廊相通。
②運行要安全：變壓器室的大門應向外開並避開露天倉庫，以利於在緊急情況下人員出入和處理事故。門最好朝北開，不要朝西開，以防“西曬”。
③進出線方便：如果是架空線進線，則高壓配電室宜位於進線側。戶內供配電的變壓器一般宜靠近低壓配電室。
④節約佔地面積和建築費用：當供配電場所有低壓配電室時，值班室可與其合併。但這時低壓電屏的正面或側面離牆不得小於3m.
⑤高壓電力電容器組應裝設在單獨的高壓電容器室內，該室一般臨近高壓配電室，兩室之間砌防火牆。低壓電力電容器櫃裝在低壓配電室內。
⑥留有發展餘地，且不妨礙車間和工廠的發展。在確定供配電場所的總體佈置方案時應因地制宜，合理設計，通過幾個方案的技術經濟比較，力求獲得最優方案。
4. 供配電裝置和各設備間距離的要求
▲ 戶外配電裝置最小電氣間距
▲ 戶內配電裝置最小安全電氣間距
加油武漢！加油湖北！加油中國！一起加油吧！
喜歡就點個贊，滿意就轉發一下，隨手加個關注唄！（跪求不要取關QAQ）
還想了解更多關於“電氣”，歡迎在評論區留言或私信哦！
聲明：此文是出於傳遞更多信息之目的。若有來源標註錯誤或侵犯了您的合法權益，請聯繫，我們將及時更正、刪除，謝謝。
閱讀更多 張工註冊電氣工程師 的文章
