电工基础系列知识——高压供电系统（一）

（一）电工基础知识——高压供电系统

电力系统由发电厂、 变电所和电力用户联系起来组成发电、 输电、 变电、 配电和用电的整体称为电力系统， 如图 1-1 所示。 发电机输出电压为 3. 15 ～ 26kV。 为了提高输电效率并减少输电线路上的损耗， 通常都利用升压变压器将电压升高后经高压输电线路进行远距离输电。 目前我国高压输电线路的电压有 35kV、 110kV、 220kV、 330kV、 500kV、 750kV 等几个等级， 输电容量越大， 输电距离越远， 则输电电压也就越高。 高压输电到用户区后， 先经过区域降压变电所 （工厂总降压变电所） 降至 6 ～ 10kV 后， 送到变配电所。

发电厂类型（1） 火力发电厂（2） 水力发电厂（3） 核能发电厂（4） 风力发电厂（5） 其他还有地热发电厂、 潮汐发电厂、 太阳能发电厂等

电力网的概念及分类电力网是由变电所和不同电压等级的输电线路组成的， 其作用是输送、 控制和分配电能。 按供电范围、 输送功率和电压等级的不同， 电力网可分为地方网、 区域网和远距离网三类。 电压为 110kV 及 110kV 以下的电力网， 其电压较低， 输送功率小， 线路距离短， 主要供电给地方变电所， 称为地方网； 电压在 110kV 以上、 330kV 以下的电力网， 其传输距离和传输功率都比较大， 一般供电给大型区域性变电所， 称为区域网； 供电距离在 300km 以上，电压在 330kV 及 330kV 以上的电力网， 称为远距离网。

电力负荷的概念电力负荷又称电力负载。 它有两种含义： 一是指耗用电能的用电设备或用电单位 （用户）， 如重要负荷、 不重要负荷、 动力负荷、 照明负荷等； 二是指用电设备或用电单位所耗用的电功率或电流大小， 如轻负荷 （轻载）、 重负荷 （重载）、 空负荷 （空载）、 满负荷（满载） 等。 电力负荷的具体含义视具体情况而定。 在交流电路中， 描述功率的量有有功功率、 无功功率和视在功率。 有功功率又称为有功负荷， 单位为千瓦 （kW）； 无功功率称为无功负荷， 单位为千乏 （kvar）； 视在功率是电压与电流的乘积， 单位为千伏安 （kVA）。 由于系统电压比较稳定， 系统中的电力负荷， 也可以通过负荷电流反映出来。

电力负荷的分级及对供电电源的要求在用电单位中， 各类负荷的运行特点及重要性是不一样的， 所以它们对供电的可靠性和电能质量的要求也不相同。 按用电性质的重要性， 用电负荷可分为三个级别， 即Ⅰ类负荷、Ⅱ类负荷和Ⅲ类负荷。 Ⅰ类负荷如医院、 炼钢厂、 煤矿、 大使馆等应由两个以上独立电源供电， 严禁将其他非重要用电负荷与其接入同一供电系统。

电能质量指标包含电压偏差、 频率、 电压波动与闪变、 谐波、 三相不平衡等几个方面。（1） 电压偏差电压偏差指某一时段内， 电压幅值 （指电压有效值） 缓慢变化而偏离额定值的程度。电压偏差超过一定的范围， 用电设备会由于过电压或过电流而损坏。 电网电压过低或无功功率远距离传输， 会使电网线损 （有功功率损耗） 增加， 导致电网运行的经济性降低。 我国规定， 供电电压与额定电压的允许偏差： 35kV 及以上的供电电压， 正负偏差的绝对值之和小于 10% 的额定电压； 10kV 及以下的用户端三相供电电压， 为额定电压的 ± 7% ； 220V 单相用户端供电电压， 为额定电压的 7% 、 - 10% 。

（2） 额定电压额定电压是指电气设备长期稳定正常工作的电压。 变压器、 发电机、 电动机等电气设备均有规定的额定电压， 电器设备在额定电压下运行时经济效果最佳。 同时因电气设备在电力系统中所处的位置不同， 其额定电压也有不同的规定。用电设备的额定电压规定与同级电网的额定电压相同。 发电机的额定电压规定高于同级电网额定电压的 5% ， 以补偿线路上的电压损失。 变压器的额定电压分为一次绕组额定电压和二次绕组额定电压按国标规定， 额定电压分为三类： 第一类额定电压为 100V 及以下， 如 12V、 24V、 36V等， 主要用于安全照明、 潮湿工地建筑内部的局部照明及小容量负荷； 第二类额定电压为100V 以上、 1000V 以下， 如 127V、 220V、 380V、 600V 等， 主要用做低压动力电源和照明电源； 第 三 类 额 定 电 压 为 1kV 以 上， 有 6kV、 10kV、 35kV、 110kV、 220kV、 330kV、500kV、 750kV 等， 主要用于高压用电设备、 发电及输电设备。在电力系统中， 通常把 1kV 以下的电压称为低压， 1kV 上的电压称为高压， 220kV 上的电压称为超高压、 1000kV 以上的电压称为特高压。（3） 频率偏差频率偏差指电力系统实际频率与额定频率的差值或其差值与额定值的百分比。 如果频率过高或过低， 则动力设备的转速将随频率的高低而改变， 因而会影响对速度敏感的工业品的质量； 同时系统内一些与频率有关的损耗也将升高， 影响运行的经济性。 我国规定频率允许偏差为： ± 0. 2Hz， 系统容量较小时， 允许偏差为 ± 0. 5Hz。（4） 电压波动与闪变电压波动指某一段时间内电压急剧变化而偏离额定值的现象。 通常电压变化速率大于1% / s 时， 即为电压急剧变化。 电压波动与电压偏差概念不一样， 电压偏差主要指电压有效值的缓慢变化， 而电压波动反映的是电压有效值的快速变化。 电压波动通常都是由配电网中冲击性大负荷引起的。 国家标准规定电压波动允许值 ΔU% ： 10kV 以下系统为 2. 5% ， 35 ～110kV 为 2% 。 如果电压有效值波动呈周期性， 将会引起白炽灯、 电视机闪烁， 造成人眼视觉主观感觉不舒适的现象， 称为闪变。 荧光灯和电视机等设备对电压波动的敏感程度远低于白炽灯， 因此一般选白炽灯的工况作为判断电压波动值是否被接受的依据。（5） 波形畸变近年来， 随着硅整流、 晶闸管变流设备、 微机和网络以及各种非线性负荷使用的增加， 致使大量谐波电流注入电网， 造成电压正弦波波形畸变， 使电能质量大大下降， 给供电设备及用电设备带来了严重危害， 不仅使损耗增加， 还会使某些用电设备不能正常运行， 甚至可能引起系统谐振， 从而在线路上产生过电压， 击穿线路设备绝缘； 还可能造成系统的继电保护和自动装置发生误动作； 对附近的通信设备和线路产生干扰。 因此国家标准规定了电压的畸变率。 例如， 380V 电网电压总谐波畸变率限值为 5. 0% ， 110kV 电网电压总谐波畸变率限值 2. 0% 。（6） 可靠性供电的可靠性是指确保用户能够随时得到供电， 它是衡量供电质量的一个重要指标， 涉及系统中供电电源的保证率、 输配电设备的完好率以及各个环节设备的事故率等。对 35kV 及 35kV 以上电压供电的用户， 每年停电不应超过 1 次； 对 10kV 供电的用户， 每年停电不应超过 3 次。