供配电系统第一章(共21页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上第一章 概述 本章学习目标1、了解电力系统的结构、工作原理与联网运行。 2、初步掌握电力系统结构与运行状态的表述方法；掌握常用电气参量的西文符号及下标的应用。3、掌握电力系统标准电压体系及其在电力工程中的应用。4、深刻理解电力负荷；在理解城网的基础上，从技术原理与工程现状两个方面理解供配电系统。 本章教学内容1、电能与电力系统。2、电力系统的表达。3、电力系统的标准电压。4、电力负荷及其对供电可靠性的要求。5、城市电网与供配电系统。 本章重点1、电力系统联网运行特点。2、电力系统标准电压体系的形成与应用。3、城市电网的结构、供配电系统的定义。 本章难点1、参量符号下标

2、的应用。2、系统标称电压与设备额定电压、系统运行电压之间的关系。3、对城网的理解。 本章学习方法建议及参考资料学习方法：1、熟记110kV及以下标准电压，在熟记的基础上理解标准电压体系。2、结合本专业另一门课程电力系统稳态分析，以城网的送电网为界，向上理解输变电系统，向下理解供配电系统，将电力系统的概念具体化。3、参量符号识读常成为学习的障碍，下标表述是难点，应学会区分属性与对象。以变压器额定电压为切入点，掌握多属性、多对象的下标表述方法。参考资料：1、城市电网规划与改造蓝毓俊主编中国电力出版社2004年6月2、标准电压（GB156-2007）中国计划出版社2008年1月1.1.1 电力系统结

3、构及各环节功能一、电力系统的结构电力系统由发电、输变电、变配电和用电等四个环节组成，简称“发、输、配、用”四环节，如图1.1.1。电力系统不包含发电机的部分叫做电力网络，简称电网；电力系统连同为发电机提供动力的原动机统称为动力系统。二、电力系统各构成环节功能（1）发电。其作用是将其他形式的能转换成电能。这些其他形式的能主要有煤、油等矿物的化学能，水、风、潮汐等流体的机械能，地热资源中的热能，以及核能和太阳能等，这些能量均为自然界自身所蕴藏，我们称之为一次能源，相应地将电能称为二次能源。发电厂一般以其所使用的一次能源特征冠名，如火力发电厂、水力发电厂、核电厂等。（2）输变电。其作用是将电能集中地

4、从一处输送到另一处，一般来说传输的功率大、距离长。因长距离大功率输送电能所产生的损耗较大，一般需要使用比较高的电压，但发电机因制造和运行等方面的原因，输出电压不可能很高，因此必须在传输前将电压升高，这就使得升压变电成为输电的一个必不可少的环节，统称输变电。（3）变配电。其作用是将集中的电能分配给散布的用户。输变电环节传输来的电能电压一般较高，而用户由于安全等诸多方面的原因不能使用很高的电压，因此需要先将电压降低后再进行分配，统称变配电。（4）用电。其作用是将电能转化为其他形式的能，如机械能、光能、声能等。三、电力系统构成形式的工程背景电力系统为什么会是这样的结构形式，它背后的原因到底是什么？这

5、主要缘于以下因素。（1）自然界不存在足量的可控制使用的原生电能，工程实用的电能都是二次能源，发电环节因此是必不可少的。（2）发电厂与用电负荷中心通常相距甚远，输电环节由此产生。或问：为什么不将电厂建在负荷中心呢？这是有原因的。负荷中心通常是大、中城市，水电厂受地理条件的限制，通常修建在高山峡谷处，这些处所一般都远离大、中城市；火电厂由于环保和燃料运输等原因，很多修建在城市外围或煤矿处（即坑口电站），距大、中城市都有一定的距离。因此，以现有技术来看，长距离输电不可避免。（3）即使在城市、厂矿等负荷中心，负荷一般也是分布在不同地点的，且类别多样、数量庞大、权属又各有不同，无法将它们集中在一个地点来

6、使用电能，因此必须将电能进行分配。这表明了配电环节的必要性。1.1.2 电力系统运行特点电能既是电力系统的产品，又是电力系统的消费品。与一般工业产品相比，它有其自身的特点，这些特点最终反映在对系统运行的要求上。（1）可靠性要求非常高。由于电能具有清洁、高效、易转化等突出的优点，使其成为大多数生产和生活活动中的首选能源，使用上的广泛性决定了电能的基础性和重要性特征。电能供应的中断或不足，不仅会产生比较大的经济损失，还会造成诸多不便、混乱甚至严重的事故和灾难。因此，电力系统的运行，需要很高的可靠性。（2）生产和消费需要实时平衡。以现有的技术，电能尚不能大量存储，因此需要生产与消费同时完成。但电能的

7、消费是由庞大的用户群共同确定的，用电量的大小有一定的随机性，电力系统必须具有应对这种随机性的技术措施。（3）暂态过程非常短暂。所谓暂态，是指电力系统从一种稳定运行状态转变到另一种稳定运行状态之间的过渡过程，这种转变一般是由系统的扰动产生的。电力系统对扰动的响应若不及时，常常会产生比较严重的后果，因此电力系统需要有完善的自动控制手段。1.1.3 电力系统联网运行实际的电力系统，一般不只有一个电源，而是将分布在不同地点的多个电源组成网络，共同服务于所有用户，这就叫电力系统的联网运行。图1.1.3就是一个联网运行的电力系统，图中除了有由电源向负荷供电的单向功率传输通道外，各电源之间还有功率可双向传输

8、的电气通道。联网运行的理论依据可以用两个数学定理来表述，这两个定理分别是大数定理和比例尺定理，它们主要表述的是资源使用效率与服务对象数量之间的关系，在此不作详述。从工程的角度看，联网运行主要有以下好处。（1）提高发电设备利用率。用电负荷并不会一直维持在一个恒定量值，而是随时间变化的，其最大值（峰值）和最小值（谷值）之间有一定的落差，称为峰谷差。为了在峰值时满足供电需求，发电设备必须具有不小于峰值负荷的发电能力，但这些发电能力在负荷非峰值期间就会有部分处于闲置状态，使得设备利用率降低。联网运行，相当于扩大了用户样本数量和分布区域，由于不同类别负荷（如生活照明负荷与生产动力负荷）峰、谷值出现时间不

9、一致，不同地区间负荷峰、谷值出现的时间也可能有差异，使得总的负荷峰谷差趋于减小，有利于提高设备的利用率。（2）优化一次能源的利用。这一点主要体现在两个方面。一方面，联网会使总的负荷量值增大，使得采用大容量发电机组成为可能，而大容量发电机组的效率一般要高于小容量机组；另一方面，联网可合理调配可再生与不可再生能源，如可充分利用季节优势，在丰水期多发廉价的水电，来减少煤、油等矿产的消耗。（3）提高供电可靠性。联网不仅使发电机的数量增加，而且使可供选择的供电路径增多，系统对发电机或供电回路故障的代偿能力因此提高，供电可靠性更有保障。（4）提高电能质量。由于联网使负荷波动相对减小，以及系统对局部故障的代

10、偿能力增强，使得电压波动、频率稳定性等电能质量指标得到提高。当然，联网运行也并非百利无弊。大电网一旦发生稳定性故障导致系统崩溃，则会造成一个很大的区域、一个国家甚至若干个国家停电，产生严重的混乱和巨大的损失。这种事故在国外已多次发生，在我国也曾有发生。1.2.1 对象表达的一般概念一、什么叫对象表达所谓表达研究对象，是指用约定的方式传达出关于对象的有用信息。所谓对象，是指我们所针对的事物，如一台设备、一个系统、一种技术体系等。所谓对象的有用信息，是指我们在研究、设计、制造、运行一个对象时所需要了解的内容。二、对象表达的基本要求（1）规范。所谓规范，就是应该遵守共同的表达规则，就好比语言交流应遵

11、守语法一样。（2）简洁。所谓简洁，就是要尽量减少无关的信息。（3）高效。所谓高效，就是要选择最恰当的表达方式，例如有选择性地使用图形、语言、图表、模型、公式等，使信息传达更具效率。三、对象表达所涉及的两个方面（1）需要表达的内容，此即目的。（2）所使用的表达形式，此即手段。四、电力系统需要表达的主要内容（1）电力系统的结构，简称结构描述。结构描述是对电力系统固有属性的静态描述。（2）电力系统的运行状态，简称运行状态描述。运行状态描述是对电力系统工作情况的动态描述。五、电力系统常用的表达形式（1）语言表达。通过语言描述系统的属性和（或）状态。（2）图形表达。主要用于结构描述。（3）公式表达。主要

12、用于各参量间相互关系的描述。（4）图表表达。主要用于参量关系的直观描述，或数据的罗列。1.2.2 结构描述结构描述所要表达的信息，主要包括网络拓扑、设备与线缆（或统称元件）设置以及结构参数三大类。一、一次系统与二次系统 电力系统中，电作为能源通过的部分称为一次系统，对一次系统进行测量、保护、监控的部分称为二次系统。从控制系统的角度看，一次系统相当于受控对象，二次系统相当于控制环节，受控量主要有开关电器的开、合等数字量和电压、功率、频率、发电机功率角等模拟量。以下主要针对一次系统进行讨论。二、一次系统单线结线图 表达电力系统网络拓扑和元件设置的最有效方式就是电气图，GB6988-86电气制图和G

13、B4728-85电气图用图形符号是关于电气图的两部国家标准。电力系统的单线结线图属于GB6988中简图（diagram）的范畴。所谓简图，是指用图形符号、带注释的围框或简化外形表达系统中各组成部分之间相互关系及其联结的一种图。电力系统是三相系统，当我们更关心系统中各组成部分之间相互关系而不是具体的电路接线时，就可以用一根线表示三相线路、用图形符号的单线形式表示系统中的设备或设施来构成简图，习惯上将这种简图称为单线结线图，或简称结线，如图1.2.2-1所示。按照所表达信息的侧重点不同，单线结线图又可分为电气结线图和位置结线图两类。1、电气结线图它属于按功能布局的简图，主要表明系统中设备与线路的电

14、气联系，但并不考虑它们的实际位置和几何尺寸，如图1.2.2-2所示。工程上又常将电气结线图称为系统图或网络结线图。2、位置结线图它属于按位置布局的简图，主要表明系统中设备、设施的位置和线路的敷设路径，如图1.2.2-3所示。电气结线图和位置结线图都有不同的表达层次。就电气结线图而言，可以是一个大区域电网的网络结线，也可以是一座变电所的电气主结线，甚至可以是一只配电箱的系统图；就位置结线图而言，可以是区域电网的地理结线图，也可以是一栋建筑的照明或动力配电平面图。三、结构参数 结构参数主要有两类，一类是系统中各元件的电气参数，如额定电压、阻抗等；另一类是非电气参数，如体积、尺寸、重量等，这其中又以

15、系统各元件的位置坐标参数较为重要。位置参数多数时候为二维平面坐标，有时也会有三维空间坐标，如平原上架空线路的路径，是由杆塔的平面坐标确定的，但线路的弧垂（表明架空线路高差的一个参数），就是一个竖直方向上的坐标。1.2.3 运行状态描述一、运行状态及其划分 由于各种不可控因素的存在，电力系统不可能总是运行在我们设定的理想状态。根据系统偏离理想状态的后果，我们可以对系统的运行状态进行如下分类。1、正常运行状态指系统可持续工作，没有中断系统正常工作的迹象显现。应特别说明，正常运行状态并不表明系统处于最理想的工作状态。例如，发电机轻载并不是最理想的状况，但仍属于正常运行状态。2、不正常运行状态指已有中

16、断系统工作或损坏系统的迹象出现，但还不至于立刻产生后果，系统仍可以继续运行一段时间。如过载、小接地系统中发生单相接地等。3、故障状态指如不采取措施，系统就会立刻损坏或发生工作中断。如短路，断线等。根据状态的持续性，我们还可将运行状态分为稳态和暂态两大类。请注意，稳态不一定是正常运行状态，暂态也不一定就是故障状态。如系统过载运行就是一种稳态，而发电机功角或励磁电流的调整虽然是暂态过程，但仍属正常运行。二、运行参数1、运行参数与本构参数运行参数与本构参数是相互对应的两类参数，属性不同，但关系紧密。所谓本构参数，是指由对象的结构、材料、尺寸、制造工艺等所决定的反映对象自身特性的参数。我们前面所说的电

17、力系统的结构参数，实际上就是一系列元件本构参数的集合。所谓运行参数，是指对象在工作时某些物理量的实际量值，这些量值关联着对象的工作状态。本构参数与运行参数即使是同一个物理量，也具有不同的含义。如电动机的额定功率是一个本构参数，它是指我们设定的电动机的最佳输出机械功率，通过正确的设计制造，这一参数成为电动机本身的特性；而电动机工作时实际的输出功率，是电动机的一个运行参数，这一参数主要由电动机拖动的对象而非电动机自身决定。一般来说，本构参数和运行参数之间会有一定的关系，这种关系一般表现为要求运行参数尽可能趋近本构参数，或者要求将运行参数控制在本构参数所确定的范围之内。2、运行参数与运行状态之间的关

18、系运行参数可以准确地反映系统的运行状态。长期的工程实践发现，运行状态的变化，一定伴随着某些运行参数在量值、特征或相互关系上的变化。因此，为了让系统能自动识别自身的运行状态，我们总是给某些参数设置临界点，以作为判断的依据。另外，运行参数不仅只是被动地反映系统的运行状态，我们还可以通过对某些运行参数的调节，在一定程度上控制系统的运行状态。 1.2.4 表达手段的要素如前所述，语言、图形、公式、图表等是电力系统表达的主要手段，而术语与符号则是以上各种表达手段的要素。一、术语术语是用来表达系统或其组成部分类别、特征、属性、工作状态等的技术词汇。有些术语由相关标准或规范给予了严格定义，有些则是工程界约定

19、俗成的。对于前者，我们在使用时要准确理解其内涵与外延，而对于后者，有时会有模糊的边界，在理解上更应甄别它出现在某一处时的准确含义。如“负载”一词，它既可能指具体的用电设备，也可能指用电功率，还可能指的是设备阻抗，这就需要根据实际情况来判别其真实含义。二、符号（1）图用符号。用图来描述电力系统时会用到图用图形符号和图用文字符号，这两种符号分别在国标GB4728-85和GB7159-87中有明确规定，其中图用文字符号还可用于其他电气技术文件的编制，我们会在后面陆续介绍。特别说明一下有关相序的表示。我国电工界长期习惯用A、B、C表示三相系统的相序，但GB4728.11-85规定：交流系统电源第1、2

20、、3相分别用L1、L2、L3表示，交流系统设备端第1、2、3相分别用U、V、W表示。本书采用国标表示方法，并且在不特指是电源还是设备端时，统一用U、V、W表示相序。（2）参量符号。当我们用公式或图表来表达参量之间的关系时，会用到参量的符号表示。参量一般均采用西文字符来表示，并遵守国家标准或业界习惯。这里说明一下本书对下标的使用方法。下标一般表示参量的属性或所指的对象，例如U表示电压，加上下标“r”，Ur就表示“额定”电压，这里下标“r”表示了电压U的属性。如果还要表明这是特指电动机M1的额定电压，则可用UrM1表示，下标“M1”表明了Ur所指的对象。我们约定，当有多个下标时，总是表示属性的下标

21、在前，表示对象的下标在后，中间用“”隔开。1.3.1 电压等级划分的工程背景一、电力系统为什么需要不同的电压在三相交流系统中，三相视在功率S与线电压U、线电流I之间的关系为：视在功率S在网络中传输时产生的有功功率损耗与网络每相电阻r的关系为：可见，当传输功率S一定时，电网损耗与电压平方成反比。因此，提高电压对减小电网损耗是有效的。电压的升高还会减小电流的量值，对电网载流量的要求相应降低，可节省有色金属的用量，降低投资。但是，电压也并非越高越好。因为电压越高，对绝缘的要求就越高，花费在绝缘上的投资也就越大，会抵消减小网损和节省有色金属用量所带来的经济上的好处。另外，高电压在安全性上的弱点、以及绝

22、缘需要占用更大的空间体积，也限制了它的应用。因此，在电能生产、传输、分配、消费等环节，根据具体情况使用不同的电压，可达到最佳的技术经济指标。二、为什么要划分电压等级综合来看，对每一给定的传输距离和传输功率，都会对应着一个在技术经济上最为合理的理论电压值，但工程上不容许对电压无限制地任意取值，否则就不可能建立起规范的工程体系，相关产业的发展会因此而受到严重制约。因此，将电压划分为有限个电压等级，并对每一个电压等级的电压给予严格的规定，电力系统所使用的电压只能在这些电压等级中选取，以达到标准化的要求并满足工程体系配套的需要，就成为工程实践的必然选择。1.3.2 标准电压及其解读一、标准电压体系简介

23、国家标准GB156-2007标准电压体系主要框架归纳如图1.3.2-1所示。以下重点对系统标称电压UN和设备额定电压Ur进行介绍。二、标准电压规定国家标准标准电压（GB156-2003）中有关标准电压的部分内容如表1.3.2所示。表1.3.2 我国规定的三相交流系统的部分标准电压电力系统标称电压UN /kV用电设备额定电压UrD/kV发电机额定电压UrG/kV变压器额定电压/kV系统平均电压Uav/kV一次绕组Ur1T 二次绕组Ur2T 0.380.380.400.380.400.400.660.660.690.660.690.69333.1533.153.153.33.15666.366.3

24、6.36.66.3101010.51010.510.51110.5 13.813.8 15.7515.75 1818 2020 3535 3538.5376666 6672.669110110 110121115220220 220242231330330 330363347550550 500550525表1.3.2中第1、2、3列该标准直接规定，第4列（变压器额定电压）变压器相关标准按该标准精神所做规定，第5列（系统平均电压）是工程计算中常引用的一个参量，罗列在此以备引用，但不属于标准中的内容。三、系统标称电压与设备额定电压解读1、分类表1.3.2中的电压可分为两大类，一类为电力系统标称电

25、压UN，另一类为电气设备额定电压Ur。这两类电压在数值上有确定的关系，但具有不同的含义。2、系统标称电压（Norminal voltage of system）UNUN是一个基础量值，它划分了电力系统的电压等级，设定了某一电压等级电网的正常运行电压，也是制订电气设备额定电压的依据。应当明确，UN只是一个量值的标准，它并不表示系统的实际运行电压UOp。比如我们说到某个10kV系统，是指有一个10kV电压等级的电网，我们期望在该电压等级电网中，运行电压UOp处处保持为10kV，但这一点肯定是做不到的。如图1.3.2-2所示，当功率沿线路传输时，由于线路上分布着阻抗，电流在阻抗上会产生电压损失，使得

26、线路上各点电压都不相同，且多数时候线路末端（负荷端）电压会低于首端（电源端）电压。理论上，线路上最多只有一个点的实际运行电压等于系统标称电压。因此，标称电压只是运行电压应尽力趋近的一个量值，它并不代表电网上各点的实际运行电压。以系统标称电压为据，将交流1000V以下电压称为低压，1000V及以上、35kV以下称为中压，35kV220kV称为高压，330kV及以上、1000kV以下称为超高压，1000kV及以上称为特高压。3、电气设备额定电压（rated voltage of equipment）Ur针对线路上存在电压损失、各处电压并不相同这一事实，如何确定电气设备的额定电压呢？工程上可以从两个

27、方面着手：第一就是用技术手段使电压损失尽可能减小，第二就是通过工程标准体系进行合理配合。这里仅讨论后一种情况。首先，规定用电设备的额定电压UrE等于系统标称电压UN，即UrE=1.0UN，又规定用电设备的实际运行电压允许有5%的偏差。设想一种最不利的情况，即线路首、末端都接有用电设备，这时，首端最高运行电压应满足U1.05UN，而末端最低运行电压应满足U0.95UN，这样，线路的电压损失最大只能允许为10%，这一点也通过相关标准确定下来。反过来看，10%的线路电压损失中，5%是靠线路末端用电设备允许电压偏差来消化的，另外5%就要靠电源端电压升高来补偿了，因此规定，发电设备的额定电压UrG比系统

28、标称电压高5%，即UrG=1.05 UN。表中第三列数据由此而来。4、关于变压器的额定电压变压器是一个特殊的设备，它的一次侧相当于用电设备（接受电能），二次侧相当于发电设备（输出电能），因此它的一次绕组应该按用电设备规定额定电压，即Ur1T=1.0 UN，而二次绕组应该按发电设备规定额定电压。由于变压器二次绕组额定电压定义为空载电压，当变压器带额定负载时，其内部阻抗上会有约5%的电压损失，这5%的电压损失，连同线路上5%的电压损失，都应该由变压器二次绕组输出电压来补偿，因此规定变压器二次绕组额定电压比系统标称电压高10%，即Ur2T=1.1 UN。但表1.3.2中有些数据并不符合以上规定。以1

29、0kV系统为例，变压器一、二次绕组额定电压除了按以上规定取为10kV（1.0 UN）和11kV（1.1 UN）外，还都可以取值为10.5kV（1.05 UN），这是为什么呢？原来，作为升压变压器，当变压器与发电机连接时，由于发电机与变压器距离很近，基本上没有线路电压损失，其一次绕组额定电压应该等于发电机额定电压，这时Ur1T=UrG= 1.05 UN；而作为降压变压器，当变压器距用电设备很近（如电弧炉变压器）时，可不考虑补偿线路电压损失，这时变压器二次绕组额定电压只需比系统标称电压高5%，弥补其自身内部的电压损失即可。5、系统平均电压Uav 这是一个为方便计算而规定的参数，其取值规定为Uav=

30、1.05 UN。1.4.1 电力负荷的三种含义术语“电力负荷”根据其出现的地点不同，可能具有不同的含义，最典型的是以下几种含义，理解和使用时应仔细甄别。一、用电设备用电设备处于电力系统的最末端，完成与发电设备相反的任务。用电设备常见分类如下。（1）按照能量转换形式，用电设备可分为动力设备（电能机械能）、照明设备（电能光能）、电热设备（电能热能）等。生产领域以感应电动机类动力设备占最大比例，民用生活领域以照明和空调设备占最大比例。（2）按额定电压，又可将用电设备分为高压和低压两大类。高压用电设备主要为6kV或10kV，低压用电设备一般为380/220V。在有些特殊场所，因安全等因素，可能使用更低

31、电压的设备，如36V，24V，6V等。需要特别说明的是，高压用电设备的额定电压，在电力系统电压等级分类中属于中压，但就用电设备而言，一般不使用35kV及以上的额定电压，为了与低压用电设备相区别，习惯上将1000V以上用电设备称为高压用电设备。一方面，用电设备接受电力系统的电能进行工作，另一方面，用电设备的工作又会对电力系统产生反作用。例如，大功率电机的启动会使附近电网的电压产生较大的波动，感应式电动机轻载会使功率因数降低，非线性用电设备产生的谐波可能使电压波形发生畸变等等，大量用电设备的整体行为还会对整个电力系统的运行产生影响。二、用电负荷撇开用电设备的具体形式，仅以用电设备对电力系统的功率需

32、求来看待问题，便产生了用电负荷的概念。例如，一只200W的白炽灯和一台200W的电炉，尽管用途和构造都不相同，但从电力系统的角度来看，具有同样的含义，他们都是一个需要200W有功功率、功率因数为1的用电负荷。用电负荷这一概念，实际上是从功率需求的角度出发，给用电设备建立的一个数学模型尽管这一数学模型简单到只有P、Q两个参量。从电力系统的角度看，这一模型描述了用电设备与其相关联的最本质的因素。将以上概念稍作延伸，我们便可以发现，不仅对单台用电设备可以用用电负荷来描述，对若干用电设备的集合也可以用用电负荷来描述。比如我们可以说一回线路的用电负荷、一座变电站的用电负荷、一座城市的用电负荷等等。需要注

33、意的是，当所说的用电负荷不再指一台设备时，其量值大小不仅包括设备功率，还包括了网络损耗。三、电力用户 如果说用电负荷是一个技术范畴概念的话，那么电力用户便是一个经营范畴的概念。电力用户是指电能的合法使用者，是相对于售卖电能的电力企业而言的。电力用户可以是一户住户、一家店面、一个建筑小区，也可以是一间工厂、一所大学、一座矿山等。电力用户可以使用不同的供电电压等级。住户和商业店面等一般使用380/220V电压，称为低压用户；一般的建筑小区、高层建筑和中、小型工厂等常由10kV电压供电，称为中压用户；一些大型建筑群、大型企业、机场港口等可能使用35110kV（甚至220kV）电压供电，统称为高压用户

34、。应当注意的是，电力用户的电压等级与其内部用电设备的额定电压是两个不同的概念。尽管从技术上看，电力用户内部的电网也属于电力系统的一部分，但从经营的角度看，电力企业与电力用户之间一定会有明确的划界点，该点称为电力系统的公共连接点，缩写为PCC点，这一点一般就是电力企业的收费计量点，这一点所在电网的电压等级，就是电力用户的电压等级，又称供电电压等级。电力用户内部若有不同于其供电电压等级的用电设备，则电力用户自己还需要对电压等级进行变换。四、电力负荷 在有些时候，当我们并不需要对以上三个概念作严格的区分、或为了表述简洁而需要一个更具概括性的术语时，我们约定，用“负荷”或“电力负荷”一词来作笼统的表述

35、。工程上，当“负荷”指的是用电负荷时，它不仅可以理解为负荷功率，还可理解为负荷电流。1.4.2 负荷等级一、供电可靠性与负荷分级供电可靠性是指对电力负荷电能供应的连续性。简单地说，供电可靠性越高，停电的可能性就越小。不同电力负荷对供电可靠性的要求是不同的，这主要与停电所造成的后果有关。根据中断供电对生命的伤害以及在政治、经济上所造成损失的严重程度，可以将电力负荷分为以下三级。1、一级负荷 符合下列情况之一者，应为一级负荷：（1）中断供电将造成人身伤亡；（2）中断供电将在政治、经济上造成重大损失；（3）中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作。在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆

36、炸、火灾或重要信息数据丢失等严重后果时，以及特别重要场所不允许中断供电时，应将其视为特别重要负荷。2、二级负荷 符合下列情况之一者，应为二级负荷：（1）中断供电将在政治、经济上造成较大损失；（2）中断供电将影响重要电力用户的正常工作。3、三级负荷 不属于一、二级负荷者，应为三级负荷。负荷分级的目的，在于正确反映电力负荷对供电可靠性要求的界限，以便恰当地选择合理的供配电方式，达到合理的技术经济指标。有关供配电方式问题将在下一章进行介绍。负荷分级的定义是描述性的，在实际工作中如何确定负荷等级，除了对照以上条件外，还应该根据具体工程的性质查阅相关的规范。比如，若工程对象为高层建筑，在确定建筑物中用电

37、设备的负荷等级时，就应遵守高层建筑设计防火规范等标准的相关规定。二、各级负荷对供电的要求1、一级负荷一级负荷要求至少有两个电源供电，且当这两个电源中一个出现故障时，不会牵连到另一个。一级负荷中特别重要的负荷，还需要配置应急电源。应急电源只能专供特别重要的一级负荷，一般采用应急发电机组、蓄电池逆变电源等。2、二级负荷二级负荷供电宜有两个回路，条件困难时可采用一路6kV及以上专线。该专线若为架空线，一个回路即可；若为电缆线路，应由两根电缆组成，且每根电缆都能承受100%二级负荷。3、三级负荷三级负荷对供电可靠性无特殊要求。1.5.1 城网结构与供电设施城市电网是为城市送电和配电的各级电网的总称，它

38、服务于一座城市的市区及所属（部分）郊区，简称城网。城市是最重要的电力负荷中心，电力系统生产的电能大部分消耗在城市中，因此城网既是电力系统的重要组成部分，又比农村电网、电气化铁路电网等更具典型性。此处对城网进行简介，一方面是将电力系统的一般概念具体化，另一方面又是为我们后面将要介绍的供配电系统充实背景。一、城网分层结构与电压层次城市电网由送电网（220kV及以上）、高压配电网（35110kV）、中压配电网（10kV、试验中的20kV）和低压配电网（0.38kV）等各级电压电网构成，图1.5.1-1就是简化的城市电网的结构模型。1、送电网（主网架）城网中电压等级最高的电网称为主网架或骨干网架，也就

39、是送电网，一般要求形成双环结构，主网架上的城市变电所称为枢纽变电所。图1.5.1-1所示城网送电电压为220kV，由一个电源变电所和一个城市发电厂作为供电电源。图1.5.1-2为某特大城市电网的500kV主网架远期规划地理结线图，城市供电电源由域外4组双回路500kV交流输电线路和2路500kV直流输电线路、以及域内4座城市发电厂构成。主网架上的变电所均为500kV枢纽变电所，其中有4座是接受域外电能的电源变电所。除变电所M外，所有枢纽变电所间均构成500kV闭合双环结线，枢纽变电所G和M还负责向域外转供电能。2、高压配电网枢纽变电所一般不直接向市区内的电力用户供电，但有可能向临近的郊区高压电

40、力用户供电。在市区内，根据负荷密度和供电半径，可设置若干区域变电所。区域变电所的电源一般引自主网架上的枢纽变电所，也可引自城市发电厂。区域变电所电压等级一般为110kV，但在采用500kV送电电压的城网中，也有220kV的区域变电所，这时220kV已降格为高压配电电压。区域变电所的二次电压一般为10kV或35kV，尤以10kV居多。高压配电网就是指枢纽变电所与区域变电所之间的电力网络。3、中压配电网区域变电所可直接或通过开闭所间接向10kV及35kV电力用户供电，也可向10kV公用变配电所供电，由公用变配电所将电压降为0.38kV后再向低压电力用户供电。中压配电网就是指区域变电所与公用变配电所

41、或中压电力用户之间的电力网络。4、低压配电网公用变配电所和电力用户专用变电所低压侧的电力网络叫做低压配电网，最常见的电压为220/380V，部分工业用户（如矿山等）也有采用380/660V电压的情况。二、城市电网的供电设施这里只介绍由上面提到的、由城市供电企业管理的供电设施，电力用户内部的设施在技术上也属于城网的一部分，将在以后的章节中详细介绍。城市变电所：指城市中起变换电压等级、并起集中和分配电能作用的供电设施，按其一次电压可分为500、330、220、110、66、35等六类。城市变电所是联系城网中各级电压电网的中间环节，既可向下级变电所供电，又可直接向电力用户供电。上面提到的城市电源变电

42、所、枢纽变电所、区域变电所等，都属于城市变电所。开关站：指城网中起接受和分配电能作用的配电设施，没有变换电压等级的作用，又称为开闭所，电压等级主要为10kV和35kV。由于城市负荷密度很大，要求每座变电所有很多出线回路，而受城市用地紧张的制约，变电所一般不可能有足够的出线仓位，城市道路也很少有足够的线路通道。为解决这一问题，可采取分级配电的技术措施，即在负荷较密集的地点设置若干开关站，变电所只负责将电能馈给至开关站，再由开关站配出多个回路满足用户要求。这样就将集中于变电所的出线回路数压力分散到了若干开关站处，并可增强配电网的灵活性。10kV开关站常用的有一进线五出线、两进线十出线等规格。公用变

43、配电所：指向低压电力用户供电的变配电所，电压等级一般为10/0.4kV。这里“公用”一词的含义，是指由供电企业建设、管理并决定使用对象，以区别于一些电力用户自己的“专用”变配电所。三、城网的供电电源向城市电网提供电能的设施统称为城市供电电源。城市供电电源可分为两类，一类是市域内的城市发电厂，另一类是城市电源变电所，它接受从市域外电力系统输送来的电能。城市供电电源设施一般位于市域外围，数量与城市规模有关。1.5.2 供配电系统在电网中的位置与特点一、供配电系统概念供配电系统是电力系统的重要组成部分。从技术的角度看，供配电系统是指电力系统中以使用电能为主要任务的那一部分电力网络，它处于电力系统的末

44、端，一般只单向接受电力系统的电能，不参与电力系统的潮流调度。城网中从区域变电所到用电设备之间的电力网络都可称为供配电系统。从工程实际的角度看，供配电系统更多地是针对电力用户而言。本书所讨论的内容，主要就是电力用户的用电问题，因此，今后若无特别说明，书中所说的供配电系统，一般就是指电力用户范围内的电力网络。二、供配电技术的特点我国电力工业主要建立于解放以后。由于时代与体制的原因，电力工业具有与其他工业相类似的重生产、轻消费的特征，反映到电力系统行业，就是所谓的“重发，轻供，不管用”。关于供配电，在高校中过去只开设有工厂供电课程。但随着社会的发展，这种状况已越来越不适应形势的需要，这主要表现在两个

45、方面。一方面，局限于一个行业的供配电系统，并不能全面反映出供配电技术的本质特征；另一方面，过去的供配电技术，多为移植输变电系统的相关技术，较少考虑到供配电系统不同于输变电系统的特点。比如，供配电系统一般处于非电气专业场所，面向非电气专业人员，其运行控制与安全等问题的处理就不同于输变电系统；又如，供配电系统分布广泛，可以用“面”来表示其空间特征，这与输变电系统“点”（变电所）与“线”（输电线路）的空间结构就有所不同，电气设施的施工安装、线路的敷设、故障处理等肯定会有所差异；再如计量与收费问题，在输变电系统中与在供配电系统中就有不同的技术取向。因此，站在电能使用者而非供给者的角度来看待技术问题，就

46、成了供配电技术领域的基本立场，这也是本课程不同于电力系统专业其他课程之处。我国从2004年起在勘查设计行业实施注册电气工程师制度，使电气工程师开始进入国家法定执业资格认可体系。注册电气工程师分为发输变电和供配电两个专业，这是工程界对电气工程师知识结构和技术能力的分类，这也从另一个侧面佐证了供配电技术与发输变电技术的差异。近年来，工程界有一个比较明显的趋势，就是越来越重视面向终端用户的工程技术。本课程（包括本教材的编写）正好顺应了这一趋势。可以这样说：电力系统工程技术与面向终端用户工程背景的有机结合，就是供配电技术的特点。第一章 概述 本章主要教学内容总结1、明确本课程的研究对象供配电系统。供配

47、电系统是电力系统的一个组成部分，涉及电力系统发、输、配、用四个环节中的后两个环节，与之相对应的是输变电系统。城市电网的送电网正好是输变电系统与供配电系统的分界点。因此城网是理解电力系统的一个很好的切入点。2、从电压层次的角度理解电力系统，这涉及标准电压。标准电压是一个典型的工程体系范例，一方面要从技术原理的层面理解该体系的由来，另一方面又要从技术法规的层面掌握该体系的强制性规定。3、电力负荷是供配电系统的服务对象，必须对其有深刻理解，包括电力负荷的含义、类别、等级、量值、分布等。其中特别注意理解电力用户与供电企业的关系，记住PCC点的含义。4、电力系统的表达是贯穿全课程的内容。表达是手段而非目的，但手段往往可帮助或阻碍目的的达成，因此应重视表达手段的学习。电力系统表达是一个具有庞大内容的工程知识体系，不要企望一蹴而就，应边学边用，即用即学。专心-专注-专业