1.1 電力系統和供配電系統概述

電能是一種清潔的二次能源。電能不僅便于輸送和分配，易于轉換為其他的能源，而且便于控制、管理和調度，易于實現自動化。因此，電能已廣泛應用于國民經濟、社會生產和人民生活的各個方面，電能已成為現代社會的主要能源。絕大多數電能都由電力系統中發電廠提供，我國電力工業得到迅猛發展，為實現現代化打下堅實基礎。我國已建成并投入運行交流1000kV特高壓輸電線路、直流士800kV特高壓輸電線路，達到世界領先水平。到2011年年底，我國發電機裝機容量達105577萬千瓦（kW），居世界第2位，發電量達46037億度（kWh），居世界第1位。工業用電量已占全部用電量的70%～80%，是電力系統的最大電能用戶。供配電系統是電力系統的重要組成部分，供配電系統的任務就是向用戶和用電設備供應和分配電能。用戶所需的電能，絕大多數是由公共電力系統供給的，故在介紹供配電系統之前，先介紹電力系統的知識。

1.1.1 電力系統

電力系統是由發電廠、變電所、電力線路和電能用戶組成的一個整體。圖1-1所示為電力系統的示意圖。

為了充分利用動力資源，降低發電成本，發電廠往往遠離城市和電能用戶，例如，火力發電廠大多建在靠近一次能源的地區，水力發電廠一般建在水利資源豐富的、遠離城市的地方，核能發電廠廠址也受種種條件限制。因此，這就需要輸送和分配電能，將發電廠發出的電能經過升壓、輸送、降壓和分配，送到用戶。

1.發電廠

發電廠將一次能源轉換成電能。根據一次能源的不同，有火力發電廠、水力發電廠和核能發電廠；此外，還有風力、太陽能、地熱和海洋發電廠等。

目前，我國火力發電廠的裝機容量比重最大，約占總裝機容量的70%以上，水力發電廠的裝機容量約占20%，其他發電廠的裝機容量約占10%。

火力發電廠將煤、天然氣、石油的化學能轉換為電能。我國火力發電廠燃料以煤炭為主，隨著西氣東輸工程的竣工，將逐步擴大天然氣燃料的比例。火力發電的原理是：燃料在鍋爐中充分燃燒，將鍋爐中的水轉換為高溫高壓蒸汽，蒸汽推動汽輪機轉動，帶動發電機旋轉發出電能。

由于煤、天然氣和石油是不可再生能源，且燃燒時會產生大量的CO2、SO2、氮氧化物、粉塵和廢渣等，對環境和大氣造成污染。因此，我國正發展超臨界火力發電，逐步淘汰小火力發電機組，加快水電站和核電的建設，大力發展綠色能源。

水力發電廠將水的位能轉換成電能。水流驅動水輪機轉動，帶動發電機旋轉發電。按提高水位的方法分類，水電廠有堤壩式水電廠、引水式水電廠和混合式水電廠3類。

核能發電廠利用原子核的核能生產電能。核燃料在原子反應堆中裂變釋放核能，將水轉換成高溫高壓的蒸汽，蒸汽推動汽輪機轉動，帶動發電機旋轉發出電能，其生產過程與火電廠基本相同。

2.變電站（所）

變電站的功能是接收電能、變換電壓和分配電能。為了實現電能的遠距離輸送和將電能分配到用戶，需將發電機電壓進行多次電壓變換，這個任務由變電站完成。變電站由電力變壓器、配電裝置和二次裝置等構成。按變電站的性質和任務不同，可分為升壓變電站和降壓變電站；除與發電機相連的變電站為升壓變電站外，其余均為降壓變電站。按變電站的地位和作用不同，又分為樞紐變電站、地區變電站和用戶變電站。

僅用于接收電能和分配電能的場所稱為配電所，而用于交流電流與直流電流相互轉換的場所稱為換流站。

3.電力線路

電力線路將發電廠、變電站和電能用戶連接起來，完成輸送電能和分配電能的任務。電力線路有各種不同的電壓等級，通常將220kV及以上的電力線路稱為輸電線路，110kV及以下的電力線路稱為配電線路。交流1000kV及以上和直流士800kV及以上的輸電線路稱為特高壓輸電線路，220～800kV輸電線路稱為超高壓輸電線路。配電線路又分為高壓配電線路（110kV）、中壓配電線路（35～6kV）和低壓配電線路（380/220V），前者一般作為城市配電網骨架和特大型企業供電線路，中者為城市主要配網和大中型企業供電線路，后者一般為城市和企業的低壓配網。

除了上述交流輸電線路外，還有直流輸電線路。直流輸電主要用于遠距離輸電，連接兩個不同頻率的電網和向大城市供電。它具有線路造價低、損耗小、調節控制迅速簡便和無穩定性問題等優點，但換流站造價高。

4.電能用戶

電能用戶又稱電力負荷，所有消耗電能的用電設備或用電單位均稱為電能用戶。電能用戶按行業可分為工業用戶、農業用戶、市政商業用戶和居民用戶等。

與電力系統相關聯還有動力系統和電網。火力發電廠的汽輪機和鍋爐、水力發電廠的水輪機和水庫、核能發電廠的汽輪機和核反應堆等動力設備，與電力系統一起，稱為動力系統。電網是指電力系統中除發電廠和電能用戶之外的部分。

1.1.2 供配電系統

供配電系統是電力系統的電能用戶，也是電力系統的重要組成部分。它由總降壓變電所，高壓配電所、配電線路，車間變電所或建筑物變電所和用電設備組成。圖1-2所示為供配電系統結構框圖。

總降壓變電所是用戶電能供應的樞紐。它將35～220kV的外部供電電源電壓降為6～10kV高壓配電電壓，供給高壓配電所、車間變電所或建筑物變電所和高壓用電設備。

高壓配電所集中接收6～10kV電壓，再分配到附近各車間變電所或建筑物變電所和高壓用電設備。一般負荷分散、廠區大的大型企業需設置高壓配電所。

配電線路分為6～10kV高壓配電線路和220/380V低壓配電線路。高壓配電線路將總降壓變電所與高壓配電所、車間變電所或建筑物變電所和高壓用電設備連接起來。低壓配電線路將車間變電所或建筑物變電所的220/380V電能送到各低壓用電設備。

車間變電所或建筑物變電所將6～10kV電壓降為220/380V電壓，供低壓用電設備使用。

用電設備按用途可分為動力用電設備、工藝用電設備、電熱用電設備、試驗用電設備和照明用電設備等。

應當指出，對于某個具體用戶的供配電系統，可能上述各部分都有，也可能只有其中的幾個部分，這主要取決于電力負荷的大小和廠區的大小。不同的供配電系統，不僅組成不完全相同，而且相同部分的構成也會有較大的差異。通常，大型企業都設總降壓變電所，中小型企業僅設全廠6～10kV變電所或配電所，某些特別重要的企業還設自備發電廠作為備用電源。

1.1.3 供配電的要求和課程任務

做好供配電工作，對于促進工業生產、降低產品成本、實現生產自動化和工業現代化及保障人民生活有著十分重要的意義。對供配電的基本要求是：

●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；

●可靠 應滿足用電設備對供電可靠性的要求；

●優質 應滿足用電設備對電壓和頻率等供電質量的要求；

●經濟 供配電應盡量做到投資少，年運行費低，盡可能減少有色金屬消耗量和電能損耗，提高電能利用率。

應當指出，上述要求不但互相關聯，而且往往互相制約和互相矛盾。因此，考慮滿足上述要求時，必須全面考慮，統籌兼顧。

本課程的任務主要講述35kV及以下供配電系統電能供應和分配的基本知識和理論，使學生掌握供配電系統的設計和計算方法、管理和運行技能，為學生今后從事供配電技術工作奠定基礎。110～220kV供配電系統的理論、設計和計算方法，參見相關電力工程書籍。