【正文】 電力系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí) 寸草塔煤礦機(jī)電隊(duì) 張超 1 電力系統(tǒng)概述 2 電力負(fù)荷的計(jì)算 3 變電所位置及變壓器臺(tái)數(shù)和容量選擇 4 變配電所高低壓一次設(shè)備 5 變配電所的主電路圖 6 低壓供配電線路的接線方式 7 供電系統(tǒng)的防雷與接地 1 電力系統(tǒng)概述 1） 一個(gè)完整的電力系統(tǒng)由分布各地的各種類型的發(fā)電 廠、升壓和降壓變電所、輸電線路及電力用戶組成，它們 分別完成電能的生產(chǎn)、電壓變換、電能的輸配及使用。 2）電力網(wǎng)絡(luò)或電網(wǎng) 指電力系統(tǒng)中除發(fā)電機(jī)和用電設(shè)備之外的部分 ,即電力系統(tǒng)中各級(jí)電壓的電力線路及其聯(lián)系的變配電所。 3）動(dòng)力系統(tǒng) 指電力系統(tǒng)加上發(fā)電廠的“動(dòng)力部分”。 “動(dòng)力部分” ―― 包括水力發(fā)電廠的水庫(kù)、水輪機(jī)，熱力發(fā)電廠的鍋爐、汽輪機(jī)、熱力網(wǎng)和用電設(shè)備，以及核電廠的反應(yīng)堆等等。 總結(jié) ：電力網(wǎng)絡(luò)是電力系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，而電力系統(tǒng)又是動(dòng)力系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，這三者的關(guān)系也示于圖 11。 圖 11 動(dòng)力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、電力網(wǎng)絡(luò)示意圖 1. 根據(jù)受電設(shè)備和供電設(shè)備的額定電壓 ， 國(guó)標(biāo) GB/T156—2022《 標(biāo)準(zhǔn)電壓 》 規(guī)定了交流電力網(wǎng)和電力設(shè)備的額定電壓等級(jí) 。 1） 電網(wǎng) (電力線路 )的額定電壓 電網(wǎng)的額定電壓是確定其它一切電力設(shè)備額定電壓的基本依據(jù) ， 它是國(guó)家根據(jù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要以及電力工業(yè)的現(xiàn)有水平 ， 經(jīng)過全面的技術(shù)分析后確定的 。 三相交流電網(wǎng)和電力設(shè)備常用的額定電壓如表 。 表 我國(guó)交流電力網(wǎng)和電氣設(shè)備的額定電壓 電力變壓器額定電壓 /KV 分類 電網(wǎng)和用電設(shè)備 電壓 /KV 發(fā)電機(jī)額定 電壓 /KV 一次繞組 二次繞組 低壓 0 . 38 高壓 3 6 10 — 35 66 110 220 330 500 750 , , 18,20,22,24,26 3 及 6 及 10 及 , , 18,20,22,24,26 35 66 110 220 330 500 750 及 及 及 11 — 121 242 363 550 820 2） 電力設(shè)備的額定電壓 用電設(shè)備的額定電壓規(guī)定與同級(jí)電網(wǎng)的額定電壓相同 。 發(fā)電機(jī)的額定電壓規(guī)定高于同級(jí)電網(wǎng)額定電壓的 5％ ， 以補(bǔ)償線路上的電壓損失 。 變壓器的額定電壓分為一次繞組額定電壓和二次繞組額定電壓 。 （ 1） 變壓器一次繞組額定電壓分兩種情況：當(dāng)變壓器直接與發(fā)電機(jī)相連時(shí) ， 如圖 T1， 其額定電壓與發(fā)電機(jī)額定電壓相同 ， 即高于同級(jí)電網(wǎng)額定電壓的 5％ ；當(dāng)變壓器連接在線路上時(shí) ， 如圖 器 T2， 成為電網(wǎng)上的一個(gè)負(fù)荷 ， 其一次繞組額定電壓與電網(wǎng)額定電壓相同 。 圖 電力變壓器的額定電壓說明 （ 2） 變壓器的二次繞組額定電壓也分兩種情況：當(dāng)變壓器二次側(cè)供電線路較長(zhǎng)時(shí) ， 如圖 T1， 其額定電壓應(yīng)高于同級(jí)電網(wǎng)額定電壓的 10％ ， 5%用來(lái)補(bǔ)償變壓器二次繞組的內(nèi)阻抗壓降 ， 5%用來(lái)補(bǔ)償線路上的電壓損失；當(dāng)變壓器二次側(cè)供電線路不太長(zhǎng)時(shí) ， 如圖 T2， 其額定電壓只需高于電網(wǎng)額定電壓的 5％ 即可 ， 用于補(bǔ)償變壓器內(nèi)部的電壓損耗 。 圖 電力變壓器的額定電壓說明 2. 電壓分類及高低電壓的劃分 按國(guó)標(biāo)規(guī)定 ， 額定電壓分為三類： 第一類額定電壓為 100 V及以下 ， 如 12 V、 24 V、 36 V等 ， 主要用于安全照明 、 潮濕工地建筑內(nèi)部的局部照明及小容量負(fù)荷 。 第二類額定電壓為 100 V以上 、 1000 V以下 ， 如 127 V、 220 V、 380 V、 600 V等 ， 主要用作低壓動(dòng)力電源和照明電源 。 第三類額定電壓為 1 kV以上 ， 有 6 kV、 10 kV、 35 kV、 110 kV、 220 kV、 330 kV、 500 kV、 750 kV等 ， 主要用于高壓用電設(shè)備 、 發(fā)電及輸電設(shè)備 。 在電力系統(tǒng)中 ， 通常把 1 kV以下的電壓稱為低壓 ， 1 kV以上的電壓稱為高壓 ， 220 kV以上的電壓稱為超高壓 ， 1000 kV以上的電壓稱為特高壓 。 三相電力設(shè)備的額定電壓不作特別說明時(shí)均指線電壓 。 1． 供電系統(tǒng)的高壓配電電壓主要取決于當(dāng)?shù)毓╇婋娫措妷阂约案邏河秒娫O(shè)備的電壓 、 容量和數(shù)量等因素 。 中 、 小型工廠采用的高壓配電電壓通常為 6～ 10 kV， 從技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來(lái)看 ， 最好采用 10 kV配電電壓 。 由于同樣的輸送功率和輸送距離條件下 ， 配電電壓越高 ，線路電流越小 ， 線路所采用的導(dǎo)線或電纜截面越小 ， 因而采用 10 kV配電電壓可以減少線路的初投資和金屬消耗量 ， 還可以減少線路的電能損耗和電壓損耗 。 從設(shè)備的選型及將來(lái)的發(fā)展來(lái)說 ， 10 kV更優(yōu)于 6 kV。 對(duì)于一些廠區(qū)面積大 、 負(fù)荷大且集中的大型廠礦 ， 如廠區(qū)的環(huán)境條件允許 ， 可采用 35～ 220 kV架空線直接深入工廠負(fù)荷中心配電 ， 這樣可以分散建立總降壓變電所 ， 簡(jiǎn)化供電環(huán)節(jié) ， 節(jié)約有色金屬 ， 降低功率損耗和電壓損失 。 2． 低壓配電電壓的選擇 供電系統(tǒng)的低壓配電電壓一般采用 220/380 V的標(biāo)準(zhǔn)電壓等級(jí)，但在某些特殊的場(chǎng)合如礦井，因負(fù)荷中心遠(yuǎn)離變電所，為保證負(fù)荷端的電壓水平故采用 660 V電壓作為配電電壓， 這樣不僅可以減少線路的電壓損耗，降低線路有色金屬消耗量， 而且能夠增加配電半徑，提高供電能力，簡(jiǎn)化供配電系統(tǒng)。 另外，在某些場(chǎng)合，由于安全的原因，可以采用特殊的安全低電壓配電。 1． 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB 12325—2022《 電能質(zhì)量 供電電壓偏差 》 規(guī)定了不同電壓等級(jí)的允許電壓偏差的限值： 35 kV及以上供電電壓 正 、 負(fù)偏差絕對(duì)值之和不超過標(biāo)稱電壓的 10% 20 kV及以下三相供電電壓偏差為標(biāo)稱電壓 177。 7% 220 V單相供電電壓偏差為標(biāo)稱電壓的 +7%、 10%。 對(duì)供電點(diǎn)容量較小，供電距離較長(zhǎng)以及對(duì)供電電壓偏差有特殊要求的用戶，由供、用電雙方協(xié)議確定。 2． 我國(guó)規(guī)定的額定電壓頻率為 50 Hz， 大容量系統(tǒng)允許的頻率偏差為 177。 Hz， 中 、 小容量系統(tǒng)允許的頻率偏差為 177。 Hz。 頻率的調(diào)整主要由發(fā)電廠進(jìn)行 。 電力系統(tǒng)的頻率指標(biāo)由電力系統(tǒng)給予保證 。 3． 供電的可靠性要求 保證供電系統(tǒng)的安全可靠性是電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求 。 所謂供電的可靠性 ， 是指確保用戶能夠隨時(shí)得到供電 。 這就要求供配電系統(tǒng)的每個(gè)環(huán)節(jié)都安全 、 可靠運(yùn)行 ， 不發(fā)生故障 ， 以保證連續(xù)不斷地向用戶提供電能 。 不同的用戶對(duì)供電可靠性的要求是不一樣的 。 根據(jù)對(duì)供電可靠性的要求及中斷供電造成的損失或影響的程度 ， 將電力用戶負(fù)荷分為三類 。 1） 一級(jí)負(fù)荷是指中斷供電將造成人身傷亡危險(xiǎn) ， 或造成重大設(shè)備損失且難以修復(fù) ， 或給國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來(lái)重大損失 ， 或在政治上造成重大影響的電力負(fù)荷 。 礦井一級(jí)電力負(fù)荷有主要通風(fēng)機(jī) 、 井下主排水設(shè)備 、 下山開采的采區(qū)排水設(shè)備升降人員的主井提升機(jī) 、 抽放瓦斯設(shè)備 （ 包括井下移動(dòng)抽放泵站設(shè)備 ） 。 一級(jí)負(fù)荷要求由兩個(gè)獨(dú)立電源供電 ， 當(dāng)其中一個(gè)電源發(fā)生故障時(shí) ， 另一個(gè)電源應(yīng)不致同時(shí)受到損壞 。 對(duì)一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷 ， 除上述兩個(gè)電源外 ， 還必須增設(shè)應(yīng)急電源 。 常用的應(yīng)急電源有：獨(dú)立于正常電源的發(fā)電機(jī)組 、 專門的供電線路 、 蓄電池 、 干電池等 。 2） 二級(jí)負(fù)荷 二級(jí)負(fù)荷 是指中斷供電將在政治 、 經(jīng)濟(jì)上造成較大損失的電力負(fù)荷 ， 如主要設(shè)備損壞 、 大量產(chǎn)品報(bào)廢 、 連續(xù)生產(chǎn)過程被打亂需較長(zhǎng)時(shí)間才能恢復(fù) 、 重點(diǎn)企業(yè)大量減產(chǎn)等 。 礦井的二級(jí)電力負(fù)荷有主井提升機(jī) 、 經(jīng)常升降人員的斜井提升設(shè)備 、 副井井口及井底操車設(shè)備 、 主要空氣壓縮機(jī) 、 主井裝卸設(shè)備 、 大巷帶式輸送機(jī) 、 井下主要電機(jī)車運(yùn)輸設(shè)備 、 井下運(yùn)輸信號(hào)系統(tǒng) 、 礦井信息系統(tǒng) 、 安全監(jiān)測(cè)及生產(chǎn)監(jiān)控設(shè)備 、 綜合機(jī)械化采煤及其運(yùn)輸設(shè)備 、 礦燈充電設(shè)備 、 礦井行政通信及調(diào)度通信設(shè)備 、 井筒保溫及其供熱設(shè)備 、 有熱害礦井的制冷站設(shè)備 、 運(yùn)煤索道的驅(qū)動(dòng)機(jī) 、 配有備用泵的消防泵 、 無(wú)事故排出口的礦井污水泵 、 地面生產(chǎn)系統(tǒng) 、 生產(chǎn)流程中的照明設(shè)備 、 鐵路裝車設(shè)備 、 單臺(tái)蒸發(fā)量為 4t/h以上的鍋爐 。 二級(jí)負(fù)荷要求由雙回路供電 ， 供電變壓器也應(yīng)有兩臺(tái) ，當(dāng)其中有一條回路或一臺(tái)變壓器發(fā)生常見故障時(shí) ， 二級(jí)負(fù)荷應(yīng)不致中斷供電 ， 或中斷供電后能迅速恢復(fù)供電 。 3） 三級(jí)負(fù)荷 三級(jí)負(fù)荷為一般電力負(fù)荷 ， 所有不屬于上述一 、 二級(jí)負(fù)荷者均為三級(jí)負(fù)荷 。 由于三級(jí)負(fù)荷為不重要的一般負(fù)荷 ， 因而它對(duì)供電電源無(wú)特殊要求 。 2 電力負(fù)荷的計(jì)算 1. 計(jì)算負(fù)荷的概念 根據(jù)用電設(shè)備的安裝容量 ， 采用一定的計(jì)算方法得出的負(fù)荷 ， 稱為計(jì)算負(fù)荷 。 計(jì)算負(fù)荷是一個(gè)假想負(fù)荷 ， 其熱效應(yīng)和實(shí)際負(fù)荷產(chǎn)生的熱效應(yīng)相等 。 如以計(jì)算負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行 ， 根據(jù)計(jì)算負(fù)荷選擇的電氣設(shè)備和導(dǎo)線電纜其發(fā)熱溫度不會(huì)超過允許值 。 導(dǎo)體通過電流達(dá)到穩(wěn)定溫升的時(shí)間大約為 (3～ 4)τ ， τ為發(fā)熱時(shí)間常數(shù) 。 截面在 16 mm2及以上的導(dǎo)體 ， 其 τ ≥ 10 min。 因此 ， 載流導(dǎo)體大約經(jīng) 30 min后可達(dá)到穩(wěn)定溫升值 ， 計(jì)算負(fù)荷也就是半小時(shí)最大負(fù)荷 。 分別用 P Q S30和 I30表示有功計(jì)算負(fù)荷 、 無(wú)功計(jì)算負(fù)荷 、 視在計(jì)算負(fù)荷和計(jì)算電流