1.1 电力系统和供配电系统概述

电能是一种清洁的二次能源。电能不仅便于输送和分配，易于转换为其他的能源，而且便于控制、管理和调度，易于实现自动化。因此，电能已广泛应用于国民经济、社会生产和人民生活的各个方面，电能已成为现代社会的主要能源。绝大多数电能都由电力系统中发电厂提供，我国电力工业得到迅猛发展，为实现现代化打下坚实基础。我国已建成并投入运行交流1000kV特高压输电线路、直流士800kV特高压输电线路，达到世界领先水平。到2011年年底，我国发电机装机容量达105577万千瓦（kW），居世界第2位，发电量达46037亿度（kWh），居世界第1位。工业用电量已占全部用电量的70%～80%，是电力系统的最大电能用户。供配电系统是电力系统的重要组成部分，供配电系统的任务就是向用户和用电设备供应和分配电能。用户所需的电能，绝大多数是由公共电力系统供给的，故在介绍供配电系统之前，先介绍电力系统的知识。

1.1.1 电力系统

电力系统是由发电厂、变电所、电力线路和电能用户组成的一个整体。图1-1所示为电力系统的示意图。

为了充分利用动力资源，降低发电成本，发电厂往往远离城市和电能用户，例如，火力发电厂大多建在靠近一次能源的地区，水力发电厂一般建在水利资源丰富的、远离城市的地方，核能发电厂厂址也受种种条件限制。因此，这就需要输送和分配电能，将发电厂发出的电能经过升压、输送、降压和分配，送到用户。

1.发电厂

发电厂将一次能源转换成电能。根据一次能源的不同，有火力发电厂、水力发电厂和核能发电厂；此外，还有风力、太阳能、地热和海洋发电厂等。

目前，我国火力发电厂的装机容量比重最大，约占总装机容量的70%以上，水力发电厂的装机容量约占20%，其他发电厂的装机容量约占10%。

火力发电厂将煤、天然气、石油的化学能转换为电能。我国火力发电厂燃料以煤炭为主，随着西气东输工程的竣工，将逐步扩大天然气燃料的比例。火力发电的原理是：燃料在锅炉中充分燃烧，将锅炉中的水转换为高温高压蒸汽，蒸汽推动汽轮机转动，带动发电机旋转发出电能。

由于煤、天然气和石油是不可再生能源，且燃烧时会产生大量的CO2、SO2、氮氧化物、粉尘和废渣等，对环境和大气造成污染。因此，我国正发展超临界火力发电，逐步淘汰小火力发电机组，加快水电站和核电的建设，大力发展绿色能源。

水力发电厂将水的位能转换成电能。水流驱动水轮机转动，带动发电机旋转发电。按提高水位的方法分类，水电厂有堤坝式水电厂、引水式水电厂和混合式水电厂3类。

核能发电厂利用原子核的核能生产电能。核燃料在原子反应堆中裂变释放核能，将水转换成高温高压的蒸汽，蒸汽推动汽轮机转动，带动发电机旋转发出电能，其生产过程与火电厂基本相同。

2.变电站（所）

变电站的功能是接收电能、变换电压和分配电能。为了实现电能的远距离输送和将电能分配到用户，需将发电机电压进行多次电压变换，这个任务由变电站完成。变电站由电力变压器、配电装置和二次装置等构成。按变电站的性质和任务不同，可分为升压变电站和降压变电站；除与发电机相连的变电站为升压变电站外，其余均为降压变电站。按变电站的地位和作用不同，又分为枢纽变电站、地区变电站和用户变电站。

仅用于接收电能和分配电能的场所称为配电所，而用于交流电流与直流电流相互转换的场所称为换流站。

3.电力线路

电力线路将发电厂、变电站和电能用户连接起来，完成输送电能和分配电能的任务。电力线路有各种不同的电压等级，通常将220kV及以上的电力线路称为输电线路，110kV及以下的电力线路称为配电线路。交流1000kV及以上和直流士800kV及以上的输电线路称为特高压输电线路，220～800kV输电线路称为超高压输电线路。配电线路又分为高压配电线路（110kV）、中压配电线路（35～6kV）和低压配电线路（380/220V），前者一般作为城市配电网骨架和特大型企业供电线路，中者为城市主要配网和大中型企业供电线路，后者一般为城市和企业的低压配网。

除了上述交流输电线路外，还有直流输电线路。直流输电主要用于远距离输电，连接两个不同频率的电网和向大城市供电。它具有线路造价低、损耗小、调节控制迅速简便和无稳定性问题等优点，但换流站造价高。

4.电能用户

电能用户又称电力负荷，所有消耗电能的用电设备或用电单位均称为电能用户。电能用户按行业可分为工业用户、农业用户、市政商业用户和居民用户等。

与电力系统相关联还有动力系统和电网。火力发电厂的汽轮机和锅炉、水力发电厂的水轮机和水库、核能发电厂的汽轮机和核反应堆等动力设备，与电力系统一起，称为动力系统。电网是指电力系统中除发电厂和电能用户之外的部分。

1.1.2 供配电系统

供配电系统是电力系统的电能用户，也是电力系统的重要组成部分。它由总降压变电所，高压配电所、配电线路，车间变电所或建筑物变电所和用电设备组成。图1-2所示为供配电系统结构框图。

总降压变电所是用户电能供应的枢纽。它将35～220kV的外部供电电源电压降为6～10kV高压配电电压，供给高压配电所、车间变电所或建筑物变电所和高压用电设备。

高压配电所集中接收6～10kV电压，再分配到附近各车间变电所或建筑物变电所和高压用电设备。一般负荷分散、厂区大的大型企业需设置高压配电所。

配电线路分为6～10kV高压配电线路和220/380V低压配电线路。高压配电线路将总降压变电所与高压配电所、车间变电所或建筑物变电所和高压用电设备连接起来。低压配电线路将车间变电所或建筑物变电所的220/380V电能送到各低压用电设备。

车间变电所或建筑物变电所将6～10kV电压降为220/380V电压，供低压用电设备使用。

用电设备按用途可分为动力用电设备、工艺用电设备、电热用电设备、试验用电设备和照明用电设备等。

应当指出，对于某个具体用户的供配电系统，可能上述各部分都有，也可能只有其中的几个部分，这主要取决于电力负荷的大小和厂区的大小。不同的供配电系统，不仅组成不完全相同，而且相同部分的构成也会有较大的差异。通常，大型企业都设总降压变电所，中小型企业仅设全厂6～10kV变电所或配电所，某些特别重要的企业还设自备发电厂作为备用电源。

1.1.3 供配电的要求和课程任务

做好供配电工作，对于促进工业生产、降低产品成本、实现生产自动化和工业现代化及保障人民生活有着十分重要的意义。对供配电的基本要求是：

●安全 在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故；

●可靠 应满足用电设备对供电可靠性的要求；

●优质 应满足用电设备对电压和频率等供电质量的要求；

●经济 供配电应尽量做到投资少，年运行费低，尽可能减少有色金属消耗量和电能损耗，提高电能利用率。

应当指出，上述要求不但互相关联，而且往往互相制约和互相矛盾。因此，考虑满足上述要求时，必须全面考虑，统筹兼顾。

本课程的任务主要讲述35kV及以下供配电系统电能供应和分配的基本知识和理论，使学生掌握供配电系统的设计和计算方法、管理和运行技能，为学生今后从事供配电技术工作奠定基础。110～220kV供配电系统的理论、设计和计算方法，参见相关电力工程书籍。