第5章 供配电系统电气线路

5.1 供配电系统简介

5.1.1 供配电系统的组成

电能是由发电部门（火力发电厂、水力发电站和核电站）的发电机产生的，这些电能需要通过供配电系统传输给用户。电能从发电部门到用户的传输环节如图5-1所示。从图中可以看出，发电部门的发电机产生3.15～20kV的电压（交流）先经升压变压器升至35～500kV，然后通过远距离传输线将电能传送到用电区域的变电所，变电所的降压变压器将35～500kV的电压降低到6～10kV，该电压一方面直接供给一些工厂用户，另一方面再经降压变压器降低成380/220V的低压，供给普通用户。

电能在远距离传输时，先将电压升高，传输到目的地后再将电压降低，这样做的目的主要有两点：①可减少电能在传输线上的损耗，根据P=UI可知，在传输功率一定的情况下，电压U越高，电流I越小，又根据焦耳定律Q=I²Rt可知，流过导线的电流越小，在导线上转变成热能而损耗的电能就越少；②可在导线截面积一定的情况下提高导线传输电能的功率，比如某导线允许通过的最大电流为I_M，在电压未升高时传输的功率P=UI_M，电压升高20倍后该导线传输的功率P=20UI_M。

从发电部门的发电机产生电能开始到电能供给最终用户，电能经过了电能的产生、变换、传输、分配和使用环节，这些环节组成的整体称为电力系统。电网是电力系统的一部分，它不包括发电部门和电能用户。

5.1.2 变电所与配电所

电能由发电部门传输到用户的过程中，需要对电压进行变换，还要将电压分配给不同的地区和用户。变电所或变电站的任务是将送来的电能进行电压变换并对电能进行分配。配电所或配电站的任务是将送来的电能进行分配。

变电所与配电所的区别主要在于：变电所由于需要变换电压，所以必须要有电力变压器，而配电所不需要电压变换，故除了可能有自用变压器外，配电所是没有其他电力变压器的。变电所和配电所的相同之处在于：①两者都担负着接收电能和分配电能的任务；②两者都具有电能引入线（架空线或电缆线）、各种开关电器（如隔离开关、刀开关、高低压断路器）、母线、电压电流互感器、避雷器和电能引出线等。

变电所可分为升压变电所和降压变电所，升压变电所一般设在发电部门，将电压升高后进行远距离传输。降压变电所一般设在用电区域，它根据需要将高压适当降低到相应等级的电压后，供给本区域的电能用户。降压变电所又可分为区域降压变电所、终端降压变电所、工厂降压变电所和车间降压变电所等。

5.1.3 电力系统的电压规定

1. 电压等级划分

电力系统的电压可分为输电电压和配电电压，输电电压的电压范围在220kV及以上，用作电能远距离传输；配电电压的电压范围在110kV及以下，用作电能的分配，它又可分为高（35～110kV）、中（6～35kV）、低（1kV以下）三个等级，分别用在高压配电网、中压配电网和低压配电网。

2. 电网和电力设备额定电压的规定

为了规范电能的传送和电力设备的设计制造，我国对三相交流电网和电力设备的额定电压做出了规定，电网电压和电力设备的工作电压必须符合该规定。表5-1列出了我国三相交流电网和电力设备的额定电压标准。

从表5-1可以看出：

1）电网和用电设备的额定电压规定相同。表中未规定2kV额定电压，故电网中不允许以2kV电压来传输电能，生产厂家也不会设计制造2kV额定电压的用电设备。

2）相同电压等级的发电机的额定电压与电网和用电设备是不一样的，发电机的额定电压要略高（5%），这样规定是考虑到发电机产生的电能传送到电网或用电设备时线路会有一定的压降。

3）电力变压器相同等级的额定电压规定是不一样的，相同等级的二次绕组的额定电压较一次绕组要略高（5%～10%），这样规定也是考虑到线路存在压降。

下面以图5-2来说明电力变压器一、二次绕组额定电压的确定。如果发电机的额定电压是0.4kV（较相同等级的电网电压0.38kV高5%），发电机产生的0.4kV电压经线路传送到升压变压器T1的一次绕组，由于线路的压降损耗，送到T1的一次绕组电压为0.38kV，T1将该电压升高到242kV（较相同等级的电网电压220kV高10%），242kV电压经远距离线路传输，线路压降损耗为10%，送到降压变压器T2的一次绕组的电压为220kV，T2将220kV降低到0.4kV（较相同等级的电网电压0.38kV高5%），经线路压降损耗5%后得到0.38kV供给电动机。

电力变压器一、二次绕组额定电压规定如下：

1）当一次绕组与发电机连接时，由于线路不是很长，其额定电压较相应等级的电网电压高5%；当一次绕组与输电线路末端连接时，其额定电压与相应等级的电网电压相同。

2）当二次绕组与高压电网连接时，由于线路很长，线路压降大，其额定电压较相应等级的电网电压高10%；当二次绕组与低压电网连接时，由于线路较短，线路压降小，其额定电压较相应等级的电网电压高5%。