任务描述

图2-1所示为某大型电力系统示意图。请通过识读该高低压供配电系统简图，总结出电力系统的组成；简要叙述新能源发电的工作原理；能够分析出哪一部分是工业企业供电系统。

图2-1　某大型电力系统示意图

任务分析

工厂供电系统既复杂又重要，其主要特点是供电范围广，负荷类型多而操作频繁，厂房环境（建筑物、管道、道路、高温及尘埃等）复杂，低压线路较长等。本任务主要是通过参观某火力发电厂，通过查阅资料、聆听讲解、观看视频等，熟悉中小型企业内部的电能供应、分配问题，掌握常见的中小型供电系统运行，维护所需要的基本理论和基本知识，从而认识工厂供配电系统的组成，明白为什么电能能够得到广泛的应用，电能是怎样输送和分配的，工厂供电的基本要求是什么。

知识学习

由各种电压的电力线路，将各种发电厂、电力网和电力用户联系起来的一个发电、输电、变电、配电和用电的整体称为电力系统，如图2-2所示。

图2-2　从发电厂到用户的输电过程示意图

2.1.1 电力系统的组成

1.发电厂

在电力工业的初期，电能是直接由电力用户附近的发电站（或称发电厂）生产的，各发电厂孤立运行。随着工农业生产和城市的发展，电能的需求量迅速增加，而热能资源（如煤田）和水能资源丰富的地区往往远离电能使用集中的工矿企业和城市，为了解决这个矛盾，就需要在动力资源丰富的地区建立大型的发电厂，然后将电能输送到距离遥远的电能用户。

发电厂是将自然界蕴藏的各种一次能源如水力、煤炭、石油、天然气、风力、地热、太阳能和核能等，转换为电能（二次能源）的工厂，主要任务是生产电能。

1）火力发电厂

火力发电厂是将燃料的化学能先转换为热能，热能转换为机械能，机械能再转换为电能。其燃料有煤炭、石油、天然气等，火力发电厂是我国目前最主要的电源，比例大于75%。火力发电存在的问题主要有采矿和运输中的安全性、灾难等安全问题，酸雨、温室效应、可吸入颗粒物等环境问题。另外，凝汽式火电厂效率为40%，热电厂效率为60%～70%，即效率相对较低。今后火电建设的重点是采用高参数、大容量、高效率的设备；开发清洁煤燃烧发电、天然气蒸汽联合循环发电；鼓励热电联产；加强煤炭基地的矿口电厂建设，如江苏谏壁发电厂、浙江北仑发电厂、张家口发电总厂等。

2）水力发电厂

水力发电厂简称水电厂，是将水的位能转换为机械能，再转换为电能。水电厂是我国最重要的电源之一，比例大于10%，分为堤坝式、引水式和抽水蓄能电站等。水力发电是最干净、最廉价的能源之一，发电成本低，不产生污染、运行维护简单，同时还兼有防洪、灌溉、航运、水产养殖等综合效益；但投资大，工期长，如葛洲坝水电站、长江三峡水电站、广州抽水蓄能电站等。

3）原子能发电厂

原子能发电厂又称核电厂，是将核燃料裂变产生的热能转换为机械能，再转换为电能。核电厂也是我国目前最重要的电源之一，比例大于10%。核电厂的组成有核反应堆、汽轮机、电力系统。核能发电节省了大量煤炭、石油等燃料，避免燃料运输；不需空气助燃，可建在地下、水下、山洞或空气稀薄地区，但存在放射性污染问题，如秦山核电站、大亚湾核电站等。

4）其他类型发电厂

近年来，新能源发电取得了长足发展，如太阳能发电将太阳光能或太阳热能转换为电能；风力发电将风力的动能转换为机械能，再转换为电能；地热发电是将地热能转换为电能；潮汐发电将海水涨潮或落潮的动能或势能转换为电能；还有垃圾燃料发电等。新能源都属于清洁、廉价的可再生能源，是未来能源的主要形式，如新疆达坂城风电厂、西藏羊八井电厂、法国朗斯潮汐电站等。

2.电力网

电力网简称“电网”，由变配电所和各种不同电压等级的电力线路组成。它的任务是将发电厂生产的电能输送、变换和分配到电力用户。电力线路的任务是输送电能，并把发电厂、变配电所和电力用户连接起来。

变配电所是变换电压和接收分配电能的场所。变电所分为升压变电所、降压变电所。降压变电所分为区域变电所、地区变电所和工业企业变电所。配电所（也称开闭所）只接收和分配电能，不变换电压。

区域变电所：电压等级高，变压器容量大，进出线回路数多，由大电网供电，高压侧电压330～750 kV，全所停电后，将引起整个系统解列甚至瓦解。

地区变电所：由发电厂或区域变电所供电，高压侧电压110～220 kV，全所停电后，将使该地区中断供电。

工业企业变电所：是电网的末端变电所，主要由地区变电所供电，其高压侧为35～110 kV，全所停电后，将使用户中断供电。

习惯上，电网或系统往往按电压等级来划分，例如，我们所说的10 kV电网或10 kV系统，实指10 kV的整个线路。

供配电系统是电力系统的电力用户，由总降压变电所（或高压配电所）、配电线路、车间变电所和用电设备等组成。总降压变电所将35～110 kV的供电电压变换为6～10 kV的高压配电电压；高压配电所集中接收6～10 kV电压，再分配到附近各车间变电所和高压用电设备；配电线路分为厂区高压配电线路和车间低压配电线路；车间变电所将6～10 kV的电压降为380/220 V。

（1）具有高压配电所的供配电系统。

工厂从公共电网取得电源，电能先经高压配电所（HDS）集中，再由高压配电线路将电能分配到各车间变电所（STS），经车间变电所将高压电能转换为用电设备所需要的低压电能（如220/380 V），如图2-3所示。

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图2-3　中型工厂供电系统图

（2）具有总降压变电所的供配电系统。

对于大型工厂及某些电源进线电压为35 kV及以上的中型工厂，一般经两次降压，即电源进厂以后，先经总降压变电所（HSS）降压，然后通过高压配电线将电能送到各个车间变电所，也有的经高压配电所再送到车间变电所，最后经配电变压器降为一般低压用电设备所需的电压，如图2-4所示。

（3）高压深入负荷中心的企业供配电系统。

有的35 kV进线的工厂只经一次降压，即35 kV线路直接引入靠近负荷中心的车间变电所，经车间变电所的配电变压器直接降为低压用电设备所需的电压。这样可以省去一级中间变压，从而简化供电系统的接线，降低电压损耗和电能损失，节约有色金属，提高供电质量。但这种供电方式要求厂区必须有能满足这种条件的“安全走廊”，否则不宜采用，以确保安全，如图2-5所示。

（4）只有一个变电所或配电所的企业供配电系统。

对于小型工厂，由于其容量一般不大于1 000 kV·A，也没有重要负荷，因此通常只设一个降压变电所，将6～10 kV降为低压用电设备所需的220/380 V电压，如图2-6所示。

图2-4　具有总降压变电所的供配电系统图

图2-5　高压深入负荷中心的企业供配电系统图

图2-6　只有一个变电所或配电所的企业供配电系统图

（a）装有一台主变压器；（b）装有两台主变压器

3.电力用户

电力用户又称电力负荷，指所有消耗电能的用电设备或用电单位。根据电力负荷对供电的可靠性、连续性的要求及中断供电造成的经济损失、政治影响和程度，可以把电力负荷分为以下三级。

1）一级负荷

一级负荷为最重要的负荷，一旦中断供电将会造成重大人身伤亡或带来政治、经济上的重大损失和影响，比如造成大批人员伤亡、主要设备遭受损坏且长期难以修复，或对国民经济带来巨大损失。因此要求必须由两个互相独立的双电源供电，当其中一路电源发生故障时，则由另一路电源提供电源。如炼钢厂、石油提炼厂、矿井和大型医院等都属于一级负荷用户。

2）二级负荷

因中断供电在政治、经济上带来较大损失者为二级负荷。比如会造成大量产品（或工件）报废，或导致复杂的生产过程出现长期混乱，或因处理不当而发生人身和设备事故，或致使生产上遭受重大损失。二级负荷的重要性仅次于一级负荷，它也属于重要负荷，必须由双回路电源供电，其中任一回路发生故障时，都不至于中断对二级负荷的供电，或中断后能迅速恢复供电。如抗生素制造厂、水泥厂大窑和化纤厂等都属于二级负荷用户。

3）三级负荷

因中断供电不会带来经济损失和政治影响，不在上述一、二级负荷范围内的电力负荷均视为三级负荷。三级负荷属于不重要负荷，中断供电不会造成重大经济损失和不良政治影响，因此对供电电源无特殊要求。

工厂的用电设备，按其工作制有长期连续工作制、短时工作制和反复短时周期工作制（断续周期工作制）三类。长期连续工作制的设备长期连续运行，负荷比较稳定且运行时间较长。短时工作制的设备工作时间短，而间歇时间相当长。反复短时周期工作制设备反复周期性地时而工作，时而停歇，一个周期不超过10 min，无论是工作时还是停歇时，设备均不会达到热平衡。

2.1.2 供配电工作的基本要求

为了更好地为国民经济服务，切实保证工矿企业生产和群众生活用电的需求，供配电工作需要切实搞好安全用电、节约用电和计划用电（俗称“三电”），必须满足以下基本要求：

（1）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。

（2）可靠，应满足电能用户对供电可靠性即连续供电的要求。

（3）优质，应满足电能用户对电压质量和频率质量等方面的要求。

（4）经济，应使供电系统的投资少，运行费用低，并尽可能地节约电能和减少有色金属消耗量。

任务检查

按表2-1对任务完成情况进行检查记录。

表2-1　任务完成情况检查记录表