供配电技术概述

1.供配电技术的定义、要求

在电气技术领域中，通常将电分为强电和弱电两种。

一般220V/50HZ及以上的交流电称为强电。

弱电系统分两类：1.国家规定的安全电压等级和控制电压等级的电压，有交流与直流之分。

2.载有语音、图像、数据等信息的信息源，如电话、电视、计算机的信息等。

所谓供配电技术，是指各类企事业单位（工厂）所需电能的供应和分配技术，也称工厂供电技术。

各级电压电力线路合理的输送功率和距离

线路电压/KV 线路结构输送功率输送距离/km

0.22 架空线路≤50KW≤0.15

0.22 电缆线路≤100KW≤0.2

0.38 架空线路≤100KW≤0.25

0.38 电缆线路≤175KW≤0.35

6 架空线路≤2000KW3~10

6 电缆线路≤3000KW≤8

10 架空线路≤3000KW5~15

10 电缆线路≤5000KW≤10

35 架空线路2000~15000KW 20~50

60 架空线路3500~30000KW 30~100

110 架空线路10000~50000KW 50~150

220 架空线路100~500MW 200~300

330 架空线路200~1000MW 200~600

500 架空线路1000~1500MW 300~1000

750 架空线路>150万KW>1000

1000 架空线路>200万KW>1000

2.电力系统的额定电压

额定电压就是指能够使各类电气设备处在设计要求的额定或最佳运行状态工作的电压。

电压和频率是衡量电力系统电能质量的两个基本参数。

一般交流电力设备的额定频率为50HZ，此频率一般称为“工频”，频率偏差不得超过±0.2HZ，频率的调整主要依靠发电厂。

我国现阶段各电力设备的额定电压分三类。

第一类额定电压为100V以下。这类电压主要用于安全照明、蓄电池及开关设备的操作电源。

第二类额定电压高于100V，低于1000V。这类电压主要用于低压三相电动机及照明设备。

第三类额定电压高于1000V。这类电压主要用于发电机、变压器、输配电线路及设备。

《标准电压》GB156-2007规定的三相交流电网和电力设备的额定电压

分类电网和用电设

备

额定电压/KV 发电机额定电压

/KV

电力变压器额定电压/KV

一次绕组二次绕组

低压0.22

0.38

0.66

1.000（1.140）

0.115

0.23

0.40

0.69

0.22

0.38

0.66

0.23

0.40

0.69

高压3（3.3）

6

10

-

20

25

35

66

110

220

330

500

750

1000

3.15

6.3

10.5

13.8,15.75,18,20

22,24

-

-

-

-

-

-

3及3.15

6及6.3

10及10.5

13.8,15.75，18,20

35

66

110

220

330

500

750

3.15及3.3

6.3及6.6

10.5及11

-

38.5

72.6

121

242

363

550

825（800）

三相交流电网和电力设备的额定电压

1.电网（电力线路）的额定电压：额定电压在110KV以下的配电网，电压间级差一般应在3倍以上；额定电压在100KV以上的输电网级差一般应在2倍以上。

2.用电设备的额定电压：用电设备的额定电压一般允许在其额定电压±5%以内变化，而线路全长的电损耗一般应不超过额定电压的10%，这样在运行时线路首端电压应比其额定电压高5%，末端电压才可能不低于5%。所以，一般取线路首端和末端电压的平均值（该值规定为电力线路的额定电压）等于用电设备的额定电压。

3.发电机的额定电压：发电机是输出电能的设备，接于线路的首端，发电机的额定电压应该比所连接的线路的额定电压高5%。

4.电力变压器的额定电压：1）.电力变压器一次绕组的额定电压选择分两种情况：变压器直接与发电机相连时，其一次绕组额定电压应与发电机额定电压相同，即高于同级电网额定电压的5%；当变压器是经过线路连接时，它可看做是线路的用电设备，因此其一次绕组额定电压应与电网额定电压相同。

2）.电力变压器二次绕组的额定电压的选择有两种情况：变压器二次侧供电线路较长（高压电网），二次侧额定电压一方面要考虑补偿变压器满载时内部5%的电压降，另一方面还要考虑变压器满载时输出的二次电压要高于电网额定电压的5%，已补偿线路上的电压降，所以电压应比同级电网额定电压高10%；变压器二次侧供电线路不太长（低压电网，或直接给用电设备供电）则变压器二次绕组的额定电压只需高于电网额定电压的5%，用于

补偿变压器内部的电压降。 电力变压器各部分电压

一次绕组

二次绕组 与发电机相连 高于同级电网 额定电压5%

供电线路较长 （高压电网） 比同级电网 额定电压高10% 不与发电机相连 电网额定电压相同 供电线路不太长 （低压电路等） 只需高于电网

额定电压5%

允许的电压偏移及电压调整的措施

1.电压偏移的产生

电压偏移是指电网电压的短时、快速变动。

电压偏移原因是系统内负荷变化较大，而电源容量没有足够大；负荷急剧变化，使电力系统的电压损耗相应变动，而使电气设备的端电压出线波动。

2.电压偏移的危害

电压偏移可影响电动机的正常运行，还可能引起同步电动机转子振动；电压波动对照明的影响明显，可使照明灯发生闪烁现象等。

《工业与民用供配电系统设计规范》规定：正常运行情况下，用电设备端子处电压偏移的允许值为

对于电动机 电压偏移值为±5%N U ；

对于照明灯 一般工作场所电压偏移值为不超过±5%N U ，要求较高的屋内场所电压偏移值为+5%N U 、-2.5%N U ；难以满足上述要求时，电压偏移值不超过+5%N U 、-10%N U 。

这里所说的电压偏移值是以端电压与额定电压的相对百分比来表示的，即 %100%?-=?N

N def U U U U 式中%U ?为电压偏移；U 为设备的端电压；N U 为设备的额定电压。

3.电压调整措施

1）.正确选择无载调压型变压器的电压分接头或采用有载调压型变压器。 企业供电系统中应用的6~10KV 电力变压器，一般为无载变压器，其高压绕组（即一次绕组）有±5%的电压分接头，并设有无载调压分接开关。如果设备端电压偏高，则应把分接头开关换接到+5%的分接头，以降低设备端电压。如果设备端电压偏低，则把分接开关换接到-5%的分接头。这适用于电压偏移时间较长的场合。有载调压型变压器可以在载荷情况下自动地调节电压，有利于进一步提高设备端电压的稳定性。

2）.合理地减少系统的阻抗

供、配电系统中电压损耗是与系统内各元件（包括变压器和线路）的阻抗成正比的，因此减少系统的变压级数、增大导线或电缆的截面都能减小系统的阻抗，降低电压损耗，减小电压偏移的范围，达到调整、提高设备端电压的目的。但是，增大导线或电缆截面就要增加线路投资成本。

3）.尽量使系统的三相负荷均衡

在有中性线的低压配电系统中，如果三相负荷分布不均衡，则造成负荷端中性点电位偏移，使得有的相电压升高，有的相电压降低，结果增大了线路电压偏移。

4）.合理地改变系统的运行方式。

生产时，负荷重，往往电压偏低，需要将变压器高压线圈的分接头调在

-5%

U的位置上，升高电压。而对于两个变压器并行运行的变电所，在负荷轻时，N

可切除一台变压器，通过合理切换，同样可以起降低过高压的作用。

5）.采用无功功率的补偿装置。

生产系统由于存在大量的感性负荷（如感性电动机、高频炉、荧光灯等），加上感抗很大的变压器、电抗器，从而使供电系统产生大量相位滞后的无功功率，降低功率因数，增加系统的电压损耗。为了提高功率因数，降低系统的电压损耗，可采用并联电容器或同步补偿机，使之产生相位超前的无功功率，以补偿一部分相位滞后的无功功率。由于并联电容器补偿有吸收雷电噪声电压、稳定运行电压等功能，因此并联电容器补偿法在企业供电系统中获得了广泛的应用。

工厂供配电电压的选择

1.低压供配电电压的选择

工厂的低压配电电压一般采用220/380V。对于某种场合如矿井，可以采用660V甚至更高的电压作为低压配电电压，这样可以减少投资，提高电能的质量，是节能的有效手段之一。

2.高压配电电压选择

供配电系统的高压配电电压，主要取决于当地供电电源的电压及工厂高压用电设备的电压、容量和数量等因素。

当所需电力容量不大于1000KV A或稍多（1250KV A以下）时，通常只设一个将10KV降为低压的降压变电所。对于小型工厂，如所需容量一般不大于250KW或所需容量不大于160KV A时，一般直接由公共低压电网220/380V供电。大于1000KV A就要考虑35KV供电，超大型企业厂区可采用110KV配电电压。

一般负荷容量越大，分布范围越广，则配电电压越高。

电力系统中性点运行方式

3.系统的中性点运行方式

高压电力系统中性点运行方式

在高压电力系统中，作为供电系统的发电机和变压器的三相绕组为三相星型连接时，其中性点有四种运行方式：中性点不接地、中性点经消弧线圈接地、中性点经低电阻接地和中性点直接接地。中性点不接地系统及中性点经消弧线圈接地、中性点经低电阻接地称为小电流接地系统；中性点直接接地系统称为大电流接地系统，也称为中性点有效接地系统。

中性点运行方式的选择主要取决于单相接地时电气设备绝缘要求及供电的可靠性。电容为电力线路对地等效电容。

电力系统中性点运行方式

低压配电系统中性点的接地类型

根据国际电工委员会IEC标准，配电系统的类型有两种，及带电导体系统的类型和系统接地的类型。带电导体系统中的交流系统有单相二线制、单向三线制两相三线制、两相五线制、三相三线制、三相四线制等几类。

我国220/380V低压配电系统广泛采用中性点直接接地的运行方式，而且引出中性线（N线）、保护线（PE线）或保护中性线（PEN线）。

中性线、保护线和保护中性线的作用

中性线（N线）：一是用来接额定电压为系统相电压的单相用电设备；二是用来

传导三相不平衡电流和单相电流；三是用来减小负荷中性点的电位偏移。

保护线（PE线）：保护人身安全，防止触电事故发生

保护中性线（PEN线）：兼有保护线和中性线的双重作用，通常称为“零线”或“地线”。

低压配电系统的接地类型

低压配电系统的接地可分为TN系统、TT系统和IT系统等三类。

TN系统

该系统的中性点直接接地，所有设备的外漏可导电部分通过公共的保护线（PE线）或公共的保护中性线（PEN线）接地。这种接地方式称为“接零”。TN系统又可以分为TN-C系统、TN-S系统和TN-C-S系统。

TN-C系统的N线和PE线全部合并为一根PEN线，它兼有中性线和保护线的双重作用。该系统有利于节约有色金属和投资，较为经济。当系统的某一相发生单相接地故障时，系统的保护装置应立即动作，切除故障线路。这种系统的中性线可以流过电流，会产生电磁干扰，因此安全和抗电磁干扰要求较高的场所不宜采用。

TN-S系统的N线和PE线全部分开，设备的外漏可导电部分都接在PE线上，PE线中无电流，所以不会产生电磁干扰。PE线断线一般不会使接PE线的设备外漏可导电部分都会带电，但在设备发生一相接壳时，所有接在PE线上的其他设备外漏可导电部分都会带电，可能造成人身触电危险。该系统在发生单相接地故障时，保护装置应立即动作切除故障线路。这种系统较TN-C系统在有色金属的消耗量和投资方面有所增加，但对于安全要求较高和对抗电磁干扰要求较高的数据处理及精密检测等实验场所是比较适合的。大部分的动力供电都采用三相五线制供电方式。

把三相交流发电机（或变压器）三个绕组的一端分别引出的电源线叫做三个相线（俗称火线）。而三相绕组的另一端并接后引出的一根电源线就是零线。每个相线之间的电压为380V，称为线电压。每个相线对零线的电压为220V，称为相电压。为了保障人身和设备的安全，供电系统还应具备接地线。这样就组成了三相五线制供电系统。

TN-C-S系统的前一部分为TN-C系统，而后面部分是TN-C系统和TN-S系

统的组合，其中设备外漏可导电部分接PEN线或PE线。对于安全和抗电磁干扰要求较高的场所可使用TN-S系统部分，而其他场所则采用TN-C系统部分。TT系统

该系统也属于中性点直接接地系统，不过这种系统的设备外漏可导电部分都是各自经PE线单独接地。这种系统中，所有设备的外漏可导电部分都通过各自的PE线接地，互无电气联系，因此相互之间不会发生电磁干扰现象。当系统的某部分发生单相接地故障而形成单相短路时，线路的保护装置应该动作，切除故障线路。但是，该系统出现绝缘不良引起漏电时，因漏电电流较小可能不足以使线路的过电流保护动作，从而使漏电设备的外漏可导电部分长期带电，增加了触电的危险，因此该系统必须装设灵敏度较高的漏电保护装置，以确保人身安全。这种系统适合于安全要求及对抗电磁干扰要求较高的场所。

IT系统

IT系统属于中性点不接地或经阻抗接地系统。该系统没有N线，不能接额定电压为相电压的单相设备，只能接额定电压为线电压的单相设备。系统中的所有设备的外漏可导电部分经各自的PE线接地。这种系统在发生单相接地故障时，三相设备和接地电压的单相设备仍可继续运行，但应该发出报警信号，并进行及时处理，确保系统运行安全。IT系统主要用于对供电的连续性要求较高及有易燃易爆危险的场所，特别是矿山、井下等场所。IT系统线电压为380V时，可以接照明变压器得到220V，此时接220V两根电压均为火线，可使用双极开关保证安全。

民用建筑的低压配电系统应采用TT、TN-S或TN-C-S接地系统，并进行等电位连接。为保证民用建筑的用电安全，不宜采用TN-C接地系统；有总等电位连接的TN-S接地系统，建筑物内的中性线不需要隔离；TT接地系统的电源进线开关应隔离中性线，漏电保护器必须隔离中性线。

农村低压电力网采用TT 系统，对安全有特殊要求的可采用IT 系统。同一电力网不应采用两种保护接地方式。

4.电能的质量指标

具体电能质量指标

供电质量（quality of supply ）是指提供合格、可靠电能的能力和程度。包括电能质量和供电可靠性两个方面。供电质量恶化会引起用电设备的效率和功率因数降低，损耗增加，寿命缩短，产品品质下降，电子和自动化设备失灵等。

电能质量是指提供用户的电能品质的优劣程度。通常以电压、频率和波形等指标来衡量。电压指标指电压偏移、电压波动和闪变、电压不平衡度等指标，频率指频率偏差，波形指标指电压正弦波形畸变率。

电压及波形

交流电的电压质量包括电压的数值与波形两个方面。电压质量对各类用电设备的工作性能、使用寿命、安全及经济运行都有直接的影响。

1.电压波动及其抑制

电压波动是指电网电压的短时而快速变动。产生电压波动的原因是系统内负载变化较大啊，电源容量不够大；负荷急剧变动，使电力系统的电压损耗相应变动，从而使电气设备的端电压出现波动。例如，大型电弧炉、大型扎钢机、电焊机的焊接运行等冲击性负载的工作及其大发电机的满负荷启动等都会引起电力系统的电压波动。

电压波动值用电力系统中多个用户公共连接点的相邻最大电压与最小电压方均根值max U 与min U 之差对电网额定电压N U 的百分值来表示。

电压波动可影响电动机的正常运行，还可能引起同步电动机转子振动；电压波动对照明的影响明显，可使照明灯发生闪烁现象等。

电压闪变反映了电压波动引起的灯光闪烁对人视觉产生影响的效应。引起照明闪变的电压波动现象称为电压闪变。因灯光照明急剧变化使人眼感到不适的电压称为闪变电压。

对于电压的波动和闪变应采用的措施

1.对负荷变动剧烈的大型用电设备，需采用专门的供电线路或专用变压器单独供电。

2.设法增大系统的容量和减小系统的阻抗。

3.在系统出现严重的电压波动时，减小或切除引起电压波动的负荷

4.在条件许可的情况下，大型电弧炉和炉用变压器，最好采用较高的电压工作，减小电压的波动

5.对于大型冲击负载，采用上述措施仍达不到要求时，可装设能“吸收”冲击无功功率的静止型无功补偿装置（SVC ）。

国家标准GB12326-2008中规定：电力系统公共连接点，在系统运行的较小方式下，以一周168h 为测量周期，所有长时间闪变值it P 应满足：110KV 以下，1=it P ；110KV 以上，8.0=it P 。

频率

我国采用的工业频率（简称为工频）为50HZ 。当电网低于额定频率运行时，所有电力用户的电动机转速都将相应降低，因而工厂的产量和质量都将不同程度受到影响。频率的变化还将影响到计算机、自控装置等设备的准确性。电网频率的变化对供电系统运行的稳定性影响很大，因而对电能频率的要求比对电压的要求更严格。频率的变化范围一般不超过%5.0±HZ 。

GB/T15945-2008《电能质量 电力系统频率偏差》中规定：电力系统正常运行条件下频率限值为%2.0±HZ ，当系统容量较小时，偏差限值可放宽到%5.0±HZ ，标准中没有说明系统容量大小的界限。《全国供用电规则》规定，供电局供电频率的允许偏差：电网容量在300MW 及以上者为%2.0±HZ ；电网容量在300MW 以下者，为%5.0±HZ 。实际各大电力系统运行都保持在不大于HZ %1.0±的范围内。

可靠性

供电的可靠性是衡量供配电质量的一个重要指标，有的把它列在质量指标的首位。衡量供配电可靠性的指标，一般以全年平均供电时间的百分数来表示。供电设备计划检修时，对于35KV 及以上电压供电的用户的停电次数，每年不应该超过1次；对于10KV 供电的用户，每年不应该超过3次。供电设备计划检修要提前7天向社会公示，一般检修时间为早上7:00至下午6:00，不影响当天照明。 电网谐波

谐波定义与规定

国际上公认的谐波含义为：“谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整倍数”。由于谐波的频率是基波频率的整数倍，也常称他为高次谐波。

谐波将引起供配电系统正弦波形畸变。为了表示畸变波形偏离正弦波形的程度，最常用的特征量有谐波电压总含量、电压总畸变率和h 次谐波电压含有率。

1.谐波电压总含量。所谓谐波电压总含量，就是各次谐波的平方和开方，即谐波电压总含量为∑∞==22h h H U

U

2.谐波电压总畸变率：谐波电压总畸变率u THD 为%1001?=

U U THD H u 式中，1U 为基波电压方均根值；H U 为谐波电压总含量。

3.谐波电压含有率：第h 次谐波电压含有率h HRU 为1

U U HRU h h =式中，h U 为第h 次谐波电压方根均值。

《电能质量 公用电网间谐波》（GB/T 24337-2009）中规定：间谐波电压含有率对于1000V 及以下、100HZ 以下为0.2%，100~800HZ 为0.5%，对于1000V 以上、100HZ 以下为0.16%，100~800HZ 为0.4%，800HZ 以上处于研究中。单一用户谐波含有率对于1000V 及以下、100HZ 以下为0.16%，100~800HZ 为0.4%，对于1000V 以上、100HZ 以下为0.13%，100~800HZ 为0.32%。

《电能质量 公用电网谐波》（GB/T 14549-1993）中对公用电网谐波规定如表

电压额定电压/KV 谐波电压总 畸变率/（%） 各次谐波电压含有率/（%） 奇次 偶次

0.38 5.0 4.0 2.0

6 4.0 3.2 1.6 10

35 3.0 2.4 1.2 66

110 2.0 1.6 0.8

《电能质量 公用电网间谐波》（GB/T 24337-2009）中规定：间谐波电压含有率对于1000V 及以下、100HZ 以下为0.2%，100~800HZ 为0.5%，对于1000V 以上、100HZ 以下为0.16%，100~800HZ 为0.4%，800HZ 以上处于研究中。单一用户谐波含有率对于1000V 及以下、100HZ 以下为0.16%，100~800HZ 为0.4%，对于1000V 以上、100HZ 以下为0.13%，100~800HZ 为0.32%。

谐波产生的原因

在电能的生产、传输、转换和使用的各个环节中都会产生谐波。在供配电系统中，谐波产生的主要原因是系统存在具有非线性特性的电气设备。具体如下。

1.具有铁磁饱和特性的铁磁设备，如变压器、电抗器等。

2.以具有强烈非线性特性的电弧为工作介质的设备，如气体放电灯、交流弧焊机、炼钢电弧炉等。

3.以电力电子元件为基础的开关电源、设备或装置，如各种电力交流设备（整流器、逆变器、变频器）、相控调速和调压装置、大容量的电力晶闸管可控开关设备等。它们大量用于化工、电气铁道、冶金、矿山等工矿企业以及各式各样的家电设备中。

非线性电气设备的显著特点是从供配电系统中取出非正弦电流，也就是说，即使电源电压是正弦波形，但由于负荷具有其电流不随电压同步变化的非线性的电压-电流特性，因此流过负载的电流是非正弦波形，它由基波及其整数倍的谐波组成。产生的谐波使供配电系统电压严重失真。这些向供配电系统注入谐波电流的非线性电气设备统称为谐波源。

三相电压不平衡度

基本定义与规定

电压不平衡度U ε是衡量多相系统负荷平衡状态的指标，用电压负序分量的均方根值2U 与电压正序分量的均方根值1U 的百分比来表示，即%10012?=U U U ε

国家标准《电能质量 三相电压不平衡》（GB/T 15543-2008）中规定：

1.电力系统公共连接点电压不平衡度限值电网正常运行时，负序电压不平衡度不超过2%，短时间内不得超过4%。；

2.低压系统零序电压限值暂不做规定，但各相电压必须满足GB/T 12325-2008的要求。接于公共连接点的每个用户引起该点负序电压不平衡允许值一般为1.3%，短时间内不超过2.6%。

电压不平衡的危害

三相电压不平衡度偏高，说明电压的负序分量偏大。电压负序分量的存在将对电力设备的运行产生不良影响。例如，电压负序分量可使感应电动机出现一个反向转矩，消弱电动机的输出转矩，降低电动机的效率，同时使电动机绕组电流增大，温度升高，加速绝缘老化，缩短使用寿命。三相电压不平衡，还会影响多相整流设备触发脉冲的对称性，出现更多的高次谐波，进一步影响电能质量。降低不平衡度的措施

由于造成三相电压不平衡的主要原因是单相负荷在三相系统中的容量分配和接入位置不合理、不均衡，因此在供配电系统的设计和运行中，应采用如下措施。

1.均衡负载。单相负荷，应均衡地分配在三相系统中，同时要考虑用电设备的功率因数，尽量使有功功率和无功功率在三相系统中均衡分配。在低压配电系统中，各相之间的容量之差不宜超过15%。

2.正确接入照明负载。由地区公共低压供配电的220V照明负荷，线路电流

小于或等于30A时，可采用220V单相供电；大于30A时，宜用220/380V三相四线制供电。

电压暂降与短时间中断

基本定义与规定

电压暂降与短时间中断通常是相关联的电能质量问题。电压暂降是指供电电压方根值在短时间突然下降，其典型持续时间为0.5~30周波。它不同于电压波动，是电压均方根值的大幅度快速下降形成的。国际电工委员会（IEC）将其定义为下降到额定值的90%~1%；电气与电子工程师协会（IEEE）将其定义为下降到额定值的90%~10%。

危害

一次电压暂降会使某生产线重新启动，电压的短时间中断可引起停电、灯光熄灭、显示屏幕空白、电视减速等。更为严重的是，它还会破坏正常的生产过程，使计算机丢失内存信息、使控制系统失灵等。