第三章 供电系统
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《工厂供电技术》
高等教育出版社
第三章
供电系统
内容提要：本章介绍了供电系统的组成以及供电系统电 压的选择，变电所接线方式。
3.1工厂供电系统概述
1、工厂供电系统
工厂供电系统是指从工厂所需电力电源线路进场起，到
厂内高低压用电设备进线端止的整个供电系统。
3.2 供配电电压的选择
一、线路电压损失
2 UN
100% 5%
2 5% U N Pl r0 x 0 tan
三、电压的选择
1、供电电压的选择
输送功率一定情况下，若提高供电电压，就能减少电能损耗
，提高用户端电压质量。
若本地具有两种以上的电源电压可供选择，应按照一下原则 选择： 负荷大小和距离电源远近（负荷距） 考虑有关因素 ：
车间变电所的类型
1、2内附式，3、4外附式，5车间内式，6露天或半露天 式，7独立式，8杆上，9地下式，10楼上式
（2）变电所主变压器台数的选择 选择主变压器台数时应考虑下列原则： 应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对供有大量一、二级 负荷的变电所，宜采用两台变压器，当一台变压器发生故障 或检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电。 对
1 PR QX UN
电压损失的百分值：U %
r 1 ,x1 ,l 1 0 P1 ,Q 1 R 1 ,X1 ,L 1
1 U ( PR QX ) 100 2 10U N UN
（二）带多个集中负荷线路的电压损失
r 2 ,x2 ,l 2 1 P 2 ,Q 2 2
R 2,X 2 ,L 2 p1 n 1 +jq 1 总的电压损失： U % U i % ( Pri Qi xi ) i 2 10U N i 1 i 1 1 若以各负载功率来计算，则公式变换为：U % 2 10U N
低电缆投资、节约电能损耗、提高供电质量； 进出线方便； 设备运输方便； 接近电源侧；
并注意防尘、防腐、防水、防火、防爆等；
不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方，且不宜设在 有火灾危险环境的正上方或正下方； 保证供电安全，便于今后发展;
负荷指示图
注：1．圆中带斜线者为动力负荷，不带斜线者为照明负荷 2．分线值为示例，分子为动力负荷，分母为照明负荷
，属于正常电源。除正常电源外，用户根据需要可以设置一
些应急电源，以备正常电源故障中断时的急需之用。譬如， 独立于正常电源的备用发电机组、独立于正常电源的备用馈
电线路、蓄电池组、不间断电源（UPS）等。
各级用电负荷的供电电源和供电方式，应根据负荷对供电可 靠性的要求和地区供电条件，按下列原则考虑确定： （1）一级负荷 应由两个独立电源供电，有特殊要求的一级
3.3 变电所的设置和变压器的选择
一、变电所位置的选择
变配电所的任务
变电所：受电、变压、配电的任务 配电所：受电、配电的任务
变电所的类型
工厂变电所：总降压变电所 车间变电所： 车间附设变电所 车间内变电所
变电所位置的确定
（1）变电所位置选择的原则
变配电所的位置应接近负荷中心以减小低压供电半径、降
i i i
( Pi yi ) y Pi
因此，总负荷中心为P(x, y)。
3个负荷点的负荷矩示意图
负荷电能矩法 负荷矩法也称静态负荷中心计算法，它只考虑负荷的容量和
位置，如再考虑各负荷点的工作时间，便成为用电能矩法确定
负荷中心的方法：
( P T x ) (W x ) x (P t ) (A )
每 台 变 压 器 容 量 SNT≈0.7×1565kVA≈1096kVA， 且 SNT≥783kVA，因此初选每台变压器容量为1000kVA。
3.4 变电所的一次接线 一、一次接线的概念及基本要求
一次接线的概念
是指由电力变压器、各种开关电器及配电线路，按一定顺
序连接而成的表示电能输送和分配路线的电路，亦称主电路。
T2
QF3 QS1
QF2 QS2 WB2
WB1
图2 双回线路－变压器组单元接线
电源1
电源1
电源2
电源2
电源1
电源1
电源2
电源
2.桥式接线
QS1 QF1
QS1 QF1
QS2 QF2
QS2 QF2
QS1
QS1
QS2
只有二级而无一级负荷的变电所，也可以只采用一台变压器
， 但必须在低压侧敷设与其它变电所相连的联络线作为备 用电源。 对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式 的变电所，可考虑采用两台变压器。
（3）变电所主变压器容量的选择 只装一台主变压器的变电所 主变压器容量ST应满足全部用电设备总计算负荷S30的需要 ， 即：
一次接线的表示
常用主接线图（主电路图）表示，是用国家标准规定的电 气设备图形符号并按电流通过顺序排列，表示供电系统、电气 设备或成套装置的基本组成和连接关系的功能性简图。由于交 流供电系统通常是三相对称的，故一次接线图一般绘制成单线
图。
一次接线的基本要求
（1）安全性：设备安全及人身安全。
（2）可靠性：一次接线应符合一、二级负荷对供电可靠性的
负荷，两个独立电源应来自两个不同的地点。两个供电电源
应在设备的控制箱内实现自动切换，切换时间应满足设备允 许中断供电的要求。除正常电源外，还需增设应急电源。
（2）二级负荷 应由两回线路供电，并可在配电装置内实现
切换，当一回线路故障时，应不影响另一回线路供电。当负 荷较小或取得两回线路有困难时，可由一回专用线路供电。 小容量负荷可以采用一路电源加不间断电源，或一路电源加 设备自带的蓄电池组在末端实现切换。 （3）三级负荷 对供电方式无特殊要求，但在不增加投资或 经济允许的情况下，也应尽量提高供电可靠性。
要求。 （3）灵活性：用最少的切换来适应各种不同的运行方式，检 修时操作简便，另外，还应能适应负荷的发展 ，便于扩建。
（4）经济性：尽量做到接线简化、投资省、占地少、运行费
用低。
二、总压降变电所的主结线
1.线路—变压器组接线
适用场合：变压器只有一路进线，只设一台变压器且变电
所没有高压负荷和转送负荷的情况。 主要特点：一回电源进线经过一台主降压变压器供电到厂 内配电母线上。
供配电电压的高低对供电系统方案、电能质量、电能节约及 有色金属消耗等有重大影响。线路电压损失是选择电压等级 时要考虑的一个主要因素。 (一）一个集中负荷线路的电压损失
每相电压损失：△Uφ＝UA-UB ad ab ac cb I R cos X sin 线电压损失： △U 3I R cos X sin
位置。
负荷功率矩法 这是一种近似定量的计算方法，以负荷圆的圆心为负荷点，
用求物体重心的方法确定负荷中心。
图11.3.1所示为3个负荷点的负荷矩示意图。有功功率P1～P3 分布于直角坐标系中，一般负荷中心为：
x Pi ( Pi xi )
y Pi ( Pi yi )
(P x ) x P
ST S30
装有两台主变压器的变电所
每台变压器的容量ST应同时满足以下两个条件： 1） 任一台变压器单独运行时，宜满足总计算负荷S30的大约60
％～70％的需要，即：
ST (0.6 ~ 0.7) S30
2）任一台变压器单独运行时，应满足全部一、 二级负荷 S30(Ⅰ+Ⅱ)的需要，即：
n
p 2 +jq 2
( p R q X )
i 1 i i i i
n
1 若线路全长采用同一截面的电线或电缆,则：U % 2 10U N
n n r0 pi Li x0 qi Li i 1 i 1
二、电压与负荷容量和输送距离的关系
由于受导线截面的限制和线路电压损失的要求，每一标称电 压下线路的输电能力是有限的。 通常用户供电系统所用的导线最大标称截面为240mm2，其 承载电流的能力限制了某一电压下输送功率的大小。对截面
对于供给用户直接使用的交流动力及照明电压，我国是380／
220V。对于矿山和油田等特殊场合，由于负荷分散，供电距 离长，为了保证电压质量，动力用电可采用660／380V或 1140/660V。
四、电源的选择
电力用户可由多种电源供电，以满足不同设备对电力和供电 可靠性的需要。 直接来自电力系统的电源是绝大多数电力用户的主要电能来 源，它为用户提供了满足长期稳定持续供电需要的大宗电能
电源
电源
电源
电源
QS QF
QL FU
QL
QFU
a）
b）
c）
d）
线路－变压器组单元接线
电源1
电源2
当用户有两回电源进 线时，可采用双回线
QS QF QS QF
路一变压器组接线配
以单母线分段制，用 于对一、二级负荷供
电，如右图所示。如
继电保护和自动装置 无要求，母线分段开 关可仅设隔离开关。
QF1
T1
为A的导线，设在满足经济性条件下其可承载的最大电流为
Imax，则其可输送的最大功率为：
PmaxBaidu Nhomakorabea 3U N I max cos
按线路电压损失要求(一般不应大于5％)，在额定电压UN下 ，对某一截面导线的负荷矩限制如下：
U % P r0 l Q x 0 l
2 UN
100%
P l r0 x 0 tan
ST S30 ＋） （
3) 车间变电所主变压器单台容量的选择
车间变电所主变压器的单台容量，一方面受到低压断路器断 流能力和短路稳定度的限制，另一方面考虑到应使变压器更接 近于车间负荷中心，因此容量一般不宜大于1250kVA。
例3-1 某工业企业拟建造一座10/0.38kV变电所，所址设在厂房 建筑内。已知总计算负荷为1800kVA，其中一、二级负荷900kVA， COSφ＝0.8。试初选其主变压器的型式、台数和容量。 解 1.选择变压器型式 选用SCB10型10/0.4kV电力变压器。无载调压，分接头±5%， 联接组别Dyn11，带风机冷却并配置温控仪自动控制，带IP20防 护外壳。 2.选择变压器台数 因有较多的一、二级负荷，故初选两台主变压器。 3.选择每台变压器的容量 无 功 补 偿 后 的 总 计 算 负 荷 Sc＝1800kVA×0.8／0.92＝ 1565kVA，其中Sc（Ⅰ＋Ⅱ）＝900kVA×0.8／0.92＝783kVA。
负荷分布示意图
(2)确定负荷中心的方法 负荷指示图
负荷指示图是将负荷按一定的比例，以负荷圆的面积表明负
荷大小的图形。 负荷圆半径为：
r
P30 nπ
式中:n为负荷圆的比例系数，单位为kW／mm2。 根据全厂各车间的负荷图，可以直观地确定工厂的负荷中心 的位置。 结合位置选择原则，拟定几个方案，择优选择变电所
①用电设备对电压的要求； ②负荷的均衡度； ③功率因数高低； ④导线截面积；
⑤年折旧费及贷款利息；
⑥电价制度；
2、工厂高压配电电压的选择
该地区原有电源电压的条件及工厂可能获得的第二备用电
源电压；
工厂高电压电动机及其他高压用电设备的电压等级、数量 及分布情况；
3、低压配电电压的选择
1000V以下的电压，除非因为安全所规定的特殊电压外，
SN> S30
三、车间变电所的设置和所中变压器的选择
（1）车间变电所的主要类型 独立变电所 具有独立完整的变电所建筑。 附设变电所 附设变电所利用厂房一面或两面墙壁建造，如 下图所示。当厂房生产面积有限、生产环境特殊或因生产工 艺要求设备经常变动时，宜采用外附式，否则应采用内附式 箱式变电所 箱式变电所集配电变压器和开关电器于一体， 装配在箱内，整体可独立置于户外，具有体积小、安装灵活 、无需建筑等特点，适用于小型工业企业、居民小区、广场 和道路照明等场合。 地下变电所 地下变电所设于地下，通风不良，投资较大， 用于有防空等特殊要求的场合，此外，民用高层建筑的变电 所常设置在地下室内。
ci Mi i ci i Ni i i
( P T y ) (W y ) y (P t ) (A )
ci M i ci i i Ni i i
二、总降压变电所的设置
总降压变电所数量应尽可能的少，尽可能的只设一个变电所
，这样投资少又便于管理。
对于企业中一级、二级负荷所占比重大，或虽为三级负荷， 但负荷容量大而集中的变电所，应装设两台变压器。 对于第三级负荷供电的总降压变压电所，或者有少量一、二 级负荷，可知装设一台变压器，其额定容量SN满足：
高等教育出版社
第三章
供电系统
内容提要：本章介绍了供电系统的组成以及供电系统电 压的选择，变电所接线方式。
3.1工厂供电系统概述
1、工厂供电系统
工厂供电系统是指从工厂所需电力电源线路进场起，到
厂内高低压用电设备进线端止的整个供电系统。
3.2 供配电电压的选择
一、线路电压损失
2 UN
100% 5%
2 5% U N Pl r0 x 0 tan
三、电压的选择
1、供电电压的选择
输送功率一定情况下，若提高供电电压，就能减少电能损耗
，提高用户端电压质量。
若本地具有两种以上的电源电压可供选择，应按照一下原则 选择： 负荷大小和距离电源远近（负荷距） 考虑有关因素 ：
车间变电所的类型
1、2内附式，3、4外附式，5车间内式，6露天或半露天 式，7独立式，8杆上，9地下式，10楼上式
（2）变电所主变压器台数的选择 选择主变压器台数时应考虑下列原则： 应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对供有大量一、二级 负荷的变电所，宜采用两台变压器，当一台变压器发生故障 或检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电。 对
1 PR QX UN
电压损失的百分值：U %
r 1 ,x1 ,l 1 0 P1 ,Q 1 R 1 ,X1 ,L 1
1 U ( PR QX ) 100 2 10U N UN
（二）带多个集中负荷线路的电压损失
r 2 ,x2 ,l 2 1 P 2 ,Q 2 2
R 2,X 2 ,L 2 p1 n 1 +jq 1 总的电压损失： U % U i % ( Pri Qi xi ) i 2 10U N i 1 i 1 1 若以各负载功率来计算，则公式变换为：U % 2 10U N
低电缆投资、节约电能损耗、提高供电质量； 进出线方便； 设备运输方便； 接近电源侧；
并注意防尘、防腐、防水、防火、防爆等；
不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方，且不宜设在 有火灾危险环境的正上方或正下方； 保证供电安全，便于今后发展;
负荷指示图
注：1．圆中带斜线者为动力负荷，不带斜线者为照明负荷 2．分线值为示例，分子为动力负荷，分母为照明负荷
，属于正常电源。除正常电源外，用户根据需要可以设置一
些应急电源，以备正常电源故障中断时的急需之用。譬如， 独立于正常电源的备用发电机组、独立于正常电源的备用馈
电线路、蓄电池组、不间断电源（UPS）等。
各级用电负荷的供电电源和供电方式，应根据负荷对供电可 靠性的要求和地区供电条件，按下列原则考虑确定： （1）一级负荷 应由两个独立电源供电，有特殊要求的一级
3.3 变电所的设置和变压器的选择
一、变电所位置的选择
变配电所的任务
变电所：受电、变压、配电的任务 配电所：受电、配电的任务
变电所的类型
工厂变电所：总降压变电所 车间变电所： 车间附设变电所 车间内变电所
变电所位置的确定
（1）变电所位置选择的原则
变配电所的位置应接近负荷中心以减小低压供电半径、降
i i i
( Pi yi ) y Pi
因此，总负荷中心为P(x, y)。
3个负荷点的负荷矩示意图
负荷电能矩法 负荷矩法也称静态负荷中心计算法，它只考虑负荷的容量和
位置，如再考虑各负荷点的工作时间，便成为用电能矩法确定
负荷中心的方法：
( P T x ) (W x ) x (P t ) (A )
每 台 变 压 器 容 量 SNT≈0.7×1565kVA≈1096kVA， 且 SNT≥783kVA，因此初选每台变压器容量为1000kVA。
3.4 变电所的一次接线 一、一次接线的概念及基本要求
一次接线的概念
是指由电力变压器、各种开关电器及配电线路，按一定顺
序连接而成的表示电能输送和分配路线的电路，亦称主电路。
T2
QF3 QS1
QF2 QS2 WB2
WB1
图2 双回线路－变压器组单元接线
电源1
电源1
电源2
电源2
电源1
电源1
电源2
电源
2.桥式接线
QS1 QF1
QS1 QF1
QS2 QF2
QS2 QF2
QS1
QS1
QS2
只有二级而无一级负荷的变电所，也可以只采用一台变压器
， 但必须在低压侧敷设与其它变电所相连的联络线作为备 用电源。 对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式 的变电所，可考虑采用两台变压器。
（3）变电所主变压器容量的选择 只装一台主变压器的变电所 主变压器容量ST应满足全部用电设备总计算负荷S30的需要 ， 即：
一次接线的表示
常用主接线图（主电路图）表示，是用国家标准规定的电 气设备图形符号并按电流通过顺序排列，表示供电系统、电气 设备或成套装置的基本组成和连接关系的功能性简图。由于交 流供电系统通常是三相对称的，故一次接线图一般绘制成单线
图。
一次接线的基本要求
（1）安全性：设备安全及人身安全。
（2）可靠性：一次接线应符合一、二级负荷对供电可靠性的
负荷，两个独立电源应来自两个不同的地点。两个供电电源
应在设备的控制箱内实现自动切换，切换时间应满足设备允 许中断供电的要求。除正常电源外，还需增设应急电源。
（2）二级负荷 应由两回线路供电，并可在配电装置内实现
切换，当一回线路故障时，应不影响另一回线路供电。当负 荷较小或取得两回线路有困难时，可由一回专用线路供电。 小容量负荷可以采用一路电源加不间断电源，或一路电源加 设备自带的蓄电池组在末端实现切换。 （3）三级负荷 对供电方式无特殊要求，但在不增加投资或 经济允许的情况下，也应尽量提高供电可靠性。
要求。 （3）灵活性：用最少的切换来适应各种不同的运行方式，检 修时操作简便，另外，还应能适应负荷的发展 ，便于扩建。
（4）经济性：尽量做到接线简化、投资省、占地少、运行费
用低。
二、总压降变电所的主结线
1.线路—变压器组接线
适用场合：变压器只有一路进线，只设一台变压器且变电
所没有高压负荷和转送负荷的情况。 主要特点：一回电源进线经过一台主降压变压器供电到厂 内配电母线上。
供配电电压的高低对供电系统方案、电能质量、电能节约及 有色金属消耗等有重大影响。线路电压损失是选择电压等级 时要考虑的一个主要因素。 (一）一个集中负荷线路的电压损失
每相电压损失：△Uφ＝UA-UB ad ab ac cb I R cos X sin 线电压损失： △U 3I R cos X sin
位置。
负荷功率矩法 这是一种近似定量的计算方法，以负荷圆的圆心为负荷点，
用求物体重心的方法确定负荷中心。
图11.3.1所示为3个负荷点的负荷矩示意图。有功功率P1～P3 分布于直角坐标系中，一般负荷中心为：
x Pi ( Pi xi )
y Pi ( Pi yi )
(P x ) x P
ST S30
装有两台主变压器的变电所
每台变压器的容量ST应同时满足以下两个条件： 1） 任一台变压器单独运行时，宜满足总计算负荷S30的大约60
％～70％的需要，即：
ST (0.6 ~ 0.7) S30
2）任一台变压器单独运行时，应满足全部一、 二级负荷 S30(Ⅰ+Ⅱ)的需要，即：
n
p 2 +jq 2
( p R q X )
i 1 i i i i
n
1 若线路全长采用同一截面的电线或电缆,则：U % 2 10U N
n n r0 pi Li x0 qi Li i 1 i 1
二、电压与负荷容量和输送距离的关系
由于受导线截面的限制和线路电压损失的要求，每一标称电 压下线路的输电能力是有限的。 通常用户供电系统所用的导线最大标称截面为240mm2，其 承载电流的能力限制了某一电压下输送功率的大小。对截面
对于供给用户直接使用的交流动力及照明电压，我国是380／
220V。对于矿山和油田等特殊场合，由于负荷分散，供电距 离长，为了保证电压质量，动力用电可采用660／380V或 1140/660V。
四、电源的选择
电力用户可由多种电源供电，以满足不同设备对电力和供电 可靠性的需要。 直接来自电力系统的电源是绝大多数电力用户的主要电能来 源，它为用户提供了满足长期稳定持续供电需要的大宗电能
电源
电源
电源
电源
QS QF
QL FU
QL
QFU
a）
b）
c）
d）
线路－变压器组单元接线
电源1
电源2
当用户有两回电源进 线时，可采用双回线
QS QF QS QF
路一变压器组接线配
以单母线分段制，用 于对一、二级负荷供
电，如右图所示。如
继电保护和自动装置 无要求，母线分段开 关可仅设隔离开关。
QF1
T1
为A的导线，设在满足经济性条件下其可承载的最大电流为
Imax，则其可输送的最大功率为：
PmaxBaidu Nhomakorabea 3U N I max cos
按线路电压损失要求(一般不应大于5％)，在额定电压UN下 ，对某一截面导线的负荷矩限制如下：
U % P r0 l Q x 0 l
2 UN
100%
P l r0 x 0 tan
ST S30 ＋） （
3) 车间变电所主变压器单台容量的选择
车间变电所主变压器的单台容量，一方面受到低压断路器断 流能力和短路稳定度的限制，另一方面考虑到应使变压器更接 近于车间负荷中心，因此容量一般不宜大于1250kVA。
例3-1 某工业企业拟建造一座10/0.38kV变电所，所址设在厂房 建筑内。已知总计算负荷为1800kVA，其中一、二级负荷900kVA， COSφ＝0.8。试初选其主变压器的型式、台数和容量。 解 1.选择变压器型式 选用SCB10型10/0.4kV电力变压器。无载调压，分接头±5%， 联接组别Dyn11，带风机冷却并配置温控仪自动控制，带IP20防 护外壳。 2.选择变压器台数 因有较多的一、二级负荷，故初选两台主变压器。 3.选择每台变压器的容量 无 功 补 偿 后 的 总 计 算 负 荷 Sc＝1800kVA×0.8／0.92＝ 1565kVA，其中Sc（Ⅰ＋Ⅱ）＝900kVA×0.8／0.92＝783kVA。
负荷分布示意图
(2)确定负荷中心的方法 负荷指示图
负荷指示图是将负荷按一定的比例，以负荷圆的面积表明负
荷大小的图形。 负荷圆半径为：
r
P30 nπ
式中:n为负荷圆的比例系数，单位为kW／mm2。 根据全厂各车间的负荷图，可以直观地确定工厂的负荷中心 的位置。 结合位置选择原则，拟定几个方案，择优选择变电所
①用电设备对电压的要求； ②负荷的均衡度； ③功率因数高低； ④导线截面积；
⑤年折旧费及贷款利息；
⑥电价制度；
2、工厂高压配电电压的选择
该地区原有电源电压的条件及工厂可能获得的第二备用电
源电压；
工厂高电压电动机及其他高压用电设备的电压等级、数量 及分布情况；
3、低压配电电压的选择
1000V以下的电压，除非因为安全所规定的特殊电压外，
SN> S30
三、车间变电所的设置和所中变压器的选择
（1）车间变电所的主要类型 独立变电所 具有独立完整的变电所建筑。 附设变电所 附设变电所利用厂房一面或两面墙壁建造，如 下图所示。当厂房生产面积有限、生产环境特殊或因生产工 艺要求设备经常变动时，宜采用外附式，否则应采用内附式 箱式变电所 箱式变电所集配电变压器和开关电器于一体， 装配在箱内，整体可独立置于户外，具有体积小、安装灵活 、无需建筑等特点，适用于小型工业企业、居民小区、广场 和道路照明等场合。 地下变电所 地下变电所设于地下，通风不良，投资较大， 用于有防空等特殊要求的场合，此外，民用高层建筑的变电 所常设置在地下室内。
ci Mi i ci i Ni i i
( P T y ) (W y ) y (P t ) (A )
ci M i ci i i Ni i i
二、总降压变电所的设置
总降压变电所数量应尽可能的少，尽可能的只设一个变电所
，这样投资少又便于管理。
对于企业中一级、二级负荷所占比重大，或虽为三级负荷， 但负荷容量大而集中的变电所，应装设两台变压器。 对于第三级负荷供电的总降压变压电所，或者有少量一、二 级负荷，可知装设一台变压器，其额定容量SN满足：