配電系統基礎知識

配電系統基礎知識

來自專欄漫談低壓電氣17 人贊了文章

傳統上我們常會將電力系統劃分為發電、輸電和配電三大組成系統。即發電系統發出的電能經由輸電系統的輸送，最後由配電系統分配給各個用戶。由於配電系統作為電力系統的最後一個環節直接面向終端用戶，它的完善與否直接關係著廣大用戶的用電可靠性和用電質量，因而在電力系統中具有重要的地位。那麼談及配電系統就需要基礎的知識儲備，接下來我會從四個方面進行講解。

一、配電系統的構成

供配電系統由總降壓變電所（高壓配電所）、高壓配電線路、車間變電所、低壓配電電線路及用電設備組成。

電能是人們生產和生活的重要能源，屬於二次能源。將電力系統中從降壓配電變電站（高壓配電變電站）出口到用戶端的這一段系統稱為配電系統。配電系統是由多種配電設備（或元件）和配電設施所組成的變換電壓和直接向終端用戶分配電能的一個電力網路系統。電力系統主要由發電設備、升壓及降壓變電站、電力線路、用電設備及保護、測控設備組成。

發電廠是將一次能源（如水力、火力、風力、原子能等）轉換成二次能源（電能）的場所。我國目前主要以火力和水力發電為主，近年來在原子能發電能力上也有很大提高，相繼建成了廣東大亞灣、浙江秦山等核電站。電力系統中各種電壓的變電所及輸配電線路組成的整體，稱為電力網，簡稱電網。它包含變電、輸電、配電三個單元。電力網的任務是輸送與分配電能，改變電壓。電力網是電力系統的有機組成部分，它包括變電所、配電所及各種電壓等級的電力線路。

但是，電能在傳輸過程中會發生損耗，當線路搭建完成，線路的阻抗，發電機的功率也是固定的，P=U*I，P1=I2*R,得出，電壓越高，電流越小，而電流越小，P1線路損耗越小。

因此日常生活中，為了實現電能的經濟輸送和滿足用電設備對供電質量的要求，需要對發電機的端電壓進行多次變換。其中配電系統又可劃分為高壓配電系統、中壓配電系統和低壓配電系統三部分，各個系統對應不同的電壓等級， 也對應配電網中各個不同的環節，所以電壓的界分尤為重要。

二、電壓分類

在電力系統中，1kV以上為高壓，1kV以下為低壓

《安規》（電力安全工作規程，電力系統中最重要的一本必修書，所有有關進行電力有關的從業人員的必修書）中規定1000V及其以上者為高壓設備，1000V以下就為低壓。（老規定是按250V為分界點的）。通常將35kV及35kV以上的電壓線路稱為送電線路：將35~220kV的輸電線路稱為高壓線路（HV）,330～750kV的輸電線路稱為超高壓線路（EHV）,750kV以上的輸電線路稱為特高壓線路（UHV）。10kV及其以下的電壓線路稱為配電線路：將額定1kV以上電壓稱為「高電壓」，額定電壓在1kV以下電壓稱為「低電壓」。

目前發電廠輸出的交流電壓有：10.5kV，35kV，60kV，110kV，220kV，330kV，500kV，750kV，1000kV。發電機發出的電力一般通過變壓器升壓後送到電網，這個電壓要根據電廠在電網中的位置、電廠的容量及附近電網的電壓狀況而定，一般中小型電廠的輸出電壓為110-330kV，大容量發電廠輸出電壓為500-750kV，個別的大容量電廠，1000kV電壓出線。

送電（輸電）線路是指將電能遠距離輸送的線路，要求線路損耗小，所以採用高電壓，小電流的輸送方式。常用電壓有35kV，110kV，220kV等。而配電線路是將電壓變換成合適電壓後使用，要求安全，所以常用的電壓是10kV，380V/220V。送電線路的任務是輸送電能，並聯絡各發電廠，變電站（所）使之並列運行，實現電力系統聯網，並能實現電力系統間的功率傳遞。高壓輸電線路是電力工業的大動脈，是電力系統的重要組成部分。我國輸電線路的電壓等級有：35kV，66kV，110kV，（154kV），220kV，330kV，500kV，750kV，±800kV，1000kV；把發電廠生產的電能，經過升壓變壓器輸送到電力系統中，降壓變壓器的電力線路和用電單位的35kV及以上的高壓電力線路稱為送電線路。

變電所與配電所是為了實現電能的經濟輸送和滿足用電設備對供電質量的要求，需要對發電機的端電壓進行多次變換。變電所是接受電能、變換電壓和分配電能的場所，可分為升壓變電所和降壓變電所兩大類。配電所不具有電壓變換能力。電力線路是輸送電能的通道。由於發電廠與電能用戶相距較遠，所以要用各種不同電壓等級的電力線路將發電廠、變電所與電能用戶之間聯繫起來，使電能輸送到用戶。

那麼有人就會提問了，為什麼要將孤立運行的發電廠互相連接向用戶供電，直接供電豈不簡單方便？

但你有沒有考慮過，在電力系統中，如果每個發電廠孤立地向用戶供電，其可靠性不高，當某個發電廠發生故障時，該地區就被迫停電。因此為了提高供電的安全性、可靠性、連續性、經濟性、並提高設備的利用率，減少整個地區的總備用容量，經常會把許多的發電廠、電網和終端用戶連成一個整體，這個整體就是電力系統。而低壓配電系統則是電力系統其中一部分，它通常處於電力系統的末端，更加靠近終端電力用戶。

三、高壓配電系統電器分類

高壓配電方式是指從區域變電所，將35kV以上的高壓降到6~10kV高壓送至企業變電所及高壓用電設備的接線方式，稱為高壓配電。配電網的基本接線方式有三種，放射式、樹榦式及環狀式。

高壓電器按結構形式分為單極式和三極式；按使用場所分為戶內式和戶外式；按用途和功能又分為開關電器、限制電器、變換電器和組合電器。使用中以後一種方式比較常見。

（1）開關電器，主要有高壓斷路器、高壓隔離開關、高壓熔斷器、高壓負荷開關和接地開關。

高壓斷路器—DK又稱高壓開關，能接通、分斷承載線路正常電流，也能在規定的異常電路條件下(例如短路)和定時間內接通、分斷承載電流的機械式開關電器。機械式開關電器是用可分觸頭接通和分斷電路的電器的總稱。

高壓隔離開關—G用於將帶電的高壓電工設備與電源隔離，一般只具有分合空載電路的能力，當在分斷狀態時，觸頭具有明顯可見的斷開位置，以保證檢修時的安全。高壓熔斷器俗稱高壓保險絲，用於開斷過載或短路狀態下的電路。

高壓負荷開關—FW用於接通或斷開空載、 正常負載和過載下的電路，通常與高壓熔斷器配合使用。

高壓熔斷器—RN，俗稱保險。當線路中電流超過一定的限度或出現短路故障時能夠自動開斷電路。電路斷開後，熔斷器必須人工更換部件後才能再次使用。

接地開關用於將高壓線路人為接地造成對地短路。通常裝在降壓變壓器的高壓側，當用電端發生故障，但故障電流不很大，不足以使送電端的斷路器動作時，接地短路器能自動合閘，造成人為接地擴大故障電流，使送電端斷路器動作而分閘，切斷故障電流。

(2) 限制電器:主要有電抗器、避雷器。電抗器依靠線圈的感抗起阻礙電流變化作用的電器。電抗器—L可按用途、按有無鐵心和按絕緣結構分類。

按制途分為3種。①限流電抗器:串聯在電力電路中，用水限制短路電流的數值。②並聯電抗器:般接在超高壓輸電線的末端和地之間，用來防止輸電線由於距離很長而引起的工頻電壓過分升高，還涉及系統穩定、無功平衡、潛供電流、調相電壓、自勵磁及非全相運行下的諧振狀態等方面。③消弧電抗器:又稱消弧線圈，接在三相變壓器的中性點和地之間，用以在三相電網的相接地時供給電感性電流，來補償流過接地點的電容性電流，使電弧不易持續起燃，從而消除由於電弧多次重燃引起的過電壓。

按有無鐵心可分為2種。①空心式電抗器:線圈中無鐵心，其磁通全部經空氣閉合。②鐵心式電抗器;其磁通全部或大部分經鐵心閉合。鐵心式電抗器工作在鐵心飽和狀態時，其電感值大大減少，利用這特性製成的電抗器叫飽和式電抗器。

按絕緣結構又可分為2種。①乾式電抗器:其線圈敞露在空氣中，以紙板、木材、層壓絕緣板、水泥等固體絕緣材料為對地絕緣和匝間絕緣。②油浸式電抗器:其線圈裝在油箱中，以紙、紙板和變壓器油作為對地絕緣和匝間絕緣。

避雷器—BL：一種能釋放雷電或兼能釋放電力系統操作過電壓能量，保護電工設備免受瞬時過電壓危害，又能截斷續流，不致引起系統接地短路的電器裝置。避雷器通常接於帶電導線和地之間，與被保護設備並聯。.當過電壓值達到規定的動作電壓時，避雷器立即動作，流過電荷，限制過電壓幅值，保護設備絕緣;當電壓值正常後，避雷器又迅速恢復原狀，以保證系統正常供電。

(3)變換電器:又稱互感器。按比例變換電壓或電流的設備。分為電壓互感器—YH和電流互感器—LH兩大類。互感器的功能是:將高電壓或大電流按比例變換成標準低電壓( 100V或100/DV)或標準小電流(5A或1A，均指額定值)，以便實現測量儀錶、保護設備和自動控制設備的標準化、小型化。此外，互感器還可用於隔離開高電壓系統，以保證人身和設備的安全。

(4)組合電器:將兩種或兩種以上的電器，按接線要求組成一個整體而各電器仍保持原性能的裝置。組合電器結構緊湊，外形及安裝尺寸小，使用方便，且各電器的性能可更好地協調配合。

四、低壓配電系統分類

1）一級配電設備，統稱為動力配電中心。它們集中安裝在企業的變電站，把電能分配給不同地點的下級配電設備。這一級設備緊靠降壓變壓器，故電氣參數要求較高，輸出電路容量也較大。

2）二級配電設備，是動力配電櫃和電動機控制中心的統稱。動力配電櫃使用在負荷比較分散、迴路較少的場合；電動機控制中心用於負荷集中、迴路較多的場合。它們把上一級配電設備某一電路的電能分配給就近的負荷。這級設備應對負荷提供保護、監視和控制。

3）末級配電設備總稱為照明動力配電箱。它們遠離供電中心，是分散的小容量配電設備.

在此普及下建築施工現場的低壓配電方式；臨時用電就是在某個地方施工需要用電，一級配電箱就是從變壓器引入三相電源，地線，零線。二級配電箱；就是從一級配電箱電源線至臨時用電，三級配電箱；就是電器設備自身的控制櫃。

這是臨時用電的方式，其中對於低壓配電中設備的選取與常用配電不盡相同。我們做個假設：有一個新建的小區引進一條10kV進線，建了一個配電室，從變壓器低壓端出線0.4kV到配電櫃（一級配電櫃），再引出線到每棟樓的配電箱（二級配電箱），再出線到每個單元樓的配電櫃（三級配電），最終入戶。一般一級配電不允許直接帶用電設備，二級配電後面會帶動力設備，因為它是三相電，三級配電就是市電了（220V）。至於裡面的設備有一定的差異：一級配電櫃裡面一般有隔離刀閘、斷路器、漏電保護器等，二級裡面是一個大的三相斷路器、三級是單相的斷路器。當然這是舉例子，要根據不同的用電負荷來選設備。

配電系統供電可靠性是電力系統可靠性的一個重要組成部分，也是最為關鍵和直接的部分。配電網在電力系統和用戶之間的地位，決定了配電網應該得到應有的重視，隨著近幾年來電網改造與建設步伐的加快，配電網路也有了較大的發展，但還存在沒有得到合理的規劃，配電線路長，節點多，結構複雜;設備陳舊，供電可靠性和轉換率不高等問題，所以對於配電系統的學習與研究還需努力。

推薦閱讀：