1.2 工厂供电系统及其电源和负荷

1.2.1 工厂供电系统

工厂供电系统是指工厂所需的电力电源从进厂起到所有用电设备电源入端止的整个电路。

大部分中小型工厂的电源进线电压为10kV（或6kV），某些大中型工厂的电源进线电压可为35kV及以上，某些小型工厂可以直接采用低压进线。所谓“低压”是指低于1kV的电压，一般来说1kV以上的电压称为“高压”。下面介绍几种典型的工厂供电系统。

1．具有高压配电所的工厂供电系统

图1.1是一个典型的中型工厂供电系统图，图1.2是其平面布线图。为了使图形简明，系统图、布线图及后面课程中涉及的主电路图，一般都只用一根线来表示三相线路，即绘成“单线图”的形式，此处绘出的系统图未绘出其中的开关电器，但示意性地绘出了高、低压母线上和低压联络线上装设的开关。

从图1.1可以看出，该厂的高压配电所有两条10kV（或6kV）的电源进线，分别接在高压配电所的两段母线上。所谓“母线”就是用来汇集和分配电能的导体，又称“汇流排”。这种利用一台开关分隔开的单母线接线形式，称为“单母线分段制”。当一条电源进线发生故障或进行检修而被切除时，可以闭合分段开关而由另一条电源进线来对整个配电所的负荷供电。这种具有双电源的高压配电所最常见的运行方式是：分段开关正常工作情况下是闭合的，整个配电所由一条电源进线进行供电，通常来自公共高压配电网络；而另一条电源进线则作为备用，通常是从邻近单位取得备用电源。

该高压配电所有四条高压配电线，供电给三个车间变电所。车间变电所装有电力变压器，将10kV（或6kV）高压降为低压用电设备所需的220/380V电压，这里的2号车间变电所中的两台电力变压器分别由配电所的两段母线供电，而其低压侧也采用单母线分段制，从而使供电可靠性大大提高。各车间变电所的低压侧，都设有低压联络线，它们相互连接，以提高供电系统运行的可靠性和灵活性。此外，该配电所有一条高压配电线，直接供电给一组高压电动机，另有一条高压配电线直接连接一组高压并联电容器。3号车间变电所的低压母线上也连接一组低压并联电容器，这些并联电容器都是用来补偿系统的无功功率和提高功率因数的。

2．具有总降压变电所的工厂供电系统

图1.3是一个比较典型的具有总降压变电所的大中型工厂供电系统的系统图。总降压变电所有两条35kV以上的电压经该所的电力变压器降为10kV（或6kV）的电压，然后通过高压配电线路将电能送到各车间变电所，电能在车间变电所又经电力变压器降为一般低压用电设备所需的220/380V的电压。为了补偿系统的无功功率和提高功率因数，通常在10kV（或6kV）的高压母线上或380V的低压母线上接入并联电容器。

3．高压引入负荷中心的工厂供电系统

如果当地的电源电压为35kV，而厂区环境条件和设备条件又允许采用35kV架空线路和较经济的电气设备时，则可考虑采用35kV作为高压配电电压，通过35kV线路直接引入靠近负荷中心的车间变电所，然后经电力变压器直接降为低压用电设备所需的电压，如图1.4所示。这种高压引入负荷中心的直配方式，可以节省一级中间变压过程，从而简化了供电系统，节省了设备费用，降低了电能损耗和电压损耗，提高了供电质量。但此类供电系统对安全条件要求得很严格，为确保安全供电，要求厂区必须有满足35kV架空线路的“安全走廊”，对厂区建筑密度、堆积物等也有要求。这种供电系统比较适用于远离城市中心、厂区建筑分散的大型工厂。

4．只有一个变电所或配电所的工厂供电系统

对于小型工厂，由于所需容量一般不大于1000kV · A或稍多一些，因此通常只设一个降压变电所，将6～10kV电压降为低压用电设备所需的电压，如图1.5所示。

在工厂所需容量不大于160kV · A时，一般采用低压电源进线，因此工厂只需设一个低压配电间，如图1.6所示。

由以上分析可知，配电所的任务是接收电能和分配电能；而变电所的任务是接收电能、变换电压和分配电能。两者的区别在于变电所是否装有电力变压器。

1.2.2 工厂的电力负荷

电力负荷有两个含义：一个是指用电设备或用电单位（用户）；另一个是指用电设备或用电单位（用户）所消耗的电功率或电流。下面所讲的电力负荷指的是前者。

1．电力负荷的分级

电力负荷根据其对供电可靠性的要求及中断供电在政治上、经济上所造成的损失或影响的程度分为三级：

（1）一级负荷。符合下列情况之一时，应为一级负荷。

① 中断供电将造成人身伤亡时。

② 中断供电将在政治上、经济上造成重大损失时，如重大设备损坏，大量产品报废，用重要原料生产的产品大量报废，以及国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复时。

③ 中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作时，如重要交通枢纽、重要通信枢纽、重要宾馆、大型体育场馆，以及经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所，如港口、车站、机场等用电单位中的重要电力负荷。

在一级负荷中，当中断供电时将发生中毒、爆炸或火灾等情况的负荷，以及特别重要场所不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。

（2）二级负荷。符合下列情况之一时，应为二级负荷。

① 中断供电将在政治、经济上造成较大损失时，如主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产时。

② 中断供电将影响重要用电单位的正常工作时，如交通枢纽、通信枢纽等用电单位中的重要电力负荷，以及中断供电将造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要的公共场所秩序混乱时。

（3）三级负荷。不属于一级和二级负荷者应为三级负荷。

2．各级电力负荷对供电电源的要求

（1）一级负荷对供电电源的要求：一级负荷属重要负荷，应由两个独立电源供电。当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。一级负荷中特别重要的负荷，除有两个独立电源外，还应增设应急电源，并严禁将其他负荷接入应急供电系统。可作为应急电源的电源有如下几种。

① 独立于正常电源的发电机组。

② 供电网络中独立于正常电源的专用的馈电线路。

③ 蓄电池。

④ 干电池。

（2）二级负荷对供电电源的要求：二级负荷也属重要负荷，但其重要程度次于一级负荷。二级负荷宜由两个回路供电，供电变压器也应有两台。在其中一个回路或一台变压器发生常见故障时，二级负荷不致中断供电，或中断后能迅速恢复供电。只有当负荷较小或者当地供电条件困难时，二级负荷才可由一个回路6kV及以上的专用架空线路供电。这是考虑当架空线路发生故障时，比电缆线路发生故障时易于发现且易于检查和修复。当采用电缆线路时，必须采用两根电缆并列供电，每根电缆应能承担全部二级负荷。

（3）三级负荷对供电电源的要求：由于三级负荷是不重要的一般负荷，因此它对供电电源无特殊要求。