工廠供配電技術

本書以工廠10kV 供配電系統為背景， 按照工學結合的教學組織原則， 系統地介紹了工廠供配電的知識、技術和相關技能。全書分13 章和1 個附錄， 包括電力系統與工廠供配電系統、電力負荷及其計算、工廠供配電的一次設備、變配電所電氣主接線、短路電流及其計算、電氣設備的選擇與校驗、供配電系統的保護裝置、二次回路與自動裝置、電氣接地與電氣安全、工廠電氣照明、供電的技術管理、電氣運行與檢修試驗和供配電系統新技術等內容。每個章節相對獨立，又互為體系，內容覆蓋面寬，選擇性強，可滿足不同層次、不同專業教學的需求。
本書內容豐富、實用性強，緊密結合理論與實踐，突出技術應用、技能培養。它適用于職業本科院校和高職高專院校中的電氣工程及自動化、電力工程及自動化、電氣自動化技術、發電廠及電力系統、機電設備維修與管理、電氣技術等相關專業的學生作為教材使用。此外，對于參與工廠供配電系統設計、運行和管理工作的工程技術人員，該教材同樣適用，既可以作為日常工作的參考資料，也可以作為專業培訓的教材使用。

電力，是現代工業生產的主要能源和動力，是人民生活重要的基礎資源。隨著我國工業現代化的飛速發展和人們生活水平的日益提高，對電力的需求與日俱增，這不僅使企業供配電系統和民用電網快速發展，也要求有更多的電氣技術人員從事供配電系統和設備的運行、維護、檢修與管理工作。如何對電力進行合理的分配、有效的控制，使之安全、可靠的運行，同時又能節約電能，是企業用電必須要解決的問題。
工廠供配電技術是研究電力供應、分配和控制技術的一門專業課程。本課程的任務是培養學生掌握中小型工業企業10kV及以下供配電系統設計、安裝、維護、檢修和試驗所必需的技術和技能，具有安全用電、計劃用電、節約用電的基本知識和系統運行管理的初步能力。
為了適應新形勢下高職教育對技術技能型人才培養的要求，本書以技術應用、技能培養為主線，按照工學結合的教學組織原則，系統地介紹了工廠供配電的知識、技術和相關技能。全書分13章和1個附錄，包括電力系統與工廠供配電系統、電力負荷及其計算、工廠供配電的一次設備、變配電所電氣主接線、短路電流及其計算、電氣設備的選擇與校驗、供配電系統的保護裝置、二次回路與自動裝置、電氣接地與電氣安全、工廠電氣照明、供電的技術管理和電氣運行與檢修試驗、供配電系統新技術等內容。教材的特點是：
·目標明確 以培養高技能應用型電氣技術人才為教學目標，理論以“夠用”為度，技能培養貫穿始終。
·工學結合 教學內容以工廠10kV 供配電系統為背景，理論聯系實際，突出了工廠供配電系統運行、維護、試驗、檢修等實際操作技能的培養。
·適用性強 每個章節相對獨立，又互為體系，內容覆蓋面寬，選擇性強，可滿足不同層次、不同專業教學的需求。
·技術先進 體現了新技術、新設備、新標準的滲透及應用。
全書第1章至第6章由李泉編寫，第7章7.1至7.2由曾益保編寫，第7章7.3由楊昱鑫編寫，第7章7.4至7.5由魏孔貞編寫，第8章8.1至8.2由郭斌編寫，第8章8.3至8.7由劉曉麗編寫，第9章至第12章、附錄由馬麗紅編寫，第13章13.1由張曉偉編寫，第13章13.2至13.4由中意電氣王建民編寫。李泉擔任主編，負責全書的統稿工作。本書由李俊秀教授擔任主審。
本書在編寫過程中，得到了中國化工教育協會、化學工業出版社及許多院校、企業和個人的大力支持和幫助，在此表示誠摯的謝意!
由于編者水平有限，書中不足之處及錯漏在所難免，懇請廣大讀者批評指正。

編者
2024年2月

第1章 電力系統與工廠供配電系統 1
1.1 電力系統 1
1.1.1 發電廠 1
1.1.2 變電所 2
1.1.3 電力線路 2
1.1.4 電能用戶 3
1.1.5 電力網 3
1.1.6 電力系統 3
1.1.7 動力系統 4
1.2 電力系統中性點的運行方式 4
1.2.1 中性點不接地系統 4
1.2.2 中性點經消弧線圈接地系統 6
1.2.3 中性點直接接地系統 6
1.3 電力網的額定電壓 7
1.3.1 電力網的電壓等級 7
1.3.2 電壓等級的選擇 8
1.4 工廠供配電系統 9
1.4.1 對工廠供電的基本要求 9
1.4.2 工廠供配電系統簡介 9
思考題與習題 10

第2章 電力負荷及其計算 11
2.1 電力負荷的概念 11
2.1.1 電力負荷 11
2.1.2 負荷分級及對供電的要求 11
2.2 用電設備工作制 12
2.3 負荷曲線 12
2.3.1 負荷曲線的類型及繪制 12
2.3.2 與負荷曲線有關的物理量 13
2.4 電力負荷的計算 14
2.4.1 計算負荷的概念 14
2.4.2 用需要系數法確定計算負荷 14
2.4.3 用二項式法確定計算負荷 17
2.4.4 單相用電設備計算負荷的確定 19
2.4.5 供配電系統功率損耗的計算 20
2.4.6 尖峰電流的計算 21
2.5 工廠計算負荷的確定 22
2.5.1 按逐級計算法確定工廠計算負荷 22
2.5.2 按需要系數法確定工廠計算負荷 23
2.5.3 按估算法確定全廠計算負荷 23
思考題與習題 24

第3章 工廠供配電的一次設備 25
3.1 概述 25
3.2 電力變壓器 25
3.2.1 電力變壓器概述 25
3.2.2 電力變壓器的容量及過負荷能力 28
3.2.3 電力變壓器并列運行的條件 28
3.2.4 電力變壓器的選擇 29
3.3 互感器 29
3.3.1 電流互感器 30
3.3.2 電壓互感器 33
3.4 高壓開關與保護電器 35
3.4.1 高壓隔離開關 35
3.4.2 高壓負荷開關 36
3.4.3 高壓斷路器 37
3.4.4 高壓熔斷器 40
3.4.5 高壓開關柜 42
3.5 低壓開關與保護電器 43
3.5.1 低壓刀開關 43
3.5.2 低壓負荷開關 43
3.5.3 低壓斷路器 44
3.5.4 低壓熔斷器 46
3.5.5 低壓配電屏 48
思考題與習題 49

第4章 變配電所電氣主接線 50
4.1 概述 50
4.2 電氣主接線的基本形式 50
4.2.1 單母線主接線 50
4.2.2 雙母線主接線 52
4.2.3 橋式主接線 52
4.2.4 環網主接線 53
4.3 工廠變配電所電氣主接線 54
4.3.1 總降壓變電所電氣主接線 54
4.3.2 配電所電氣主接線 54
4.3.3 車間變電所電氣主接線 55
4.4 工廠電力線路 57
4.4.1 電力線路的接線方式 57
4.4.2 架空線路的結構與敷設 60
4.4.3 電纜線路的結構與敷設 61
4.4.4 車間線路的結構與敷設 64
4.4.5 配電線路電氣安裝圖 65
思考題與習題 68

第5章 短路電流及其計算 69
5.1 概述 69
5.2 無限大容量系統三相短路的過程 70
5.2.1 無限大容量電力系統 70
5.2.2 短路電流的變化過程 71
5.3 三相短路電流的計算 73
5.3.1 采用歐姆法進行短路計算 73
5.3.2 采用標幺值法進行短路計算 77
5.3.3 兩相和單相短路電流的計算 80
5.4 短路電流的效應 81
5.4.1 短路電流的電動效應和動穩定度 81
5.4.2 短路電流的熱效應和熱穩定度 82
思考題與習題 83

第6章 電氣設備的選擇與校驗 84
6.1 電氣設備選擇的原則 84
6.2 高壓開關電器的選擇 85
6.3 互感器的選擇 86
6.3.1 電流互感器的選擇 86
6.3.2 電壓互感器的選擇 87
6.4 導線和電纜截面的選擇 88
6.4.1 按允許發熱條件選擇導線和電纜截面 88
6.4.2 按經濟電流密度選擇導線截面 90
6.4.3 線路電壓損耗的計算 90
6.4.4 按機械強度條件校驗導線截面 93
6.5 保護電器的選擇 95
6.5.1 熔斷器的選擇 95
6.5.2 低壓斷路器的選擇 97
6.5.3 電動機綜合保護裝置簡介 100
思考題與習題 100

第7章 供配電系統的保護裝置 102
7.1 保護裝置概述 102
7.1.1 保護裝置的任務 102
7.1.2 對保護裝置的基本要求 102
7.1.3 保護常用繼電器 103
7.1.4 保護裝置的接線方式 106
7.2 高壓配電網的繼電保護 108
7.2.1 概述 108
7.2.2 帶時限的過電流保護 108
7.2.3 電流速斷保護 114
7.2.4 單相接地保護 116
7.3 電力變壓器的繼電保護 119
7.3.1 電力變壓器保護的設置 119
7.3.2 電力變壓器的過電流保護 119
7.3.3 電力變壓器的瓦斯保護 122
7.3.4 電力變壓器的差動保護 123
7.3.5 電力變壓器的單相短路保護 125
7.4 高壓電動機的繼電保護 125
7.4.1 高壓電動機保護的設置 125
7.4.2 高壓電動機的過電流保護 126
7.4.3 高壓電動機的差動保護 126
7.4.4 高壓電動機單相接地保護 127
7.5 微機保護裝置 127
7.5.1 微機保護系統的組成 128
7.5.2 微機保護裝置的功能 129
7.5.3 微機保護裝置的應用 130
7.5.4 RGP601通用型微機保護裝置 130
思考題與習題 134

第8章 二次回路與自動裝置 135
8.1 二次回路概述 135
8.2 二次回路操作電源 136
8.2.1 直流操作電源 136
8.2.2 交流操作電源 137
8.3 電氣測量回路 137
8.3.1 對電氣測量儀表的一般要求 138
8.3.2 供配電系統中測量儀表的配置 138
8.3.3 電氣測量回路的接線 138
8.4 斷路器控制回路 141
8.4.1 概述 141
8.4.2 燈光監視的斷路器控制回路 142
8.5 變電所信號裝置 144
8.6 供配電系統自動裝置 146
8.6.1 備用電源自動投入裝置 146
8.6.2 線路自動重合閘裝置 148
8.7 二次回路接線圖 151
8.7.1 原理接線圖 151
8.7.2 展開式接線圖 151
8.7.3 安裝接線圖 151
思考題與習題 155

第9章 電氣接地與電氣安全 157
9.1 供配電系統的接地 157
9.1.1 電氣接地和接地裝置 157
9.1.2 接地的類型 158
9.1.3 接地裝置的裝設 161
9.2 電氣安全 162
9.2.1 觸電事故及其影響因素 162
9.2.2 電氣安全的措施 163
9.3 過電壓與防雷保護 167
9.3.1 過電壓 167
9.3.2 防雷保護裝置 167
9.3.3 供配電系統的防雷措施 170
思考題與習題 172

第10章 工廠電氣照明 173
10.1 電氣照明的基本知識 173
10.1.1 電氣照明及照明方式 173
10.1.2 光的概念 173
10.2 常用電光源和燈具 175
10.2.1 常用電光源的類型及特性 175
10.2.2 常用燈具的類型及選擇 177
10.3 照度計算 180
10.3.1 照明的照度標準 180
10.3.2 照度的計算 180
10.4 照明供配電系統 182
10.4.1 照明供配電系統的接線方式 182
10.4.2 照明配電系統導線的選擇 183
思考題與習題 184

第11章 供電的技術管理 186
11.1 供配電系統的無功補償 186
11.1.1 提高功率因數的意義 186
11.1.2 系統功率因數的確定 187
11.1.3 提高功率因數的方法 187
11.1.4 采用并聯電容器補償功率因數 188
11.2 供配電系統的電能節約 191
11.2.1 節約電能的意義 191
11.2.2 節約電能的一般措施 191
11.3 供配電系統電能質量的調控 193
11.3.1 供電頻率及調整措施 193
11.3.2 供電電壓及調整措施 193
11.3.3 供電可靠性及要求 197
思考題與習題 197

第12章 電氣運行與檢修試驗 199
12.1 電氣運行與倒閘操作 199
12.1.1 變電所的運行管理 199
12.1.2 變電所的倒閘操作 200
12.2 供配電系統的巡檢與維護 202
12.2.1 電力變壓器的運行維護 202
12.2.2 配電裝置的運行維護 203
12.2.3 配電線路的運行維護 203
12.3 電氣檢修與試驗 205
12.3.1 電力變壓器的檢修試驗 205
12.3.2 配電線路的檢修試驗 212
思考題與習題 218

第13章 供配電系統新技術 220
13.1 電力物聯網 220
13.1.1 電力物聯網基本特征概述 220
13.1.2 電力物聯網的建設 222
13.2 分布式能源 230
13.2.1 分布式能源及其主要特征 230
13.2.2 分布式發電簡介 231
13.2.3 分布式能源對傳統配電系統的影響 234
13.3 微電網技術 235
13.3.1 微電網及其主要特征 235
13.3.2 微電網的結構 236
13.3.3 微電網的關鍵技術 237
13.4 智能變電站 237
13.4.1 智能變電站的概念 237
13.4.2 智能變電站的結構 238
13.4.3 智能變電站的主要特征 238
思考題與習題 239

附錄 240
附表1 民用建筑用電設備組的需要系數及功率因數參考值 240
附表2 工業用電設備組的需要系數、二項式系數及功率因數參考值 241
附表3 部分工廠的需要系數、功率因數及年最大有功負荷利用小時參考值 241
附表4 并聯電容器的無功補償率 (ΔqC) 242
附表5 部分并聯電容器的主要技術數據 242
附表6 部分10kV級電力變壓器的主要技術數據 242
附表7 部分高壓斷路器的主要技術數據 243
附表8 部分10kV高壓隔離開關技術數據 244
附表9 LQJ-10型電流互感器的主要技術數據 244
附表10 部分DW 型低壓斷路器的主要技術數據 245
附表11 DZ10、DZ20系列低壓斷路器的技術數據 245
附表12 RM10型低壓熔斷器的主要技術數據 246
附表13 RT0型低壓熔斷器的主要技術數據 246
附表14 電力變壓器配用的高壓熔斷器規格 246
附表15 絕緣導線和電纜的電阻和電抗值 246
附表16 導體在正常和短路時的最高允許溫度及熱穩定系數 247
附表17 LJ型鋁絞線、LGJ型鋼芯鋁絞線和LMY型硬鋁母線的主要技術數據 248
附表18 10kV常用三芯電纜的允許載流量及校正系數 249
附表19 部分絕緣導線明敷、穿鋼管和穿塑料管時的允許載流量 250
附表20 架空裸導線的最小截面積 253
附表21 絕緣導線芯線的最小截面積 253
附表22 GL-11、15、21、25型電流繼電器的主要技術數據 254
附表23 部分電力裝置要求的工作接地電阻值 254
附表24 GGY-125型工廠配照燈的主要技術數據 254
附表25 主要電氣設備型號的含義 255
附表26 電氣設備常用的文字符號 258
附表27 變配電所主要電氣設備和導線的圖形符號和文字符號 259

參考文獻 260