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第4章城市电力工程规划,第4章城市电力工程规划,本讲主要内容概述电力负荷预测城市电源规划电力线路规划,1、定义又称电能，是由其他形式的能源（化学源、水能、原子能、太阳能等）转化而来的二次能源。,4-1概述,一、电力定义及特点,2、特点容易获得、易于转换、清洁、经济,构建安全、经济、方便、技术先进的城市供电网络体系，满足国民经济各部分用电增长要求，为国民经济和人民生活提供“充足、可靠、合格、廉价”的电力。,二、电力工程规划的任务,4-1概述,三、基本概念,1、电力系统组成,发电厂,各级变电站,电力网,用电设备,分类：根据功能分类，可分为供配电系统、用电系统两大类。,供配电系统：接受电源输入的能量，进行检测、计量、变压等，然后向用户和用电设备分配电能的系统。,用电系统：包括动力用电系统、照明用电系统及其他。,产生电能的设施，作用是将其他形式的能量转化为电能,（1）发电厂,火力发电站,水力发电站,核能发电站,太阳能发电站,将发电厂输出的电能送到用户所在区域。为减少电能损耗和电压损失，采用高压输电。通过升压变电站将6kV、10kV、15kV的电能变为35kV、110kV、220kV、500kV的高压电经输电线路送到用电区。,4-1概述,（2）电力输送,电力输送线,（3）变电站-改变供电的输配电压，以满足电力输送和用户用电要求的设施。,110kV变电站,箱式变电站,（4）电力网-连接发电厂与变电站、变电站与变电站、变电站与用电设备之间的电力线网络，是电能的输配载体，承担电能的接收与传输功能。,广州市电力网规划图,（5）用电户-将电能转化为其他形式能量的用电设备或单位,电冰箱,洗衣机,电脑,工厂,灯,4-1概述,2、电压等级,我国目前采用1956年规定的三类电压标准,（1）第一类额定电压：电压1000V，用于高压用电设备、发电、输电的额定电压值。,城网的标准电压符合国家电压标准，送电电压为500kV、330kV、220kV、110kV；高压配电电压为110kV、35kV；中压配电电压为10kV；低压配电电压为380/220kV，并避免重复降压。,3、电压质量标准,（1）电压偏移-供电电压偏离用电设备额定电压的数值与用电设备额定电压值的比值，一般不超过5%；,（2）电压波动-用电设备接线端电压时高时低的变化,（3）频率-交流电的频率直接影响电动机的转速、工业产品的产量和质量，威胁电力系统的稳定。电网容量300万kW，取值为0.2Hz；电网容量300万kW，取值为0.5Hz；,4-1概述,（4）电压平衡-为保证供配电系统安全、经济运行，三相电压不平衡程度不应超过2%；,4-1概述,（5）容载比Rs城网中同一电压等级的主变压器总容量与供电总负荷之比，公式如下：,容载比是城网供电能力的指标之一，取值过大，供电基建投资过大，电能成本增加；取值过小，使电网适应性差，甚至发生“卡脖子”现象。,220kV变电站，Rs=1.82.035110kV变电站，Rs=2.22.5,4-1概述,（2）电力发展战略规划取决于三个战略条件：a、国民经济发展电力需要b、动力资源开发条件c、发、供电设备及技术供应条件,四、城市供电规划的分期,（1）近期为5年，远期为1520年,（7）供电电源、变电所、配电所及高压线路的城市电网平面布置图的综合,4-1概述,五、供电规划的内容,（1）城市电源的选择；,（2）分期负荷的预测及电力的平衡；,（3）发电厂、变电所、配电所位置、容量及数量的确定,（4）电压等级的确定,（5）高压线走向、高压走廊位置定位及低压接线方式变化,（6）电力负荷颁布图的绘制,（5）进行规划可行性论证；（6）编撰规划文件，绘制规划图表。,4-1概述,六、城市供电规划的步骤,（1）搜集资料；（2）分析、归纳资料，进行负荷预测；,（3）根据负荷及电源条件，确定供电电源方式；,（4）按照负荷分布，拟定若干个输电和配电网方案，进行技术经济比较，提出推荐方案；,（1）电源情况：现有及计划修建的电厂和变电所的容量、电压、接线图（表示某个电力网络中相互关系和组成情况的图纸），现有负荷状况，附近地区电源情况、地区间现有及计划修建的电力线回路数、容量、电压、线路走向等。,4-1概述,七、城市供电规划所需的基础资料,1、动力资料城市所在地区的水资源、水力发电的可能性及热能开发情况,2、城市供电及有关电力系统现状和发展资料,（3）利用系数，尤其是最大利用系数的统计资料。（4）全市现有负荷类型：它们的比重与逐年增长情况,4-1概述,3、电力负荷情况,（1）工业交通、农业用电情况原有及近期增长的用电量，最大负荷，电压等级，对供电可靠性的要求及质量要求；,（2）市政生活方面居住及公共建筑的用电指标，路灯，广场照明用电量，排水及公共交通用电量，变电所及配电所的位置；输电线路的主要规范，导线型号，截面，线路长度，实测电阻，电容，输电线路升压及改进可能性的资料，变电所扩建可能性的资料。,（1）城市规划经济指标：规划年限、城市性质、人口规模、工业项目及规模、居住建筑、公共建筑、道路、绿化等的定额（2）城市总体规划草图：工厂的位置，道路网，街坊人口数，铁路，车站，仓库以及各种管线工程的位置,4-1概述,4、自然资料地形、气象、水文、地质、雷电日数等,5、有关城市规划的资料,城市电力负荷是指城市区域某一局部片区内所有用户在某一时刻实际耗用的有功功率的总和。,4-2电力负荷预测,一、计算参数1、用电量An规划区内各种用电器消耗量的多少（kWh）2、设备额定容量Pn设备铭牌上所标示的数据，包括停止工作的用电设备在内，但不包括备用设备在内。3、负荷系数KL负荷系数KL等于平均负荷与最大负荷的比值,4-2电力负荷预测,4、计算负荷Pj各类用电实际的最大负荷值5、同时系数Kt各类用电的最大负荷并不在同一时间出现，因此实际最大负荷要比各分类最大负荷值之和小。实际最大负荷值Pjmax与各类最大负荷值之和Pmax之比，称为同时系数Kt6、需用系数Kx同类用户的用电最大负荷Ptmax与同类用户的设备额定容量总和Ptn之比，称为需用系数KxKx=Ptmax/Ptn,4-2电力负荷预测,变电所作用：变换电压、集中电力、分配电力、控制电力流向、调整电压。,4-3城市电源规划,一、电源的种类与特点,城市电源由发电厂直接提供，或外地发电厂经高压长途输送至变电所，接入城市电网，分为发电厂和变电站两类。,火力发电一般是指利用石油、煤炭和天然气等燃料燃烧时产生的热能来加热水，使水变成高温、高压水蒸气，然后再由水蒸气推动发电机来发电的方式的总称。,4-3城市电源规划,（1）火力发电,我国目前以火力发电厂、水力发电厂为主；根据能源发展战略，核电站也会受到重视与发展。,4-3城市电源规划,1、发电厂分类,火力发电厂工作原理,张家口发电厂汽轮机房,北仑电厂属于火力发电厂，位于浙江省宁波市的北仑港畔，于2000年12月16日全部建成投产,是我国最大的火电厂。,2004年11月，北仑发电厂投资11.5亿元，实施国内最大规模的5台60万千瓦机组脱硫改造，并于2007年7月提前5个月完工，每年可以减排二氧化硫近9万吨，为浙江省“蓝天碧水”工程创造了条件。,北仑电厂是我国第一个利用世界银行贷款建设的火力发电厂，七台发电机组，总装机容量达5000MW，是目前国内最大的火力发电厂。,火力发电规模,火力发电规模,火力发电规模,4-3城市电源规划,（2）水力发电,湖北宜昌的三峡水电站,四川攀枝花的二滩水电站,葛洲坝水电站，与上游三峡相距38公里,小浪底水电站河南省洛阳市孟津县,以水具有的重力势能转变成动能的水冲水轮机，水轮机即开始转动，若我们将发电机连接到水轮机，则发电机即可开始发电。如果我们将水位提高来冲水轮机，可发现水轮机转速增加。因此可知水位差愈大则水轮机所得动能愈大，可转换之电能愈高。这就是水力发电的基本原理。,水力发电工作原理,水力发电特点,使发电、防洪、灌溉、航运、渔业、给水等各方面的要求得到合理解决,成本低，约为火力发电的1/31/4，,投资大，工期长，受自然条件影响大,水能资源最显著的特点是可再生、无污染。开发水能对江河的综合治理和综合利用具有积极作用，对促进国民经济的发展，改善能源消费结构，缓解由于消耗煤炭、石油资源所带来的环境污染有重要意义。因此世界各国都把开发水能放在能源发展的优先地位。,按集中河道落差（即水头）的方式分为,（1）堤坝式水电站在河道上拦河筑坝，抬高上游水位，造成坝上、下游的水位差，然后建电厂,（2）引水式水电站在地势险峻、水流湍急的河流中上游，或坡度较陡的河段上，采用修建的引水建筑物引水以集中落差发电。,（3）混合式水电站水电站的水头是由筑坝和引水道共同形成,风力发电是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。特点：可再生能源，很环保。,4-3城市电源规划,（3）风力发电,我国风能资源丰富，根据国家气象局的资料，我国离地10米高的风能资源总储量约为32.26亿千瓦，可开发利用的风能储量约10亿千瓦。其中，陆地上风能储量约2.53亿千瓦（按陆地上离地10m高度资料计算），海上可开发和利用的风能储量约7.5亿千瓦。,考虑到风能利用风力机对环境的不良影响，这种影响主要反映在以下几个方面（1）：风力机的噪声；（2）：对鸟类的伤害；（3）：对景观的影响；（4）：对通信的干扰。,风能利用中有两个问题需要特别注意,无论是哪种用途的风力机，选择设置地点都是十分重要的。选址合适不但能降低设备费用和维修成本，还能避免事故的发生。除了考虑设置地点的风况外，还应考虑其他自然条件的影响，例如雷击、结冰、盐雾和沙尘等。,（1）风力机的选址,（2）风力机对环境的影响,地热发电通过汽轮机将热能转化为机械能，转移为动能后通过发电机转化为电能，特点是洁净。,4-3城市电源规划,拉萨羊八井地热发电站，供45%的拉萨用电,地热发电示意图,地球内部很深处存在放射性元素，不断进行着热核反应，具有非常高的温度，估计地球中心的温度有6000。这样巨大的热能，通过大地的热传导、火山喷发、地震、深层水循环、温泉等途径不断地向地表散发，这样，便产生了地热能。因此，地球被形象地形容为“大锅炉”。,一般不需燃料，发电成本上多数情况下都比水电、火电、核电要低，设备的利用时间长，建厂投资一般都低于水电站，且不受降雨拉季节变化的影响，发电稳定，可以大大减少环境响污染，等等。,地热发电的优点,直接利用也有其局限性，由于受载热介质热水输送距离的制约，一般来说，热源不宜离用热的城镇或居民点过远；不然，投资多，损耗大，经济性差，是划不来的。,核能发电,4-3城市电源规划,核能发电：反应堆工作时放出核能主要是以热能的形式由冷却剂带出，用以产生蒸汽。由蒸汽驱动汽轮发电机组进行发电，工业核电站的功率一般达到几十万千瓦、上百万千瓦。,(1)发电容量大；发电单价便宜,(3)核电是高效能源，消耗资源少核电站（右）一年仅需补充30吨核燃料，一辆重型车即可拉走。煤电厂（左）一年消耗300万吨原煤,(2)核电站的清洁能源，环境影响小,(4)核电是安全能源，发生事故的可能性小,优点,缺点,（1).核能电厂会产生高低阶放射性废料，,（2）.核能发电厂热效率较低，因而比一般化石燃料电厂排放更多废热到环境裏，故核能电厂的热污染较严重。,（3）核能电厂投资成本太大，电力公司的财务风险较高。,2、变电所它是变换电压、交换、分配电力、控制电力流向、调整电压的场所。,4-3城市电源规划,(2)按等级分220500kV为区域性变电所110kV以上为城市变电所,4-3城市电源规划,（1）按功能分为,变压变电所低压变高压为升压变电；高压变低压为降压变电。城市地区一般为降压变电所。,变流变电所直流电与交流电互变的场所。,4、排灰渣问题综合利用灰渣，减少它的用地面积,4-3城市电源规划,二、电源规划原则,1、发电厂应靠近负荷中心可以减少电能损耗和输电线路的投资，,2、需有充分的供水条件发电厂的用水主要是用作凝汽器、发电机的空气冷却器、油冷却器等的冷却水、锅炉补给水、除灰、吸尘等。河水、湖水、海水及地下水均可作为发电厂用水的水资。,3、需保证燃料的供应,6、高压线进出的可能性由于大中型发电厂以及大型变电所的高压线很多，需要宽阔的地带来敷设应有的出线，,4-3城市电源规划,5、运输条件在选择发电厂厂址时，应考虑是否有建设铁路专线的条件，并使电厂尽可能靠近有航运条件的河流，从而减少建设费用。,9、有扩建的可能，以顺应国民经济迅猛发展的需要,4-3城市电源规划,7、卫生防护距离发电厂运行时有灰渣、硫磺和其他有害的挥发物或气体排出，它与居住区之间需有一定的隔离带，并应布置在常年主导风向的下风向。,8、对水文、地质、地形的要求厂址不应设在可能开采矿藏或因地下开掘而崩溃的地区、塌陷地区、滑坡及冲沟地区；发电厂与变电所厂址的标高应高于最高洪水位；如低于洪水位，须采取防洪措施。,4-3城市电源规划,12、对经济基础好，但能源比较缺乏、交通运输负荷过重且具备核电厂条件的大中城市，可考虑建核电厂。,10、对以水电供电为主的大中城市，应建设一定比例的火电厂作为补充电源；对于以变电所为城市电源的大中城市，应有接受电力系统电力的两个或多个不同电源点，以保证供电的可靠性。,11、城市电源点应根据城市性质、规模和用电特点，合理布局，尽可能的实现多电源供电系统。,4-4电力线路规划,2、按线路敷设方法，分为架空线路、地下电缆线路。,4-4电力线路规划,一、城市电力线分类,1、按线路电压等级，500kV、330kV、220kV、110kV、66kV、35kV、10kV、380/220kV。,5、必须经过有建筑物的地区时，应尽可能选择不拆迁或少拆迁房屋，并尽量少拆迁质量好的建筑物，减少拆迁费用。,4-4电力线路规划,二、高压线路路径规划原则,1、线路短捷，减少线路电荷损失，降低工程造价。,2、保证线路与居民、建筑物、工程构筑物之间的安全距离。按国家有关标准确定合理的高压走廊带，以免发生干扰通信等事故。,3、高压线路不宜穿过城市中心区、人口密集地区，并考虑城市远期发展，避免占用工业及农业备用地。,4、高压线路穿过城市时，须考虑地其他管线工程的影响，尤其是对通信线路的干扰，并减少与河流以、铁路、公路及其他管线的交叉。,9、尽量减少高压线路转弯次数，选择合理档距（两杆之间的距离），使线路经济。,4-4电力线路规划,6、尽量避免从有高大乔木成群的树林地带通过，保证线路安全，减少砍伐树木，保护绿化植被和生态环境。,7、高压走廊不宜设在被洪水淹没地带，或地质构造不稳定地带（活动断层、滑坡等）。在河边敷设线路时，应考虑河水冲刷影响。,8、尽量远离空气污浊地方，以免影响线路绝缘，发生短路事故，更应避免接近有爆炸危险的建筑物、仓库区。,敷设方式分为架空线路和电缆线路，广泛采用的是架空线路，因为它造价低、易找出故障地点和便于维修。,4-4电力线路规划,三、电力线路敷设,市区架空送电线杆塔应适当增加高度，缩小档距，提高导线对地面距离。对路边植树的街道，应提高导线对地高度、修剪树枝考虑，保证导线与树木的安全距离。,4-4电力线路规划,1、架空线路敷设架空线路主要部件是导线、绝缘子、杆塔和金具。,（1）送线线路敷设采用双回线或与高压配电线同杆架设。35kV线路一般采用钢筋混凝土杆，电杆根部与各种管道及沟边最小距离为1.5m，距消防栓、贮水池应大于2m。110kV线路可采用钢管型杆塔以减少走廊占地面积。,同一地区中、低压配电线路的导线相位排列应统一规定，主干线上的导线截面不宜超过两种。,4-4电力线路规划,（2）配电线路敷设,市区高、低压配电线路应同杆敷设，并尽可能做到是同一电源。,当架空线路为多层排列时，自上而下的顺序：高压、动力、照明、路灯。,市区内线路走廊拥护时，可采用中、低压配电线路与电车线路合杆敷设，作到“一杆多用”。,耐张段(两耐张杆塔间的线路部分)35kV以上架空线路的耐张段长度一般采用35m,如运行、施工条件许可，可适当延长；在高差或档距相差悬殊山区或重冰区，可适当减小。10kV以下架空线路的耐张段长度不宜超过2m。,4-4电力线路规划,（3）架空路耐张段与档距,线路档距-两相邻杆塔导线悬挂点间的水平距离,4-4电力线路规划,（1）适用条件架空线路技术上难以解决时狭窄街道、繁华地区高层建筑地区、市容环境有特殊要求时；负荷密度较大的中心区；建筑面积较大的新建居民楼群、高层住宅区；重点风景旅游区的某些地段；对架空线有严重腐蚀的特殊地段。,4-4电力线路规划,2、电缆线路敷设,直埋敷设适用于人行道上、公园绿地、公共建筑间的边缘地带，它简单经济，应用较为广泛。直埋电缆使用铠装电缆；沟底具有良好土层，不应有石块或硬质杂物；电缆从地下或电缆沟引出地面时，地面上2m的一段应用金属管或金属罩加以保护。,4-4电力线路规划,（2）敷设方式电缆线路路径应与其他地下管线统一安排。通道的宽度、深度应考虑远期发展要求，路径应考虑安全、可行、维护便利、节省投资等条件,沟槽敷设适用于电缆较多，不能直接埋入地下且没有机动负载的通道。,4-4电力线路规划,隧道敷设适用于变电所出端、重要市区街道的电缆条数多、多种电压等级时，电缆平行且敷设根数在30根以上。,1、架空线路安全保护电力导线外侧延伸所形成的两平行线内的区域，称为电力线走廊。高压线路部分称为高压走廊，即高压线