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发电厂电气设备及运行 教材 电力系统概论 杨淑英编 发电厂电气部分 第四版 华中科技大学熊信银主编华北电力大学朱永利副主编 课程内容 1 电力系统的基本概念 第一章 简单电力网络稳态分析 第二 三章 电力系统的频率调整与电压调整 第四章 电力系统短路 第五章 电力系统稳定性 第七章 课程内容 2 电气设备的原理 第二章 六章 电气主接线 第四章 厂用电 第五章 导体的发热和电动力 第三章 电气设备的选择 第六章 配电装置 第七章 发电厂和变电站的控制和信号 第八章 同步发电机的运行 第九章 电力变压器的运行 第十章 课程特点 贴近工程实际 少理论 重工程 内容分散 前后联系不强 第0章电力系统概述 0 1电力系统的概念和组成 0 2对电力系统运行的基本要求 0 3电力系统的电压等级 0 4电力系统的接线方式和中性点接地 0 5电力系统的负荷 0 6我国电力工业发展概况 0 7发电厂的类型 0 8变电站的类型 0 1电力系统的概念和组成 一 基本概念 电力系统的组成 1 电力系统 由发电机 变压器 输电线路和用电设备组成的有机整体 生产 输送 分配与消费电能的系统 2 电力网 电力系统中输送与分配电能的部分 3 动力系统 动力部分与电力系统组成的整体 几个基本参量 1 总装机容量 指该系统中实际安装的发电机组额定有功功率的总和 以千瓦 KW 兆瓦 MW 吉瓦 GW 为单位计 0 1电力系统的概念和组成 年发电量 指该系统中所有发电机组全年实际发出电能的总和 以千瓦时 kWh 兆瓦时 MWh 吉瓦时 GWh 为单位计 最大负荷 指规定时间内 电力系统总有功功率负荷的最大值 以千瓦 kW 兆瓦 MW 吉瓦 GW 为单位计 额定频率 按国家标准规定 我国所有交流电力系统的额定功率为50Hz 最高电压等级 是指该系统中最高的电压等级电力线路的额定电压 0 1电力系统的概念和组成 地理接线图 主要显示系统中发电厂 变电所的地理位置 电力线路的路径 以及它们相互间的联结 电气接线图 主要显示系统中发电机 变压器 母线 断路器 电力线路等主要电机 电器 线路之间的电气接线 0 1电力系统的概念和组成 电力系统为什么要互联并网运行呢 1 采用高效率大容量机组 减少备用容量2 合理利用动力资源 水 火电互补3 提高供电可靠性 系统越大 抗干扰能力越强4 提高运行的经济性 装高效率大容量机组 合理利用动力资源 合理分配负荷 削峰填谷 0 1电力系统的概念和组成 特点电能不能大量储存过渡过程非常短暂 30万kM S 与国民经济各部门密切相关 基本要求可靠经济质优 0 2电力系统运行特点及基本要求 可靠 保证可靠的供电措施电源与电网的建设 西电东送全国联网 SCADA 数据采集与监视控制系统 SupervisoryControlAndDataAcquisition 设备检修 计划检修 状态检修 人员素质 0 2电力系统运行特点及基本要求 负荷 一级二级三级 一级负荷 对这一级负荷中断供电 将造成人身事故 经济严重损失 人民生活发生混乱 二级负荷 对这一级负荷中断供电 将造成大量减产 人民生活受影响 三级负荷 所有不属于一 二级的负荷 0 2电力系统运行特点及基本要求 质优指标 电压 35kV 5 10kV 7 无功功率 频率 0 2 3000mw 0 5Hz 3000MW 有功功率 波形畸变 谐波 电力电子装置 非线性负荷 0 2电力系统运行特点及基本要求 经济 EX 一台600MW火电机组 年利用小时6000h 煤耗率320g kW h 煤价 300元 吨 Sol 年发电量 600000kW 6000h 36亿kW h需标煤 36亿kW h 320g kW h 115 2万吨标煤燃料费 115 2万吨 300元 吨 34560万元1 节约 燃料 1 152万吨标煤燃料费 345 6万元 厂用电率 网损 煤耗率 水耗率 0 2电力系统运行特点及基本要求 1 电力系统的额定电压等级 标称电压 经济电压 电压高 损耗小 绝缘水平高 投资大 制定标准电压 以便实现互联 最高电压 正常运行时 系统中出现的电压最高值 0 3电力系统的电压等级 2 电气设备的额定电压 发电机 变压器 线路 用电设备 最高电压 考虑设备的绝缘性能确定的最高运行电压值 额定电压 电气设备在此电压下长期工作 效率和寿命最好 同一标称电压下 不同电气设备的额定电压是不同的 0 3电力系统的电压等级 0 3电力系统的电压等级 用电设备 等于系统的额定电压线路 等于系统的额定电压发电机 规定比系统的额定电压高5 变压器一次侧 相当于用电设备 其额定电压与系统相同 与发电机直接相连时 则与发电机相同二次侧 相当于电源 其额定电压应比系统高5 考虑变压器内部的电压损耗 5 实际应定为比线路高10 漏抗很小 与电动机直接相连时或电压特别高时 比线路高5 0 3电力系统的电压等级 用线电压表示的抽头额定电压 220kV 升压变压器 降压变压器 3 电力输送中电压与输送容量的关系 各级电压架空线路的输送能力 0 3电力系统的电压等级 典型例题 1 确定各设备额定电压 2 若T1工作于 2 5 抽头 T2工作于主抽头 T3工作于 5 抽头 求个变压器变比 10 5kV 10 5kV 121kV 38 5kV 110kV 11kV 35kV 1 无备用 图1 5无备用接线方式 a 放射式 b 干线式样 c 链式 0 4电力系统的接线方式和中性点接地 一 电力系统的接线方式 优点 简单 经济 运行方便缺点 供电可靠性差适用范围 二级负荷 2 有备用 图1 6有备用接线方式 a 放射式样 b 干线式 c 链式 d 环式 e 两端供电网络 优点 供电可靠性和电压质量高缺点 不经济适用范围 电压等级较高或重要的负荷 0 4电力系统的接线方式和中性点接地 二 三相电力系统中性点运行方式 不接地 10 35kV系统多属这类情况 消弧线圈接地 即经过一个线性电抗线圈接地 10 60kV系统有这种方式 直接接地 110kV及以上电压系统和380 220V三相四线低压系统都属这类情况 0 4电力系统的接线方式和中性点接地 电力系统的中性点一般指星形连接的变压器或发电机的中性点 中性点接地方式 1 中性点不接地系统 正常运行 分析 1 线电压与相电压关系 2 中性点电位 3 对地电容电流与相电压关系 1 中性点不接地系统 单相 C相 接地 分析 1 中性点对地电位 2 非接地相对地电位 3 对地电容电流 3 对地电容电流分析 2 中性点经消弧线圈接地 中性点经消弧线圈接地的应用 3 6kV电力网 接地电流 30A 10kV电力网 接地电流 20A 35 60kV电力网 接地电流 10A 补偿方式 过补 IL Ic 一般采用这种方式 欠补 IL Ic 全补 IL Ic 不允许 容易谐振 3 中性点直接接地系统 优点 非故障相电压不变 缺点 单相短路电流大 0 5电力系统的负荷 一 电力系统的负荷1 负荷 系统中所有电力用户的用电设备所消耗的电功率总和 也称电力系统的综合用电负荷 是所有用户的负荷总加 2 负荷分类 按负荷性质分类 工业 农业 交通运输业 商业 生活等 3 电力系统的供电负荷 综合用电负荷加上电力网的功率损耗 4 电力系统的发电负荷 供电负荷加上发电厂厂用电消耗的功率 二 负荷曲线 用曲线描述某一时间段内负荷随时间变化的规律1 日负荷曲线 制定发电计划的依据一天的总耗电量日平均负荷 0 5电力系统的负荷 负荷率km最小负荷系数 a 钢铁工业负荷 b 食品工业负荷 c 农村加工负荷 d 市政生活负荷 2 年最大负荷曲线 描述一年内每月 或每日 最大有功功率负荷变化的情况3 年持续负荷曲线 按一年中系统负荷的数值大小及其持续小时数顺序排列绘制而成 全年耗电量 最大负荷利用小时数Tmax 0 5电力系统的负荷和负荷曲线 年最大负荷曲线 为安装新机组 安排检修计划提供依据 A PmaxTmax 各类用户的年最大负荷利用小时数 0 6我国电力工业发展概况 一 我国电力工业的起点 1879年5月28日 中国上海公共租界 以1台10马力 7 46kW 蒸汽机为动力 带动自激式直流发电机 发出的电力点亮了第一盏电灯 1882年7月26日 中国第一家电业公司 上海电气公司成立 创办了中国第一家发电厂 安装1台16马力 11 93kW 蒸汽发电机组 沿外滩架设6 4km的电线 沿线串接15盏弧光灯 供给照明用电 同年9月25日 坐落在黄浦江外滩的上海俱乐部等装接电灯 成为第一批电灯用户 一 我国电力工业的起点 这家电厂比全球率先使用弧光灯的法国巴黎北火车站电厂晚建7年 比英国伦敦霍而蓬高架路电厂晚建6个月 但比美国纽约珠街电厂早建2个月 比日本东京电灯公司早建5年 1897年 清政府上海南市马路工程善后局创办南市电灯厂 该厂于当年除夕建成供电 点亮中国地界上的第一盏电灯 到1911年中华民国成立前夕 上海电力工业已初具规模 4家中外电力公司共拥有发电设备容量8750kW 二 装机容量及发电量的增长 装机容量1856587850013789217223190050841万kW年发电量43300639506213100691368524747亿kW h 世界排名21 258 643 22 2 美国1958年水平 人均85位 用电量为世界平均水平的1 3 二 装机容量及发电量的增长 截至2007年底 总装机容量为71329万kW 火电 55442万kW 占77 73 水电 14526万kW 占20 36 核电 885万kW 占1 24 风电 403万kW 占0 56 三 最大单机容量 最大火电机组 1000MW 华电国际邹县发电厂 华能玉环电厂 最大水电机组 700MW 三峡电厂 550MW 二滩水电厂 320MW 葛洲坝水电厂 最大核电机组 1000MW 百万千瓦级 大亚湾 岭澳 田湾 四 最大发电厂 最大火电厂 北仑电厂 5 600MW 2 1000 5000MW邹县电厂 4 335 2 600 2 1000 4540MW最大水电厂 三峡电厂 14 12 6 700MW 18200 4200 MW最大核电厂 秦山核电站1 300 2 650 2 700 3000MW最大抽水蓄能电厂 广东抽水蓄能电厂8 300MW 2400MW天荒坪抽水蓄能电厂6 300 8 300 4200MW 五 电力系统的发展 建国初期 大多是大城市发 供电系统 跨地区的电力系统有 东北中部和南部的154 220kV系统 东北东部的110kV系统 以丰满 水丰和镜泊湖水电厂等为中心 冀北系统 本世纪初 已形成东北 华北 华东 华中 西北 西南 华南等七个跨省区域性电力系统 五 电力系统的发展 区域电网构成 华北 华东 华中 南方电网的装机容量已超过1亿kW 100GW 东北 西北电网的装机容量也超过4000万kW 40GW 五 电力系统的发展 区域电网互联 1989年9月 500kVDC 2001年5月 500kVAC 2003年6月 500kVAC 2003年9月 500kVAC 2004年6月 500kVDC 2005年6月 直流背靠背 2008年底 1000kVAC 1 基本发展史1882年 英国人成立上海光电公司 中国第一个发电厂 一台12kW直流发电机1911年 杨树浦发电厂动工 1913年开始发电 到1924年 共有12台发电机 装机121MW 1954年 中国自行设计施工的第一条220kV输电线路 369km 建成 从丰满水电站输送电能到虎石台变电所 这是中国输电线路建设史上的一个里程碑 六 一些重要事件 1972年 第一条330kV超高压输电线路建成 从刘家峡水电站至汉中 全长534公里 随后330kV线路延伸到陕甘宁青4个省区 形成西北跨省联合电网 1981年 第一条500千伏超高压输电线路投入运行 从河南平顶山姚孟火电厂到湖北武昌凤凰山变电所 使中国成为世界上第8个拥有500千伏超高压输电的国家 1989年 中国第一条 500千伏直流输电线路 葛洲坝 上海 1080公里 建成投入运行 实现华中电力系统与华东电力系统互联 形成中国第一个跨大区的联合电力系统 六 一些重要事件 2005年9月 西北电网建成750kV青海官亭 甘肃兰州线超高压输变电工程 140 7km 中国输电技术提高到了一个新的水平 2008年12月30日 我国首条1000kV 山西长治晋东南变电站 南阳 湖北荆门变电站 投运 645km 实现华北和华中电网互连 800kV特高压直流输电线路 向家坝 上海 正在建设中 六 一些重要事件 电压等级 输电线路长度和变电容量 电压等级除西北地区以外交流 1000kV 500kV 220kV 110kV 35kV 10kV直流 500kV西北地区 750kV 330kV 220kV 110kV 35kV 10kV截至2009年7月 220kV及以上输电线路长度达到37 5万公里 跃居世界第一位 2008年 220kV及以上变电容量13 9亿kVA 六 一些重要事件 2010年前后 建成以三峡电网为中心连接华中 华东 川渝的中部电网 华北 东北 西北三个电网互联形成的北部电网 以及云 贵 广西 广东4省区的南部联合电网 同时 加快北 中 南三大电网之间实现局部互联 华北 华中加强联网 华中 西北联网 川渝 西北联网 华东 华北联网 川黔联网等跨区电网工程建设 实现西电东送 南北互供 初步形成全国统一的联合电网的格局 实现全国范围内的资源优化配置 满足国民经济发