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发电厂电气部分 冯金光王士政合编 1 第一章电力系统概述 第一节电力系统概述大型电力系统图Page2图1 2 2 3 4 一 各种发电厂简介2007年 中国发电量突破3万亿千瓦时 达到32815 53亿千瓦时 2007年美国发电量为44209 27亿千瓦时 仅相当于中国的1 3倍 2008年 中国发电量为34957 60亿千瓦时 美国为43808 57亿千瓦时 美国是中国的1 25倍 2009年中国全年净发电量约为34492 0亿千瓦时 2010年中国发电量 亿千瓦时 41413 2010年美国发电量为41000亿千瓦时 中国超过美国 成为世界第一 2011年装机容量105576万千瓦 发用电量达5 13万亿千瓦时 单机容量 三峡电站 26台 70万千瓦 溪络渡 装机1260千瓦 单机77万千瓦 火电厂 核电厂 100万千瓦 5 1 火力发电厂2 热电厂3 燃气轮机发电厂4 核电厂5 水力发电厂6 其他能源发电厂 6 7 8 9 10 用高压轻水作慢化剂 冷却剂 一回路系统和二回路系统分开 压水堆 11 12 13 二 电力网我国现有东北 华北 西北 华东 华中 南方 西南等电网 输电网 220KV及以上和与之相连的变电所组成 它的作用是将电能输送到远距离的各地区配电网 配电网 110KV及以下电压的配电线路和配电所组成 其作用是将电能分配到各类用户 330千伏高压输电线路 在西北电网 建成于70年代 500千伏超高压输电线路 第一条 北起河南省平顶山市姚孟电厂的50万伏升压变电站 到达湖北省武汉市江夏区县凤凰山变电站 全长594公里 1979年9月开工 1981年12月建成 正 负500千伏超高压直流输电线 三峡到上海 荆门 枫泾 120万千瓦的三峡电送到上海 全长1045公里 1989年单极 1990年双极投运 14 15 16 750千伏超高压输电线路 兰州东 青海宫亭 2008年9月工程完工 1000千伏特高压线路 晋东南 南阳 荆门 是我国首条特高压输电线路 线路全长654公里 向家坝 上海 800千伏特高压直流输电示范工程是金沙江向家坝水电站电力外送的骨干通道 工程西起四川复龙换流站 东至上海奉贤换流站 跨越8个省市 线路全长近1900公里 额定输送容量640万千瓦 2009 11 13贯通 我国电网发展的目标 加快建设以1000KV特高网为骨干的网架 各级电网协调发展 具有信息化 数字化 自动化 互动化特征的统一的坚强智能电网 17 1 电力网的接线方式1 无备用方式Page3图1 4仅用一回路电源线向用户供电的方式 2 有备用方式 书Page3图1 5用户从两回或两回以上得到供电的电网 属于有备用方式 2 变 配电所的类型和作用变 配电所是连接电力系统的中心环节 是汇集电源 升降电压 分配电能的枢纽 变电所通常由主变 高低压配电装置 主控室及其他辅助设施组成 表1 1 变电所的类型和作用 Page4 18 三 用户与用电负荷的分级有功负荷 以千瓦计 无功负荷 以千乏计 用户 电动机 电焊机 空调 日光灯等 供电系统 变压器 线路等都消耗无功负荷 所以供电系统不仅供有功负荷 还必须供无功负荷 用户等级 按重要程度分 1 一级负荷 如果用户供电突然中断 将会导致人身伤亡或重大设备损坏等严重事故 以及国民经济的关键企业的大量减产 造成巨大的损失或政治影响 这样的负荷为一级负荷 2 二级负荷 停电后将引起某些生产设备的损坏 部分产品的报废或造成大量减产 以及城市秩序混乱的 这属于二级负荷 3 三级负荷 凡不属于一 二级负荷的均属于三级负荷 19 第二节电力系统联网运行的优越性电力系统联网运行 在技术上和经济上都有十分明显的优越性 一 提高供电的可靠性二 减少系统中总备用容量的比重三 减少总用电负荷的峰值四 可以安装高效率大容量机组五 可以水火互济节约能源改善电网调节性能六 可以提高电能质量 20 第三节电能的质量标准一 频率50HZ0 2HZ大型电力网50HZ0 5HZ中小电力网频率高 低于允许值的危害二 电压用电设备 5 1 35KV以上用户 5 2 10KV以上用户 7 3 低压照明用户 10 5 三 波形正弦波高次波谐的不利影响 21 第四节电力系统的电压等级一 电力系统的额定电压等级1 电网的额定电压2 用电设备的额定电压与同级电网的额定电压相同 允许5 的变动范围3 发电机的额定电压比同级电网的额定电压高5 考虑电力线路允许10 的电压损耗 4 电力变压器的额定电压1 一次绕组 与发电机相连时 与发电机额定电压相同 接在线路时 一次绕组与线路额定电压相同 2 二次绕组 给较长高压输电线路供电 比线路额定电压高10 22 给较短输电线路供电 比线路额定电压高5 5 电压等级的选择在输电距离和输电容量一定的条件下 选用较高的电压等级 能使线路上电流小 线路功率损耗和电能损耗低 电压损失也小 同时也可选用较小的导线截面 但另一方面 线路电压越高 线路的绝缘越要加强 导线的相间距离要相应增加 使线路杆塔尺寸及造价上升 同时变压器和开关设备的投资也相应增加 所以要综合考虑 输电距离和输电容量 表1 3 Page7第五节电力系统的中性点接地方式中性点中性点接地 过电压和绝缘 继电保护 自动装置的配置 短路电流的大小 供电的可靠性 电力系统的运行稳定性 对通信的干扰等因素有关 23 一 中性点直接接地系统110KV及以上系统 可降低对线路的绝缘水平要求 正常运行时 中性点并没有入地电流 单相接地时 短路电流大 继电保护动作 或切除故障线路 部分停电 或重合闸成功 380 220伏三相四线制 中性点直接接地 以获得220伏单相电压 二 中性点不接地系统正常运行时 每回线路三相有大小相等的电容电流 入地电流为零 单相接地 线电压不变 故障相对地电压升高倍 对较低的电压等级并无大的危害 规程规定 中性点不接地系统发生单相接地故障允许继续运行2小时 应在这段时间内找到并消除 以免再有一相也发生接地二变成两相接地短路 24 25 单相接地电容电流近似 架空线电缆三 中性点经消弧线圈接地系统当 3 6KV电网单相接地电流大于30A10KV电网单相接地电流大于20A35KV电网单相接地电流大于10A用消弧线圈接地 26 发生单相短路时 超过上述规定值时 接地电流较大 会产生断续电弧 可能使电路中发生危险的电压谐振现象 出现高达2 5 3倍的过电压 导致线路上绝缘薄弱处被击穿 中性点经消弧线圈接地接地 接地电流是电容电流与电感电流的合成 减小电弧 使之熄灭 27 电力系统经消弧线圈接地时 有三种补偿方式 即全补偿 欠补偿和过补偿 全补偿方式即 此时系统将发生串联谐振 产生危险的高电压和过电流 可能造成设备的绝缘损坏 影响系统的安全运行 因此 一般系统都不采用全补偿方式 欠补偿方式即 此时接地点有未被补偿的电容电流流过 当系统运行方式改变而切除部分线路时 整个系统的对地电容电流将减少 有可能发展成为全补偿方式 从而出现上述严重后果 所以也很少被采用 28 过补偿方式即 在过补偿方式下 即使系统运行方式改变而切除部分线路时 也不会发展成为全补偿方式 致使系统发生谐振 因此 实际工程中大都采用过补偿方式 消弧线圈的过补偿度一般为5 10 补偿度 脱谐度 脱谐度为负值 一般取10 左右为宜 6 10KV 中性点不接地35KV 中性点经过消弧线圈接地 消弧线圈容量 29 第六节电力系统稳定性问题概述标志 系统中所有的发电机都保持在同步运行状态 有相同的电角速度 功率及相应的转矩变化 引起转速变化 发电机组中各发电机因功率变化不平衡 转速变化也不平衡 功率及相应转矩的不平衡将引起电动机转速的变化 发电机转子之间产生相对运动 如果系统各发电机组在经历了一段运动过程后 能自动恢复到原有的平衡状态 或在某一新的平衡状态下同步运行 虽然频率和电压发生了一些变化 但仍在允许范围内 这样的系统称为稳定的 如果系统受到扰动后 产生自发性震荡 或者各机组间 30 产生剧烈的相对运动 以至于系统的频率和电压大幅度变化 不能保证对负荷的正常供电 造成大量用户停电 系统就失去了稳定 静态稳定电力系统在受到微小扰动后 能够自动恢复到原有运行状态的能力 暂态稳定电力系统在受到大的扰动后 经历一个短暂的暂态过程 从原来的运行状态过度到新的稳定运行状态的能力 动态稳定电力