电力系统的基础知识

第一章发电厂、变电站概述（2）,主要内容,电能广泛应用于现代工农业生产、交通运输及城乡人们生活。,1电力网及电力系统组成,电能由煤、石油、天然气、水利资源、核原料等一次能源转换而来。,电能从哪来？,完成转换的实体包括火电厂、水电厂、核电厂、风力发电厂、潮汐发电厂、地热发电厂等。,发电将自然能转变为电能的过程称为发电，一般在发电厂中进行。,火力发电：燃料在锅炉中燃烧，水变成高温高压水蒸气推动汽轮机旋转，带动发电机发电。按水蒸气温度压力分：中低压发电厂，高压发电厂，超高压发电厂，亚临界压力发电厂，超临界压力发电厂；超超临界压力发电厂按燃料分：燃煤发电厂，燃油发电厂，燃气发电厂，余热发电厂，以垃圾及工业废料为燃料的发电厂按输出能源分：凝汽式发电厂（只发电），热电厂（发电兼供热）按发电厂装机容量分：小容量发电厂，中容量发电厂，大中容量发电厂，大容量发电厂,火电厂外景,冷却塔烟囱锅炉发电机组厂房,热电厂外景,汽轮发电机组,汽轮机发电机励磁机高压缸低压缸,火电厂有如下特点：布局灵活，装机容量的大小可按需要决定。建造工期短，一次性建造投资少。耗煤量大，生产成本比水力发电要高。动力设备繁多，控制操作复杂，运行费用高。开、停机过程时间长，耗资大，不宜作为调降电源用。对空气和环境的污染大。,云南昆明石龙坝电厂,水力发电：水流冲击带动水轮机旋转，带动发电机发电。按集中落差分：堤坝式水电厂（又分坝后式和河床式），引水式水电厂和混合式水电厂按径流调节程度分：无调节水电厂和有调节水电厂按利用能源类型分：常规水电厂(包括梯级水电厂)、抽水蓄能电厂、潮汐电站和波浪能电站。按单厂装机容量规模分：大型，中型，小型按开发方式：纯抽水蓄能、混合式和调水式三种类型。,河床式水电站示意图,引水式水电站,水轮发电机组,广州抽水蓄能电站,北京十三陵抽水蓄能电站,水力发电的主要特点是：发电成本低、效率高,发电成本低。可综合利用水资源。运行灵活,设备简单，机组启动快(水电机组从静止状态到满负荷运行只需45min，紧急情况可只用1min，而火电机组则需要数小时)，远行操作灵活，易于实现自动化。水能可储蓄和调节。发电不污染环境。建设投资大、工期长，受自然条件限制。,建设中的水电站,核电：核反应堆中发生核反应发热，水烧成高温高压水蒸气推动汽轮机，带动发电机发电。按照反应堆形式分：压水堆核电站沸水堆核电站（现在发生事故的日本福岛第一核电站）重水堆核电站（如中国秦山III期核电站）快堆核电站石墨气冷堆电站,大亚湾核电站,江苏田湾核电站,核电厂的主要特点是：不需送风、吸风设备和煤份制备及输送装置，烟囱低而小；汽轮机参数比火电厂机组低得多；热污染较为严重，用水量大；对安全可靠和防护措施的要求极为严格；反应核废料处理要求严格。,风力发电厂,内蒙古辉腾锡勒风电场,风力发电的特点：间歇性机组出力随着气象条件而变化，不能按计划发电；采用多种发电机技术，控制设备复杂；不同类型的风电机组在故障时的暂态响应不同；由风电机群的特性和协调全部风电机群运行的风电场综合控制系统决定。,太阳能发电光伏发电,*基本的太阳能发电系统的组成：,太阳电池板,充电控制器,逆变器,蓄电池组,地热发电厂,潮汐发电示意图,电厂建设在能源产地（为了节约运输成本）,相隔数千公里,用电负荷中心（大城市、工业中心）,输电将电能从电源输送到负荷中心,电厂建设在能源产地（为了节约运输成本）,用电负荷中心（大城市、工业中心）,输电线路作为输送电能的通道,在电能输送的过程中，电流在导线中产生电能损耗，为了减少输送过程中的能量损失，只有提高电压，因此从电厂出来会经过升压变压器把电压升高，到了负荷端，经过降压变压器把电压降下来就能适合用户的使用。,变电站：主要作用变换电能电压和分配电能的场所，是联系发电厂和电力用户的中间环节,变电站,电力网：各种电压的变电所及输配电线路组成的统一体。,电力系统：由发电厂中的电气部分、各类变电所及输电、配电线路及各种类型的用电器组成的统一体。,动力系统：电力系统加上各类型发电厂中的动力部分就是动力系统。,电力网：按电压等级的高低、供电范围的大小的分类地方电力网：电压等级在35kV及以下，供电半径在2050km以内区域电力网：电压等级在35kV以上（一般为110kV220kV），供电半径超过50km，联系较多发电厂的网络远距离输电网：电压等级为330kV500kV的网络，其主要任务是把远处发电厂生产的电能输送到负荷中心，同时还联系若干区域电力网形成跨省、跨地区的大型电力系统,电力网：按电压等级分类：低压网：电压等级在1kV以下；中压网：110kV；高压网：高于10kV、低于330kV；超高压网：低于750kV；特高压网：1000kV及以上。,一、电力系统发展简况（回顾上节内容）世界：2600多年前，希腊人发现“电力”。1831年，法拉第发现电磁感应定律，制成第一台发电机。1866年德国人西门子制成第一个工业发电机。1879年爱迪生发明了白炽灯泡。1882年，纽约曼哈顿地区投运的珍珠街发电厂被称为世界最早的发电厂，爱迪生建立。同年发给建成世界上第一个完整电力系统,2电力系统的发展简况及对它的基本要求,一、电力系统发展简况（回顾上节内容）世界：早期直流发电机、直流送电、串联发电机以提高电压1888年交流输电开始使用，随后电压不断提升。1891年三相变压器正式投入使用，近现代电力系统雏形出现。,一、电力系统发展简况（回顾上节内容）中国：可分为以下三个阶段18821937年。1882年7月26日上海第一台12KW机组发电，第一个电厂：上海电光公司（英国人建）全国共有461个发电厂，初步形成北京、天津、上海、南京、武汉、广州、南通等大、中城市的配电系统。,一、电力系统发展简况（回顾上节内容）中国：19371949年。东北中部电力系统东北南部电力系统东北东部电力系统冀北电力系统1949年以来截至2011年底，全国发电装机容量10.5亿千瓦，超过美国成为世界第一电力装机大国，其中，水电2.3亿千瓦，火电7.6亿千瓦，核电1191万千瓦，风电4700万千瓦。,低压直流电,三相交流电,高压直流输电,19世纪80年代以前、发电、输配电和用电都是直流。直流电压低，供电范围小，功率小，串联运行方式复杂，事故机会多。,19世纪80年代后，生产技术发展，三相交流电应用。输电电压提高，输送容量和范围也进一步提高。供电更为可靠。但是高压交流输电所存在的感抗给输电带来了局限性。,高压大容量可控硅整流器的制成为高压直流输电创造了条件。交流感抗的问题得到解决。适用于大容量、远距离输电。,一、电力系统发展简况（回顾上节内容）,由各小系统联合而成的联合大系统的特点,优点:(1)、提高了供电的可靠性(2)、提高了电能的质量(3)、可以减少系统备用容量、提高设备利用率(4)、便于采用大容量机组，技术经济性能好(5)、可以合理利用动力资源，提高了系统运行的经济性缺点：一旦发生事故容易波及彼此。,发展趋势：从小系统到大系统,我国电力系统-联合大系统西电东送、南北互供、全国联网,我国电力系统220kV线路于1943年投运330kV线路于1974年投运500kV线路于1981年投运,我国交流输电线路的一般输送容量及输电距离,广东电网概况广东电网是一个以500kV线路为骨干网架，以220kV线路为主体的大电网，电网覆盖了广东21个地级市，是全国最大的省级电网，是南方电网的受端与负荷中心。目前已形成了以珠江三角洲地区为中心的500kV主干内环网，并以双回路辐射延伸到粤北和粤东、粤西两翼。,广东电网概况广东电网以珠江三角洲地区500千伏主干环网为中心，向东西两翼及粤北延伸。通过“八交五直”高压输电线路以及鲤曲线与中西部电网联网；通过1回500千伏交流海缆与海南电网相联；通过4回400千伏线路与香港中华电力系统互联；通过3回220千伏电缆和4回110千伏线路向澳门地区供电。,广东电网概况截至2011年底，含广州、深圳在内，共有110千伏及以上输电线路(含电缆)62092千米、变电站1961座、主变4210台、容量38246万千伏安，其中500千伏线路8255千米，变电站40座、主变压器90台、容量8325万千伏安。,2010年广东500kV电网接线示意图,1、电能生产输送与使用的连续性,2、与生产及人们生活的密切相关性,3、暂态过程的非常短暂性,二、电力系统运行的特点,普通电池,燃料电池,蓄电池,现阶段，电能尚不能大量地、廉价地贮存，发、变、输、配及用电几乎是在同一瞬间进行。,生活,生产,医疗,电能供应不足或中断，对某些用户甚至会造成产品报废，设备损坏以及危及人身安全等严重后果。,三、对电力系统要求,1、尽量满足用户的用电需求。,2、保证供电的可靠性。,3、保证良好的电能质量。,4、努力提高电力运行的经济性。,电力工业的发展速度，应超前于其他部门的发展速度,不间断地供电，发生事故，做到迅速恢复供电。,系统中交流电的波形、频率和电压三者在允许的变动范围之内。,多发电、多供电、低损耗，降低燃料消耗率与厂用电率,供电可靠性衡量指标：供电可靠率、用户平均停电时间、用户平均停电次数、用户平均故障停电次数等供电可靠率供电企业某一统计期内对用户停电的时间和次数，直接反映供电企业的持续供电能力。反映电力工业对国民经济电能需求的满足程度城市供电可靠率是99.96%。即用户年平均停电时间不超过3.5小时；计算公式供电可靠率（%）=8760（年供电小时）-年停电小时/8760最后乘以100%,电压质量标准,其他质量标准频率：额定频率：50Hz（国外：50或60Hz）频率偏差：0.2Hz（3000MW系统）0.5Hz（3000MW系统）国外：(0.10.2)Hz或0.5Hz波形：质量标准：正弦波电压和电流谐波的危害与抑制：对于电网、电力设备、通讯都会产生负面影响；,3电力系统的额定电压,老板，发电机是276V，电动机是154V，这该怎么接啊？,额定电压由国家规定的一种标准电压，是电气设备设计时所依据的电压值。在这一电压下工作时，电气设备的技术经济性能指标能够达到最佳状态，保证长期可靠运行。电压标准化意义设备的生产实现标准化、系列化元件合理配套,额定电压等级的确定电源布点、荷中心的位置国家经济及科学技术的发展水平电力设备的制造水平在同一电压等级中，电力系统的各个环节（发电机、变压器、电力线路、用电设备）的额定电压各不相同。某一级的额定电压是以用电设备为中心而定的。,我国现阶段额定电压第一类额定电压(单位：V)1000V发电机、变压器、输配电线路及受电设备,供电局吗？我要投诉，你们说给我220V电压，怎么我的灯不亮，电压太低了。,设备的电压等级（kV）用电设备的额定电压是其他元件的参考电压。其端压允许在额定电压UN的5%内波动。3,6,10,35,110,220,330,500,750(60,154已不再）3：企业内部6、10：配电电压（6用于高压电机负荷）110、220：高压110：区域网，中小电力系统主干线220：大电力系统主干线330、500、750：超高压750：特高压,设备的电压等级（kV）发电机发电机的额定电压UN(1+5%)3.15,6.3,10.5,15.75,23.0,设备的电压等级（kV）输电线路的额定电压为线路的平均电压在运行时线路首端电压最好比额定电压高5%，末端电压才可能不低于额定电压的5%。输配电线路的额定电压与受电设备的额定电压规定得相同，一般取线路首末两端电压的平均值等于受电设备的额定电压。UN(1+5%)+UN(1-5%)/2=UN,设备的电压等级（kV）变压器的额定电压为变压器两侧的额定电压，以变比表示为k=U1N/U2N额定电压指主接头的空载电压,一次绕组,二次绕组,与同级线路的额定电压相等(中间变压器，不与发电机直接相连),比同级线路的额定电压高5%(升压变压器，与发电机直接相连),比同级线路额定电压提高10%,比同级线路额定电压提高5%(对于高压侧电压小于35kV而阻抗小的变压器),变压器的额定电压,设备的电压等级（kV）应尽可能的简化电压等级减少变电层次各级额定电压间的级差不宜太小额定电压在110kV以下的配电网，电压间级差一般应在三倍以上；额定电压在110kV以上的输电网，电压间级差一般应在两倍以上。,提高输电电压的利弊：减小载流截面和线路电抗利于提高线路功率极限和稳定性增加线路送电距离增加绝缘成本杆塔、所站架构尺寸增加，投资增加,各电压等级送电容量和距离,如果两个方案的技术经济指标相近，或较低电压等级的方案优点不太明显时，应采用电压等级较高的方案。,例题确定图中电力系统各元件的额定电压G:10.5kVT1:10.5/121kVT2:110/38.5/11kVT3:35/6.3kVT4:10kV/400VM:6kVX:220V,4电力网的接线方式,你以为我会告诉你那是电网吗？,红色的是什么东东？,电力网由线和点组成的网络（线路、变电站、用户）点之间的连接称为电力网的接线方式选择接线方式应考虑的问题满足电力系统与用户的基本要求必须保证系统运行和供电的可靠性必须能灵活地适应系统各种可能的运行方式应力求节约设备和材料，减少投资与运行费用应保证在各种运行方式下，运行人员能安全地操作,可靠性问题据对供电可靠性的要求，一般将电力负荷分为三级,负荷分类,一级负荷为重要负荷。停电会造成生命危险，重大经济损失，社会混乱着。必须由两个或两个以上的独立电源供电。,二级负荷为比较重要的负荷。停电可能造成较大经济损失，影响大量居民正常生活者。可由两个独立电源供电或采用一回专用线路供电。,三级负荷为一般负荷。除一、二级负荷外其他负荷。对三级负荷的供电要求，不作特殊规定。,接线方式一端电源供电的电力网两端电源供电的电力网多端电源供电的电力网,接线方式一端电源供电的电力网用户或变电所，只能从一个方面取得电能的电力网分为：放射式干线式树枝式特点：接线简单经济运行方便供电可靠性较低,接线方式两端电源供电的电力网用户或变电所，可以从两个电源取得电能的电力网分为：两端电源供电网环网双回路电网特点：可以从两个电源取得电能接线简单运行、检修灵活供电可靠性高,接线方式多端电源供电的电力网有