电力生产基础知识

1、电力生产基础知识电力生产基础知识 郭 建内容简介 电力生产的基本过程 电力生产的运行特点和对其基本要求 电网的结构及基本功能 电网的发展趋势电力生产的基本过程 电能是一种无形的优质的二次能源 一:电能的特点 1、清洁、使用方便 2、很容易转化为其它形式的能源。 如：电能机械能电能光 能电能热 能电能化学能形式3、电能的输送和分配易于实现 基于上述特点，电能在生产、生活、国防、科研、通讯、娱乐等各种领域应用广泛使用。二、电力生产的任务 电力生产的任务就是把一次能源如煤炭、石油、天然气、水力、核能、风、力、地热等转换成电能，并输送、分配、销售给用户。三、电力生产的环节发电、输电和配电 现以燃煤火力

2、发电厂为例来简述电能的生产过程。1、燃煤电厂的设备 煤场及卸煤和输煤设备煤场及卸煤和输煤设备 锅炉及其辅助设备锅炉及其辅助设备 汽轮机及其辅助设备汽轮机及其辅助设备 汽轮发电机及配电设备汽轮发电机及配电设备 化学水处理设备构成化学水处理设备构成发 电锅炉蒸汽经管道输入汽轮机经制粉后送 入煤汽轮发电机蒸汽作功使其旋转带 动电能煤燃烧加热水产 生旋转产生2、基本生产流程简化图发电机的电压：一般在发电机的电压：一般在6.3至至22kV。火力发电的基本生产过程燃料在锅炉中燃烧,将其热量释放出来，传给锅炉中的水，从而产生高温高压蒸汽；蒸汽通过汽轮机又将热能转化为旋转动力，以驱动发电机输出电能。大中型燃煤

3、的火电厂，一般采用煤粉炉，其生产过程是:将进厂的原煤经碎煤机破碎、磨煤机磨成煤粉,用热风吹送，喷入锅炉炉膛，通过煤粉燃烧生成的高温 烟气,首先加热炉膛内的水冷壁管与过热器管,然后经过烟道内的再热器、省煤器和空气预热器而进入除尘器，在清除烟气中的飞灰之后，通过烟囱排入大气。水在锅炉炉膛内生成饱和蒸汽，通过过热器时，继续被烟气加热而变为过热蒸汽，经主蒸汽管送入汽轮机，并在汽轮机内膨胀作功后，进入凝汽器凝结成水。该 凝结水经低压回热加热器进入除氧器，再经给水泵、高压加热器送入锅炉。从汽轮机某个中间级抽出一部分蒸汽，分别送入回热加热器和除氧器，供回热给水和加热 除氧。为了补偿蒸汽和水的损失，还须将经过

4、化学处理的补充水加入除氧器，除氧器出来的水才能供给锅炉使用。为使蒸汽在凝汽器内凝结成水，还必须不断用循环 水泵将冷却水送入凝汽器中的冷凝管内进行热交换，这就又形成一个冷却水系统。冷却水或直接来自江、河、湖泊并排放入江、河、湖泊，或在冷却塔式喷水池中与 大气进行热交换以重复使用。过热蒸汽进入汽轮机以后，推动转子转动，带动发电机旋转发电，再通过一系列电气设备及输电线路送至用户。输电 三相交流输电 输电电压与输送距离、输送容量的关系变电 变换电压、控制电力流向、分配电力、保证电压质量配电 从输电环节接受电能并分配给用户。 配电环节应根据用户的重要性和对电力的依赖程度加以区别对待。 对配电网络要求：先

5、进的配电自动化技术、电能质量控制技术、现代电能计量技术输电电压（KV） 输电容量（MW） 传输距离(km)0.38 0.1及以下 0.6及以下10 0.2-2.0 6-2035 2-10 20-5066 3-3.5 30-100电力网的结构及基本功能 电力系统的组成 电力网的作用及其组成 电力网的分类 电力网的接线方式用电设备配电设备送电线路降压变升压变发电机热力用户一次能源热机(水机)发电变电送电变电配电用电动力装置电力系统动力系统 电力系统的组成电力系统的组成 电力系统：由生产、输送、分配、消费电 能的所有电设备联系在一起所组成的统一 整 体。 包括发电机、变压器、 电力线路和用电设备。一

6、个完整的电力系统由分布各地的各种类型的发电厂、升压和降压变电所、输电线路及电力用户组成，它们分别完成电能的生产、电压变换、电能的输配及使用。电力系统构成示意图电力网的作用及其组成电力网的组成：它是电力系统的一部分，是 由变、配电所和电力线路组成。电力网的作用：其承担着将电力由发电厂发出来之后供给电力用户的工作，即承担着输电、变电与配电（统称为供电）的任务电力网的分类电力网按其职能可分为：输电网：是以高电压，甚至超高压将发电厂与变电所或变电所之间连接起来的送电网络，所以又称为电力网中的主网架。组 成：发电厂、输电线路及连接在线路的变电所。输电网电压 在国际上，对于交流输电系统， 高压（HV）：3

7、5220kV 超高压（EHV）：330750（765）kV 特高压（UHV）：1000kV及以上 高压直流输电系统（HVDC）：500kV 对我国目前绝大多数交流电网来说对我国目前绝大多数交流电网来说， 高压电网:110kV和220kV 超高压电网:330、500kV和750kV 特高压电网:指的是正在建设的1000kV交流电压等级和800kV直流电压等级的输电系统。 在同一个电网中采用了不同的电压等级，这些电压等级组成该电网的电压序列。目前，我国除了西北电网外，大部分电网的电压序列是500/220/110/35/10/0.38kV，西北电网的电压序列分别为750/330/110/35/10/

8、0.38kV和220/110/35/10/0.38kV。 配电网任务：分配电能到各级降压变电所，再向用户供电。组成:配电线路及配电变电所配电网的电压:高压配电网(常指35110kv)中压配电网(常指10kv)低压配电网(常指0.38/0.22kv)配电网配电网电力网的接线电力网的接线方式：有备用接线和无备用接线1、无备用接线：指负荷只能从一个方向取得电源的接线方式。独立电源点负荷点放射式干线式链式特点：简单、经济、运行方便但供电可靠性差2、有备用接线：指负荷可以两个或两个以上方向取得电源的接线方式。放射式干线式链式环式双端电源供电网多端供电式有备用接线的特点：1、对于双回线的放射式、干线式、链

9、式虽比单回线网络的供电可靠性要高一些 但其所需断路器数量多，所以造价要高很多，不够经济。 2、对于环式网，其供电可靠性较高，经济性比双回线要好。缺点是节点较多时 调度较复杂；当环解开时，可能使某些点的电压质量差。 3、两端供电网，其供电可靠性较高，采用它的先决条件是要有两个或两个以上 的独立电源，它的合理性取决于负荷点的相对位置。 4、对于多端供电式网络，有多个电源，可靠性高，线路运行、检修灵活，但接 线多，投资大，操作较复杂，这种接线方式多由于发电厂之间，发电厂与枢 纽变电站之间的联系，供电网络很少采用。输电网的接线方式 大型发电厂距负荷中心很远时：为保证供电可靠性，输电 干线采用双回或多回

10、线。 对于负荷集中且缺乏电源区域：向此区域送电的输电干线也 采用双回或多回。 大型发电厂和枢纽变电所之间：一般通过环型网络互相连接。配电网的接线方式 配电网采取何种接线主要取决于负荷配电网采取何种接线主要取决于负荷，而根据负荷对供电可靠性的要求，可将负荷分为三类。一类负荷：若中断对负荷供电，将在经济上造成重大损失甚至造成人身 身伤亡;政治上造成重大影响。如矿井，国家重点企业，重要 的铁路枢纽、重要的通信枢纽、重要宾馆及经常用于国际活 动的大量人员集中的公共场所等用电单位的电力负荷。二类负荷：若中断供电将在政治、经济上造成较大影响如主要设备的损坏, 大量产品报废、连续生产过程被打乱、重点企业大量

11、减产。如 铁路枢纽、通讯枢纽等用电单位的重要电力负荷以及大型影剧院 和大型商场等单位的电力负荷。三类负荷：不属于一、二类负荷，短时停电不会带来严重影响。 一类负荷：应由两个独立的电源供电，有特殊要求的一类负荷，两个独立电源应来自不同的地点。即采用有备用接线方式供电。即采用有备用接线方式供电。接线方式 二类负荷：供电系统应尽量做到发生故障时不致中断供电，或中断供电后能迅速恢 复。在负荷较小或地区供电条件困难时， 二类负荷可由一回10KV及以上专用线供电三类负荷：对供电电源无特殊要求。当系统发生故障时，如出现电力不足的情况，应首先考虑切除三类负荷，以保证一、二类负荷的供电。电力系统运行的基本特点及

12、要求 电力系统运行的基本特点 电力系统的电能质量标准 对电力系统运行的基本要求电力系统运行的特点1、电能的生产和使用同时完成 到目前为止，大容量电能的储存问题还没有解决，因而电能的生产和使用是同时完成的，这就是说，任一时刻，系统中的发电量取决于同一时刻拥护的用电量，因此，必须保持电能的生产、运输和使用处于一种动态的平衡状态，这是电力系统中的一个最突出的特点。若供用电出现不平衡，系统运行的稳定性就会变坏。电力系统是一个由发电机、电力网及用户组成成的整体，系统中的任一元件、任何一个环节设计不当，或系统保护不完善、操作失误、电气设备出现故障等，都会影响到系统的正常运行。2、过渡过程短暂 电能以电磁波

13、形式传播，有极高的传输速度，电力系统中的过渡过程也非常迅速。如开关的切换操作、电网的短路等过程，都是在很短的时间内完成的，系统中的过渡过程的时间以毫微妙计，为了保证电力系统的正常运行，必须设置比较完善的自动控制与保护系统，对系统进行灵敏而迅速的监视、测量和保护，以把切换、操作或故障引起的系统的变化限制在一定的范围之内3、地区性突出 我国地域辽阔，自然资源分布很广，使我国的电能结构有很强的地域特点，有的地区以火电为主，有的地区以水电为主。而各地区的经济发展情况不一样，工业布局、城市规划、电气化水平等也不相同，常说的“西电东送”、“北煤南运”、“南水北调”等就是这种地区特点的具体写照。因而必须针对

14、这些地区特点，在对电力系统规划设计、运行管理、布局及调度时，进行全面考虑。4、与国民经济关系密切 电力工业与国民经济现代化关系密切。电能为国民经济各部门提供动力，电能也是人们的物质文化生活现代化的基础。随着国民经济的发展和人民生活现代化的进程加快，国民经济各部门电气化、自动化的水平愈来愈高，因而任何原因引起的供电不足或中断，都会直接影响到各部门的正常生产，造成人们生活紊乱。 决定电力系统电能质量的指标是电压、波形和频率电能质量的指标是电压、波形和频率 一、电压质量 电力系统中，理想的电压应该是幅值始终为额定值理想的电压应该是幅值始终为额定值的三相对称正弦波电压，但由于系统中存在阻抗及用电负荷的

15、变化、用电负荷不同的性质和不同的特点，造成了实际电压在幅值、波形和对称性上与理想电压之间出现偏差。电压的质量是按照国家制定的标准或规范，通过对电压的偏移、波动和波形的质量指标评估得出的。 1、电压偏移 电压偏移是指电网实际电压与额定电压之差（代数差）。通常用其对额定电压的百分数来表示。电压偏移必须限制在允许范围内，我国标准规定，用户受电端的电压变动幅度应不超过额定电压的用户受电端的电压变动幅度应不超过额定电压的： 35KV及以上供电和对电压质量有特殊要求的用户电压偏移为5%； 10KV及以下的高压供电和低压电力用户为7%； 低压照明用户为+5%- -10%。 电力系统的电能质量标准 （1）电压

16、偏移过大的危害 实际电压偏高或偏低，对运行中的用电设备会造成不良的影响。以照明用白炽灯为例，当加于灯泡的实际电压高于其额定电压，发光效率虽有提高，但其使用寿命减少；相反如果电压低于额定电压，则灯泡发光效率降低，使工作人员的视力健康受到影响，也会降低劳动效率。 对电动机而言，当电压降低时，电磁转矩随电压的平方成比例下降，例如，当电压降低20%时，转矩会降低到额定转矩的64%，电流增加20%35%，温度升高，造成电动机转速降低，可能导致工厂废品产生，电动机线圈过热，绝缘加速老化，甚至烧毁电动机。当电压过高时，电动机、变压器等设备铁芯会出现饱和、铁耗增大、激磁电流增大，也会导致电机过热，效率降低，波

17、形变坏。对其他电气设备，电压变化也将使其运行性能变坏，甚至发生人身、设备事故。 （2）产生电压偏移的主要原因 正常的负荷电流或故障电流在系统各元件上流过时产生的电压损失所引起 （3）减小电压偏移采取的主要措施有 a、 合理地减少系统的阻抗 增大导线或电缆的截面积； 减少系统的变压级数； 尽量保持系统三相负荷平衡高压线深入负荷中心； 多回路并联供电等方法； b、变压器可采用经济运行方式 既可以减少电能损耗，又调节了电压 c、对用户而言 采用有载或无载调压变压器，直接对电压进行调整 对那些功率因数低，带有冲击性负荷的线路，采用无功功率补偿装置，以降低线路电流，达到减少电压偏移的的目的。 2、电压波

18、动 电压波动是指电压在系统电网中作快速、短时的变化，变化更为剧烈的电压波动称为电压闪变。 a、电压波动主要原因 由于用户负荷的剧烈变化所引起的。 由于电力系统冲击性负荷的作用，如大型电动机直接起停或加减负载，起重机提升启动，电弧炉熔化期的工作短路等，都将使电网在某一时期内电压急剧变化而偏离额定值，从而引起电压波动。电压波动程度以电压在急剧变化中相继出现的电压最大值与最小值之差，或其百分值表示。 b、抑制或减少电压波动的主要措施有： 采用合理的接线方式； 对负荷变化剧烈的大型设备，采用专用线或专用变压器供电； 提高供电电压等级，减少电压损失； 增大供电系统容量，减少系统阻抗； 在系统运行时，也可

19、以在电压波动严重时减少、甚至切除引起电压波 动的负荷； 为了减少无功功率冲击引起的电压闪变，国内外普遍采用一种静止无功 功率补偿设备（SVC）进行无功功率补偿。 二、波形质量 对波形的要求规定应为严格的正弦波严格的正弦波。 正弦交流电波形一般以波形畸变率衡量。所谓波形畸变率是指各次偕波有效值的平方和的方根值与基波的有效值的百分比。 1、电力系统中造成波形畸变的主要原因 电力系统中存在有大量非线性阻抗特性的供用电设备 电力系统中存在有大量非线性阻抗特性的供用电设备产生偕波而造成的。如变频调速装置、感应炉、电抗器、变压器以及电视机、微波炉等都是偕波源。目前最主要的偕波源来自容量不断增大的大型的晶闸

20、管整流装置和大型电弧炉的运行。 2、波形畸变的危害 偕波源电气设备接入电网后，向电网注入偕波电流，在电气设备上产生偕波电压。 引起设备损耗增加，造成局部过热； 使电机机械振动增加，噪声增强； 对电子元件及自动装置、测量元件产生干扰，引起工作失常； 对电视和广播产生干扰，图像和通信质量下降。 目前，对高次偕波电流或电压抑制的主要措施有限制接入系统的变流设备及交流调压设备的容量，提高供电电压或单独供电等。在技术上可以采取增加整流器的相数，对整流变压器采用Y，d或D，y接线，装设分流的无源滤波器，消除或吸收一些高次偕波，避免这些高次偕波电流流入到电力系统中去。对大型的非线性设备，还可以装设静止无功补

21、偿装置（SVC），以吸收其产生的无功功率。近年来，国内外正在研制有源交流滤波装置（即偕波抵消装置），该装置工作时，首先测定偕波频谱，再将一定幅值的直流电流，利用PWM的控制方式，产生与偕波源相反的高次偕波电流，提供给负荷，抵消高次偕波，但保留了基波电流供负荷使用。 三、频率质量 我国电力系统中的标准频率为50Hz，俗称工频。 国家标准规定，频率偏差不得超过0.5Hz，对于容量大的系统，其偏差要求更严，不得超过0.2Hz。 1、如频率偏离正常值对用户产生的影响 如电动机的转速会随着频率高低而升降。频率的变化，将影响产品的产量和质量，例如造出纸张厚薄不匀，织出的布料出现疵点，电子设备误动作，信号误

22、传。频率急剧下降而不制止，气轮机低压级叶片有可能会因为发生低频震动而断裂，有可能会使整个电力系统崩溃，必须要防止这样的严重事故出现。用户的用电频率质量，是由电力系统保证的。在系统运行时，要求整个系统任一瞬间保持频率一致。 2、保证频率质量的措施 首先应做到电源与负荷间的有功功率平衡； 发生频率偏差时，可采用调频装置调频； 当供用电系统的有功负荷不平衡时，可以切除一些次要负荷，保持 有功功率平衡，以维持频率的稳定。电力系统运行的基本要求一、保证供电的可靠性、连续性 这是对电力系统运行的首要要求这是对电力系统运行的首要要求。 1 、引起供电中断的原因有： 元件质量差，发生故障 自然灾害引起 人员误

23、操作 继电保护误动作 运行管理水平低，维修质量不合格等 、保证供电可靠性应采取的措施 严密监视设备的运行状态，做到及时作好设备的维修工作； 提高运行人员的技术水平防止认为误操作； 充分发挥计算机进行监视和控制的优势，提高电力系统的自动化水平； 完善电力系统结构，提高系统抗干扰能力； 必须配备充足电源等。 二、保证良好的电能质量 决定电力系统电能质量的指标是电压、波形和频率 三、保证系统运行的经济性 节约能源是当今世界上所关注的一个重要问题。电能生产的规模之大，电力生产消耗的一次能源占国民经济一次能源消耗中的比重约为1/3，且电能在传输过程中的损耗也是相当可观的。因此，一方面，在电能生产的过程中

24、，力求节约，减少能源损耗，最大程度地降低发电成本有非常大的意义。另一方面，合理发展电网，优化电网结构和运行方式，降低电能传输中的损耗，也是一个不可忽视的问题。 1、考核电力系统运行经济性的两个重要指标是：煤耗率和网损率。 煤耗率：指每生产1kWh电能所消耗的标准燃煤，单位以g/kWh表示 标准煤指含有效热量为29.3MJ/kg的煤。 网损率：指电力网络中损耗的电能与向电力网中应供应的电能的百 分比。 2、提高电力系统运行经济性应采取的措施 降低发电厂的煤耗率、厂用电率、线损率尽量降低成本提高经济性 目前，我国火力发电厂的厂用电率为6%-10%。电网的线损率对不同电压等级电网而而言，约在3%-1

25、0%之间。 合理利用能源，充分发挥水电厂调峰作用 采用高校低损耗设备 实行经济调度，使功率在系统中合理分布 优化网络结构，合理发展电网联合电力系统 两个或多个电力系统用电网联合起来，组成联合电力系统。其优越性体现在诸多方面：1、提高供电安全可靠性 大电力系统中，备用机组多，线路多，容量大，部分线路故障不会影响系统供电，这样提高了供电可靠性。2、能充分保证电能质量 由于电网很大，容量大，个别负荷变动个别负荷变动，线路故障停电均不会造成电压的变化和频率的波动。3、减少系统备用容量，提高设备利用率 系统内个发电厂的机组可按地区轮流检修，错开检修时间，当机组故障时，个地区可以通过电网互相支援，而且联合

26、系统之间可以通过联络线互相支援，因此，全系统总的检修或事故备用容量都要比各地区的检修或事故备用容量之和要小，从而可以减少总的备用容量。4、充分利用动力资源 水电、火电并网运行，冬季火电多发、夏季丰水期多发水电，这样可降低成本，提高运行积极性。5、提高系统运行经济性 在电力系统中，各个发电厂并列运行，按最低供电成本或最少燃料消耗量的准则开展经济调度，可以获得系统的最大经济效益。6、便于开发现代动力资源。 在能源开发战略中，核电的安全运行，热电联产的发展以及水电火电的联合运行等，都必须依靠大型电力系统的发展。 目前，我国已经形成6个跨省电网，即华北、东北、华东、西北、华中电网和南方电网，并且西北、南方电网已经联网，在不久的将来，这6大电网将联网，组成全国性的大电力系统。例如，东北电力系统就是由辽宁省电力系统、吉林省电力系统、黑龙江省电力系统，通过500KV线路和220KV跨省联络线路联结起来的联合电力系统。