供配电系统及其电气设备第一章 电力系统的基本知识资料

1、第一章 电力系统(din l x tn)的基本知识共五十五页1.1 电力工业发展概况(gikung)及前景 电力(dinl)先行世界第一座发电厂是1875年巴黎北火车站建成，直流发电机，做照明用。1.1.1 全国:我国第一座火电12KW上海（1882年）第一座水电2240KW昆明滇池石龙坝（1912年）共五十五页1.1 电力工业(din l n y)发展概况及前景（1）18821949年：全国(qun u)总装机容量185万kW、年发电量年发电量43亿千瓦时，居 25位、进口设备、集中沿海。 110kV线路2条，共72万kW。（2）19491978年：全国总装机容量5712万kW、年发电量25

2、66亿千瓦时，分别居8、7位。建成了330kV和220kV输电线路535km和22672km。（3）19781995年：总装机容量突破2亿千瓦；1996年底居第二位；（4）2000年总装机容量突破3亿千瓦； （5）2004年6月全国装机已突破4亿kW ，2004年上半年全国发电量共计9908.51亿KWh。共五十五页1.1 电力工业(din l n y)发展概况及前景截至2008年底，全国发电设备容量79253万千瓦，同比增长10.34%。其中，水电17152万千瓦，约占总容量21.64%，同比增长15.68%；火电60132万千瓦，约占总容量75.87%，同比增长8.15%；水、火电占总容量

3、的比例同比分别上升1.00个百分点和下降1.55个百分点，风电并网总容量894万千瓦，同比增长111.48%。水电资源：经统计，全国单站装机500kW及以上的可开发水电站共11000余座，总装机容量3,7853万kW，多年(du nin)平均年发电量1,9233亿kWh。据1993年的初步估算，经济可开发资源为：装机容量2,9000万kW,多年(du nin)平均年发电量1,2600亿kWh。 共五十五页1.1 电力工业发展概况(gikung)及前景发展趋势：大机组(jz)、大电厂、大容量、超高压、大电网、高自动化。位于雅鲁藏布江的墨脱水电站，经查勘研究，其装机容量可达4380万kW， 多年平

4、均年发电量2630亿kWh。 20102020年新增装机88775万千瓦，年均实际新增7546万KW，预估年均投资为9055亿元，总投资90550亿元。共五十五页1.2.1 电力系统(din l x tn)的基本组成1.2 电力系统(din l x tn)的组成和优越性共五十五页1电力系统：由发电厂、升压变电所、输电线路、降压变电所及电力用户所组成的生产输送(sh sn)、分配和使用电能的统一整体；2动力系统：电力系统加上带动发电机转动的动力装置（如热力部分（锅炉汽机）、水力部分、原子能反应堆部分等）构成的整体。3电力网：由各类升压变电所、输电线路、降压变电所组成的电能传输和分配的网络。1.2

5、.1 电力系统的基本(jbn)组成共五十五页共五十五页 发电厂发电厂是把各种天然能源，如煤炭、水能、核能等转换成电能的工厂(gngchng)。根据所使用的一次能源的不同，发电厂可分为火力发电厂、水力发电厂、核能发电厂等。共五十五页一、火力发电厂主要(zhyo)是煤，还有石油、天然气。1. 一次能源(y c nn yun)（燃料）2. 主要设备锅炉、汽轮机、发电机及各种辅机。3. 电能生产过程燃料在锅炉里燃烧使水变成蒸汽推动汽轮机转子旋转带动发电机转子旋转发电机产生电能化学能热能机械能电能共五十五页优点：布局灵活，装机容量的大小可按需要决定；一次投资较小，建设周期较短。缺点：耗煤量大，发电成本高

6、；动力设备繁多，控制操作复杂，运行费用高；启动时间长(几小时到十几小时)，启停费用高；担负调峰、调频时，煤耗增加、事故(shg)增多；对空气和环境的污染大。4. 优缺点共五十五页二、水力发电(shu l f din)厂水的位能(winng)或动能1. 一次能源2. 主要设备压力水管、水轮机、发电机3. 生产过程高处的水经压力水管推动水轮机转子旋转带动发电机转子旋转发电机发出电能位能或动能机械能电能共五十五页优点：发电成本低，对环境没有污染(wrn)，运行灵活方便，可防洪、灌溉、航运等。缺点：一次投资大，建设周期长，受水文气象影响，淹没土地、移民搬迁等。4. 优缺点共五十五页三、核能(hnng)

7、发电厂核电厂核能(hnng)（核裂变能）1. 一次能源2. 主要设备核反应堆、蒸汽发生器、汽轮机、发电机 3. 生产过程核燃料在核反应堆中裂变产生热能产生蒸汽推动汽轮机转子旋转带动发电机转子旋转发电机发出电能原子能热能机械能电能共五十五页优点：可节省煤、石油和天然气及运输费用(fi yong)，无需空气助燃，可建在地下、水下、山上。缺点：投资大4. 优缺点共五十五页1.3 变电所的类型(lixng) 共五十五页电力系统由发电厂、变电所、线路和用户组成。变电所是联系发电厂和用户的中间环节。根据变电所在电力系统中的地位，变电所可分成四类(s li)：枢纽变电所中间变电所地区变电所终端变电所 变电所

8、的类型(lixng) 共五十五页一、枢纽(shni)变电所位于电力系统的枢纽点，汇集多个电源，电压等级多为330500kV。全所停电后，将引起系统解列，甚至(shnzh)出现瘫痪。共五十五页二、中间(zhngjin)变电所 高压侧以交换潮流为主，起系统交换功率的作用，或使长距离输电线路分段，一般汇集23个电源，电压为220330kV，同时又降压供给当地用户(yngh)。全所停电后，将引起区域电网解列。共五十五页三、地区(dq)变电所高压侧电压一般为110220kV，向地区用户供电(n din)为主的变电所，这是一个地区或城市的主要变电所。全所停电后，仅使该地区中断供电。 共五十五页四、终端(z

9、hn dun)变电所在输电线路的终端，接近负荷点，高压侧电压多为110 kV，经降压后直接向用户供电的变电所。全所停电(tn din)后，只是用户受到损失。共五十五页 电气设备为了满足电力生产和保证电力系统运行的安全稳定性和经济性，发电厂和变电站中安装有各种电气设备。根据电气设备的作用不同(b tn)，可将电气设备分为一次设备和二次设备。共五十五页一、电气设备生产、变换、输送、分配(fnpi)和使用电能的设备1. 一次设备(shbi)共五十五页一、电气设备1. 一次设备(shbi)发电机将机械能转换成电能，电动机将电能转换成机械能，变压器将电压升高(shn o)或降低以满足输配电需要。 生产和

10、转换电能的设备如发电机、电动机、变压器等。共五十五页一、电气设备如断路器、隔离开关、负荷开关、熔断器、接触器等。它们用于正常或事故(shg)时，将电路闭合或断开。1. 一次设备(shbi) 接通或断开电路的开关电器共五十五页一、电气设备如电抗器和避雷器等。1. 一次设备(shbi) 限制故障电流和防御(fngy)过电压的保护电器电抗器用于限制短路电流，避雷器用于防御过电压。共五十五页一、电气设备如裸导体、电缆等。用于传输(chun sh)电能或连接电气设备。1. 一次设备(shbi) 载流导体共五十五页一、电气设备由埋入土中的金属接地体（角钢、扁钢(bin n)、钢管等）和连接用的接地线构成。

11、无论是电力系统中性点的工作接地，还是保护人身安全的保护接地，以及为了稳定电位、防止干扰的仪控接地，均同接地装置相连。1. 一次设备(shbi) 接地装置共五十五页一、电气设备对一次设备和系统(xtng)的运行状态进行测量、控制、监视和保护的设备2. 二次设备(shbi)共五十五页一、电气设备如电压互感器和电流(dinli)互感器。用于将高电压、大电流转换成低电压、小电流，供给测量仪表和保护装置使用。2. 二次设备(shbi) 仪用互感器共五十五页一、电气设备如电压表、电流表、功率表和电能表等。用于测量电路(dinl)中的电气参数。2. 二次设备(shbi) 测量表计共五十五页一、电气设备这些装

12、置(zhungzh)能反应系统不正常情况并进行监控和调节，或作用于断路器跳闸，将故障切除。 2. 二次设备(shbi) 继电保护及自动装置共五十五页一、电气设备包括直流发电机组、蓄电池组和硅整流(zhngli)装置等。供给控制、保护用的直流电源和厂用直流负荷、事故照明用电等。2. 二次设备(shbi) 直流电源设备共五十五页一、电气设备操作(cozu)电器（如各种类型的操作(cozu)把手、按钮等）实现对电路的操作(cozu)控制，信号设备给出信号或显示运行状态标志，控制电缆用于连接二次设备。2. 二次设备(shbi) 操作电器、信号设备及控制电缆共五十五页二、电气(dinq)接线电气接线的含

13、义：在发电厂和变电所中，根据各种电气设备的作用和要求，按一定的方式用导体(dot)连接起来所形成的电路称为电气接线。电气接线的类型：由一次设备所连成的电路称为（电气）一次接线或电气主接线；由二次设备所连成的电路称为（电气）二次接线。共五十五页二、电气(dinq)接线电气主接线(ji xin)通常用电气主接线(ji xin)图来表示。电气主接线图是用规定的图形符号和文字符号表示电气设备连接关系的一种图。电气主接线表明电能汇集和分配的关系。电气主接线图通常采用单线图表示，只有需要时才绘制三线图。共五十五页共五十五页联合运行的电力系统的优点：（1）可以更充分合理地利用能源提高(t go)经济效益；（

14、2）能够采用大型机组以降低造价和燃料消耗，加快建设速度；（3）各部分之间可以互相调剂支援电量，从而减少系统总备用容量；（4）还可以利用地区时差及水火电之间的调节，取得错峰和调峰效益等。1.2.1 电力系统的基本(jbn)组成共五十五页（1）生产、分配、输送、再分配具有同时性； （2）正常输电过程和故障过程都非常迅速(xn s)；（3）电力系统的地区性特点较强，组成情况不尽相同；（4）电能生产与国民经济、人民生活的关系密切。1.2.2 电力系统(din l x tn)运行生产的特点共五十五页（1）保证供电的安全可靠性 、类负荷 确保用户能够随时得到供电（2）保证电能的良好质量频率：大容量系统0.

15、2Hz； 中小容量允许频率偏差0.5Hz电压：允许变化范围内波形：严格的正弦波（3）保证足够的发电功率(gngl)和发电量（4）保证电力系统运行的稳定性（5）保证电力系统运行的经济性 一次能源消耗率、厂用电率、线损率，这三个指标达到最小。1.2.3 对电力系统的基本(jbn)要求共五十五页用以表明电气设备在一定条件下的长期工作最佳(zu ji)运行状态的特征量的值叫做额定参数。主要有额定电压、额定电流和额定容量。1额定电压（1）概念：电气设备的额定电压是按长期正常工作时具有最大经济效果所规定的电压。为使电气设备实现标准化和系列化生产，国家规定了标准电压系列如下表所示。 1.3 额定( dng)

16、电压、额定( dng)电流和额定( dng)频率共五十五页共五十五页 电力系统中各元件额定( dng)电压的规定（1）用电设备和电力网的额定电压我国用电设备的额定电压与电力网的额定电压是相等的。用电设备的额定电压：电力网首端(shu dun)和末端电压的算术平均值Ue= (Ua+Ub)/2， 用电设备的工作电压允许在额定电压的5%范围内变动。共五十五页（2）发电机额定电压发电机处于电力网首端，其额定电压比电力网高5%，即：G.e1.05w.e 1）可直配发电机（100MW） ： 6.3、10.5kV。2）不可直配发电机（100MW） 13.8、15.75、18、20kV等四种。允许线路电压降1

17、0%，从而保证(bozhng)用电设备的工作电压均在5%以内。1.2.2 电力系统中各元件(yunjin)额定电压的规定共五十五页（4）变压器额定电压 1）一次绕组 不与发电机直接相连（降压变） T1.ew.e 与发电机直接相连（升压(shn y)变、厂变） T1.eG.e1.05w.e 2）二次绕组 系指空载值 d7.5或高压侧为35kV及以上 T2.e1.10w.e d7.5或高压侧为35kV以下或短线路 T2.e1.05w.e 共五十五页【例1-1】 求发电机、变压器的额定( dng)电压？共五十五页2额定电流额定电流是计算电机或电器在正常工作时的发热与温升的电流。额定电流的数值分级必须

18、符合国家标准(u ji bio zhn)规定的优先数和优先数系。R10系列的优先数为：1.00，1.25，1.60，2.00，2.50，3.15，4.00，5.00，6.30，8.00共10种。1A以下： ；8A以上：共五十五页3额定功率变压器：视在功率（R10系列的优先数） 额定电流：发电机：有功(yu n)功率；视在功率+功率因数 额定电流：电动机：有功功率电流互感器、开关设备：不标示功率，而是标出额定电流（R10系列的优先数）4额定频率：表1-4共五十五页1.4 各级电压线路(xinl)输送功率及输电距离共五十五页电力系统运行的目标： 在保证电能质量的前提下，维持电力系统有功功率和无功功率的平衡(pnghng)，保证系统运行的经济性。衡量电能质量的指标： 电力系统运行时，必须将系统的频率和电压控制、调整在允许的范围内。1.5 电能(dinnng)的质量及其标准共五十五页我国规定的电能(dinnng)质量标准变动范围（1）频率我国电力系统(din l x tn)交流电压、电流的额定频率为：50Hz。允许偏移为0.20.5Hz；用百分数表示为：0.4 1。 大系统取较小的允许偏移值，小系统取较大的允许偏移值。 共五十五页我国规定(