电力基础知识

一、电力系统的构成一种完整的电力系统由分布各地的多种类型的发电厂、升压和降压变电所、输电线路及电力顾客构成，它们分别完毕电能的生产、电压变换、电能的输配及使用。二．电力网、电力系统和动力系统的划分电力网：由输电设备、变电设备和配电设备构成的网络。电力系统：在电力网的基础上加上发电设备。动力系统：在电力系统的基础上，把发电厂的动力部分（例如火力发电厂的锅炉、汽轮机和水力发电厂的水库、水轮机以及核动力发电厂的反应堆等）包括在内的系统。三．电力系统运行的特点一是经济总量大。目前，我国电力行业的资产规模已超过2万多亿，占整个国有资产总量的四分之一，电力生产直接影响着国民经济的健康发展。二是同步性，电能不能大量存储，各环节构成的统一整体不可分割，过渡过程非常迅速，瞬间生产的电力必须等于瞬间取用的电力，因此电力生产的的发电、输电、配电到顾客的每一环节都非常重要。三是集中性，电力生产是高度集中、统一的，无论多少个发电厂、供电企业，电网必须统一调度、统一管理原则，统一管理措施;安全生产，组织纪律，职业品德等均有严格的规定。四是合用性，电力行业的服务对象是全方位的，波及到全社会所有人群，电能质量、电价水平与广大电力顾客的利益亲密有关。五是先行性，国民经济发展电力必须先行。四、电力系统的额定电压电网电压是有等级的，电网的额定电压等级是根据国民经济发展的需要、技术经济的合理性以及电气设备的制造水平等原因，经全面分析论证，由国家统一制定和颁布的。我们国家电力系统的电压等级有220/380V、3kV、6kV、10kV、20kV、35kV、66kV、110kV、220kV、330kV、500kV。伴随原则化的规定越来越高，3kV、6kV、20kV、66kV也很少使用。供电系统以10kV、35kV、为主。输配电系统以110kV以上为主。发电机过去有6kV与10kV两种，目前以10kV为主，低压顾客均是220/380V。用电设备的额定电压和电网的额定电压一致。实际上，由于电网中有电压损失，致使各点实际电压偏离额定值，为了保证用电设备的良好运行，显然，用电设备应具有比电网电压容许偏差更宽的正常工作电压范围。发电机的额定电压一般比同级电网额定电压要高出5%，用于赔偿电网上的电压损失。变压器的额定电压分为一次和二次绕组。对于一次绕组，当变压器接于电网末端时，性质上等同于电网上的一种负荷(如工厂降压变压器)，故其额定电压与电网一致，当变压器接于发电机引出端时(如发电厂升压变压器)，则其额定电压应与发电机额定电压相似。对于二次绕组，考虑到变压器承载时自身电压损失(按5%计)，变压器二次绕组额定电压应比电网额定电压高5%，当二次侧输电距离较长时，还应考虑到线路电压损失(按5%计)，此时，二次绕组额定电压应比电网额定电压高10%。五、电力系统的中性点运行方式在电力系统中，中性点直接接地或中性点经小阻抗（小电阻）接地的系统称为大电流接地系统，中性点不接地或中性点经消弧线圈接地的系统称为小电流接地系统。中性点的运行方式重要取决于单相接地时电气设备绝缘规定及供电可靠性。多种运行方式优缺陷比较中性点直接接地方式：当发生一相对地绝缘破坏时，即构成单相短路，供电中断，可靠性减少。不过，该方式下非故障相对地电压不变，电气设备绝缘水平可按相电压考虑。我们国家的220V/380V和110KV以上级系统，都采用中性点直接接地，以大电流接地方式运行。中性点不接地或经消弧线圈接地方式：当发生单相接地故障时，线电压不变，而非故障相对地电压升高到本来相电压的√3倍，供电不中断，可靠性高。我们国家的10KV和35KV系统，都采用中性点不接地或经消弧线圈接地，以小电流接地方式运行。六、供电质量决定顾客供电质量的指标为电压、频率和可靠性。1．电压理想的供电电压应当是幅值恒为额定值的三相对称正弦电压。由于供电系统存在阻抗、用电负荷的变化和用电负荷的性质等原因，实际供电电压无论是在幅值上、波形上还是三相对称性上都与理想电压之间存在着偏差。（1）电压偏差：电压偏差是指电网实际电压与额定电压之差，实际电压偏高或偏低对用电设备的良好运行均有影响。国标规定电压偏差容许值为：a、35千伏及以上电压供电的，电压正负偏差的绝对值之和不超过额定电压的±10%；b、10千伏及如下三相供电的，电压容许偏差为额定电压的±7%。c、220伏单相供电的，电压容许偏差为额定电压的+7%、-10%。计算公式电压偏差(％)＝(实际电压一额定电压)／额定电压，最终乘以100％（2）电压波动和闪变：在某一时段内，电压急剧变化偏离额定值的现象称为电压波动。当电弧炉等大容量冲击性负荷运行时，剧烈变化的负荷电流将引起线路压降的变化，从而导致电网发生电压波动。由电压波动引起的灯光闪烁，光通量急剧波动，对人眼脑的刺激现象称为电压闪变。国标规定对电压波动的容许值为：10KV及如下为2.5%35至110KV为2%220KV及以上为1.6%（3）高次谐波：高次谐波的产生，是非线性电气设备接到电网中投入运行，使电网电压、电流波形发生不一样程度畸变，偏离了正弦波。高次谐波除电力系统自身背景谐波外，重要是顾客方面的大功率变流设备、电弧炉等非线性用电设备所引起。高次谐波的存在降导致供电系统能耗增大、电气设备绝缘老化加紧，并且干扰自动化妆置和通信设施的正常工作。（4）三相不对称：三相电压不对称指三个相电压的幅值和相位关系上存在偏差。三相不对称重要由系统运行参数不对称、三相用电负荷不对称等原因引起。供电系统的不对称运行，对用电设备及供配电系统均有危害，低压系统的不对称运行还会导致中性点偏移，从而危及人身和设备安全。电力系统公共连接点正常运行方式下不平衡度国家规定的容许值为2％，短时不得超过4％，单个顾客不得超过1．3％2．供电频率容许偏差电网中发电机发出的正弦交流电每秒中交变的次数称为频率，我国规定的原则频率50HZ.我国国标规定，电力系统正常频率偏差容许值为±0.1Hz，实际执行中，当系统容量不不小于300Mv时，偏差值可以放宽到±0.5Hz。3．供电可靠率供电可靠率是指供电企业某一记录期内对顾客停电的时间和次数，直接反应供电企业的持续供电能力。供电可靠率反应了电力工业对国民经济电能需求的满足程度，已经成为衡量一种国家经济发达程度的原则之一；供电可靠性可以用如下一系列年指标加以衡量：供电可靠率、顾客平均停电时间、顾客平均停电次数、顾客平均故障停电次数等。国家规定的都市供电可靠率是99．96/100。即顾客年平均停电时间不超过3.5小时；我国供电可靠率目前一般都市地区到达了3个9（即99.9%）以上，顾客年平均停电时间不超过9小时；重要都市中心地区到达了4个9（即99.99%）以上，顾客年平均停电时间不超过53分钟。计算公式供电可靠率（%）=8760（年供电小时）-年停电小时/8760最终乘以100%用电负荷分类用电负荷：顾客的用电设备在某一时刻实际取用的功率的总和。电力负荷分类的措施比较多，最故意义的是按电力系统中负荷发生的时间对负荷分类和根据忽然中断供电所导致的损失程度分类。准时间对负荷分类1、高峰负荷：是指电网或顾客在一天时间内所发生的最大负荷值。一般选一天24小时中最高的一种小时的平均负荷为最高负荷，一般尚有1个月的日高峰负荷、一年的月高峰负荷等。2、最低负荷：是指电网或顾客在一天24小时内发生的用电量最低的负荷。一般尚有1个月的日最低负荷、一年的月最低负荷等。3、平均负荷：是指电网或顾客在某一段确定期间阶段内的平均小时用电量。按中断供电导致的损失程度分类1、一级负荷：忽然停电将导致人身伤亡或引起对周围环境的严重污染，导致经济上的巨大损失，如重要的大型设备损坏，重要产品或重要原料生产的产品大量报废，持续生产过程被打乱，需要很长时间才能恢复生产；以及忽然停电会导致社会秩序严重混乱或在政治上导致重大不良影响，如重要交通和通信枢纽、国际社交场所等的用电负荷。2、二级负荷：忽然停电将在经济上导致较大损失，如生产的重要设备损坏，产品大量报废或减产，持续生产过程需较长时间才能恢复；以及忽然停电会导致社会秩序混乱或在政治上导致较大影响，如交通和通信枢纽、都市重要水源，广播电视、商贸中心等的用电负荷。3、三级负荷：不属于一级和二级负荷者。七、变电所变电所是联接电力系统的中间环节，用以汇集电源，升降电压和分派电力。变电所的主接线变电所的主接线是电气设备的主体，由其把发电机、变压器、断路器、隔离开关等电气设备通过母线、导线有机的连接起来，并配置多种互感器、避雷器等保护测量电器，构成汇集和分派电能的系统。变电所主接线的形式与变电所设备的选择、布置、运行的可靠性和经济性以及继电保护的配置均有亲密的关系，它是变电所设计的重要环节。在确定变电所主接线方案时，应满足可靠、简朴、安全、运行灵活、经济合理、操作维护以便和适应发展等基本规定。八、电源电源重要由发电机产生，目前世界上的发电方式重要有火力发电、水力发电和核电。其他小容量的有风能、地热能、太阳能、潮汐等。1、火电：运用煤、石油和天然气等化石燃料所含能量发电的方式统称为火力发电。按发电方式，火力发电分为燃煤汽轮机发电、燃油汽轮机发电、燃气——蒸汽联合循环发电和内燃机发电等。火力发电厂简称火电厂，是运用煤、石油、天然气或其他燃料的化学能生产电能的工厂。火电厂重要构成为:(1)、锅炉及附属设备，保证燃料的化学能转化为热能。(2)、汽轮机及附属设备，保证热能变为机械能。(3)、发电机及励磁机，保证机械能变为电能。(4)、主变压器，把电能提高为高压电输送给输电线路。火力发电的优势是：初期建设成本低，发电量稳定，一年四季均匀生产，因此在世界各国的电力生产中都占重要地位，一般在70%左右。火力发电的缺陷是：所用的煤、油、气等是不可再生资源，虽然储量多，一直会枯竭，污染严重。首先是煤炭资源丰富，二首先是其他资源转换为油、气、化学能等成本高,我们国家火电是以煤电为主，油、气、化学能等火电是限制性的计划性发展。2、水电：水力发电是运用循环的水资源进行,重要运用阶梯交接、河流落差大的优势,以产生强大的水能动力,用于发电,属于生态环境保护发电类型。水电最大的优势是：环境保护、发电成本低、调峰能力强（可以根据负荷随时调整发电量）。水力发电的缺陷是前期建设成本高、时间长，年发电量不均匀，因此一般水电发电量只能占总量的30%左右及如下。水力发电厂根据水力枢纽布置不一样,重要可分为堤坝式、引水式、混合式等。重要由挡水建筑物(大坝)、泄洪建筑物(溢洪道或闸)、引水建筑物(引水渠或隧洞，包括调压井)及电站厂房(包括尾水渠、升压站)四大部分构成。3、核电：核电站只需消耗很少的核燃料，就可以产生大量的电能，每千瓦时电能的成本比火电站要低20%以上。核电站还可以大大减少燃料的运送量。例如，一座100万千瓦的火电站每年耗煤三四百万吨，而相似功率的核电站每年仅需铀燃料三四十吨，运送量相差1万倍。核电的另一种优势是洁净、无污染，几乎是零排放。用核电取代火电，是世界发展的大趋势。核电的缺陷是初期建设成本高，技术规定高，平时故障少，一旦发生大故障（如核泄漏），将是消灭性的大劫难。从1954年前苏联建成世界上第一座试验核电站、1957年美国建成世界上第一座商用核电站开始，核电产业已通过了几十年的发展，装机容量和发电量稳步提高。截止究竟，全世界有31个国家已经建成或正在建造核电机组，其中正在运行的核电机组440台，在建机组26台。世界核发电量26186亿千瓦时，占世界总发电量的16%。各国由于状况不一样，核发电量占各自总发电量的比重相差较大：其中法国最大为78.1%，韩国38%，美国19.9%，日本29.3%，英国19.4%，日本29.3%，印度2.8%。一是关键技术方面方面的问题（轻易受外国控制），二是核泄漏的方面的问题，中国对核发电一直是走保守的限制性发展道路，按照规划，虽然到，中国的核发电最多也只占总量的40/0。4、风电的优势是环境保护，缺陷是占地面积大，发电不稳定，不能建大中型发电厂，因此风力发电发展非常缓慢，到目前全国装机容量不到50万千瓦，最大发电机组仅750千瓦。核电的有关报道1985年中国开始兴建第一座核电站——浙江秦山核电站，容量30万千瓦，压水堆型，自行设计、制造、施工，部分设备进口。1991年12月15日并网发电，1994年4月1日商业运行，1995年7月1日通过国家验收。目前正扩建二期工程二台国产60万千瓦核电机组，和三期工程二台自加拿大引进的重水堆型70万千瓦核电机组。广东深圳大亚湾核电站，是中国兴建的第二座大型核电站，引进英、法两国设备，安装二台90万千瓦压水堆型核电机组。1988年8月8日浇注第一罐混凝土，1993年8月31日一号机组平网发电，1994年2月1日商业运行；二号机组于1994年5月6日商业运行。目前在建的项目有：大亚湾第二核电站—岭澳核电站，安装四台压水堆型100万千瓦核电机组；江苏连云港核电站，由俄罗斯引进二台100万千瓦核电机组；广东省规划建设第三座核电站，即阳江核电站，安装6台100万千瓦核电机组。目前中国核电装机容量仅占全国发电装机容量的0.76%，发电量仅占总发电量的1.2%。风电的有关报道中国风力资源约为2.53亿千瓦，可开发量达1.6亿千瓦。1998年末，全国近20个风电场，装机总容量为22.36万千瓦。目前全国最大，也是亚洲最大的风电场是新疆达坂城风力发电场，装有300、500、600千瓦风电机组共111台，总容量5.75万千瓦。内蒙古辉腾锡勒风电场，装有42台600千瓦及10台550千瓦风电机组，总容量3.07万千瓦。浙江临海括苍山风电场，装有33台600千瓦风电机组，总容量1.98万千瓦。目前中国风电装机容量仅占可开发量的千分之一点四，有广阔的发展前景。地热发电的有关报道中国地热资源也很丰富，且分布面甚广。第一座地热电站建于广东丰顺县邓屋村于1970年建成，机组容量100千瓦。1971年至1975年在湖南省宁乡县灰场镇建成300千瓦地热电站。目前中国最大的地热电站是西藏羊八井地热电站，装机总容量达2.518万千瓦，1975年开始兴建，1977年一号机1000千瓦机组发电，后来续建7台3000千瓦和1台3180千瓦地热机组，至1992年所有建成。西藏那曲地热电厂系联合国开发署援建项目，安装3台1000千瓦地热机组，于1992年所有建成。潮汐能发电的有关报道中国拥有500千瓦以上的潮汐能电源点有191处，可开发的潮汐电站装机总容量可达2158万千瓦，年发电量可达619亿千瓦时，重要分布在杭州湾、长江北口、浙江乐清湾三大地区。中国第一座潮汐电站是1959年9月建成的浙江临海潮汐电站，安装2台60千瓦机组。中国最大的潮汐电站是浙江温岭县江厦潮汐试验电站，总容量3900千瓦，一号机500千瓦于1980年5月4日发电。目前中国已建成7座潮汐电站，最大的装机5000千瓦和3座波力试验电站40千瓦。正在兴建2座波力试验电站，装机容量200千瓦和潮汐电站一座70千瓦。太阳能发电的有关报道中国第一座大功率的太阳能发电站建于内蒙古巴林右旗古力古台村，功率560瓦，于1982年10月11日投运。在西藏已建成二座10千瓦、一座20千瓦和一座25千瓦的光伏电池电站。中国最大的太阳能光能发电站，建于海拔4300米的西藏革吉县，总功率10088瓦。正计划在拉萨兴建一座3.5万千瓦的太阳能发电站。九、中国的电力起步1879年，美国的著名发明家爱迪生发明了电灯，很快把神秘的电和人类的生活联络了起来。19世纪90年代，三相交流输电系统研制成功，并很快取代了直流输电，成为电力系统大发展的里程碑，吹响了工业革命的号角。清光绪五年四月初八（1879年5月28日），上海公共租界工部局电气工程师毕晓浦，在虹口乍浦路的一座仓库里，用7.46千瓦的蒸汽机带动自激式直流发电机，将发出的电能点燃碳极弧光灯。这是中华大地上点亮的第一盏电灯。

1882年，英国人在上海南京路开办了上海第一家发电厂，容量12千瓦，这就是中国的第一座发电厂。这座电厂的出现，比全球率先使用弧光灯的巴黎北火车站电厂晚7年，比伦敦霍尔蓬高架路电厂晚6个月，却比纽约珠街电厂早2个月，比俄国彼得堡电厂早1年，就用电来说，中国也属于最早使用电的国家之一。中国人自办电气事业，约始于1888年。当年7月23日，两广总督张之洞从国外购入1台发电机和100盏电灯，安装在衙门旁发电，供衙门照明。1890年，上海某些官僚、富商家庭开始使用白炽灯照明。20世纪初，中国的电力发展出现了第一波热潮。19江苏镇江大照电灯企业成立。19北平京师华商电灯有限企业成立。天津、上海南市、济南、汉口、重庆等地的华人也先后开办电力事业。19，处在日本殖民统治下的台湾建成中国最早的水电站龟山水电站，装机容量600千瓦。云南石龙坝水电站也在19建成发电，随之出现了我国第一条22千伏输电线路。由于历经战乱，旧中国的电力一直缓慢发展。十、新中国的电力发展电力工业素有国民经济“先行官”之称。新中国成立50数年来，电力工业迅速发展。从1996年起，我国电力装机容量、发电量和用电量一直保持世界第二位，仅次于美国。据记录，1949年，全国电力装机容量只有185万千瓦，年发电量43亿千瓦时，分别位