电力系统介绍及其新自动化技术

电力系统介绍及其新自动化技术电力系统发展简史电力系统简介发电厂电力网电力应用电力市场简介电力新技术和发展趋势第三章电力系统及其自动化技术2电力工业主要生产环节输电电力的输送发电利用各种能源资源，生产电能。一、电力系统发展简史—电力工业简介变电电压等级的变换配电电能的分配供给用电电能消费电力工业还包括以下环节：规划、勘测设计、施工建设、运行调度、维护改造、安全监察、科研开发、设备制造、教育培训、法规标准、电力营销（电力市场）等等。3一、电力系统发展简史—欧美电力发展史1800年物理学家伏特发明第一个化学电池，人们开始获得连续的电流1831年法拉第发现电磁感应原理，制造了最早的发电机——法拉第盘1866年西门子制成第一台使用电磁铁的自激式发电机1870年比利时人格拉姆制成了环形电枢自激发电机供工厂电弧灯用电1875年巴黎北火车站建成世界上第一个火电厂，用直流发电供附近照明1879年旧金山建成世界上第一座商业发电厂，两台发电机共22盏电弧灯。同年先后在法国和美国装设了试验性电弧路灯1879年爱迪生发明了白炽灯1881年英国建成了世界上第一座小型水电站1882年爱迪生在纽约建成世界上第一座正规发电厂，装有六台蒸汽直流发电机，共662kW，通过110V地下电缆供电，最大送电距离1英里，供59家用户，1284盏白炽灯，建成了一个简单的电力系统。4一、电力系统发展简史—欧美电力发展史（续）1882年法国人德普勒在慕尼黑博览会上表演了电压为1500～2000V的直流发电机组经57km线路驱动电动泵1884年英国人制造了第一台汽轮机1885年制成交流发电机和变压器，于1886年3月用以在马萨诸塞州的大巴林顿建立了第一个交流送电系统，电源侧升压至3000V，经1.2km到受端降压至500V，显示了交流输电的优越性1891年德国在劳芬电厂安装了第一台三相100kW交流发电机，通过第一条三相输电线路送电至法兰克福1894年建成利亚加拉大瀑布水电站。1896年采用三相交流输电送至35km外的布法罗。结束了1880年来交、直流电优越性的争论。1903年威斯汀豪斯电气公司装设了第一台5000kW汽轮发电机组，标志着通用汽轮机组的开始。1907年美国人Edward和Harold发明了悬式绝缘子，为提高输电电压开辟了道路5一、电力系统发展简史—欧美电力发展史（续）1916年美国建成第一条90km的132kV线路1922年美国在加州建成第一条220kV线路二战期间德国试验4分裂导线，解决了380kV线路电晕问题，并制成440kV汞弧阀整流器，建成了从Elbe到Berlin的100km地下直流电缆，大大促进了超高压交流输电的发展和直流输电的振兴。战后美国于1955、1960、1963、1970和1973等年份分别制成并投运30、50、100、115和130万千瓦汽轮发电机组1954年瑞典首先建成了380kV线路，采用2分裂导线，距离960km，将北极圈内的Harspranget水电站电力送至瑞典南部。1954年前苏联建成第一座核电站，1973年法国制成120万kW核反应堆1964年美国建成第一条500kV交流输电线路1965年加拿大建成第一条765kV交流输电线路6一、电力系统发展简史—欧美电力发展史（续）1965年前苏联建成第一条±400kV的470km直流输电线路，送电75万千瓦1970年美国建成±400kV的1330km直流输电线路，送电144万千瓦1989年前苏联建成第一条最高电压1150kV的1900km交流输电线路结论：三相导线中损耗为：减小损耗的最合理的途径就是提高电压。输电技术全部发展史的特征便是不断提高线路电压。7一、电力系统发展简史—中国电力工业发展史（续）新中国成立前的我国电力工业中国的电力工业始于1882年，至今年已有124年的历史；新中国成立前，全国发电装机容量仅为184.86万千瓦，年发电量只有43.1亿kWh，分别居当时世界第21位和第25位；输电电压很低，输电电压等级繁多，全国没有形成统一的电压级标准。8一、电力系统发展简史—中国电力发展史（续）1882年英籍商人R.W.Little等人招股筹银5万两，创办上海电气公司，安装1台16马力蒸汽发电机组，装设了15盏弧光灯。1882年7月26日下午7时，电厂开始发电，电能开始在中国应用，几乎与欧美同步，并略早于日本。1888年湖广总督张之洞从国外购进发电机组，供广州总督府照明用电。1890年华侨商人黄秉常等开办广州电灯公司，安装了2台美国产的100马力柴油发电机，供商店和公共场所照明用电。1898年清光绪皇帝宣布变法，京师大学堂创建，设有电学、化学等课程。1903年11月在北京建立京师高等实业学堂，设机械、电气、矿冶、应用化学等四科，1938年改称北京大学工学院。1952年工科并入清华大学电机系，为中国电气事业培养了科技和教育人才。9一、电力系统发展简史—中国电力发展史（续）1912年云南昆明石龙坝水电站建成，装机容量为2×240kW，是中国第一座水电站，同年，由昆明耀龙电灯公司建成电压为23kV从石龙坝水电站到昆明的输电线路，线路长32km，是当时中国最高输电电压的输电线路，也是中国第一条万伏级输电电压的输电线路。1916年上海华生电器厂建成，1917年相继建成中国第一台变压器、8kW直流发电机、60A电镀用直流发电机，1926年制成中国第一台150kW交流同步三相发电机。1931年9.18事变后，日本侵占东北三省强行接管东北各地电力设施，在长春成立“满洲电业株式会社”。为疯狂掠夺东北的丰富资源，在东北建设了水丰和丰满水电厂，抚顺、阜新等火电厂，并建设了一定规模的电力系统，共建设了220kV输电线路5条共765km,154kV线路7条共832km，110kV线路4条共340km，还有一些66kV及以下输电线路。至1949年,东北发电装机容量共82.39万kW。10一、电力系统发展简史—中国电力发展史（续）1949年新中国成立前华北的平（京）津唐地区发电装机共14.66万kW，77kV输电线路共350km，其余为33kV及以下电压输电和配电。1949年新中国成立前华东的三省一市均只有孤立电网，上海最高输电电压为33kV输电线路共137km，江苏最高输电电压为33kV共69.11km，安徽只有淮南输电电压最高，为22kV，浙江杭州当时最高输电电压只有13.2kV。1949年新中国成立前华中地区的四省全部为孤立电网，全部发电装机容量为7.56万kW，湖北最高为6.6kV，河南为3.3kV及以下电压输电和配电，四川最高电压为33kV，广东为13.2kV，广西为3.3kV，山东为33kV。11一、电力系统发展简史—中国电力工业发展史（续）总结：从1882年到1949年新中国成立，其间67年,基本状况是一个十分落后的百孔千疮的破烂摊子，电厂凋零，设备残缺，电网瘫痪，运行维艰，技术水平相当落后，与发达国家差距较大。12一、电力系统发展简史—中国电力工业发展史（续）新中国成立后的我国电力工业1949年新中国成立，我国电力工业迅速发展。到1978年，全国电力装机容量已达5712千瓦，比1949年增长近30倍；年发电量2566亿千瓦时，增长近59倍。1987年，装机容量达１亿千瓦；1995年，装机容量达2亿千瓦；2000年，装机容量达3亿千瓦；2004年，装机容量达4亿千瓦13一、电力系统发展简史—中国电力发展史（续）三年恢复时期（1949－1952年）从1949年到1952年，发电标准煤耗率由1020克／千瓦·时降低到727克/千瓦·时，发电设备年利用小时由2330小时提高到3800小时，线损率由23.35%降低到11.29%。在基本建设战线上，原定两三年内增加发电设备容量32万千瓦，至1953年也超额完成了任务。“一五”计划时期（1953－1957年）5年内完成装机246.9万千瓦，5年内的平均年增长率，装机容量为18.9%年发电量为21.9%。由于高速度发展的结果，1957年全国发电设备容量达463.50万千瓦，年发电量达193.35亿千瓦·时，使中国的年发电量在世界的排名从1949年的第二十五位上升到1957年的第十三位。14一、电力系统发展简史—中国电力发展史（续）“二五”计划时期（1958－1962年）由于“大跃进”刺激的结果，1958-1960年期间新增火电机组563.02万千瓦，仅1959年就新增324.86万千瓦，涌现出一批进度快、工效高的工程。在安装方面，1958年，上海闸北电厂安装第一台6000千瓦汽轮发电机，只用了5天半时间；杨树浦电厂安装1台6000千瓦机只用了4天零21小时；望亭电厂安装两台6000千瓦机组，第一台用了2天零21小时，第二台用了1天零11小时。水电建设方面，如云南水槽子电站9000千瓦机组安装全部工期38天；广东流溪河电站从第一台1万千瓦机组发电起，5个月时间内就将其余3台共3.2万千瓦机组安装完毕；新安江电站第一台7.25万千瓦机组从1959年10月初正式安装座环，10月底装完蜗壳，12月上旬转子吊入机坑，12月底机组全部安装完毕，整个安装仅用工期3个月。15一、电力系统发展简史—中国电力发展史（续）三年调整时期（1963－1965年）至1965年末，全国拥有发电设备容量1507.63万千瓦，年发电量676.04亿千瓦·时，其中火电为1205.67万千瓦，571.90亿千瓦·时，水电为301.96万千瓦，104.14亿千瓦·时。主要技术经济指标：发电标准煤耗率477克／千瓦·时，供电标准煤耗率518克／千瓦·时，厂用电率6.98%（其中水电0.207%，火电7.48%），线损率7.31%，设备年利用小时4920小时。16一、电力系统发展简史—中国电力发展史（续）“三五”计划时期（1966-1970年）“三五”期间，虽然整个电力工业处在“文化大革命”动乱之中，但同于电业职工属尽职守，排除干扰，在后两年中生产与建设都有所恢复。至1970年全国年发电量为1158.62亿千瓦·时，5年平均年增长率11.4%。1970年底全国拥有发电设备容量2377万千瓦，5年平均年增长率仅为9.58%。1970年，全国计有33个10万千瓦以上的电网，其中有将近一半电网严重缺电。17一、电力系统发展简史—中国电力发展史（续）“四五”计划时期（1971-1975）至1975年底，全国年发电量为1958.4亿千瓦·时年平均增长率11.1%。1975年底，全国共有发电设备空量4340.6万千瓦，5年新增容量为1963.6万千瓦，年平均增长率仍达12.8%。据1975年底统计，全国装机容量在10万千瓦以上的39个电网中，就有24个电网存在着不同程度的供电不足，全国缺电达500万千瓦。1972年20万千瓦超高压机组在朝阳电厂投运；1974年30万千瓦超亚临界烧油机组在望亭电厂投运；1975年30万千瓦烧煤机组在姚孟电厂投运；1971年15万千瓦机组在丹江口水电厂投运；1969年22.5万千瓦机组在刘家峡水电厂投运；1973年30万千瓦机组在刘家峡水电厂投运。

18一、电力系统发展简史—中国电力发展史（续）“五五”计划时期（1976-1980年）1980年底，全国年发电量达3006.27亿千瓦·时，5年平均年增长率8.9%基本上完成了计划的低限指标；至1980年的发电设备容量达6586.91万千瓦，5年净增2246.31万千瓦，平均年增长率8.7%，仍没有完成计划的低限指标；从平均年增长率而言，也是前几个五年计划中最低的。19一、电力系统发展简史—中国电力发展史（续）“六五”计划时期（1981-1985年）至1985年实现年发电量4106.89亿kW·h，平均年增长率达6.4%，都超过了原计划指标；至1985年全国发电设备容量达8705.32万kW，5年净增21180.41万kW，平均年增长率5.7%，也都超过了原计划指标。在电网建设方面，至1985年全国容量在100万kW以上的电网有11个，其中华东、东北、华北、华中四大电网拥有的装机容量都已超过1000万kW，11个电网合拥有装机容量7234万kW，占全国的82.3%。生产技术经济指标提高，1985年的发电标准煤耗率达398克/千瓦·时，厂用电率为6.42%，年利用小时为5308小时，线路损失率为8.18%。20一、电力系统发展简史—中国电力发展史（续）“七五”计划时期（1986-1990）“七五”计划时期的生产技术指标：1990年末达到；标准煤耗率392克/千瓦·时（发电），427克/千瓦·（供电），厂用电率6.90%（其中水电0.3%，火电8.22%），发电设备年利用小时5036小时（其中水电3800小时，火电5413小时），线路损失率8.06%。至1900年末，全国拥有500千瓦及以上的电厂6537座，总容量1.2883亿千瓦，其中水电站4336座，3175万千瓦，火电厂2201座，9708万千瓦。1990年，全国年供电量5672.67亿千瓦·时，年用电量5271.54亿千瓦·时，年售电量4925.91亿千瓦·时。全社会年用电量6125.96亿千瓦·时。21一、电力系统发展简史—中国电力发展史（续）“八五”计划时期（1991-1995年）“八五”期间共投产发电机组7500万千瓦，其中水电1300万千瓦。“八五”期间年均投产1500万千瓦，这在中国电力发展历史上是从来没有过的，装机容量突破了两亿大关。1995年全国发电设备容量达到21722.42万千瓦，全国年发电量达到10039亿千瓦时。“九五”计划时期（1996-2000年）“九五”期间电力科技事业蓬勃发展。初步实施跨大区电网互联工程；开始实施洁净煤发电工程；实施节能节电工程，供电煤耗下降34g/kW·h，线损率下降1%。到2000年末，发电装机超过到3亿千瓦，年发电量达到1.4万亿千瓦时；22一、电力系统发展简史—中国电力工业发展史（续）总结：目前基本上进入大电网、大电厂、大机组、高电压输电、高度自动控制的新时代；全国总装机40000万kW（2004年4月)，发电量为18000亿kW·h（2003年底）均居世界第二位；全国人均装机为0.2523kW，人均发电为1380kW·h，相当于世界人均用电量的1/2，相当于发达国家人均用电量的1/6；23二、电力系统简介1、电力系统的功能与作用电力系统是由发电、变电、输电、配电、用电等设备和相应的辅助系统，按规定的技术和经济要求组成的一个同一系统。一个现代电力系统是由极宽阔的地域内的大量电力设备互联在一起的。发电、变电、输电、配电、用电等设备称为电力主设备，也称为一次设备，由主设备构成的系统称为主系统，也称为一次系统；测量、监视、控制、继电保护、安全自动装置、通信，以及各种自动化系统等用于保证主系统安全、稳定、正常运行的设备称为二次设备，二次设备构成的系统称为辅助系统，也成为二次系统。24二、电力系统简介—电力系统的功能与作用电力系统的基本任务是安全、可靠、优质、经济地生产、输送与分配电能，满足国民经济和人民生活需要。为了发挥电力系统的功能和作用，应满足以下基本要求：满足用户需求；安全可靠性要求；经济性要求；环保和生态要求。25二、电力系统简介2、现代电力系统的特点电力系统技术上的发展是以“大机组、大电网、高电压、高度自动化”为特征来描述；数字化、网络化、信息化、智能化技术日益提高电力系统的自动化水平；洁净煤技术、水电开发、核电的发展越来越得到重视，新能源的开发利用，特别是可再生能源的开发利用也是现代电力技术的发展趋势；建立健全的电力市场机制是提高效率、降低成本，促进电力资产的合理利用与发展的有效保证。26二、电力系统简介3、电力资源与负荷我国一次能源蕴藏量较为丰富，煤炭资源总蕴藏量为2.6亿万吨，列世界第2位；水力资源蕴藏量有6.76×108kW，其中可供开发的就有3.7×108kW，居世界首位；其他如石油、核料、风能、太阳能、地热等能源也较丰富。中国资源的分布（西部为主）、中国能源的结构（水、煤为主）、中国经济的发展格局（东部领先）决定了中国电网的发展格局：西电东送、南北互供、全国联网。27二、电力系统简介—电力资源与负荷电力系统的负荷按供电可靠性分为三类：一级负荷：对一级负荷中断供电，将可能造成生命危险、损坏设备、破坏生产过程，使大量产品报废，给国民经济造成重大损失，使市镇生活发生混乱。二级负荷：对二级负荷停止供电，将造成大量减产，交通停顿，使城镇居民生活受到影响。三级负荷：不属于一、二级负荷的其他负荷。28二、电力系统简介4、电力系统构成电力系统是由发电厂、输配电系统及负荷组成的统一整体，通常覆盖广阔的地域。发电厂输电线路配电线路变压器变压器用户220kV10kV380V12kV29二、电力系统简介—电力系统构成500kV小型燃气轮机水库核岛锅炉23kV500kV500kV500kV500kV500kV500kV500kV500kV220kV220kV220kV110kV10kV380V/220V10kV供配电系统区域电力系统电力系统和电力网30二、电力系统简介—电力系统构成水电厂核电厂火电厂工厂电气铁路风电地区变电所配电变电所居民区输电线路居民配电线路110500变电站500kV10kV枢纽变电所110kV电力系统示意图31二、电力系统简介5、电力系统设备一次设备是指电力系统中发电、变电、输电、配电、用电等设备的总称；包括：发电设备、输电设备、变电设备、配电设备、用电设备等。二次设备是指电力系统中用来测量、监视、控制、继电保护、安全自动装置、通信，以及各种自