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电力系统基本知识讲解1、电力系统的电源构成、电力系统的电源构成n n电能的特点：电能的特点：n n转换容易、输送方便、控制灵活、环保洁转换容易、输送方便、控制灵活、环保洁净、经济便宜净、经济便宜n n一次能源一次能源n n煤炭、石油、天然气、水利等自然演化而煤炭、石油、天然气、水利等自然演化而成的动力资源成的动力资源n n二次能源二次能源n n由一次能源转化而成的电能等方便使用的由一次能源转化而成的电能等方便使用的能源能源n n发电厂的任务就是将各种一次能源转化电能。发电厂的任务就是将各种一次能源转化电能。1、电力系统的电源构成、电力系统的电源构成n n根据使用一次能源的不同，发电厂可分为：根据使用一次能源的不同，发电厂可分为：n n火力发电厂，使用煤炭、石油、天然气等作火力发电厂，使用煤炭、石油、天然气等作为一次能源，占发电设备总容量的为一次能源，占发电设备总容量的70%70%左右；左右；n n水力发电厂，使用水能作为一次能源，占发水力发电厂，使用水能作为一次能源，占发电设备总容量的电设备总容量的20%20%左右；左右；n n核能发电厂，利用核裂变能量为一次能源，核能发电厂，利用核裂变能量为一次能源，占发电设备总容量的占发电设备总容量的10%10%左右；左右；n n潮汐发电厂，利用海潮涨落落差发电；潮汐发电厂，利用海潮涨落落差发电；1、电力系统的电源构成、电力系统的电源构成n n地热发电厂，利用地热发电；n n太阳能发电厂，利用太阳能发电；n n风力发电厂，利用风来发电；n n磁流体发电，磁流体动力船入水；n n燃料电池。n n新能源发电与传统发电方式相比：n n技术不成熟、经济花费昂贵等1、电力系统的电源构成、电力系统的电源构成n n火力发电厂分类：火力发电厂分类：n n1 1、按燃料：、按燃料：n n燃煤发电厂；燃煤发电厂；n n燃油发电厂；燃油发电厂；n n燃气发电厂；燃气发电厂；n n余热发电厂；余热发电厂；n n以垃圾和工业废料为燃料的发电厂等。以垃圾和工业废料为燃料的发电厂等。n n2 2、按原动机：、按原动机：n n凝汽式汽轮发电机；凝汽式汽轮发电机；n n燃气式汽轮发电机；燃气式汽轮发电机；n n柴油发电机等柴油发电机等n n燃气燃气蒸汽联合循环发电机蒸汽联合循环发电机1、电力系统的电源构成、电力系统的电源构成n n3、按容量：n n小容量发电厂，100以下；n n中容量发电厂，100250；n n大中容量发电厂，250600；n n大容量发电厂，6001000；n n特大容量发电厂，1000以上等；n n4、按供电区域：n n区域性发电厂；n n孤立发电厂；n n自备发电厂等。1、电力系统的电源构成、电力系统的电源构成n n5 5、按压力和温度：、按压力和温度：n n低压发电厂，压力低压发电厂，压力3.923.92、温度、温度450450、单机容量、单机容量 1212；n n中压发电厂，压力：中压发电厂，压力：3.923.92、温度：、温度：450450、单机容量、单机容量 2525；n n高压发电厂，压力：高压发电厂，压力：9.99.9、温度：、温度：540540、单机容量、单机容量 100100；n n超超高高压压发发电电厂厂，压压力力：13.8313.83、温温度度：540540、单单机机容容量量 200200；n n亚亚临临界界发发电电厂厂，压压力力：16.7716.77、温温度度：540540、单单机机容容量量300300600600；n n超超临临界界发发电电厂厂，压压力力：22.1122.11、温温度度：550550、单单机机容容量量 600600；n n超超超超临临界界发发电电厂厂（如如民民权权发发电电厂厂），压压力力：25.425.4、温温度度：571571、单机容量、单机容量 6006001、电力系统的电源构成、电力系统的电源构成n n6、按照发出的能源：n n凝汽式火电厂：仅生产电能，多建在燃料基地，容量较大，输送距离较远，效率较低，最多3740%；n n热电厂：既生产电能，又供热，多建在临近热负荷地区，容量不大，输送距离较近，效率较高，可达6070%。2、电力系统、电力网和动力系统、电力系统、电力网和动力系统 n n电力系统是指由发电机、变压器、电力线路、用户用电设备等在电气上相互连接所组成的有机整体；n n电力网是指由各种电压等级的输电、配电线路以及由它们所联系起来的各类变电站组成的网络；2、电力系统、电力网和动力系统、电力系统、电力网和动力系统n n动力系统是指电力系统与“动力部分”的总和，动力部分主要包括火电厂的锅炉、汽轮机、燃气轮机、热网等；水电厂的水库、水轮机等；原子能电厂的反应堆、汽轮机等。n n如图所示。蚀骨药香蚀骨药香黑岩2、电力系统、电力网和动力系统、电力系统、电力网和动力系统n n电力系统并网运行的优点：n n1、减少总备用容量的比重；n n2、可以采用效率高、容量大的机组；n n3、可充分利用水电厂的水能资源；n n4、减少总负荷的峰值；n n5、提高供电可靠性。3、电力系统运行的特点和要、电力系统运行的特点和要求求 n n1 1、运行的特点运行的特点n n电能不能大量存储电能不能大量存储n n 因因此此要要求求电电能能的的生生产产和和消消费费每每时时每每刻刻都都保保持持平衡，无论是有功还是无功都是如此。平衡，无论是有功还是无功都是如此。n n电力系统过渡过程非常短促电力系统过渡过程非常短促n n 因因此此系系统统运运行行状状态态的的改改变变和和系系统统失失去去稳稳定定的的过过程程是是非非常常短短暂暂的的，必必须须利利用用各各种种自自动动装装置置来来完成正常运行和故障处理的一系列操作。完成正常运行和故障处理的一系列操作。n n与国民经济各部门联系密切与国民经济各部门联系密切n n 因因此此要要求求保保证证供供电电的的可可靠靠性性，以以避避免免给给国国民民经济带来无谓的损失。经济带来无谓的损失。3、电力系统运行的特点和要、电力系统运行的特点和要求求n n2 2、基本要求基本要求n n保证供电的可靠性保证供电的可靠性n n一一级级负负荷荷：中中断断供供电电将将造造成成人人身身伤伤亡亡、重重大大经经济损失、重大政治影响或市政秩序严重混乱等；济损失、重大政治影响或市政秩序严重混乱等；n n二二级级负负荷荷：中中断断供供电电将将造造成成较较大大经经济济损损失失、较较大政治影响或公共场所秩序混乱等；大政治影响或公共场所秩序混乱等；n n三级负荷：凡不属于一、二级负荷者。三级负荷：凡不属于一、二级负荷者。n n当当系系统统发发生生故故障障，首首先先保保障障对对第第一一类类用用户户的的供供电电，其其次次考考虑虑对对第第二二类类用用户户的的供供电电，有有选选择择地地切切除除第第三三类类用用户户的的用用电电。第第一一类类用用户户设设置置2 2个个或或2 2个以上电源。个以上电源。n n保证供电的电能质量保证供电的电能质量n n电压指标：电压指标：n n不同用户，允许电压的偏移值也不同。不同用户，允许电压的偏移值也不同。n n电动机：电动机：+55%+55%；n n照照明：明：+32.5%+32.5%；n n农农电：电：+7.510%+7.510%；n n频率指标：频率指标：n n我我国国规规定定频频率率5050，频频率率偏偏移移过过大大对对电电力力系系统统及及用用户户都都会产生不良影响，允许偏移会产生不良影响，允许偏移0.20.2；n n谐波指标：谐波指标：n n标标准准交交流流电电为为正正弦弦波波，由由于于整整流流设设备备等等非非线线性性负负荷荷的的出出现现，使使其其出出现现大大量量的的高高次次谐谐波波，对对电电力力系系统统及及用用户户都会产生不良影响。都会产生不良影响。n n保证供电的经济性保证供电的经济性n n降低发电厂煤耗及电力网的线损；降低发电厂煤耗及电力网的线损；n n减少基建和农田占用数量；减少基建和农田占用数量；n n合理分配发电厂负荷，避免无谓弃水和机组的合理分配发电厂负荷，避免无谓弃水和机组的频繁启停；频繁启停；n n限制污染物质的排放量，减少污染。限制污染物质的排放量，减少污染。n n我国火力发电占我国火力发电占70%70%，是一个很大的污染源，是一个很大的污染源，火力发电排放大量粉尘和大量的碳、硫、氟气火力发电排放大量粉尘和大量的碳、硫、氟气体，造成水和空气污染；体，造成水和空气污染；n n我国核电占近我国核电占近10%10%，也会造成放射污染；，也会造成放射污染；n n输电、配电线路和设备周围的电磁污染、噪音输电、配电线路和设备周围的电磁污染、噪音污染等；污染等；4、电力系统的负荷及负荷曲、电力系统的负荷及负荷曲线线n n一、电力系统的负荷一、电力系统的负荷n n电电力力系系统统的的负负荷荷是是指指电电力力系系统统中中用用电电设设备备消消耗耗功功率率的的总总和和。它它们们可可分分为为动动力力负负荷荷(异异步步电电动动机机、同同步步电动机、电热电炉、整流设备电动机、电热电炉、整流设备)与照明负荷与照明负荷(电灯电灯)。n n电电力力系系统统的的综综合合用用电电负负荷荷是是指指工工业业、农农业业、交交通通运运输、市政生活等各方面消耗的功率之和。输、市政生活等各方面消耗的功率之和。n n电电力力系系统统的的供供电电负负荷荷是是指指电电力力系系统统的的综综合合用用电电负负荷荷加上电力网的功率损耗，也就是发电厂供出的负荷。加上电力网的功率损耗，也就是发电厂供出的负荷。n n电电力力系系统统的的发发电电负负荷荷是是指指供供电电负负荷荷再再加加上上发发电电厂厂厂厂用电，也就是发电机应发出的功率。用电，也就是发电机应发出的功率。4、电力系统的负荷及负荷曲、电力系统的负荷及负荷曲线线n n二、电力系统的负荷曲线二、电力系统的负荷曲线n n某一段时间内负荷随时间变化的曲线。某一段时间内负荷随时间变化的曲线。n n按照负荷种类：有功和无功；按照负荷种类：有功和无功；n n按照时间段：日、年等；按照时间段：日、年等；n n按照计量地点：个别用户、个别线路、个别变电所、按照计量地点：个别用户、个别线路、个别变电所、个别发电机、局部电力系统、整个电力系统等；个别发电机、局部电力系统、整个电力系统等；n n经常使用的负荷曲线有：经常使用的负荷曲线有：n n1 1、有功功率日负荷曲线、有功功率日负荷曲线n n2 2、无功功率日负荷曲线、无功功率日负荷曲线n n3 3、有功功率年最大负荷曲线、有功功率年最大负荷曲线n n4 4、有功功率年持续负荷曲线。、有功功率年持续负荷曲线。4、电力系统的负荷及负荷曲、电力系统的负荷及负荷曲线线n n根据有功功率年持续负荷曲线，可以计算系统的全年耗电量W为：n n同时还可以计算系统的最大负荷利用小时数为：5、电力系统各设备的额定电压、电力系统各设备的额定电压 1、用电设备的额定电压用电设备的额定电压为其它元件的参考电压，以来表示，用电设备所接入端电压一般容许在额定电压的5%范围内变动。5、电力系统各设备的额定电压、电力系统各设备的额定电压2 2、输电线路的额定电压、输电线路的额定电压输输电电线线路路的的首首端端和和末末端端均均可可接接用用电电设设备备，因因此此输输电电线线路路的的首首端端电电压压不不得得超超过过用用电电设设备备额额定定电电压压+5%+5%，即即U1U1（1+5%1+5%），输输电电线线路路的的末末端端电电压压不不得得低低于于用用电电设设备备额额定定电电压压-5%-5%，即即U2U2（1-5%1-5%）。所所以以在在没没有有调调压压的的情情况况下下，输输电电线线路路上上可可以以容容许许10%10%的的电电压压损损耗耗。输输电电线线路路的的额额定定电电压压为为首首端端和和末末端端电电压压平平均均值值，即即（U12U12）/2=/2=，说说明明输输电电线线路路的的额额定定电电压压等等于于用电设备的额定电压。用电设备的额定电压。5、电力系统各设备的额定电压、电力系统各设备的额定电压3、发电机的额定电压发电机作为电源，总是接在输电线路的首端，因此其额定电压应比用电设备的额定电压高5%，即（1+5%）。5、电力系统各设备的额定电压、电力系统各设备的额定电压4 4、变压器的额定电压、变压器的额定电压变变压压器器的的额额定定电电压压为为变变压压器器各各绕绕组组的的额额定定电电压压，在在电电力力系系统统中中，变变压压器器具具有有发发电电机机和和负负荷荷的的双双重地位。重地位。变变压压器器一一次次侧侧是是接接受受电电能能的的，相相当当于于用用电电设设备备，所所以以变变压压器器一一次次侧侧的的额额定定电电压压等等于于用用电电设设备备的的额额定定电电压压；但但当当变变压压器器直直接接与与发发电电机机相相连连时时，其其一一次次侧侧的的额额定定电电压压应应等等于于发发电电机机的的额额定定电电压压，比用电设备的额定电压高比用电设备的额定电压高5%5%。5、电力系统各设备的额定电压、电力系统各设备的额定电压n n变变压压器器二二、三三次次侧侧是是送送出出电电能能的的，相相当当于于发发电电机机，接接在在输输电电线线路路的的首首端端，所所以以变变压压器器二二、三三次次侧侧的的额额定定电电压压应应比比用用电电设设备备的的额额定定电电压压高高5%5%，再再考考虑虑到到变变压压器器负负载载运运行行时时内内部部有有5%5%的的压压降降，故故变变压压器器二二、三三次次侧侧的的额额定定电电压压应应比比用用电电设设备备的的额额定定电电压压高高10%10%。但但对对于于二二、三三次次侧侧直直接接与与负负荷荷相相连连的的变变压压器器、漏漏抗抗较较小小的的变变压压器器和和超超高高压压变变压压器器，其其二二、三三次次侧侧的的额定电压应比用电设备的额定电压高额定电压应比用电设备的额定电压高5%5%。5、电力系统各设备的额定电压、电力系统各设备的额定电压变压器额定电压总结如下：一次侧额定电压为：（非直接与发电机连接变压器）（直接与发电机连接变压器）二、三次侧额定电压为：（漏抗小、直接负荷和超高压变）（其余变压器）6、电力系统的额定电压等级、电力系统的额定电压等级n n选择输电线路额定电压等级需要考虑的因素有：选择输电线路额定电压等级需要考虑的因素有：国家电压标准；国家电压标准；本网电压系列；本网电压系列；简化电简化电压层次；压层次；全网经济效益；全网经济效益；设备制造能力；设备制造能力；电压等级的发展。电压等级的发展。n n目前国际上有三种高压额定电压系列：目前国际上有三种高压额定电压系列：n n11022050010001102205001000（或（或11501150）20002000（或（或23002300），以美、加、俄为代表，我国大部），以美、加、俄为代表，我国大部分地区采用；分地区采用；n n11033075023001103307502300，以美、加、俄为代，以美、加、俄为代表，我国西北电网采用；表，我国西北电网采用；n n11022040080018001102204008001800；以英、德、法、；以英、德、法、瑞典等欧洲国家为代表。瑞典等欧洲国家为代表。6、电力系统的额定电压等级、电力系统的额定电压等级额定电压等级的制定需要考虑如下因素：额定电压等级的制定需要考虑如下因素：1 1、输送容量；容量越大，电压越高；、输送容量；容量越大，电压越高；2 2、输送距离；距离越大，电压越高；、输送距离；距离越大，电压越高；3 3、绝缘投资；电压越高，投资越大。、绝缘投资；电压越高，投资越大。综合考虑以上因素，再考虑设备制造的系列性，综合考虑以上因素，再考虑设备制造的系列性，我国国家标准规定的标准电压（又称额定电压）。我国国家标准规定的标准电压（又称额定电压）。电气设备的额定电压可以分为三类：电气设备的额定电压可以分为三类：1 1、第一类额定电压：、第一类额定电压：100V100V，用于安全照明、蓄，用于安全照明、蓄电池和开关设备的操作电源；电池和开关设备的操作电源；2 2、第二类额定电压：、第二类额定电压：1001000V1001000V，用于低压三相，用于低压三相电动机及照明设备；电动机及照明设备；3 3、第三类额定电压：、第三类额定电压：1000V1000V，用于发电机、变压，用于发电机、变压器、输电线路和高压用电设备，见下表。器、输电线路和高压用电设备，见下表。6、电力系统的额定电压等级、电力系统的额定电压等级6、电力系统的额定电压等级、电力系统的额定电压等级n n上表中所示的电压等级，除上表中所示的电压等级，除3 3只限于工业企业内部使用外，只限于工业企业内部使用外，大体是：大体是：500500、330330、220220多半用于大电力系统的主干线；多半用于大电力系统的主干线；110110即用于中小电力系统的主干线，也用于大电力系统的二即用于中小电力系统的主干线，也用于大电力系统的二次网络；次网络；3535既用于大城市或大工业企业内部网络，也广泛既用于大城市或大工业企业内部网络，也广泛用于农村网络；用于农村网络；1010则是最常用的更低一级配电电压；只有则是最常用的更低一级配电电压；只有负荷中高压电动机的比重很大时，才考虑以负荷中高压电动机的比重很大时，才考虑以6 6配电的方案。配电的方案。n n显然，这种划分不是绝对的，也不是一成不变的。例如，显然，这种划分不是绝对的，也不是一成不变的。例如，在农业用电负荷较重的地区就以在农业用电负荷较重的地区就以110110作为农村网络电压；随作为农村网络电压；随着容量的增大，大电力系统主干线电压级进一步提高后，着容量的增大，大电力系统主干线电压级进一步提高后，330330、220220就可能退而为二次网络电压就可能退而为二次网络电压n n目前我国西北网正在上目前我国西北网正在上750750输电线路，其余电网正在规划交输电线路，其余电网正在规划交流流10001000和直流和直流800800输电。输电。7、电力系统接线方式及接线图、电力系统接线方式及接线图n n1、接线图包括：n n电气接线图n n地理接线图n n2、接线方式包括：n n无备用接线n n有备用接线n n3、如图所示n n无备用结线包括单回路放射式、干线式、链式和树枝式网络。7、电力系统接线方式及接线图、电力系统接线方式及接线图n n有备用结线包括双回路放射式、干线式、环式、两端供电和多端供电网络。7、电力系统接线方式及接线图、电力系统接线方式及接线图500500千伏环网千伏环网 500 500 500 500千伏电网已形成由昌平、顺千伏电网已形成由昌平、顺千伏电网已形成由昌平、顺千伏电网已形成由昌平、顺义、安定、房山义、安定、房山义、安定、房山义、安定、房山4 4 4 4座变电站构成的环座变电站构成的环座变电站构成的环座变电站构成的环形网，通过形网，通过形网，通过形网，通过5 5 5 5个受电断面（山西大同个受电断面（山西大同个受电断面（山西大同个受电断面（山西大同至房山、河北张家口至昌平、内蒙至房山、河北张家口至昌平、内蒙至房山、河北张家口至昌平、内蒙至房山、河北张家口至昌平、内蒙丰镇通过张家口的张家坊至顺义、丰镇通过张家口的张家坊至顺义、丰镇通过张家口的张家坊至顺义、丰镇通过张家口的张家坊至顺义、内蒙托克托至安定、东北绥中通过内蒙托克托至安定、东北绥中通过内蒙托克托至安定、东北绥中通过内蒙托克托至安定、东北绥中通过唐山姜家营至顺义）将区域外电力唐山姜家营至顺义）将区域外电力唐山姜家营至顺义）将区域外电力唐山姜家营至顺义）将区域外电力输送至城市远郊边缘。输送至城市远郊边缘。输送至城市远郊边缘。输送至城市远郊边缘。500500500500千伏系统现装有千伏系统现装有千伏系统现装有千伏系统现装有主变主变主变主变13131313组，主变运组，主变运组，主变运组，主变运行容量行容量行容量行容量1005.61005.61005.61005.6万千万千万千万千伏安。伏安。伏安。伏安。北京电网北京电网500系统现状系统现状500500千伏环网千伏环网220220千伏双环网千伏双环网 220 220 220 220千伏电网主千伏电网主千伏电网主千伏电网主网架由网架由网架由网架由9 9 9 9座枢纽站构座枢纽站构座枢纽站构座枢纽站构成双环网开环运行，成双环网开环运行，成双环网开环运行，成双环网开环运行，将电力送入到市区将电力送入到市区将电力送入到市区将电力送入到市区边缘，再经过边缘，再经过边缘，再经过边缘，再经过6 6 6 6个主个主个主个主要下送通道将电力要下送通道将电力要下送通道将电力要下送通道将电力送至市区负荷中心。送至市区负荷中心。送至市区负荷中心。送至市区负荷中心。现有现有现有现有220 220 220 220 千伏变电千伏变电千伏变电千伏变电站站站站33333333座，主变容量座，主变容量座，主变容量座，主变容量1794179417941794万千伏安。万千伏安。万千伏安。万千伏安。2004200420042004年北京年北京年北京年北京220220220220千伏千伏千伏千伏网络受电达到网络受电达到网络受电达到网络受电达到802802802802万万万万千瓦，转供千瓦，转供千瓦，转供千瓦，转供210210210210万千万千万千万千瓦，向瓦，向瓦，向瓦，向110110110110千伏系统千伏系统千伏系统千伏系统供电供电供电供电595595595595万千瓦。万千瓦。万千瓦。万千瓦。北京电网北京电网220系统现状系统现状8、电力系统中性点接地方式、电力系统中性点接地方式电力系统中性点接地方式分为：电力系统中性点接地方式分为：1 1、直直接接接接地地系系统统，110110千千伏伏及及以以上上系系统统；供供电电可可靠靠性低，但节约绝缘投资；性低，但节约绝缘投资；2 2、不不接接地地系系统统，3535（6060）千千伏伏及及以以下下系系统统；供供电电可可靠性高，对绝缘要求高。靠性高，对绝缘要求高。不不接接地地，单单相相接接地地时时容容性性电电流流较较小小（3636网网络络小小于于30A30A、1010网网络络小小于于20A20A、35603560网网络络小小于于10A10A）的）的3535（6060）千伏及以下系统；）千伏及以下系统；经经消消弧弧线线圈圈接接地地，单单相相接接地地时时容容性性电电流流较较大大（3636网网络络大大于于30A30A、1010网网络络大大于于20A20A、35603560网网络大于络大于10A10A）的）的3535（6060）千伏及以下系统；）千伏及以下系统；中性点直接接地系统中性点直接接地系统中性点不接地系统中性点不接地系统中性点经消弧线圈接地中性点经消弧线圈接地8、电力系统中性点接地方式、电力系统中性点接地方式n n装设装设消弧线圈的目的是在不接地系统中发生单消弧线圈的目的是在不接地系统中发生单相短路时，用流过消弧线圈的感性电流来补偿相短路时，用流过消弧线圈的感性电流来补偿流过短路点的容性电流，从而避免因短路点容流过短路点的容性电流，从而避免因短路点容性电流过大产生间歇性电弧，而引起系统的过性电流过大产生间歇性电弧，而引起系统的过电压。电压。n n全补偿：感性电流全补偿：感性电流=容性电流，会产生谐振过容性电流，会产生谐振过电压，不能采用；电压，不能采用；n n过补偿：感性电流过补偿：感性电流 容性电流，可避免或减少容性电流，可避免或减少谐振过电压的发生，经常采用；谐振过电压的发生，经常采用；n n欠补偿：感性电流欠补偿：感性电流 容性电流，当部分线路切容性电流，当部分线路切除或系统频率下降时，可能出现全补偿而产生除或系统频率下降时，可能出现全补偿而产生谐振过电压，不能采用。谐振过电压，不能采用。谢谢观赏谢谢观赏