电力系统基本知识讲解

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1、第一章 电力系统及其运行,第一节 电力系统的基本知识,1、电力系统的电源构成,电能的特点： 转换容易、输送方便、控制灵活、环保洁净、经济便宜 一次能源 煤炭、石油、天然气、水利等自然演化而成的动力资源 二次能源 由一次能源转化而成的电能等方便使用的能源 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,根据使用一次能源的不同，发电厂可分为： 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70%左右； 水力发电厂，使用水能作为一次能源，占发电设备总容量的20%左右； 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10%左右； 潮汐发电厂，利用海潮涨

2、落落差发电；,1、电力系统的电源构成,地热发电厂，利用地热发电； 太阳能发电厂，利用太阳能发电； 风力发电厂，利用风来发电； 磁流体发电，磁流体动力船入水； 燃料电池。 新能源发电与传统发电方式相比： 技术不成熟、经济花费昂贵等,1、电力系统的电源构成,火力发电厂分类： 1、按燃料： 燃煤发电厂； 燃油发电厂； 燃气发电厂； 余热发电厂； 以垃圾和工业废料为燃料的发电厂等。 2、按原动机： 凝汽式汽轮发电机； 燃气式汽轮发电机； 柴油发电机等 燃气蒸汽联合循环发电机,1、电力系统的电源构成,3、按容量： 小容量发电厂，100MW以下； 中容量发电厂，100250MW； 大中容量发电厂，2506

3、00MW； 大容量发电厂，6001000MW； 特大容量发电厂， 1000MW以上等； 4、按供电区域： 区域性发电厂； 孤立发电厂； 自备发电厂等。,1、电力系统的电源构成,5、按压力和温度： 低压发电厂，压力3.92Mpa、温度450、单机容量12MW； 中压发电厂，压力：3.92Mpa、温度：450、单机容量25MW； 高压发电厂，压力：9.9Mpa、温度：540、单机容量100MW； 超高压发电厂，压力：13.83Mpa、温度：540、单机容量200MW； 亚临界发电厂，压力：16.77Mpa、温度：540、单机容量300600MW； 超临界发电厂，压力：22.11Mpa、温度：550

4、、单机容量600MW； 超超临界发电厂（如民权发电厂），压力：25.4Mpa、温度：571、单机容量600MW,1、电力系统的电源构成,6、按照发出的能源： 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%； 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； 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,动力系

5、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。 如图所示。,蚀骨药香,2、电力系统、电力网和动力系统,电力系统并网运行的优点： 1、减少总备用容量的比重； 2、可以采用效率高、容量大的机组； 3、可充分利用水电厂的水能资源； 4、减少总负荷的峰值； 5、提高供电可靠性。,3、电力系统运行的特点和要求,1、 运行的特点 电能不能大量存储 因此要求电能的生产和消费每时每刻都保持平衡，无论是有功还是无功都是如此。 电力系统过渡过程非常短促 因此系统运行状态的改变和系统失去稳定的过程是非常短暂的，必须利

6、用各种自动装置来完成正常运行和故障处理的一系列操作。 与国民经济各部门联系密切 因此要求保证供电的可靠性，以避免给国民经济带来无谓的损失。,3、电力系统运行的特点和要求,2、 基本要求 保证供电的可靠性 一级负荷：中断供电将造成人身伤亡、重大经济损失、重大政治影响或市政秩序严重混乱等； 二级负荷：中断供电将造成较大经济损失、较大政治影响或公共场所秩序混乱等； 三级负荷：凡不属于一、二级负荷者。 当系统发生故障，首先保障对第一类用户的供电，其次考虑对第二类用户的供电，有选择地切除第三类用户的用电。第一类用户设置2个或2个以上电源。,保证供电的电能质量 电压指标： 不同用户，允许电压的偏移值也不同

7、。 电动机：+5%-5%； 照 明：+3%-2.5%； 农 电： +7.5%-10%； 频率指标： 我国规定频率50Hz，频率偏移过大对电力系统及用户都会产生不良影响，允许偏移0.2Hz； 谐波指标： 标准交流电为正弦波，由于整流设备等非线性负荷的出现，使其出现大量的高次谐波，对电力系统及用户都会产生不良影响。,保证供电的经济性 降低发电厂煤耗及电力网的线损； 减少基建和农田占用数量； 合理分配发电厂负荷，避免无谓弃水和机组的频繁启停； 限制污染物质的排放量，减少污染。 我国火力发电占70%，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、氟气体，造成水和空气污染； 我国核电占近10%

8、，也会造成放射污染； 输电、配电线路和设备周围的电磁污染、噪音污染等；,4、电力系统的负荷及负荷曲线,一、电力系统的负荷 电力系统的负荷是指电力系统中用电设备消耗功率的总和。它们可分为动力负荷(异步电动机、同步电动机、电热电炉、整流设备)与照明负荷(电灯)。 电力系统的综合用电负荷是指工业、农业、交通运输、市政生活等各方面消耗的功率之和。 电力系统的供电负荷是指电力系统的综合用电负荷加上电力网的功率损耗，也就是发电厂供出的负荷。 电力系统的发电负荷是指供电负荷再加上发电厂厂用电，也就是发电机应发出的功率。,4、电力系统的负荷及负荷曲线,二、电力系统的负荷曲线 某一段时间内负荷随时间变化的曲线。

9、 按照负荷种类：有功和无功； 按照时间段：日、年等； 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； 经常使用的负荷曲线有： 1、有功功率日负荷曲线 2、无功功率日负荷曲线 3、有功功率年最大负荷曲线 4、有功功率年持续负荷曲线。,4、电力系统的负荷及负荷曲线,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： 同时还可以计算系统的最大负荷利用小时数Tmax为：,5、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UN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

10、的额定电压,2、输电线路的额定电压 输电线路的首端和末端均可接用电设备，因此输电线路的首端电压不得超过用电设备额定电压+5%，即U1=UN（1+5%），输电线路的末端电压不得低于用电设备额定电压-5%，即U2=UN（1-5%）。所以在没有调压的情况下，输电线路上可以容许10%的电压损耗。输电线路的额定电压为首端和末端电压平均值，即（U1+U2）/2= UN，说明输电线路的额定电压等于用电设备的额定电压。,5、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UGN=UN（1+5%）。,5、电力系统各设备的额定电

11、压,4、变压器的额定电压 变压器的额定电压为变压器各绕组的额定电压，在电力系统中，变压器具有发电机和负荷的双重地位。 变压器一次侧是接受电能的，相当于用电设备，所以变压器一次侧的额定电压等于用电设备的额定电压；但当变压器直接与发电机相连时，其一次侧的额定电压应等于发电机的额定电压，比用电设备的额定电压高5%。,5、电力系统各设备的额定电压,变压器二、三次侧是送出电能的，相当于发电机，接在输电线路的首端，所以变压器二、三次侧的额定电压应比用电设备的额定电压高5%，再考虑到变压器负载运行时内部有5%的压降，故变压器二、三次侧的额定电压应比用电设备的额定电压高10%。但对于二、三次侧直接与负荷相连的

12、变压器、漏抗较小的变压器和超高压变压器，其二、三次侧的额定电压应比用电设备的额定电压高5%。,5、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,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；本网电压系列；简化电压层次；全网经济效益；设备制造能力；电压等级的发展。 目前国际上有三种高压额定电压系列： 110kV220kV500kV1000kV（或1150kV）2000kV（或2300kV），以美、加、俄为

13、代表，我国大部分地区采用； 110kV330kV750kV2300kV，以美、加、俄为代表，我国西北电网采用； 110kV220kV400kV800kV1800kV；以英、德、法、瑞典等欧洲国家为代表。,6、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： 1、输送容量；容量越大，电压越高； 2、输送距离；距离越大，电压越高； 3、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，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： 1、第一类额定电压：100V，用于安全照明、蓄电池和开关设备的操作电源； 2、第二类额定电压： 10

14、01000V ，用于低压三相电动机及照明设备； 3、第三类额定电压： 1000V，用于发电机、变压器、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,6、电力系统的额定电压等级,上表中所示的电压等级，除3kv只限于工业企业内部使用外，大体是：500、330、220kv 多半用于大电力系统的主干线；110kv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；35kv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；10kv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6kv配电的方案。 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

15、负荷较重的地区就以110kv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，330、220kv就可能退而为二次网络电压 目前我国西北网正在上750kV输电线路，其余电网正在规划交流1000kV和直流800kV输电。,7、电力系统接线方式及接线图,1、接线图包括： 电气接线图 地理接线图 2、接线方式包括： 无备用接线 有备用接线 3、如图所示,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,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,房山,顺义,昌平,朝阳门,长椿街,安定,河北张家

16、口,内蒙,东北,河北、内蒙,山西,500千伏环网,500千伏电网已形成由昌平、顺义、安定、房山4座变电站构成的环形网，通过5个受电断面（山西大同至房山、河北张家口至昌平、内蒙丰镇通过张家口的张家坊至顺义、内蒙托克托至安定、东北绥中通过唐山姜家营至顺义）将区域外电力输送至城市远郊边缘。,500千伏系统现装有主变13组，主变运行容量1005.6万千伏安。,北京电网500kV系统现状,房山,顺义,昌平,朝阳门,长椿街,安定,500千伏环网,220千伏双环网,220千伏电网主网架由9座枢纽站构成双环网开环运行，将电力送入到市区边缘，再经过6个主要下送通道将电力送至市区负荷中心。现有220 千伏变电站33座，主变容量1794万千伏安。2004年北京220千伏网络受电达