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1、电力工程,山东电力高等专科学校,第一章 电力系统概述 第一节 电力系统组成和特点,一、电力系统的形成及发展 1831年法拉第发现了电磁感应定律。 第一次高压输电出现于1882年。 1885年在制成变压器的基础上，实现了单相交流输电； 1891年在制成三相变压器和三相异步电动机的基础上，实现了三相交流输电。 1891年在法兰客福举行的国际电工技术展览会上，在德国人奥斯卡冯密勒主持下展出的输电系统，奠定了近代输电技术的基础。这已经是近代电力系统的雏形，它的建成标志了电力系统的发展取得了重大突破。,后来，三相交流制的优越性很快显示出来，使运用三相交流制的发电厂迅速发展，而直流制不久便被淘汰。再稍后，
2、汽轮发电机组又取代了以蒸汽机为原动机的发电机组，发电厂之间出现了并列运行，输电电压、输送功率和输送距离不断增大，更大规模的电力系统不断出现。现在基本都是全国性的电网，甚至出现了跨国性的电力系统。例如美国和加拿大形成的跨国电网，中国最大的跨国电力联网过程是中越220kV联网过程。中国南方电网公司在现有110kV线路的基础上，开始采用220kV由云南向越南北部六省供电。,二、近代电力系统,与100年前电力系统的雏形相比较，近代电力系统不仅在输电电压、输送距离、输送功率等方面有了千百倍的增长，而且在电源构成、负荷成分等方面也有很大的变化。 近代电力系统的另一特点是其运行管理上的高度自动化。 至于输电
3、电压、输送距离和输送功率，当今世界上输电线路的输电电压已经超过1000kV，输送距离已经超过1000km，输送功率已经超过5000MW。而个别跨国电力系统中发电设备的总容量则已经超过400GW。,值得一提的是，为彻底解决同步发电机并列运行的稳定性问题，进一步提高输送能力，直流输电又被重新起用。但当今的直流输电，输电电压已经超过600kV，输送距离已经超过1000km，输送功率已经超过3000MW。我国在建和将建的直流输电线路为500kV三峡左岸直流（330万KW）、三峡至广东支流（300万KW）、贵州至广东直流（300万KW）、三峡右岸直流（300万KW）。,三、电力系统的组成以及基本特点,（
4、一）组成 广义的电力系统应该是有锅炉、反应堆、汽轮机、水轮机、发电机等生产电能的设备，变压器、电力线路等变换、输送、分配电能的设备，电动机、电热电炉、电灯等各种消耗电能的设备，以及测量、保护、控制装置乃至能量管理系统组成的统一整体，是一个十分庞大而复杂的研究对象。,发电厂 电力网 电力用户,电力系统示意图如图1-1所示。,图1-1 电力系统示意图,电力系统中，由变压器、电力线路等变换、输送、分配电能设备所组成的部分常称为电力网络。可分为地方电力网、区域电力网及超高压远距离输电网三种类型。 地方电力网：电压等级在35kV及以下、供电半径在2050km以内的电力网; 区域电力网：电压等级在35kV
5、以上、供电半径超过50km的电力网; 超高压远距离输电网：电压等级为330500kV的电力网，一般由远距离输电线路连接而成。 通常将220kV及以上的电力线路称为输电线路，110kV及以下的电力线路称为配电线路。配电线路又分为高压配电线路（110kV）、中压配电线路（635kV）和低压配电线路（380/220V）。 如果把发电厂内的动力部分（如热力发电厂的锅炉、汽轮机、热力网和用热设备，水力发电厂的水库、汽轮机以及核电厂的反应堆）也包含在内，称之为动力系统。,（二）、电力系统的特点,（一）、电能生产的技术特点 1、与工农业生产及人民生活的密切相关性 2、发、输、配电和用电的连续性 3、瞬态过程
6、的非常短暂性,（二）、对电力系统生产的基本要求 1、保证供电可靠性 2、保证良好的电能质量 3、提高系统运行的经济性,根据用户本身的重要程度可将负荷分为三类： 第类负荷：中断供电会造成人身事故、设备损坏、产品报废，生产秩序长期不能恢复，人民生活混乱，严重政治影响等的用户划属为第类负荷，这是重要负荷。 第二类负荷：中断供电会造成大量减产，人民生活会受到影响的用户划属为第二类负荷，这是较重要负荷； 第三类负荷：除一、二类负荷以外的般用户属于第三类负荷。 在电力系统供电的可靠性中，要确保第一类负荷，力争保证第二类负荷和第三类负荷。,衡量电能质量指标是频率、电压和波形。 （1）频率 我国规定电力系统的
7、额定频率为50HZ，也就是工业用电的标准频率，简称工频。正常运行时频率偏移不超过士0.20.5Hz。 （2）电压 为各类用电设备的额定电压，各类用电设备的额定电压允许偏移一般为额定电压的士5%，具体要求在以后调压中介绍。 电压和频率偏移过大，会引起大量减产、产品报废，严重时会造成人身事故、设备损坏。 甚至会危及整个系统的安全运行。 （3）波形 交流电压的波形为正弦波。正弦波畸变主要有换流设备和非线性设备造成。波形畸变产生高次谐波，使电气设备过热，保护误动、通讯干扰。为保证电压质量，对电压正弦波形畸变率也有限制，波形畸变率是指各次谐波有效值平方和的方根值对基波的有效值的百分比，对于110kV不超
8、过2%，对于35kV不超过3%，对于610kV供电电压不超过4，对于0.38kv供电电压不超过5。,（三）、目前电力系统的特点,目前从世界各国电力网及电力系统的发展状况可以看出，世界各国都在不断扩大电力系统，逐步将小系统联合成大系统，联合电力系统实行统一调度。 （一）大规模联合电网具有以下优点： 1可减少系统中的总装机容量 2合理利用动力资源、充分发挥水力发电厂作用 3提高了供电可靠性 4提高了运行的经济性,由于负荷特性、地理位置等的不同，电力系统中各发电厂孤立运行的最大负荷并不是同时出现的，因此系统的综合最大负荷常小于各个发电厂单独供电时的最大负荷的总和，从而，相应地可减少系统中的总装机容量
9、。,水力发电厂的出力取决于河流的来水情况，由于水流情况的多变，很难与电力负荷相适应，往往在枯水季节出力不足，而丰水季节却要弃水。当水力发电厂联入电力系统后，它的运行情况就可与火力发电厂相互配合调剂。在丰水季节，水力发电厂尽量多发以减少火力发电厂的出力，节省燃料；而在枯水季节由于水力发电厂担负尖锋负荷，火力发电厂担负固定的基本负荷。这样既充分利用了水能资源，又提高了火力发电厂的运行效率，降低了煤耗。所以形成电力系统将使多种能源得到充分利用。,通常，孤立运行的发电厂必须单独装设一定的备用容量，以防机组检修或事故时中断对用户的供电。但当联成电力系统后，则随着系统容量的增大，不仅可以减少备用机组的台数
10、和容量，提高设备的利用率，而且不同发电厂之间在发生事故时还可以相互支援，从而提高了供电可靠性。,除了可以充分利用动力系统外，在电力系统中还可在各发电厂之间合理地分配负荷，降低整个系统的电能成本，另外，随着系统容量的增大，就在可能采用单机容量较大的大型发电机组，降低了单位千瓦造价和运行损耗，提高了系统运行的经济性。,（二）大规模联合电网运行的重大问题 (1)电能质量 三个评价指标：电压、频率、波形。 波形靠发电机的设计保证。遏制高次谐波的影响。典型的非线性大功率电器会产生高次谐波，如轧钢机、电弧炉、电气铁路等。与运行有关的就是电压、频率。按国家规定，正常运行频率应在49.850.2hz间。电压波
11、动不超过10%。 (2)经济性 对一次能源的合理调度、机组合理起停、负荷合理分配、减少传输损耗都能节约大量能源、产生极大的经济效益。 核电机组和大型火电机组启动代价很高，适合带基本负荷。 水电机组启动很快，适合调频、调峰。 丰水期适合让水电机组尽量满发，少开火电机组。 (3)可靠性 大规模电网一旦发生故障，若处理不及时或误处理，会造成事故扩大，波及正常运行部分，造成大规模停电。其造成的损失远大于经济运行产生的效益。,第二节 发电厂和变电所的类型和特点,一、发电厂类型和特点 电力系统的起点就是发电厂，它是整个系统的能量源头。而发电厂的能量来源的又是什么呢？那就是煤炭、石油、天然气、水利等，这些随
12、自然界演化生成的动力资源是能量的直接提供者，称为一次能源。电能是由一次能源转换而成，称为二次能源。,1火力发电厂 火力发电厂（以后简称火电厂）按燃料不同可分为燃烧煤、燃烧石油和天然气的电厂，欧美国家燃油电厂居多，但受世界石油危机和油价不断的波动等影响，建设燃煤电厂的数量也日趋增多。我国只有很少几个燃油电厂。从目前我国能源资源实际构成情况以及为了发挥资源的最佳经济效益出发，除今后不再建燃油电厂外，现有燃油电厂也尽可能改为燃煤电厂。 火电厂按作用又可以分为凝汽式火电厂和热电厂。凝汽式火电厂是单一生产电能的火电厂。凝汽式电厂可建在燃料产地，也称为坑口电厂，电厂容量也可以是很大的。而热电厂既生产电能，
13、又向用户提供热能。热电厂与凝汽式火电厂不同之处主要在于：热电厂汽轮机中一部分作过功的蒸汽，从中间段抽出供给热力用户，或经热交换器将水加热后，把热水供给用户。这样，便可减少被循环水带走的热量损失。现代热电厂的效率高达60%70%，而凝汽式火电厂效率只有30%40%.热电厂由于供热距离不能很远，一般建在邻近热负荷的地区，容量也不大。,2水力发电厂 由于水能不仅价廉，又是一种可再生能源，因此建设水力发电厂，用水的位能发电历来具有强烈的吸引力。 3核电厂 核能是一种新的能源，也是可望长期使用的能源。所以，自1985年世界上第一座核电厂投入运行以来，许多国家纷纷建设核电厂，且1千克铀235裂变时所释放的
14、能量与2700吨标准煤燃烧所发出的能量相当。与其它类型的电厂比较，核电厂建设的速度最快。,4、地热发电 地下水在地表深处被加热成蒸汽或热水即构成了地热资源。根据地质条件不同，热水温度约在几十度到几度，如我国西臧羊八井地热电厂水温约150度。利用这种低温热能发电有两种方式：通过减压扩容法将地下热水变为低压蒸汽，供汽轮机做功。另一种方式是用地下热水加热低沸点的特殊工质，使其变成气体对汽轮机做功。,5潮汐电厂 海水涨潮，落潮包含着巨大的动能和势能。利用这种能量发电就是潮汐发电。潮汐发电需要建设拦潮堤坝，因面要求一定的地形条件，足够的潮汐潮差，较大的容水区。理想的建厂地点是海岸边或河口地区，可以拦蓄较
15、大水量，少花费投资。 6风能发电 国外比较重视风能发电。近年我国也鼓励风力发电，并给予优惠政策。风能取之不尽，但质量差。为了取得稳定的电能一般与蓄电池并联运行。大型风力发电机的研制方向是提高可靠性和降低成本。,7太阳能发电 太阳能是从太阳向宇宙空间发射的电磁辐射能。太阳能发电有热发电和光发电两种。太阳能热发电是将吸收的太阳辐射热能转换成电能；太阳能光发电是将光能转变成电能，有多种形式，主要是光伏发电形式。功率为25KW至100KW，适合分散装设，我国在西藏地区得到推广应用。 除此之外，还有生物能发电、磁流体发电等。,葛洲坝27孔泄洪闸,葛洲坝水电站,葛洲坝水电站是长江干流上修建的第一座大型水电
16、工程，是三峡工程的反调节和航运梯级。电站始建于1970年，共有机21台机组，总装机容量271.5万千瓦，年发电量157亿度。电站以500kV和220kV输电线路并入华中电网，并通过500kV直流输电线路向距离1000km的上海输电120万千瓦。,南美伊泰普水电站是二十世纪最大的水电站 ，位于巴西和巴拉圭交界处的巴拉那河上，从1974年5月开始修建，于1991年5月竣工，由巴西与巴拉圭共建。总装机容量12.6GW（18700MW），年发电量790亿度。水电站坝身长7.7公里，坝高196米（相当于 65层楼的高度）。,三峡水电站效果图,长江三峡水电站坝长2309m，坝高185m，水头175m，总库容393亿立方米，总装机容量18.2 GW（26700MW），年发电量86.5TWh；库区将淹没耕地36万亩，淹没城镇129座，需安置迁移人口113万；电站于93年起步，首批机组于2003年10月发电，以后每年投产4台机组（280MW），2009年全部机组建成投产。三峡电站发出的
