电力系统的构成及电力生产环节

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1、电力系统的构成及电力生产环节电力系统是由电力生产各个环节的设备与电力用户的用电设备 （电力消费环节），以及相应的辅助系统，按规定的技术和经济要求 构成的，从而完成电能从生产、输送、分配直至使用整个过程的统一 系统。电力系统中包括发电、变电、输电和配电、用电设备，他们构 成电力系统的一次系统，实现电能的生产和消费全过程。电力系统还 包括继电保护和安全自动装置，调节自动化设备和通信设备，以及计 算机和电子信息化设备等相应的辅助设备，它们构成了二次系统，以 保证整个电力系统的安全可靠运行和经济运营。电力系统中将一次能源转换成电能（即从事电能生产）的部分称 发电厂，根据采用的一次能源不同分别为火力发电

2、厂、水力发电厂和 核电厂等。电力系统中从事电能输送、变换和分配的部分称为电力网， 它包括输电网和配电网。输电网和配电网有不同的电压等级，不同容 量的发电厂和电力用户应分别接入不同电压等级的输电网和配电网。 大型发电厂应接入超高压输电网（330kV和500kV），大中型发电厂 可接入高压输电网（220kV）,小型发电厂可直接接入配电网。配电 网也分为高压配电网、中压配电网和低压配电网，电力用户也按其容 量的大小分别接入不同电压等级的配电网。电力系统构成的示意图如 下图所示。电力系统构成示意图(_)电力系统的组成和基本特征电力系统是由发电厂、电力网、用电设备和相应的辅助系统(继 电保护、安全自动、

3、测量、调度自动化和通信等装置)，按规定的技 术和经济要求组成的整体。火力发电厂、水力发电厂和核电厂发出的电力，按其容量的不同 和所需输送距离的不同，分别接入110、220kV和500kV交流电力 网以及高压直流输电线路。在电力网的构成中，不同电压的输电线路 和配电线路通过相应电压等级的变电所相互连接，在配电网的低压侧 接有动力负荷和证明负荷等各种用电设备。这就形成了发电、输电和 配电设备，以及用电设备在内的统一的电力系统。电力系统的基本特征包括电力系统电压等级、电力系统频率、电 力网结构和电力系统流量等。1、电力系统频率电力系统频率是电力系统中发电厂的同步发电机所产生的交流 正弦基波电压的频率

4、。频率质量是电能质量的一个重要指标。在稳态 运行的条件下，各发电机同步运行，整个电力系统的频率是相等的。 它是电力系统一致的运行参数。世界上，电力系统采用的额定频率有 50Hz和60Hz这两种。我国和世界多数国家均采用50Hz电力系统， 只有美国、加拿大、古巴、朝鲜等少数国家采用60Hz电力系统，日 本的东部地区为50Hz电力系统中部和西部地区为60Hz电力系统， 两种不同频率的电力系统以直流变频站互联。电力系统中的发电和用电设备，都是按照额定频率设计和制造的， 只有在额定频率附近运行时，才能发挥最好的功能。只有当电力系统 中所有发电设备发出的有功功率之总和与电力网中电力负荷吸收和 消耗的有功

5、功率相等时，系统频率才能保持不变。2、电力系统的电压等级电压等级是电力系统及电力设备的额定电压级别系列，额定电压 是指电力系统及电力设备规定的正常工作电压。电力系统各个结点的 实际运行电压容许在一定程度上偏离额定电压。在上述容许偏离的电 压范围内，各种电力设备和整个电力系统仍能正常运行。我国国家标准规定的电力系统额定电压等级为分3、6、10、35、 63、110、220、330、500、750 kV。一般认为，在一个电力系统 中，相邻两级电压之比取1.73.0是比较合理的，并且在上述电压等 级中，35kV与63kV，63kV与110kV不宜在同一地区性用电力系 统中并存。3、电力网结构电力网结

6、构与电压等级、电源和负荷点的容量和数目，以及他们 之间的地理位置及供电可靠性要求等因素有关。（二）电力系统容量电力系统容量是指系统中各类发电厂机组额定容量的总和，也称 为系统装机容量。电力系统装机容量和覆盖的地域大小反映了电力系 统的规模。至IJ 2002年底，我国已形成了覆盖全国大部分省区的统一 调度或联合调度的6个跨省区域电力系统，即东北、华北、华东、华 中、西北和南方电力系统，其中华东、华北、华中和南方电力系统的 装机容量超过了 40000MW（三）电力系统的负荷电力负荷是指连接在电力系统上的一切用电设备所消耗的功率， 分为有功负荷和无功负荷。有功功率是指用电设备在把电能转化为其 他能量

7、形式（机械能、光能、热能等）的过程中真实消耗掉的功率， 例如电灯（电能转换为光能）、电炉（电能转换为热能）以及电动机 用来带动水泵、风机、车床及轧钢设备等机械（电能转换为机械能） 所消耗的功率就是有功功率。无功功率是指电动机、变压器运行时， 在电池能量转换过程中建立磁场所消耗的功率。因此，无功功率和有 功功率同等重要，没有无功功率，电动机就转不动，变压器也不能变 压。所以，为了满足有功负荷和无功负荷的需要，电力系统要供给足 够的有功功率和无功功率。发电厂的发电机即发有关功率，又发无功 功率。装在大型变电所里的同步调相机、禁止无功补偿器等是只能提 供无功功率的无功电源。按照用电重要程度不同，我国

8、国家建设标准将电力不好分为一、 二、三级。一级负荷是指中断供电将造成人身伤亡或将在政治、经济 上造成重大损失的负荷，如：造成重大设备损坏，有害物溢出污染环 境，或重要交通枢纽无法工作，以及造成经常用于国际活动的场所秩 序混乱等；二级负荷是指中断供电将在政治、经济上造成较大损失的 负荷，如造成主要设备损坏，产品大量报废或大量减产以及造成人员 集中的公共场所秩序混乱等；三级负荷是指不属于一、二级负荷的其 他负荷，对于一级负荷都要有两个独立电源供电，以保证对其供电的 连续性。由于目前电能还不能大规模储存，因而电力系统中发电机发出的 功率与用电设备消耗的功率要始终保持平衡。系统负荷是随时间不断 变化的

9、，这种变化通常用负荷曲线来表示。为了满足系统负荷的需要， 除做好负荷预测工作外，电力系统还应具备一定数量的发电备用容量， 以便随时保持电力的供需平衡。（四）电力系统的优越性随着国民经济的发展，发电厂和电力网的不断建设以及供电范围 的逐步扩大，电力系统的规模越来越大，一些电力系统之间还通过网 络线并网，形成联合电力系统。电力系统和联合电力系统的主要好处 如下：1、更经济合理的开发利用大型动力资源大型矿口火电厂、大型水电厂和核电厂一般都离负荷中心较远， 送电容量又大，往往需要建设330kV及以上的超高压输电线路，并 要求受端是较大容量的电力系统。因为在受灾容量较大的条件下，送 端电场安装大型机组，

10、在接入电力系统后，运行比较安全。2、减少装机容量和备用容量由于不同供电地区存在的时差、季节差以及电力消费习惯的差别， 形成大型电力系统和联合电力系统以后，可以错开负荷高峰，全系统 总的日负荷高峰或季节负荷高峰都比各地区系统的日负荷高峰或季 节负荷高峰之和要小。此外，系统中各发电厂的机组可以按地区系统 轮流检修错开检修时间当机组故障时，各地区系统可以互相支援， 因而全系统总的检修或事故备用容量都比各地区系统的检修或事故 备用容量之和要小。所以，系统可以减少总的装机容量和备用容量。3、有利于采用大容量发电机组和发展大容量电厂安装大机组和建设大型发电厂是节省基建投资、加快建设速度、 降低发电成本和燃

11、料消耗量以及提高劳动生产率的重要措施。但对于 较小容量的电力系统，大机组会造成系统运行和检修困难。一般认为， 单台机组流量不宜超过系统总容量的10%20%。因此，系统容量增 大，按照比例，可装设较大容量机组，提高投资效益和运行经济性。4、提高供电安全可靠性电力系统流量增大，系统发生故障时，不仅各地区系统的电力可 以相互支援，而且对整个系统的影响也较小，从而能提高系统的供电 可靠性。不过，电力系统的个别环节发生故障，如果不及时消除，就 有可能使故障扩大，造成电力系统的大面积停电事故。因此，为保证 供电可靠性，电力系统必须结构合理，提高各个环节的安全可靠性， 提高整个系统的自动化水平。5、提升运行

12、经济性电力系统中的各个发电厂并列运行，按最低供电成本或最少燃料 消耗量的准则，实行水、火、核电厂之间的经济调度与电力的合理分 配，可以获得系统运行的最大经济效益。在联合电力系统中，由于各 个电力系统的供电成本不同，实行经济调度，可以获得额外的经济效 益。二、电力生产的主要环节电力生产过程包括电能的生产、输送和分配，因此严格地讲，电 力生产应包括发电、输电和配电三个主要环节。然而在很多情况下， 人们把变电和用电也作为电力生产的主要环节。由于从发电到输电和 配电，电力需要经过多次的电压变化，变电就成为了电力生产过程中 必不可少的环节，但变电环节是存在于发电、输电和配电三个主要环 节之中的。用电本应

13、是电能使用和消费的过程，但由于电力的特点是供、产、 销瞬时完成的，因此用电需求的变化和对用电需求的控制会时时影响 着电力生产的过程。1、发电电力生产的发电环节是利用电能生产设备将各种一次能源或其 他形式的能转换为电能。生产电能的主要方式有火力发电、水力发电、 核能发电、地热发电、风力发电、太阳能发电、潮汐能发电、生物智 能发电和燃料电池发电等。除太阳能发电的光伏电池技术和燃料电池发电外，绝大部分发电 方式的电能生产设备都是由动力部分和发电部分组成。动力部分将各 种发电用能源转化成机械能，发电部分则将传递过来的机械能经过电 磁感应作用转换为电能。目前世界各国电力工业发广泛采用的发电方 式是火力发

14、电、水力发电和核能发电，而火力发电则包括燃煤发电、 燃油发电和天然气发电。在上述发电方式中，其发电部分大多采用交流发电机生产频率为 50Hz或60Hz的交流电，在某些特定条件下用直流发电机生产的直 流电能，多就地用作控制用电源，紧急备用电源和其他专用电源。在各种发电方式中，火力发电存在着污染物排放问题，其中粉尘、 灰渣、氮氧化物和硫化物都可以通过采取一定的技术措施加以防治， 但二氧化碳的排放问题是火力发电无法解决的。二氧化碳是使全球气 候变暖的“温室效应”之根源。相比之下水力发电和核能发电尽管有 其他方面的环保问题，但不存在二氧化碳的排放问题。近年来随着环 保意识的不断增强，清洁发电技术发展迅

15、速，如整体煤气化联合循环 （IGCC）发电技术、加压流化床联合循环发电技术，以及风力发电 技术等新能源发电技术已经开始走向商业化。为了提高能源利用效率， 减少对环境的影响，采用微型燃气，轮机和燃料电池发电的绿色分布 是电源系统越来越受到人们的重视。2、输电电力生产的输电环节是把电能从其生产之处传输到其使用和消 费处，集成发电厂和发电中心把电能输送到电力用户或电力负荷中心。 由于发电厂发出的电力是三相交流电，所以输电大多采用三相交流输 电方式，输电采用的电压越高，则可输送的距离就越远，可输送的电 功率（容量）就越大，电力工业出现的初期，发电厂建在电力用户附 近，以发电机电压直接向用户送电。随着电

16、力生产规模和负荷中心规 模的扩大，发电中心，如大型火电基地、水电基地和核电基地均远离 电力工作中心，并且输电容量也越来越大，致使输电电压不断提高， 陆续出现了高压输电220 kV,超高压输电（330、380、500、750kV） 和特高压输电（1000kV及以上）。3、配电电力生产的配电环节是从输电环节接受电能，并根据各类用户的 不同需求，将电能分配到各行各业的用户，以最少的消耗向用户提供 连续可靠、质量合格且价格合理的电能，配电环节应根据用户的重要 性和对电力的依赖程度分门别类加以对待。有些用户对电力可靠性要 求很高，电力中断会造成重大经济损失，甚至危及人的生命和国家安 全。有些用户则对电能质量要求很高。电能质量包括电压质量，频率 质量和波形质量，配电环节提供给用户的电力，其电压和频率、波动 应在允许的范围之内，波形的畸变也应符合标准。配电环节必须要有可靠的配电网络