電力系統(tǒng)與供電電壓等級(jí)課件

【知識(shí)目標(biāo)】1．理解電力系統(tǒng)、電力網(wǎng)等基本概念；2．了解發(fā)電廠及變電站的基本形式；3．掌握電氣設(shè)備的額定電壓確定方法?！灸芰δ繕?biāo)】1．能解釋電力系統(tǒng)、電力網(wǎng)；2．能確定電氣設(shè)備的額定電壓。2.1電力系統(tǒng)與供電電壓等級(jí)11875年，世界上最早的發(fā)電廠——巴黎北火車(chē)站電廠建成，用于照明供電；1878年，法國(guó)建成第一座水電廠；1879年，美國(guó)舊金山實(shí)驗(yàn)電廠開(kāi)始發(fā)電，成為世界上最早出售電力的電廠；1882年，法國(guó)開(kāi)始進(jìn)行遠(yuǎn)距離高壓直流輸電，同時(shí)，英國(guó)、日本、俄羅斯也相繼修建了發(fā)電廠。一、國(guó)內(nèi)外電力工業(yè)發(fā)展史2我國(guó)于1978年底，全國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到5.712×103萬(wàn)kW，年發(fā)電量達(dá)到2.566×103億kWh，居世界第七位。與此同時(shí)，東北、京津唐、華中、華東電網(wǎng)形成了220kV主干網(wǎng)架。一、電力工業(yè)發(fā)展概況3改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)的大區(qū)聯(lián)網(wǎng)和西電東送聯(lián)網(wǎng)建設(shè)不斷加強(qiáng)。經(jīng)過(guò)多年建設(shè)，除去我國(guó)臺(tái)灣省和港、澳地區(qū)外，全國(guó)已經(jīng)形成華北、東北、華東、華中、西北、川渝和南方聯(lián)營(yíng)等七個(gè)跨省區(qū)電網(wǎng)，及山東、福建、海南、烏魯木齊和拉薩等五個(gè)獨(dú)立的省級(jí)電網(wǎng)。在跨省電網(wǎng)和部分獨(dú)立省網(wǎng)中形成500kV（或330kV）的骨干網(wǎng)架。一、電力工業(yè)發(fā)展概況5但是，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展與人民生活用電的急劇增長(zhǎng)，電力工業(yè)的發(fā)展仍不能滿(mǎn)足整個(gè)社會(huì)發(fā)展的需要；由于我國(guó)人口眾多，因此在按人口平均用電方面，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于一些發(fā)達(dá)國(guó)家。我國(guó)的電力工業(yè)必須持續(xù)、穩(wěn)步地大力發(fā)展。一、電力工業(yè)發(fā)展概況6電力生產(chǎn)企業(yè)的任務(wù)：把一次能源轉(zhuǎn)換為電能，并輸送、分配和銷(xiāo)售給電力用戶(hù)。一次能源：指煤、石油、天然氣、水能、地?zé)崮?、核能、風(fēng)能、太陽(yáng)能等以自然形態(tài)存在的能源。二、電力系統(tǒng)的構(gòu)成7由發(fā)電廠、升壓變電站、輸電線(xiàn)路、降壓變電站及電力用戶(hù)所組成的統(tǒng)一整體，稱(chēng)為電力系統(tǒng)。電力系統(tǒng)加上帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力裝置構(gòu)成的整體稱(chēng)為動(dòng)力系統(tǒng)。其中，由各類(lèi)升壓變電站、輸電線(xiàn)路、降壓變電站組成的電能傳輸和分配網(wǎng)絡(luò)稱(chēng)為電力網(wǎng)。動(dòng)力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、電力網(wǎng)三者關(guān)系如圖2.1所示。2、電力系統(tǒng)的定義9圖2.1動(dòng)力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、電力網(wǎng)關(guān)系示意圖2、電力系統(tǒng)的定義10發(fā)電廠是電力系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)，它是把各種天然能源（化學(xué)能、水能、原子能等）轉(zhuǎn)換成電能的工廠。按使用能源不同或轉(zhuǎn)換能源特點(diǎn)，發(fā)電廠有以下類(lèi)型：火力發(fā)電廠、水力發(fā)電廠、核電廠、新能源發(fā)電廠等。3、發(fā)電廠及其分類(lèi)11圖2.2凝汽式火電廠生產(chǎn)過(guò)程示意圖13汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，再將機(jī)械能變?yōu)殡娔堋Ｔ谄啓C(jī)中做過(guò)功的蒸汽排入凝汽器，循環(huán)水泵打入的循環(huán)水將排汽迅速冷卻而凝結(jié)，由凝結(jié)水泵將凝結(jié)水送到除氧器中除氧（清除水中的氣體，特別是氧氣），而后由給水泵重新送回鍋爐。由于在凝汽器中大量的熱量被循環(huán)水帶走，因此，凝汽式火電廠的效率較低，只有30％～40％。3.1火力發(fā)電廠及其分類(lèi)14熱電廠與凝汽式火電廠不同之處是將汽輪機(jī)中一部分做過(guò)功的蒸汽從中段抽出來(lái)直接供給熱用戶(hù)，或經(jīng)加熱器將水加熱后，把熱水供給用戶(hù)。這樣，便可減少被循環(huán)水帶走的熱量，提高效率，現(xiàn)代熱電廠的效率達(dá)60％～70％。3.1火力發(fā)電廠15壩后式水電廠斷面圖如圖2.3所示。其廠房建在攔河壩非溢流壩段的后面（下游側(cè)），不承受水的壓力，壓力管道通過(guò)壩體，適用于高中水頭。這是我國(guó)最常見(jiàn)的水電廠型式。3.2水力發(fā)電廠17圖2.3壩后式水電廠示意圖18核電廠是將原子核的裂變能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電廠，燃料主要是鈾235（U235）。U235容易在慢中子的撞擊下裂變，釋放出巨大能量，同時(shí)釋放出新的中子。核能能量密度高，1克U235全部裂變時(shí)所釋放的能量為8×1010J，相當(dāng)于2.7t標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒時(shí)釋放的能量。作為發(fā)電燃料，鈾235（U235）運(yùn)輸量小、發(fā)電成本低。3.3核電廠19變電站是匯集電源、升降電壓和分配電力的場(chǎng)所，是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶(hù)的中間環(huán)節(jié)，起著變換和分配電能的作用。變電站有升壓和降壓之分。升壓變電站通常是發(fā)電廠升壓部分，緊靠發(fā)電廠。降壓變電站通常運(yùn)離發(fā)電廠而靠近負(fù)荷中心。4、變電站21（1）樞紐變電站樞紐變電站位于匯集有多個(gè)大電源和多回大容量聯(lián)絡(luò)線(xiàn)路的樞紐點(diǎn)。變電容量大，高壓側(cè)電壓等級(jí)多為330～500kV。4.1變電站的分類(lèi)22（2）地區(qū)變電站地區(qū)變電站是供電給一個(gè)地區(qū)的主要供電點(diǎn)。一般從2-3條輸電線(xiàn)路受電；受電電壓等級(jí)一般為110～220kV。供電給下一級(jí)變電站。4.1變電站的分類(lèi)23電力網(wǎng)由變電站和不同電壓等級(jí)的輸電線(xiàn)路所組成，是聯(lián)接發(fā)電廠和用戶(hù)的中間環(huán)節(jié)。其作用是輸送、控制和分配電能。一般分輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)兩部分。按電壓等級(jí)，電力網(wǎng)分為低壓（1kV及以下）、高壓（1～330kV）、超高壓（330～1000kV）和特高壓（1000kV以上）幾種。5、電力網(wǎng)25輸電網(wǎng)一般由220KV及以上電壓等級(jí)的輸電線(xiàn)路和與之相連的變電站組成，是電力系統(tǒng)的主干線(xiàn)。輸電網(wǎng)將電能輸送到距離較遠(yuǎn)的各地區(qū)配電網(wǎng)。目前，我國(guó)的幾大電網(wǎng)已經(jīng)初步建成以500KV超高壓輸電線(xiàn)路為骨干的主網(wǎng)架。配電網(wǎng)將電能分配到各類(lèi)用戶(hù)。它由110KV及以下電壓等級(jí)的配電線(xiàn)路和配電變壓器組成。5、電力網(wǎng)26②并網(wǎng)運(yùn)行可以減少系統(tǒng)總用電負(fù)荷的峰值；可以利用水火互濟(jì)來(lái)節(jié)約能源，改善電網(wǎng)調(diào)節(jié)性能，提高對(duì)用戶(hù)供電的穩(wěn)定性。不同地區(qū)的電網(wǎng)互連后，會(huì)有明顯的“錯(cuò)峰”效應(yīng)。即不同地區(qū)的用電負(fù)荷高峰不會(huì)在同一時(shí)間發(fā)生，因?yàn)楦鞯卮嬖谥鴷r(shí)差和氣候差。實(shí)際看來(lái)，聯(lián)網(wǎng)后系統(tǒng)的最大負(fù)荷將小于聯(lián)網(wǎng)前各地區(qū)最大負(fù)荷的總和。5.1電力系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行29并網(wǎng)運(yùn)行的電力系統(tǒng)可以通過(guò)在發(fā)電廠之間合理分配負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)水電和火電之間的相互調(diào)劑：豐水期可多發(fā)水電，少發(fā)火電，節(jié)約燃料；枯水期則多發(fā)火電以補(bǔ)充水電。5.1電力系統(tǒng)并網(wǎng)供電30③并網(wǎng)運(yùn)行的電力系統(tǒng)可減小總后備容量的比重，降低電站綜合投資和電能生產(chǎn)費(fèi)用。為避免系統(tǒng)中某一臺(tái)發(fā)電機(jī)故障退出運(yùn)行而使一些用戶(hù)停電，一般都使裝機(jī)容量大于最大用電負(fù)荷，即留有備用容量。由于備用容量是可以在整個(gè)系統(tǒng)中互相通用的，因此電力系統(tǒng)中總?cè)萘吭酱?，備用容量的比重就可以減小。提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性。5.1電力系統(tǒng)并網(wǎng)供電31由于電力系統(tǒng)的并網(wǎng)運(yùn)行，各發(fā)電廠的機(jī)組之間可以相互備用，因此可以錯(cuò)開(kāi)檢修時(shí)間，系統(tǒng)的總備用容量一般只需系統(tǒng)總?cè)萘康?0％～15％，遠(yuǎn)小于各發(fā)電廠孤立運(yùn)行時(shí)單站的備用容量之和。5.1電力系統(tǒng)并網(wǎng)供電32根據(jù)用電設(shè)備在生產(chǎn)中的作用，以及供電中斷對(duì)人身和設(shè)備安全的影響，電力負(fù)荷通常分三類(lèi)：一類(lèi)負(fù)荷：必須由雙獨(dú)立電源雙回路供電，并且當(dāng)任何一個(gè)電源失去時(shí)，另一電源能保證對(duì)全部一類(lèi)負(fù)荷的持續(xù)供電。二類(lèi)負(fù)荷：應(yīng)由單電源雙回路供電，并且當(dāng)任何一條回路失去時(shí)，另一回路能保證對(duì)全部二類(lèi)負(fù)荷的持續(xù)供電。三類(lèi)負(fù)荷：一般由單電源供電，允許長(zhǎng)時(shí)停電。6、電力負(fù)荷分類(lèi)及對(duì)電源的要求33（1）頻率我國(guó)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定電力系統(tǒng)的額定頻率是50HZ。對(duì)大型電力系統(tǒng)，頻率的允許偏差不超過(guò)0.2HZ,對(duì)中小型電力系統(tǒng)，頻率的允許范圍不超過(guò)0.5HZ。當(dāng)頻率偏差超出允許值時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)升高或降低，除使功率損失增加，經(jīng)濟(jì)性降低外，還會(huì)使某些對(duì)轉(zhuǎn)速有嚴(yán)格要求的工業(yè)部門(mén)產(chǎn)品質(zhì)量下降，甚至?xí)a(chǎn)出廢品。三、電能的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)34（2）電壓所有用電設(shè)備都應(yīng)當(dāng)按照其設(shè)計(jì)的額定電壓運(yùn)行，一般僅允許有5%的波動(dòng)范圍。電壓過(guò)高，許多用電設(shè)備都會(huì)損壞。電壓過(guò)低，許多用電設(shè)備都不能正常工作。對(duì)異步電動(dòng)機(jī)而言，電壓過(guò)低時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩顯著降低，轉(zhuǎn)差加大，電流加大，溫度升高，甚至還會(huì)使電動(dòng)機(jī)燒毀。三、電能的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)35（一）電壓等級(jí)的選用應(yīng)考慮以下幾方面一方面，在輸電距離和輸電容量一定的條件下，選用較高的電壓等級(jí)，能使線(xiàn)路上的電流小，線(xiàn)路功率損耗和電能損耗低，電壓損失也小。同時(shí)也可選用較小的導(dǎo)線(xiàn)截面。另一方面，線(xiàn)路電壓越高，線(xiàn)路的絕緣越要加強(qiáng)，導(dǎo)線(xiàn)相間距離和對(duì)地距離都要相應(yīng)增加，使線(xiàn)路桿塔尺寸及造價(jià)上升；同時(shí)，變壓器和開(kāi)關(guān)設(shè)備的投資也相應(yīng)增大。綜合兩方面的因素，在選擇電壓等級(jí)時(shí)，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行細(xì)致的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。四、電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)36（二）我國(guó)規(guī)定三相交流電網(wǎng)和電力設(shè)備的額定電壓（線(xiàn)電壓，下同），如表2.1所示。1、電網(wǎng)的額定電壓電網(wǎng)的額定電壓是指電力線(xiàn)路以及與之相連的變電站匯流母線(xiàn)的額定電壓。四、電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)372、用戶(hù)設(shè)備的額定電壓國(guó)家規(guī)定：用電設(shè)備的額定電壓等于同級(jí)電網(wǎng)的額定電壓。實(shí)際運(yùn)行中，用電設(shè)備的電壓允許有5%的偏差范圍。而供電線(xiàn)路由于電流流動(dòng)后產(chǎn)生的電壓降，線(xiàn)路首端電壓要高些，末端電壓低些。接于不同地點(diǎn)的用電設(shè)備所受電壓有所不同，兩者剛好相互適應(yīng)。四、電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)383、發(fā)電機(jī)的額定電壓發(fā)電機(jī)的額定電壓規(guī)定比同級(jí)電網(wǎng)的額定電壓高5%。這是考慮到電力線(xiàn)路允許有10%的電壓損耗，線(xiàn)路末端允許比電網(wǎng)額定電壓低5%，兩者剛好適應(yīng)。四、電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)394、電力變壓器的額定電壓（1）電力變壓器一次繞組的額定電壓當(dāng)變壓器直接與發(fā)電機(jī)相連時(shí)，變壓器一次繞組的額定電壓應(yīng)當(dāng)與發(fā)電機(jī)額定電壓相同；當(dāng)變壓器不是與發(fā)電機(jī)直接相連，而是接于某