第一章電力系統(tǒng)概論

AAi-t 、電力屎威，電力幣水鬣囲第一章緒論Generalintroduction第一節(jié)電力系統(tǒng)概論Generalintroductionofelectricpowerindustry一、電力系統(tǒng)的構(gòu)成Composingofpowersystem＜一＞電力工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位Thestatusofpowerindustryinnationaleconomic電力工業(yè)是社會(huì)公共基礎(chǔ)事業(yè)，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的一個(gè)重要部門。為社會(huì)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域提供動(dòng)力，與社會(huì)生活密切相關(guān)；“經(jīng)濟(jì)要發(fā)展，電力要先行”。從各國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展看，國(guó)民經(jīng)濟(jì)每增長(zhǎng) 1%就要求電力工業(yè)增長(zhǎng)1.3%—1.5%。＜二＞電力系統(tǒng)的形成Developmentofpowersystem1初期電廠建在用電區(qū)附近，規(guī)模很小，孤立運(yùn)行。2隨著生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，用電量和發(fā)電廠容量不斷增加，但由于發(fā)電所需的一次能源通常離負(fù)荷中心較遠(yuǎn)，因此形成了電力網(wǎng)和電力系統(tǒng)。＜三＞基本概念Basicconception電力系統(tǒng)：發(fā)電機(jī)、變壓器、輸配電線路和電力用戶的電器設(shè)備所組成的電氣上的整體。電力網(wǎng)：電力系統(tǒng)中輸送、分配電能的部分（變壓器和輸配電線路） 。動(dòng)力系統(tǒng)：電力系統(tǒng)+發(fā)電廠的動(dòng)力部分（火電廠的鍋爐、汽機(jī)；水電廠的水庫、水輪機(jī)；核電廠的反應(yīng)堆）鼻丿岸噸-鼻丿岸噸-二|j*KDI-,auH<g丿I二、 電力系統(tǒng)的發(fā)展Thehistoryofelectricpowerindustry1．國(guó)外電力系統(tǒng)的發(fā)展歷史1831法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律后，出現(xiàn)了交流直流發(fā)電機(jī)，直流電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)里100-400V的低壓直流輸電系統(tǒng)；1882年德國(guó)1500-2000V直流輸電系統(tǒng)1885年單相交流輸電1891年三相交流輸電俄國(guó)人展示了現(xiàn)代電力系統(tǒng)模式2．國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)發(fā)展歷史1882年第一座電廠在上海建成1882—1945年全國(guó)總裝機(jī)容量185萬KV，年發(fā)電量?jī)H43億KWh2000年全國(guó)總裝機(jī)容量3億KV,年發(fā)電量13556億KWh并建成500kV交流、直流超高壓輸電線路，7個(gè)跨省電力系統(tǒng)西南大容量水電的開發(fā)，山西陜西和內(nèi)蒙西部大量坑口電廠的建設(shè)，使得全國(guó)聯(lián)網(wǎng)的格局逐步形成。聯(lián)合電力系統(tǒng)的特點(diǎn)Characteristicsofpowersystem1） 系統(tǒng)總裝機(jī)容量減少。發(fā)電廠孤立運(yùn)行的最大負(fù)荷并不同時(shí)出現(xiàn)2） 合理利用動(dòng)力資源與火力發(fā)電廠相比，水電廠具有單位發(fā)電成本低、跟蹤負(fù)荷快的特點(diǎn)。因此，依照“不棄水”的原則，水電廠豐水季節(jié)承擔(dān)基荷，枯水季節(jié)承擔(dān)峰荷。這樣可以降低煤耗，充分利用水力資源。3） 提高了供電可靠性由于各電廠之間在機(jī)組檢修或系統(tǒng)發(fā)生事故的情況下能夠相互支援，從而可以降低系統(tǒng)備用容量和提高供電可靠性。4） 提高了系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性在機(jī)組間合理分配負(fù)荷；采用大容量機(jī)組，降低單位千瓦造價(jià)和運(yùn)行損耗。缺點(diǎn)：故障波及地區(qū)容易擴(kuò)大、系統(tǒng)短路容量增加。三、對(duì)電力系統(tǒng)的基本要求Basicrequirementofthepowersystemoperation（一）電能生產(chǎn)、輸送和消費(fèi)的特點(diǎn)電能不能大量存儲(chǔ)。電能的生產(chǎn)、輸送、分配、消費(fèi)同時(shí)發(fā)生；從一種運(yùn)行方式過渡到另一種運(yùn)行方式的過渡過程非常短促；與國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門的關(guān)系密切。各部門廣泛使用電能，電能的中斷或減少將影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門。（二）電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求1?滿足用電需求，保障供給保證可靠的持續(xù)供電。提高運(yùn)行水平；防止發(fā)生誤操作；事故后應(yīng)盡量采取措施防止事故擴(kuò)大； 完善電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)等。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生事故、出現(xiàn)供電不足時(shí)，首先切除三類用戶，以確保一、二類用戶的需要（一類用戶：中斷供電，會(huì)帶來人身危險(xiǎn)、設(shè)備損壞、大量次品、破壞生產(chǎn)秩序、給國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失或重大政治影響的用戶。 用兩個(gè)或兩個(gè)以上獨(dú)立電源供電；二類用戶：中斷供電會(huì)造成減產(chǎn)、停工的用戶。兩路供電或一路專用線路供電；三類用戶：短時(shí)停電不會(huì)帶來嚴(yán)重后果） 。保證良好的電能質(zhì)量。電壓偏移：一5%頻率偏差：50一（0.2—0.5）HZ波形畸變率：很小保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性提高效率、降低損耗、節(jié)約能量資源。第二節(jié)發(fā)電廠的類型Typeofpowerplant一次能源：雖自然界演化生成的動(dòng)力資源，是能源的直接提供者，如煤、石油、天然氣。電能是二次能源。一、火力發(fā)電廠fossilfuelstation原動(dòng)機(jī)一般為汽輪機(jī)，也有用柴油機(jī)或以煤、汽油或天然氣為燃料的電廠,燃?xì)廨啓C(jī)的。原動(dòng)機(jī)一般為汽輪機(jī)，也有用柴油機(jī)或K4FK4F圖1-2 凝汽式火力發(fā)電廠生產(chǎn)過程示意圖火力發(fā)電廠又可分為:凝氣式火電廠(steampowerplant) 做過功的蒸汽排入凝汽器冷凝成水，重新送回鍋爐。在凝汽器中大量的熱量被循環(huán)水帶走，所以效率很低，只有 30%—40%熱電廠(thermalplant)汽輪機(jī)中一部分做過功的蒸汽從中間斷抽出供給熱力用戶，或經(jīng)熱交換器將水加熱后把熱水供給用戶。效率高達(dá) 60%-70%.二、水力發(fā)電廠hydroelectricpowerplant將水的位能和動(dòng)能轉(zhuǎn)變成電能。發(fā)電廠容量取決于上下游水位差(水頭)和流量大小水力發(fā)電機(jī)組承受變動(dòng)負(fù)荷的能力較好，且啟動(dòng)快，電力系統(tǒng)中發(fā)生事故時(shí)可充分發(fā)揮備用功能。1）堤壩式水電廠在河床上游建水壩蓄水，形成發(fā)電水頭。壩后式水電廠：廠方建在壩后，如豐滿水電廠；河床式水電廠：廠房其攔水壩作用，如葛洲壩水電廠2）引水式水電廠 電廠建在山區(qū)水流湍急的河道上，或河床坡度較陡的地方，由引水道形成水頭，不修壩或只修低堰。3） 混合式水電廠水頭由壩和引水道共同形成。4）抽水蓄能電站系統(tǒng)谷荷時(shí)，機(jī)組以電動(dòng)機(jī)-水泵方式工作，將下游水庫的水抽至上游水庫儲(chǔ)存；峰荷時(shí)，機(jī)組以水輪機(jī)-發(fā)電機(jī)方式工作，利用蓄水發(fā)電;從而實(shí)現(xiàn)“移峰添谷”。抽水蓄能電站用途：調(diào)頻、調(diào)相、系統(tǒng)備用、系統(tǒng)黑啟動(dòng)等。按運(yùn)行方式分）無調(diào)節(jié)水電廠水庫小，不能對(duì)徑流調(diào)節(jié)）有調(diào)節(jié)水電廠可利用水庫對(duì)徑流進(jìn)行重新分配有日調(diào)節(jié)、周調(diào)節(jié)、季調(diào)節(jié)、年調(diào)節(jié)和多年調(diào)節(jié)三、核電廠nuclearplant將核裂變能轉(zhuǎn)化成熱能，再按火電廠的方式發(fā)電。.優(yōu)點(diǎn)：1）節(jié)省燃料如一臺(tái)500MW的火力機(jī)組，每年耗煤150萬噸，而同容量的核電機(jī)組，每年僅需600kg鈾燃料2） 不需空氣助燃可建在地下、山洞里、水下、空氣稀薄的高原地區(qū)問題：放射性污染四、其他形式發(fā)電廠otherwaytogenerateelectricpower風(fēng)力發(fā)電、潮汐發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電、太陽能發(fā)電、磁流體發(fā)電等。第三節(jié)變電所的類型Typeofsubstation變電所是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)，起著變換和分配電能的作用一、 根據(jù)變電所在電力系統(tǒng)的作用，可分成下列幾類：thetypeofsubstationsaccordingtothefunction＜一＞升壓變電所boostersubstation＜二＞降壓變電所step-downsubstation.樞紐變電所load-centersubstation位于電力系統(tǒng)的樞紐點(diǎn)，連接電力系統(tǒng)高壓和中壓的幾個(gè)部分，匯集多個(gè)電源，電壓為330-500kV。全所停電后，將引起系統(tǒng)解列，甚至出現(xiàn)癱瘓。.中間變電所intermediatesubstation高壓側(cè)以交換潮流為主，或使長(zhǎng)距離輸電線分段，電壓為 220-330kV，同時(shí)又降壓供給當(dāng)?shù)赜秒?。全所停電后，將引起區(qū)域網(wǎng)絡(luò)解列。地區(qū)變電所localsubstation高壓側(cè)電壓110-220kV，對(duì)地區(qū)用戶供電為主。全所停電后，僅該地區(qū)中斷供電。4．終端變電所terminalsubstation在輸電線路的終端，接近負(fù)荷點(diǎn)，高壓側(cè)電壓 35-110kV，降壓后直接供給用戶。全所停電后，只是用戶受損失。二、 按電壓高低分typeofsubstationaccordingtothevoltagelevel1．大型變電所largesubstation330kV以上，占地面積較大，自動(dòng)化水平較高2．中型變電所middlesubstation220kV110kV也稱為一次變電所3．小型變電所smallsubstation110kV以下也稱為二次變電所三、 按變電所結(jié)構(gòu)分typeofsubstationaccordingtothestructure1．屋外式outdoorsubstation除儀表、繼電器、控制設(shè)備、直流電源等二次設(shè)備設(shè)在屋內(nèi)外，變壓器、開關(guān)等大型設(shè)備均放在屋外。通常電壓較高的變電所大多為屋外式。2．屋內(nèi)式indoorsubstation變電所所有設(shè)備都放在屋內(nèi)。一般用于室內(nèi)居民密集地區(qū)或其他空氣污穢地區(qū)。3．地下式undergroundsubstation全部設(shè)備均設(shè)置在地下或洞室內(nèi)。以適應(yīng)城市建設(shè)或戰(zhàn)備的要求。重點(diǎn)要解決好通風(fēng)和防火問題。4．箱式變電所packagesubstation為了使供電設(shè)施與建筑周圍環(huán)境協(xié)調(diào)而產(chǎn)生的。設(shè)有高壓開關(guān)小室、變壓器小室和低壓配出開關(guān)小室

第四節(jié)電力網(wǎng)的電壓Voltagelevelsoftheelectricpowersystem一、額定電壓ratedvoltage1?電力系統(tǒng)的額定電壓等級(jí)（輸電線路的額定線電壓）V220380kV361035（60）110（154）220330500750確定額定電壓的等級(jí)的考慮因素：S=3UI,當(dāng)輸送功率一定時(shí)，輸送電壓越高，電流愈小，載流部分的截面積愈小，投資愈??；但電壓越高，設(shè)備絕緣的投資越大。綜合考慮，對(duì)應(yīng)一定輸送功率和輸送距離就有一個(gè)最合理的線路電壓。 但從設(shè)備制造的角度考慮，線路電壓不能任意確定。而且標(biāo)準(zhǔn)電壓等級(jí)不能過多。2?發(fā)電機(jī)、變壓器、用電設(shè)備的額定電壓的確定1）用電設(shè)備的額定電壓=線路額定電壓沿線路的電壓損失一般為10%用電設(shè)備的允許電壓偏移為±5%這要求線路始端電壓為額定值的105%從而可保證線路末端電壓不低于額定值的95%2）發(fā)電機(jī)的額定電壓=105%線路額定電壓3）變壓器額定電壓UN,一次側(cè)與線路相連UGN，一次側(cè)與發(fā)電機(jī)相連110%UN，二次側(cè)與線路相連備相連或 Uk%:::7.5備相連或 Uk%:::7.5例:例:T1:10.5/121/242kV T2:110/38.5/10.5kVT3:220/38.5kV T4:35/0.4kV二、輸、配電網(wǎng)的劃分divisionoftransmissionanddistributionsystem1、按線路電壓的高低分超高壓網(wǎng)330kV及以上； 高壓網(wǎng)10—330kV中壓網(wǎng)1—10kV 低壓網(wǎng)1kV以下?按作用分輸電網(wǎng)：將電能從發(fā)電廠輸送到負(fù)荷中心。配電網(wǎng)：將電能從負(fù)荷中心輸送到各級(jí)電力用戶， 起分配電能的作用。通常電壓在220kV以下?？煞譃楦邏号潆娋W(wǎng)（配電網(wǎng)：將電能從負(fù)荷中心輸送到各級(jí)電力用戶， 起分配電能的作用。通常電壓在220kV以下?？煞譃楦邏号潆娋W(wǎng)（35—110kV）、中壓配電網(wǎng)（3—10kV）、低壓配電網(wǎng)（220—380V。力ffa負(fù)4m電^^心第五節(jié)供配電系統(tǒng)的接地Groundingofpowersupplyanddistributensystem接地：人為的將電器設(shè)備中帶電或不帶電部分與大地連接。按接地目的不同，可分為：1?工作接地為保證電力系統(tǒng)正常工作而采取的接地；.保護(hù)接地正常不帶電而由于絕緣損耗有可能帶電的金屬部分接地；?防雷接地防雷保護(hù)裝置為導(dǎo)泄雷電流而進(jìn)行的接地。一、 工作接地serviceground星形連接的變壓器或發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)。考慮中性點(diǎn)運(yùn)行方式的原因：電力系統(tǒng)發(fā)展初期，系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地；隨著系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大，經(jīng)常出現(xiàn)弧光過電壓引起的事故。電力系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式groundedneutralsystem中性點(diǎn)直接接地（大電流接地系統(tǒng)）：發(fā)生單相接地時(shí)的短路電流較大中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地、中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地（為小電流接地系統(tǒng)：發(fā)生單相接地時(shí)的短路電流較?。?。（一）中性點(diǎn)直接接地neutral-pointdirectlyearthed 110kV及以上電力網(wǎng)采用特點(diǎn)：中性點(diǎn)始終保持零電位。中性點(diǎn)不接地電力網(wǎng)的一相接地優(yōu)點(diǎn)：節(jié)約絕緣投資。單相接地時(shí)，非故障對(duì)地電壓接近相電壓，相對(duì)地絕緣按相電壓設(shè)計(jì)，因此降低了電力網(wǎng)的絕緣投資，而且電壓越高，其經(jīng)濟(jì)效益越大。缺點(diǎn)：可靠性不高。單相短路時(shí)，接地相短路電流很大，各相之間電壓不對(duì)稱針對(duì)缺點(diǎn)采取的措施：1）由于架空線路上的故障絕大多數(shù)都是暫時(shí)性的， 故可加裝自動(dòng)重合閘裝置，以提高供電可靠性； 2）為減少單相接地電流，將系統(tǒng)中部分中性點(diǎn)接地，而另一部分中性點(diǎn)不接地。（二） 中性點(diǎn)不接地neutral-pointunearthed?特點(diǎn)：?jiǎn)蜗喙收蠒r(shí)，中性點(diǎn)電壓為相電壓，線電壓仍維持平衡。?優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行可靠性高。發(fā)生單相故障時(shí)，電力網(wǎng)線電壓的大小和相位關(guān)系仍維持不變，接在線電壓上的電器仍能繼續(xù)運(yùn)行，因此可帶故障運(yùn)行一段時(shí)間（但時(shí)間不能太長(zhǎng)，以免健全相薄弱環(huán)節(jié)遭到破壞，發(fā)展成兩相短路）。缺點(diǎn)：絕緣投資大。單相故障時(shí)，非故障相對(duì)地電壓升為相電壓的-3倍，為確保設(shè)備的絕緣安全，系統(tǒng)相對(duì)地絕緣按線電壓設(shè)計(jì)，中性點(diǎn)絕緣按相電壓設(shè)計(jì)。中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的適用范圍）500V以下的裝置（380/220照明裝置除外）;）單相接地電流小于30A的3-10kV電力網(wǎng)；）接地電流小于5A的發(fā)電機(jī)直配系統(tǒng)；）單相接地電流小于10A的35kV電力網(wǎng)。（三） 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地neutral-pointearthedviaarc-extinguishingcoil中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地電流較大時(shí)采用消弧線圈：具有鐵心的可調(diào)電感線圈3?消弧線圈的作用：中性點(diǎn)不接線圈時(shí)，單相接地電流為非故障相對(duì)地電容電流之和，且隨著網(wǎng)絡(luò)的延伸而增大，容易造成弧光接地過電壓。中性點(diǎn)接消弧線圈后，可補(bǔ)償接地電流中的容性部分，從而減少故障電流。4?補(bǔ)償方式*?）全補(bǔ)償1L=lc此時(shí)消弧線圈的感抗與其他非故障相的電容容抗正好形成串聯(lián)諧振關(guān)系； 由于系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)并不是嚴(yán)格的對(duì)稱，中性點(diǎn)存在一定的位移電壓，容易產(chǎn)生諧振過電壓，危及電力網(wǎng)的絕緣。很少采用。??）欠補(bǔ)償1L＜1C部分線路斷開時(shí)，可能出現(xiàn)全補(bǔ)償現(xiàn)象。很少采用。??）過補(bǔ)償1L＞1C不會(huì)因線路的退出而出現(xiàn)全補(bǔ)償現(xiàn)象。一般采用這種補(bǔ)償方式。特點(diǎn)：運(yùn)行可靠性高，但絕緣投資大。二.保護(hù)接地protectiveground＜一＞人體觸電gettinganelectricshock電傷：人體的外部受到的電損傷，如：灼傷。電擊：人體內(nèi)部器官受到的電損傷，如：痙攣、抽搐、失去知覺等。受傷程度與電流大小、通電時(shí)間、流經(jīng)人體途徑、人體情況等因素有關(guān)。交流電，