電力生產(chǎn)常識(shí)輸配電

1、電力生產(chǎn)基本常識(shí) 輸電與配電 普華科技-技術(shù)服務(wù)部 許浩第一部分 電力生產(chǎn)概述 u電力生產(chǎn)的任務(wù)及特點(diǎn) u電力生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié) u電力系統(tǒng)的構(gòu)成 電力生產(chǎn)的任務(wù)及特點(diǎn) 電力生產(chǎn)是指把各種一次性能源，包括化石燃料（煤炭、石油 和天然氣等）、可再生能源（水能、風(fēng)能、太陽能、潮汐能、 地?zé)崮芎蜕镔|(zhì)能等）以及核能轉(zhuǎn)換成電能，并輸送和分配到 電力用戶的過程； 從事電能生產(chǎn)、傳輸和銷售的行業(yè)稱之為電力行業(yè)； 電力生產(chǎn)有一個(gè)十分重要的特點(diǎn)，即電能的生產(chǎn)、輸送、分配 直到用戶的使用都是在同一瞬間完成的；由于目前電能還沒有 辦法進(jìn)行大規(guī)模的儲(chǔ)存，因此電力生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)必須隨時(shí)保 持平衡

2、，形成一個(gè)完整的、高度協(xié)同動(dòng)作的電力系統(tǒng)； 電力生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié) 電力生產(chǎn)過程包括電能的生產(chǎn)、輸送和分配，因此嚴(yán)格地講， 電力生產(chǎn)應(yīng)包括發(fā)電、輸電和配電三個(gè)主要環(huán)節(jié)；由于從發(fā) 電到輸電以及配電，電力需要經(jīng)過多次的電壓變化，因此變 電存在于這三個(gè)主要環(huán)節(jié)之中； 1.發(fā)電：目前世界各國電力工業(yè)普遍采用的發(fā)電方式是：火力 發(fā)電、水力發(fā)電和核能發(fā)電，其中火力發(fā)電包括燃煤發(fā)電、 燃油發(fā)電和天然氣發(fā)電；在各種發(fā)電方式中，火力發(fā)電存在 污染物排放問題，其中粉塵、灰渣、碳氧化物和硫化物可以 采取技術(shù)措施加以防治，但無法解決二氧化碳的排放問題； 2.輸電：隨著電力生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大、輸電容量的增大以及輸電 距離的不斷

3、增長，陸續(xù)出現(xiàn)了高壓輸電（220kv），超高壓輸 電（330、380、500、750kv）以及特高壓輸電（1000kv及 以上）； 3.配電：電力生產(chǎn)的配電環(huán)節(jié)是從輸電環(huán)節(jié)接受電能，并根據(jù) 電力生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié) 各類用戶的不同需求，以最少的消耗將電能分配到各行各業(yè) 的用戶；配電環(huán)節(jié)應(yīng)根據(jù)用戶的重要性和對(duì)電力的依賴程度 （電力可靠性以及電能質(zhì)量）分門別類加以對(duì)待； 4.變電：變電存在于上述電力生產(chǎn)的三個(gè)主要環(huán)節(jié)之中；（1） 在發(fā)電環(huán)節(jié)需要配備升壓變電站以將電力送入輸電環(huán)節(jié)；（2） 在輸電環(huán)節(jié)，為了滿足不同電壓輸電網(wǎng)之間的連接、輸電線 路的正常交匯以及將電力輸送至配電環(huán)節(jié)，變電所起到變換 電壓、控制

4、電力流向和電壓調(diào)節(jié)的作用；（3）在配電環(huán)節(jié)中， 電壓需要經(jīng)過多次變換才能滿足電力用戶的需求，這里變電 不僅起到變換電壓的作用，而且還起控制電力流向、分配電 力和保證電壓質(zhì)量的作用； 電力系統(tǒng)的構(gòu)成 第二部分 輸電與配電 u概述 u變電所 u架空電力線路 u電力電纜線路 u直流輸電 u靈活交流輸電 概述 （一）輸配電的基本概念 輸電是將電力從發(fā)電廠向供電區(qū)輸送，或進(jìn)行不同電網(wǎng)之間 的電力交換或互送；配電則是在一個(gè)供電區(qū)將電力分配到用 戶； 輸電設(shè)施包括輸電線路、變電所、開關(guān)站和換流站等；配電 設(shè)施包括配電線路和配電變電所等； （二）輸電方式 輸電方式主要有交流輸電與直流輸電兩種；絕大多數(shù)交流輸

5、電是三相交流輸電；目前采用的直流輸電系統(tǒng)，絕大多數(shù)是 兩端直流輸電，又稱端對(duì)端直流輸電，主要用于長距離、大 容量輸電和兩個(gè)電網(wǎng)之間的互聯(lián)； （三）配電方式 配電幾乎無例外的都是交流配電；直流配電技術(shù)正在研究中； 概述 （四）輸配電電壓等級(jí) 電壓等級(jí)是指輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)用于升高電壓和降低電壓的各 級(jí)電壓層次；輸配電電壓等級(jí)必須符合國家電壓強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)； 輸電電壓可分為高壓輸電電壓（HV）-220KV，超高壓輸電電 壓（EHV）-330KV、500KV等，特高壓輸電電壓（UHV）- 1000KV及以上； 配電電壓分為高壓配電電壓（輸電電壓）-35KV、55KV、 110KV，中壓配電電壓（一次配電電壓）

6、-10KV、20KV，低 壓配電電壓（二次配電電壓）380/220V；為進(jìn)一步滿足電力 增長需求、降低電能損耗和促進(jìn)電力設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化的需要，配 電電壓有逐步采用較高一級(jí)電壓的發(fā)展趨勢； 我國大多數(shù)電網(wǎng)的電壓序列是：500/220/110/35/10/0.38KV 西北地區(qū)電網(wǎng)的電壓序列則為：750/330/110/35/10/0.38KV 變電所 （一）變電所的作用 變電所是電力系統(tǒng)中變換電壓、接受和分配電能、控制電力 流向、調(diào)整電壓的電力設(shè)施，它是連接發(fā)電廠、電力網(wǎng)和電 力用戶的中間環(huán)節(jié)，同時(shí)通過變壓器將各種不同電壓級(jí)別的 電網(wǎng)聯(lián)系起來； 變電所 （二）變電所的種類 變電所按其用途可分為： （

7、1）升壓變電所：這種變電所通常都建在發(fā)電廠，通過升壓 變壓器把發(fā)電機(jī)輸出電能的電壓升高，從而把電力送到較遠(yuǎn) 的用電地區(qū)； （2）區(qū)域變電所和樞紐變電所：區(qū)域變電所是向數(shù)個(gè)地區(qū)或 大型城市供電的變電所，它的高壓側(cè)電壓為電網(wǎng)的最高電壓 （220KV-500KV），低壓側(cè)為35KV-220KV；樞紐變電所是 匯集多個(gè)電源和輸電主干線的重要變電所，高低側(cè)電壓的情 況與區(qū)域變電所相同；幾個(gè)樞紐變電所和若干輸電主干線組 成了電力主網(wǎng)的骨架，并作為下一級(jí)電網(wǎng)的主要電源； （3）地區(qū)變電所和用戶變電所：地區(qū)變電所是向一個(gè)地區(qū)或 大、中城市供電的變電所，它通常從110KV-220KV的電網(wǎng)受 變電所 電，低壓側(cè)

8、電壓為6-35KV；地區(qū)變電所以受電為主，降壓后 向電力用戶供電；用戶變電所高壓側(cè)電壓為10-35KV，低壓 側(cè)電壓即為用電設(shè)備電壓，在我國為380/220V； 變電所按其結(jié)構(gòu)形式可分為： （1）屋外變電所：除儀表、繼電器、直流電源等設(shè)備放在室 內(nèi)外，變壓器、開關(guān)等主要設(shè)備都放在屋外的變電所；具有 建筑面積小、建設(shè)費(fèi)用低、占地面積大等特點(diǎn)；我國大多數(shù) 電壓較高的變電所均為屋外變電所； （2）屋內(nèi)變電所：主要設(shè)備均放在屋內(nèi)的變電所；這種變電 所只適用于市內(nèi)居民密集的地區(qū)，或海岸、鹽湖、化工廠等 空氣污穢的地區(qū)；屋內(nèi)變電所的電壓一般不超過110KV； （3）地下變電所：城市電網(wǎng)的高壓地下變電所；向

9、地鐵牽引 供電的地下牽引變電所；向賓館、體育場、寫字樓等大型建 筑物供電的專用地下用戶變電所； （4）移動(dòng)式變電所：移動(dòng)式變電所的設(shè)備安裝在車輛上，供 臨時(shí)或短期用電場所的需要； 變電所 變電所的電壓通常以變壓器的高壓側(cè)電壓來表示，例如： 110KV變電所、220KV變電所等； （三）變電所的設(shè)備 變電所內(nèi)同電力系統(tǒng)連接的變壓器稱為主變壓器，專供所內(nèi) 自用電源的變壓器稱為所用變壓器；主變壓器的總?cè)萘烤褪?變電所的容量；變電所的設(shè)備還有：開閉電路的開關(guān)設(shè)備， 匯集電流的母線，計(jì)量、控制用的互感器，儀表、繼電保護(hù) 裝置，防雷設(shè)備，通信、調(diào)度設(shè)備和所用電源裝置等，此外 還有屋外構(gòu)架、控制室等建筑；為

10、了保證電壓質(zhì)量，有的變 電所還需要電力電容器、調(diào)相機(jī)等無功補(bǔ)償裝置； 變壓器的種類按相數(shù)可以分為： （1）單相變壓器：重量輕，便于運(yùn)輸，三臺(tái)連接組成三相； 需要備用時(shí)，只設(shè)一臺(tái)即可；在容量相同時(shí)，用三臺(tái)單相變 壓器比一臺(tái)三相變壓器投資大、材料消耗多； （2）三相變壓器：一臺(tái)有三相，材料省、造價(jià)低、損耗小； 變電所 目前普遍采用三相變壓器，只有在大容量變壓器運(yùn)輸困難時(shí)， 才采用由三臺(tái)單相變壓器連接成的變壓器組； 變壓器按其改變電壓值的作用，還可分為升壓變壓器和降壓 變壓器； 互感器：為了監(jiān)視和控制設(shè)備的運(yùn)行情況，分析和統(tǒng)計(jì)生產(chǎn) 指標(biāo)、計(jì)量電能量，保證變電所的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和電能質(zhì)量， 變電所需要裝

11、設(shè)測量儀表（如：電流表、電壓表和功率表） 及繼電保護(hù)裝置等；這些儀表和繼電保護(hù)裝置不可能直接接 到大電流和高電壓的母線和電器設(shè)備上，為此需要裝設(shè)電壓 互感器和電流互感器，把高電壓、大電流按規(guī)定比例變成可 與儀表、繼電器相連接的低電壓、小電流； 開關(guān)設(shè)備：開關(guān)設(shè)備包括斷路器、隔離開關(guān)等，都是用于合 上或斷開電路的設(shè)備； 變電所 母線、屋外構(gòu)架及防雷設(shè)施 （1）變電所的母線起集中電力和分配電力的作用，變壓器和 變電所的多回進(jìn)、出線的開關(guān)設(shè)備均與母線連接； （2） 屋外構(gòu)架除用于安裝母線外，往往還用于安裝隔離開 關(guān)、高壓熔斷器等電氣設(shè)備； （3）變電所的防雷設(shè)施主要有避雷器和避雷針； （4）根據(jù)變電

12、所的規(guī)模和供電要求來確定采用哪一種主接線 方式；變電所常用的電器主接線有：單母線（母線、斷路器 任一檢修/斷開時(shí)變電所都不能繼續(xù)供電）、單母線加旁路母 線（斷路器檢修/斷開時(shí)變電所能夠繼續(xù)供電）、雙母線加旁 路母線（母線、斷路器檢修/斷開時(shí)變電所能夠繼續(xù)供電）； 組合電器：組合電器是將斷路器、高壓熔斷器、電流互感器、 電壓互感器、隔離開關(guān)、母線接地開關(guān)、避雷器等電氣設(shè)備 和母線，按照變電所電氣主接線的要求組合在一起，承擔(dān)電 能傳輸和切換任務(wù)的整體成套設(shè)備；目前組合電器中氣體絕 緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（GIS）在中高壓電網(wǎng)和城市配電網(wǎng)中 變電所 應(yīng)用的十分廣泛；組合電器能簡化變電所的接線，縮小變電

13、所的占地面積，減少現(xiàn)場安裝工作，事故率也相應(yīng)減少； 配電電氣設(shè)備：配電電氣設(shè)備是指那些在配電網(wǎng)上使用的電 氣設(shè)備，包括配電變壓器、負(fù)荷開關(guān)、高壓熔斷器、柱上斷 路器、柱上隔離開關(guān)、分段器、環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜和自動(dòng)重合器等； 無功補(bǔ)償裝置：連接在電網(wǎng)上，向電網(wǎng)注入或從電網(wǎng)吸收無 功功率的裝置，稱之為無功補(bǔ)償裝置；由于電網(wǎng)上有很多電 氣設(shè)備，包括變壓器、電動(dòng)機(jī)等都需要感性無功功率，這些 無功功率均需要發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的無功功率通過輸電線路輸送來 滿足其需求，但輸電線路在輸送無功功率的過程中要引起電 力損耗，因此裝設(shè)無功補(bǔ)償設(shè)備的目的就是要減少線路損耗 和提高功率因數(shù)，功率因數(shù)提高了就可以相應(yīng)的提高輸電線 路輸送

14、有功功率的能力和電力的利用率； 架空電力線路 （一）架空電力線路概述？ 架空電力線路的作用是輸送電力， 它把發(fā)電廠、變電所和用戶連接 起來，構(gòu)成輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)；由 于它用以傳導(dǎo)電流的導(dǎo)線是用絕 緣子和金具架設(shè)在桿塔上的，故 稱架空線路或架空電力線路；目 前高壓輸電和鄉(xiāng)村配電線路大多 采用架空線路； （二）架空線路的構(gòu)成？ 架空線路一般由導(dǎo)線、絕緣子、 金具、桿塔及其基礎(chǔ)、避雷線和 接地裝置等構(gòu)成； 導(dǎo)線的主要作用是傳導(dǎo)電流，它 是線路的基本組成部分；一般來 說架空輸電線路選用強(qiáng)度較高的 導(dǎo)線，如：鋼芯鋁絞線；而配電 架空電力線路 線路則可選用鋁絞線；重冰區(qū)或大跨越線路可選用鋼芯鋁合 金絞線；

15、避雷線的主要作用是保護(hù)導(dǎo)線，防御雷直接擊落在導(dǎo)線上； 接地裝置是為了連接避雷線和土壤，以便把雷電流引入地下； 導(dǎo)線在傳導(dǎo)電流時(shí)，應(yīng)保持三相之間互相絕緣，并對(duì)地絕緣， 因此需要絕緣子； 金具是用來連接導(dǎo)線和絕緣子，并把它們安裝于桿塔上的金 屬附件； 桿塔是為了架設(shè)導(dǎo)線，以使導(dǎo)線對(duì)地及其三相之間均有一定 距離； 電力電纜線路 （一）電力電纜線路概述 采用電纜輸送電力的輸電和配電線路，稱為電力電纜 線路；電力電纜線路多建在城市中； （二）電力電纜線路的構(gòu)成 電力電纜線路主要由電纜本體、電纜接頭、電纜終端 等組成； （三）電力電纜的分類 電力電纜是由外包絕緣層的導(dǎo)線所構(gòu)成的，可分為： 油浸紙絕緣電纜（

16、主要應(yīng)用于20世紀(jì)50年代前）、擠 包絕緣電纜（已經(jīng)取代了油浸紙絕緣電纜）、壓力電 纜（主要應(yīng)用于63KV及以上電壓等級(jí)的電纜線路）、 光纖復(fù)合電纜（將光纖與電力電纜復(fù)合在一起進(jìn)行鋪 設(shè)和運(yùn)行，取代分別鋪設(shè)光纜與電纜，具有經(jīng)濟(jì)實(shí)用 等特點(diǎn)，尤其適合海底鋪設(shè)） 電力電纜線路 （四）配電架空電纜線路 配電線路中懸掛在戶外電線桿或建筑物墻上的電力電纜線路， 稱為配電架空電纜線路； 配電架空電纜線路的特點(diǎn)是安全可靠，在戶外架設(shè)不受風(fēng)、 雨、雪等自然條件的影響，能確保安全可靠供電； 直流輸電 （一）直流輸電概述 直流輸電的基本原理如圖5-39所示，它包括兩個(gè)換流站和直 流輸電線路，以及兩端交流系統(tǒng)I和；

17、當(dāng)交流系統(tǒng)I向交流 系統(tǒng)供電時(shí)，換流站1（整流站）運(yùn)行于整流狀態(tài)，把交流 系統(tǒng)I送來的三相交流電變換成直流，經(jīng)直流輸電線路送到換 流站2，此時(shí)換流站2（逆變站）運(yùn)行于逆變狀態(tài)，把直流電 變換成三相交流電送入交流系統(tǒng)； 直流輸電 （二）直流輸電的特點(diǎn) 直流輸電的主要特點(diǎn)有： （1）直流架空線路結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低、損耗小； （2）用電纜輸送直流電時(shí)，其耐受直流電壓的能力比交流電 壓越高3倍左右，同時(shí)在直流電壓作用下，電纜無電容電流， 因此可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離電纜送電，并且直流電纜輸送容量大，造 價(jià)低，不容易老化，壽命長； （3）采用直流輸電可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)間的非同步互聯(lián)，增強(qiáng)了各電 網(wǎng)的獨(dú)立性和可靠性； （4）直

18、流輸電本身無交流輸電的穩(wěn)定問題； （5）直流輸電換流站比交流變電所增加了換流裝置及相關(guān)的 配套設(shè)備； 直流輸電 （三）直流輸電的應(yīng)用 直流輸電的應(yīng)用可分為兩大類型： （1）采用交流輸電在技術(shù)上有困難或不可能時(shí)；這種應(yīng)用包 括：不同頻率電網(wǎng)之間的聯(lián)網(wǎng)、長距離電纜送電采用交流因 電容電流太大而無法實(shí)現(xiàn)時(shí)等情況； （2）在技術(shù)上采用交流輸電和直流輸電均能實(shí)現(xiàn)，但采用直 流輸電技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能比交流輸電好；這種應(yīng)用包括：大城市 地下電纜輸電；遠(yuǎn)距離海底電纜輸電； 由于直流輸電線路只有兩根導(dǎo)線，因此其線路造價(jià)要比交流 輸電線路低很多，但直流輸電系統(tǒng)的換流站造價(jià)要比交流變 電所高很多； 靈活交流輸電系統(tǒng) （一）靈活交流輸電概述 靈活交流輸電系統(tǒng)（Flexible AC Transmission Systems） 又稱柔性交流輸電系統(tǒng)，英文簡稱FACTS，它將電力電子技術(shù) 應(yīng)用于交