第1章電力系統(tǒng)的基本概念(夏世威)

2023/2/21電力系統(tǒng)的基本概念夏世威華北電力大學(xué)2016-03-282023/2/22我國(guó)電力工業(yè)的發(fā)展簡(jiǎn)史20世紀(jì)50年代為城市電網(wǎng)的發(fā)展階段60年代逐漸形成省網(wǎng)70～90年代為區(qū)域電網(wǎng)發(fā)展階段90年代到21世紀(jì)前10年為大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)階段21世紀(jì)二三十年代形成全國(guó)統(tǒng)一、堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)2023/2/23我國(guó)電力工業(yè)的歷史時(shí)刻1954年我國(guó)自行設(shè)計(jì)的第一回220kV松（豐滿水電站）-東（虎石臺(tái)變電站）-李（李石寨變電站）建成投入運(yùn)行，全長(zhǎng)369.25公里；1972年建成第一回330kV線路，經(jīng)甘肅泰安變電站到陜西關(guān)中湯峪變電站，全長(zhǎng)524公里；1981年建成第一回500kV線路（平頂山-武漢）由河南姚孟電廠經(jīng)雙河向武漢送電，全長(zhǎng)595公里；1989年建成第一回±500kV直流輸電線路，由葛洲壩到上海，實(shí)現(xiàn)了華中電網(wǎng)與華東電網(wǎng)的互聯(lián)。2023/2/24各大區(qū)主干輸電網(wǎng)輸電電壓500/220/110kV用于多數(shù)電網(wǎng)330/（220）/110kV僅用于西北電網(wǎng)。2023/2/25廠網(wǎng)分開打破壟斷

中國(guó)國(guó)家電力公司拆分重組成11家國(guó)家電網(wǎng)公司中國(guó)南方電網(wǎng)有限公司中國(guó)華能集團(tuán)公司中國(guó)大唐集團(tuán)公司中國(guó)華電集團(tuán)公司中國(guó)國(guó)電集團(tuán)公司中國(guó)電力投資集團(tuán)公司中國(guó)電力工程顧問集團(tuán)公司中國(guó)水電工程顧問集團(tuán)公司中國(guó)水利水電建設(shè)集團(tuán)公司中國(guó)葛洲壩集團(tuán)公司國(guó)家電力監(jiān)管委員會(huì)4家輔業(yè)公司5家發(fā)電公司2家電網(wǎng)公司2023/2/26我國(guó)電力工業(yè)的發(fā)展方針繼續(xù)發(fā)展燃煤發(fā)電廠，提高能源效率，減少環(huán)境的污染；加速水利資源的開發(fā)和水電廠的建設(shè)；發(fā)展核電技術(shù)，適度發(fā)展核電廠；因地制宜開發(fā)利用可再生能源發(fā)電；加速建設(shè)輸、變、配電工程和電力系統(tǒng)。發(fā)展科學(xué)技術(shù)，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行管理水平2023/2/27能源與電力系統(tǒng)什么是能源？能：能量，是物質(zhì)的一種形態(tài)。既不能制造也不能消滅，只能從一種形態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種形態(tài)。遵守能量守恒定律。能源：能量的來(lái)源?？赡苁且环N物質(zhì)，也可能是一種過(guò)程。能源的分類有好幾種分類方式2023/2/28能源的分類按照一次能源二次能源分類一次能源：自然界現(xiàn)成存在的二次能源：由一次能源經(jīng)過(guò)加工轉(zhuǎn)換的按照常規(guī)能源與新能源分類常規(guī)能源：已經(jīng)被廣泛應(yīng)用的能源新能源：應(yīng)用新技術(shù)開發(fā)的能源按可再生性分類可再生能源：自然界中可以再生，并且可以有規(guī)律的得到補(bǔ)充的能源不可再生能源：短期內(nèi)無(wú)法恢復(fù)的能源，隨著不斷開采有枯竭之時(shí)按能源本身的性質(zhì)分類含能體能源：本身可以存儲(chǔ)過(guò)程性能源：無(wú)法直接地大量存儲(chǔ)2023/2/29能源的分類一次能源常規(guī)能源再生性能源水能非再生性能源煤、石油、天然氣、核裂變物質(zhì)新能源再生性能源太陽(yáng)能、風(fēng)能、海洋能、地?zé)崮芊窃偕阅茉春司圩兾镔|(zhì)二次能源電力、焦炭、煤氣、汽油、煤油、柴油、重油、氫能、沼氣、酒精、蒸汽、熱水等2023/2/210電力系統(tǒng)中電源的構(gòu)成電源：生產(chǎn)電能的環(huán)節(jié)電能是什么？從何而來(lái)？二次能源發(fā)電廠是能量轉(zhuǎn)換站：擔(dān)負(fù)著把不同種類的一次能源轉(zhuǎn)換成電能的任務(wù)發(fā)電廠根據(jù)使用的一次能源的不同被分成許多類型2023/2/211發(fā)電廠的類型常規(guī)能源發(fā)電火力發(fā)電廠√

水力發(fā)電廠√主要發(fā)電形式核能電廠√新能源發(fā)電地?zé)犭姀S、潮汐電廠、風(fēng)力發(fā)電廠、太陽(yáng)能電站、海洋能發(fā)電、磁流體發(fā)電、氫能發(fā)電、核聚變發(fā)電2023/2/212火力發(fā)電廠火電廠：是將煤、石油、天然氣或其他燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的工廠?；痣姀S種類多按容量大小分：大型、中型、小型電廠按燃料種類分：燃煤、燃油、燃?xì)怆姀S按原動(dòng)機(jī)不同分：蒸汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)電廠按供出的能量分：凝氣式、熱電聯(lián)產(chǎn)電廠按機(jī)組的熱力參數(shù)高低分：低壓、中壓、高溫高壓、超高壓、亞臨界、超臨界電廠2023/2/213火電廠的生產(chǎn)過(guò)程火電廠的組成三大主機(jī)（鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)）輔助設(shè)備電能生產(chǎn)基本過(guò)程燃料的化學(xué)能->熱能->機(jī)械能->電能以凝汽式火力發(fā)電廠生產(chǎn)過(guò)程為例來(lái)介紹火電廠的生產(chǎn)過(guò)程2023/2/214原煤：煤礦->原煤場(chǎng)->輸煤皮帶把原煤磨成很細(xì)的粉由排粉機(jī)抽出，隨同空氣送入鍋爐的燃燒室燃燒放出的熱量一部分被水冷壁吸收一部分加熱過(guò)熱器和再熱器中的蒸汽余下的熱量被煙氣攜帶穿過(guò)省煤器、空氣預(yù)熱器逐漸傳遞給這兩個(gè)設(shè)備內(nèi)的水和空氣煙氣經(jīng)過(guò)除塵器凈化處理，由引風(fēng)機(jī)導(dǎo)入煙囪爐膛下部渣斗內(nèi)的灰渣和除塵器收集到的細(xì)灰，由灰渣泵加壓，經(jīng)管道輸送到儲(chǔ)灰場(chǎng)助燃空氣入口由送風(fēng)機(jī)送入空氣預(yù)熱器中加熱大部分送入燃燒室參與助燃小部分送往磨煤機(jī)作為干燥和運(yùn)送煤粉的介質(zhì)凈化后的水先經(jīng)過(guò)省煤器預(yù)熱，繼而進(jìn)入汽包汽包內(nèi)的經(jīng)水冷壁管中吸收燃燒室的熱能后蒸發(fā)成蒸汽上升，再次進(jìn)入汽包，由汽包內(nèi)的汽水分離裝置將汽、水分離分離出的水回到水冷壁管繼續(xù)加熱分離出的蒸汽通過(guò)過(guò)熱器再次加熱，變成高溫高壓的過(guò)熱蒸汽經(jīng)過(guò)主蒸汽管道送入汽輪機(jī)高壓缸膨脹做功，推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能做完功的蒸汽在凝汽機(jī)中被冷卻凝結(jié)成水凝結(jié)水經(jīng)過(guò)凝結(jié)水泵加壓經(jīng)過(guò)低壓加熱器升溫再經(jīng)過(guò)除氧器加熱并除去水中的氧氣再由給水泵加壓經(jīng)過(guò)高壓加熱器加熱再經(jīng)過(guò)省煤器，不斷給水吸熱升溫，又進(jìn)入汽包2023/2/2152023/2/216原煤：煤礦->原煤場(chǎng)->輸煤皮帶把原煤磨成很細(xì)的粉由排粉機(jī)抽出，隨同空氣送入鍋爐的燃燒室燃燒放出的熱量一部分被水冷壁吸收一部分加熱過(guò)熱器和再熱器中的蒸汽余下的熱量被煙氣攜帶穿過(guò)省煤器、空氣預(yù)熱器逐漸傳遞給這兩個(gè)設(shè)備內(nèi)的水和空氣煙氣經(jīng)過(guò)除塵器凈化處理，由引風(fēng)機(jī)導(dǎo)入煙囪爐膛下部渣斗內(nèi)的灰渣和除塵器收集到的細(xì)灰，由灰渣泵加壓，經(jīng)管道輸送到儲(chǔ)灰場(chǎng)2023/2/217凈化后的水先經(jīng)過(guò)省煤氣預(yù)熱，繼而進(jìn)入汽包汽包內(nèi)的經(jīng)水冷壁管中吸收燃燒室的熱能后蒸發(fā)成蒸汽上升，再次進(jìn)入汽包，由汽包內(nèi)的汽水分離裝置將汽、水分離分離出的水回到水冷壁管繼續(xù)加熱分離出的蒸汽通過(guò)過(guò)熱器再次加熱，變成高溫高壓的過(guò)熱蒸汽經(jīng)過(guò)主蒸汽管道送入汽輪機(jī)高壓缸膨脹做功，推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能做完功的蒸汽在凝汽機(jī)中被冷卻凝結(jié)成水凝結(jié)水經(jīng)過(guò)凝結(jié)水泵加壓經(jīng)過(guò)低壓加熱器升溫再經(jīng)過(guò)除氧器加熱并除去水中的氧氣再由給水泵加壓經(jīng)過(guò)高壓加熱器加熱再經(jīng)過(guò)省煤器，不斷給水吸熱升溫，又進(jìn)入汽包2023/2/218助燃空氣入口由送風(fēng)機(jī)送入空氣預(yù)熱器中加熱大部分送入燃燒室參與助燃小部分送往磨煤機(jī)作為干燥和運(yùn)送煤粉的介質(zhì)2023/2/219火力發(fā)電廠汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，在發(fā)電機(jī)中把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能經(jīng)過(guò)升壓變壓器送入高壓電力網(wǎng)蒸汽式火力發(fā)電廠中，由于做過(guò)功的蒸汽（排氣）中仍含有熱量，被凝結(jié)成水時(shí)有熱損失，這種電廠效率不高，汽損失占燃煤總發(fā)熱量的42%以上。熱電聯(lián)產(chǎn)電廠的余熱得到充分利用后，熱效率可達(dá)到60-70%，但是受熱負(fù)荷等條件的限制，建熱電廠的數(shù)量有限。2023/2/220水力發(fā)電廠水能不僅廉價(jià)，又是一種用之不竭的可再生能源水電廠的發(fā)電容量P與河流上下游的水位差H和流量Q成正比：P=9.81ηQH因此要充分利用水能，用盡可能大的落差來(lái)利用水能發(fā)電水電廠的開發(fā)方式分為：堤壩式、引水式和混合式由水電的利用方式，還有兩種比較特殊的形式，一種是梯級(jí)電廠，一種是抽水畜能電廠2023/2/221堤壩式水電廠壩后式建在河水中上游山區(qū)峽谷地段。單獨(dú)筑壩，壩身高，水位高，廠房建在壩后，不承受水壓。特點(diǎn)：形成蓄水庫(kù)，以調(diào)節(jié)流量，引用流量大，電站規(guī)模大，綜合效益高。代表：三門峽、劉家峽、白山、丹江口水電站河床式適用于平原上河床平緩地區(qū)，落差小，廠房和壩建在一起，構(gòu)成攔河建筑物的一個(gè)組成部分。廠房承受上游水的壓力，起擋水作用。

特點(diǎn)：水頭低（小于30～40米）；擋水建筑物長(zhǎng)。代表：葛洲壩、西津水電廠

2023/2/222引水式水電廠建筑特征：在河流上游，當(dāng)河床坡度較大時(shí)，可以借助坡降較小的引水道（修建隧洞和渠道）引水，用以集中水頭，以獲取最大落差。特點(diǎn)：水頭較高（最高為1020米），流量小，無(wú)蓄水池調(diào)節(jié)流量；綜合利用價(jià)值低，電站規(guī)模也較小。分為有壓引水式和無(wú)壓引水式2023/2/223梯級(jí)電廠根據(jù)河流條件將河流分成若干段，每段各自建立水電廠，上游的水發(fā)電后放入下游，供下游各級(jí)電廠繼續(xù)利用發(fā)電。2023/2/224抽水畜能式水電廠具有高位和低位兩個(gè)水池和引水建筑物，配用可逆式水輪發(fā)電機(jī)組。當(dāng)電力系統(tǒng)負(fù)荷處于低谷時(shí)，利用多余電力，以水泵方式將低水位水池的水抽到高水位。當(dāng)負(fù)荷處于高峰時(shí)，機(jī)組改為水輪發(fā)電機(jī)方式運(yùn)行，由高水位水池的水發(fā)電。由于能量轉(zhuǎn)換中的損耗，大體上用4kWh的廉價(jià)低谷電抽水，能發(fā)出3kWh的高價(jià)峰荷時(shí)的電能。2023/2/225抽水蓄能電廠負(fù)荷低谷（或豐水期）——蓄水高峰負(fù)荷（或枯水期）——發(fā)電

雙重身份?。?！

尤其適合電力市場(chǎng)環(huán)境2023/2/226抽水畜能水電廠的作用調(diào)峰響應(yīng)負(fù)荷變動(dòng)能力強(qiáng)調(diào)頻

機(jī)組反應(yīng)速度快，有功調(diào)節(jié)能力強(qiáng)備用停機(jī)到滿負(fù)荷1-2min填谷獨(dú)具的特色調(diào)相改善電壓質(zhì)量2023/2/227水電廠生產(chǎn)過(guò)程在天然河流上構(gòu)筑堤壩，太高水位，形成水庫(kù)。上游水庫(kù)中的水經(jīng)進(jìn)水口，壓力水管進(jìn)入水輪機(jī)蝸殼，沖動(dòng)水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)同軸的發(fā)電機(jī)發(fā)出電力。做功后的尾水，經(jīng)尾水管流至下游河道。能量轉(zhuǎn)換過(guò)程：水勢(shì)能->機(jī)械能->電能2023/2/228三峽電站介紹26臺(tái)700MW的水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量18200MW。三峽電站分為左岸和右岸電站，左、右岸電站又各分為兩個(gè)電廠。其中，左一電廠裝機(jī)8臺(tái)，出線5回；左二電廠裝機(jī)6臺(tái)，出線3回；右一、右二電廠裝機(jī)均為6臺(tái)，出線分別為4回和3回。2023/2/229三峽電力外送三大主要通道中通道-------在華中四省建500千伏交流輸電線路4970公里，鄂豫間兩回，鄂湘間兩回，鄂贛間一回，變電容量1350萬(wàn)千伏安（其中湖北境內(nèi)的500千伏線路2630公里，變電容量525萬(wàn)千伏安）；設(shè)計(jì)輸電能力900萬(wàn)千瓦。

東通道-------除利用現(xiàn)有的葛洲壩至上海直流線路輸電120萬(wàn)千瓦外，2002年前建成第二回東送500千伏直流輸電線路和湖北宜昌、江蘇常州換流站，額定容量300萬(wàn)千瓦；2008年再建成第三回送上海的直流線路，增加容量300萬(wàn)千瓦。同時(shí)，在華東地區(qū)配套建設(shè)500千伏交流輸電線路850公里，變電容量850千伏安。

南通道-------已經(jīng)建成一條973公里的500千伏直流輸電線路和湖北荊州、廣東惠州兩個(gè)換流站，送電能力為300萬(wàn)千瓦。2023/2/230水電廠的優(yōu)缺點(diǎn)水電廠的優(yōu)點(diǎn)：成本低、無(wú)污染、運(yùn)行方式靈活；可發(fā)電、防洪、灌溉、航運(yùn)等綜合利用水利資源。水電廠的缺點(diǎn)：一次投資大、建設(shè)周期長(zhǎng)、淹沒土地、拆遷、運(yùn)行方式受水文氣象影響大。2023/2/231我國(guó)主要的大型水電廠

白山（松花江）、水口（閔江）、五強(qiáng)溪（沅水）、葛洲壩（長(zhǎng)江）、三峽（長(zhǎng)江）、隔河巖（清江）、廣州抽水蓄能（流溪河支流）、鹽灘（紅水河）、

二灘（雅礱江）、天生橋（南盤江）、漫灣（瀾滄江）、劉家峽（黃河）、龍羊峽、李家峽、小浪底、龔咀（大渡河）2023/2/232核電廠秦山核電站及廣東大亞灣核電站的相繼建成投產(chǎn)，標(biāo)志著我國(guó)在核能利用的道路上邁出了新的一步。核能對(duì)于改善我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)，減少環(huán)境污染，特別是緩解我國(guó)缺乏常規(guī)能源的東部沿海地區(qū)的電力供應(yīng)，將發(fā)揮越來(lái)越大的作用。一公斤標(biāo)準(zhǔn)煤含熱量3×104J，一公斤鈾235裂變產(chǎn)生熱能7.95×1010J，相當(dāng)2700噸煤。2023/2/233核能的獲得途徑核裂變例如：鈾235的裂變、鈾238的裂變、钚239的裂變核聚變例如：氦的聚合

使用不同的輕元素的原子核進(jìn)行聚合，形成一個(gè)新的原子核。在聚合過(guò)程中要放出所謂聚合能。這一過(guò)程是否能夠用于發(fā)電尚在研究之中。

帶有一定能量的中子撞擊重金屬元素的核，核吸收中子之后變?yōu)榫哂屑ぐl(fā)能的復(fù)合核。激發(fā)能使復(fù)合核中的靜電斥力大于核吸引力時(shí)，原子核就產(chǎn)生分裂，此時(shí)要放出裂變能，產(chǎn)生2至3個(gè)新中子，并放出射線。如果產(chǎn)生的新中子至少有一個(gè)再能引起其它核也發(fā)生裂變，裂變就能持續(xù)進(jìn)行，形成所謂鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。裂變過(guò)程中放出的裂變能就是可利用的核能。2023/2/234核能的獲得途徑核裂變例如：鈾235的裂變、鈾238的裂變、钚239的裂變

帶有一定能量的中子撞擊重金屬元素的核，核吸收中子之后變?yōu)榫哂屑ぐl(fā)能的復(fù)合核。激發(fā)能使復(fù)合核中的靜電斥力大于核吸引力時(shí)，原子核就產(chǎn)生分裂，此時(shí)要放出裂變能，產(chǎn)生2至3個(gè)新中子，并放出射線。如果產(chǎn)生的新中子至少有一個(gè)再能引起其它核也發(fā)生裂變，裂變就能持續(xù)進(jìn)行，形成所謂鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。裂變過(guò)程中放出的裂變能就是可利用的核能。2023/2/235核能的獲得途徑核聚變例如：氦的聚合

使用不同的輕元素的原子核進(jìn)行聚合，形成一個(gè)新的原子核。在聚合過(guò)程中要放出所謂聚合能。這一過(guò)程是否能夠用于發(fā)電尚在研究之中。2023/2/236核電站的生產(chǎn)過(guò)程反應(yīng)堆是核電廠的核心，它是一個(gè)可以被控制的裂變裝置。水在反應(yīng)堆內(nèi)被加熱后，沸騰并蒸發(fā)成壓力是6.68×106～7.85×106Pa，溫度是280℃～290℃的蒸汽，經(jīng)過(guò)管道直接送入汽輪機(jī)做功。做功之后的乏汽在凝結(jié)器中冷卻成水后，再用水泵送回反應(yīng)堆。電能產(chǎn)生過(guò)程：核裂變能->熱能->機(jī)械能->電能2023/2/237反應(yīng)堆分類沸水堆----利用沸騰水作為慢化劑，采用單回路系統(tǒng)，使汽輪機(jī)等設(shè)備有受放射性污染的可能。壓水堆----用有壓力的水作為慢化劑和冷卻劑，采用蒸汽發(fā)生器，形成兩個(gè)獨(dú)立的循環(huán)系統(tǒng)，即水循環(huán)系統(tǒng)和蒸汽循環(huán)系統(tǒng)，可防止蒸汽受放射性污染。壓水堆沸水堆2023/2/238核電廠的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省煤、石油和天然氣、節(jié)省燃料的運(yùn)輸費(fèi)、反應(yīng)堆不需要空氣助燃，可建在地下水下和高山頂上。缺點(diǎn)：目前的建設(shè)投資比火電廠和水電站大。2023/2/239電力系統(tǒng)的概念電力網(wǎng)、電力系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)的關(guān)系？現(xiàn)代電力系統(tǒng)的特點(diǎn)？電力系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)？2023/2/240電力工業(yè)的構(gòu)成2023/2/241系統(tǒng)劃分發(fā)電機(jī)變壓器輸電線負(fù)荷生產(chǎn)電能傳輸和分配電能消耗電能原動(dòng)機(jī)電力網(wǎng)電力系統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)2023/2/242系統(tǒng)劃分電力網(wǎng)：由變電所和不同電壓等級(jí)輸電線路組成的網(wǎng)絡(luò)。電力系統(tǒng)：由發(fā)電設(shè)備、輸電設(shè)備和用電設(shè)備組成的網(wǎng)絡(luò)。動(dòng)力系統(tǒng)：在電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，把發(fā)電廠的動(dòng)力部分包含在內(nèi)的系統(tǒng)。2023/2/243電力系統(tǒng)的基本概念電能的生產(chǎn)：火電、水電和核電、各種新能源電能的傳輸：交流架空線路或電纜及直流輸電電能的變換和分配：變電站電能的使用：各種形式的負(fù)荷將電能轉(zhuǎn)換成其他形式的能源。2023/2/244變電站樞紐變電站：位于電力系統(tǒng)的樞紐點(diǎn)，高壓側(cè)電壓為330或500kV，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，全所停電將引起整個(gè)電力系統(tǒng)解裂，甚至部分系統(tǒng)癱瘓。中間變電站：以交換潮流或使長(zhǎng)距離輸電線路分段為主，同時(shí)降低電壓給所在區(qū)域負(fù)荷供電。一般匯集2-3個(gè)電源，電壓為220-330kV，全所停電將引起區(qū)域電力網(wǎng)解裂。城區(qū)變電站：為一個(gè)區(qū)域或城市的主要變電所，以向地區(qū)或城市用戶供電為主，高壓側(cè)一般為110-220kV，全所停電后將使該地區(qū)中斷供電。終端變電站：在輸電線路的終端，連接負(fù)荷點(diǎn)，直接向用戶供電，高壓側(cè)電壓為110kV，全所停電將使用戶中斷供電。2023/2/245現(xiàn)代電力系統(tǒng)的一般特點(diǎn)大機(jī)組、大電網(wǎng)、高電壓、高度自動(dòng)化電力系統(tǒng)是人類有史以來(lái)建造的最大的機(jī)器！ThePowerSystemIsTheBiggestMachineHumanHaveEverMade!2023/2/246電力網(wǎng)地方電網(wǎng)：電壓35kV及以下，供電半徑在20~50km以內(nèi)，如企業(yè)、工礦和農(nóng)村鄉(xiāng)鎮(zhèn)配電網(wǎng)區(qū)域電力網(wǎng)：電壓在35kV以上，供電半徑超過(guò)50km，聯(lián)系較多發(fā)電廠，如電壓在110~220kV的網(wǎng)絡(luò)超高壓遠(yuǎn)距離輸電網(wǎng)：電壓等級(jí)為330~500kV，由遠(yuǎn)距離輸電線路連接而成，主要任務(wù)把遠(yuǎn)處發(fā)電廠生產(chǎn)的電能輸送到負(fù)荷中心，同時(shí)聯(lián)系若干區(qū)域電網(wǎng)、跨地區(qū)的大型電力系統(tǒng)，如華東、華中、華北、東北等網(wǎng)絡(luò)。2023/2/247電力系統(tǒng)的基本參量總裝機(jī)容量實(shí)際安裝的發(fā)電機(jī)額定有功總和kWMWGW年發(fā)電量全年實(shí)際發(fā)出電能總和MWhGWhTWh最大負(fù)荷一定時(shí)間內(nèi)的有功最大值額定頻率

50Hz最高電壓等級(jí)最高電壓等級(jí)線路的額定電壓地理結(jié)線圖描述地理位置的連接關(guān)系電氣結(jié)線圖描述電氣連接關(guān)系，詳細(xì)2023/2/248內(nèi)蒙西部電網(wǎng)主網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)電廠500kV變電站110kV變電站220kV變電站2023/2/249京津唐電網(wǎng)圖2023/2/2502023/2/251我國(guó)各電網(wǎng)位置示意圖12023/2/252電力法電網(wǎng)調(diào)度管理?xiàng)l例6303101500網(wǎng)調(diào)省調(diào)地調(diào)縣調(diào)國(guó)調(diào)統(tǒng)一調(diào)度分級(jí)管理2023/2/253調(diào)度控制室2023/2/254三峽華中華東東北華北南方陽(yáng)城國(guó)調(diào)直調(diào)系統(tǒng)示意圖二灘2023/2/2552023/2/256電力系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行的優(yōu)越性減少總備用容量的比重可采用高效率的大容量機(jī)組可充分利用水電廠的水能資源減少總負(fù)荷的峰值提高供電可靠性2023/2/257電力系統(tǒng)運(yùn)行的特點(diǎn)和要求電力系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)：電能不能大量存儲(chǔ)；各環(huán)節(jié)組成的統(tǒng)一整體不可分割過(guò)渡過(guò)程非常迅速（百分之幾秒到十分之幾秒）電力系統(tǒng)的地區(qū)性特點(diǎn)較強(qiáng)對(duì)電能質(zhì)量的要求頗為嚴(yán)格與國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門和人民生活關(guān)系極其密切2023/2/258電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)故障狀態(tài)恢復(fù)狀態(tài)正常狀態(tài)警戒狀態(tài)緊急狀態(tài)預(yù)防控制緊急控制恢復(fù)控制校正控制2023/2/259對(duì)電力系統(tǒng)提出的要求保證供電的可靠性減少停電損失要求元件有足夠的可靠性要求提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性保證良好的供電質(zhì)量電壓、頻率、波形提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性降低能耗2023/2/260電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)和規(guī)定各電力設(shè)備運(yùn)行在標(biāo)準(zhǔn)電壓下時(shí)，它們的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性都將發(fā)揮的最好。要滿足用電設(shè)備對(duì)供電電壓的要求，電力網(wǎng)應(yīng)有自己的額定電壓，并且額定電壓和用電設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)電壓一致。用電設(shè)備一般運(yùn)行其實(shí)際工作電壓偏離額定電壓±5%。2023/2/261電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)電力系統(tǒng)的標(biāo)稱電壓3、6、10、35、60、110、220、330、500、750、1000kV直流±500、±800kV電力系統(tǒng)的最高電壓3.6、7.2、12、40.5、72.5、126、252、363、550、800kV2023/2/262電力系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)電壓電力線路從首端至末端電壓損耗一般為10%通常讓首端電壓高5%末端電壓就低5%用電設(shè)備無(wú)論接在線路上的哪一點(diǎn)，承受的電壓都不會(huì)超過(guò)額定電壓的5%發(fā)電機(jī)總是在電力網(wǎng)首端，因此它的額定電壓比所接電網(wǎng)的額定電壓高5%變壓器一次側(cè)額定電壓等于所接電網(wǎng)的額定電壓二次側(cè)額定電壓比用電器額定電壓高10%(5%)線路的額定電壓取線路首末端電壓的平均值為額定電壓2023/2/263電力系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)電壓2023/2/264電力系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)電壓電力線路從首端至末端電壓損耗一般為10%通常讓首端電壓高5%末端電壓就低5%用電設(shè)備無(wú)論接在線路上的哪一點(diǎn)，承受的電壓都不會(huì)超過(guò)額定電壓的5%2023/2/265電力系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)電壓發(fā)電機(jī)總是在電力網(wǎng)首端，因此它的額定電壓壁所接電網(wǎng)的額定電壓高5%變壓器一次側(cè)額定電壓等于所接電網(wǎng)的額定電壓二次側(cè)額定電壓比用電器額定電壓高10%(5%)線路的額定電壓取線路首末端電壓的平均值為額定電壓2023/2/266變壓器額定電壓升壓變---低壓側(cè)與發(fā)電機(jī)額定電壓相同高壓側(cè)比相應(yīng)系統(tǒng)的標(biāo)稱電壓高10%；降壓器---高壓側(cè)與相應(yīng)系統(tǒng)的標(biāo)稱電壓相同低壓側(cè)比系統(tǒng)標(biāo)稱電壓高5%或10%。2023/2/267標(biāo)稱電壓(kV)輸送輸送功率(KW)輸送距離(Km)0.22架空線小于500.150.22電纜小于1000.20.38架空線1000.250.38電纜1750.353架空線100~10003~16架空線200~200010~36電纜3000小于810架空線200~300020~510電纜5000小于1035架空線2000~1000050~20110架空線10000~50000150~50220架空線100000~500000300~200330架空線200000~1000000200~600500架空線

1000000~1500000300~1000線路輸電距離受電壓等級(jí)影響2023/2/268電力系統(tǒng)的接線形式地理接線圖電氣接線圖2023/2/269電力網(wǎng)的接線無(wú)備用接線方式有備用接線方式用戶電源2023/2/270發(fā)電廠和變電所的電氣主接線電氣主接線（一次接線或電氣主系統(tǒng)）

---由高壓電器通過(guò)連接線，按其功能要求組成的變換電壓等級(jí)、匯集和分配電能的電路。電氣主接線圖

---用規(guī)定的設(shè)備文字和圖形符號(hào)按實(shí)際運(yùn)行原理排列和連接，詳細(xì)表示高壓電氣設(shè)備全部基本組成和連接關(guān)系的單線圖。對(duì)電氣主接線的基本要求

---可靠性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性2023/2/271發(fā)電廠的主要電氣設(shè)備及其功能2023/2/272發(fā)電廠的主要電氣設(shè)備及其功能2023/2/273發(fā)電廠的主要電氣設(shè)備及其功能2023/2/274發(fā)電廠的主要電氣設(shè)備及其功能2023/2/275主要設(shè)備作用發(fā)電機(jī)用來(lái)生產(chǎn)轉(zhuǎn)換電能。變壓器用于變換電能，將低壓電能變?yōu)楦邏阂员爿斔停粚⒏邏弘娔茏優(yōu)榈蛪弘娔芤员闶褂?。斷路器正常運(yùn)行和故障情況下用作斷開或接通電路中的正常工作電流及開斷故障電流。隔離開關(guān)建立明顯的絕緣間隙，轉(zhuǎn)換線路增加線路聯(lián)接的靈活性負(fù)荷開關(guān)只能開斷負(fù)載電流和一定過(guò)載電流熔斷器過(guò)載或短路時(shí)，起到開斷和保護(hù)的作用2023/2/276主要設(shè)備作用母線匯集和分配電能電纜城市、廠站內(nèi)部或附近、穿越江河或海峽時(shí)使用架空線路終端線、聯(lián)絡(luò)線電抗器限制短路電流，維持母線殘壓避雷器保護(hù)電力系統(tǒng)和電氣設(shè)備的絕緣使其不受雷擊所引起的過(guò)電壓而損壞互感器將一次系統(tǒng)的高電壓和大電流轉(zhuǎn)換為二次系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的低電壓和小電流，并使一次系統(tǒng)與二次系統(tǒng)可靠隔離。2023/2/277電氣接線圖2023/2/278電氣主接線的基本接線形式有母線接線單母線接線雙母線接線一臺(tái)半斷路器接線單母線分段/增設(shè)旁路雙母線分段/增設(shè)旁路無(wú)母線接線單元接線擴(kuò)大單元接線橋形接線內(nèi)橋/外橋角形接線三角/四角/五角/六角2023/2/279單母線接線2023/2/280雙母線接線2023/2/281一臺(tái)半斷路器接線2023/2/282無(wú)母線接線2023/2/283無(wú)母線接線2023/2/284無(wú)母線接線2023/2/285各電壓等級(jí)配電裝置接線形式的選擇330500kV超高壓配電裝置連接大容量發(fā)電機(jī)組、主變壓器、超高壓輸電線路，必須具有高度的可靠性，不允許母線故障或母聯(lián)斷路器、分段斷路器拒動(dòng)而導(dǎo)致同時(shí)切除兩臺(tái)以上大型機(jī)組或超高壓線路，也不允許系統(tǒng)穩(wěn)定破壞等大面積停電事故。常用的接線形式：35角形接線、一臺(tái)半斷路器接線、變壓器母線組接線、雙母線四分段接線等。2023/2/286各電壓等級(jí)配電裝置接線形式的選擇6220kV電壓等級(jí)配電裝置發(fā)電廠610kV配電裝置一般采用有母線接線形式，當(dāng)每段母線上所連接的發(fā)電機(jī)容量為12MW時(shí)，一般采用單母線分段或雙母線接線，當(dāng)每段母線上所連接的發(fā)電機(jī)容量為24MW及以上時(shí)，一般采用雙母線分段接線，并裝設(shè)分段電抗器。變電站610kV配電裝置一般采用單母線分段或單母線接線。

2023/2/287各電壓等級(jí)配電裝置接線形式的選擇廠站35220kV配電裝置應(yīng)根據(jù)其在電力系統(tǒng)中的地位和作用、電壓等級(jí)、負(fù)荷狀況、出線回路數(shù)等條件確定。35220kV出線為2回----橋形或多角形接線3560kV出線48回單母線分段接線110220kV出線不超過(guò)4回3560kV出線在8回以上雙母線接線110220kV出線為5回及以上

2023/2/288設(shè)置旁路母線的原則采用單母線分段或雙母線接線的110220kV配電裝置，除斷路器允許停電檢修外，一般設(shè)置旁路母線。當(dāng)220kV出線在5回及以上、110kV出線在7回及以上時(shí)，一般采用有專用旁路斷路器的接線。3560kV配電裝置，610kV配電裝置，一般不設(shè)置旁路母線。2023/2/289設(shè)置旁路母線的原則（續(xù)）當(dāng)電網(wǎng)或用戶不允許停電檢修出線斷路器時(shí)，對(duì)單母線或單母線分段接線的配電裝置也可設(shè)置旁路母線，若采用手車式開關(guān)柜，則均不設(shè)置旁路母線。2023/2/290各類廠站電氣主接線的特點(diǎn)中小型火電廠典型電氣主接線2023/2/291大型凝汽式火電廠電氣主接線圖2023/2/292中等容量水電廠電氣主接線圖2023/2/293大容量水電廠電氣主接線圖2023/2/294典型變電站電氣主接線圖2023/2/295高壓電器設(shè)備斷路器斷開或接通電路中的正常工作電流及故障電流。它是電力系統(tǒng)中重要的操作、控制電氣設(shè)備，它具有完善的熄滅電弧的裝置。負(fù)荷開關(guān)接通與斷開電路中的正常工作電流，具有簡(jiǎn)單的滅弧裝置熔斷器斷開電路中的過(guò)負(fù)荷電流和故障電流，不能進(jìn)行操作2023/2/296高壓電器設(shè)備隔離開關(guān)接通與斷開無(wú)電流或僅有很小電流的電路，在檢修其他設(shè)備時(shí)用來(lái)隔離電源，形成可見間隙，以保證檢修設(shè)備及工作人員的安全。短路器用來(lái)造成人工接地短路，以提高機(jī)電保護(hù)動(dòng)作的靈敏度。在簡(jiǎn)易主接線中保證故障被可靠的切除。本節(jié)主要介紹斷路器設(shè)備2023/2/297電弧的產(chǎn)生和熄滅開關(guān)斷開在具有一定電位的導(dǎo)體電路的一部分上，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)體與絕緣體之間的相互迅速切換。其中間媒介就是電弧。電弧當(dāng)斷路器的動(dòng)、靜觸頭剛剛分開瞬間，如果觸頭兩端電壓不低于10－20V，電流不小于80－100mA就要出現(xiàn)電弧。電弧把分開的觸頭兩端連接起來(lái)，電流仍繼續(xù)流通。只有當(dāng)在極短的時(shí)間內(nèi)使電弧熄滅，電路才算被切斷。2023/2/298電弧產(chǎn)生的物理過(guò)程剛分開時(shí)觸頭間距離很小，電場(chǎng)強(qiáng)度很高，足以從陰極表面拉出電子；自由電子在電場(chǎng)力作用下向陽(yáng)極加速運(yùn)動(dòng)，與中性質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生游離碰撞；中性質(zhì)點(diǎn)被游離成正離子和自由電子，游離碰撞使觸頭間充滿了正、負(fù)離子；在外加電壓作用下使大量電子向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)形成電流，這就是介質(zhì)被擊穿產(chǎn)生的電弧。2023/2/299電弧的維持弧隙間溫度極高，依靠氣體中性質(zhì)點(diǎn)的熱運(yùn)動(dòng)就能積累足夠的能量，使中性質(zhì)點(diǎn)相互碰撞發(fā)生游離，這叫熱游離；在高溫作用下，陰極表面會(huì)向周圍空間發(fā)射電子，稱熱電子發(fā)射；高溫會(huì)使金屬觸頭表面熔化和蒸發(fā)，產(chǎn)生金屬蒸汽，使得熱游離所需溫度大為降低；由于弧隙中總是有一些金屬蒸汽，且弧芯溫度很高，所以熱游離足以維持電弧的存在。2023/2/2100電弧特點(diǎn)在氣體熱游離過(guò)程中，自由電子形成的速度與溫度有密切關(guān)系，它將隨溫度的下降而迅速減小因而電弧的溫度控制是實(shí)現(xiàn)熄弧的主要途徑2023/2/2101弧柱的去游離過(guò)程復(fù)合異號(hào)離子或正離子與電子接近時(shí)相互吸引、接觸而中和成中性質(zhì)點(diǎn)的過(guò)程稱為復(fù)合；復(fù)合與溫度有關(guān)，溫度低，復(fù)合快；復(fù)合與離子密度有關(guān)，壓力高密度大，復(fù)合快。擴(kuò)散帶電質(zhì)點(diǎn)從弧隙中逸出，進(jìn)到周圍介質(zhì)中去的現(xiàn)象成為擴(kuò)散；如果能使電弧氣體作強(qiáng)烈的旋渦運(yùn)動(dòng)，擴(kuò)散將起很大作用；在電弧固體介質(zhì)表面接觸時(shí)，復(fù)合就強(qiáng)烈的增加。2023/2/2102加強(qiáng)去游離的方法

拉長(zhǎng)電弧復(fù)合去游離加快電弧的冷卻加大氣體介質(zhì)的壓力

濃度擴(kuò)散

擴(kuò)散去游離

溫度擴(kuò)散用高速冷氣吹弧2023/2/2103交流電弧的特點(diǎn)交流電弧具有熱慣性。交流電弧的電流瞬時(shí)值隨時(shí)間周期變化，電弧的溫度、直徑及電弧電壓也隨時(shí)間變化，但弧柱的受熱升溫或散熱降溫都有一定過(guò)程，跟不上電流的變化，這種現(xiàn)象叫電弧的熱慣性。電弧的溫度、直徑、電弧電壓也隨時(shí)間變化。交流電弧每半周過(guò)零一次，電弧自然熄滅。2023/2/2104交流電弧伏安特性燃弧電壓熄弧電壓電流自動(dòng)過(guò)零，去游離速度大于游離速度，時(shí)熄弧的有利時(shí)機(jī)2023/2/2105交流電弧的熄滅條件電弧過(guò)零后，如果電源電壓大于介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)電壓，弧隙被擊穿，電弧重燃，反之，電弧便熄滅。電弧不會(huì)重燃的條件：Ud(t)≥Ur(t)Ud(t)---弧隙介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過(guò)程中的耐受電壓

由滅弧裝置的結(jié)構(gòu)和滅弧介質(zhì)的性質(zhì)決定

Ur(t)---弧隙電壓恢復(fù)過(guò)程中的弧隙電源電壓

與線路參數(shù)、負(fù)荷性質(zhì)等有關(guān)滅弧介質(zhì)：油、空氣、真空、SF62023/2/2106熄滅交流電弧的基本方法迅速拉長(zhǎng)電弧吹弧弧隙并聯(lián)電阻提高弧隙介質(zhì)壓力采用新型滅弧介質(zhì)等其他手段2023/2/2107高壓斷路器的基本參數(shù)額定電壓：影響斷路器的外形尺寸和絕緣水平額定電流：決定各導(dǎo)電部分的尺寸和觸頭結(jié)構(gòu)尺寸額定開斷電流：表征斷路器的滅弧能力額定斷流容量：關(guān)合預(yù)付故障的能力熱穩(wěn)定電流動(dòng)穩(wěn)定電流分閘時(shí)間合閘時(shí)間2023/2/2108高壓斷路器的種類按滅弧介質(zhì)和滅弧方式分：多油/少油斷路器利用絕緣油作為滅弧介質(zhì)壓縮空氣斷路器利用壓縮空氣作為滅弧介質(zhì)SF6斷路器利用SF6作為滅弧介質(zhì)真空斷路器利用真空作為滅弧介質(zhì)2023/2/2109斷路器型號(hào)識(shí)別額定開斷電流（KA）額定電流（KA）其他標(biāo)志額定電壓（kV）設(shè)計(jì)序號(hào)安裝場(chǎng)所產(chǎn)品名稱產(chǎn)品名稱：S—少油斷路器，Z—真空斷路器，D—多油斷路器，L—SF6斷路器安裝場(chǎng)所：N—戶內(nèi)型，W—戶外型其他標(biāo)志：G—改進(jìn)型；I、II、III斷流能力代號(hào)SN10-10I、SW2-110I、ZN10/1250、LW2-2202023/2/2110操動(dòng)機(jī)構(gòu)型號(hào)識(shí)別其他標(biāo)志設(shè)計(jì)序號(hào)操動(dòng)方式產(chǎn)品名稱（C）操動(dòng)方式：S—手動(dòng)，T—彈簧儲(chǔ)能式，Q—?dú)鈩?dòng)式，

D—電磁式，Y—液壓式2023/2/2111隔離開關(guān)與電抗器隔離開關(guān)的主要用途隔離電壓倒閘操作分合小電流：分、合避雷器、電壓互感器和空載母線分、合勵(lì)磁電流不超過(guò)2A的空載變壓器關(guān)、合電容電流不超過(guò)5A的空載線路2023/2/2112隔離開關(guān)種類和形式安裝地點(diǎn)：屋內(nèi)式和屋外式絕緣支柱數(shù)目：?jiǎn)沃㈦p柱、三柱隔離開關(guān)的參數(shù)額定電壓額定電流 熱穩(wěn)定動(dòng)穩(wěn)定2023/2/2113電抗器限制短路電流的目的選擇輕型斷路器及較小截面的電纜限制短路電流的方法采用適當(dāng)?shù)闹鹘泳€形式和運(yùn)行方式；增設(shè)電抗器：普通電抗器、分裂電抗器；采用分裂繞組變壓器2023/2/2114限制短路電流的方法之一采用適宜的主接線形式及運(yùn)行方式對(duì)大容量發(fā)電機(jī)采用單元接線。限制接入發(fā)電機(jī)電壓母線的發(fā)電機(jī)臺(tái)數(shù)和容量，盡可能在發(fā)電機(jī)電壓級(jí)不用母線。母線分段斷路器斷開運(yùn)行。在降壓變電所，變壓器低壓側(cè)分列運(yùn)行。合理斷開環(huán)網(wǎng)。在環(huán)網(wǎng)穿越功率最小處開環(huán)運(yùn)行。雙回路按單回路運(yùn)行。在負(fù)荷允許的條件下，具有雙回路的電路，采用單回路運(yùn)行。2023/2/2115限制短路電流的方法之二加裝限流電抗器電抗器是電阻值很小的電感線圈。主要參數(shù)是Ie

、Ue

、Xk%（百分電抗）。參數(shù)間的數(shù)學(xué)關(guān)系如下：Xk

為電抗器一相的感抗。2023/2/2116電抗器類型線路電抗器適用范圍：主要用來(lái)限制6~10kV電纜饋線短路電流，可以顯著減小其所在回路中的短路電流。而且能在母線上維持較高的剩余殘壓。僅在采用其它方法不能把短路電流限制到預(yù)期數(shù)值時(shí)才采用。接入方式：在DL和線路之間；在DL和母線之間出線電抗器額定電流較小，多為300~600A，Xk%選為3%~6%。2023/2/2117電抗器類型母線電抗器適用范圍：主要用來(lái)限制發(fā)電廠內(nèi)部的短路電流，如并列運(yùn)行發(fā)電機(jī)所提供的短路電流。接入方式：母線分段處母線電抗器的Xk%選為8%~12%2023/2/2118電抗器類型分裂電抗器分裂電抗器是一種中間抽頭的空心電感線圈，它的線圈由纏繞方向與結(jié)構(gòu)參數(shù)完全相同的兩個(gè)分段連接而成，其間不僅有互感耦合，而且電氣上直接連通。實(shí)際應(yīng)用中，中間抽頭常接電源（進(jìn)線、發(fā)電機(jī)、主變），兩臂接入兩個(gè)大致均衡的負(fù)荷。2023/2/2119分裂電抗器優(yōu)點(diǎn)：正常工作時(shí)電壓損失較小，短路時(shí)限流作用強(qiáng)。缺點(diǎn)：一臂負(fù)荷變動(dòng)過(guò)大時(shí)，另一臂將產(chǎn)生較大的電壓波動(dòng)；一臂短路，另一臂接有負(fù)荷時(shí)，由于互感電勢(shì)的作用，將在另一臂中產(chǎn)生感應(yīng)過(guò)電壓。2023/2/2120限制短路電流的方法之三分裂變壓器2023/2