第一章 電力系統(tǒng)的基本概念1

第一章電力系統(tǒng)的基本概念1、電力系統(tǒng)的概念和組成2、對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求3、電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)4、電力系統(tǒng)的接線方式和中性點(diǎn)接地5、電力系統(tǒng)的負(fù)荷思考題什么是電力系統(tǒng)？什么是電力網(wǎng)？它們都有哪些設(shè)備組成？電力網(wǎng)的額定電壓時(shí)怎樣規(guī)定的？電力系統(tǒng)各類元件的額定電壓與電力網(wǎng)的額定電壓有什么關(guān)系？升壓變壓器和降壓變壓器的分接頭是怎樣規(guī)定的？電能生產(chǎn)的主要特點(diǎn)是什么？對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行有哪些基本要求？根據(jù)供電可靠性的要求，電力系統(tǒng)負(fù)荷可以分為哪幾個(gè)等級(jí)？各級(jí)負(fù)荷有何特點(diǎn)？電能質(zhì)量的基本指標(biāo)是什么？電網(wǎng)電站電站電站水壩礦山油井§1.1電力系統(tǒng)的基本概念一、基本概念§1.1電力系統(tǒng)的基本概念電力系統(tǒng)的組成

（1）電力系統(tǒng)：生產(chǎn)、輸送、分配與消費(fèi)電能的系統(tǒng)。包括：發(fā)電機(jī)、電力網(wǎng)和用電設(shè)備組成。

（2）電力網(wǎng)：電力系統(tǒng)中輸送與分配電能的部分。

（3）動(dòng)力系統(tǒng)：動(dòng)力部分與電力系統(tǒng)組成的整體。幾個(gè)基本參量(1)總裝機(jī)容量:指該系統(tǒng)中實(shí)際安裝的發(fā)電機(jī)組額定有功功率的總和，以千瓦（KW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）為單位計(jì)?！?.1電力系統(tǒng)的基本概念年發(fā)電量——指該系統(tǒng)中所有發(fā)電機(jī)組全年實(shí)際發(fā)出電能的總和，以千瓦時(shí)（kWh）、兆瓦時(shí)（MWh）、吉瓦時(shí)（GWh）為單位計(jì)。最大負(fù)荷——指規(guī)定時(shí)間內(nèi)，電力系統(tǒng)總有功功率負(fù)荷的最大值，以千瓦（kW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）為單位計(jì)。額定頻率——按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，我國(guó)所有交流電力系統(tǒng)的額定功率為50Hz。最高電壓等級(jí)——是指該系統(tǒng)中最高的電壓等級(jí)電力線路的額定電壓。§1.1電力系統(tǒng)的基本概念地理接線圖——主要顯示系統(tǒng)中發(fā)電廠、變電所的地理位置，電力線路的路徑，以及它們相互間的聯(lián)結(jié)。電氣接線圖——主要顯示系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)、變壓器、母線、斷路器、電力線路等主要電機(jī)、電器、線路之間的電氣接線。從調(diào)度、管理、控制的角度看§1.1電力系統(tǒng)的基本概念§1.1電力系統(tǒng)的基本概念二、電力工業(yè)的發(fā)展史1、高壓輸電的出現(xiàn)與電壓等級(jí)的提高1831年，法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律，為發(fā)電機(jī)的發(fā)明打下了基礎(chǔ)1882年，愛(ài)迪生小型電力系統(tǒng)（pearlstreetpowerstation），6臺(tái)直流發(fā)電機(jī)，16km，59個(gè)用戶，電壓：直流110V。1885年，制成變壓器，為實(shí)現(xiàn)交流輸電奠定了基礎(chǔ)1890年，英國(guó)從Deptford到倫敦11km的10kV線路（第一條高壓交流電力線路）1891年，德國(guó)從Lauffen到法蘭克福170km的15kV線路（第一條三相交流輸電線路）§1.1電力系統(tǒng)的基本概念遠(yuǎn)距離大容量輸電是提高輸電電壓的動(dòng)力。2、特高壓（1000kV及以上）輸電的出現(xiàn)與展望習(xí)慣上，110～220kV為高壓，330～750kV為超高壓，1000kV及以上為特高壓。20世紀(jì)60年代國(guó)際上開(kāi)始特高壓輸電的研究1985年蘇聯(lián)1228km的1150kV,但至今運(yùn)行于500kV20世紀(jì)90年代日本426km的1000kV，但至今運(yùn)行于500kV目前國(guó)際上實(shí)際投運(yùn)的最高電壓等級(jí)750kV(加、美、俄、巴西、南非等國(guó)）我國(guó)西北電網(wǎng)750kV（青海官亭—甘肅蘭州），2005年投運(yùn)2009年我國(guó)首條1000kV（山西長(zhǎng)治晉東南變電站－南陽(yáng)－湖北荊門變電站）投運(yùn)，645km，實(shí)現(xiàn)華北和華中電網(wǎng)互連§1.1電力系統(tǒng)的基本概念3、直流輸電線路、高自然功率的緊湊型線路以及靈活交流輸電（FACTS）等多種多樣輸電新技術(shù)的研究也取得很大進(jìn)展，有的已進(jìn)入工程實(shí)踐?！?.1電力系統(tǒng)的基本概念高自然功率的緊湊型輸電線路（俄羅斯、巴西），我國(guó)500kV緊湊型輸電線路北京昌平到房山。靈活輸電又稱柔性輸電可以很靈活的調(diào)節(jié)電網(wǎng)功率，國(guó)外已有較廣泛應(yīng)用?！?.1電力系統(tǒng)的基本概念三、我國(guó)電力工業(yè)和電力系統(tǒng)的發(fā)展史1、基本發(fā)展史

1882年，英國(guó)人成立上海光電公司，中國(guó)第一個(gè)發(fā)電廠，一臺(tái)12kW直流發(fā)電機(jī)

1911年，楊樹(shù)浦發(fā)電廠動(dòng)工，1913年開(kāi)始發(fā)電，到1924年，共有12臺(tái)發(fā)電機(jī)，裝機(jī)121MW。

1954年，中國(guó)自行設(shè)計(jì)施工的第一條220kV輸電線路（369km）建成，從豐滿水電站輸送電能到虎石臺(tái)變電所。這是中國(guó)輸電線路建設(shè)史上的一個(gè)里程碑?！?.1電力系統(tǒng)的基本概念1972年，第一條330kV超高壓輸電線路建成，從劉家峽水電站至漢中，全長(zhǎng)534公里。隨后330kV線路延伸到陜甘寧青4個(gè)省區(qū)，形成西北跨省聯(lián)合電網(wǎng)。1981年，第一條500千伏超高壓輸電線路投入運(yùn)行，從河南平頂山姚孟火電廠到湖北武昌鳳凰山變電所，使中國(guó)成為世界上第8個(gè)擁有500千伏超高壓輸電的國(guó)家。1989年，中國(guó)第一條±500千伏直流輸電線路（葛洲壩－上海，1080公里）建成投入運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)華中電力系統(tǒng)與華東電力系統(tǒng)互聯(lián)，形成中國(guó)第一個(gè)跨大區(qū)的聯(lián)合電力系統(tǒng)。§1.1電力系統(tǒng)的基本概念2005年9月,西北電網(wǎng)建成750kV青海官亭-甘肅蘭州線超高壓輸變電工程（140.7km），中國(guó)輸電技術(shù)提高到了一個(gè)新的水平.2008年12月30日，我國(guó)首條1000kV（山西長(zhǎng)治晉東南變電站－南陽(yáng)－湖北荊門變電站）投運(yùn)，645km，實(shí)現(xiàn)華北和華中電網(wǎng)互連?！?00kV特高壓直流輸電線路（向家壩—上海）正在建設(shè)中。§1.1電力系統(tǒng)的基本概念2、中國(guó)電力工業(yè)的現(xiàn)狀年發(fā)電量：1980年以來(lái)，平均年增長(zhǎng)率9％，現(xiàn)為世界第二位。表41980年以來(lái)中國(guó)年發(fā)電量年份19801981198219831984198519861987發(fā)電量/億kW·h30063093327735143700410744964973年份19881989199019911992199319941995發(fā)電量/億kW·h545158476213677575428364927810069年份19961997199819992000200120022003發(fā)電量/億kW·h1075011600116701230013250140201654219052年份20042005200620072008發(fā)電量/億kW·h2194324975283443255934669§1.1電力系統(tǒng)的基本概念裝機(jī)容量：現(xiàn)居世界第二位。表51980年以來(lái)中國(guó)發(fā)電設(shè)備裝機(jī)容量年份19801981198219831984198519861987裝機(jī)容量/億kW0.6590.6910.7240.7640.8010.8710.9381.029年份19881989199019911992199319941995裝機(jī)容量/億kW1.1551.2661.3791.5151.6651.8291.9992.172年份19961997199819992000200120022003裝機(jī)容量/億kW2.3222.462.62.943.143.33.573.91年份20042005200620072008裝機(jī)容量/億kW4.425.176.247.417.92§1.1電力系統(tǒng)的基本概念電壓等級(jí)、輸電線路長(zhǎng)度和變電容量：電壓等級(jí)除西北地區(qū)以外交流：1000kV,500kV,220kV,110kV,35kV,10kV

直流：±500kV西北地區(qū)：750kV,330kV,220kV,110kV,35kV,10kV截至2009年7月，220kV及以上輸電線路長(zhǎng)度達(dá)到37.5萬(wàn)公里，躍居世界第一位。2008年，220kV及以上變電容量13.9億kVA?！?.1電力系統(tǒng)的基本概念電網(wǎng)規(guī)模不斷壯大：我國(guó)現(xiàn)有發(fā)電裝機(jī)容量在2000MW以上的電力網(wǎng)11個(gè)，其中東北、華北、華東、華中區(qū)域電網(wǎng)裝機(jī)容量均超過(guò)30000MW，華東、華中電網(wǎng)甚至超過(guò)40000MW，西北電網(wǎng)的裝機(jī)容量也達(dá)到20000MW。3000MW2500MW7200MW3000MW9000MW10000MW1800MW2000MWHydroPowerBaseThermalBaseACRegionalGridsInterconnectionin2005DC全國(guó)聯(lián)網(wǎng)基本建成：§1.1電力系統(tǒng)的基本概念

2010年前后，建成以三峽電網(wǎng)為中心連接華中、華東、川渝的中部電網(wǎng)；華北、東北、西北三個(gè)電網(wǎng)互聯(lián)形成的北部電網(wǎng)；以及云、貴、廣西、廣東4省區(qū)的南部聯(lián)合電網(wǎng)。同時(shí)，加快北、中、南三大電網(wǎng)之間實(shí)現(xiàn)局部互聯(lián)：華北－華中加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)、華中－西北聯(lián)網(wǎng)、川渝－西北聯(lián)網(wǎng)、華東－華北聯(lián)網(wǎng)、川黔聯(lián)網(wǎng)等跨區(qū)電網(wǎng)工程建設(shè)，實(shí)現(xiàn)西電東送、南北互供，初步形成全國(guó)統(tǒng)一的聯(lián)合電網(wǎng)的格局，實(shí)現(xiàn)全國(guó)范圍內(nèi)的資源優(yōu)化配置，滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和全面建設(shè)小康社會(huì)的要求。

3000MW2500MW7200MW3000MW9000MW10000MW1800MW2000MWHydroPowerBaseThermalBaseRegionalGridsInterconnectionin2010DCPossibleInternationalconnectionAC§1.1電力系統(tǒng)的基本概念

2020年前后，隨著長(zhǎng)江和黃河上游以及瀾滄江、紅水河上一系列大型水電站的開(kāi)發(fā)，西部和北部大型火電廠和沿海核電站的建設(shè)，以及一大批長(zhǎng)距離、大容量輸電工程的實(shí)施，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步加強(qiáng)，真正形成全國(guó)統(tǒng)一的聯(lián)合電網(wǎng)。在全國(guó)統(tǒng)一電網(wǎng)中充分實(shí)現(xiàn)西部水電東送，北部火電南送的能源優(yōu)化配置。此外，北與俄羅斯、南與泰國(guó)之間也可能實(shí)現(xiàn)周邊電網(wǎng)互聯(lián)和能源優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。3000MW2500MW7200MW3000MW9000MW10000MW1800MW2000MWHydroPowerBaseThermalBaseACRegionalGridsInterconnectionin2015-2020DCPossibleInternationalconnection西電東送三大通道：南部通道：將貴州烏江、云南瀾滄江和桂、滇、黔三省區(qū)交界的南盤江、北盤江、紅水河水電站，以及云南和貴州坑口火火電廠開(kāi)發(fā)出來(lái)送往廣東。中部通道：將金沙江干支流(雅礱江、大渡河)水電站開(kāi)發(fā)出來(lái)送往華東地區(qū)。北部通道：將黃河上游水電站和山西、蒙西地區(qū)坑口火電廠開(kāi)發(fā)出來(lái)送往京津唐地區(qū)。§1.1電力系統(tǒng)的基本概念500kv220kv330kv火電廠水電廠核電廠變電站2020年西電東送方案京津唐長(zhǎng)江三角洲珠江三角洲傳輸功率1.2億千瓦電力系統(tǒng)為什么要互聯(lián)并網(wǎng)運(yùn)行呢？

1.采用高效率大容量機(jī)組—減少備用容量

最大單機(jī)容量

最大發(fā)電廠

2.合理利用動(dòng)力資源—水、火電互補(bǔ)

3.提高供電可靠性—系統(tǒng)越大，抗干擾能力越強(qiáng)

4.提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性—裝高效率大容量機(jī)組、合理利用動(dòng)力資源、合理分配負(fù)荷、削峰填谷。

§1.1電力系統(tǒng)的基本概念巴西依泰普水電站中國(guó)三峽電站水電機(jī)組火電機(jī)組大亞灣核電站秦山核電站風(fēng)力發(fā)電廠太陽(yáng)能發(fā)電——光伏發(fā)電變壓器輸電線路500kV變電站220kV變電站我國(guó)最大單機(jī)容量最大火電機(jī)組：1000MW（浙江華能玉環(huán)電廠，上海外高橋第二發(fā)電廠900MW）最大水電機(jī)組：700MW（三峽電廠）（葛洲壩水電廠320MW）最大核電機(jī)組：1060MW（江蘇田灣核電廠)§1.1電力系統(tǒng)的基本概念我國(guó)最大發(fā)電廠最大火電廠：北侖港電廠，5×600MW最大水電廠：三峽電廠26×700MW（二灘水電廠6×550MW，溪洛渡水電站8×700MW）最大核電廠：秦山（300+2×600+2×700MW）,(大亞灣2×90萬(wàn)KW,江蘇田灣2×1060MW,浙江三門、廣東陽(yáng)江2×1000MW)最大抽水蓄能電廠：廣東抽水蓄能電廠8×300MW§1.1電力系統(tǒng)的基本概念§1.1電力系統(tǒng)的基本概念機(jī)構(gòu)改革初顯成效：2002年12月，中國(guó)電力工業(yè)新機(jī)構(gòu)為適應(yīng)市場(chǎng)發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生，成立了兩家電網(wǎng)公司、5家發(fā)電集團(tuán)公司和4家輔業(yè)集團(tuán)公司；2003年2月，國(guó)家電力監(jiān)管委員會(huì)宣告成立。

兩家電網(wǎng)公司是國(guó)家電網(wǎng)公司、中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司；

５家發(fā)電集團(tuán)公司是中國(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)公司和中國(guó)電力投資集團(tuán)公司；

４家輔業(yè)集團(tuán)公司是中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)公司、中國(guó)水電工程顧問(wèn)集團(tuán)公司、中國(guó)水利水電建設(shè)集團(tuán)公司和中國(guó)葛洲壩集團(tuán)公司。

§1.1電力系統(tǒng)的基本概念缺電問(wèn)題：

1970年以來(lái)出現(xiàn)缺電問(wèn)題

1998年低用電水平下基本實(shí)現(xiàn)了電力的供需平衡

2001電力再度短缺原因：（1）電力工業(yè)跟不上國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度是造成缺電的重要原因

§1.1電力系統(tǒng)的基本概念（2）電網(wǎng)的瓶頸制約，網(wǎng)絡(luò)輸送能力不足，輸配電“卡脖子”問(wèn)題嚴(yán)重，制約了電力供應(yīng)。發(fā)電、輸電、配電比例：美國(guó)1:0.43:0.7，日本1:0.47:0.68，英國(guó)1:0.45:0.78，我國(guó)1:0.21:0.12（3）發(fā)電機(jī)組出力不足（水電來(lái)水不足，火電電煤緊張）（4）經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)帶動(dòng)用電需求高漲（5）居民用電被激活（6）高耗能行業(yè)發(fā)展迅速§1.1電力系統(tǒng)的基本概念展望：我國(guó)電力工業(yè)進(jìn)入了新一輪的快速發(fā)展期

形成以大型清潔高效燃煤發(fā)電、大型水電、大型核電、多種形式的可再生能源發(fā)電和分布式電源構(gòu)成的多元化發(fā)電結(jié)構(gòu)。形成以特/超高壓交直流輸電為骨干，區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)，各級(jí)電壓電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)?！?.1電力系統(tǒng)的基本概念目前電網(wǎng)和智能電網(wǎng)的比較目前電網(wǎng)智能電網(wǎng)通訊沒(méi)有或單向雙向與用戶交互很少很多儀表型式機(jī)電的數(shù)字的運(yùn)行與管理人工的設(shè)備校核遠(yuǎn)方監(jiān)控功率的提供與支持集中發(fā)電集中和分布式發(fā)電并存潮流控制有限的普遍的可靠性傾向于故障和電力中斷自適應(yīng)保護(hù)和孤島化供電恢復(fù)人工的自愈的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)漭椛錉畹木W(wǎng)狀的§1.2電力系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)及基本要求特點(diǎn)

電能不能大量?jī)?chǔ)存暫態(tài)過(guò)程非常短促（30萬(wàn)KM/S）與國(guó)民經(jīng)濟(jì)及日常生活關(guān)系密切要求

安全優(yōu)質(zhì)經(jīng)濟(jì)

環(huán)保安全：保證可靠的供電措施電源與電網(wǎng)的建設(shè)（西電東送全國(guó)聯(lián)網(wǎng)）

SCADA－數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（Supervisory

Control

And

Data

Acquisition）設(shè)備檢修（計(jì)劃?rùn)z修→狀態(tài)檢修）人員素質(zhì)§1.2電力系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)及基本要求負(fù)荷（一級(jí)

二級(jí)

三級(jí)）一級(jí)負(fù)荷：對(duì)這一級(jí)負(fù)荷中斷供電，將造成人身事故，經(jīng)濟(jì)嚴(yán)重?fù)p失，人民生活發(fā)生混亂。二級(jí)負(fù)荷：對(duì)這一級(jí)負(fù)荷中斷供電，將造成大量減產(chǎn)，人民生活受影響。三級(jí)負(fù)荷：所有不屬于一、二級(jí)的負(fù)荷。§1.2電力系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)及基本要求優(yōu)質(zhì)指標(biāo)

電壓：≥35kV±5%

≤10kV