煤礦電力系統(tǒng)與供電電壓等級

【知識目標】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繕恕?．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11875年，世界上最早的發(fā)電廠——巴黎北火車站電廠建成，用于照明供電；1878年，法國建成第一座水電廠；1879年，美國舊金山實驗電廠開始發(fā)電，成為世界上最早出售電力的電廠；1882年，法國開始進行遠距離高壓直流輸電，同時，英國、日本、俄羅斯也相繼修建了發(fā)電廠。一、國內(nèi)外電力工業(yè)發(fā)展史2我國于1978年底，全國發(fā)電裝機容量達到5.712×103萬kW，年發(fā)電量達到2.566×103億kWh，居世界第七位。與此同時，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32008年底，我國發(fā)電裝機容量達到7.9×104萬kW，年發(fā)電量達3.4334×104億KWh；2009年底，全國發(fā)電裝機容量達到8.7×104萬kW，其中火電達到6.5205×104萬kW，水電裝機達到1.9679×104萬kW。發(fā)電裝機容量和年發(fā)電量穩(wěn)居世界第二位，我國已成為世界電力大國。一、電力工業(yè)發(fā)展概況4改革開放以來，我國的大區(qū)聯(lián)網(wǎng)和西電東送聯(lián)網(wǎng)建設(shè)不斷加強。經(jīng)過多年建設(shè)，除去我國臺灣省和港、澳地區(qū)外，全國已經(jīng)形成華北、東北、華東、華中、西北、川渝和南方聯(lián)營等七個跨省區(qū)電網(wǎng)，及山東、福建、海南、烏魯木齊和拉薩等五個獨立的省級電網(wǎng)。在跨省電網(wǎng)和部分獨立省網(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，隨著我國國民經(jīng)濟的高速發(fā)展與人民生活用電的急劇增長，電力工業(yè)的發(fā)展仍不能滿足整個社會發(fā)展的需要；由于我國人口眾多，因此在按人口平均用電方面，還遠遠落后于一些發(fā)達國家。我國的電力工業(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、分配和銷售給電力用戶。一次能源：指煤、石油、天然氣、水能、地熱能、核能、風能、太陽能等以自然形態(tài)存在的能源。二、電力系統(tǒng)的構(gòu)成7可以方便地與其它形式的能量相互轉(zhuǎn)換（如光能、熱能、機械能等）；電能可以大規(guī)模生產(chǎn)，遠距離輸送和分配；電能易于調(diào)節(jié)、操作和控制靈活；在終端使用時電能是最清潔的能源。電能的使用十分方便，能做到約時停送電。1、電能的優(yōu)點8由發(fā)電廠、升壓變電站、輸電線路、降壓變電站及電力用戶所組成的統(tǒng)一整體，稱為電力系統(tǒng)。電力系統(tǒng)加上帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)動的動力裝置構(gòu)成的整體稱為動力系統(tǒng)。其中，由各類升壓變電站、輸電線路、降壓變電站組成的電能傳輸和分配網(wǎng)絡(luò)稱為電力網(wǎng)。動力系統(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，發(fā)電廠有以下類型：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11凝汽式火電廠生產(chǎn)過程示意圖如圖2.2所示。整個生產(chǎn)系統(tǒng)可分為三個系統(tǒng)：燃燒系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)。其生產(chǎn)過程是：煤粉在鍋爐爐膛中燃燒，使鍋爐中的水加熱變成過熱蒸汽，經(jīng)管道送到汽輪機，推動汽輪機旋轉(zhuǎn)，將熱能變?yōu)闄C械能。3.1火力發(fā)電廠12圖2.2凝汽式火電廠生產(chǎn)過程示意圖13汽輪機帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，再將機械能變?yōu)殡娔?。在汽輪機中做過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14熱電廠與凝汽式火電廠不同之處是將汽輪機中一部分做過功的蒸汽從中段抽出來直接供給熱用戶，或經(jīng)加熱器將水加熱后，把熱水供給用戶。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60％～70％。3.1火力發(fā)電廠15水力發(fā)電廠簡稱水電廠，也稱水電站，是把水的位能和動能轉(zhuǎn)換成電能的工廠。水電廠的原動機為水輪機，通過水輪機將水能轉(zhuǎn)換為機械能，再由水輪機帶動發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)換為電能。因為水的能量與其流量和落差成正比，所以利用水能發(fā)電的關(guān)鍵是集中大量的水和造成大的水位落差。3.2水力發(fā)電廠16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，壓力管道通過壩體，適用于高中水頭。這是我國最常見的水電廠型式。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，同時釋放出新的中子。核能能量密度高，1克U235全部裂變時所釋放的能量為8×1010J，相當于2.7t標準煤完全燃燒時釋放的能量。作為發(fā)電燃料，鈾235（U235）運輸量小、發(fā)電成本低。3.3核電廠19火電廠相對投資少，建設(shè)工期短，一般2-3年就可建起；但生產(chǎn)過程及控制系統(tǒng)相對復雜，對環(huán)境污染大，要消耗大量的一次能源，發(fā)電成本高。水電廠生產(chǎn)過程簡單，控制容易，污染小，發(fā)電成本低；但需要建設(shè)大壩，購置水工設(shè)施，投資大，工期長，且受氣候水文條件影響大。核電廠原料成本低，但要求很高的安全性。3.4火電廠、水電廠和核電廠的比較20變電站是匯集電源、升降電壓和分配電力的場所，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。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。降壓變電站通常運離發(fā)電廠而靠近負荷中心。4、變電站21（1）樞紐變電站樞紐變電站位于匯集有多個大電源和多回大容量聯(lián)絡(luò)線路的樞紐點。變電容量大，高壓側(cè)電壓等級多為330～500kV。4.1變電站的分類22（2）地區(qū)變電站地區(qū)變電站是供電給一個地區(qū)的主要供電點。一般從2-3條輸電線路受電；受電電壓等級一般為110～220kV。供電給下一級變電站。4.1變電站的分類23（3）企業(yè)變電站企業(yè)變電站是專供大、中型企業(yè)用電的專用變電站，受電電壓等級一般為35～110kV。（4）終端變電站終端變電站位于配電線路的終端，接近負荷點，經(jīng)降壓后直接向用戶供電，不承擔功率轉(zhuǎn)送任務(wù)，電壓等級一般為35kV以下。4.1變電站的分類24電力網(wǎng)由變電站和不同電壓等級的輸電線路所組成，是聯(lián)接發(fā)電廠和用戶的中間環(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，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及以上電壓等級的輸電線路和與之相連的變電站組成，是電力系統(tǒng)的主干線。輸電網(wǎng)將電能輸送到距離較遠的各地區(qū)配電網(wǎng)。目前，我國的幾大電網(wǎng)已經(jīng)初步建成以500KV超高壓輸電線路為骨干的主網(wǎng)架。配電網(wǎng)將電能分配到各類用戶。它由110KV及以下電壓等級的配電線路和配電變壓器組成。5、電力網(wǎng)26把各孤立運行的發(fā)電廠通過電力網(wǎng)連接起來，形成并聯(lián)運行的電力系統(tǒng)后，在技術(shù)和經(jīng)濟上具有一系列的優(yōu)點：（1）提高了供電的可靠性。（2）提高了供電的穩(wěn)定性。（3）提高了運行的經(jīng)濟性。5.1電力系統(tǒng)并網(wǎng)運行27①在電力系統(tǒng)中大量的設(shè)備不分晝夜地連續(xù)運行，難免發(fā)生故障。并網(wǎng)后某個設(shè)備的故障一般不會危及整個電力系統(tǒng)的繼續(xù)運行，這就大大提高了對用戶供電的可靠性。一般來說，電網(wǎng)的規(guī)模越大，這種供電可靠性就越高。5.1電力系統(tǒng)并網(wǎng)運行28②并網(wǎng)運行可以減少系統(tǒng)總用電負荷的峰值；可以利用水火互濟來節(jié)約能源，改善電網(wǎng)調(diào)節(jié)性能，提高對用戶供電的穩(wěn)定性。不同地區(qū)的電網(wǎng)互連后，會有明顯的“錯峰”效應(yīng)。即不同地區(qū)的用電負荷高峰不會在同一時間發(fā)生，因為各地存在著時差和氣候差。實際看來，聯(lián)網(wǎng)后系統(tǒng)的最大負荷將小于聯(lián)網(wǎng)前各地區(qū)最大負荷的總和。5.1電力系統(tǒng)并網(wǎng)運行29并網(wǎng)運行的電力系統(tǒng)可以通過在發(fā)電廠之間合理分配負荷，實現(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)火電以補充水電。5.1電力系統(tǒng)并網(wǎng)供電30③并網(wǎng)運行的電力系統(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)費用。為避免系統(tǒng)中某一臺發(fā)電機故障退出運行而使一些用戶停電，一般都使裝機容量大于最大用電負荷，即留有備用容量。由于備用容量是可以在整個系統(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)運行，各發(fā)電廠的機組之間可以相互備用，因此可以錯開檢修時間，系統(tǒng)的總備用容量一般只需系統(tǒng)總?cè)萘康?0％～15％，遠小于各發(fā)電廠孤立運行時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，以及供電中斷對人身和設(shè)備安全的影響，電力負荷通常分三類：一類負荷：必須由雙獨立電源雙回路供電，并且當任何一個電源失去時，另一電源能保證對全部一類負荷的持續(xù)供電。二類負荷：應(yīng)由單電源雙回路供電，并且當任何一條回路失去時，另一回路能保證對全部二類負荷的持續(xù)供電