电气工程基础第1章概论

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（7）水力发电存在的问题 建设问题：投资大、工期长，存在库区移民、淹没耕地、 破坏人文景观、破坏自然生态平衡等问题。 运行问题：发电量受气象、水文、季节水量变化的影响较 大，分丰水期和枯水期，出力不稳定，增加电力系统运行的 复杂性。
3. 核电厂
（1）核电厂的能量转换过程：核燃料的裂变能→热能→机 械能→电能。 （2）核电厂的组成：核反应堆、汽水系统（汽轮机）、电 力系统
葛洲坝水电站 长江三峡水电站 南美伊泰普水电站 广州抽水蓄能电站
（6）水力发电的优点 是最干净的能源之一。 是最廉价的能源之一：无需燃料、无环境污染、生产效 率高、发电成本低、运行维护简单。 综合水利工程：可同时解决发电、防洪、灌溉、航运、 水产养殖等问题。
特殊的水电厂：抽水蓄能电厂，起“削峰填谷”作用。
电气工程基础
第1章 概论
第1章 概论
1.1 电力系统的基本概念 1.2 发电厂和变电所的类型
1.3 电力系统的电压与电能质量
1.4 电力系统中性点的运行方式
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1.1 电力系统的基本概念
一、电力系统的形成
1. 电力系统:是指完成电能生产、输送、分配和消费的统一 整体。
图1-1
不需空气助燃，可建在地下、水下、山洞或空气稀薄地区。
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比火电厂造价高，但发电成本低30%～50%，且规模越大
越合算。
存在问题：放射性污染。 4、其它新能源发电 （1）太阳能发电：太阳光能或太阳热能→电能 太阳能发电系统的组成：电池板、控制器和逆变器 太阳能发电的优点 是一种取之不尽、用之不竭的廉价能源。 不需要燃料、生产成本低、不产生污染
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当变压器二次侧供电线路较短时：应比同 级电网额定电压高5%
当变压器二次侧供电线路较长时：应比同 级电网额定电压高10%
我国公布的三相交流系统的额定电压见表1-1。
可以不考虑线路上的电 压损失，只需要补偿满 载时变压器绕组上的电 压损失即可，用于10kV 及以下线路。
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变压器T1的一次绕组与 M 发电机直接相连，其一 次侧的额定电压应与发 电机的额定电压相同
T2
6kV
发电机G的额定电压：UN· =1.05×10=10.5（kV） G 变压器T1的额定电压： U1N=10.5（kV）
变压器T2的二次侧供 电距离较短，可不考 U2N=1.1×110=121（kV） 虑线路上的电压损失
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图1-3 凝气式火电厂生产过程示意图
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（5）火电厂是我国目前最主要的电源，比例大于75%。 江苏谏壁发电厂 浙江北仑发电厂 张家口发电总厂
（6）火力发电存在的问题
安全问题：采矿和运输中的安全性灾难等 。
环境问题：酸雨、温室效应、可吸入颗粒物等。
效率问题：凝汽式火电厂效率为40%，热电厂为60%~70%。
受季节、昼夜、地理和气象条件的影响较大 。
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太阳能光伏电源在西部地区应用广泛。（青海、新疆） 我国的太阳能光伏发电产业于20世纪70年代起步，2007年 底累计装机容量只有100MW 。 （2）风力发电：风力的动能→ 机械能→电能 风力发电的优点 是一种取之不尽、用之不竭的自然能源。 有一定的随机性和不稳定性，因此必须配有蓄能装置。 西部地区的风能资源占全国的50%以上 。（青海、甘肃、 新疆、内蒙、云南、西藏等） 新疆达板城风电厂
地方电力网：电压为110kV以下的电力网（如35kV、10kV等） 区域电力网：电压为110kV以上的电力网（如220kV）
超高压远距离输电网：电压为330～500kV及以上的电力网
通常将220kV及以上的电力线路称为输电线路，110kV 及以下的电力线路称为配电线路。配电线路又分为高压配 电线路（110kV）、中压配电线路（6～35kV）和低压配电 线路（380/220V）。
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车间变电所：将6～10kV的电压降为380/220V，再通过车 间低压配电线路，给车间用电设备供电。
车间变电所可分为以下几种类型（图1-6）：
附设式变电所（1~4） 车间内变电所（5）
独立变电所（7）
露天变电所（6） 地下变电所 杆上变电所
图1-6 车间变电所的类型
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三、电力系统的基本参量
1. 总装机容量：指系统中所有机组额定有功功率的总和，以
1GW=103MW（10万千瓦） 兆瓦（MW）、吉瓦（GW）计。 1MW=103kW （1000千瓦）
2. 年发电量：指系统中所有发电机组全年发出电能的总和， 以兆瓦时（MW· ）h、吉瓦时（GW· ）h、太瓦时（TW· h）计。
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（4）核电厂是我国目前最重要的电源之一，比例大于10%。 秦山核电站 大亚湾核电站 （压水堆）
（5）核电迅速发展的原因
核电是一种新型的巨大能源。
煤、石油等火电燃料储量有限，不可再生。 发达国家的水资源已基本殆尽。
一些资源贫乏国家“能源危机”，不得不发展核电。
（6） 核能发电的优缺点
节省大量煤炭、石油等燃料，避免燃料地热能→电能 电能生产过程：与火电厂相似，用地热井取代锅炉设备。 地热资源的开发利用在西部地区已取得了良好的效益。 西藏羊八井电厂 （4）潮汐发电：海水涨潮或落潮的动能或势能→电能 。 潮汐发电示意图 我国正在运行发电的潮汐电站共有8座（浙江4座，山东、 江苏、广西、福建各1座）
法国郎斯潮汐电站
江厦潮汐电站
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二、变电所的类型
变电所：是变换电压和接受分配电能的场所。分为区域变 电所、地区变电所和终端变电所等。
配电所：只接受和分配电能，不变换电压。
电力用户：消耗电能，将电能转换成其他形式能量。 2．工业企业供电系统 配电所：只接受和分配电能，不变换电压。 工厂供配电系统：由总降压变电所、高压配电线路、车间 变电所、低压配电线路及用电设备组成。
配电线路：分为厂区高压配电线路和车间低压配电线路。
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1.3 电力系统的电压与电能质量
一、电力系统的额定电压
电力网的额定电压：我国高压电网的额定电压等级有3kV、 6 kV、10 kV、35 kV、63 kV、110 kV、220 kV、330 kV、 500 kV等。
用电设备的额定电压：与同级电网的额定电压相同。 发电机的额定电压：比 同级电网的额定电压高 出5%，用于补偿线路上 的电压损失。 图1-7为供电线路上的 电压变化示意图。
一、发电厂的类型
1．火力发电厂 （1）火电厂的燃料：煤炭、石油、天然气等。 （2）能量转换过程：燃料的化学能→热能→机械能→电能。 （3）火电厂的组成： 燃烧系统（锅炉）：燃料→灰渣，风（空气）→烟气 汽水系统（汽轮机）：水 蒸汽、循环水（冷水 热水）
电力系统：发电机、变压器、输电线路等。 （4）火电厂的生产过程（见图1-3）
堤坝式水电厂 坝后式：如三门峡、刘家峡、丹江口、三峡水电站 河床式：如葛洲坝水电站
引水式水电厂：溪洛渡水电站 抽水蓄能电站：潘家口水电站、辽宁蒲石河
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（4）水电厂的组成：水库、水轮机、电力系统
图1-4 堤坝式水电厂生产过程示意图
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（5）水电厂是我国目前最重要的电源之一，比例大于10%。
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（3）核反应堆的分类：轻水堆（包括沸水堆和压水堆）、重 水堆和石墨冷气堆等。 轻水堆核电厂的生产过程示意图如图1-5所示。
热力系统由单回 路构成，有可能 使汽轮机等设备 受放射性污染
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图1-5 轻水碓核电厂生产过程示意图
a）沸水碓 b）压水碓
由双回路系统构成， 两个回路各自独立循 环，不会造成设备的 放射性污染
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从发电厂到用户的送电过程
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工业企 业 供电系 统
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图1-2 电力系统示意图
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发电厂：生产电能，将一次能源转换成二次能源（电 能），分为火、水、核、风、太阳、地热等发电厂。 电力网：由不同电压等级的输电线路和变压器组成，可 110kV属于地方网还是 分为地方电力网、区域电力网及超高压远距离输电网三种 区域网，要视其在电力 类型。 系统中的作用而定
也可考虑用6kV配电。
3kV：仅限于工业企业内部采用 。 380/220V：工业企业内部的低压配电电压。
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三、电能质量
1. 电能质量的概念 电能质量是指通过公用电网供给用户端的交流电能的品质。 频率偏差 额定频率：50Hz 允许偏差：正常允许偏差为±0.2 Hz，当容量较小时可放 宽到±0.5 Hz 我国现在基本上±0.1 Hz。 电压偏差 电压偏差是指用电设备的实际电压与额定电压之差， 用占额定电压的百分数来表示
（7）今后火电建设的重点
采用高参数、大容量、高效率的设备。 开发清洁煤燃烧发电、天然气蒸汽联合循环发电。 鼓励热电联产。
加强煤炭基地的矿口电厂建设。
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2．水力发电厂 （1）水电厂的能量转换过程：水的位能→机械能→电能。
（2）水电厂的总发电功率： P 9.8QH （3）水电厂的分类
1MW· =103kW· （千度）， 1GW· =103MW· h h h h（100万度） 1TW· =103GW· h h（10亿度），1kW· h=1度
3. 最大负荷：指规定时间内电力系统总有功功率负荷的最大 值，以兆瓦（MW）、吉瓦（GW）计。 4. 额定频率：50Hz 5. 电压等级：指系统中电力线路的额定电压，以千伏（kV）
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区域变电所：电压等级高，变压器容量大，进出线回 路数多，由大电网供电，高压侧电压为330～750kV，全 所停电后，将引起整个系统解列甚至瓦解； 地区变电所：由发电厂或区域变电所供电，高压侧电 压为110～220kV，全所停电后，将使该地区中断供电； 终端变电所：是电网的末端变电所，主要由地区变电所 供电，其高压侧为35～110kV，全所停电后，将使用户 中断供电。 总降压变电所：将35～110kV的供电电压变换为6～ 10kV的高压配电电压，给厂区各车间变电所或高压电动 机供电。