第二章 电力系统概述和基本概念

2 电力系统概述和基本概念

2.1 电力系统的基本概念

2.1.1 电力系统的形成

电能是一种十分重要的二次能源。它能够方便而又经济地从蕴藏于自然界中的一次能源中转换而来，并且可以简便的转换成其它能量供人们加以使用。由于电能具有转换容易、输送方便、易于控制等优点，因此，电能已广泛应用到社会生产的各个领域和社会生活的各个方面，已成为现代工业、农业、交通运输、国防科技及人民生活等各方面不可缺少的重要能源，在国民经济中占有十分重要的地位。

电能是由发电厂生产的。在电力工业发展初期，由于人们对电能的需求量不大，发电厂都建在用户附近，规模很小，各发电厂之间没有任何联系，彼此都是孤立运行的。随着工农业生产的发展和科学技术的进步，对电力的需求量日益增大，且对供电可靠性的要求也越来越高。为此，需要建设大容量的发电厂以满足日益增长的用电需求，并通过各发电厂之间的联系，提高供电的可靠性。

通过各级电压的电力线路，将发电厂、变电所和电力用户连接起来的一个整体，称为电力系统。或者说：由发电厂、电力网和电力用户就构成了电力系统。如图1.1所示，该系统起着电能生产、输送、分配和消费的作用。

电力系统示意图如图2.1所示。

图2.1 电力系统

在电力系统中，通常将输送、交换、分配和使用电能的设备称为电力网，可分为地方电力网、区域电力网及超高压远距离输电网三种类型。

（1）地方电力网电压等级在35kV及以下、供电半径在20～50km以内的电力网；

（2）区域电力网电压等级在35kV以上、供电半径超过50km的电力网；

（3）超高压远距离输电网电压等级为330～500kV的电力网，一般由远距离输电线路连接而成；

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、中压配电线路和低压配电线路。

变电所是变换电能电压和接受分配电能的场所。它分为区域变电所、地区变电所和终端变电所等。

（1）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330～500kV，停电后，将引起整个系统的解列甚至瓦解；

（2）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，停电后，将使该地区中断供电；

（3）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10～110kV，停电后，将使用户中断供电。

2.1.2 建立大型电力系统的优点

1．可以减少系统的总装机容量。

2．可以减少系统的备用容量

3．可以提高供电可靠性。

4．可以安装大容量的机组。

5．可以合理利用动力资源，提高系统运行的经济性。

2.1.3 电力系统的基本参量

电力系统可以用以下基本参量描述：

1. 总装机容量指系统中所有机组额定有功功率的总和，以兆瓦、吉瓦计。

2. 年发电量指系统中所有发电机组全年实际发出电能的总和，以兆瓦时、吉瓦时、太瓦时计。

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、吉瓦计。

4. 额定频率 50Hz

5. 最高电压等级指系统中最高电压等级线路的额定电压，以千伏计。

2.1.4 电力系统的特点

电能与其他工业生产相比，具有以下明显的特点：

1．电能不能大量储存。

2．电力系统的过渡过程十分短暂。

3．与国民经济各部门的关系密切。

2.1.5 对电力系统的基本要求

1．保证供电的可靠性。

2．保证良好的电能质量。

3．为用户提供充足的电能。

4．提高电力系统运行的经济性。

2.2 火力发电厂的运行特性

2.2.1 火力发电机组的分类

我国火电厂绝大部分是采用蒸汽汽轮组，只有极少部分采用燃气轮组，所以火电机组的分类主要是指蒸汽汽轮发电机组的分类。

蒸汽汽轮发电机组，按功能和用途可以分为：凝气式汽轮发电机组、抽汽式汽轮发电机组、背压式汽轮发电机组。凝气式汽轮发电机组是以发电为目的，为了提高锅炉的效率，设有凝汽器，把从锅炉来的蒸汽膨胀到高真空，使热能得到充分的利用。这种机组的工作特点是蒸汽主要通过汽轮机的各级叶片，做功以后排入凝汽器内，重新凝结成水打回锅炉。为了提高热效率，常采用回热式，在汽轮机的膨胀途中抽出一部分蒸汽去加热锅炉给水。

2.2.2 火力发电厂的生产过程

发电厂是将各种自然资源转化为电能的工厂。按照其所利用一次能源的不同，可分为火电厂、水力发电厂、核能发电厂及其他形式能源的发电厂。

火力发电厂利用煤炭、石油、天然气等可燃物为原料来发电的，其能量转换过程为：燃料的化学能→热能→机械能→电能。我国火电厂所使用的燃料以煤炭为主。

火电厂的原动机多为汽轮发电机，它可分为两类：一类是单一生产电能的火电厂，称为凝气式火电厂，一般建在燃料产地，容量可以很大；另一类是兼供热的火电厂，称为热电厂，一般情况下建在大城市及工业区附近，容量也不大。

（一）火力发电存在的问题

（1）安全问题：采矿和运输中的安全性灾难等。

（2）环境问题：酸雨、温室效应、可吸入颗粒物等。

（3）效率问题：凝汽式火电厂效率为40%，热电厂为60%~70%。

（二）今后火电建设的重点

（1）采用高参数、大容量、高效率的设备。

（2）开发清洁煤燃烧发电、天然气蒸汽联合循环发电。

（3）鼓励热电联产。

（4）加强煤炭基地的矿口电厂建设。

下面为凝气式火电厂的生产过程，如图2.2所示：

图2.2 凝气式火电厂的生产过程示意图

2.3 电力系统的电压与电能质量

2.3.1 电力系统的额定电压

电力网的额定电压等级，是根据国民经济发展的需要和电力工业的发展水平，经全面的技术和经济分析后，由国家制定颁布的。发电机、变压器以及各种用电设备在额定电压运行时，将获得最佳技术经济效果。我国高压电网的额定电压等级有3kV、