第一章 电力系统与电力生产

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RTU
RTU
发电
生产电能
输电
变电
配电
用电
消耗电能
变换、输送、分配电能 电力生产是指将煤炭、石油、天然气、水能、核能、风能等一次能源转换为二次能源的过程。
• 能源---社会生产力的重要基础;其种类以及 利用形式多样化:
蒸汽机 发电机
热能——机械能——电能 • 电能--– 现代社会最重要的二次能源; – 国民经济发展的基础、先行; – 各行各业的主要动力; – 人们现代化生活的质量保障。
发电厂: 生产电能 变、配电所: 电力系统的中间环节,变换电压、接受并分配电能 输、配电线路:输送、分配电能 用户: 消费电能
• 组成电力系统的意义----发电机并网运行而形成互联电力
系统,其在技术、经济上均优势显著: – 减少总备用容量的比重 – 可采用高效率的大型机组 – 可充分利用水能资源
• —装机容量需要稍大于最大负荷(即备用容量),以保证故障或 检修时的供电。备用容量在系统中是相互通用的。 • —备用容量不够时,若采用大机组,一旦事故或检修机组停运, 则将引起大范围停电。
☆我国电力工业发展史上的第一:


火电:1882年,上海杨树浦,第一台12kw机组 发电; 水电:1912年,云南石龙坝240kW; 核电:1991年,浙江秦山300MW; 抽水蓄能电站:1991.7,潘家口抽水蓄能电站; 风电:1989年,新疆达坂城风电场
我国电力工业的发展
☆我国电站之最:
不宜过高或过低;
∴从设备制造的经济性以及运用时便于代换,电压等级必须规格化、
系列化,且等级不宜过多。
电力系统的额定电压等级
2、为何要确定额 定电压?
线电压
3、我国国家标准规定的电网额定电压等级: • 交流:3、6、10、(20)、35、(63)、110、220、330、 500、750、1000KV 西北 东北 • 直流:±500 、 ±800 KV
江厦潮汐电站 位于浙江温岭,居世界第三,仅次于法国朗斯潮汐电站和加拿大安纳波利斯潮 汐电站。
世界主要国家2007年发电量构成
电磁感应 法拉第【1831 年】
高压直流输电 德波列茨 【1882年】
单相交流输电 【1885年】
三相交流输电 【1891年】
电力系统的形成和发展
• 同时性-电能的生产与使用同时完成,即必须 保持电能生产、输送与使用的动态平衡 ∵电能难以储藏(超导、燃料电池储能等,但 容量小) • 短促性-正常输电及故障过程都极其迅速,过 渡时间短暂,μs或ms计 ∵电能以光速 【3×108m/s】传播。 • 地区性-西北火电、西南水电、沿海核电, “西电东送”、“北电南送” • 密切性:国民经济、人民生活
U2N=1.1UN • 注意:当二次侧输电距离较短或变压器阻抗较小 时,直接取 U2N=UGN =1.05UN
确定原则小结
例1.5.1 已知图1.2.1所示系统中电网的额定电压,试确定发 电机和变压器的额定电压。
G T1

L1 10kV
L2 110kV
T2
L3 6kV
M
图1.2.1 例1.2.1图
电力生产概论
• 参考教材
– 电力生产概论,李光辉主编,中国电力出版社
• 参考资料
– 陈慈萱,电气工程基础,中国电力出版社 – 范锡普主编,发电厂电气部分,中国电力出版社 – 韩祯祥主编,电力系统稳定,水利电力出版社 – 何仰赞等,电力系统分析,华中科技大学(华中理工大学) 出版社
• 考试方式:开卷
• 人类为何偏爱电能? -------电能的显著优点:
▉ 分布式可再生能源发电-风力发电
• 制约风电商业化 最关键因素:单 位KW造价高,近 年来一直呈下降 趋势,前景广阔。
• 我国第一个风电场----建于1989年的 新疆达坂城风电场。 • 总装机容量14万KW,我国第二大。 内蒙古赤峰赛罕坝风电场 ——我国最大的风电场,总装机容量 17万KW。
发电机G的额定电压:UN· =1.05UN· =1.05×10=10.5(kV) G L1 变压器T1的额定电压: U1N· =UN.G=10.5(kV) T1 U2N· =1.1UN· =1.1×110=121(kV) T1 L2 变压器T1的变比为:10.5/121kV 变压器T2的额定电压:U1N· =UN· =110(kV) T2 L2 U2N· =1.05UN· =1.05×6=6.3(kV) T2 L3 变压器T2的变比为:110/6.3kV
• 用电设备额定电压的确定
– 各用电设备的额定电压取与其 所处线路的额定电压相等,从 而使所有用电设备能在额定电 压的附近处运行。 – 线路的额定电压即电网的额定 电压UN。 • 用电设备容许的电压偏移一般为 5%,沿线电压降落一般为10%; • 故在实际运行中,应使线路始端 电压为额定值的1.05倍。
• 额定电压等级中,相邻电压级差之比不宜过小。 • 根据经验,110KV以下的电压级差一般在3倍左右,110KV以上的电压级差
一般在2倍左右最合适。
4、线路电压与输送容量、距离的关系
5、交流电网及电气设备额定电压
电力系统 发电机 电力变压器额定电压/kV 额定电压 额定电压 一次绕组 二次绕组 /kV /kV 3 3.15 3 及 3.15 3.15 及 3.3 6 6.30 6 及 6.30 6.3 及 6.6 10 10.50 10 及 10.5 10.5 及 11.0 13.80 13.80 15.75 15.75 35 35 38.5 60 60 66 110 110 121 220 220 242 330 330 363 500 500 550 750 750 825
变压器T1的一次绕组与 发电机直接相连,所以 其一次绕组的额定电压 取发电机的额定电压
变压器直接与电动机相连,供电距离较短, 可以不考虑线路上的电压损失。
• 试在图中标出各设备的额定电压。
10KV 10.5KV/242KV
G
10.5KV
220KV
220KV/121KV/38.5KV 110KV T2
超高压远距 离输电网 变电所A:枢纽 500kV 220kV
区域电力网 变电所C:地方 110kV
地方电力网
变电所D:终端 10 kV
110 kV
变电所B: 中间
35kV


35kV

~ 水力发电厂
~ 火力发电厂
地 方 电 网 : 电 压 等 级 在 35kV 及 以 下 , 供 电 半 径 在 20~50km以内。 区 域 电 网 : 电 压 等 级 在 35kV 以 上 ( 一 般 为 110kV~220kV),供电半径超过50km,联系较多发电 厂的网络。 超高压远距离输电网:电压等级为330kV~750kV的网 络,其主要任务是把远处发电厂生产的电能输送到负 荷中心,同时还联系若干区域电力网形成跨省、跨地 区的大型电力系统。
发电厂(发电站)(power plant):将自然界蕴藏的各种一 次能源转换为电能(二次能源)的工厂。 一次能源: 不可再生能源:化石能源--煤炭、石油、天然气;核 能—铀。 可再生能源:水能、风能、太阳能、地热、潮汐等
主要集中分布在目前经济还不发达的山西、 内蒙古、陕西、新疆、贵州、宁夏等6省(自治 区),它们的煤炭资源总量为4.19万亿t,占全国 煤炭资源总量的82.8%。
电网分类示意图
亦或分两类: 区域电网(220kv及以上)和地方电网(110kv及以下)
在电力系统的基础上,把发电厂的动力部分(及热 能系统和热负荷)包含在内的系统。
各类电厂的动力部分,例如: 火力发电厂----锅炉、汽轮机; 水力发电厂----水库、水轮机 核动力发电厂----反应堆 风电场-----风机 动力系统(dynamic system)
分布式可再生能源发电-地热发电
利用地下热水和蒸汽为动力源的一种新型发电技术,与火力发电的基本 原理一样。
• 西藏羊八井地热电站----全国首创,世界中温浅层热储资源发 电的先列,清洁能源,但热效率较低。
分布式可再生能源发电-潮汐发电
利用海水涨落及其所造成的水位差来推动水轮机,再由水轮机带动发电机 来发电。 受资源和成本的制约,目前应用不够广泛。
洁净(从使用的角度看):无污染,保护环境。 方便:输送、分配、使用(能量形式转化容易)。 电气化:机械化、自动化提高产品质量和劳动 生产率。 节能:能耗小,能量转换效率高(一次能源转换 为二次能源时)。
电 网 调 度
管理电能
应用服务器
电 力 系 统 与 电 力 生 产
RTU
数据采集和传输
T1 T4
10.5KV/3.15KV 35KV
T3
35KV/6.6KV
6KV
3KV
D1
电力系 统与动 力系统
发电厂 水轮机 发电机 水库 G ~
变电所 升压变压器
输电线路
变电所 降压变压器
用户 用电设备
电力网 电力系统 动力系统
M
~
M ~
电力系统(Power System) :
由发电机、变压器、输电线路以及用电设备(或发电厂、变电所、输配电 线路以及用户),按照一定规律连接而组成的发电、输电、变电、配电和 用电相统一的整体。
• 发电机额定电压的确定 – 发电机通常接于电网始端; – 为了补偿线路上的电压损失, 进而帮助维持沿线的电网额定
电压,发电机的额定电压应为
线路额定电压的1.05倍,即: • UGN=1.05UN
• 变压器额定电压的确定
----变压器具有发电机和负荷的双重地位:
– 一次侧接受电能,相当于用电设备; – 二次侧送出电能,相当于发电机。
• —水火电联合运行,丰水期枯水期灵活发电调度,便于调频,优 势互补,扬长避短。
– 减少总负荷的峰值--• —不同地区的高峰负荷多会错开出现,故地区联网后, 总的最大负荷将小于各区域最大负荷之和。
– 提高供电可靠性
• —所有机组同时事故的概率显然远比单一电厂或机组 发生事故的概率小得多,保证了重要用户的供电。
系统运行的基本要求
1、制定标准电压的依据
• 三相传送的有功功率:
∵三相功率正比于输电线路的线电压及线电流,当输送功率一定时,
U愈高,则输送电流I愈小,因而所用导线截面积愈小( U高 好?!);
∵但,U越高对绝缘的要求越高,杆塔、变压器、断路器的绝缘投
资也越大( U高不好?!);
∴对应于一定的输送功率与输送距离,应有一最佳的输电电压U,
电力系统运行的特点
• 可靠性高-安全、连续的供电。
– 根据重要程度、对供电可靠性的要求不同,电力负荷 分类对待:第1、2、3类负荷
系统运行的基本要求
• 质量好-f (P平衡)、U(Q平衡)及波形(谐波
污染)
• • • •
足够的稳定性-能耐受一定的事故干扰 安全性-运行人员及设备 经济性好-高效率、低损耗、低成本 防止环境污染-脱硫、除尘、选址
• 变压器一次侧(“负荷”)额定电压
– 一般取等于用电设备额定电压,即等于电网额定电压,即:
U1N=UN
– 但,对于直接和发电机相联的变压器,其一次侧额定电压等于发电机 的额定电压,即:U1N=UGN=1.05UN
• 变压器二次侧(“发电机”)额定电压
– ∵变压器二次侧额定电压规定为空载时的电压,而额 定负荷下变压器内部压降约为5%。 – ∴为使正常时变压器二次侧电压较线路额定电压高5%, 变压器二次侧额定电压一般取比线路额定电压高10%, 即:
世界最大的水电站:长江三峡电站 世界最大的抽水蓄能电站: 广州抽水蓄能电站 装机容量2400MW 世界海拔最高的电站:西藏羊卓雍湖抽水蓄能电站 惠州抽水蓄能电站
我国最大的地热电站:西藏羊八井 我国最大的风电场:内蒙古赤峰赛罕坝风电场
我国最大的潮汐电站:浙江省江厦潮汐电站
我国最大的垃圾焚烧电厂:上海浦东垃圾焚烧电厂

超高压输电线路(电网的发展):
1972年,第一条330kV交流输电线路,甘肃刘 家峡水电站到陕西关中地区,534km。 1981年,第一条500kV交流输电线路,河南平 顶山姚孟火电厂到武汉,595km。 1989年,第一条直流输电线路,葛州坝到上 海南桥变电站,±500kV直流,1046km。 2005年,第一条750kV输电线路,青海官亭到 甘肃兰州东,146km。
我国煤炭 资源在地 理分布上 的总格局 是西多东 少、北富 南贫。
水资源分布:以昆仑山—秦岭—大别山一线为界,以南水资源较丰 富,以北水资源短缺。煤炭资源与水资源呈逆向分布。
主要集中在东北、华北、西北,占86%。
发电厂的种类: 火力发电厂
水力发电厂
核电厂
新能源电厂
积极发展水电,大 力加快发展核电。
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