现代电气工程基础一

1第一章电力工程基础我国电力工业概况电力系统的组成与基本要求（重点）电能质量指标电力系统电压等级（重点）21.1电力工业在国民经济中的地位1.1.1电力工业的地位一次能源（化学能、水能、原子能、风能、太阳能、地热能等）电能（二次能源）电能的优点：（1）易于转换；（2）适合远距离输送（“西电东送”工程）；（3）便于控制；（4）清洁能源。3一、电力工业的地位（1）现代社会的主要能源和动力（2）人均用电量反映了一个国家的现代化水平2007年我国发电量32559亿千瓦时(kW.h)，人均2504kW.h。资料：2006年各国年人均用电量挪威:23850kW.h瑞典:15015kW.h美国:11623kW.h比利时:7300kW.h瑞士:6635kW.h法国:6495kW.h丹麦:5865kW.h奥地利:6165kW.h德国:5835kW.h英国:5320kW.h世界人均:2400kW.h4二、我国电力工业发展概况1.电源（发电）2007年底数据装机容量：7.13亿千瓦（比06年增14.36%）其中：水电1.4526亿千瓦，占20.36%火电5.5442亿千瓦，占77.73%核电885万千瓦，占1.24%风电483.17万千瓦(比06年底增158.4%）发电量：32559亿千瓦时（比06年增长14.44%）5二、我国电力工业发展概况我国电源发展战略：优先发展水电，适度发展核电，积极发展新能源发电。2.电网已形成500kV主干网正负800kV特高压直流输电示范工程(云南－广东)高压直流输电：500kV直流输电网(问：高压直流输电有什么优点？如何进行AC→DC→AC变换？)西电东送工程：“十一五”期间投资6000多亿元67•电网互联2010年：形成以三峡电站为中心，连接华中、华东、川渝三个地区电网的中部电网。届时，全国将形成北、中、南三大互联电网的格局。2020年：形成除新疆、西藏、台湾之外的，以三峡电网为中心的全国统一联合电网。21世纪：在北、中、南三大电网的基本格局下，逐步形成全国联合大电网。与此同时，在21世纪将形成与周边国家互联的亚洲东部联合电网。2010年全国装机容量达到8亿kW，2020年达到11亿kW。世纪发展目标8三、我国的电力市场电力改革厂网分开：电源（如大唐）、电网（国家电力公司）电力市场1998年，成立了国家电力公司，提出“厂网分开”，建立电力市场，实行“竞价上网”的改革方案。上海、浙江、山东作为首批改革试点，东北三省紧随其后，到2010年，全面实行“厂网分开、竟价上网”。2010年后，实现发、输、配三个环节分开，建立规范有序的电力市场，在更大范围内引入竞争机制。9中国大唐集团公司10中国华能集团11中国华电集团12中国国电集团13中国电力投资集团公司14海南电网湖北省、河南省、湖南省、江西省、四川省、重庆市电网151.2各类发电厂生产过程简介1.火电厂的组成：电力系统：发电机、变压器、输电线路等一、火电厂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）2.火电厂的生产过程如图16171819汽轮机-发电机组外观203．火电厂是我国目前最主要的电源，比例大于77%。4．火力发电存在的问题5．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。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%。张家口发电总厂21张家口发电总厂成立于1988年8月，由下花园发电厂和沙岭子发电厂合并而成，位于张家口市东南14km，距首都北京170km，距煤都大同180km。发电厂总装机容量240万千瓦（8×300MW），通过500kV双回线向北京供电，同时兼顾地方用电，担负着北京地区1/4电力负荷的供电任务。张家口发电总厂夜景厂区景色汽轮机房22二、水电站1.水能→水轮机→发电机（最大单机容量70万kW,三峡水电站26台70万kW机组）2.发电容量:P=9.8ηQHQ—流量（立方米/秒）；H—落差(m)η—机组效率（0.8-0.85)3.水电站类型堤坝式水电厂引水式水电厂抽水蓄能电站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4．水电厂的组成：水库、水轮机、电力系统235．水电厂的生产过程246．水电厂是我国目前最重要的电源之一，比例大于20%。7．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。258．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。26三峡水电站27三峡水电站总装机1820万千瓦，年发电量847亿千瓦时，是世界最大的水电站。图为吊装三峡左岸电站一台水轮发电机组的转轮（外径10.6m，高5,3m，重450T)28金沙江溪洛渡水电站静态投资503.4亿元；设计装机容量1260万千瓦，居世界第三位。2013年6月首批机组发电，2015年竣工。（效果图）29巴西伊普诺水电站30柘林水电站31三、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。轻水碓核电厂生产过程示意图a）沸水碓b）压水碓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。324．核电厂是我国目前最重要的电源之一，比例大于1%。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，避免燃料运输。不需空气助燃，可建在地下、水下、山洞或空气稀薄地区。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。3334四、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太阳能发电的特点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受季节、昼夜、地理和气象条件的影响较大。光电板控制器逆变器配电线路负载蓄电池35太阳能光伏电源在西部地区应用广泛。（青海、新疆）我国首座太阳能发电厂：2005年10月29日在南京江宁发电成功，发电量只有70kW。2．风力发电：风力的动能→机械能→电能风力发电的特点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）是一种取之不尽、用之不竭的自然能源。不需要燃料、没有污染、运行成本低。有一定的随机性和不稳定性，因此必须配有蓄能装置。36达板城风力发电厂装机容量7.23万千瓦，占全国的30%。新疆达板城风电厂373．地热发电：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。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）江厦潮汐电站38羊八井电厂是我国最大的地热电厂，总装机容量为25.18MW，水温约150℃，担负拉萨地区50%的供电任务。电站由5眼地热井供水，单井产量为75～160立方米／小时。羊八井地热电厂羊八井地热温泉39江厦潮汐电站是中国第一座双向潮汐电站，位于浙江省温岭市乐清湾北端江厦港。1980年5月第一台机组投产发电。电站装有双向贯流式机组6台，总装机容量3200干瓦，年发电量600万度，可昼夜发电14～15小时。规模仅次于法国郎斯潮汐电站、加拿大芬地湾安娜波利斯潮汐电站，居世界第三。401.3电力系统的组成发电厂用户变电站41一、电力系统的组成发电厂电力网电力用户或者说：由发电厂、电力网和电力用户就构成了电力系统。电力系统示意图如图所示。1.电力系统电力系统是指完成电能生产、输送、分配和消费的统一整体。42电力系统示意图工业企业供电系统43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）。地方电力网：电压等级在35kV及以上、供电半径在50km以内的电力网;区域电力网：电压等级在110~220kV、供电半径超过50km的电力网;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超过300km。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。44变电所：是变换电能电压和接受分配电能的场所。分为枢纽变电所、中间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。总降压变电所：将35～110kV的供电电压变换为6～10kV的配电电压，给厂区各车间变电所或高压电动机供电。枢纽变电所：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，全所停电后，将引起整个系统解列甚至瓦解；中间变电所：由发电厂或枢纽变电所供电，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，主要由中间变电所供电，其高压侧为10～110kV，全所停电后，将使用户中断供电。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。45热力网水库23kV锅炉10kV10kV工业用户220/380V商业用户反应堆23kV220kV110kV500kV枢纽变电所区域电力网中间变电所地方电力网终端变电所超高压电网46二、组成电力系统运行的优点1.合理利用资源：矿口电厂；丰水期与枯水期2.减少了总装机容量3.提高了供电可靠性：互为备用4.可采用大容量机组471.4对电力系统运行的基本要求一、电力系统的基本特点1.同时性：电能不能大量储存（抽水蓄能电站）2.过渡过程十分短暂3较强的地区性特点4.与国民经济和人民生活关系密切，影响巨大。资料：03年北美大停电事故，持续29个小时的大面积停电，给5000万美国人和加拿大人的生活带来极大不便，造成的经济损失达300亿美元。48二、对电力系统的基本要求一级负荷：两个独立电源供电可靠二级负荷：双电源、双回线、专线三级负荷：无特殊要求优质：U，f经济491.5电力系统的质量指标电压、波形、频率一、电压1.电压偏移定义:指电网实际电压偏离额定值原因：负荷变化→线路电压损失变化→负荷端电压偏离额定值危害：例如对电动机,U↓→M↓→n↓,I↑→过热要求：35kV及以上，≯±5%;10kV及以下，≯±7%；低压照明，≯+5%～-10%50一、电压1.电压偏移抑制措施减少系统阻抗:增大导线截面,并列（联）三相负荷平衡：低压电网无功补偿：减少Q的传输，降低线路电压损耗变压器调压：有载调压变压器、无载调压变压器512.电压波动定义：电网电压的快速变化原因：负荷急剧变化，如电动机起动、电焊机、电弧