第一章电力系统和电力网基础知识

电力系统和电力网基本知识学习人：任庆辉目录12345发电厂及其电能生产过程电力网的额定电压电力系统和电力网的组成电力网电气计算的基本概念电力系统的基本要求电能的生产、输送、分配和使用的全过程实际上是在同一瞬间实现的，因此要保证供电安全与可靠，除了要了解供电系统的概况外，还需要了解供电系统电源方向的发电厂和电力系统的一些知识。概况一、发电厂及其电能生产过程发电厂又称发电站，是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。风力发电厂太阳能发电厂水力发电厂火力发电厂地热发电厂核能发电厂按其所利用的能源不同水力发电厂简称水电厂或水电站，它是利用水流的位能来生产电能水流位能机械能电能由于其发电容量与所在地点上下游的水位差及流过水轮机的水量的乘积成正比，所以建造水电厂必须用人工的办法来提高水位。火力发电厂简称火电厂或火电站，它是利用燃料的化学能来生产电能。燃料的化学能热能机械能电能我国以燃煤为主，为提高燃料的效率，将煤块粉碎成煤粉燃烧。火电厂一般考虑“三废”的综合利用，不仅发电，而且供热。核能发电厂通常称为贺核电站，曾称原子能发电厂。它主要是利用原子核的裂变能来生产电能。核裂变能热能机械能电能由于核能是巨大的能源，而且核电站的建设具有重大的经济和科研价值，所以世界上很多国家都重视核电建设。风力发电厂主要利用风力的动能来生产电能。风力动能机械能电能它建在有丰富风力资源的地方，主要分布在东南沿海及其岛屿、青藏高原、新疆、内蒙古、华北、西北和东北部分地区。风力发电机100W时，在额定转速下发电量为0.1度电。地热发电厂利用地球内部蕴藏的大量地热能（地下热水和蒸汽）为动力来生产电能。是一种新型发电技术。地热能机械能电能它建在有足够地热资源的地方，目前开发的地热资源主要是蒸汽型和热水型两大类。我国最著名的地热发电在西藏羊八井镇1975年打出第一口湿蒸汽井，第二年第一台兆瓦级机组成功发电，也是当今世界唯一利用中温浅层热储资源进行工业性发电的电厂。太阳能发电厂利用太阳光能或太阳热能来生产电能。太阳光能发电，是通过光电转换元件如光电池等直接将太阳光转换为电能。太阳光能蓄电池电能它建在常年日照时间长的地方。已广泛应用于人造地球卫星和宇航装置上。中国安徽省淮南市建立了全球最大的水上浮动太阳能发电厂，能同时提供40兆瓦的电力，供15000个家庭的生活用电。有动力资源的地方，往往离用电中心地区较远，必须用高压输电线路进行远距离输电，需要各种升压、降压变电站和电力线路。二、电力系统和电力网的组成电力线路小图ABCABC变电所FI-3A6F-01DQC1/G-01QC1-1/1GZQC1-3/1GNQC1-5/1GNJkMhkMhQC1-10/3GNQC1-9/2GNJFI-3A6F-01DQC1/M-02ZW-32-12QC1/W-01GW9-10/630QC1/K-01S11-100/10QC1/B-02QC1/B-01S11-M-63/10电能输送电能分配庆2区庆1区BWF11-50-3WQC1/C-01QC1/G-02QC1/M-01QC1-4/1GZK发电厂向电力负荷中心输送电能的线路以及电力系统之间的联络线路称为输电线路。电力负荷中心向电力用户分配电能线路称为配电线路。电力线路担负电能输送分配发电厂电力负荷中心任务输电线路配电线路电力用户分配线路电力系统联络线路输送电能电力线路是电力系统的重要组成部分，担负着电能输送和电能分配的任务。G～220kV输电线路110kV输电线路220kV110kV35kV输电线路35kV变电所M～220/380V10kV35kVM～电动机灯泡220/380V升压变压器柱上变压器负荷电力系统电力网受电设备电力系统和电力网示意图G～M～发电机升压变压器降压变压器降压变压器变电所耐张铁塔直线铁塔耐张电杆直线电杆发电厂各个发电厂、变电站和电力用户之间，将不同电压并按一定规律用电力线路连接起来，这些不同电压的电力线路和变电站的组合，称为电力网。发电厂、送变电线路、供配电所和用电等环节组成的一个发电、变电、输电、配电和用电的整体，称为电力系统。电气设备的额定电压能使发电机、变压器及各种电力设备正常工作的电压。电网及用电设备额定电压（kV）发电机额定电压（kV）电力变压器额定电压（kV）一次绕组二次绕组0.380.400.380.4066.36及6.36.3及6.61010.510及10.510及10.5353538.5110110121220220242三、电力网的额定电压GB156-2007《标准电压》规定发电机的额定电压电力线路允许的电压偏差一般为±5%。即整个线路允许有10%的损耗值，因此为了维持线路的平均电压在额定值，线路首段（电源端）的电压可较高线路额定电压5%，而线路末端则可较低线路额定电压5%，所以发电机额定电压规定高于同级电网额定电压5%。G～M～M～M～＋5%－5%UN电力变压器一次绕组的额定电压分两种情况：1、变压器直接与发电机相连时，一次绕组额定电压应与发电机额定电压相同，即高于同级电网额定电压5%。2、变压器不与发电机相连而是连接在线路时，则可以看作是线路的用电设备，因此其一次绕组额定电压应与电网额定电压相同。电力变压器二次绕组的额定电压分两种情况：1、变压器二次侧供电线路较长（如为较大的高压电网）时，其二次绕组额定电压应比相联电网额定电压高10%。2、变压器二次侧供电线路不长（如为低压电网）时，其二次绕组额定电压只需高于所相联电网额定电压5%。注：变压器的高压绕组上具有改变变比的分接头，可根据电压损耗大小，进行调压。G～M～UN＋5%＋10%±0%＋5%T1T2四、电力系统的基本要求保证电力系统对用户供电的可靠性，必须保证电力系统每个设备和元件运行可靠。衡量供电可靠性指标，一般以全部用户平均供电时间占全年时间（8760h）的百分数来表示。RS例如：用户每年平均停电（事故和检修停电）17.52h，则停电时间占全年的0.2%，即供电可靠率为99.8%。=(统计期间时间用户平均停电时间）X100%1-保证供电的可靠性负荷分类条件根据供电可靠性及中断供电在政治经济上所造成的损失或影响程度二级负荷中断供电将造成人身伤亡、重大政治影响、重大经济损失及公共场所秩序严重混乱。一级负荷中断供电将造成较大政治影响、较大经济损失、公共场所秩序混乱。三级负荷所有不属于一级、二级的电力负荷。一级负荷，应由两个电源供电。当一个电源发生故障时另一个电源应不会同时受到损坏。特别重要负荷除两个电源外，必须增设应急电源。二级负荷，应尽量由不同变压器或者两段母线供电。三级负荷对供电无特殊要求。电压和频率是衡量电能质量的重要指标。过高或过低影响电力设备使用和工厂企业正常生产，影响电力系统稳定。城市客户年平均停电时间不超过37.5小时（对应供电可靠率不低于99.6％）。供电设备计划检修时，对35千伏及以上电压供电的用户，每年停电不应超过一次；对10千伏供电的用户，每年停电不应超过三次。保证电能质量根据GB/T15945-2008《电能质量电力系统频率偏差》规定：电网装机容量频率允许偏差（Hz）300万千瓦及以上±0.2300万千瓦以下±0.5非正常状况不应超过±1.0受电端电压允许额定值35kV及以上±绝对值之和不超过10%10kV及以下三相供电±7%220kV单相供电＋7％，-10％公共点正常电压允许值不平衡2%短时不平衡不超过4%提高经济性，就是使电力系统在运行中耗费少、效率高、成本低，主要有三个经济指标来衡量（1）标准耗煤量。每千瓦时电能所消耗的标准煤量（规定发热量为29310kJ/kg的煤为标准煤）。（2）厂用电率。发电厂在生产过程中耗用的电量与发电量只百分比。目前我国火力发电厂的厂用电率为6%~10%。（3）线路损耗率。电能在各级电网环节中损耗量占供电量之百分比。目前我国各级电网的线损率为3%~10%。保证电力系统运行经济性五、电力网电气计算的基本概念电力选择的基本原则在进行电力网电气计算时，首先应确定输送功率及电力网的额定电压。三相交流电的线电流I、线电压U和功率P的关系是：cos3UIP所以cos3UPI上式表明，当输送容量一定时，线路电压越高，电流就越小。(1)选定的电压等级符合GB:380/220V、10、35、110、220、330、500、750、±800、1000kV。（2）电压等级的选择应满足近期过度的可能性，同时也能适应远景规划发展的需求。（3）同一地区，同一电力网内，电压等级应少，以减少重复容量，各级电压间的级差不宜太小，电压等级差一般为2～3倍。（4）在选择电力网电压等级时应考虑到与主系统及地区系统联网的可靠性。（5）在实际应用中，照明电力网及容量20-100kW的动力设备，选用380/220V；对于厂矿企业大型动力设备，200kW及以上的电动机可用6～10kV电网供电;大城市及矿区电力网采用电压为35～110kV。电力网电压的选择是一个涉及面很广的综合性问题，除了考虑输送容量、输送距离、运行方式等各种因素外，还应根据一次能源分布、国家规划发展情况，进行全面的技术经济比较，合理选择电力网电压。其基本原则是：输电容量和输送距离线路电压（kV）输送容量（MW）输送距离（km）0.380.1以下0.6以下60.1-1.24-15100.2-2.06-20352.0-1020-5011010-5050-150220100-500100-3001、什么叫做电力系统、电力网？什么叫输电线路、配电线路？2、电力网的额定电压是如何确定的？为什么短路电压较大的变压器，其次级绕组的额定电压比电力网额定电压高出10%？3、电力系统有哪些基本要求？4、选择电力网电压等级的基本原则？问题思考