电力系统概述

发电厂电气部分第一节电力系统的构成第二节电力系统联网运行的优越性第三节电能的质量标准第四节电力系统的电压等级第五节电力系统的中性点接地方式第六节电力系统稳定问题概述电力系统概述第一节电力系统的构成电是一种二次能源，是在各种发电厂内由其它能源（比如煤、水等天然能源）转换而来的。发电厂是把各种天然能源，如煤炭、水能、核能等转换成电能的工厂。根据发电厂所使用的一次能源的不同，发电厂可分为火力发电厂、水力发电厂、核发电厂等类型。一、电力系统的构成由于电厂和用电负荷的分散性，需要将电厂生产的电能经升压变压器升压，再经不同电压等级的输电线送往各个负荷中心，最后经降压变压器降压才到达具体的电能用户。即是说，发电厂和用户间需经一定的网络连接。各个发电厂之间也需要这样的网络连接以提高供电的可靠性和经济性。这样的网络就称为“电力网”。电力网=各电压等级变电所+输配电线路其中：输电网：电厂→负荷中心配电网：负荷中心→各配电变电所一、电力系统的构成电力系统=发电厂+电力网+电能用户即“电力系统”由发电厂、变电所、线路和用户组成。其中：变电所是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。因此，所谓“电力系统”，是指能够完成电能的生产、变换、输送、分配和消费，并将各发电厂、变电所并列运行以提高整个系统的可靠性和经济性的一个统一的整体。一、电力系统的构成动力系统=动力部分（如热力装置、水力装置、核反应堆等）+电力系统一、电力系统的构成TBGT1LT2电力网电力系统动力系统热能用户电能用户二、发电厂的类型1、根据所使用的一次能源不同，分为：①火力发电厂：煤为原料，汽轮机为原动机。a.凝汽式电厂（200MW及以上的机组）容量大，靠近燃料产区（坑口、矿口），燃烧劣质煤。电能经高压或超高压线路送往负荷中心。单纯供电。特点：水循环使用，即在汽轮机内作功后，蒸汽全部排入凝汽器冷却成水，又重新送回锅炉。蒸汽中含有的大量热量被浪费。效率低：30％～40％b.热电厂（几十到几百MW的机组）容量中小，靠近城市和负荷中心。电能在满足地方需求后，经高压线路送进电网。既供电又供热。特点：在汽轮机中段抽出已作功蒸汽，或直接供热给热用户（化工、纺织、造纸、制药、公用事业和居民取暖等），或送给水加热器将水加热供给用户。效率高：可达60％～70％。但运行方式不如凝汽式电厂灵活，因为需根据热需求调整出力。火电厂的电能生产过程1、主要组成两大部分：热力部分和电气部分三大核心设备：锅炉、汽轮机和发电机大型火力发电厂一般都有燃煤、锅炉、汽机、电气、化学、热工、水处理等车间（或称分场）。2、生产过程发电厂的生产过程实际上是能量的传递和转换过程燃料的化学能烟气的热能热能传递给水、蒸汽和空气汽轮机轴上的机械能发电机送出的电能（加上励磁机送进的磁能）气流的动能2、生产过程(1)输煤系统煤矿经火车或轮船运到电厂存放在储煤场再经碎煤机打碎大块煤锅炉原煤仓经皮带：通过电磁分离器吸净铁屑2、生产过程(2)磨煤制纷系统煤从给煤机送至磨煤机，加上热风道来的热风煤被磨制和干燥后，送到粗粉分离器旋风分离器进行气粉分离热风进入排风机带上从给粉机来的煤粉由喷燃器喷入炉膛燃烧细粉进入煤粉仓2、生产过程(3)风烟系统冷空气经送风机，进入空气预热器一部分热风送磨煤机，一部分热风直送喷燃器炉膛中热风与煤粉混合燃烧，产生大量热量烟气经吸风机引至烟囱，排入大气热量经过金属表面传给锅炉的水冷壁管、过热器、省煤器、空气预热器、除尘器2、生产过程(4)汽水系统给水泵打水经高压加热器、省煤器加热送入汽包汽包内的水经水冷壁下降管及下联箱进入上升管汽进入过热器，经蒸汽管道引入汽轮机蒸汽膨胀，高速冲击叶片，带动发电机转子转动水吸热汽化，汽水混合物上升到汽包进行汽水分离2、生产过程(4)汽水系统作功后蒸汽温度压力下降排入凝汽器冷却凝结成水循环使用(5)电气系统发电机发电除去厂用电后经变压器升压送入电网二、发电厂的类型1、根据所使用的一次能源不同，分为：②水力发电厂：水为原料，水轮机为原动机根据取水的方式不同，又可以分为：a.坝式水电厂堤坝蓄水，抬高水位，形成发电水头。坝后式：厂房在堤坝后面河床式：厂房组成堤坝的一部分坝后式水电厂河床式水电厂二、发电厂的类型1、根据所使用的一次能源不同，分为：②水力发电厂：水为原料，水轮机为原动机根据取水的方式不同，又可以分为：b.引水式水电厂不修堤坝，只由引水渠道形成发电水头。引水式水电厂二、发电厂的类型1、根据所使用的一次能源不同，分为：②水力发电厂：水为原料，水轮机为原动机根据取水的方式不同，又可以分为：c.抽水蓄能电厂利用深夜或丰水期剩余电力，使水轮机以水泵方式工作，将下游的水抽到高水位蓄水池内，再在需要时用来发电，作负荷调峰之用。火电和水电的简单比较火电厂投资相对少，建设工期相对短，但原料储量不如水电丰富，而且有污染。火电机组不如水电机组起停迅速，所以火电大多承担系统基荷，而水电既可承担基荷（丰水期），也可承担腰荷，以及调峰、调频、调相和各种备用任务。二、发电厂的类型1、根据所使用的一次能源不同，分为：③核能发电厂：基本原理同火力发电厂，只不过是用核反应堆和蒸发器代替了火力发电厂的锅炉设备。一个1000MW的火电厂一天燃煤9600t，同样大的核电厂只要3.3kg的U235。其它能源发电太阳能风力地热潮汐燃料电池垃圾磁流体三种方法:一：直接将日光转换为电流。二：产生蒸汽推动发电机。三：利用日光将水分解，利用氢作为发电的燃料。上述三种方法均须有稳定的日照及广大的土地。太阳能发电主控制器交流负载直流负载蓄电池逆变器利用聚热装置，将太阳热能聚集以产生蒸汽，带动涡轮发电机产生电力。太阳能的利用方式利用光电效应来产生电力风力发电20kW变速恒频风力发电机组地热发电地热蒸汽——电能羊八井地热电站潮夕发电示意图燃料电池还被称为静止发电机垃圾焚烧发电技术二、发电厂的类型根据电厂的地位和作用，又可分为：①区域性发电厂、地区发电厂和自备发电厂区域性发电厂：主力电厂，多为大型水电厂或凝汽式火电厂，担负主要供电任务。地区发电厂和自备发电厂：中小型电厂，多建在负荷中心附近或大厂矿企业内，直接供该地区或该厂用电。二、发电厂的类型根据电厂的地位和作用，又可分为：②基荷电厂、腰荷电厂和峰荷电厂主要是指设备的利用率不同。基荷电厂：年利用小时在5000h以上腰荷电厂：年利用小时在3000～5000h之间峰荷电厂：年利用小时在3000h以下电力网是连接发电厂和用户的中间环节，一般分为输电网和配电网两部分。输电网一般是由220KV及以上电厂等级的输电线路和与之相连的变电所组成，是电力系统的主干部分，它的作用是将电能输送到距离较远的各地区配电网或直接送给大型工厂企业。目前，我国的几大电网已经初步建成以500KV超高压输电线路为骨干的主网架。配电网是由110KV及以下电压等级的配电线路（110KV和35KV是高压配电，10KV是中压配电，380/220V为低压配电）和配电变压器组成，其作用是将电能分配到各类用户。三、电力网1、电力网的接线方式可分为无备用方式和有备用方式两大类。无备用方式：仅用一回电源线向用户供电。其特点是电网结构简单，运行简单，投资较少，但供电可靠性较低。广泛使用的断路器自动重合闸和线路故障带电作业检修，对这种接线供电可靠性的缺点有所弥补。无备用接线适宜向一般用户供电。三、电力网1、电力网的接线方式可分为无备用方式和有备用方式两大类。有备用方式：用两回或两回以上线路向用户供电。其特点是供电可靠性高，但运行控制较复杂，适用于向重要用户供电。三、电力网三、电力网2、变（配）电所的类型①按作用分：a.升压变电所：一般设在发电厂内或电厂附近，把发电机电压经升压变压器升高后，由高压输电线路将电能送出，与电力系统直接相连。b.降压变电所：一般位于负荷中心或网络中心，一方面连接电力系统各部分，同时将电压降低，供给地区负荷用电。c.开关站（开闭所）：仅连接电力系统中的各部分，可以进行输电线路的断开或接入，而无变压器进行电压变换，一般是为了电力系统的稳定而设置的。②按所处地位分：a.枢纽变电所：位于电力系统中汇集多个大容量电源和多条线路的枢纽点，在电力系统中具有极其重要的地位。高压侧多为330～500kV，其高压侧各线路之间往往有巨大的变换功率。一旦停电，将引起系统解列甚至瘫痪。b.地区变电所：是供电给一个地区的主要供电点。一般从2～3个输电线路受电，受电电压通常为110～220kV，供电给中、低压下一级变电所。若停电，将引起区域电网解列。三、电力网2、变（配）电所的类型②按所处地位分：c.工厂企业变电所：专供某工厂企业用电的降压变电所，受电电压可以是220kV、110kV或35kV及10kV，因工厂大小而异。d.地区变电所：由1～2条输电线路受电，处于电网终端的降压变电所，直接供电给用户。三、电力网2、变（配）电所的类型用电力系统元件的规定符号并按实际情况把它们连接起来形成电路图，称为“电力系统原理电路图”。图中只画出电力系统的基本部分，如发电厂中的发电机、变压器和母线；变电所的变压器和母线；主要的输电线路。不画辅助部分。电力系统原理电路图中用单线表示三相。三、电力网2、变（配）电所的类型枢纽变电所地区变电所终端变电所中间变电所水电厂火电厂35kV10kV35kV110kV220kV110kV220kV环形电网500kV四、电力系统的负荷1.负荷的分类及对供电电源的要求①Ⅰ类负荷：必须有两个独立的电源供电，而且当任何一个电源失去时，能保证对全部一类负荷的持续供电。根据用电设备在生产中的作用，以及供电中断对人身和设备安全的影响，电力负荷通常分为三类：②Ⅱ类负荷：应有双回路电源供电，而且当任何一个电源失去时，能保证对大部分二类负荷的供电。③Ⅲ类负荷：只需一个电源供电，因为允许长时间停电。连接在电力系统上的一切用电设备所消耗的功率。四、电力系统的负荷2.负荷曲线根据Ｘ轴坐标表示的持续时间不同，负荷曲线可分为日负荷曲线和年负荷曲线。用来描述用户、变电所、发电厂及电力系统的负荷随时间变化的曲线。Ｘ轴表示时间，Ｙ轴表示有功或无功。两个常用的负荷曲线：发电厂日负荷曲线电力系统日负荷曲线四、电力系统的负荷2.负荷曲线①发电厂日负荷曲线：一昼夜内实际发电负荷的变化情况P(MW)100806040200t(h)2610141822冬季夏季四、电力系统的负荷2.负荷曲线②电力系统日负荷曲线：一昼夜内实际发电负荷的变化情况P(MW)t(h)2610141822Q(MVar)PQ第二节电力系统联网运行的优越性作者：版权所有电力系统联网运行的优越性①提高供电的可靠性。在电力系统中大量的设备都是不分昼夜地连续运行，难免会发生故障。联网后某个设备的故障一般不会危及整个电力系统的继续运行，这就大大提高了对用户供电的可靠性。一般来说，电网规模越大，这种供电可靠性就越高。当然，电网规模过大也会带来一些新的技术问题，例如系统电流过大，容易发生稳定事故等，这需要新的技术手段加以解决。电力系统联网运行，在技术上和经济上都有十分明显的优越性。作者：版权所有电力系统联网运行的优越性②减少系统中总备用容量的比重。为避免系统中某一台发电机故障退出运行而使一些用户停电，一般都使装机容量大于最大用电负荷，即留有备用容量。由于备用容量是可以在整个系统中互相通用的，因此电力系统中总容量越大，备用容量的比重就可以减少。作者：版权所有电力系统联网运行的优越性③减少总用电负荷的峰值。不同地区地电网互连后，会有明显的错峰效益。即不同地区的用电负荷高峰不会在同一时间发生，因为各地存在着时差和气候差。实际看来，联网后系统的最大负荷将小于联网前各地最大负荷的总和。作者：版权所有电力系统联网运行的优越性④可以安装高效率的大容量机组。较小容量的系统不允许安装大容量机组，因为其一旦因故障退出运行将导致大规模停电。而大容量机组其经济运行指标远高于中小机组，是今后电力工业的主要机型。只有互连成大电网，才为安装大容量机组创造了条件