电力科普讲座

电力工业科普讲座主讲：苏发高（二00六年八月）引言电力工业，是我国能源产业的重要组成部分，是国民经济的重要网络性基础产业,在我国工业化、现代化进程中起着十分重要的作用，被誉为国民经济的先行官和经济社会发展的晴雨表。持续、优质、稳定的电力供应，是我国由工业化迈向现代化进程的重要保障。同时，电力也是人类文明和社会进步的象征,与我们的生活息息相关。生活，因为电力而绚丽……第一章电力基础知识什么是电？电力的特性电流的三大效应电力技术与电力工业发展简史电网电压等级输变电原理及高压输电方式电力负荷分级及其供电要求什么是电？电是一种自然现象。18世纪时，西方国家开始探索电的种种现象。美国科学家富兰克林认为，电是一种没有重量的流体，存在于所有物体中。当物体得到比正常份量多的电就带了正电；若少于正常份量，就带了负电。所谓“放电”，就是正电流向负电的过程。尽管这个理论并不完全正确，但是正电、负电两种名称被保留下来。1752年，他在一个风筝实验中，证明了空中的闪电与地面上的电是同一回事。十八世纪，蒲力斯特里与库仑于1785年揭示出静态电荷间的作用力与距离成反平方的定律，奠定了静电的基本定律。1800年，意大利的伏特制成了第一个电池。1831年，英国的法拉第利用磁场效应的变化，展示感应电流的产生。1897年，汤姆生揭示出了原子由带正电的原子核（质子、中子）和核外带负电的电子组成，e=1.6×10-19C，使物体带电的过程叫“起电”。起电有三种方式：磨擦、接触、感应。规定：用丝绸磨擦过的玻璃棒所带的电荷——正电荷用毛皮磨擦过的橡胶棒所带的电荷——负电荷电力特性非物质性——看不见、无重力，电力生产只涉能量转换，不存在物质转变(或转移)暂态性——变化快，不能大量贮存连续性——发、供、用电必须同时进行，必须随时保持平衡重要性——与国民经济以及日常生活密切相关网络性——实现电力输送、使用，必须要有特定的网络(电力网)支持，且需形成闭环回路电流的三大效应热效应Q热=I2Rt——焦耳定律（kJ、J）1J=0.24k化学效应导体溶液里有电流时，溶液里发生化学变化的现象。电渡、电解、电冶金等。磁效应①电流感应磁场现象：导体中有电流时，导体周围就会产生感应磁场。(P1，P２)②电磁力现象:F=BIL(P3)③电磁感应现象：闭合电路的一部分导体在磁场做切割磁感线运动时，导体中就会产生电流。e=BLV(P4)④互感现象：两个线圈放在一起，其中一线圈中的电流发生变化时，另一线圈就会产生感应电动势U1/U2=N1/N2(P5)电力技术与电力工业发展简史1831年，法拉第发现电磁感应原理1866年，维·西门子发明了励磁电机1876年，贝尔发明了电话1879年，爱迪生发明了电灯1882年，爱迪生建成世界上第一座发电厂1881年，卢西恩·高拉德和约翰·吉布斯取得“供电交流系统”专利1885年，制成交流发电机和变压器1886年，建成第一个单相交流送电系统1888年,制成交流感应式电动机1891年，德国劳芬电厂安装了世界第一台三相交流发电机，建成第一条三相交流送电线路电力工业生产环节发电——包括火力发电、水力发电、核能和其他能源发电输电——包括交流输电和直流输电变电——低压高压、直流交流配电——电力由大电网分配到小电网、用户的过程用电——用电设备的安装、使用和用电负荷的控制，以及将这5个环节所存在的设备连接起来的电力系统此外，电力工业生产环节，还包括规划、勘测设计和施工等电力基本建设，电力科学技术研究和电力机械设备制造电网电压等级低压网：1KV以下中压网：1——10KV高压网：35——220KV超高压网：330——750KV特高压网：1000KV以上输变电原理及高压输电方式输变电原理电站(场、厂)→升压(→换流)→高压电网→(换流→)→降压→配压→不同的用户高压输电方式交流输电直流输电电力负荷分级及其供电要求定义：连接在输变电网络上的用电设备称电力负荷(或用电负荷)。单位：MW、kW、W分级：一级二级三级供电要求负荷特性不同用电负荷曲线图0510152025303512345678910111213141516171819202122232425常规工业用电市镇用电机关团体用电电网负荷率：电网平均负荷与最大负荷之比。负荷率=P均/Pmax×100%季节性日负荷特性曲线图0501001502002503003504004505000:00'1:00'2:00'3:00'4:00'5:00'6:00'7:00'8:00'9:00'10:00'11:00'12:00'13:00'14:00'15:00'16:00'17:00'18:00'19:00'20:00'21:00'22:00'23:00'24:00'负荷（MW）2002年4月15日2003年3月11日2007年枯期0501001502002503003504004505000:00'1:00'2:00'3:00'4:00'5:00'6:00'7:00'8:00'9:00'10:00'11:00'12:00'13:00'14:00'15:00'16:00'17:00'18:00'19:00'20:00'21:00'22:00'23:00'24:00'负荷（MW）2002年8月6日2003年6月16日2007年汛期枯期汛期第二章电力生产一、常规电力（能源）水电火电核电二、新型电力（能源）风力发电太阳能发电地热发电潮汐发电一、常规电力（能源）（一）水电1、定义把水能转换成电能的工厂，又称水力发电厂或水力发电站（包括抽水蓄能电站\海洋能电站）。2、结构挡水建筑物泄水建筑物排沙设施发电引水系统发电系统其他引水设施、过坝设施等组成。昆明石龙坝电站始建时间：始建于1908年创建人：昆明商人王筱斋站址：昆明市郊的螳螂川建站装机：2×240kW总装机：6000kW供电：昆明市中国最大水电站——三峡电站站址——湖北宜昌动工时间——1992后12月14日总投资——1179亿元设计容量——26×70万千瓦设计年发电量——847亿千瓦时首台机组发电时间——2003年7月4日全部完工时间——预计2011年前送电区域——华东、华中、川俞三峡电站经济、社会效益电能供应（如左图所示）防洪三峡工程建成后，可形成库容为393亿立方米的大水库，其中防洪库容为221.5亿立方米，用于调节洪峰、拦蓄洪水，可使长江荆江河段的防洪标准从目前的十年一遇提高到百年一遇。可有效消除江汉平原和洞庭湖区12.5万平方公范围内1500万人口、2300万亩农田,以及大中城市、工矿企业及交通要道的水患威胁。航运从根本上改善重庆至宜昌段通航条件，单向年通过能力将从目前的1000万吨增加到5000万吨，运输成本可降低三分之一。三峡电站经济、社会效益环境与火电相比，少燃烧5000万吨原煤，具有巨大的环境效益。每年可少排放1000万吨二氧化碳，100万吨二氧化硫，1万吨一氧化碳，37万吨氮氧化合物，以及大量的废水、废渣；可减轻因有害气体的排放而引起酸雨的危害。云南目前最大——大朝山水电站，装机135万千瓦，是新世纪全国第一个建成投产发电的大型水电项目。自2001年实现发电以来，大朝山水电站目前已累计发电近200亿度。特别是2003年6后，每年向广东输送电量占全省的35%以上。水电介绍（续）水电介绍（续）大理中国电力工业发展较早的地区之一。1945年12月,大理喜洲万花溪水力发电厂(44kW)就已建成投产。1958年，大理州建成第一个35千伏电压等级的“七五变电站”和第一条朝地田电站至七五变电站35千伏线路。2005年止，全州已建电站163座,累计装机58.3万kW；全年累计发电量20亿kW；2005年，全州用电量19.5亿kW。小湾电站—大理周边最大水电站设计装机7×60万kW总投资277.32亿元建设周期2002年——2010年出力185.4万kW（二）火电定义——利用煤、石油、天然气等自然界蕴藏量极其丰富的化石燃料发电称为火力发电。按发电方式，它可分为汽轮机发电、燃气发电和既供电又供热的“热电联产”。汽轮机发电又称蒸汽发电，占世界火力发电总装机的95％以上。火力发电厂工作原理图秦山核电站1kg的铀全部裂变所释放出的裂变能，大约相当于2500T煤或2000T的石油燃烧时所释放出的能量。一座百万千瓦的火力发电站需要350万T标煤，而核能电站只需要30吨的低浓铀原料就可以。CHINA——870万kW30万kW浙江海盐85.3——94.4（二）新型电力（能源）1、风力发电（1）定义——将空气流动的动能转变为电能的生产方式（2）机组结构：转子（回转叶片等）、升速装置、发电机、控制装置、调速系统以及支撑铁塔等。（3）全球风电应用情况2004年末，全球风电装机容量4762万千瓦，风电占0.5％。世界风电装机容量的73％在欧洲，2004年末欧洲风力发电总计装机容量为3476万千瓦。其中德国、西班牙和丹麦三个国家风电机组的装机容量约占欧洲总量的84％。CHINA风能资源丰富，可开发利用风能2.5亿kW。内蒙、宁夏、甘肃、新疆等西北部省区，都是我国风力资源富集的地区。已建立了14个风力发电场。2003年底，我国风电装机已达56.74万千瓦。我国最大的风电厂—贺兰山风力发电场，装机108台，容量9.18万瓦。建在戈壁滩上的风电场2、太阳能发电太阳能光伏发电太阳能光伏发电是利用太阳电池组将太阳能直接转换为电能。太阳电池由单晶硅或非晶硅薄膜制成。将太阳电池排成方阵，其总面积决定所需的功率。太阳能热发电太阳能热发电是利用聚光集热器把太阳能聚集起来，将水加热，使产生的蒸汽去驱动汽轮发电机组。根据热电转换方式的不同，把太阳能电站分为集中型热电太阳能电站和分散型太阳能电站。太阳能电厂塔式太阳能热发电太阳能光伏发电3、地热发电定义——用地球内部所具备的热能资源发电的方式分布：滇西腾冲、西藏利用：西藏羊八井电站，装机容量2。5万千瓦，发电量占拉萨电网的40%4、海洋能发电海洋能是海流动能、海洋热能、潮汐能和波浪能等的总称。海洋能用于发电有海流发电、海洋温差发电、波浪发电和潮汐发电等几种方式。潮汐发电——把潮汐能转换成电能的水电站。一般在海湾或河口修筑堤坝建成水库，于涨潮时放海水入库，利用库水位低于潮位的水位差发电；待潮位下降，又利用库水位高于潮位的水位差和库内蓄存的水量发电。法国朗斯(LaRance)潮汐电站,是世界已建成潮汐电站中规模最大的水电站，其装机容量为24万kW。第三章电力输配一、输、配电网二、变电站1、变压器2、电压互感器和电流互感器3、开关设备4、隔离开关（刀闸）5、防雷设备三、送电线路四、高压直流输电（HVDC）五、大理州电网发展现状（一）输、配电网基本概念1、输电——从发电厂或发电中心向消费电能地区输送大量电力的主干渠道或不同电网之间互送电力的联络渠道；2、配电——消费电能地区内将电力分配至用户的分配手段，直接为用户服务。ATT：输电和配电设施都包括变电站、线路等设备。3、输电网——所有输电设备连接起来组成输电网。4、配电网——从输电网到用户之间的配电设备组成的网络，称为配电网。（二）变电站变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施。1、变压器——起变换电压作用的设备变压器是变电站的主要设备，分为双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器。变压器按其作用，可分为升压变压器和降压变压器，前者用于电力系统送端变电站，后者用于受端变电站。关系：U1/U2=N1/N2I1/I2=N2/N12、电压互感器和电流互感器它们的工作原理和变压器相似，都是将高电压（设备和母线的运行电压）、大电流（即设备和母线的负荷或短路电流），按规定比例变成测量仪表、继电保护及控制设备的低电压和小电流。3、开关设备它包括断路器、隔离开关、负荷开关、高压熔断器，都是断开和合上电路的设备。在我国，220kV以上变电站使用较多的是空气断路器和六氟化硫断路器。4、隔离开关（刀闸）其主要作用是在