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建筑电气第11章供配电系统►§1.1概述►§1.2建筑的供配电系统►1.2.1电力负荷分级及其供电可靠性要求►1.2.2供电电源►1.2.3供电系统主要形式►1.2.4民用建筑供配电线路►1.2.5供配电设备►1.2.6建筑供配电系统图实例§1.1概述建筑供配电系统是建筑电气的最基本系统，它对电能起着接受、更换和分配的作用，向各种用电设备提供电能。系统应既能满足供电可靠性和运行维护的安全、灵活、方便的要求，又要使系统投资少，做到技术上合理和经济上节约。建筑用电，差不多都是电力系统供给的。一般的建筑采用低压供电，高层建筑采用10kv甚至35kv供电。供配电设计是建筑电气设计的重要内容。为做好建筑供配电系统的设计，必须对电力系统有所了解。1.1.1电力系统的组成►电力系统由电源、电力网、电力用户组成。►由各种电压的电力线路及一些发电厂、变电所和电能用户联系起来的一个发电、输电、变电和用电的整体，称为电力系统。►图1—1是一个大型电力系统的示意图。►1．（电源）发电厂发电厂是将自然界蕴藏的各种一次能源(如煤、水、风和原子能等)转换为电能(称二次能源)，并向外输出电能的工厂。发电厂的种类很多，根据所利用能源的不同，有火力电厂、水力发电厂、核能发电厂、地热发电厂、潮汐发电厂以及风力发电厂、太阳能发电厂等。在现代的电力系统中，各国都以火力发电厂和水力发电厂为主。近些年来，各国正在大力发展原子能发电和新能源发电。发电厂的基本类型一次能源是指直接由自然界采用的能源，如：煤、石油、天然气、水利资源、核原料等。二次能源是由一次能源经加工转换而获得的另一种形态的能源，如电力、煤气、蒸汽、焦碳等。一、发电厂的基本类型发电厂是把各种一次能源转换成二次能源（即电能）的场所。按照发电厂所消耗一次能源的不同，发电厂分为以下几种。⑵热电厂:既生产电能又生产热能。热电厂的热效率高达60%~70%。⑶燃气轮机发电厂：燃气轮机与汽轮机工作原理相似，所不同的是燃气轮机的工质是高温高压的气体而不是蒸汽。这些作为工质的气体可以是用清洁煤技术将煤炭转化成的清洁煤气，也可以是天然气等。1.火力发电厂以煤炭、石油、天然气等为燃料。⑴凝汽式火电厂：只生产电能，热效率低，仅为30%~40%。火电厂外景热电厂外景火电厂的燃料：煤炭、石油、天然气等。能量转换过程：化学能→热能→机械能→电能。火电厂的组成：锅炉：燃料→灰渣，风（空气）→烟气电力系统：发电机、变压器、输电线路等。汽轮机：水蒸汽、循环水（冷水热水）火电厂是我国目前最主要的电源，比例大于75%。江苏谏壁发电厂张家口发电总厂浙江北仑发电厂火力发电存在的问题安全问题：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%。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。江苏谏壁发电厂始建于1959年，于1987年9月全部建成，共安装10台机组，总容量162.5万千瓦，年发电量在100亿度左右，成为80年代末到90年代初国内最大的火力发电厂。浙江北仑发电厂是我国目前最大的现代化火力发电厂，总装机容量为300万千瓦(5×600MW)，工程于1988年1月正式开工建设，2000年9月全部建成发电。年发电量167亿度，为浙江省各类发电厂发电总量的四分之一，其中两台机组的发电量就能满足宁波市全部用电所需。北仑发电厂主控制室北仑发电厂汽轮机房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2．水力发电厂水电厂是将水的位能和动能转换成电能的场所，也称水电站。水电站的类型可以分为：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(1)堤坝式:一般河流水位的落差沿河流是分散的，为提高落差就需要在河流的上游修建拦河坝，将水积蓄、提高水头，进行发电。水电厂的组成：水库、水轮机、电力系统坝后式水电站:发电机厂房建在坝后，全部水头的压力由坝体承受，水库的水由压力水管引入厂房，推动水轮发电机发电。图1-2坝后式水电站示意图图1-3河床式水电站示意图河床式水电站:发电机厂房和挡水堤连成一体，厂房也起挡水作用。由于厂房修建在河床中，故称河床式。图1-4引水式水电站示意图（3）抽水蓄能电站抽水蓄能电站是一种特殊形式的水电站，具有水轮机-发电机和电动机-水泵两种可逆的工作方式。⑵引水式水电站:建在山区水流湍急的河道上或河床坡度较陡的地段，由引水渠道提供水头，一般不需要修建堤坝，或只修低堰，适用于水头比较高的情况。(1)夜晚或周末低负荷时，抽水蓄能电站的机组作为电动机运行，利用电力系统富余的电能将下库的水抽到上库，以位能的形式将电能储存起来。(2)在电力系统的峰荷期间，抽水蓄能电站的机组又作为发电机运行，将上库的水放下来通过水轮机发电，用以担任电力系统峰荷中的尖峰部分，即起到调峰作用。图1-5抽水蓄能电站示意图水电厂是我国目前最重要的电源之一，比例大于10%。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。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。葛洲坝27孔泄洪闸葛洲坝水电站葛洲坝水电站是长江干流上修建的第一座大型水电工程，是三峡工程的反调节和航运梯级。电站始建于1970年，共有机21台机组，总装机容量271.5万千瓦，年发电量157亿度。电站以500kV和220kV输电线路并入华中电网，并通过500kV直流输电线路向距离1000km的上海输电120万千瓦。三峡水电站效果图长江三峡水电站坝长2309m，坝高185m，水头175m，总库容393亿立方米，总装机容量18.2GW（26×700MW）；库区将淹没耕地36万亩，淹没城镇129座，需安置迁移人口113万；电站于93年起步，首批机组于2003年10月发电，以后每年投产4台机组（280MW），2009年全部机组建成投产。三峡电站发出的强大电力将送往华中、华东地区和广东省。电站将引出15条超高压交流输电线路，其中3条线路通过换流站将交流电转换成直流电后，再通过500kＶ直流输电线路，2条送往华东、1条送往广东。三期导流图三峡大坝模型三峡大坝由多个功能模块组成，从左至右（面向下游）依次为永久船闸、升船机、泄沙通道（临时船闸）、左岸大坝及电站、泄洪坝段、右岸大坝及电站、山体地下电站等。升船机的最大提升高度为113米，供3000吨以下船只通过大坝，用时约40分钟；永久船闸是双线五级船闸，供3000吨以上船只从这里翻过大坝，用时约3小时。三峡工程综合效益防洪：三峡水库正常蓄水位175米，总库容393亿立方米，防洪库容221.5亿立方米，能有效地控制长江上游洪水，保护长江中下游荆江地区1500万人口、2300万亩土地，是世界上防洪效益最为显著的水利工程。发电：三峡水电站装机总容量为1820万kW，年均发电量847亿kW·h。以直线距离1000公里为半径，全国除辽宁、吉林、黑龙江、新疆、西藏、海南、台湾7省区外，其余地区的主要城市和工业基地都在这个范围内。如图所示航运：它将改善航运里程660公里，使重庆至宜昌航道通行的船队吨位由现在的3000吨级提高至万吨级，年单向通过能力由1000万吨提高到5000万吨。三峡双线五级船闸三峡船闸全长6.4公里，可通过万吨级船队，单向年通过能力5000万吨。船闸主体段闸首和闸室分南北两线，每线船闸主体段由6个闸首和5个闸室组成，每个闸室长280米、宽34米。而船闸人字门是名副其实的“天下第一门”，单扇门宽20.2米，高38.5米，厚度3米，面积有两个篮球场那么大，重达850多吨。三峡的供电范围广州抽水蓄能电站为目前世界上最大的抽水蓄能电站，是为大亚湾核电站安全经济运行而建设的配套工程，同时还承担着广东、香港电网的调峰填谷和事故备用的任务。电站总装机总装机容量2.4GW（8×300MW），分两期建设，每期4台，设计水头535m，电站一期工程于1989年5月25日开工且1993年6月29日1号机投产，二期工程于1994年9月12日开工，至2000年3月14日8号机投产。核电厂发电的原理与火电厂相似，都要有一个热源，将水加热成蒸汽，进而推动汽轮机旋转并带动发电机转动而发出电能。不同的是核电厂所用的热源不是煤或石油，它的热源是原子核的裂变能。3．核电厂核电是一种安全清洁的能源，利用它可以大大地节约煤和减少污染。一个1000MW的火电厂一天燃烧的煤是9600t，而相应1000MW的核电厂，一天只要3.3kg的U235，同样容量的电厂其用燃料量竟相差300万倍。利用铀(或钚）在反应堆核裂变热能→（汽轮机）机械能→电能核电厂的组成：核反应堆、汽轮机、电力系统核电厂是我国目前最重要的电源之一，比例大于10%。秦山核电站大亚湾核电站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。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。•我国核电建设规模目前，中国有4座核电站11台机组运行浙江秦山核电站广东大亚湾核电站江苏田湾核电站岭澳核电站中国在建中核电站广东阳江核电站浙江南部的三门核电站辽宁红沿河核电厂江西彭泽核电厂a.消耗燃烧少b.燃烧时不需要空气助燃c.容量越大越经济d.有放射性污染•核电站特点：大亚湾核电站秦山核电站位于东海之滨美丽富饶的杭州湾畔，是中国第一座依靠自己的力量设计、建造和运营管理的压水堆核电站，总装机容量2×300MW。1985年3月动工，1991年12月首次并网发电。它的建成使我国成为继美、英、法、前苏联、加拿大、瑞典之后世界上第七个能够自行设计、建造核电站的国家。秦山核电站主控制室秦山核电站汽轮机房大亚湾核电站位于深圳市东部大亚湾畔，为我国目前最大的核电站。大亚湾核电站是我国引进国外资金、设备和技术建设的第一座大型商用核电站。核电站安装有两台单机容量为900MW的压水堆反应堆机组。1987年8月7日工程正式开工，1994年2月1日和5月6日两台机组先后投入商业营运。大亚湾核电站每年发电量超过100亿度，其中七成电力供应香港，三成电力供应广东电网。大亚湾核电站电站设备太阳能发电：太阳光能或太阳热能→电能太阳能发电系统的组成：电池板、控制器和逆变器太阳能发电的优点：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。4．其它新能源发电我国的太阳能光伏发电产业于20世纪70年代起步，2007年底累计装机容量只有100MW。太阳能发电系统的组成太阳能电池板：将太阳的辐射能转换为电能。太阳能控制器：控制整个系统的工作状态，对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。蓄电池：在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。逆变器：将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能。光电板控制器逆变器配电线路负载蓄电池太阳能发电——光伏发电风力发电：风力的动能→机械能→电能