电力系统概述

项目一电力系统概述课程简介一、课程重要性2003年8.14美加大停电北美历史上最严重的停电事故：30h，波及美8州和加，受灾5千万人，每天直接损失近300亿美元。停电引起纽约、渥太华等多个大型城市完全瘫痪，“感觉比9·11还可怕”。交通瘫痪机场关闭恐慌：打手电抢购西装革履，有家难归地铁骤停，疏散市民全副武装,治安问题垃圾成堆,环境问题布什讲话2003年8.28伦敦大停电下午6点，下班高峰，持续两个多小时地铁骤停25万上班族被困地铁2003年我国21个省拉闸限电2004年7月12日雅典奥运开幕前一月大停电2005年8月18日印尼大停电，1亿多人受灾，国会大厦,一些议员因停电被困电梯2005年5月25日莫斯科大停电2005年9月26日海南电网由于台风袭击全面瓦解课程性质、课时本课程是电气自动化专业必修的一门专业技术课，本课程还具有很强的实践性和实用性，本课程68学时。课程设计思路通过学习本课程使学生掌握工矿企业供配电系统相关知识及其控制与保护的基本理论，掌握其运行维护、安装检修及设计等方面的基本知识。了解怎样安全可靠地获取电能和优质、经济地利用电能，并注意培养学生科学的思维方法和综合职业能力，以适应就业市场的需要。课程教学目标1、了解供配电系统的有关名词和概念2、会进行供配电系统的负荷设计计算，高低压导线截面计算及线材的选取。3、熟悉供配电系统过流、过压的保护知识，掌握相应的防护措施。4、了解防雷和接地知识，并能设计和安装避雷针及接地装置。5、具有供配电系统运行、维护、检修和试验能力。6、能读懂和能绘制供配电系统的电气原理图，对所需设备及电气元件有所了解。7、培养学生不但紧跟科技进步而且勇于创新，培养学生具有良好的职业道德观念。电力系统的形成和发展（1）1831年法拉第发现了电磁感应定律。电机制造和电力输送技术的发展最初集中于直流电。输电电压低，输送距离短，输送功率小。（2）世界上第一个高压输电的电力系统出现于1882年。法国人M.德波列茨将位于弥斯巴赫煤矿的蒸汽机发出的电能输送到57km外的慕巴黑，用于驱动水泵。采用的电压为直流1500～2000V，输电系统规模虽小，却是世界上第一个电力系统，因为它包含了电力系统的各个重要组成部分，即发电、输电和用电设备。（3）1885年在制成变压器的基础上，实现了单相交流输电。（4）1891年在制成三相变压器和三相异步电动机的基础上，实现了三相交流输电。1891年在法兰克福举行的国际电工技术展览会上，在德国人奥斯卡·冯·密勒主持下展出的输电系统，奠定了近代输电技术的基础。近代电力系统的雏形，它的建成标志着电力系统的发展取得了重大突破。☆电力系统是由发电机、变压器、输电线路和用电设备（负荷）组成的网络。（5）三相交流制的优越性很快显示出来，使运用三相交流制的发电厂迅速发展，而不久直流制被淘汰。汽轮发电机组取代以蒸汽机为原动力的发电机组，发电厂之间出现并列运行，输电电压、输送距离和输送功率不断增大，更大规模的电力系统不断涌现。在一些国家中甚至出现了全国性和跨国性的电力系统。人类为何偏爱电能？现代社会最重要能源，应用十分广泛。显著优点：洁净（从使用的角度看）：保护环境方便：输送、分配、使用（能量形式转化容易）电气化：机械化、自动化，提高产品质量和劳动生产率节能：能耗小，能量转换效率高任务一电力系统的组成GGGGGGG工厂总降压变电所车间变电所35~110kV线路35~110kV地方电网水电站地区变电所6~10Kv电网大型水（核）电站220~500kV超高压输电线路热电厂220~330Kv区域电网枢纽变电所220/380V6.3~10.5kV地区变电所发电用电输电变电配电发电厂：生产电能的工厂，即把各种形态的一次能源通过发电设备转换为电能。有火电、水电、核电、风力、地热、潮汐、太阳能等。电力网：输送和分配电能的通道。由变压器和输配电线路组成。华北、东北、华中、华东、南方和西北电网。变电站：变换电压和接受、分配电能的场所。分为升压变电站和降压变电站两种。其中降压变电站又可分为地方降压变电站、企业降压变电站、车间变电站。配电所：只有受电和配电开关控制设备，而没有变压器的场所。电能用户：包括工业、企业在内的所有用户（用电单位）子任务一发电厂按获得的方法能源可分为：一次能源：自然界中现成存在，可直接取得和利用而又不改变其基本形态的能源。如：煤炭、石油、天然气、水能、风能等。二次能源：由一次能源经加工转换成的另一种形态的能源产品。如电能、煤气、焦炭、汽油等，它们使用方便，易于利用，是高品质的能源。发电厂是电力系统中的发电设备，是生产电能的核心，担负着把不同种类的一次能源转换成电能的任务。根据使用一次能源的不同发电厂可分为：火力发电厂：燃烧煤、石油、天然气等发电，超过70%。水力发电厂：利用水能发电，约20%。核电厂：利用核能发电，不足10%。新型发电厂：潮汐、地热、太阳能、风力、垃圾发电。磁流体发电机、燃料电池等新型发电方式。火力发电厂工作原理燃烧煤的热量被水蒸气吸收，产生的高温高压蒸气推动汽轮机的转动，并带动发电机转子转动发电。火电厂的分类按照燃料不同分为：燃煤电厂：煤产总量的50%左右用于发电燃烧石油和天然气电厂：欧美较多按照用途不同分为：凝汽式火电厂：单一生产电能，一般建在燃料基地(煤田)附近称为坑口电厂。热电厂：既生产电能，又为用户提供热能，一般建在邻近热负荷的地区，容量不大。电厂效率☆凝汽式火电厂效率不高，先进的电厂效率也不过37%～40%。热电厂效率较高，可达60%～70%。☆提高凝汽式发电厂效率的有效途径是尽量采用高温度、高压力的蒸气参数和大容量的汽轮机—发电机组。火电厂的特点布局灵活，装机容量的大小可按需要决定一次性建设投资少，仅为水电厂的一半耗煤量大，生产成本比水力发电高出3-4倍动力设备繁多，运行费用高担负急剧升降负荷时，必须付出附加燃料消耗的代价对空气和环境污染严重火力发电厂简称为电厂或火电站，它利用燃料的化学能来生产电能，我国的火电厂以燃煤为主。煤流：煤场—皮带—煤仓—煤斗—磨煤机—锅炉—渣斗—冲灰沟—炉渣水汽流：凝结水泵—低压加热器—除氧器—给水泵—高压加热器—锅炉汽包加热器—汽轮机—凝结器--凝结水泵补水电能：开关—升压变压器—开关—输电线路水力发电厂水电厂的工作原理从河流较高处或水库内引水，利用水的压力或流速冲击水轮机旋转，将水能转变成机械能，然后由水轮机带动发电机旋转，将机械能转换成电能。（水能→机械能→电能）水电厂的发电容量P=9.81ηQH水轮机组的效率水的落差水流量m3/s水电厂的分类按照集中落差方式不同、水电厂的开发方式分为：堤坝式：用拦河筑坝方式建成水库以维持高水位。坝后式：三门峡、刘家峡、隔河岩、三峡、二滩。河床式：葛洲坝、西津电厂。引水式：河床坡度大，修建隧洞渠道，以获取最大落差。小浪底水利枢纽工程。混合式：堤坝式与引水式混合。特殊类型水电厂梯形水电厂：高坝洲、隔河岩和水布垭（清江）；二滩、锦屏一级、锦屏二级、两河口等（雅砻江21级电站，26.10GW）抽水蓄能电厂：调峰、调频、事故备用、调相。广东抽水蓄能电站(8×300MW)水资源蕴藏量：6.8亿KW可利用量：3.78亿KW20世纪末，装机3.0亿KW，水电0.9亿KW三峡水位：200m流量：14300m3/s可装机：2500万kW计划装机：70*26=1820万kW，三峡地下电站6台70万千瓦机组中，最后两台计划2012年5月底前投产。届时，三峡工程将全面达到其设计的发电能力水力发电厂通过拦河坝，使水位增高，开闸使水沿管从高处向下流入水轮机，利用位能推动叶轮转动，发电。三峡水电站全景水电厂的特点综合利用水能资源；小浪底（防洪、防凌、减淤为主，兼顾供水、灌溉、发电）成本低，效率高；运行灵活；水能可储蓄和调节；不污染环境；投资较大，工期较长；发电不均衡；在一定程度上破坏自然界的生态平衡。核能电厂工作原理核裂变或聚合产生的能量，加热蒸气，推动汽轮机转动并带动发电机转动发电。核反应堆是核电厂的热源，它替代了火电厂的蒸气锅炉。核电厂由两个主要组成部分组成：(1)核系统部分（又称核岛），包括反应堆及其附属设备。(2)常规部分（又称常规岛)，包括汽轮机、发电机及其附属设备。我国核电厂的现状浙江秦山：一厂1×300MW、二厂2×600MW、三厂2×700MW广州大亚湾：2×984MW广州岭澳：一期2×1000MW、二期2×1000MW江苏田湾：一期2×1060MW核能用核蒸汽发生系统代替火电厂锅炉生产蒸汽系统裂变能：一定能量的中子撞击重金属元素的核（铀、钚）聚变能：不同轻元素的原子核进行聚合（氘、氚）反应堆热中子反应堆：铀235为燃料，低中子撞击，目前采用快中子反应堆：铀238、钚239为燃料，高速、高能中子撞击，效率高100倍，个别国家使用1kg铀235相当于2700t煤核能发电的利弊：(1)核能发电不产生二氧化碳，即没有排放问题；(2)核能发电的安全性问题；（3）核裂变放出的能量巨大，但核能也是不再生能源。切尔诺贝利核电厂：石墨水冷堆三里岛核电厂：压水堆•1951年第一座100kW核电站在美国•我国秦山一二三期、大亚湾、岭澳一二期、田湾一期。•2020年我国装机达9.5亿kw,其中核电4000万kw•未来15年计划修建40座100万kw核电站•核电投资大：1.1~1.65万元/kW；火电：4000元/kW•建设周期：核电70个月；火电：30个月•核电比火电寿命长30年核能发电厂通常称为核电站，它主要是利用原子核的裂变能来生产电能。其生产过程与火电厂基本相似，只是用核反应堆（俗称原子锅炉）代替了燃煤锅炉，是少量的核燃料代替了大量的煤炭。田湾核电站图风力发电厂利用风力的动能来产生动电能，它建有在丰富的风力资源的地方。达板城风力发电太阳能发电太阳能：“取之不尽，用之不竭”光—热转换光—电转换光—化学转换直接转换间接转换转换形式直接转换直接将太阳能辐射能=〉电能(光伏发电)直接将太阳热能=〉电能(半导体材料的温差发电)(1)太阳能电池发电（光伏发电）离网太阳能光伏电系统太阳能电池是利用半导体P-N结的光伏效应将太阳能直接转换成电能的器件。并网屋顶太阳能光伏发电系统示意图适应太阳能能量密度较低的特点，易于普及，不仅节省输配电设备，减少电力损耗，而且具有灵活性和经济性。(2)太阳能热动力发电太阳能热动力发电是通过一种集热装置收集太阳辐射能，并用于加热工质，然后用高温高压的工质推动热力机械做功，从而带动发电机发电。太阳能热动力发电示意图太阳能发电厂利用太阳光能或太阳热能来产生电能。地热能发电厂利用地球内部蕴藏的大量地热能产生电能。它建在有足够地热资源的地方1.在工业企业中有许多用电设备又称（负载），统称为（电能用户）。2.在电力系统的内部，应尽可能的简化（电压）等级，减少（变电）层次，以节约投资与降低运行费用。3.决定供电质量的主要指标有（电压、频率、波形、供电连续性）。4.发电厂按其所利用的能源不同，分为（水力发电厂、火力发电厂、核能发电厂以及风力发电厂、地热发电厂、太阳能发电厂）等类型。5.水力发电厂利用水流的（位能）来生产电能，在建造水电厂时，必须用人工的办法来（提高水位）。6.在河流上游建筑一个很高的堤坝形成水库，提高上游水位，使堤坝的落差变大，电厂就建在提报的后面，成为（坝后式水电厂）如（三峡水电厂）。7.在具有相当坡度的玩去河段上游筑一堤坝，拦住河水利用沟渠将上游水流引至健在河段（末端）的水电厂，称为（混合式水电厂）。8.发电一般在（发电厂）中进行。9.电力系统构成是（ACDE）A．发电厂B．变压器C．输电网D．配电网E．用电设备10.水电厂、火电厂和核电站各利用哪种能源？各是如何转换为电能的？答：水电厂，是利用水流的位能来生产电能，其能量转换过程是：水流位能（推动水轮机）→机械能（带动发电机）→电能。火电厂，它利用燃料的化学能来生产电能，