电力工程基础 第1章

电力工程基础22021/10/14课程内容安排电力系统概论电力负荷计算电力网短路电流及其计算变电所的一次系统电力系统继电保护变电所的监控系统和自动装置配电网自动化32021/10/14教材及参考书孙丽华．电力工程基础．机械工业出版社刘从爱．电力工程基础．山东科技出版社刘介才．工厂供电．机械工业出版社贺家李，宋从矩．电力系统继电保护原理．中国电力出版社张惠刚等．变电站综合自动化原理与系统．中国电力出版社42021/10/14成绩评定平时考勤：20分实验考核：10分期末考试：70分电力工程基础第一章概论62021/10/14第一章概论1.1电力系统的基本概念1.2发电厂的生产过程1.3电力系统的电压与电能质量1.4电力系统中性点的运行方式1.5我国电力工业发展概况及前景72021/10/141.1电力系统的基本概念一、电力系统的组成完成电能生产、输送、分配和消费的统一整体。发电厂电力网电力用户电力系统示意图如下图所示1．电力系统82021/10/141.1电力系统的基本概念工业企业供电系统92021/10/141.1电力系统的基本概念生产电能，将一次能源转换成二次能源（电能），分为火、水、核、风、太阳、地热等发电厂。由不同电压等级的输电线路和变压器组成，分为地方电力网、区域电力网及超高压远距离输电网。发电厂：电力网：35kV及以上电力线路称为输电线路，10kV以下称为配电线路。配电线路又分为高压配电线路（6~10kV）和低压配电线路（380/220V）。地方电力网：等级（35kV及以下）、半径（20～50km）;区域电力网：等级（35kV以上）、半径（50km）;超高压远距离输电网：等级(330～500kV)。102021/10/14消耗电能，将电能转换成其他形式能量。是变换、接受分配电能的场所。分为区域变电所、地区变电所和终端变电所等。变电所：配电所：只接受和分配电能，不变换电压。电力用户：2．工业企业供电系统工厂供配电系统由总降压变电所、高压配电线路、车间变电所、低压配电线路及用电设备组成。1.1电力系统的基本概念将35～110kV变换为6～10kV厂区高压配电电压，给各车间变电所或高压电动机供电。总降压变电所：区域变电所（枢纽变电所）：电压等级高，由大电网供电，高压侧电压为330～500kV，全所一旦停电后，将引起整个系统解列甚至瓦解；地区变电所：由发电厂或区域变电所供电，高压侧电压为110～220kV，全所一旦停电后，将使该地区中断供电；终端变电所：是电网的末端变电所，高压侧为10～110kV，全所一旦停电后，将使用户中断供电。112021/10/14将6～10kV电压降为380/220V，再通过车间低压配电线路，给车间用电设备供电。分为厂区高压配电线路和车间低压配电线路。车间变电所：配电线路：车间变电所可分为以下几种类型：1.1电力系统的基本概念附设式变电所（1~4）车间内变电所（5）露天变电所（6）独立变电所（7）地下变电所、杆上变电所122021/10/141.1电力系统的基本概念二、建立大型电力系统的优点1．可以减少系统的总装机容量。2．可以减少系统的备用容量。3．可以提高供电可靠性。4．可以安装大容量的机组。5．可以合理利用资源，提高系统运行经济性。132021/10/141.1电力系统的基本概念三、电力系统的基本参量1.总装机容量：指系统中所有机组额定有功功率的总和，以MW、GW计。2.年发电量：指系统中所有发电机组全年实际发出电能的总和，以MW·h、GW·h、TW·h计。3.最大负荷：指规定时间内电力系统总有功功率负荷的最大值，以MW、GW计。4.额定频率：50Hz5.最高电压等级：指系统中最高电压等级线路的额定电压，以kV计。142021/10/141.1电力系统的基本概念四、电力系统的特点1．电能不能大量储存。2．电力系统的过渡过程十分短暂。3．与国民经济各部门的关系密切。1．保证供电的可靠性。2．保证良好的电能质量。五、对电力系统的基本要求3．为用户提供充足的电能。4．提高电力系统运行的经济性。152021/10/141.2发电厂的生产过程中国发电的能源结构（2010年）到2010年底全国发电装机容量在9.5亿千瓦左右，其中火电7亿千瓦，水电2.1亿千瓦，核电1016万千瓦，并网风电3000万千瓦。水电20%火电78%核电1%风电1%水电火电核电风电162021/10/141.2发电厂的生产过程一、火力发电厂煤炭、石油、天然气等。汽轮机发电、蒸汽机发电、内燃机发电等。1．火电厂的燃料：2．能量转换过程：燃料化学能→热能→机械能→电能。3．分类：4．火电厂的组成：燃料→灰渣，风（空气）→烟气燃烧系统（锅炉）：汽水系统（汽轮机）：水↔蒸汽、循环水（冷水↔热水）电力系统：发电机、变压器、输电线路等。5.火电厂的生产过程：凝汽式火电厂生产过程示意图172021/10/141.2发电厂的生产过程煤粉充分燃烧，将锅炉中的水加热成高温（500℃以上）、高压（9.8MPa以上）的蒸汽，经管道送入汽轮机，推动汽轮机转子旋转，从而带动发电机发电。做过功的蒸汽排入凝汽器冷凝成水，重新送回锅炉。182021/10/146．火电厂是我国目前最主要的电源，比例大于75%。1.2发电厂的生产过程谏壁发电厂7．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。国电北仑电厂192021/10/141.2发电厂的生产过程二、水力发电厂1．水电厂能量转换过程：水的位能→机械能→电能。2．水电厂的总发电功率：QHP8.93．水电厂的分类：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202021/10/141.2发电厂的生产过程水库、水轮机、电力系统4．水电厂的组成：5．水电厂生产过程：堤坝式水电厂生产过程示意图6．水电厂是我国最重要的电源之一，比例大于10%。葛洲坝水电站南美伊泰普水电站三峡水电站广州抽水蓄能电站7．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：综合水利工程：特殊的水电厂：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。可同时解决发电、防洪、灌溉、航运、水产养殖等问题。抽水蓄能电厂，起“削峰填谷”作用。212021/10/141.2发电厂的生产过程三、核电厂1．核电厂的能量转换过程：核燃料的裂变能→热能→机械能→电能。2．核电厂的组成：3．核反应堆分类：核反应堆、汽水系统（汽轮机）轻水堆（包括沸水堆和压水堆）、重水堆和石墨冷气堆等。轻水堆核电厂的生产过程示意图4．核电厂是我国最重要的电源之一。秦山核电站大亚湾核电站222021/10/141.2发电厂的生产过程5．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。一些资源贫乏国家“能源危机”，不得不发展核电。6.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。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。232021/10/141.2发电厂的生产过程四、其它新能源发电1．太阳能发电：太阳光能或太阳热能→电能太阳能发电形式太阳能发电的优点：我国首座太阳能发电厂：是一种取之不尽、用之不竭的廉价能源。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。2005年10月29日在南京江宁发电成功，发电量只有70kW。242021/10/141.2发电厂的生产过程2．风力发电：风力的动能→机械能→电能风力发电的优点：是一种取之不尽、用之不竭的自然能源。不需要燃料、没有污染、运行成本低。随机性和不稳定性，因此必须配有蓄能装置。西部地区的风能资源占全国的50%以上。（青海、甘肃、新疆、内蒙、云南、西藏等）新疆达板城风电场装机容量7.23万千瓦。风力发电与太阳能发电252021/10/141.2发电厂的生产过程3．地热发电：地热能→电能电能生产过程：用地热井取代锅炉设备。西藏羊八井电厂是我国最大的地热电厂，总装机容量为25.18MW，水温约150℃。4．潮汐发电：海水涨潮或落潮动能→电能。示意图法国郎斯潮汐电站是第一座具有商用价值潮汐电站。江厦潮汐电站是中国第一座双向潮汐电站。262021/10/141.2发电厂的生产过程我国正在运行发电的潮汐电站共有8座（浙江4座，山东、江苏、广西、福建各1座）浙江江厦潮汐试验电站、海山潮汐电站、沙山潮汐电站，象山岳浦潮汐电站，山东乳山县的白沙口潮汐电站，江苏太仓县浏河潮汐电站，广西饮州湾果子山潮汐电站，福建平潭县幸福洋潮汐电站272021/10/14用电设备发电机1.3电力系统的电压与电能质量一、电力系统的额定电压电力网电网额定电压等级有3kV、6kV、10kV、35kV、60kV、110kV、220kV、330kV、500kV等。用电设备的额定电压和电网的额定电压一致。发电机的额定电压比同级电网的额定电压高出5%，用于补偿线路电压损失。+5%-5%UN282021/10/14变压器二次绕组：相当于供电设备。第一种情况：比用电设备额定电压高10%第二种情况：比用电设备额定电压高5%变压器变压器一次绕组：相当于用电设备，规定其一次绕组额定电压与受电设备额定电压相同。注意：但当变压器一次绕组直接与发电机相连时，其额定电压与发电机额定电压相等。5%用于补偿变压器满载时一、二次绕组上电压损失；5%用于补偿线路电压损失，适用于供电距离较长时情况。（35kV及以上线路）当供电距离较短时，不考虑线路电压损失，只补偿满载时变压器绕组电压损失。（10kV及以下线路）1.3电力系统的电压与电能质量我国公布的三相交流系统的额定电压见表1-1292021/10/14发电机G的额定电压：UN·G=1.05×10=10.5（kV）变压器T1的额定电压：U1N=10.5（kV）U2N=1.1×110=121(kV)变压器T1的变比为：10.5/121kV变压器T2的额定电压：U1N=110（kV）U2N=1.05×6=6.3(kV)变压器T2的变比为：110/6.3kV例1-1已知下图所示系统中电网的额定电压，试确定发电机和变压器的额定电压。10kV图1.2.1例1.2.1图110kVG～6kVT1T2L2L1L3M变压器直接与电动机相连，可不考虑线路电压损失。T1的一次绕组与发电机直接相连，其额定电压取发电机的额定电压302021/10/141.3电力系统的电压与电能质量二、电压等级的选择220kV及以上：用于大型电力系统的主干线。35kV：用于大型工业企业内部电力网。110kV：用于中小型电力系统的主干线。10kV：常用的高压配电电压，当6kV高压用电设备较多时，也可考虑用6kV配电。3kV：仅限于工业企业内部采用。380/220V：工业企业内部的低压配电电压。电力网额定电压、传输功率和传输距离关系见表1-2312021/10/141.3电力系统的电压与电能质量三、电能质量电压偏差是指用电设备的实际电压与额定电压之差，用占额定电压的百分数来表示•频率偏差额定频率：50Hz允许偏差：电网容量3000MW及以上者，±0.2Hz；电网容量3000MW以下者，±0.5Hz。•电压偏差%100%NNUUUU322021/10/141.3电力系统的电压与电能质量电压偏差的危害白炽灯：电压低时，寿命延长，但发光效率降低；电压高时，发光效率增加，但寿命缩短。，电压低时，转矩将急剧减小，由于2MU电动机：电流增大，绕组绝缘过热受损，缩短寿命。电压偏差的允许值35kV及以上电压供电的用户：±5%10kV及以下高压供电和低压电力用户：±7%低压照明用户：+5%～–10%332021/10/1