1、,第一章 概论,电力工程基础知识,2022/7/3,1,2022/7/3,2,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,2022/7/3,3,1.1 电力系统的基本概念,一、电力系统的组成,发电厂 电力网 电力用户,或者说：由发电厂、电力网和电力用户就构成了电力系统。,电力系统示意图如图1-1所示。,1.电力系统,电力系统是指完成电能生产、输送、分配和消费的统一整体。,2022/7/3,4,图1-1 电力系统示意图,工业企业供电系统,2022/7/3,5,1.1 电力系统的
2、基本概念,通常将220kV及以上的电力线路称为输电线路，110kV及以下的电力线路称为配电线路。配电线路又分为高压配电线路（110kV）、中压配电线路（635kV）和低压配电线路（380/220V）。,地方电力网：电压等级在35kV及以下、供电半径在2050km以内的电力网;区域电力网：电压等级在35kV以上、供电半径超过50km的电力网;超高压远距离输电网：电压等级为330500kV的电力网，一般由远距离输电线路连接而成。,发电厂：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。电力网：由不同电压等级的输电线路和变压器组成，可分为地方电力网、区域电力网及超
3、高压远距离输电网三种类型。,2022/7/3,6,1.1 电力系统的基本概念,变电所：是变换电能电压和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。,配电所：只接受和分配电能，不变换电压。,电力用户：消耗电能，将电能转换成其他形式能量。,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。,总降压变电所：将35110kV的供电电压变换为610kV的高压配电电压，给厂区各车间变电所或高压电动机供电。,区域变电所：电压等级高，变压器容量大，进出线回路数多，由大电网供电，高压侧电压为330500kV，全所停电后，将引起整个系统解列甚
4、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110220kV，全所停电后，将使该地区中断供电；终端变电所：是电网的末端变电所，主要由地区变电所供电，其高压侧为10110kV，全所停电后，将使用户中断供电。,2022/7/3,7,1.1 电力系统的基本概念,车间变电所：将610kV的电压降为380/220V，再通过车间低压配电线路，给车间用电设备供电。,配电线路：分为厂区高压配电线路和车间低压配电线路。,车间变电所可分为以下几种类型（图1-2）：,附设式变电所（14）车间内变电所（5）独立变电所（7）露天变电所（6）地下变电所杆上变电所,图1-2 车间变电所的类型,2022/7/3
5、,8,1.1 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可以合理利用动力资源，提高系统运行的经济性。,2022/7/3,9,1.1 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MWh、GWh、TWh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：50Hz,5.最高电压等级：指系统中最高电压等级线路的额定电
6、压，以kV计。,1GW=103MW（10万千瓦）1MW=103kW（1000千瓦）,1MWh=103kWh（千度），1GWh=103MWh（100万度）1TWh=103GWh（10亿度），1kWh=1度,2022/7/3,10,1.1 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。,11,2022/7/3,1.2 发电厂的生产过程,一、火力发电厂,1火电厂的燃料：煤炭、石油、天然气等。,2能
7、量转换过程：燃料的化学能热能机械能电能。,3分类：汽轮机发电厂、蒸汽机发电厂、内燃机发电厂等。,4火电厂的组成：,燃烧系统（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。,5火电厂的生产过程（见图1-3）,2022/7/3,12,图1-3 凝气式火电厂生产过程示意图,2022/7/3,13,6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,江苏谏壁发电厂,7火力发电存在的问题,8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。,安全问题：采矿和运输中的
8、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%。,张家口发电总厂,浙江北仑发电厂,2022/7/3,14,1.2 发电厂的生产过程,二、水力发电厂,1水电厂的能量转换过程：水的位能机械能电能。,2水电厂的总发电功率：,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,4水电厂的组成：水库、水轮机、电力系统,2022/7/3,15,1.2 发电厂的生产过程,5水电厂的生产过程（见图1-4）,图1-4 堤坝式水电厂生产过程示意图,2022/7/3,16,1.2
9、 发电厂的生产过程,6水电厂是我国目前最重要的电源之一，比例大于10%。,葛洲坝水电站,南美伊泰普水电站,长江三峡水电站,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：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。,2022/7/3,17,8水力发电存在的问题,1.2 发电厂的生产过程,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
10、期，出力不稳定，增加电力系统运行的复杂性。,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：核反应堆、汽水系统（汽轮机）、电力系统,2022/7/3,18,1.2 发电厂的生产过程,3核反应堆的分类：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如图1-5所示。,图1-5 轻水碓核电厂生产过程示意图a）沸水碓 b）压水碓,热力系统由单回路构成，有可能使汽轮机等设备受放射性污染,由双回路系统构成，两个回路各自独立循环，不会造成设备的放射性污染。,2022/7/3,19,4核电厂是我国目前最重要的电源之一，比例大于10%。,秦
11、山核电站,大亚湾核电站,1.2 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。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。,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。不需空气助燃，可建在地下、水下、山洞或空气稀薄地区。,2022/7/3,20,1.2 发电厂的生产过程,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。,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,太阳能发电系统的组成,太阳能发电的优点,是一种取之不尽、用之不竭的廉价能源。不需
12、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。,2022/7/3,21,1.2 发电厂的生产过程,太阳能光伏电源在西部地区应用广泛。（青海、新疆）我国首座太阳能发电厂：2005年10月29日在南京江宁发电成功，发电量只有70kW。,2风力发电：风力的动能 机械能电能,风力发电的优点,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）,新疆达板城风电厂,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。有一定的随机性和不稳定性，因此必须配有蓄能装置。,2022/7/3,22,1.2 发电厂的生产过程,3地热发电：地热能电能,
13、电能生产过程：与火电厂相似，用地热井取代锅炉设备。地热资源的开发利用在西部地区已取得了良好的效益。,西藏羊八井电厂,4潮汐发电：海水涨潮或落潮的动能或势能电能。,潮汐发电示意图,江厦潮汐电站,法国郎斯潮汐电站,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）,2022/7/3,23,5新能源发电的优缺点,太阳能、风能、地热能、潮汐能等新能源都属于清洁、廉价和可再生能源，是未来的能源主要形式。其他新能源：燃料电池、垃圾燃料、核聚变能、生物质能等。太阳能、风能发电容量小，分散性大，属于分布式能源，互联后在运行安全和管理方面存在很多问题。,1.2 发电厂的生产过程,用电设
14、备的额定电压：与同级电网的额定电压相同。,发电机的额定电压：比同级电网的额定电压高出5%，用于补偿线路上的电压损失。,24,2022/7/3,1.3 电力系统的电压与电能质量,一、电力系统的额定电压,电力网的额定电压：我国高压电网的额定电压等级有3kV、6 kV、10 kV、35 kV、63 kV、110 kV、220 kV、330 kV、500 kV等。,图1-6 供电线路上的电压变化示意图,图1-6为供电线路上的电压变化示意图。,2022/7/3,25,变压器的二次绕组：对于用电设备而言，相当于电源。,变压器的额定电压,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
15、1-1。,变压器的一次绕组：相当于是用电设备，其额定电压应与电网的额定电压相同。,注意：当变压器一次绕组直接与发电机相连时，其额定电压应与发电机的额定电压相同。,当变压器二次侧供电线路较长时：应比同级电网额定电压高10%当变压器二次侧供电线路较短时：应比同级电网额定电压高5%,其中5%用于补偿变压器满载供电时一、二次绕组上的电压损失；另外5%用于补偿线路上的电压损失，用于35kV及以上线路。,可以不考虑线路上的电压损失，只需要补偿满载时变压器绕组上的电压损失即可，用于10kV及以下线路。,2022/7/3,26,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。,发电
16、机G的额定电压：UNG=1.0510=10.5（kV）变压器T1的额定电压：U1N=10.5（kV）U2N=1.1110=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=1.056=6.3（kV）变压器T2的变比为：110/6.3kV,变压器T1的一次绕组与发电机直接相连，其一次侧的额定电压应与发电机的额定电压相同,变压器T1的二次侧供电距离较长，其额定电压应比线路额定电压高10%,变压器T2的二次侧供电距离较短，可不考虑线路上的电压损失,2022/7/3,27,1.3 电力系统的电压与电能质量,二、电压等级的选择,220 kV及以上：用于大型电力系统的主干线。110kV：用于中小型电力系统的主干线。35kV：用于大型工业企业内部电力网。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。,电力网的额定电压、传输功率和传输距离之间的关系见表1-2,2022/7/3,28,1.3 电力系统的电压与电能质量,三、电能质量,电压偏
