電力系統(tǒng)與供電電壓等級課件

【知識目標(biāo)】1．理解電力系統(tǒng)、電力網(wǎng)等基本概念；2．了解發(fā)電廠及變電站的基本形式；3．掌握電氣設(shè)備的額定電壓確定方法?！灸芰δ繕?biāo)】1．能解釋電力系統(tǒng)、電力網(wǎng)；2．能確定電氣設(shè)備的額定電壓。2.1電力系統(tǒng)與供電電壓等級11875年，世界上最早的發(fā)電廠——巴黎北火車站電廠建成，用于照明供電；1878年，法國建成第一座水電廠；1879年，美國舊金山實(shí)驗(yàn)電廠開始發(fā)電，成為世界上最早出售電力的電廠；1882年，法國開始進(jìn)行遠(yuǎn)距離高壓直流輸電，同時(shí)，英國、日本、俄羅斯也相繼修建了發(fā)電廠。一、國內(nèi)外電力工業(yè)發(fā)展史2我國于1978年底，全國發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到5.712×103萬kW，年發(fā)電量達(dá)到2.566×103億kWh，居世界第七位。與此同時(shí)，東北、京津唐、華中、華東電網(wǎng)形成了220kV主干網(wǎng)架。一、電力工業(yè)發(fā)展概況3改革開放以來，我國的大區(qū)聯(lián)網(wǎng)和西電東送聯(lián)網(wǎng)建設(shè)不斷加強(qiáng)。經(jīng)過多年建設(shè)，除去我國臺灣省和港、澳地區(qū)外，全國已經(jīng)形成華北、東北、華東、華中、西北、川渝和南方聯(lián)營等七個跨省區(qū)電網(wǎng)，及山東、福建、海南、烏魯木齊和拉薩等五個獨(dú)立的省級電網(wǎng)。在跨省電網(wǎng)和部分獨(dú)立省網(wǎng)中形成500kV（或330kV）的骨干網(wǎng)架。一、電力工業(yè)發(fā)展概況5但是，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展與人民生活用電的急劇增長，電力工業(yè)的發(fā)展仍不能滿足整個社會發(fā)展的需要；由于我國人口眾多，因此在按人口平均用電方面，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于一些發(fā)達(dá)國家。我國的電力工業(yè)必須持續(xù)、穩(wěn)步地大力發(fā)展。一、電力工業(yè)發(fā)展概況6電力生產(chǎn)企業(yè)的任務(wù)：把一次能源轉(zhuǎn)換為電能，并輸送、分配和銷售給電力用戶。一次能源：指煤、石油、天然氣、水能、地?zé)崮?、核能、風(fēng)能、太陽能等以自然形態(tài)存在的能源。二、電力系統(tǒng)的構(gòu)成7由發(fā)電廠、升壓變電站、輸電線路、降壓變電站及電力用戶所組成的統(tǒng)一整體，稱為電力系統(tǒng)。電力系統(tǒng)加上帶動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動的動力裝置構(gòu)成的整體稱為動力系統(tǒng)。其中，由各類升壓變電站、輸電線路、降壓變電站組成的電能傳輸和分配網(wǎng)絡(luò)稱為電力網(wǎng)。動力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、電力網(wǎng)三者關(guān)系如圖2.1所示。2、電力系統(tǒng)的定義9圖2.1動力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、電力網(wǎng)關(guān)系示意圖2、電力系統(tǒng)的定義10發(fā)電廠是電力系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)，它是把各種天然能源（化學(xué)能、水能、原子能等）轉(zhuǎn)換成電能的工廠。按使用能源不同或轉(zhuǎn)換能源特點(diǎn)，發(fā)電廠有以下類型：火力發(fā)電廠、水力發(fā)電廠、核電廠、新能源發(fā)電廠等。3、發(fā)電廠及其分類11圖2.2凝汽式火電廠生產(chǎn)過程示意圖13汽輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，再將機(jī)械能變?yōu)殡娔堋Ｔ谄啓C(jī)中做過功的蒸汽排入凝汽器，循環(huán)水泵打入的循環(huán)水將排汽迅速冷卻而凝結(jié)，由凝結(jié)水泵將凝結(jié)水送到除氧器中除氧（清除水中的氣體，特別是氧氣），而后由給水泵重新送回鍋爐。由于在凝汽器中大量的熱量被循環(huán)水帶走，因此，凝汽式火電廠的效率較低，只有30％～40％。3.1火力發(fā)電廠及其分類14熱電廠與凝汽式火電廠不同之處是將汽輪機(jī)中一部分做過功的蒸汽從中段抽出來直接供給熱用戶，或經(jīng)加熱器將水加熱后，把熱水供給用戶。這樣，便可減少被循環(huán)水帶走的熱量，提高效率，現(xiàn)代熱電廠的效率達(dá)60％～70％。3.1火力發(fā)電廠15壩后式水電廠斷面圖如圖2.3所示。其廠房建在攔河壩非溢流壩段的后面（下游側(cè)），不承受水的壓力，壓力管道通過壩體，適用于高中水頭。這是我國最常見的水電廠型式。3.2水力發(fā)電廠17圖2.3壩后式水電廠示意圖18核電廠是將原子核的裂變能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電廠，燃料主要是鈾235（U235）。U235容易在慢中子的撞擊下裂變，釋放出巨大能量，同時(shí)釋放出新的中子。核能能量密度高，1克U235全部裂變時(shí)所釋放的能量為8×1010J，相當(dāng)于2.7t標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒時(shí)釋放的能量。作為發(fā)電燃料，鈾235（U235）運(yùn)輸量小、發(fā)電成本低。3.3核電廠19變電站是匯集電源、升降電壓和分配電力的場所，是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)，起著變換和分配電能的作用。變電站有升壓和降壓之分。升壓變電站通常是發(fā)電廠升壓部分，緊靠發(fā)電廠。降壓變電站通常運(yùn)離發(fā)電廠而靠近負(fù)荷中心。4、變電站21（1）樞紐變電站樞紐變電站位于匯集有多個大電源和多回大容量聯(lián)絡(luò)線路的樞紐點(diǎn)。變電容量大，高壓側(cè)電壓等級多為330～500kV。4.1變電站的分類22（2）地區(qū)變電站地區(qū)變電站是供電給一個地區(qū)的主要供電點(diǎn)。一般從2-3條輸電線路受電；受電電壓等級一般為110～220kV。供電給下一級變電站。4.1變電站的分類23電力網(wǎng)由變電站和不同電壓等級的輸電線路所組成，是聯(lián)接發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)。其作用是輸送、控制和分配電能。一般分輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)兩部分。按電壓等級，電力網(wǎng)分為低壓（1kV及以下）、高壓（1～330kV）、超高壓（330～1000kV）和特高壓（1000kV以上）幾種。5、電力網(wǎng)25輸電網(wǎng)一般由220KV及以上電壓等級的輸電線路和與之相連的變電站組成，是電力系統(tǒng)的主干線。輸電網(wǎng)將電能輸送到距離較遠(yuǎn)的各地區(qū)配電網(wǎng)。目前，我國的幾大電網(wǎng)已經(jīng)初步建成以500KV超高壓輸電線路為骨干的主網(wǎng)架。配電網(wǎng)將電能分配到各類用戶。它由110KV及以下電壓等級的配電線路和配電變壓器組成。5、電力網(wǎng)26②并網(wǎng)運(yùn)行可以減少系統(tǒng)總用電負(fù)荷的峰值；可以利用水火互濟(jì)來節(jié)約能源，改善電網(wǎng)調(diào)節(jié)性能，提高對用戶供電的穩(wěn)定性。不同地區(qū)的電網(wǎng)互連后，會有明顯的“錯峰”效應(yīng)。即不同地區(qū)的用電負(fù)荷高峰不會在同一時(shí)間發(fā)生，因?yàn)楦鞯卮嬖谥鴷r(shí)差和氣候差。實(shí)際看來，聯(lián)網(wǎng)后系統(tǒng)的最大負(fù)荷將小于聯(lián)網(wǎng)前各地區(qū)最大負(fù)荷的總和。5.1電力系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行29并網(wǎng)運(yùn)行的電力系統(tǒng)可以通過在發(fā)電廠之間合理分配負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)水電和火電之間的相互調(diào)劑：豐水期可多發(fā)水電，少發(fā)火電，節(jié)約燃料；枯水期則多發(fā)火電以補(bǔ)充水電。5.1電力系統(tǒng)并網(wǎng)供電30③并網(wǎng)運(yùn)行的電力系統(tǒng)可減小總后備容量的比重，降低電站綜合投資和電能生產(chǎn)費(fèi)用。為避免系統(tǒng)中某一臺發(fā)電機(jī)故障退出運(yùn)行而使一些用戶停電，一般都使裝機(jī)容量大于最大用電負(fù)荷，即留有備用容量。由于備用容量是可以在整個系統(tǒng)中互相通用的，因此電力系統(tǒng)中總?cè)萘吭酱?，備用容量的比重就可以減小。提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性。5.1電力系統(tǒng)并網(wǎng)供電31由于電力系統(tǒng)的并網(wǎng)運(yùn)行，各發(fā)電廠的機(jī)組之間可以相互備用，因此可以錯開檢修時(shí)間，系統(tǒng)的總備用容量一般只需系統(tǒng)總?cè)萘康?0％～15％，遠(yuǎn)小于各發(fā)電廠孤立運(yùn)行時(shí)單站的備用容量之和。5.1電力系統(tǒng)并網(wǎng)供電32根據(jù)用電設(shè)備在生產(chǎn)中的作用，以及供電中斷對人身和設(shè)備安全的影響，電力負(fù)荷通常分三類：一類負(fù)荷：必須由雙獨(dú)立電源雙回路供電，并且當(dāng)任何一個電源失去時(shí)，另一電源能保證對全部一類負(fù)荷的持續(xù)供電。二類負(fù)荷：應(yīng)由單電源雙回路供電，并且當(dāng)任何一條回路失去時(shí)，另一回路能保證對全部二類負(fù)荷的持續(xù)供電。三類負(fù)荷：一般由單電源供電，允許長時(shí)停電。6、電力負(fù)荷分類及對電源的要求33（1）頻率我國的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定電力系統(tǒng)的額定頻率是50HZ。對大型電力系統(tǒng)，頻率的允許偏差不超過0.2HZ,對中小型電力系統(tǒng)，頻率的允許范圍不超過0.5HZ。當(dāng)頻率偏差超出允許值時(shí)，異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速會升高或降低，除使功率損失增加，經(jīng)濟(jì)性降低外，還會使某些對轉(zhuǎn)速有嚴(yán)格要求的工業(yè)部門產(chǎn)品質(zhì)量下降，甚至?xí)a(chǎn)出廢品。三、電能的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)34（2）電壓所有用電設(shè)備都應(yīng)當(dāng)按照其設(shè)計(jì)的額定電壓運(yùn)行，一般僅允許有5%的波動范圍。電壓過高，許多用電設(shè)備都會損壞。電壓過低，許多用電設(shè)備都不能正常工作。對異步電動機(jī)而言，電壓過低時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩顯著降低，轉(zhuǎn)差加大，電流加大，溫度升高，甚至還會使電動機(jī)燒毀。三、電能的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)35（一）電壓等級的選用應(yīng)考慮以下幾方面一方面，在輸電距離和輸電容量一定的條件下，選用較高的電壓等級，能使線路上的電流小，線路功率損耗和電能損耗低，電壓損失也小。同時(shí)也可選用較小的導(dǎo)線截面。另一方面，線路電壓越高，線路的絕緣越要加強(qiáng)，導(dǎo)線相間距離和對地距離都要相應(yīng)增加，使線路桿塔尺寸及造價(jià)上升；同時(shí)，變壓器和開關(guān)設(shè)備的投資也相應(yīng)增大。綜合兩方面的因素，在選擇電壓等級時(shí)，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行細(xì)致的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。四、電力系統(tǒng)的電壓等級36（二）我國規(guī)定三相交流電網(wǎng)和電力設(shè)備的額定電壓（線電壓，下同），如表2.1所示。1、電網(wǎng)的額定電壓電網(wǎng)的額定電壓是指電力線路以及與之相連的變電站匯流母線的額定電壓。四、電力系統(tǒng)的電壓等級372、用戶設(shè)備的額定電壓國家規(guī)定：用電設(shè)備的額定電壓等于同級電網(wǎng)的額定電壓。實(shí)際運(yùn)行中，用電設(shè)備的電壓允許有5%的偏差范圍。而供電線路由于電流流動后產(chǎn)生的電壓降，線路首端電壓要高些，末端電壓低些。接于不同地點(diǎn)的用電設(shè)備所受電壓有所不同，兩者剛好相互適應(yīng)。四、電力系統(tǒng)的電壓等級383、發(fā)電機(jī)的額定電壓發(fā)電機(jī)的額定電壓規(guī)定比同級電網(wǎng)的額定電壓高5%。這是考慮到電力線路允許有10%的電壓損耗，線路末端允許比電網(wǎng)額定電壓低5%，兩者剛好適應(yīng)。四、電力系統(tǒng)的電壓等級394、電力變壓器的額定電壓（1）電力變壓器一次繞組的額定電壓當(dāng)變壓器直接與發(fā)電機(jī)相連時(shí)，變壓器一次繞組的額定電壓應(yīng)當(dāng)與發(fā)電機(jī)額定電壓相同；當(dāng)變壓器不是與發(fā)電機(jī)直接相連，而是接于某