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电力系统基础知识介绍 1.电力系统的概念和组成 2.电能变换和电源构成 3.电力系统的负荷 4.电力系统运行的特点及要求 5.电力系统的电压等级 1.电力系统的概念和组成 电力系统由发、输、变、配组成(生产、输送 、 分配、消费 ) 从调度、管理、控制的角度看 从电压等级的角度看 调 度 大 楼 电力调度:是电力系统内部的一个组织机构 即电网调度机构。也就是电网的 发电、供电、用电运行组织、指 挥、指导和协调中心。 从发电到用户的供电 过程 发 电 厂 输 电 网 络 我 国 电 网 介 绍 目前我国基本上进入大电网、大电厂、大机组、高电 压输电、高度自动控制的新时代 。截止2008年7月装机 总容量突破7.00亿千瓦。 我国现有发电装机容量在20000MW以上的电力系统 11个,其中东北、华北、华东、华中电网装机容量均超 30000MW,华东、华中电网甚至超过40000MW,西北 电网的装机容量也达到20000MW。南方电力联营系统 连结广东、广西、贵州、云南四省电网,实现了西电东 送。其它几个独立省网,如四川、山东、福建等电网和 装机容量也超过或接近10000MW。 各电网中500KV(包括330KV)主网架逐步形成和壮 大。220KV电网不断完善和扩充。 从1988年起连续每年新增投产大中型发电机组超过 10000MW。 1990年我国第一条从葛洲坝水电站至上海南桥换流站 的500KV直流输电线路实现双极运行,使华中和华东 两大区电网实现非同期联网。 电力体制改革方案: 1(电监会)+2(电网公司)+5(发电集团)+4(辅业集团) 两家电网公司是国家电网公司、中国南方电网有限责 任公司; 家发电集团公司是中国华能集团公司、中国大唐集 团公司、中国华电集团公司、中国国电集团公司和中国 电力投资集团公司; 家辅业集团公司是中国电力工程顾问集团公司、中 国水电工程顾问集团公司、中国水利水电建设集团公司 和中国葛洲坝集团公司 电 网 图 电力系统为什么要互联并网运行 1.采用高效率大容量机组减少备用容量 2.合理利用动力资源水、火电互补 3.提高供电可靠性系统越大,抗干扰能力 越强 4.提高运行的经济性装高效率大容量机组、 合理利用动力资源、合理分配负荷、削峰填谷 。 全国联网势在必行 现在: 7个跨省电网,5个独立省网 2015年全国联网: 以三峡电站为中心,东西南北四方向联网 东西以送电和联网效益并重 南北以获得联网效益为主,兼顾送电 联网方案: 首先建成三峡电网(华东、华中、四川、重庆) 中部电网:以三峡电站为中心沿长江展开 北部电网:以华北为中心,与东北、山东联网,开发 黄河上游拉西瓦等水电站,实现与西北联网 南部电网:红水河、澜沧江、乌江流域、贵州煤炭基地 全国联网势在必行 北部和中部三纵: 西线:西北与川渝以直流方式相联 中线:华北与华中以直流背靠背相联 东线:山东与华东以直流背靠背相联 南部和中部: 提高水电利用容量,减少弃水 湖南衡阳到广东韶关500KV交直流输电 三峡到广东的远距离直流输电 近年来停电事故频发 8.14美加大停电 8.28伦敦大停电 9.1悉尼和马来西亚大停电 9.28意大利大停电 近年来面临严重缺电 去年缺电3500万KW,今年缺电2500万KW。电力建设滞后 于电力需求增长,电力供应总量不足,是造成电力供应逐 步紧张的根本原因。 2.电能变换和电源构成 电 能 变 换 电源构成及展望 火电70%、水电20%、核电10% 燃料电池、太阳光、太阳能(分散型)21世 纪新能源 热核反应不使用放射性材料的核能,2030年 后实用化 2050年时,电力供应是现在的23倍(15000亿 KW.h) 核能约占54%,燃料电池等分散型电源和电力 储存系统约占15%20% 我国的能源结构极不合理 目前电源配置情况2020年电源配置情况 电源构成及展望 火力发电: 火电厂:是利用煤、石油、天然气作为燃料生产 电 能的工厂,它的基本生产过程是:燃料在锅炉中 燃 烧加热水使成蒸汽,将燃料的化学能转变成热能 , 蒸汽压力推动汽轮机旋转,热能转换成机械能, 然 后汽轮机带动发电机旋转,将机械能转变成电能 ; 火电发电 燃料燃烧 水 蒸汽 机械能 发电 火 电 厂分类: 按燃料分:燃煤发电厂、燃油发电厂、燃气发电厂、余热发电 厂、圾及工业废料为燃料的电厂 按蒸汽压力和温度分:中低压发电(3.92MPa,450度)、高压发 电厂(9.9MPa,540度)、超高压发电厂(13.83MPa,540度)、亚 临界压力发电厂(16.77MPa,540度)、超临界压力发电厂( 22.11MPa,550度) 按发电厂装机容量分:小容量发电厂(100MW以下)、中容量发 电厂(100250MW)、大中容量发电厂(2501000MW)、大容量 发电厂(1000MW以上);我国目前最大的火电厂:浙江北仑港电厂 ,装机容量300万KW(即3000MW),5台60万KW(600MW)机组。 按原动机分:凝气式汽轮机发电厂、燃气轮机发电厂、内燃机发 电厂、蒸汽燃汽轮机发电厂等 按输出能源分:凝汽式发电厂(只发电)、热电厂(发电兼供热 ) 输出能源: 凝汽式效率低(3740%)、容量大,坑口电厂 热电厂效率高(6770%)、容量小,城市区 火 电 厂 坑口电厂:是指建设在靠近煤矿坑口附近的发电 厂,因为火力发电厂耗煤量非常大,一个中等规模的 火力发电厂一年需要消耗标准煤150万吨左右。如果 不设在坑口附近,就必须依靠铁路,海运,等途径进 行远才来运输来降低生产成本,不在海边,也不在铁 路边的电厂,一般会修建专门的配套铁路。 汽轮机发电厂的构成: 典型凝气式燃煤电厂生产示意图 火电厂图片 火电厂图片 水利发电: 水力发电系利用河川、湖泊等位于高处具有 位能的水流至低处,将其中所含之位能转换成 水轮机之动能,再藉水轮机为原动机,推动发 电机产生电能。因水力发电厂所发出的电力其 电压低,要输送到远距离的用户,必须将电压 经过变压器提高后,再由架空输电路输送到用 户集中区的变电所,再次降低为适合於家庭用 户、工厂之用电设备之电压,并由配电线输电 到各工厂及家庭用户。 水 冲击水轮机旋转 带动发电机发电 水电厂分类: 水 电 厂 堤坝式 引水式:河床坡度较大时 混合式:兼有堤坝式与引水式 抽水蓄能水电厂 坝后式:单独筑坝,厂房在坝后(三门峡) 河床式:厂房与坝一起(葛州坝) 水力发电 水力发电厂图片 水资源: 水 资 源 蕴藏量: 6.8亿KW 可利用量:3.78亿KW 20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,已投980 三峡电站: 三峡电站: 三峡电站: 核电厂: 用核蒸汽发生系统代替火电厂锅炉生产蒸汽系统 核 能反应堆 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) 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 核电站: 1951年第一座100KW核电站在美国 现在全世界有441座,总装机3.5亿kw 我国秦山(30+2*60+2*70),大亚湾(2*90万KW) 2020年我国装机达88.5亿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:1.11.65万元/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 核电厂: 核电厂: 核电厂: 新能源发电和电力储存 3.电力系统的负荷 一、负荷类型 负荷用电设备在某时刻从系统中取用的功率 负 荷 类 型 异步电动机 同步电动机 各类电炉 整流设备 电子仪器 电灯 负荷变化是随机的规律性用负荷曲线表示 负荷曲线 日负荷曲线安排电能生产计划的基础 年负荷曲线安排检修计划、装机计划的依据 负 荷 曲 线 及表 示 法 日负荷曲线 日用电量: 日平均负荷: 负荷率: kp=pav/pmax 年负荷曲线 年用电量: Tmax=W/Pmax 4.电力系统运行的特点及要 求 运行特点: 电能不能大量储存 过渡过程非常迅速(30万KM/S) 电力和国民经济各部门关系密切 运行要求: 最大限度地满足用户的用电要求 保证供电的可靠性 保证电能质量(电压、频率、波形) 提高电力系统的经济性 5.电力系统的电压等级 电气设备的额定电压和最高电压 额定电压:电气设备在此电压下长期工作,效率和寿命最好 最高电压:考虑设备的绝缘性能确定的最高运行电压值 如何确定电气设备的额定电压 同一标称电压下,不同电气的额定电压是不同的 1、用电设备允许偏差 2、线路首末端允许偏差 3、发电机在首端:额定电压高出接入电网电压 5% 1.05UN 0.95UN U2 U1 UN 4、变压器 一次侧:用电设备 二次侧:发电设备 =电网额定电压 升压变:=发电机额定电压 降压变:=电网额定电压UN 额定电压为空载电压 内部损耗约5% 二次电压高出10% 如何确定电气设备的额定电压 不同标称电压下传输距离和传输功率范围
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