【知识目标】1理解电力系统、电力网等基本概念；2了解发电厂及变电站的基本形式；3掌握电气设备的额定电压确定方法。 【能力目标】1能解释电力系统、电力网；2能确定电气设备的额定电压。2.1 电力系统与供电电压等级1o1875年，世界上最早的发电厂巴黎北 火车站电厂建成，用于照明供电；o1878年，法国建成第一座水电厂；o1879年，美国旧金山实验电厂开始发电， 成为世界上最早出售电力的电厂；o1882年，法国开始进行远距离高压直流输 电，同时，英国、日本、俄罗斯也相继修建 了发电厂。一、国内外电力工业发展史2o我国于1978年底，全国发电装机容量达 到5.712103万kW ，年发电量达到 2.566103亿kWh，居世界第七位。与 此同时，东北、京津唐、华中、华东电网 形成了220kV主干网架。一、电力工业发展概况3o2008年底，我国发电装机容量达到 7.9104万kW，年发电量达3.4334104 亿KWh；o2009年底，全国发电装机容量达到 8.7104万kW，其中火电达到 6.5205104万kW，水电装机达到 1.9679104万kW。发电装机容量和年发 电量稳居世界第二位，我国已成为世界电力 大国。一、电力工业发展概况4o改革开放以来，我国的大区联网和西电东送 联网建设不断加强。经过多年建设，除去我 国台湾省和港、澳地区外，全国已经形成华 北、东北、华东、华中、西北、川渝和南方 联营等七个跨省区电网，及山东、福建、海 南、乌鲁木齐和拉萨等五个独立的省级电网 。在跨省电网和部分独立省网中形成500kV （或330kV）的骨干网架。一、电力工业发展概况5o但是，随着我国国民经济的高速发展与人 民生活用电的急剧增长，电力工业的发展 仍不能满足整个社会发展的需要；由于我 国人口众多，因此在按人口平均用电方面 ，还远远落后于一些发达国家。我国的电 力工业必须持续、稳步地大力发展。一、电力工业发展概况6o电力生产企业的任务：把一次能源转换为电 能，并输送、分配和销售给电力用户。o一次能源：指煤、石油、天然气、水能、地 热能、核能、风能、太阳能等以自然形态存 在的能源。二、电力系统的构成7o可以方便地与其它形式的能量相互转换（如 光能、热能、机械能等）；o电能可以大规模生产，远距离输送和分配；o电能易于调节、操作和控制灵活；o在终端使用时电能是最清洁的能源。电能的 使用十分方便，能做到约时停送电。1、电能的优点8o由发电厂、升压变电站、输电线路、降压变 电站及电力用户所组成的统一整体，称为电 力系统。o电力系统加上带动发电机转动的动力装置构 成的整体称为动力系统。o其中，由各类升压变电站、输电线路、降压 变电站组成的电能传输和分配网络称为电力 网。动力系统、电力系统、电力网三者关系 如图2.1所示。2、电力系统的定义9图2.1 动力系统、电力系统、电力网关系示意图2、电力系统的定义10o发电厂是电力系统的中心环节，它是把各种 天然能源（化学能、水能、原子能等）转换 成电能的工厂。o按使用能源不同或转换能源特点，发电厂有 以下类型：火力发电厂、水力发电厂、核电 厂、新能源发电厂等。3、发电厂及其分类11o凝汽式火电厂生产过程示意图如图2.2所示 。整个生产系统可分为三个系统：燃烧系统 、汽水系统、电气系统。 o其生产过程是：煤粉在锅炉炉膛中燃烧，使 锅炉中的水加热变成过热蒸汽，经管道送到 汽轮机，推动汽轮机旋转，将热能变为机械 能。 3.1 火力发电厂12图2.2 凝汽式火电厂生产过程示意图13o汽轮机带动发电机旋转，再将机械能变为电 能。在汽轮机中做过功的蒸汽排入凝汽器， 循环水泵打入的循环水将排汽迅速冷却而凝 结，由凝结水泵将凝结水送到除氧器中除氧 （清除水中的气体，特别是氧气），而后由 给水泵重新送回锅炉。o由于在凝汽器中大量的热量被循环水带走， 因此，凝汽式火电厂的效率较低，只有30 40。3.1火力发电厂及其分类14o热电厂与凝汽式火电厂不同之处是将汽轮机 中一部分做过功的蒸汽从中段抽出来直接供 给热用户，或经加热器将水加热后，把热水 供给用户。这样，便可减少被循环水带走的 热量，提高效率，现代热电厂的效率达60 70。3.1 火力发电厂15o水力发电厂简称水电厂，也称水电站，是把 水的位能和动能转换成电能的工厂。水电厂 的原动机为水轮机，通过水轮机将水能转换 为机械能，再由水轮机带动发电机将机械能 转换为电能。o因为水的能量与其流量和落差成正比，所以 利用水能发电的关键是集中大量的水和造成 大的水位落差。3.2 水力发电厂16o坝后式水电厂断面图如图2.3所示。其厂房 建在拦河坝非溢流坝段的后面（下游侧）， 不承受水的压力，压力管道通过坝体 ，适 用于高中水头。这是我国最常见的水电厂型 式。3.2 水力发电厂17图2.3 坝后式水电厂示意图18o核电厂是将原子核的裂变能转换为电能的发 电厂，燃料主要是铀235（U235）。U235容 易在慢中子的撞击下裂变，释放出巨大能量 ，同时释放出新的中子。核能能量密度高， 1克U235全部裂变时所释放的能量为 81010J，相当于2.7t标准煤完全燃烧时释 放的能量。作为发电燃料，铀235（U235） 运输量小、发电成本低。3.3 核电厂19o火电厂相对投资少，建设工期短，一般2-3 年就可建起；但生产过程及控制系统相对复 杂，对环境污染大，要消耗大量的一次能源 ，发电成本高。o水电厂生产过程简单，控制容易，污染小， 发电成本低；但需要建设大坝，购置水工设 施，投资大，工期长，且受气候水文条件影 响大。o核电厂原料成本低，但要求很高的安全性。3.4 火电厂、水电厂和核电厂的比较20o变电站是汇集电源、升降电压和分配电力的 场所，是联系发电厂和用户的中间环节，起 着变换和分配电能的作用。o变电站有升压和降压之分。升压变电站通常 是发电厂升压部分，紧靠发电厂。降压变电 站通常运离发电厂而靠近负荷中心。4、变电站21o（1）枢纽变电站o枢纽变电站位于汇集有多个 大电源和多回 大容量联络线路的枢纽点。变电容量大，高 压侧电压等级多为330500kV。4.1 变电站的分类22o（2）地区变电站o地区变电站是供电给一个地区的主要供电 点。一般从2-3条输电线路受电；受电电 压等级一般为110220kV。供电给下 一级变电站。4.1 变电站的分类23o（3）企业变电站o企业变电站是专供大、中型企业用电的专用 变电站，受电电压等级一般为35110kV 。o（4）终端变电站o终端变电站位于配电线路的终端，接近负荷 点，经降压后直接向用户供电，不承担功率 转送任务，电压等级一般为35kV以下。4.1 变电站的分类24o电力网由变电站和不同电压等级的输电线路 所组成，是联接发电厂和用户的中间环节。 其作用是输送、控制和分配电能。一般分输 电网和配电网两部分。o按电压等级，电力网分为低压（1kV及以下 ）、高压（1330kV）、超高压（330 1000kV）和特高压（1000kV以上）几种 。5、电力网25o输电网一般由220KV及以上电压等级的输 电线路和与之相连的变电站组成，是电力系 统的主干线。o输电网将电能输送到距离较远的各地区配电 网。目前，我国的几大电网已经初步建成以 500KV超高压输电线路为骨干的主网架。o配电网将电能分配到各类用户。它由 110KV及以下电压等级的配电线路和配电 变压器组成。5、电力网26o把各孤立运行的发电厂通过电力网连接起来 ，形成并联运行的电力系统后，在技术和经 济上具有一系列的优点： o（1）提高了供电的可靠性。o（2）提高了供电的稳定性。o（3）提高了运行的经济性。5.1 电力系统并网运行27o在电力系统中大量的设备不分昼夜地连续 运行，难免发生故障。并网后某个设备的故 障一般不会危及整个电力系统的继续运行， 这就大大提高了对用户供电的可靠性。o一般来说，电网的规模越大，这种供电可靠 性就越高。5.1 电力系统并网运行28o并网运行可以减少系统总用电负荷的峰值 ；可以利用水火互济来节约能源，改善电网 调节性能，提高对用户供电的稳定性。o 不同地区的电网互连后，会有明显的“错 峰”效应。即不同地区的用电负荷高峰不会 在同一时间发生，因为各地存在着时差和气 候差。实际看来，联网后系统的最大负荷将 小于联网前各地区最大负荷的总和。5.1 电力系统并网运行29o并网运行的电力系统可以通过在发电厂之间 合理分配负荷，实现水电和火电之间的相互 调剂：丰水期可多发水电，少发火电，节约 燃料；枯水期则多发火电以补充水电。5.1 电力系统并网供电30o并网运行的电力系统可减小总后备容量的 比重，降低电站综合投资和电能生产费用。o 为避免系统中某一台发电机故障退出运行 而使一些用户停电，一般都使装机容量大于 最大用电负荷，即留有备用容量。o 由于备用容量是可以在整个系统中互相通 用的，因此电力系统中总容量越大，备用容 量的比重就可以减小。提高系统经济性。5.1 电力系统并网供电31由于电力系统的并网运行，各发电厂的 机组之间可以相互备用，因此可以错开检修 时间，系统的总备用容量一般只需系统总容 量的1015，远小于各发电厂孤立运 行时单站的备用容量之和。5.1 电力系统并网供电32o根据用电设备在生产中的作用，以及供电中断对人 身和设备安全的影响，电力负荷通常分三类：o一类负荷：必须由双独立电源双回路供电，并且当 任何一个电源失去时，另一电源能保证对全部一类 负荷的持续供电。o二类负荷：应由单电源双回路供电，并且当任何一 条回路失去时，另一回路能保证对全部二类负荷的 持续供电。o三类负荷：一般由单电源供电，允许长时停电。6、电力负荷分类及对电源的要求33o（1）频率o我国的技术标准规定电力系统的额定频率是 50HZ。对大型电力系统，频率的允许偏差 不超过0.2HZ,对中小型电力系统，频率的 允许范围不超过0.5HZ。o当频率偏差超出允许值时，异步电动机转速 会升高或降低，除使功率损失增加，经济性 降低外，还会使某些对转速有严格要求的工 业部门产品质量下降，甚至会产出废品。三、电能的质量标准34o（2）电压o所有用电设备都应当按照其设计的额定电压 运行，一般仅允许有5%的波动范围。o电压过高，许多用电设备都会损坏。o电压过低，许多用电设备都不能正常工作。 对异步电动机而言，电压过低时，其输出转 矩显著降低，转差加大，电流加大，温度升 高，甚至还会使电动机烧毁。三、电能的质量标准35（一）电压等级的选用应考虑以下几方面n一方面，在输电距离和输电容量一定的条件下 ，选用较高的电压等级，能使线路上的电流小 ，线路功率损耗和电能损耗低，电压损失也小 。同时也可选用较小的导线截面。n另一方面，线路电压越高，线路的绝缘越要加 强，导线相间距离和对地距离都要相应增加， 使线路杆塔尺寸及造价上升；同时，变压器和 开关设备的投资也相应增大。n综合两方面的因素，在选择电压等级时，应当 进行细致的技术经济比较。四、电力系统的电压等级36（二）我国规定三相交流电网和电力设备的额 定电压（线电压，下同），如表2.1所示。o1、电网的额定电压o电网的额定电压是指电力线路以及与之相连 的变电站汇流母线的额定电压。四、电力系统的电压等级37o2、用户设备的额定电压o国家规定：用电设备的额定电压等于同级电 网的额定电压。实际运行中，用电设备的电 压允许有5%的偏差范围。o而供电线路由于电流流动后产生的电压降， 线路首端电压要高些，末端电压低些。o接于不同地点的用电设备所受电压有所不同 ，两者刚好相互适应。四、电力系统的电压等级38o3、发电机的额定电压o发电机的额定电压规定比同级电网的额定电 压高5%。o这是考虑到电力线路允许有10%的电压损 耗，线路末端允许比电网额定电压低5%， 两者刚好适应。四、电力系统的电压等级39o4、电力变压器的额定电压o（1）电力变压器一次绕组的额定电压n当变压器直接与发电机相连时，变