1、第一章 緒 論,電力工業(yè)的使命包括發(fā)電、輸電及向用戶配電（售電）的全部過程。 完成任務(wù)的實體是電力系統(tǒng)。 電力系統(tǒng)由發(fā)電廠、輸電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)及電力用戶構(gòu)成。 1.1 電力工業(yè)的特點 1.2 我國的電力工業(yè) 1.3 電力系統(tǒng)的負(fù)荷 1.4 各類發(fā)電廠和生產(chǎn)過程 1.5 電力線路的結(jié)構(gòu) 小結(jié),1.1 電力工業(yè)的特點,一、電力工業(yè)的特點： 1、電能易于控制且便于轉(zhuǎn)變成其它形式的能量，因此，得到了廣泛的應(yīng)用。 2、其產(chǎn)品電能難以儲存，因此其生產(chǎn)、傳輸和消費是一個連續(xù)的過程，即在電力系統(tǒng)中生產(chǎn)的電能時時刻刻都應(yīng)與消耗的電能相平衡。,3、電能是以電磁波的速度傳播，因此電力系統(tǒng)中任何設(shè)備的投入或切除都會立

2、刻影響其它設(shè)備的運行狀態(tài)。 4、電力系統(tǒng)是投資密集、技術(shù)密集的產(chǎn)業(yè)，同時也是消耗一次能源最大的產(chǎn)業(yè)。,二、電力系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu),樞紐 變電站,中間 變電站,終端 變電站,電力系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)構(gòu)成 1、發(fā)電廠：把一次能源轉(zhuǎn)化為電能 2、高壓輸電線路 ：完成遠(yuǎn)距離大容量的輸電任務(wù) 。 3、配電系統(tǒng)：將電能分配給用戶。一般分為高壓配電系統(tǒng)（ 110kV和220kV ）和低壓配電系統(tǒng)（ 380/220V ）兩級。 4、負(fù)荷：是用戶或用電設(shè)備的總稱，包括電燈、電動機、電熱裝置等。,顯示電能生產(chǎn)、輸送、分配與應(yīng)用各環(huán)節(jié)及其相互關(guān)系的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，稱為一次系統(tǒng) 。 為了保證電力系統(tǒng)正常運行還必須設(shè)有相應(yīng)的測量、

3、監(jiān)視、控制以及保護系統(tǒng)，這些統(tǒng)稱為二次系統(tǒng) 。 只有當(dāng)一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)合理規(guī)劃設(shè)計，可靠運行維護時，才能保證電力系統(tǒng)在技術(shù)上達(dá)到高指標(biāo)，經(jīng)濟上達(dá)到高效益 。,三、對電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計和運行維護的基本要求,1、對用戶連續(xù)供電 北美規(guī)定供電可靠性為：對用戶10年間的停電不應(yīng)多于1天。 2、保證電能質(zhì)量 電能質(zhì)量指標(biāo)包括頻率、電壓和波形： 電壓：電壓偏移不超過額定電壓的5%。 頻率：電力系統(tǒng)對頻率的偏移規(guī)定在0.2Hz以內(nèi)。 波形：標(biāo)準(zhǔn)波形應(yīng)是正弦波。公用電網(wǎng)諧波電壓必須受限制。,電壓總諧波畸變率U1為基波電壓方均根值，UH諧波電壓含量 公用電網(wǎng)諧波電壓限值,3、經(jīng)濟性 盡量采用高效節(jié)能的發(fā)電設(shè)備，

4、合理地發(fā)展電力網(wǎng)以降低電能輸配過程中的損耗。 合理分配各發(fā)電廠之間的電力負(fù)荷，充分發(fā)揮經(jīng)濟性能高的發(fā)電廠的作用，并注意水電與火電之間的調(diào)配 。 4、防止環(huán)境污染 在火電廠采用除塵器、脫硫塔之外，在規(guī)劃建造火電廠時還應(yīng)注意廠址的選擇、煙囪的高度以及燃料的含硫量等。,1.3電力系統(tǒng)的負(fù)荷,1.3.1 電力負(fù)荷的組成 電力系統(tǒng)的負(fù)荷包括：各式各樣的用電設(shè)備，如異步電動機、同步電動機、電熱電爐、整流設(shè)備、照明設(shè)備等。 在不同行業(yè)中這些用電設(shè)備所占比重也不相同。,1.3.2 電力負(fù)荷的特性 一般交流用電設(shè)備所消耗的功率包括有功功率及無功功率，其大小與其電源的電壓及頻率有關(guān)。這種關(guān)系稱為負(fù)荷特性 。 當(dāng)系

5、統(tǒng)頻率及電壓緩慢變化時，地區(qū)負(fù)荷的有功功率及無功功率的變化情況，叫負(fù)荷的靜特性。 通常負(fù)荷的靜特性可以用電壓和頻率的多項式或指數(shù)函數(shù)來表示。,負(fù)荷電壓特性和頻率特性,負(fù)荷特性的多項式表示 負(fù)荷特性的指數(shù)表示形式,1.3.3 電力負(fù)荷曲線 影響負(fù)荷變化的因素主要有 ： 1、作息時間的影響 2、生產(chǎn)工藝的影響 3、氣候影響 4、季節(jié)影響 電力負(fù)荷隨時間變化的關(guān)系一般用負(fù)荷曲線來描述。 根據(jù)持續(xù)的時間，負(fù)荷曲線可以分為日負(fù)荷曲線、周負(fù)荷曲線和年負(fù)荷曲線； 根據(jù)所涉及的范圍，負(fù)荷曲線可分為個別用戶的負(fù)荷曲線、變電站負(fù)荷曲線、電力系統(tǒng)的負(fù)荷曲線等。,日有功負(fù)荷曲線圖,1、日負(fù)荷曲線, 主要特性指標(biāo)有 日

6、負(fù)荷率：日平均負(fù)荷與日最大負(fù)荷之比。 日最小負(fù)荷率：日最小負(fù)荷與日最大負(fù)荷之比。, 日負(fù)荷曲線的作用,a、安排日發(fā)電計劃 b、確定各發(fā)電廠的發(fā)電任務(wù)及系統(tǒng)的運行方式 c 、計算用戶日用電量,2、年負(fù)荷曲線,年最大負(fù)荷曲線,作用,a、制訂發(fā)電設(shè)備的檢修計劃。 b、為新建或擴建電廠的容量提供依據(jù)。,各類用戶的 Tmax,3 持續(xù)負(fù)荷曲線或時間,1.4 各類發(fā)電廠的生產(chǎn)過程,現(xiàn)代電力系統(tǒng)廣泛采用的有凝汽式電廠、熱電廠、水電廠、核電廠及抽水蓄能電廠等。 正在研究和試驗的有太陽能、風(fēng)力、地?zé)?、潮汐等新型能源發(fā)電廠,1.4.1 火電廠,原動機：凝汽式汽輪機、燃?xì)廨啓C、內(nèi)燃機。 我國大部分火電廠為凝汽式火力

7、發(fā)電廠 火電廠的主要發(fā)電設(shè)備包括鍋爐、汽輪機和發(fā)電機，其輔助設(shè)備有冷凝器、給水加熱器、各種水泵、磨煤機、除氧器、煙囪及各種量測與控制設(shè)備。,鍋爐,凝汽器,發(fā)電機,汽輪機,變壓器,輸電線路,火電廠外景,鍋爐外觀全景,汽輪機及發(fā)電機外觀,主變壓器側(cè)面,主變壓器正面,輸電線路,廠用變壓器,冷卻塔,在冷凝過程中，蒸汽要把從鍋爐吸取熱量的60釋放給冷卻水，這就是凝汽式火電廠最高熱效率不超過40的原因。,送風(fēng)機及靜電除塵裝置,供熱式火電廠或簡稱熱電廠 這種火電廠不僅向系統(tǒng)供電，而且向用戶供熱。采用的汽輪機有背壓式和抽氣式兩種。 背壓式機組：它的特點是蒸汽經(jīng)過汽輪機后不進入凝汽器，而被用來直接向用戶供熱或向

8、工業(yè)用戶供低壓蒸汽。這種機組以供熱為主，在沒有熱負(fù)荷的情況下不能發(fā)電。但是，當(dāng)發(fā)電機故障時機組都可以利用減溫減壓裝置繼續(xù)供熱。 抽汽式機組：這種機組和凝汽式汽輪機相似，只是中間有12級可供抽汽。抽汽量可根據(jù)用熱的需要進行調(diào)整。無論抽汽多少，這類機組都能發(fā)出額定電力。,火電廠在汽輪機進口處的蒸汽壓力和溫度稱為汽輪機的初參數(shù)。火電廠按照汽輪機的初參數(shù)可以分為三類,火電廠的運行特性可以歸納為以下三點： 火電廠的出力和發(fā)電量比較穩(wěn)定。 火電廠有最小技術(shù)出力的限制。負(fù)荷太小時鍋爐可能出現(xiàn)燃燒不穩(wěn)定的現(xiàn)象。一般燃煤火電廠的最小技術(shù)出力為其額定出力的6070，這樣就限制了負(fù)荷調(diào)節(jié)能力。 火電廠機組起動技術(shù)復(fù)

9、雜，且需耗費大量的燃料、電能等。因此，火電機組不宜經(jīng)常起停。 此外，火電廠負(fù)荷調(diào)節(jié)非常緩慢。 國產(chǎn)30萬kw機組試驗表明，改變負(fù)荷的速率僅為每分鐘12。,總之，高溫高壓火電機組不宜經(jīng)常起停，只宜承擔(dān)系統(tǒng)基荷，并保持在接近滿負(fù)荷的情況下運行，以獲得最高的運行效率和最低的煤耗。 中溫中壓機組在必要時可以擔(dān)任變動的負(fù)荷即腰荷或峰荷，但不經(jīng)濟。,2. 水力發(fā)電廠, 水電廠的類型 堤壩式 引水式 抽水蓄能電站,堤壩式水電廠:利用修筑攔河堤壩來抬高上游水位，形成發(fā)電水頭的水電廠。 堤壩式水電廠的分類 壩后式 河床式,上游,水庫,大壩,變壓器,發(fā)電機,下游,堤壩式中壩后式,進水口,廠房,溢流壩,堤壩式中河床

10、式,引水式水力發(fā)電廠,堰,引水渠,壓力水管,廠房,水電廠的運行特性 1、水電廠最突出的運行特性是其出力和發(fā)電量隨天然徑流量的情況而變化。 2、有時還可能由于水頭太低，使水輪機組達(dá)不到其額定出力。 3、起停迅速方便。一般從停機狀態(tài)到滿負(fù)荷運行需時僅12min。 水輪機出力在一定幅度變化時仍能維持較高的效率。適合擔(dān)任調(diào)峰及調(diào)頻任務(wù)。 水電廠的運行費用幾乎與生產(chǎn)的電量無關(guān)。,1.4.3 核電廠,利用核能發(fā)電的工廠。,分類 輕水堆 重水堆 石墨冷氣堆,沸水堆 壓水堆,沸水堆型核電廠示意圖,混凝土 防護殼,主循環(huán)泵,控制棒,反應(yīng)堆,汽輪機,發(fā)電機,凝結(jié)器,凝結(jié)水泵,壓水堆型核電廠示意圖,混凝土 防護殼,

11、控制棒,反應(yīng)堆,加壓器,主循環(huán)泵,蒸汽 發(fā)生器,1.4.4 抽水蓄能電廠,抽水蓄能電廠的主要功能和工作特性 在火電機組和核電比重較大的系統(tǒng)出現(xiàn)機組最小技術(shù)出力大于日最小負(fù)荷的情況時，為了維持在低谷運行時火電廠和核電廠的穩(wěn)定運行，可利用系統(tǒng)盈余的發(fā)電出力從高程較低的下水庫抽水到高程較高的上水庫，把電能轉(zhuǎn)換為水能，蓄存起來。在白天出現(xiàn)峰荷時再從上水庫放水發(fā)電。,抽水蓄能電廠按其運行周期可以分為： 日抽水蓄能電廠，以日為運行周期。 周抽水蓄能電廠，以周為運行周期。 季抽水蓄能電廠，它可將汛期多余水量抽蓄到上水庫里，供枯水期增加發(fā)電量。 目前工作水頭在600m以下的抽水蓄能電廠幾乎全部采用可逆式機組。

12、,水壩,蓄水池,抽水蓄能電站（發(fā)電）,抽水蓄能電站（蓄能）,抽水蓄能電廠除了調(diào)峰填谷以外，對電力系統(tǒng)還有以下功能： 擔(dān)任系統(tǒng)備用容量。 擔(dān)任系統(tǒng)負(fù)荷備用，以發(fā)揮其調(diào)頻作用。 擔(dān)任調(diào)相任務(wù)，當(dāng)不進行抽水及發(fā)電時，距負(fù)荷中心較近的抽水蓄能電廠可以利用同步發(fā)電機多帶無功負(fù)荷，進行調(diào)相。 使水電廠更好地發(fā)揮綜合利用效益。如裝設(shè)抽水蓄能機組，則該水電廠白天仍可發(fā)電調(diào)峰，夜間再從下水庫抽回到上冰庫，使灌溉水量不受損失。,1.4.5 其它能源發(fā)電,風(fēng)力發(fā)電 地?zé)岚l(fā)電 潮汐發(fā)電 太陽能發(fā)電,風(fēng)力發(fā)電示意圖,海上風(fēng)力發(fā)電站,地?zé)岚l(fā)電示意圖,火山,地下水,蒸汽包,汽輪機,發(fā)電機,冷卻塔,循環(huán)水泵,潮汐發(fā)電：利用海

13、水漲潮、落潮中的動能和勢能來發(fā)電。,太陽能發(fā)電示意圖,1.5 電力線路的結(jié)構(gòu),電力線路包括輸電線路和配電線路。 就其結(jié)構(gòu)來說，電力線路主要有架空線路和電纜線路兩類。 架空線路將導(dǎo)線架設(shè)在線路桿塔上，由導(dǎo)線、避雷線（或稱架空地線）、桿塔、絕緣子和金具等組成。 電纜線路則將電纜敷設(shè)于地下。,1.5.1 導(dǎo)線和避雷線,導(dǎo)線的作用是傳導(dǎo)電流、輸送電能。 避雷線的作用是把雷電流引人大地，以保護電力線路免遭雷擊而引起過電壓的破壞。 導(dǎo)線和避雷線的要求：有良好的導(dǎo)電性能，有較高的機械強度和耐化學(xué)腐蝕的性能。 常用的導(dǎo)線材料有銅、鋁、鋁合金等。在導(dǎo)線的型號上，材料以相應(yīng)的拉丁字母表示，如鋁-L、鋼-G、銅-T

14、、鋁合金-HL等。 避雷線一般用鋼線，在特殊情況下也有用鋼芯鋁線的。,為了充分利用導(dǎo)線，減少集膚效應(yīng)的影響并增加導(dǎo)線的柔韌性及強度，架空線路多采用絞合的多股導(dǎo)線，在型號上用J表示。,輸電線路電壓超過220kV時，為了減小電暈損耗和線路電抗，常常采用分裂導(dǎo)線。 分裂導(dǎo)線是用保持一定距離的幾根導(dǎo)線組成一相導(dǎo)線。 導(dǎo)線之間距離為400450mm。 這種導(dǎo)線排列可使其周圍的電磁場發(fā)生變化，從而可以減少沿面的電場強度和磁場強度 。,雙分裂導(dǎo)線,避雷線,導(dǎo)線（四分裂）,桿塔,絕緣子串,典型架空輸電線路的照片,1.5.2 桿塔,桿塔用來支持導(dǎo)線和避雷線，并使導(dǎo)線之間以及導(dǎo)線與大地之間保持一定距離。 根據(jù)所采

15、用的材料，桿塔可以分為木桿、鋼筋混凝土桿和鐵塔三種。 鋼筋混凝土桿大多用離心法繞制而成，有等徑桿和錐形桿兩種。主桿可以分段裝配。按照結(jié)構(gòu)形式，鋼筋混凝土桿有單桿和型桿兩種。 鐵塔是由角鐵用焊接、鉚接或用螺栓連接而成的，形式甚多，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，多用于高壓輸電線路或有大跨越的地方。,500kV換位塔,大型跨越塔,10kV跨越塔,同桿雙回塔,10kV同桿雙回塔,轉(zhuǎn)角塔,直線塔,1.5.3 絕緣子和金具,絕緣子是用來支持或懸掛導(dǎo)線，并使導(dǎo)線與桿塔絕緣的一種瓷質(zhì)或玻璃元件。 絕緣子應(yīng)有足夠的絕緣強度和機械強度、對化學(xué)污染有足夠的抵抗能力，并能適應(yīng)周圍大氣溫度和濕度的變化。 架空線路使用的絕緣子主要有針式

16、和懸式兩種。 針式絕緣子使用電壓不超過35kV。 懸式絕緣子是成串使用的，常用于35kV以上的架空輸電線路上。,絕緣子種類,鋼化玻璃絕緣子,瓷絕緣子,合成絕緣子,絕緣子形式,針式絕緣子,瓷橫擔(dān)絕緣子,懸式絕緣子,電壓等級與直線桿塔上懸垂絕緣子串中絕緣子數(shù)量的關(guān)系,金具,架空線路使用很多金具，如 連接導(dǎo)線用的接線管； 連接懸式絕緣子用的掛環(huán)、掛板和連板； 把導(dǎo)線固定在懸式絕緣子串上用的各種線夾； 防止導(dǎo)線振動用的防震錘、護線條； 以及為了使高壓輸電線路絕緣子串上電壓分布均勻的均壓環(huán)等。 所有這些金屬部件統(tǒng)稱為金具，,金具,金具種類,并溝線夾（接續(xù)金具）,懸垂線夾,耐張線夾,聯(lián)結(jié)金具（Z型掛板）,1.5.4 電纜,電力電纜一般由三部分組成，即導(dǎo)體、絕緣層和保護包皮。 電纜的導(dǎo)線通常用多股銅絞線或鋁絞線以增加電纜的柔韌性。 根據(jù)電纜中導(dǎo)體數(shù)目的不同，有單芯電纜、三芯電纜和四芯電纜幾種。 電纜的絕緣層用來使導(dǎo)體與導(dǎo)體之間，以及導(dǎo)體與保護包皮之間絕緣。絕緣層使用的絕緣材料種類很多，如橡膠、瀝青、聚乙稀、麻、絲、紙等。 電纜的保護包皮是保護絕緣層，常用的保護包皮有鉛包皮和鋁包皮。為了