1、姓名:齊山成,聯(lián)系電話:136 0373 1982 339 2421,教研室:供電教研室(綜1401),第一章 緒 論,第一節(jié) 我國電力工業(yè)發(fā)展概況,第三節(jié) 發(fā)電廠和變電所電氣設備簡述,第二節(jié) 發(fā)電廠和變電所的基本類型,本章計劃學時：3 4學時,第一章 緒 論,我國電力工業(yè)發(fā)展概況:,我國自1882年有電力以來至1949年底，經過67 年發(fā)展裝機容量只達到185萬kW，年發(fā)電量 43 億 kWh，分別居世界第 21 位和第 25 位。,2003年全國總裝機容量達到38450萬kW，年發(fā)電量 19080 億 kWh。從1996年起，我國發(fā)電機裝機容量和年發(fā)電量均居世界第二位，2004年全國總裝機

2、容量達到44700萬kW。,電力發(fā)展和應用的程度，是衡量國民經濟發(fā)展水平和社會現(xiàn)代化水平高低的重要標志之一。電力發(fā)展必須超前國民經濟的增長。,第一節(jié) 我國電力工業(yè)發(fā)展概況,目前我國最大的汽輪發(fā)電機組容量為90萬kW，安裝在外高橋第二發(fā)電廠(最大135萬kW)； 最大的水輪發(fā)電機組容量為70萬kW，安裝在三峽水力發(fā)電廠(最大80萬kW) ； 最大的核電發(fā)電機組容量為100萬kW，安裝在嶺澳核電廠(最大145萬kW) 。 最高交流輸電電壓為750kV，如全長146km的青海官亭蘭州東750kV輸電示范工程(世界上最高為1150kV)。 最高直流輸電電壓為500kV, 如湖北宜昌葛洲壩到上海南橋的5

3、00kV直流輸電線路(世界上最高為 750 kV )。,我國電力工業(yè)的幾個之最：,目前我國最大的水力發(fā)電廠，也是世界上最大的水力發(fā)電廠是三峽水力發(fā)電廠，裝有26臺單機容量為70萬kW的水輪發(fā)電機組，總裝機容量1820萬kW，年均發(fā)電量 847億 kWh 。三峽大壩采用混凝重力壩，壩高185m，壩長(軸線長)2309m，壩頂總長3035m，總投資約2039億。,我國最大的火力發(fā)電廠是北倉港電廠，裝機容量300萬kW，單機容量60萬kW。,我國最大的核能發(fā)電廠是嶺澳核電廠，裝機容量200萬kW，單機容量100萬kW。,這些都說明我國電力工業(yè)已進入大機組、大電廠、大電網(wǎng)、超高壓、高度自動化的發(fā)展時期

4、和向跨大區(qū)聯(lián)網(wǎng)、推進全國聯(lián)網(wǎng)的新階段。,第二節(jié) 發(fā)電廠和變電所的基本類型,一次能源是指直接由自然界采用的能源，如：煤、石油、天然氣、水利資源、核原料等。 二次能源是由一次能源經加工轉換而獲得的另一種形態(tài)的能源，如電力、煤氣、蒸汽、焦碳等。,一、發(fā)電廠的基本類型,發(fā)電廠是把各種一次能源轉換成二次能源（即電能）的場所。按照發(fā)電廠所消耗一次能源的不同，發(fā)電廠分為以下幾種。,1. 火力發(fā)電廠 以煤炭、石油、天然氣等為燃料。, 凝汽式火電廠：只生產電能，熱效率低，僅為30 % 40%。,火電廠外景,熱電廠外景, 熱電廠 :既生產電能又生產熱能。熱電廠的熱效率高達60 % 70%。, 燃氣輪機發(fā)電廠：燃氣

5、輪機與汽輪機工作原理相似，所不同的是燃氣輪機的工質是高溫高壓的氣體而不是蒸汽。這些作為工質的氣體可以是用清潔煤技術將煤炭轉化成的清潔煤氣，也可以是天然氣等。,2水力發(fā)電廠,水電廠是將水的位能和動能轉換成電能的場所，也稱水電站。水電站的類型可以分為：,(1) 堤壩式:一般河流水位的落差沿河流是分散的，為提高落差就需要在河流的上游修建攔河壩，將水積蓄、提高水頭，進行發(fā)電。,通常這類水電站又細分為壩后式和河床式兩種。,壩后式水電站:發(fā)電機廠房建在壩后，全部水頭的壓力由壩體承受，水庫的水由壓力水管引入廠房，推動水輪發(fā)電機發(fā)電。,圖1-2 壩后式水電站示意圖,圖1-3 河床式水電站示意圖,河床式水電站:

6、發(fā)電機廠房和擋水堤連成一體，廠房也起擋水作用。由于廠房修建在河床中，故稱河床式。,圖1-4 引水式水電站示意圖,3抽水蓄能電站,抽水蓄能電站是一種特殊形式的水電站，具有水輪機-發(fā)電機和電動機-水泵兩種可逆的工作方式 。, 引水式水電站: 建在山區(qū)水流湍急的河道上或河床坡度較陡的地段，由引水渠道提供水頭，一般不需要修建堤壩，或只修低堰，適用于水頭比較高的情況。,(1) 夜晚或周末低負荷時，抽水蓄能電站的機組作為電動機運行，利用電力系統(tǒng)富余的電能將下庫的水抽到上庫，以位能的形式將電能儲存起來 。,(2) 在電力系統(tǒng)的峰荷期間，抽水蓄能電站的機組又作為發(fā)電機運行，將上庫的水放下來通過水輪機發(fā)電，用以

7、擔任電力系統(tǒng)峰荷中的尖峰部分，即起到調峰作用。,圖1-5 抽水蓄能電站示意圖,核電廠發(fā)電的原理與火電廠相似，都要有一個熱源，將水加熱成蒸汽，進而推動汽輪機旋轉并帶動發(fā)電機轉動而發(fā)出電能。不同的是核電廠所用的熱源不是煤或石油，它的熱源是原子核的裂變能。,4核電廠,核電是一種安全清潔的能源，利用它可以大大地節(jié)約煤和減少污染。一個1000MW的火電廠一天燃燒的煤是9600t，而相應1000MW的核電廠，一天只要3.3kg的U235，同樣容量的電廠其用燃料量竟相差300萬倍。,利用鈾(或钚）在反應堆核裂變 熱能（汽輪機）機械能 電能,我國核電建設規(guī)模,目前，中國有4座核電站11臺機組運行,浙江秦山核電

8、站 廣東大亞灣核電站 江蘇田灣核電站 嶺澳核電站,中國在建中核電站,廣東陽江核電站 浙江南部的三門核電站 遼寧紅沿河核電廠 江西彭澤核電廠,a.消耗燃燒少 b.燃燒時不需要空氣助燃 c.容量越大越經濟 d.有放射性污染,核電站特點：,大亞灣核電站,核電站遠景,太陽能熱發(fā)電：它是將吸收的太陽輻射熱能轉換成電能的裝置，其基本組成與常規(guī)火力電廠相似。 太陽能光發(fā)電：太陽能光發(fā)電不通過熱過程而直接將太陽的光能轉換成電能，其中光伏電池是一種主要的太陽能光發(fā)電形式，也叫光伏發(fā)電。 光伏發(fā)電是把照射到太陽能電池上的光直接變換成電能的一種發(fā)電形式，它是目前太陽能發(fā)電研究的方向。,（1）太陽能發(fā)電,5新能源發(fā)電

9、,太陽能發(fā)電 、風力發(fā)電、地熱發(fā)電、潮汐發(fā)電、生物質能發(fā)電及垃圾電廠等。,太陽能發(fā)電光伏發(fā)電,將風能轉換成電能的發(fā)電方式稱為風力發(fā)電。風能 屬于再生能源，又是一種過程性的能源，無法直接儲 存，還具有隨機性，所以對風能的應用技術上比較復 雜。圖1-是風力發(fā)電裝置的示意圖。由此圖可以看出 風力發(fā)電機生產過程的簡單描述。,（2）風力發(fā)電,圖1-8 風力發(fā)電裝置的示意圖 1風力機 2升速齒輪箱 3發(fā)電機 4控制系統(tǒng) 5改變方向的驅動裝置 6底板 7塔架 8控制和保護裝置 9基礎 10電纜線路 11配電裝置,風力發(fā)電廠,內蒙古風能儲量全國第一,目前，內蒙古建有輝騰錫勒、達里、錫林浩特等幾個大型風力發(fā)電廠

10、。截至2004年底，全區(qū)累計推廣小型風力發(fā)電機15.8萬臺，解決了15萬散居牧戶的基本生活用電。截至2005年底，內蒙古風力發(fā)電廠總裝機容量達到16.6萬千瓦，居全國第一位，2006年風力發(fā)電總裝機容量發(fā)展到100萬千瓦。 據(jù)內蒙古工業(yè)大學能源與動力工程學院劉志璋教授介紹，內蒙古10米高度可開發(fā)利用的風能儲量為1.01億千瓦，占全國總儲量的40%，居全國首位；50米高度可開發(fā)利用的風能儲量為2.02億千瓦，占全國總儲量的40%。但是，由于風電成本高、投資大、價格尚未確定以及缺乏自主研發(fā)的大型風機制造技術等，內蒙古目前已經開發(fā)利用的風能還不到風能總儲量的1%。 內蒙古風電開發(fā)正處在發(fā)展時期，到2

11、010年計劃發(fā)展為400萬千瓦。,地球本身是個大熱庫，地熱資源遍布世界各地。僅 地表10公里以內就有可供開采的熱能，地熱能的儲量很 大，它的總量大約是煤炭的一億七千萬倍。但是，目前 世界上實際能利用的地熱資源很少，主要限于蒸汽田和 熱水田，這兩者統(tǒng)稱為地熱田。地熱電站是清潔的能 源。它的發(fā)電成本比水電和火電都低，而且地熱發(fā)電后 排出的熱水還可以供采暖、醫(yī)療、提取化學物質等利 用，所以目前地熱發(fā)電發(fā)展很快。,（3）地熱發(fā)電,地熱發(fā)電廠,（4）潮汐發(fā)電,利用潮汐的落差推動水輪機而發(fā)電稱之為潮汐發(fā)電。即在海灣或河流入?？谔幹鸬虊?，漲潮時蓄水，高潮時關閉。退潮時形成足以使水輪機工作的落差時才開始放水

12、，將蓄水放出，驅動水輪發(fā)電機發(fā)電。,潮汐能是地球在自轉過程中，海水受月流重力牽引產生的。還有小部分潮汐是受太陽引力牽引形成的。海水漲落的周期為12小時25分鐘，同時在海底造成三角流。,潮 汐 發(fā) 電 示 意 圖,中國最大的潮汐發(fā)電站：浙江江廈潮汐電站，Pe=3200KW 世界最大的潮汐發(fā)電站：法國北部LaRance河，Pe=240MW 世界最高的潮汐發(fā)電站：加拿大Fundy高達39英尺，Pe=20MW 世界首座海底潮汐發(fā)電站：挪威北部Kvalsund Pe=300KW,二、變電所的基本類型,變電所起著變換和分配電能的作用。從發(fā)電廠送出的電能一般經過升壓遠距離輸送，再經過多次降壓后才供給用戶使用

13、，所以電力系統(tǒng)中的變電所的數(shù)量多于發(fā)電廠，變壓器的容量約是發(fā)電機容量的710倍。變電所分為發(fā)電廠的變電所（升壓變電所）和電力網(wǎng)的變電所（降壓變電所），根據(jù)變電所在電力系統(tǒng)的地位與供電范圍，可以將其分為以下幾類。,1. 樞紐變電所 1) 樞紐變電所位于電力系統(tǒng)的樞紐點，匯集著電力系統(tǒng)中多個大電源和多回大容量的聯(lián)絡線，連接著電力系統(tǒng)的多個大電廠和大區(qū)域。 2) 電壓等級一般為330 500 kV。 3) 樞紐變電所在系統(tǒng)中的地位非常重要，若發(fā)生全所停電事故，將引起系統(tǒng)解列，甚至系統(tǒng)崩潰的災難局面。,2. 中間變電所 1) 中間變電所高壓側與樞紐變電所連接，以穿越功率為主，在系統(tǒng)中起交換功率的作用，

14、或使高壓長距離輸電線路分段，它一般匯集23個電源，這樣的變電所主要起中間環(huán)節(jié)作用。 2) 電壓等級多為220330 kV，其中壓側一般是110220 kV，供給所在的多個地區(qū)用電并接入一些中小型電廠。 3) 當全所停電時，將引起區(qū)域電網(wǎng)解列，影響面也比較大。,3. 地區(qū)變電所,1) 地區(qū)變電所主要任務是給地區(qū)的用戶供電，它是一個地區(qū)或城市的主要變電所。 2) 電壓等級一般為110220 kV。 3) 若發(fā)生全所停電事故，只造成本地區(qū)或城市停電。,4. 終端變電所 1) 終端變電所位于輸電線路的末端，靠近負荷點。 2) 高壓側電壓多為110 kV或者更低（如35 kV），經過變壓器降壓為610

15、kV電壓后直接向用戶送電。 3) 若發(fā)生全所停電事故，只是所供電的用戶停電，影響面較小。,分為：輸電線路、配電線路,三、電力線路,電力系統(tǒng)的優(yōu)越性： （1）提高了電力網(wǎng)運行的可靠性 （2）提高了供電的穩(wěn)定性 （3）提高了發(fā)電的經濟性,對電力系統(tǒng)運行的特點基本要求：,特點： （1）生產、分配、輸送、再分配具有同時性； （2）正常輸電過程和故障過程都非常迅速； （3）電力系統(tǒng)的地區(qū)性特點較強，組成情況不盡相同； （4）電能生產與國民經濟、人民生活的關系密切。,基本要求： （1）保證供電的安全可靠性、類負荷 （2）保證電能的良好質量 （3）保證足夠的發(fā)電功率和發(fā)電量 （4）保證電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性

16、（5）保證電力系統(tǒng)運行的經濟性,電壓和頻率,線路額定電壓正常運行電壓允許變化范圍 35kv及以上5%UN 10kv及以下7%UN 低壓照明及農業(yè)用電(+5% -10%)Ue,我國規(guī)定的電力系統(tǒng)的額定頻率為50HZ 大容量系統(tǒng)允許頻率偏差0.2 HZ 中小容量系統(tǒng)允許頻率偏差0.5 HZ。,電壓的允許變化范圍見表,頻率主要取決于有功功率的平衡。 電壓主要取決于無功功率的平衡。 可通過調頻、調壓和無功補償?shù)却胧﹣肀ＷC頻率和電壓的穩(wěn)定。 電力系統(tǒng)的供電電壓（或電流）的波形為嚴格的正弦形。,第三節(jié) 發(fā)電廠和變電所電氣設備簡述,1電氣一次設備,直接生產、轉換和輸配電能的設備稱為電氣一次設備。,一、主要電

17、氣設備,它們主要有以下幾種：,(1) 生產和轉換電能的設備 如發(fā)電機、電動機、變壓器等，它們是直接生產和轉換電能的最主要的電氣設備。,(2) 接通或斷開電路的開關電器 為滿足運行、操作或事故處理的需要，將電路接通或斷開的設備，如斷路器、隔離開關、接觸器、熔斷器等。,(3) 限制故障電流和防御過電壓的電器 如用于限制短路電流的電抗器和防御過電壓的避雷器、避雷針、避雷線等。,(4) 接地裝置 用來保證電力系統(tǒng)正常工作的工作接地或保護人身安全的保護接地，它們均與埋入地中的金屬接地體或接成接地網(wǎng)的接地裝置連接。,(5) 載流導體 電氣設備必須通過載流導體按照生產和分配電能的順序或者說按照設計要求連接起

18、來，常見的載流導體如母線、架空線、電力電纜等。 (6) 補償裝置 如調相機、電力電容器、消弧線圈、并聯(lián)電抗器等。它們分別用來補償系統(tǒng)的無功功率、補償小電流接地系統(tǒng)中的單相接地電容電流、吸收系統(tǒng)過剩的無功功率等。 (7) 儀用互感器 如電壓互感器和電流互感器，它們將一次回路中的高電壓和大電流變成低電壓和小電流，供給測量儀表和繼電保護裝置用。,2電氣二次設備,對電氣一次設備進行測量、控制、監(jiān)視和保護用的設備，稱為電氣二次設備。它們主要有：,(1) 測量儀表 如電壓表、電流表、功率表、電能表等，它們用以測量一次回路的運行參數(shù)。 (2) 繼電保護及自動裝置 它們用以迅速反應電氣故障或不正常運行情況，并

19、根據(jù)要求切除故障、發(fā)出信號或作相應的調節(jié)。 (3) 直流設備 直流設備主要用于供給保護、操作、信號以及事故照明等設備的直流供電，它們有直流發(fā)電機組、蓄電池、硅整流裝置等。,(4) 控制和信號設備及其控制電纜 控制設備是指對斷路器進行手動或自動的開、合操作控制的設備。信號設備有光字牌信號、反映斷路器和隔離開關位置的信號、主控制室的中央信號等?？刂齐娎|是連接二次設備的電纜。 (5) 絕緣監(jiān)察裝置 用以監(jiān)察交流和直流系統(tǒng)的絕緣狀況。,二、電氣設備的額定參數(shù),電氣設備的額定參數(shù)-用以表明電氣設備在一定條件下的長期工作最佳運行狀態(tài)的特征量的值叫做額定參數(shù)。主要有額定電壓、額定電流和額定容量。 額定電壓-

20、電氣設備的額定電壓是按長期正常工作時具有最大經濟效果所規(guī)定的電壓。為使電氣設備實現(xiàn)標準化和系列化生產，國家規(guī)定了標準電壓系列如表1-5所示。,額定電流-電氣設備的額定電流是指周圍介質在額定環(huán)境溫度時，其絕緣和載流導體及其連接的長期發(fā)熱溫度不超過極限值所允許長期通過的最大電流值。 （我國基準環(huán)境溫度的規(guī)定40） 電力網(wǎng)的額定標準電壓(KV)： 0.22、0.38（低壓） 3、6、10、35、60、110、220（高壓） 330、500（超高壓） 750、1000 （特高壓）,額定電壓的確定方法,用電設備和電力網(wǎng)的額定電壓 我國用電設備的額定電壓與電力網(wǎng)的額定電壓是相等的。 UN= (Ua+Ub)/2， 5% 發(fā)電機額定電壓 1）可直配發(fā)電機（100MW） G.N1.05W.N （0.4、6.3、10.5）。 2）不可直配發(fā)電機（100MW） 13.8、15.75、18、20kV等四種。,變壓器額定電壓,d7.5或高壓側為35kV及以上 T2.N1.10W.N 阻抗電壓d7.5或高壓側為35kV以下或短線路 T2.N1.05W.N,1）一次繞組相當