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　　第一章电力系统的基本概念第一章电力系统的基本概念1-1我国电力工业发展简况1-2发电厂的类型及电能生产过程一、电厂类型主要有三种类型：火力发电厂利用矿物燃料（煤、油等）水力发电厂利用水能核电厂利用原子能一次能源：自然界演化生成的动力资源（如:油、天然气、煤炭等）二次能源：由一次能源转化而来的动力资源。如电能，电能便于转化为其他形式的能，且电能容易输送、分配、使用。二、电能的生产过程火力发电厂分两类：凝汽式火电厂单一生产电能，可建在坑口，效率只有30-32%热电厂供电兼供热，需建在热负荷中心，效率高，60-70%能量的转化过程：燃料的化学能热能机械能电能锅炉汽轮机发电机水力发电厂水的位能机械能电能水力发电的特点：(1)无污染,可重生(2)生产过程简单,运行维护简单,易实现自动化(3)效率高80～90%。成本低，是火电厂的1/3～1/4(4)启动时间短，正常4～5分钟，事故时1分钟左右(5)投资大，工期长(6)受气象、水文等自然条件影响(7)对农业生产及生态平衡有不利影响对其缺点，在论证时，应采取有效对策，则不足以掩盖水力发电的优点。水轮机发电机优点缺点核电厂1克铀裂变所释放的能量为相当于2.7吨标准煤。例如：一座50万kW的火电厂，每年要耗150万吨标准煤，如改为核电厂，只需20吨的铀燃料。核能热能机械能电能造价高（建设费用高于火电厂）发电成本高（比火电厂低约30～50%）建大容量（50万kW及以上）的核电厂较建火电厂合算核反应堆汽轮机发电机特点1-3电力系统和动力系统的组成及其特点一、电力系统和动力系统的组成发电厂的动力部分：火电厂锅炉、汽轮机水电厂水源、水轮机核电厂核反应堆、汽轮机动力部分+发电机+变压器+输电线路+用电设备电力系统——由发电机、变压器、输电线路及用电设备联结而成的整体电力网——由变压器和不同电压等级的输电线路组成的网络电力网电力系统动力系统电力网的分类：地方电网35kV以下,供电半径20～50公里区域电网35kV、110kV、220kV。供电半径大于50公里(3)超高压远距离输电网络330kV、500kV。将远处电能送往负荷中心，联系跨省电力系统二、电力系统的特点不易储藏发、输、用同时完成，故时时刻刻要求保持功率平衡，且一个环节故障，都可影响整个系统过渡过程短所以，对系统进行操作、调节、控制不能仅靠人工，否则，效果不佳或不可能完成地区性特点强各地区能源（水、火）、负荷（工业、城市发展水平）、负荷与电源的远近、负荷的分散与集中程度不同，导致各地区电网结构有很大的不同与整个社会关系密切供电不足或中断，将影响生产，造成生活不便，还会使社会活动瘫痪三、对电力系统的要求供电要可靠(1)元件性能良好(2)运行水平高（人员素质高），无误操作(3)电网结构合理（联系紧密，有备用接线）电力网的结线方式无备用接线——每个用户只能从一条电源线路获得电源有备用接线——每个用户能从两条及以上的电源线路获得电源开式网：用户只能从一个方向获得电源闭式网：用户至少可从两个方向获得电源用户分类：一类用户：任何时候均不允许停电（会造成人身事故，设备损坏，社会混乱）二类用户：只允许挺两小时（会造成生产大量减产，生活受影响）三类用户：允许停电，停电时间视排除故障所需时间定（除一、二类以外的其他用户）对一类用户应设置两个或两个以上的独立电源。供电充足做好规划，保证电力先行，加强运行维护，防止事故发生及扩大质量良好(1)电压偏移小(2)频率偏差小(3)波形良好（不谐波影响）运行经济效率高，损耗小，成本低1-4电力系统的负荷一、负荷的概念两重意义：指系统中所有用电设备所消耗的功率总和发电负荷=供电负荷+厂用电供电负荷=用电负荷+网损二、日负荷曲线及其用途日负荷曲线——负荷随时间变化的图形最高点最低点Pmin在Pmin以下部分——基本负荷用负荷曲线可计算用户（或某地区）取用电能的大小日负荷曲线的作用：安排各电厂发电任务最尖顶部分——热效率低的小火电厂短时发电峰荷——水电厂（启停方便）热电厂——有其相对固定的位置（用热时间）基荷——热效率高的火电厂、核电厂注：在洪水季节，水电厂应带基荷，以免弃水，并减低系统燃料消耗三、年负荷曲线和最大负荷利用小时数年最大负荷曲线它是一年内每月（或每日）最大有功功率随时间变化的规律的曲线。作用：制定发电机组检修计划，以及计划、新建、扩建机组、电厂的依据年持续负荷曲线它将一年内系统负荷，按从大到小顺序（按其持续时间）一次排列而成用途:(1)安排发电计划(2)可靠性估算系统全年耗电量:大,表明负荷曲线平坦,反之,它在一定程度上反映了用户(地区)的用电特性.见P12表1-11-5电能质量指标一、电压允许电压偏移，一般为5%具体为:低压照明用户+5%～10%二、频率我国：允许偏差：0.2Hz(0.5Hz早已废用)三、波形应为标准的正弦波要求波形畸变率小于规定值（主要控制谐波成分）501-6电压等级及选择一、电力系统的电压等级（线也称为线路的额定电压或电网的额定电压用电设备的额定电压用电设备的额定电压=电网的额定电压发电机=1.05变压器（1）一次侧与发电机直接相联时其余情况下，变压器相当于用电设备（2）二次侧此时变压器相当于电源注意：变压器二次侧的额定电压规定为空载时的电压一般，当变压器阻抗较小或直接与用电设备相连10kVT1T5T4T2T5220kV3kV35kV10kV35kV6kV10.5:24210.5:3.3220:385220:38.5:1135:6.3已知网络结线及各线路的额定电压,请标出各元件的额定电压三、电压等级的选择导线的投资（运行费用小）绝缘的投资大电压等级越高，输电效率越高选择电压等级，应根据负荷的大小和送电距离二个因素综合考虑见P16表1-3可供参考矛盾一般：750kV以上——特高压输电线kV——超高压输电线kV——高压输电线kV——高压配电线kV——中压配电线kV——低压配电线路第二章发电厂及变电所的一次系统2-1概述一、发电厂及变电所的电气设备发电机将机械能电能变压器变换电压，将低压电能高压电能，使电能有效传输断路器在正常和故障情况下，用来开断或接通电路电流。即它能断开或闭合正常工作电流，过负荷电流，短路电流它是电力系统中最重要的开关电器对它的要求是：(1)开断能力强(2)动作时间短(3)可靠性高(4)体积小，重量轻(5)价格低隔离开关没有灭弧装置，不能用来接通或开断电流（工作电流、过负荷电流、短路电流）作用：(1)造成明显的开断点，保证人身安全 (2)方便线路的切换，提高线路连接的适应 性和灵活性 负荷开关能开断负荷电流和一定过载电流 常与熔断器组合使用。（代替断路器） 熔断器主体是一段电阻值较大的熔丝(片)，当线路过 载时，它会因发热而熔断，实现电流开断 母线汇集和分配电能 的导体排（或导线） 电抗器一种空心线圈构成的电抗器 作用：(1)限制短路电流，减轻断路器负担 (2)维持故障时的母线电压 架空线是输、配电能的通道，一般是裸线 电缆 一种带有保护层和绝缘层的导线，可直接敷设 在地下、水中，占地少，安全，但造价高 11 避雷器 防止电器的绝缘遭雷击而引起的过电压的破坏 12 电压、电流互感器 是用来为测量、保护、监控仪表和装置提供电 压和电流信息的变换设备 电流互感器(CT) current transformer 按一定比例将大电流变为额定的 小电流5A(或1A) 电压互感器(PT) potential transformer 按一定比例将高电压变成规定的 低电压100V(或 作用（1）使二次回路与一次回路隔离，保证安全 （2）提供与一次电压，电流成比例的小电压， 小电流信息，并使二次设备标准化、小型化， 为系统的测量与运行监控提供可能与方便 二、发电厂和变电所电气设备的分类 一次设备——直接用于生产、输送、分配电能的电气设备。 由一次设备按一定规律联接起来，完成电能的发、变、 输、配的电路称为电气主接线（或成为一次回路， 一次系统） 一次系统是大功率、高电压系统 二次设备——用来对一次设备进行监视、测 量、操作和控制的设备 由二次设备联接的电路称为二次接线（或二次回路、二 次系统） 二次系统是低压信号测控系统 2-2 高压电器 一、断路器 按不同的分类方法： 户外户内 低压高压 不能频繁操作能频繁操作 不能自动重合闸能自动重合闸 电动机械操作 手动 三相式单相式 发电机断路器线路断路器 联络断路器 最本质的是按灭弧介质与绝缘介质分类： 油断路器 多油断路器：用变压器油作为灭弧介质和绝缘介质，笨重， 易火灾，20世纪50年后逐渐被淘汰。 少油断路器：油只作为灭弧介质，对地绝缘用瓷柱，体积小， 应用较广，但目前还显被淘汰趋势。 压缩空气断路器 六氟化硫断路器（SF6） 用压缩空气作为灭弧和绝缘介质 已逐渐被淘汰 ，价格高，可靠性差缺点：噪声大，零件多 作快，能在低温地区使优点：开断能力强，动 以SF6气体作为灭弧或兼作绝缘介质，目前有 取代其他类型断路器的趋势。 真空断路器 固体产气断路器 瓷吹断路器 结构： 利用真空作为灭弧和绝缘介质，目前在中压 层（10~35kV）被广泛使用。 导电主回路——通过动触头和静触头的接触 与分离实现电路的接通与开断。 灭弧室——使电能分析过程中产生的电弧在密封 的小室中，在高压力作用下在很短时间(小于几 十毫秒)快速熄灭。 操作机构——通过一套组合的机械环节，使动触 头按指定的方式和速度运动，实现合闸、分闸、 重合闸等功能。 绝缘支撑件——通过绝缘支柱实现对地的电气隔 型号简介少油断路器 第一字母：S（少油式） D（多油式） 第二字母：N（户内） W（户外） 第三数字：同型中按生产前后顺序编号， 短划后数字是电压等级（kV） 如：SN10-10 SF6断路器第一字母：L（六氟化硫） 第二字母：N（户内） W（户外） 第三数字：（与少油断路器相同） 如：LW8-35 LW3-10,LW25-126（126为教学工 作电压） 真空断路器 第一字母：Z——(真空) 其余同上 如：ZN23-35 ZW8-12（12为教学工作电压） 高压断路器的技术参数 指保证长期正常工作下的线电压，应选所在电网的额定电压。