第一章-电力产生和输送课件

第一节第一节电力的产生电力的产生第二节第二节电力的输送和分配电力的输送和分配第三节第三节变压器的用途和原理变压器的用途和原理本章小结本章小结第第1章章电力的产生和输送电力的产生和输送第一节第一节电力的产生第二节电力的产生第二节电力的输送和分配第三节电力的输送和分配第三节变压器的用变压器的用 第一节第一节电力的产生电力的产生1电能的特点电能的特点自然界的能源可分为一次能源和二次能源两类自然界的能源可分为一次能源和二次能源两类。电能的特点：电能的特点：（1）便于转换。）便于转换。（2）便于输送。）便于输送。（3）便于控制和测量。）便于控制和测量。（4）生产、输送和使用比较经济、高效、清洁、污染少。）生产、输送和使用比较经济、高效、清洁、污染少。一次能源是指自然界中现成存在的可直接利用的能源；一次能源是指自然界中现成存在的可直接利用的能源；二次能源是指由一次能源加工转换而成的能源。二次能源是指由一次能源加工转换而成的能源。第一节第一节电力的产生电力的产生1电能的特点自然界的能源可分为一电能的特点自然界的能源可分为一 2电力的生产电力的生产电能与其他能量的相互转换关系。电能与其他能量的相互转换关系。第一节第一节电力的产生电力的产生2电力的生产电能与其他能量的相互转换关系。第一节电力的生产电能与其他能量的相互转换关系。第一节电电 目前电力的生产主要是以下三种方式：目前电力的生产主要是以下三种方式：（1）火力发电）火力发电（2）水力发电）水力发电通通过过燃燃料料燃燃烧烧加加热热水水，产产生生高高温温高高压压的的蒸蒸汽汽，再再用用蒸蒸汽汽来来推动汽轮机旋转并带动三相交流同步发电机发电。推动汽轮机旋转并带动三相交流同步发电机发电。利用水的落差和流量去推动水轮机旋转并带动发电机发电。利用水的落差和流量去推动水轮机旋转并带动发电机发电。第一节第一节电力的产生电力的产生目前电力的生产主要是以下三种方式：（目前电力的生产主要是以下三种方式：（1）火力发电（）火力发电（2）水力发）水力发（3）原子能发电）原子能发电还有风力发电、太阳能发电、地热发电和潮汐发电等。还有风力发电、太阳能发电、地热发电和潮汐发电等。原原子子能能发发电电是是利利用用原原子子核核裂裂变变时时释释放放出出来来的的巨巨大大能能量量来来加加热水，产生高温高压的蒸汽推动汽轮机从而带动发电机发电。热水，产生高温高压的蒸汽推动汽轮机从而带动发电机发电。第一节第一节电力的产生电力的产生（3）原子能发电还有风力发电、太阳能发电、地热发电和潮汐）原子能发电还有风力发电、太阳能发电、地热发电和潮汐 一一 电能的生产电能的生产1水力发电厂定义：水电站，利用水的位能来生产电的。利用水的位能冲转水轮机，转化为机械能，水轮机又带动发电机转，做切割磁感线运动，从而产生电能特点：建设周期长，投资大，生产简单，无污染，运行费用低用途：发电，防洪，航运，灌溉一一 电能的生产电能的生产1水力发电厂水力发电厂 发电机机构示意图发电机机构示意图发电机机构示意图发电机机构示意图 2火力发电站火力发电站2火力发电站火力发电站 将化石能转化为机械能再转化为电能过程中依靠燃烧化石能源燃烧产生的热能转化为电能。缺点，燃烧一次性能源，会产生污染 利用率不高将化石能转化为机械能再转化为电能将化石能转化为机械能再转化为电能 3原子能发电站原子能发电站3原子能发电站原子能发电站 一、电力系统一、电力系统二、工业与民用供电系统二、工业与民用供电系统第二节第二节电力的输送和分配电力的输送和分配三、供电质量三、供电质量 一、电力系统二、工业与民用供电系统第二节一、电力系统二、工业与民用供电系统第二节电力的输送电力的输送 为为了了供供电电的的安安全全连连续续可可靠靠和和经经济济，将将各各类类发发电电厂厂的的发发电电机机、变变电电所所、输输电电线线、配配电电设设备备和和用用电电设设备备联联系系起起来来组组成成一一个个整整体体，这这个个整整体体就就称称为为电电力力系统，如图所示。系统，如图所示。一、电力系统一、电力系统第二节第二节电力的输送和分配电力的输送和分配为了供电的安全连续可靠和经济，将各类发电厂的发电机、变电为了供电的安全连续可靠和经济，将各类发电厂的发电机、变电 由由于于发发电电厂厂往往往往建建立立在在离离用用电电中中心心很很远远的的地地方方，因因此此，必必须进行远距离输电。须进行远距离输电。从从输输电电角角度度来来讲讲，电电压压越越高高，则则输输送送的的距距离离越越远远，传传输输的的容量就越大，电能的消耗也越小。容量就越大，电能的消耗也越小。但但从从用用电电角角度度来来讲讲，为为了了人人身身安安全全和和降降低低用用电电设设备备的的制制造造成本，则电压低些为好。成本，则电压低些为好。为为此此，大大中中型型发发电电厂厂发发出出的的电电都都要要经经过过升升压压，然然后后由由输输电电线线送送到到用用电电区区，再再进进行行降降压压并并分分配配给给用用户户。即即采采用用高高压压输输电电，低压配电的方式。低压配电的方式。第二节第二节电力的输送和分配电力的输送和分配由于发电厂往往建立在离用电中心很远的地方，因此，必须进行由于发电厂往往建立在离用电中心很远的地方，因此，必须进行 对对于于低低压压供供电电的的用用户户，则则不不用用变变压压，只只需需设设置置仅仅有有变变电电和和配电设备的配电所就行了，系统如图。配电设备的配电所就行了，系统如图。第二节第二节电力的输送和分配电力的输送和分配对于低压供电的用户，则不用变压，只需设置仅有变电和配电设对于低压供电的用户，则不用变压，只需设置仅有变电和配电设 1小型工业与民用建筑设施的供电小型工业与民用建筑设施的供电小小型型工工业业与与民民用用建建筑筑设设施施的的供供电电，一一般般只只需需设设立立一一个个简简单单的降压变电所，供电系统如图所示。的降压变电所，供电系统如图所示。二、工业与民用供电系统二、工业与民用供电系统第二节第二节电力的输送和分配电力的输送和分配1小型工业与民用建筑设施的供电小型工业与民用建筑设小型工业与民用建筑设施的供电小型工业与民用建筑设 2中型工业与民用建筑设施的供电中型工业与民用建筑设施的供电中中 型型 工工 业业 与与 民民 用用 建建 筑筑 设设 施施 的的 供供 电电，一一 般般 电电 源源 进进 线线 维维 6 10 kV，经经高高压压配配电电所所，再再由由 6 10 kV 配配电电线线路路将将电电能能送送到到各各建建筑筑物物的的变变电电所所，降降为为 380 V/220 V 低低压压，供供给给用用电电设设备备，如如图。图。第二节第二节电力的输送和分配电力的输送和分配2中型工业与民用建筑设施的供电中型工业与民用建筑设中型工业与民用建筑设施的供电中型工业与民用建筑设 3大型工业与民用建筑设施的供电大型工业与民用建筑设施的供电大大型型工工业业与与民民用用建建筑筑设设施施的的供供电电，电电源源进进线线一一般般为为 35 kV 或或以以上上，第第一一次次降降压压为为 6 10 kV，然然后后用用配配电电线线路路送送到到各各用用电电点点的的变变电电所所，再再降降为为 380 V/220 V电电压压，也也有有 35 kV 直直接接降降为为低低压的，如图所示。压的，如图所示。第二节第二节电力的输送和分配电力的输送和分配3大型工业与民用建筑设施的供电大型工业与民用建筑设大型工业与民用建筑设施的供电大型工业与民用建筑设 供供电电质质量量包包括括供供电电的的可可靠靠性性、电电压压质质量量、频频率率质质量量及及电电压压波形质量等方面。波形质量等方面。1供电的可靠性供电的可靠性供供电电的的可可靠靠性性用用事事故故停停电电到到恢恢复复供供电电所所需需时时间间的的长长短短来来反反映。电力负荷通常分为三类：映。电力负荷通常分为三类：（1）一类负荷）一类负荷是是指指当当停停电电时时将将产产生生大大量量废废品品，减减产产或或造造成成公公共共场场所所秩秩序序严重混乱的部门，一般采用两个独立的电源系统供电。严重混乱的部门，一般采用两个独立的电源系统供电。三、供电质量三、供电质量 第二节第二节电力的输送和分配电力的输送和分配供电质量包括供电的可靠性、电压质量、频率质量及电压波形质供电质量包括供电的可靠性、电压质量、频率质量及电压波形质（2）二类负荷）二类负荷是是指指停停电电时时可可能能引引起起人人身身伤伤亡亡、造造成成重重大大政政治治影影响响、设设置置损坏、产生事故或混乱的场所，一般由两路电源线进行供电。损坏、产生事故或混乱的场所，一般由两路电源线进行供电。（3）三类负荷）三类负荷是是指指不不属属于于上上述述第第一一、二二类类负负荷荷的的用用户户，其其供供电电方方式式一一般般为单路。为单路。第二节第二节电力的输送和分配电力的输送和分配（2）二类负荷是指停电时可能引起人身伤亡、造成重大政）二类负荷是指停电时可能引起人身伤亡、造成重大政 2电压质量电压质量国国家家规规定定：35 kV 及及以以上上供供电电电电压压允允许许偏偏差差为为 10%，10 kV及及以以下下的的供供电电电电压压允允许许偏偏差差为为 7%，220 V 单单相相供供电电允允许许偏偏差为差为 +5%-10%。我我国国交交流流电电力力设设备备的的额额定定频频率率为为 50 Hz，频频率率偏偏差差一一般般不不超超过过 0.5 Hz 。若若电电力力系系统统容容量量达达 3 3 000 000 MMW 以以上上时时，频频率率偏偏差差不得超过不得超过 0.2 Hz 。3频率质量频率质量第二节第二节电力的输送和分配电力的输送和分配2电压质量国家规定：电压质量国家规定：35 kV 及以上供电电压允许及以上供电电压允许 4电压波形质量电压波形质量由由于于大大型型晶晶闸闸管管整整流流装装置置及及一一些些新新零零件件的的使使用用，导导致致供供电电系系统统中中电电流流、电电压压波波形形发发生生变变化化，使使其其他他用用电电设设备备损损耗耗增增大大、寿命缩短，过大的畸变还会影响一些电气设备正常工作。寿命缩短，过大的畸变还会影响一些电气设备正常工作。第二节第二节电力的输送和分配电力的输送和分配4电压波形质量由于大型晶闸管整流装置及一些新零件的电压波形质量由于大型晶闸管整流装置及一些新零件的 一、变压器的用途一、变压器的用途 第三节第三节变压器的用途和原理变压器的用途和原理二、变压器的基本结构二、变压器的基本结构 三、变压器的基本原理三、变压器的基本原理 四、变压器的空载运行和变压比四、变压器的空载运行和变压比 五、变压器的负载运行和变流比五、变压器的负载运行和变流比六、变压器的外特性六、变压器的外特性七、变压器的效率七、变压器的效率 一、变压器的用途一、变压器的用途 第三节第三节变压器的用途和原理二、变压变压器的用途和原理二、变压 变压器按照用途主要分为以下几类：变压器按照用途主要分为以下几类：一、变压器的用途一、变压器的用途 1电力变压器电力变压器变压器最主要的用途是作为输、配电用的电力变压器。变压器最主要的用途是作为输、配电用的电力变压器。第三节第三节变压器的用途和原理变压器的用途和原理变压器按照用途主要分为以下几类：一、变压器的用途变压器按照用途主要分为以下几类：一、变压器的用途 1 发发电电厂厂发发出出的的电电能能被被输输送送到到用用户户要要通通过过很很长长的的输输电电线线，在在输输送送功功率率和和负负载载功功率率因因数数一一定定时时，输输电电线线路路上上的的电电压压 U 越越高高，则则电电流流 I 就就越越小小，这这就就减减小小输输电电线线的的截截面面积积，节节约约线线材材，而而且且减减小小输输电电线线路路的的功功率率损损耗耗。促促使使输输电电线线路路的的电电压压由由高高压压向向超超高高压和特高压不断升级。压和特高压不断升级。第三节第三节变压器的用途和原理变压器的用途和原理发电厂发出的电能被输送到用户要通过很长的输电线，在输送功发电厂发出的电能被输送到用户要通过很长的输电线，在输送功 2特种变压器特种变压器是是指指在在特特殊殊场场合合使使用用和和特特别别用用途途的的变变压压器器，例例如如电电焊焊机机变变压器、电炉变压器、控制变压器、整流变压器、自耦变压器等。压器、电炉变压器、控制变压器、整流变压器、自耦变压器等。第三节第三节变压器的用途和原理变压器的用途和原理2特种变压器是指在特殊场合使用和特别用途的变压器，特种变压器是指在特殊场合使用和特别用途的变压器，3仪用变压器仪用变压器用于仪表测量技术中，如电流互感器、电压互感器等。用于仪表测量技术中，如电流互感器、电压互感器等。4其他变压器其他变压器如高压变压器、脉冲变压器等。如高压变压器、脉冲变压器等。第三节第三节变压器的用途和原理变压器的用途和原理3仪用变压器用于仪表测量技术中，如电流互感器、电压仪用变压器用于仪表测量技术中，如电流互感器、电压 变压器是由变压器是由铁心铁心和和绕组绕组两部分组成。两部分组成。1铁心铁心铁铁心心构构成成电电磁磁感感应应所所需需要要的的磁磁路路。为为了了减减少少涡涡流流损损耗耗，铁铁心通常用磁导率高而又互相绝缘的硅钢片相叠合而成。心通常用磁导率高而又互相绝缘的硅钢片相叠合而成。二、变压器的基本结构二、变压器的基本结构 第三节第三节变压器的用途和原理变压器的用途和原理变压器是由铁心和绕组两部分组成。变压器是由铁心和绕组两部分组成。1铁心铁心铁心铁心 2绕组绕组变压器的绕组用绝缘良好的漆包线、纱包线或丝包线绕成。变压器的绕组用绝缘良好的漆包线、纱包线或丝包线绕成。变变压压器器工工作作时时与与负负载载相相互互连连接接的的绕绕组组称称为为二二次次绕绕组组（或或副副边边绕绕组组），与与电电源源连连接接的的绕绕组组称称为为一一次次绕绕组组（或或原原边边绕绕组组）。一次和二次绕组的匝数一般分别记为一次和二次绕组的匝数一般分别记为 N1 和和 N2。第三节第三节变压器的用途和原理变压器的用途和原理2绕组变压器的绕组用绝缘良好的漆包线、纱包线或丝包绕组变压器的绕组用绝缘良好的漆包线、纱包线或丝包 变变压压器器一一次次和和二二次次的的电电压压的的有有效效值值分分别别记记为为 U1 和和 U2，电电流有效值分别记为流有效值分别记为 I1 和和 I2。第三节第三节变压器的用途和原理变压器的用途和原理变压器一次和二次的电压的有效值分别记为变压器一次和二次的电压的有效值分别记为 U1 和和 U2，1电磁感应电磁感应图图示示电电路路，接接上上正正弦弦波波电电压压，则则线线圈圈中中将将产产生生正正弦弦波波电电流流，同同时时在在铁铁心心中中有有正正弦弦交交变变磁磁通通穿穿过过绕绕组组，所所以以二二次次绕绕组组中中产产生生感应电动势、感应电流，灯泡发出暗光。感应电动势、感应电流，灯泡发出暗光。说明：交流电流产生交变磁场，交变磁场感应出交变电压。说明：交流电流产生交变磁场，交变磁场感应出交变电压。三、变压器的基本原理三、变压器的基本原理第三节第三节变压器的用途和原理变压器的用途和原理1电磁感应图示电路，接上正弦波电压，则线圈中将产电磁感应图示电路，接上正弦波电压，则线圈中将产 2理想变压器理想变压器如如果果认认为为变变压压器器采采用用的的铁铁心心是是强强磁磁性性体体，并并且且无无损损耗耗，那那么变压器可以看成是理想变压器。么变压器可以看成是理想变压器。强强磁磁性性体体：就就是是流流经经一一次次绕绕组组所所产产生生的的磁磁通通全全部部跟跟二二次次绕绕组链合。组链合。对于理想变压器，以下关系成立对于理想变压器，以下关系成立 (电压与绕组匝数成正比电压与绕组匝数成正比 )（电流与绕组匝数成反比）电流与绕组匝数成反比）第三节第三节变压器的用途和原理变压器的用途和原理2理想变压器如果认为变压器采用的铁心是强磁性体，并理想变压器如果认为变压器采用的铁心是强磁性体，并 绕绕组组中中每每匝匝中中感感应应的的电电压压相相等等，因因为为每每匝匝都都与与同同一一交交变变磁磁场耦合。变压器二次绕组的匝数越多，则二次电压就越大。场耦合。变压器二次绕组的匝数越多，则二次电压就越大。同理，变压器一次侧每匝电压是相同的。同理，变压器一次侧每匝电压是相同的。如如果果变变压压器器的的一一次次、二二次次与与同同一一磁磁场场相相耦耦合合，则则一一次次、二二次次每每匝匝上上的的电电压压将将相相等等。即即二二次次对对一一次次的的电电压压比比与与二二次次对对一一次次的匝数比相等。的匝数比相等。即即四、变压器的空载运行和变压比四、变压器的空载运行和变压比 第三节第三节变压器的用途和原理变压器的用途和原理绕组中每匝中感应的电压相等，因为每匝都与同一交变磁场耦合绕组中每匝中感应的电压相等，因为每匝都与同一交变磁场耦合 理理想想变变压压器器在在带带负负载载的的情情况况下下运运行行，其其内内部部不不消消耗耗功功率率，输入变压器的功率全部消耗在负载上，即：输入变压器的功率全部消耗在负载上，即：五、变压器的负载运行和变流比五、变压器的负载运行和变流比变变压压器器一一次次、二二次次电电流流比比恒恒等等于于变变压压器器一一次次、二二次次匝匝数数比的倒数。比的倒数。第三节第三节变压器的用途和原理变压器的用途和原理理想变压器在带负载的情况下运行，其内部不消耗功率，输入变理想变压器在带负载的情况下运行，其内部不消耗功率，输入变 变变压压器器运运行行时时，改改变变负负载载就就会会影影响响二二次次输输出出电电压压与与电电流流的的大小。大小。在在变变压压器器负负载载阻阻抗抗 Z2 改改变变时时，二二次次电电压压与与二二次次电电流流之之间间的的关系称为变压器的外特性。关系称为变压器的外特性。二二次次的的额额定定电电压压U20：在在变变压压器器一一次次接接入入额额定定电电压压、二二次次侧侧开路时的开路电压开路时的开路电压。U2N=U20变变压压器器的的二二次次接接入入负负载载后后，有有电电流流输输出出，二二次次绕绕组组产产生生压压降降，输输出出电电压压变变为为 U2，变变压压器器二二次次输输出出电电压压 U2 随随输输出出电电流流 I2改改变变的的关关系系称称为为变变压压器器的的外外特特性性。不不同同用用途途的的变变压压器器具具有有不不同同的的外特性。外特性。六、变压器的外特性六、变压器的外特性第三节第三节变压器的用途和原理变压器的用途和原理变压器运行时，改变负载就会影响二次输出电压与电流的大小。变压器运行时，改变负载就会影响二次输出电压与电流的大小。变压器的外特性：变压器的外特性：一一般般电电力力变变压压器器（如如工工厂厂动动力力用用变变压压器器，居居民民照照明明用用变变压压器），电压变化率小于器），电压变化率小于 5%10%。通通常常是是在在一一次次电电压压 U1，负负载载功功率率因因数数 cos 2为为定定的的条条件件下下测测试试出出来来。变变压压器器次次级级输输出出电电压压 U2 随随输输出出电电流流 I2 的的增增加加而而减减小小，从从空空载载时时的的电电压压 U2N 到到电电流流达达到到额额定定值值 I2N 时时，次次级级电电压压降降为为 U2 ，变化的程度用电压变化率表示：，变化的程度用电压变化率表示：第三节第三节变压器的用途和原理变压器的用途和原理变压器的外特性：一般电力变压器（如工厂动力用变压器，变压器的外特性：一般电力变压器（如工厂动力用变压器，变变压压器器工工作作时时，要要有有功功率率损损耗耗，造造成成变变压压器器的的输输出出功功率率 Pi 小于输入功率小于输入功率 Po。变压器的损耗包括：铜损和铁损。变压器的损耗包括：铜损和铁损。1铜铜损损是是因因变变压压器器绕绕组组的的铜铜线线有有一一定定量量的的电电阻阻而而产产生生的的，电流通过一次、二次绕组要产生热量而损失电能。电流通过一次、二次绕组要产生热量而损失电能。2铁损是铁心发热而产生的。铁损是铁心发热而产生的。变变压压器器的的效效率率是是其其输输出出有有功功功功率率 Po 与与其其输输入入有有功功功功率率 Pi 的的比值，一般用字母比值，一般用字母 表示。表示。=Po/Pi 七、变压器的效率七、变压器的效率第三节第三节变压器的用途和原理变压器的用途和原理变压器工作时，要有功率损耗，造成变压器的输出功率变压器工作时，要有功率损耗，造成变压器的输出功率 Pi 1电电能能具具有有便便于于转转换换、便便于于输输送送、便便于于控控制制和和测测量量等等几几个个方面的特点。方面的特点。本章小结本章小结2目目前前电电力力生生产产的的主主要要方方式式是是火火力力发发电电、水水力力发发电电和和原原子子能发电三种。能发电三种。3电电力力系系统统由由发发电电厂厂、变变电电所所、电电力力网网和和电电能能用用户户组组成成。发发电电厂厂发发出出的的电电压压经经升升压压变变压压器器升升压压后后，由由高高压压输输电电网网输输送送到到用用电电区区域域；再再经经一一次次、二二次次降降压压变变压压器器降降压压，然然后后送送到到用用电电户户，再再分分配配给给低低压压用用电电设设备备使使用用。我我国国的的一一般般工工业业和和民民用用电电为为50 HZ、220 V 或或 380 V 交流电。交流电。1电能具有便于转换、便于输送、便于控制和测量等几个方面电能具有便于转换、便于输送、便于控制和测量等几个方面 4供供电电质质量量包包括括供供电电的的可可靠靠性性、电电压压质质量量、频频率率质质量量及及电电压波形质量等四个方面。压波形质量等四个方面。5电电力力负负荷荷通通常常分分为为三三类类，分分类类等等级级越越高高，对对供供电电系系统统的的可靠性、稳定性的要求就越高。可靠性、稳定性的要求就越高。6变变压压器器按按照照用用途途主主要要分分为为电电力力变变压压器器、仪仪用用互互感感器器、特特种变压器和其他用途的变压器等几类。种变压器和其他用途的变压器等几类。7铁铁心心和和绕绕组组（线线圈圈）是是变变压压器器最最基基本本的的组组成成部部分分。铁铁心心构成变压器的磁路构成变压器的磁路;绕组分为一次绕组和二次绕组。绕组分为一次绕组和二次绕组。本章小结本章小结4供电质量包括供电的可靠性、电压质量、频率质量及电压波供电质量包括供电的可靠性、电压质量、频率质量及电压波