电力工程幻灯片

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,我国电力工业发展简况,1882,1937,：,从,1882,年上海第一台发电机组发电到抗日战争爆发前夕，全国共有,461,座发电厂，总装机容量为,630MW,年发电量为,17,亿千瓦时，初步形成北京,天津,南通等大中城市的配电系统。,1937,1949,：,1937,年抗日战争开始后，日本帝国主义以东北为基地，为战争生产和提供军需物资，从而使东北电力系统也有了一定的发展。,1949,年新中国成立时，全国发电装机容量为,1848.6MW,，年发电量约,43,亿千瓦时，居世界第,25,位。当时中国已形成的电力系统有：东北中部电力系统,东北南部电力系统,东北东部电力系统,冀北电力系统。,1949,中国的电力工业有了很大的发展，特别是改革开发以来，我国的电力工业有了飞速的发展，平均每年以,10,的速度在增长，到,2002,年底，全国发电装机容量已经突破,3.5,亿千瓦大关，年发电量已达到,16400,亿千瓦时，均跃居世界第,2,位，但人均用电量,电力系统自动化水平与发达国家还有很大的差距。,1,输电线路建设：,1954,年，,第一条,220KV,线路投入运行，全长,369.25,千米；,1972,年，,第一条,330KV,线路投入运行，全长,534,千米；,1981,年，,第一条,500KV,线路投入运行，全长,595,千米；,1989,年，,第一条,500KV,直流输电线路投入运行，全长,1080,千米，实现了华中电网和华东电网的互联。,2005,年，,第一条,750KV,线路投入运行，全长,140,千米。,我国电力系统现状：,我国电网已基本上形成,500KV,和,330KV,的骨干网架；我国电网已经进入了远距离,超高压,跨大地区输电的阶段。目前我国已形成东北,华北,华中,华东,西北,川渝,南方共七个跨省电网以及山东,福建,西疆,西藏四个独立省网。,我国电力工业发展简况,2,我国电力工业发展简况,我国电力工业发展前景,高参数（高温,高压,超临界,单机容量）；,大容量远距离高压输电,大系统互联；,高度自动化；,电力市场化；,分布式发电。,21,世纪发展目标：,2010,年全国装机容量达到,650GW,2020,年达到,950GW,。,电网互联：,2010,年：形成以三峡电站为中心，连接华中,华东,川渝三个地区电网的中部电网。届时，全国将形成北,中,南三大互联电网的格局。,2020,年：形成除西疆,西藏,台湾之外，以三峡电网为中心的全国统一联合电网。,21,世纪：在北,中,南三大电网的基本格局下，逐步形成全国联合大电网，与此同时，在,21,世纪将形成与周边国家互联的亚洲东部联合电网。,3,电力系统的功能与作用,电力系统是由发,输,配,用电等设备和相应的辅助设备组成。电力系统的基本任务是安全,可靠,优质经济地生产,输送与分配电能，满足国民经济和人民生活的需要。,我国电力系统主要由东北华北华中华东川渝西北南方五省等区域电力网组成，初步规划到,2015,年全国电网互联。,全国电网互联优越性主要有：,1,能更经济合理的开发利用各种一次能源，能解决能源资源和负荷分布地区间的不平衡问题。,2,可以错开用电高峰和低谷，减少装机和备用。,3,有利于采用标准化大型设备，节省投资和提高经济运行。,4,便于故障时相互支援，提高运行安全性。,5,便于集中管理，实现经济调度和电力合理分配。,发,变,输,配,用电等设备称为电力主设备，主要有发电机,变压器,架空线路,电缆,断路器,母线,电动机,照明设备等。主设备构成的系统称为主系统，也称一次系统。用于监视,保护,通信等各种自动化系统用于保证主系统安全稳定正常运行的称为二次系统。,为了充分发挥电力系统功能和作用，应满足以下要求：,1,满足用户需要；,2 ,安全性要求；,3,经济性要求；,4 ,环保和生态要求。,4,电力系统的基本组成,电力网：发电设备和用电设备之间输送和分配电能的网络。,变压器输电线路,电力系统：由发电机,升降压变压器,各种电压等级的输电线路和广大用户的用电设备所组成的统一整体。,发电厂变电所输电线路用户,动力系统：电力系统加上带动发电机转动的动力部分。,电力系统动力装置,一个具体的电力系统由以下的一些基本参量来描述：,总装机容量：系统中所有发电机额定有功功率的总和，以千瓦计。,年发电量：系统中所有发电机组全年所发电能的总和，以千瓦时计。,最大负荷：指在规定的时间内电力系统总有功功率负荷的最大值，以千瓦计。,年用电量：接在系统上所有用户全年所用电能的总和，以千瓦计。,额定频率：我国规定交流电力系统的额定频率为,50,赫兹。,最高电压等级：指系统中最高电压等级的电力线路的额定电压，以千伏计。,5,电力工业在国民经济中的地位,电力工业的发展水平是反映一个国家经济发达程度的重要标志。人均用电量是衡量现代生活水平的重要标志。,电力工业是国民经济发展的先行基础行业。,电力系统的电压等级,输送功率,输送距离,统一系统中电压等级不宜过多或过少，极差不宜过大。,电力系统的额定电压,能保证电气设备正常运行，且具有最佳技术指标和经济指标的电压称为额定电压。,6,电力网的分类,超高压电力网,电力网 区域电力网,地方电力网,超高压电力网：电压等级在,330,750KV,，输电距离在,300,1000km,。,区域电力网：电压等级在,110,220KV,输电距离在,50,300km,。,地方电力网：电压等级在,33,110KV,输电距离在,50km,以内。,7,发电厂和变电所的类型及特点,发电厂的基本型式：火电厂,水电站、核电站、抽水蓄能电站、风力电站等。,火电厂,（煤、石油、天然气）燃烧使汽轮机转动。,化学能热能机械能电能,分为：凝汽式发电厂（专供发电厂）,热电厂（发电兼供热）,火电厂发电量占全部发电量的,70,，其中燃煤的约占,70,，燃油的约占,25,，利用其他能源的电厂约占,5,。,8,火电厂的特点,1,、火电厂布局灵活，装机容量大小可按需要决定。,2,、火电厂的一次性建造投资少，建造工期短，发电设备利用小时数较高。,3,、火电厂煤耗量大，单位发电成本比水电厂高,34,倍。,4,、动力设备繁多，控制操作复杂。,5,、大型机组停机到开机并带满负荷时间长，附加耗用大量燃料。,6,、担负急剧升降负荷时，需要付出附加燃料消耗的代价。,7,、若担任调峰、调频、事故备用，则相应事故增多，强迫停机率最高，厂用电率增高，故应尽量担负均匀负荷。,8,、对空气、环境污染大。,9,水电站,将水的势能和动能转换为电能的发电厂就叫水电站（厂）。,基本生产过程：从河流较高处或水库内引水，利用水的压力或流速冲击水轮机旋转，将水能转变为机械能，然后由水轮机带动发电机旋转，将机械能转换为电能。,优点：生产过程简单、污染小、发电成本底。,缺点：建设投资大、工期长、受气候、水文条件影响大，分丰水期和枯水期。,水电站的特点,1,、可合理利用水能资源。,2,、发电成本低、效率高。,3,、运行灵活。,4,、可存储和调节。,5,、不污染环境。,6,、投资较大、工期较长。,7,、受水文条件制约。,8,、淹没土地，生态环境受影响。,10,抽水蓄能电站,实质相当于一个极大容量的交流蓄电装置，改善系统运行调度。,利用系统低谷负荷（或丰水期）时的富余电力抽水到上游水库存储；在高峰负荷（或枯水期）时，放水发电的水电站。,填谷调峰电源。,在以火电、核电为主的系统中，建设适当比例的抽水蓄能电站可以提高系统运行的经济性和可靠性。,11,核电站,利用铀（或钚）在反应堆里核裂变。,过程：原子能热能（汽轮机）机械能电能,（如：浙江秦山核电站、大亚湾核电站等）,核电站的特点,1,、消耗燃料少,如容量为,50,万,KW,的火电厂，需燃烧煤,150,万吨,/,年，而同容量的核电站，只需铀燃料,20,吨,/,年。,2,、燃烧时不需要空气助燃。,3,、容量越大约经济。,4,、有放射性污染。,12,核电厂与火电厂的区别,1,、核电厂与火电厂都是由两部分组成的，一部分是蒸汽供应系统，另一部分是汽轮发电机系统。两种电厂的汽轮发电机系统基本上是相同的，不同的是蒸汽供应系统。,2,、核电厂的蒸汽供应系统是由核燃料在反应堆内发生链式裂变反应，放出原子核能产生蒸汽；而火电厂的蒸汽供应系统是由煤或石油在锅炉内燃烧，放出热能来产生蒸汽。,3,、核电厂在环境上优于火电厂，这是因为不放处二氧化碳、二氧化硫和氮氧化物，不会造成温室效应和酸雨，从而保护了人类赖以生存的生态环境。,13,变电所的类型,变电所按照其容量和重要程度可分为：,枢纽变电所：处于电力系统的中枢地位，连接电力系统高压和中压的几个部分，汇集电源多，电压等级较高，如,330KV,500KV,等，若枢纽变电所发生故障出现全所停电，将导致系统解裂，甚至出现系统崩溃的灾难局面。,中间变电所：将发电厂或枢纽变电所与负荷中心联系，一般汇集,2,3,个电源，起系统交换功率或使长距离输电分段的作用，同时还降压供给所在地区用户用电。电压等级多为,220KV,330KV,，当全所停电时，将引起区域网络解裂，影响较大。,地区变电所：对地区用户供电，起高压侧一般为,110,220KV,。全所停电时，仅使该地区停电。,终端变电所：处于电力网的末端，直接向本地区负荷供电，而不再向其他地区输送电能。高压侧多为,110KV,或更低，种类变电所若全所停电，影响更小，只是用户受到损失。,14,发电厂和变电所的电气设备,根据电气设备的作用不同，可以分为一次设备和二次设备。,一次设备：直接与发输配电电路相连接的设备。,1,、发电机：产生电能的设备。,2,、变压器：改变电压等级的设备。,3,、电动机：消耗电能的设备。,4,、载流导体：传输电能的裸导体、电缆等。,5,、母线：专门用来接受和分配电能的导体。,6,、电抗器：限制短路电流的设备。,7,、避雷器：防止过电压的设备。,8,、接地装置：工作接地、保护接地等都与地中的接地装置相连，以保证电力系统正常运行和保证人身安全。,9,、断路器：具有开合电路的专用灭弧装置，可以开断或闭合负荷电流和开断短路电流，故用来作为接通或开断电路的控制电器。,10,、隔离开关：没有灭弧装置，用来在切断电路时建立明显可见的空气绝缘间隙，将电源与停运设备可靠隔离，以保证检修安全。隔离开关主要分为母线隔离开关、线路隔离开关、接地开关。,11,、负荷开关：只能接通和断开正常的负荷电流，而不能断开短路电流。,12,、电压互感器：用来将高电压按照一定的比例变为小电压的设备。,13,、电流互感器：用来将大电流按照一定的比例变为小电流的设备。,15,二次设备,二次设备：对一次设备的工作进行监测、保护和控制的设备。,1,、继电保护和自动装置：用于反应故障和不正常工作状态的设备。,2,、电压表、电流表、电能表：测量电气参数的设备。,3,、直流电源设备：供给控制、保护用的直流电源。,4,、操作电器、信号设备以及控制电缆等。,16,电气主接线,电气主接线的概念,电气主接线是指发电厂和变电所中的一次设备按照设计要求连接而成的电路，而这种设计要求通常是指一次设备按照其功能要求组成接受和分配电能的电路。也称作一次系统。,电气主接线可以分为有母线的主接线和无母线的主接线。,有母线的主接线,单母线类：单母线不分段、分段、分段带旁路母线等。,双母线类：双母线不分段、分段、分段带旁路母线、,2/3,接线等。,无母线的主接线：桥式接线、角形接线和单元接线等。,电气主接线图,用规定的图形和文字符号将发电机、变压器、母线、开关电器、输电线路等有关电气设备，按照电能流程顺序连接而成的电路图。,电气主接线图有用单相图和用三相图两种表示方式。,17,对电气主接线的基本要求,一个发电厂或变电所的主接线形式，主要取决于该发电厂或变电所的规模、电压等级及其在电力系统中的地位，取决于出线回路数、电气设备的特点以及负荷的性质等。,但要满足以下基本要求：,可靠性：各种设备故障时，停止供电的时间和影响范围尽可能小。,灵活性：通过切换操作，适应不同的运行方式，如检修。,经济性：指投资、能耗、占地和运行费用指标。,简单清晰,便于操作。,考虑可扩建性。,18,倒闸操作的基本要求,正确使用电器，如断路器可以接通或断开电路，隔离开关可以隔离电压和切换电路（即两组隔离开关两侧电位基本相同的条件下，对并联的来年贵族隔离开关拉合时，仅起电流转移的作用，而未断开或接通任何电路，故隔离开关触头不会产生电弧）等等。,保证最大安全性，不影响其他支路正常运行，即使发生故障也应该对整个装置影响最小。,根据运行方式和操作要求，应使操作步骤最少。,任何设备不允许在无保护状态下投入运行。,操作过程中，操作人员行走路径最短。,倒闸操作必须严格遵守有关规程规定，认真执行操作监护制度，准确无误地填写操作票，保证电网安全、稳定、经济运行。倒闸操作必须按照如下操作顺序操作：,线路送电时的操作顺序为：先闭合母线隔离开关，再闭合线路隔离开关，最后合上断路器；,线路停电时的操作顺序为：先断开断路器，再拉开线路隔离开关，最后拉开母线隔离开关；,起用母线，应先充电检查，后接入使用的原则；,隔离开关操作并联供电电路原则：先接通并联分支，再拉本分支，遵循等电位操作原则。,19,电力系统的短路故障,短路的主要原因及类型,短路的主要原因：,电气设备载流部分的绝缘损坏；,误操作；,机械损坏；,雷击或过电压击穿。,短路类型,三相短路；,两相短路,;,单相接地短路,20,短路的主要危害,短路电流,正常工作电流，使导线和开关设备大量发热，绝缘老化，甚至导体熔化，短路会产生电弧。,短路电流产生强大的电动力，可使导体变形，如母线弯曲，绝缘子断裂；,使电网电压,U,降低，且越靠近短路点电压,U,越低；,不对称短路故障将会产生零序电流、零序磁通，干扰交通信号，影响通信系统的 正常工作；,影响电力系统的稳定，要采用限流措施。,短路电流计算的目的,为合理选择电气设备提供依据，以保证设备在系统短路时不被损坏；,为选择和整定继电保护装置提供依据。,电力系统的短路故障,21,电力系统继电保护,电力系统继电保护的作用,电力系统在运行中，可能发生各种故障和不正常的运行状态（包括过负荷、频率降低、发电机突然甩负荷、电力系统发生振荡等）。除采取措施消除或减少发生事故的可能性外，故障一旦发生，必须自动、迅速而有选择性的切除故障元件（一般要求在十分之几,百分之几内完成）。由装设在每个电气元件上的继电保护装置来完成，同时能反映各种不正常运行状态，并根据运行维护的条件，动作于发信、减负荷或跳开断路器，避免不必要的动作和由于干扰而引起的误动作。,继电保护装置，就是指能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种装置，它的基本任务是：,自动、迅速而有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其它无故障部分迅速恢复运行；,反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件（例如有无经常值班人员），动作于发出信号、减负荷或跳闸。此时一般不要求保护迅速动作，而是根据对电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时，以免不必要的动作和由于干扰而引起的误动作。,22,继电保护的基本原理,要求：正确区分系统正常运行与故障、不正常运行状态之间的区别。,发生故障之后，总之伴随有电流的增大、电压的降低、线路始端测量阻抗的减小、以及电压与电流之间相位的变化。,反应一端电气量的保护：,反应于电流增大而动作的电流保护；,反应于电压降低而动作的低电压保护；,反应于短路点到保护安装地点之间测量阻抗的减小而动作的距离保护（或低阻抗保护）等。,反应两端电气量的保护：差动原理的保护。,差动原理的保护只能在被保护元件内部故障时动作，而不反应外部故障。,反应非电气量的保护：反应于由被分解所产生的气体而构成的瓦斯保护、反应于电动机绕组温度升高而构成的过负荷或过热保护等。,23,对继电保护的基本要求,作用于跳闸的继电保护装置在技术性能上必须满足以下四个基本要求：,1,、选择性：,继电保护的选择性是指在保护装置动作时，近将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中无故障部分仍能继续安全运行。,2,、速动性：,速动性是指继电保护装置应以尽可能快的速度断开故障元件。这样就能减轻故障设备的损坏程度，并防止事故扩大。,3,、灵敏性：,继电保护的灵敏性是指保护装置对其保护范围内的故障或不正常运行状态的反应能力。,4,、可靠性：,继电保护的可靠性是指在保护装置规定的保护范围内发生了它应该反应的故障时，保护装置应可靠地动作（即不拒动），而在不属于该保护动作的其它任何情况下时，则不应该动作（即不误动）。,24,