第一章电力系统概论

第一章绪论

General introduction

第一节电力系统概论

General introduction of electric power industry

一、电力系统的构成Composing of power system

<一>电力工业在国民经济中的地位 The status of power industry in national economic

1．电力工业是社会公共基础事业，是国民经济的一个重要部门。

2．为社会生产的各个领域提供动力，与社会生活密切相关；

3．“经济要发展，电力要先行”。从各国经济发展看，国民经济每增长1%，就要求电力工业增长1.3%—1.5%。

<二> 电力系统的形成 Development of power system

1 初期电厂建在用电区附近，规模很小，孤立运行。

2 随着生产的发展和科学技术的进步，用电量和发电厂容量不断增加，但由于发电所需的一次能源通常离负荷中心较远，因此形成了电力网和电力系统。

<三>基本概念 Basic conception

电力系统：发电机、变压器、输配电线路和电力用户的电器设备所组成的电气上的整体。

电力网：电力系统中输送、分配电能的部分（变压器和输配电线路）。

动力系统：电力系统+发电厂的动力部分（火电厂的锅炉、汽机；水电厂的水库、水轮机；核电厂的反应堆）

二、电力系统的发展The history of electric power industry

1．国外电力系统的发展历史

1831 法拉第发现电磁感应定律后，出现了交流直流发电机，直流电动机出现里100-400V的低压直流输电系统；

1882年德国 1500-2000V 直流输电系统

1885年单相交流输电

1891年三相交流输电

俄国人展示了现代电力系统模式

2．国内电力系统发展历史

1882年第一座电厂在上海建成

1882—1945年全国总装机容量185万KW，年发电量仅43亿KWh

2000年全国总装机容量3亿KW，年发电量13556亿KWh

并建成500kV交流、直流超高压输电线路，7个跨省电力系统

西南大容量水电的开发，山西陕西和内蒙西部大量坑口电厂的建设，使得全国联网的格局逐步形成。

3.联合电力系统的特点Characteristics of power system

1)系统总装机容量减少。发电厂孤立运行的最大负荷并不同时出现

2)合理利用动力资源

与火力发电厂相比，水电厂具有单位发电成本低、跟踪负荷快的特点。因此，依照“不弃水”的原则，水电厂丰水季节承担基荷，枯水季节承担峰荷。这样可以降低煤耗，充分利用水力资源。

3)提高了供电可靠性

由于各电厂之间在机组检修或系统发生事故的情况下能够相互支援，从而可以降低系统备用容量和提高供电可靠性。

4)提高了系统运行的经济性

a.在机组间合理分配负荷；

b.采用大容量机组，降低单位千瓦造价和运行损耗。

缺点：故障波及地区容易扩大、系统短路容量增加。

三、对电力系统的基本要求Basic requirement of the power system operation （一）电能生产、输送和消费的特点

1.电能不能大量存储。电能的生产、输送、分配、消费同时发生；

2.从一种运行方式过渡到另一种运行方式的过渡过程非常短促；

3.与国民经济各部门的关系密切。各部门广泛使用电能，电能的中断或减少将影响国民经济各部门。

(二）电力系统运行的基本要求

1．满足用电需求，保障供给

2．保证可靠的持续供电。

提高运行水平；防止发生误操作；事故后应尽量采取措施防止事故扩大；完善电力系统的结构等。

当系统发生事故、出现供电不足时，首先切除三类用户，以确保一、二类用户的需要（一类用户：中断供电，会带来人身危险、设备损坏、大量次品、破坏生产秩序、给国民经济带来巨大的经济损失或重大政治影响的用户。用两个或两个以上独立电源供电；二类用户：中断供电会造成减产、停工的用户。两路供电或一路专用线路供电；三类用户：短时停电不会带来严重后果）。

3．保证良好的电能质量。

电压偏移：±5% 频率偏差：50±（0.2—0.5）HZ 波形畸变率：很小4．保证电力系统运行的经济性

提高效率、降低损耗、节约能量资源。

第二节发电厂的类型

Type of power plant

一次能源：虽自然界演化生成的动力资源，是能源的直接提供者，如煤、石油、天然气。

电能是二次能源。

一、火力发电厂 fossil fuel station

以煤、汽油或天然气为燃料的电厂，原动机一般为汽轮机，也有用柴油机或燃气轮机的。

图1-2 凝汽式火力发电厂生产过程示意图

火力发电厂又可分为：

1) 凝气式火电厂 (steam power plant) 做过功的蒸汽排入凝汽器冷凝成水，重新送回锅炉。在凝汽器中大量的热量被循环水带走，所以效率很低，只有30%—40%。

2）热电厂(thermal plant) 汽轮机中一部分做过功的蒸汽从中间断抽出供给热力用户，或经热交换器将水加热后把热水供给用户。效率高达60%—70%. 二、水力发电厂 hydroelectric power plant

将水的位能和动能转变成电能。

发电厂容量取决于上下游水位差（水头）和流量大小。

水力发电机组承受变动负荷的能力较好，且启动快，电力系统中发生事故时可充分发挥备用功能。

1．按水头形成方式分为

1）堤坝式水电厂在河床上游建水坝蓄水，形成发电水头。

坝后式水电厂：厂方建在坝后，如丰满水电厂；

河床式水电厂：厂房其拦水坝作用，如葛洲坝水电厂。

2）引水式水电厂电厂建在山区水流湍急的河道上，或河床坡度较陡的地方，由引水道形成水头，不修坝或只修低堰。

3）混合式水电厂水头由坝和引水道共同形成。

4）抽水蓄能电站系统谷荷时，机组以电动机-水泵方式工作，将下游水库的水抽至上游水库储存；峰荷时，机组以水轮机-发电机方式工作，利用蓄水发电；从而实现“移峰添谷”。

抽水蓄能电站用途：调频、调相、系统备用、系统黑启动等。

2．按运行方式分

1）无调节水电厂水库小，不能对径流调节

2）有调节水电厂可利用水库对径流进行重新分配

有日调节、周调节、季调节、年调节和多年调节

三、核电厂 nuclear plant

将核裂变能转化成热能，再按火电厂的方式发电。

1．优点：

1）节省燃料如一台500MW的火力机组，每年耗煤150万吨，而同容量的核电机组，每年仅需600kg铀燃料

2）不需空气助燃可建在地下、山洞里、水下、空气稀薄的高原地区