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電力系統基礎知識

2018-03-20 14:13:23 大云網　點擊量：評論 (0)

萬家燈火因為有電一、電力系統的構成一個完整的電力系統由分布各地的各種類型的發電廠、升壓和降壓變電所、輸電線路及電力用戶組成

萬家燈火因為有電

一、電力系統的構成

一個完整的電力系統由分布各地的各種類型的發電廠、升壓和降壓變電所、輸電線路及電力用戶組成，它們分別完成電能的生產、電壓變換、電能的輸配及使用。

二．電力網、電力系統和動力系統的劃分

電力網：由輸電設備、變電設備和配電設備組成的網絡。

電力系統：在電力網的基礎上加上發電設備。

動力系統：在電力系統的基礎上，把發電廠的動力部分（例如火力發電廠的鍋爐、汽輪機和水力發電廠的水庫、水輪機以及核動力發電廠的反應堆等）包含在內的系統。

三．電力系統運行的特點

一是經濟總量大。目前，我國電力行業的資產規模已超過2萬多億，占整個國有資產總量的四分之一，電力生產直接影響著國民經濟的健康發展。

二是同時性，電能不能大量存儲，各環節組成的統一整體不可分割，過渡過程非常迅速，瞬間生產的電力必須等于瞬間取用的電力，所以電力生產的的發電、輸電、配電到用戶的每一環節都非常重要。

三是集中性，電力生產是高度集中、統一的，無論多少個發電廠、供電公司，電網必須統一調度、統一管理標準，統一管理辦法;安全生產，組織紀律，職業品德等都有嚴格的要求。

四是適用性，電力行業的服務對象是全方位的，涉及到全社會所有人群，電能質量、電價水平與廣大電力用戶的利益密切相關。

五是先行性，國民經濟發展電力必須先行。

四、電力系統的額定電壓

　　電網電壓是有等級的，電網的額定電壓等級是根據國民經濟發展的需要、技術經濟的合理性以及電氣設備的制造水平等因素，經全面分析論證，由國家統一制定和頒布的。

我們國家電力系統的電壓等級有220/380V、3 kV、6 kV、10 kV、20 kV、35 kV、66 kV、110 kV、220 kV、330 kV、500 kV。隨著標準化的要求越來越高，3 kV、6 kV、20 kV、66 kV也很少使用。供電系統以10 kV、35 kV、為主。輸配電系統以110 kV以上為主。發電機過去有6 kV與10 kV兩種，現在以10 kV為主，低壓用戶均是220/380V。

　　用電設備的額定電壓和電網的額定電壓一致。實際上，由于電網中有電壓損失，致使各點實際電壓偏離額定值，為了保證用電設備的良好運行，顯然，用電設備應具有比電網電壓允許偏差更寬的正常工作電壓范圍。發電機的額定電壓一般比同級電網額定電壓要高出5%，用于補償電網上的電壓損失。

　　變壓器的額定電壓分為一次和二次繞組。對于一次繞組，當變壓器接于電網末端時，性質上等同于電網上的一個負荷(如工廠降壓變壓器)，故其額定電壓與電網一致，當變壓器接于發電機引出端時(如發電廠升壓變壓器)，則其額定電壓應與發電機額定電壓相同。對于二次繞組，考慮到變壓器承載時自身電壓損失(按5%計)，變壓器二次繞組額定電壓應比電網額定電壓高5%，當二次側輸電距離較長時，還應考慮到線路電壓損失(按5%計)，此時，二次繞組額定電壓應比電網額定電壓高10%。

五、電力系統的中性點運行方式

　　在電力系統中，中性點直接接地或中性點經小阻抗（小電阻）接地的系統稱為大電流接地系統，中性點不接地或中性點經消弧線圈接地的系統稱為小電流接地系統。中性點的運行方式主要取決于單相接地時電氣設備絕緣要求及供電可靠性。

各種運行方式優缺點比較

　　中性點直接接地方式：當發生一相對地絕緣破壞時，即構成單相短路，供電中斷，可靠性降低。但是，該方式下非故障相對地電壓不變，電氣設備絕緣水平可按相電壓考慮。我們國家的220V/380V和110KV以上級系統，都采用中性點直接接地，以大電流接地方式運行。

中性點不接地或經消弧線圈接地方式：當發生單相接地故障時，線電壓不變，而非故障相對地電壓升高到原來相電壓的√3倍，供電不中斷，可靠性高。我們國家的10KV和35KV系統，都采用中性點不接地或經消弧線圈接地，以小電流接地方式運行。

六、供電質量

決定用戶供電質量的指標為電壓、頻率和可靠性。

1．電壓

理想的供電電壓應該是幅值恒為額定值的三相對稱正弦電壓。由于供電系統存在阻抗、用電負荷的變化和用電負荷的性質等因素，實際供電電壓無論是在幅值上、波形上還是三相對稱性上都與理想電壓之間存在著偏差。

（1）電壓偏差：電壓偏差是指電網實際電壓與額定電壓之差，實際電壓偏高或偏低對用電設備的良好運行都有影響。

國家標準規定電壓偏差允許值為：

a、35千伏及以上電壓供電的，電壓正負偏差的絕對值之和不超過額定電壓的±10%；

b、10千伏及以下三相供電的，電壓允許偏差為額定電壓的±7%。

c、220伏單相供電的，電壓允許偏差為額定電壓的+7%、-10%。

計算公式

電壓偏差(％)＝(實際電壓一額定電壓)／額定電壓，最后乘以100％

（2）電壓波動和閃變：在某一時段內，電壓急劇變化偏離額定值的現象稱為電壓波動。當電弧爐等大容量沖擊性負荷運行時，劇烈變化的負荷電流將引起線路壓降的變化，從而導致電網發生電壓波動。由電壓波動引起的燈光閃爍，光通量急劇波動，對人眼腦的刺激現象稱為電壓閃變。

國家標準規定對電壓波動的允許值為：

10KV及以下為2.5%

35至110KV為2%

220KV及以上為1.6%

（3）高次諧波：高次諧波的產生，是非線性電氣設備接到電網中投入運行，使電網電壓、電流波形發生不同程度畸變，偏離了正弦波。

高次諧波除電力系統自身背景諧波外，主要是用戶方面的大功率變流設備、電弧爐等非線性用電設備所引起。高次諧波的存在降導致供電系統能耗增大、電氣設備絕緣老化加快，并且干擾自動化裝置和通信設施的正常工作。

（4）三相不對稱：三相電壓不對稱指三個相電壓的幅值和相位關系上存在偏差。三相不對稱主要由系統運行參數不對稱、三相用電負荷不對稱等因素引起。供電系統的不對稱運行，對用電設備及供配電系統都有危害，低壓系統的不對稱運行還會導致中性點偏移，從而危及人身和設備安全。

電力系統公共連接點正常運行方式下不平衡度國家規定的允許值為2％，短時不得超過4％，單個用戶不得超過1．3％

2．供電頻率允許偏差

電網中發電機發出的正弦交流電每秒中交變的次數稱為頻率，我國規定的標準頻率50HZ.

我國國標規定，電力系統正常頻率偏差允許值為±0.1Hz，實際執行中，當系統容量小于300Mv時，偏差值可以放寬到±0.5Hz。

3．供電可靠率

供電可靠率是指供電企業某一統計期內對用戶停電的時間和次數，直接反映供電企業的持續供電能力。

供電可靠率反映了電力工業對國民經濟電能需求的滿足程度，已經成為衡量一個國家經濟發達程度的標準之一；供電可靠性可以用如下一系列年指標加以衡量：供電可靠率、用戶平均停電時間、用戶平均停電次數、用戶平均故障停電次數等。

國家規定的城市供電可靠率是99．96/100。即用戶年平均停電時間不超過3.5小時；

我國供電可靠率目前一般城市地區達到了3個9（即99.9%）以上，用戶年平均停電時間不超過9小時；重要城市中心地區達到了4個9

（即99.99%）以上，用戶年平均停電時間不超過53分鐘。

計算公式

供電可靠率（%）=8760（年供電小時）-年停電小時/8760最后乘以100%

用電負荷分類

用電負荷：用戶的用電設備在某一時刻實際取用的功率的總和。

電力負荷分類的方法比較多，最有意義的是按電力系統中負荷發生的時間對負荷分類和根據突然中斷供電所造成的損失程度分類。

按時間對負荷分類

1、高峰負荷：是指電網或用戶在一天時間內所發生的最大負荷值。一般選一天24小時中最高的一個小時的平均負荷為最高負荷，通常還有1個月的日高峰負荷、一年的月高峰負荷等。

2、最低負荷：是指電網或用戶在一天24小時內發生的用電量最低的負荷。通常還有1個月的日最低負荷、一年的月最低負荷等。

3、平均負荷：是指電網或用戶在某一段確定時間階段內的平均小時用電量。

按中斷供電造成的損失程度分類

1、一級負荷：突然停電將造成人身傷亡或引起對周圍環境的嚴重污染，造成經濟上的巨大損失，如重要的大型設備損壞，重要產品或重要原料生產的產品大量報廢，連續生產過程被打亂，需要很長時間才能恢復生產；以及突然停電會造成社會秩序嚴重混亂或在政治上造成重大不良影響，如重要交通和通信樞紐、國際社交場所等的用電負荷。

2、二級負荷：突然停電將在經濟上造成較大損失，如生產的主要設備損壞，產品大量報廢或減產，連續生產過程需較長時間才能恢復；以及突然停電會造成社會秩序混亂或在政治上造成較大影響，如交通和通信樞紐、城市主要水源，廣播電視、商貿中心等的用電負荷。

3、三級負荷：不屬于一級和二級負荷者。

七、變電所

變電所是聯接電力系統的中間環節，用以匯集電源，升降電壓和分配電力。

變電所的主接線

變電所的主接線是電氣設備的主體，由其把發電機、變壓器、斷路器、隔離開關等電氣設備通過母線、導線有機的連接起來，并配置各種互感器、避雷器等保護測量電器，構成匯集和分配電能的系統。

變電所主接線的形式與變電所設備的選擇、布置、運行的可靠性和經濟性以及繼電保護的配置都有密切的關系，它是變電所設計的重要環節。在擬定變電所主接線方案時，應滿足可靠、簡單、安全、運行靈活、經濟合理、操作維護方便和適應發展等基本要求。

八、電源

電源主要由發電機產生，目前世界上的發電方式主要有火力發電、水力發電和核電。其它小容量的有風能、地熱能、太陽能、潮汐等。

1、火電：利用煤、石油和天然氣等化石燃料所含能量發電的方式統稱為火力發電。

按發電方式，火力發電分為燃煤汽輪機發電、燃油汽輪機發電、燃氣——蒸汽聯合循環發電和內燃機發電等。

火力發電廠簡稱火電廠，是利用煤、石油、天然氣或其他燃料的化學能生產電能的工廠?；痣姀S主要組成為:

(1)、鍋爐及附屬設備，確保燃料的化學能轉化為熱能。

(2)、汽輪機及附屬設備，確保熱能變為機械能。

(3)、發電機及勵磁機，確保機械能變為電能。

(4)、主變壓器，把電能提升為高壓電輸送給輸電線路。

火力發電的優勢是：早期建設成本低，發電量穩定，一年四季均勻生產，所以在世界各國的電力生產中都占主要地位，一般在70%左右。

火力發電的缺點是：所用的煤、油、氣等是不可再生資源，雖然儲量多，始終會枯竭，污染嚴重。

一方面是煤炭資源豐富，二一方面是其它資源轉換為油、氣、化學能等成本高,我們國家火電是以煤電為主，油、氣、化學能等火電是限制性的計劃性發展。

2、水電：水力發電是利用循環的水資源進行,主要利用階梯交接、河流落差大的優勢,以產生強大的水能動力,用于發電,屬于生態環保發電類型。

水電最大的優勢是：環保、發電成本低、調峰能力強（可以根據負荷隨時調整發電量）。

水力發電的缺點是前期建設成本高、時間長，年發電量不均勻，所以一般水電發電量只能占總量的30%左右及以下。

水力發電廠根據水力樞紐布置不同,主要可分為堤壩式、引水式、混合式等。主要由擋水建筑物(大壩)、泄洪建筑物(溢洪道或閘)、引水建筑物(引水渠或隧洞，包括調壓井)及電站廠房(包括尾水渠、升壓站)四大部分組成。

3、核電：核電站只需消耗很少的核燃料，就可以產生大量的電能，每千瓦時電能的成本比火電站要低20%以上。核電站還可以大大減少燃料的運輸量。例如，一座100萬千瓦的火電站每年耗煤三四百萬噸，而相同功率的核電站每年僅需鈾燃料三四十噸，運輸量相差1萬倍。

核電的另一個優勢是干凈、無污染，幾乎是零排放。用核電取代火電，是世界發展的大趨勢。核電的缺點是早期建設成本高，技術要求高，平時故障少，一旦發生大故障（如核泄漏），將是毀滅性的大災難。

從1954年前蘇聯建成世界上第一座試驗核電站、1957年美國建成世界上第一座商用核電站開始，核電產業已經過了幾十年的發展，裝機容量和發電量穩步提高。截止到2004年底，全世界有31個國家已經建成或正在建造核電機組，其中正在運行的核電機組440臺，在建機組26

臺。2004年世界核發電量26186億千瓦時，占世界總發電量的16%。各國由于情況不同，核發電量占各自總發電量的比重相差較大：其中法國最大為78.1%，韓國38%，美國19.9%，日本29.3%，英國19.4%，日本29.3%，印度2.8%。

一是核心技術方面方面的問題（容易受外國控制），二是核泄漏的方面的問題，中國對核發電一直是走保守的限制性發展道路，按照規劃，即使到2020年，中國的核發電最多也只占總量的40/0。

4、風電的優勢是環保，缺點是占地面積大，發電不穩定，不能建大中型發電廠，所以風力發電發展非常遲緩，到現在全國裝機容量不到50萬千瓦，最大發電機組僅750千瓦。

核電的相關報道

1985年中國開始興建第一座核電站——浙江秦山核電站，容量30萬千瓦，壓水堆型，自行設計、制造、施工，部分設備進口。1991年12月15日并網發電，1994年4月1日商業運行，1995年7月1日通過國家驗收。目前正擴建二期工程二臺國產60萬千瓦核電機組，和三期工程二臺自加拿大引進的重水堆型70萬千瓦核電機組。

廣東深圳大亞灣核電站，是中國興建的第二座大型核電站，引進英、法兩國設備，安裝二臺90萬千瓦壓水堆型核電機組。1988年8月8日澆注第一罐混凝土，1993年8月31日一號機組平網發電，1994年2月1日商業運行；二號機組于1994年5月6日商業運行。目前在建的項目有：大亞灣第二核電站—嶺澳核電站，安裝四臺壓水堆型100萬千瓦核電機組；江蘇連云港核電站，由俄羅斯引進二臺100萬千瓦核電機組；廣東省規劃建設第三座核電站，即陽江核電站，安裝6臺100萬千瓦核電機組。

目前中國核電裝機容量僅占全國發電裝機容量的0.76%，發電量僅占總發電量的1.2%。

風電的相關報道

中國風力資源約為2.53億千瓦，可開發量達1.6億千瓦。1998年末，全國近20個風電場，裝機總容量為22.36萬千瓦。目前全國最大，也是亞洲最大的風電場是新疆達坂城風力發電場，裝有300、500、600千瓦風電機組共111臺，總容量5.75萬千瓦。內蒙古輝騰錫勒風電場，裝有42臺600千瓦及10臺550千瓦風電機組，總容量3.07萬千瓦。浙江臨海括蒼山風電場，裝有33臺600千瓦風電機組，總容量1.98萬千瓦。目前中國風電裝機容量僅占可開發量的千分之一點四，有廣闊的發展前景。

地熱發電的相關報道

中國地熱資源也很豐富，且分布面甚廣。第一座地熱電站建于廣東豐順縣鄧屋村于1970年建成，機組容量100千瓦。1971年至1975年在湖南省寧鄉縣灰場鎮建成300千瓦地熱電站。目前中國最大的地熱電站是西藏羊八井地熱電站，裝機總容量達2.518萬千瓦，1975年開始興建，1977年一號機1000千瓦機組發電，以后續建7臺3000千瓦和1臺3180千瓦地熱機組，至1992年全部建成。西藏那曲地熱電廠系聯合國開發署援建項目，安裝3臺1000千瓦地熱機組，于1992年全部建成。

潮汐能發電的相關報道

中國擁有500千瓦以上的潮汐能電源點有191處，可開發的潮汐電站裝機總容量可達2158萬千瓦，年發電量可達619億千瓦時，主要分布在杭州灣、長江北口、浙江樂清灣三大地區。中國第一座潮汐電站是1959年9月建成的浙江臨海潮汐電站，安裝2臺60千瓦機組。中國最大的潮汐電站是浙江溫嶺縣江廈潮汐試驗電站，總容量3900千瓦，一號機500千瓦于1980年5月4日發電。目前中國已建成7座潮汐電站，最大的裝機5000千瓦和3座波力實驗電站40千瓦。正在興建2座波力試驗電站，裝機容量200千瓦和潮汐電站一座70千瓦。

太陽能發電的相關報道

中國第一座大功率的太陽能發電站建于內蒙古巴林右旗古力古臺村，功率560瓦，于1982年10月11日投運。在西藏已建成二座10千瓦、一座20千瓦和一座25千瓦的光伏電池電站。中國最大的太陽能光能發電站，建于海拔4300米的西藏革吉縣，總功率10088瓦。正計劃在拉薩興建一座3.5萬千瓦的太陽能發電站。

九、中國的電力起步

1879年，美國的著名發明家愛迪生發明了電燈，很快把神秘的電和人類的生活聯系了起來。

19世紀90年代，三相交流輸電系統研制成功，并很快取代了直流輸電，成為電力系統大發展的里程碑，吹響了工業革命的號角。

清光緒五年四月初八（1879年5月28日），上海公共租界工部局電氣工程師畢曉浦，在虹口乍浦路的一座倉庫里，用7.46千瓦的蒸汽機帶動自激式直流發電機，將發出的電能點燃碳極弧光燈。這是中華大地上點亮的第一盞電燈。

　　1882年，英國人在上海南京路創辦了上海第一家發電廠，容量12千瓦，這就是中國的第一座發電廠。這座電廠的出現，比全球率先使用弧光燈的巴黎北火車站電廠晚7年，比倫敦霍爾蓬高架路電廠晚6個月，卻比紐約珠街電廠早2個月，比俄國彼得堡電廠早1年，就用電來說，中國也屬于最早使用電的國家之一?！　?/div>

　　中國人自辦電氣事業，約始于1888年。當年7月23日，兩廣總督張之洞從國外購入1臺發電機和100盞電燈，安裝在衙門旁發電，供衙門照明。

　　1890年，上海一些官僚、富商家庭開始使用白熾燈照明。

　　20世紀初，中國的電力發展出現了第一波熱潮。1903年江蘇鎮江大照電燈公司成立。1905年北平京師華商電燈有限公司成立。天津、上海南市、濟南、漢口、重慶等地的華人也先后開辦電力事業。

1904年，處于日本殖民統治下的臺灣建成中國最早的水電站龜山水電站，裝機容量600千瓦。云南石龍壩水電站也在1912年建成發電，隨之出現了我國第一條22千伏輸電線路。由于歷經戰亂，舊中國的電力始終緩慢發展。

十、新中國的電力發展

電力工業素有國民經濟“先行官”之稱。新中國成立50多年來，電力工業迅速發展。從1996年起，我國電力裝機容量、發電量和用電量一直保持世界第二位，僅次于美國。

據統計，1949年，全國電力裝機容量只有185萬千瓦，年發電量43億千瓦時，分別位居世界第２１位和２５位。

新中國成立后，我國電力工業迅速發展。到1978年，全國電力裝機容量已達5712萬千瓦，比1949年增長近３０倍；年發電2566億千瓦時，增長近59倍。

改革開放后，我國電力工業連續躍上兩個臺階：1987年，電力裝機容量達１億千瓦，1995年突破２億千瓦，2000年突破3億千瓦，2003年接近4億千瓦，2005年突破5億千瓦（其中水電裝機容量達到1億千瓦），2006年突破6億千瓦，2007年突破7億千瓦，2008年接近8億千瓦。

1988年，全社會用電量5358億千瓦時，1996年突破1萬億千瓦時，2004年突破2萬億千瓦時，2008年達到34268億千瓦時。

裝機容量的高速增長期是2004——2008，全社會用電量的高速增長期是2003——2007，裝機容量最多的是2006年，超過1億，超過總裝機容量的百分之二十。全社會用電量增長最快的是2007年，比2006年增加了4198億千瓦時，增加了百分之十五。