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第1章概论
电力系统和供配电系统概述
电力系统的电压
电力系统中性点的运行方式
供电系统的质量指标
电力负荷的分级及其对供电的要求
基本技能训练电力系统图的阅读
思考题与习题
电力系统和供配电系统概述
电力系统
电能是由发电厂生产的。为了充分利用动力资源,降低发电成本,发电厂大多建在一次能源丰富的偏远地区,而电能用户一般在大中城市和负荷集中的大工业区,因此发电厂生产出的电能要经过高压远距离输电线路输送,才能到达各电能用户。从发电厂到用户的送电过程示意图如图1-1所示。
图1-1 从发电厂到用户的送电过程示意图
在图1-1中,发电机生产电能,电力线路输送电能,变压器变换电压,电动机、电灯等用电设备使用电能,这些设备联系起来就组成了一个电力系统。电力系统就是由各种电压的电力线路将发电厂、变电所和电力用户联系起来,实现电能的生产、输送、分配、变换和使用的统一整体。电力生产具有不同于一般商品生产的特点,其生产、输送、分配和使用的全过程几乎在同一瞬间完成。典型电力系统的系统图如图1-2所示。
图1-2 典型电力系统的系统图
电力系统将分散于各地的众多发电厂连接起来并联工作,并通过电力网将分散在各地的负荷中心的用户联系起来,从而实现电能的大容量、远距离输送。随着负荷的不断增长和电源建设的不断发展,将一个电力系统与邻近的电力系统互连已成为历史发展的必然。建立大型电力系统可以经济合理地利用一次能源,降低发电成本,减少电能损耗,提高电能质量,还可实现电能的灵活调节和调度,从而大大提高供电的可靠性。
下面我们将对电力系统的各主要部分作一介绍。
1. 发电厂
发电厂是将煤、石油、水能、核能、风能、太阳能等各种一次能源转变成电能的一种特殊工厂。根据利用的一次能源的不同,发电厂可分为火力发电厂、水力发电厂、核能发电厂、风力发电厂、潮汐发电厂等。此外,还有地热发电、太阳能发电、垃圾发电和沼气发电等能源转换方式。
目前,我国和世界大多数国家仍以火力发电、水力发电和核能发电为主。
(1) 火力发电厂是利用煤、石油、天然气等作为燃料来生产电能的工厂。其主要设备有锅炉、汽轮机、发电机等。其基本生产过程为: 燃料在锅炉的炉膛中燃烧,加热锅炉中的水使之变成高温高压蒸汽,进入汽轮机,推动汽轮机的转子旋转, 汽轮机带动联轴的发电机旋转发电。其能量转换过程为: 燃烧的化学能→热能→机械能→电能。
(2) 水力发电厂是利用江河水流的位能来生产电能的工厂。水力发电厂主要由水库、水轮机和发电机组成。其基本生产过程为: 从河流较高处或水库内引水,利用水的压力或流速使水轮机旋转,水轮机带动发电机旋转发电。其能量转换过程为: 水流位能→机械能→电能。
(3) 核能发电厂是利用原子核的裂变能来生产电能的工厂。主要设备有反应堆、汽轮机、发电机等。其生产过程与火力发电厂基本相同,只是用核反应堆代替了燃煤锅炉,以少量的核燃料代替了煤炭。其能量转换过程为: 核裂变能→热能→机械能→电能。
2. 变电所
变电所的功能是接受电能、变换电压和分配电能。变电所由电力变压器、配电装置和二次装置等构成。按变电所的性质和任务不同,将其分为升压变电所和降压变电所。升压变电所通常紧靠发电厂,降压变电所通常远离发电厂而靠近负荷中心。根据变电所在电力系统中所处的地位和作用,可将其分为枢纽变电所、地区变电所和用户变电所。枢纽变电所位于电力系统的枢纽点,联系多个电源,出线回路多,变电容量大,电压等级一般为330 kV或330 kV以上;地区变电所一般用于地区或中、小城市配电网,其电压等级一般为110~220 kV;用户变电所位于配电线路的终端,接近负荷处,高压侧为10~110 kV引入线,经降压后向用户供电。
3. 电力网
电力网是由变电所和不同电压等级的输电线路组成的,其作用是输送、控制和分配电能。按供电范围、输送功率和电压等级的不同,电力网可分为地方网、区域网和远距离网三类。电压为110 kV及110 kV以下的电力网,其电压较低,输送功率小,线路距离短,主要供电给地方变电所,称为地方网;电压在110 kV以上的电力网,其传输距离和传输功率都比较大,一般供电给大型区域性变电所,称为区域网;供电距离在300 km以上,电压在330 kV及330 kV以上的电力网,称为远距离网。如果仅从电压的高低来划分,则电力网可分为低压网(1 kV以下)、中压网(1~20 kV)、高压网(35~220 kV)及超高压网(330 kV及330 kV以上)。