電力系統(tǒng)的構(gòu)成及電力生產(chǎn)環(huán)節(jié)

電力系統(tǒng)的構(gòu)成及電力生產(chǎn)環(huán)節(jié)一、電力系統(tǒng)的構(gòu)成電力系統(tǒng)是由電力生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)的設備與電力用戶的用電設備（電力消費環(huán)節(jié)），以及相應的輔助系統(tǒng)，按規(guī)定的技術和經(jīng)濟要求構(gòu)成的，從而完成電能從生產(chǎn)、輸送、分配直至使用整個過程的統(tǒng)一系統(tǒng)。電力系統(tǒng)中包括發(fā)電、變電、輸電和配電、用電設備，他們構(gòu)成電力系統(tǒng)的一次系統(tǒng)，實現(xiàn)電能的生產(chǎn)和消費全過程。電力系統(tǒng)還包括繼電保護和安全自動裝置，調(diào)節(jié)自動化設備和通信設備，以及計算機和電子信息化設備等相應的輔助設備，它們構(gòu)成了二次系統(tǒng)，以保證整個電力系統(tǒng)的安全可靠運行和經(jīng)濟運營。電力系統(tǒng)中將一次能源轉(zhuǎn)換成電能（即從事電能生產(chǎn)）的部分稱發(fā)電廠，根據(jù)采用的一次能源不同分別為火力發(fā)電廠、水力發(fā)電廠和核電廠等。電力系統(tǒng)中從事電能輸送、變換和分配的部分稱為電力網(wǎng)，它包括輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)。輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)有不同的電壓等級，不同容量的發(fā)電廠和電力用戶應分別接入不同電壓等級的輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)。大型發(fā)電廠應接入超高壓輸電網(wǎng)（330kV和500kV），大中型發(fā)電廠可接入高壓輸電網(wǎng)（220kV），小型發(fā)電廠可直接接入配電網(wǎng)。配電網(wǎng)也分為高壓配電網(wǎng)、中壓配電網(wǎng)和低壓配電網(wǎng)，電力用戶也按其容量的大小分別接入不同電壓等級的配電網(wǎng)。電力系統(tǒng)構(gòu)成的示意圖如下圖所示。大型水電廠大型火電廠核電廠申碰二超高壓輸電網(wǎng)中型發(fā)電廠+高壓中型發(fā)電廠+高壓輸電網(wǎng)1[小型發(fā)屯廠*1高壓配電網(wǎng)高壓輸電網(wǎng)十中型發(fā)電廠11高壓配電網(wǎng)1'小型發(fā)電廠（一）電力系統(tǒng)的組成和基本特征電力系統(tǒng)是由發(fā)電廠、電力網(wǎng)、用電設備和相應的輔助系統(tǒng)（繼電保護、安全自動、測量、調(diào)度自動化和通信等裝置），按規(guī)定的技術和經(jīng)濟要求組成的整體?；鹆Πl(fā)電廠、水力發(fā)電廠和核電廠發(fā)出的電力，按其容量的不同和所需輸送距離的不同，分別接入110、220kV和500kV交流電力網(wǎng)以及高壓直流輸電線路。在電力網(wǎng)的構(gòu)成中，不同電壓的輸電線路和配電線路通過相應電壓等級的變電所相互連接，在配電網(wǎng)的低壓側(cè)接有動力負荷和證明負荷等各種用電設備。這就形成了發(fā)電、輸電和配電設備，以及用電設備在內(nèi)的統(tǒng)一的電力系統(tǒng)。電力系統(tǒng)的基本特征包括電力系統(tǒng)電壓等級、電力系統(tǒng)頻率、電力網(wǎng)結(jié)構(gòu)和電力系統(tǒng)流量等。1、電力系統(tǒng)頻率電力系統(tǒng)頻率是電力系統(tǒng)中發(fā)電廠的同步發(fā)電機所產(chǎn)生的交流正弦基波電壓的頻率。頻率質(zhì)量是電能質(zhì)量的一個重要指標。在穩(wěn)態(tài)運行的條件下，各發(fā)電機同步運行，整個電力系統(tǒng)的頻率是相等的。它是電力系統(tǒng)一致的運行參數(shù)。世界上，電力系統(tǒng)采用的額定頻率有50Hz和60Hz這兩種。我國和世界多數(shù)國家均采用50Hz電力系統(tǒng)，只有美國、加拿大、古巴、朝鮮等少數(shù)國家采用60Hz電力系統(tǒng)，日本的東部地區(qū)為50Hz電力系統(tǒng)，中部和西部地區(qū)為60Hz電力系統(tǒng)，兩種不同頻率的電力系統(tǒng)以直流變頻站互聯(lián)。電力系統(tǒng)中的發(fā)電和用電設備，都是按照額定頻率設計和制造的，只有在額定頻率附近運行時，才能發(fā)揮最好的功能。只有當電力系統(tǒng)中所有發(fā)電設備發(fā)出的有功功率之總和與電力網(wǎng)中電力負荷吸收和消耗的有功功率相等時，系統(tǒng)頻率才能保持不變。2、電力系統(tǒng)的電壓等級電壓等級是電力系統(tǒng)及電力設備的額定電壓級別系列，額定電壓是指電力系統(tǒng)及電力設備規(guī)定的正常工作電壓。電力系統(tǒng)各個結(jié)點的實際運行電壓容許在一定程度上偏離額定電壓。在上述容許偏離的電壓范圍內(nèi)，各種電力設備和整個電力系統(tǒng)仍能正常運行。我國國家標準規(guī)定的電力系統(tǒng)額定電壓等級為分3、6、10、35、63、110、220、330、500、750kV。一般認為，在一個電力系統(tǒng)中，相鄰兩級電壓之比取1.7~3.0是比較合理的，并且在上述電壓等級中，35kV與63kV，63kV與110kV不宜在同一地區(qū)性用電力系統(tǒng)中并存。3、電力網(wǎng)結(jié)構(gòu)電力網(wǎng)結(jié)構(gòu)與電壓等級、電源和負荷點的容量和數(shù)目，以及他們之間的地理位置及供電可靠性要求等因素有關。（二）電力系統(tǒng)容量電力系統(tǒng)容量是指系統(tǒng)中各類發(fā)電廠機組額定容量的總和，也稱為系統(tǒng)裝機容量。電力系統(tǒng)裝機容量和覆蓋的地域大小反映了電力系統(tǒng)的規(guī)模。到2002年底，我國已形成了覆蓋全國大部分省區(qū)的統(tǒng)一調(diào)度或聯(lián)合調(diào)度的6個跨省區(qū)域電力系統(tǒng)，即東北、華北、華東、華中、西北和南方電力系統(tǒng)，其中華東、華北、華中和南方電力系統(tǒng)的裝機容量超過了40000MW（三）電力系統(tǒng)的負荷電力負荷是指連接在電力系統(tǒng)上的一切用電設備所消耗的功率，分為有功負荷和無功負荷。有功功率是指用電設備在把電能轉(zhuǎn)化為其他能量形式（機械能、光能、熱能等）的過程中真實消耗掉的功率，例如電燈（電能轉(zhuǎn)換為光能）、電爐（電能轉(zhuǎn)換為熱能）以及電動機用來帶動水泵、風機、車床及軋鋼設備等機械（電能轉(zhuǎn)換為機械能）所消耗的功率就是有功功率。無功功率是指電動機、變壓器運行時，在電池能量轉(zhuǎn)換過程中建立磁場所消耗的功率。因此，無功功率和有功功率同等重要，沒有無功功率，電動機就轉(zhuǎn)不動，變壓器也不能變壓。所以，為了滿足有功負荷和無功負荷的需要，電力系統(tǒng)要供給足夠的有功功率和無功功率。發(fā)電廠的發(fā)電機即發(fā)有關功率，又發(fā)無功功率。裝在大型變電所里的同步調(diào)相機、禁止無功補償器等是只能提供無功功率的無功電源。按照用電重要程度不同，我國國家建設標準將電力不好分為一、二、三級。一級負荷是指中斷供電將造成人身傷亡或?qū)⒃谡?、?jīng)濟上造成重大損失的負荷，如：造成重大設備損壞，有害物溢出污染環(huán)境，或重要交通樞紐無法工作，以及造成經(jīng)常用于國際活動的場所秩序混亂等；二級負荷是指中斷供電將在政治、經(jīng)濟上造成較大損失的負荷，如造成主要設備損壞，產(chǎn)品大量報廢或大量減產(chǎn)以及造成人員集中的公共場所秩序混亂等；三級負荷是指不屬于一、二級負荷的其他負荷，對于一級負荷都要有兩個獨立電源供電，以保證對其供電的連續(xù)性。由于目前電能還不能大規(guī)模儲存，因而電力系統(tǒng)中發(fā)電機發(fā)出的功率與用電設備消耗的功率要始終保持平衡。系統(tǒng)負荷是隨時間不斷變化的，這種變化通常用負荷曲線來表示。為了滿足系統(tǒng)負荷的需要，除做好負荷預測工作外，電力系統(tǒng)還應具備一定數(shù)量的發(fā)電備用容量，以便隨時保持電力的供需平衡。四）電力系統(tǒng)的優(yōu)越性隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，發(fā)電廠和電力網(wǎng)的不斷建設以及供電范圍的逐步擴大，電力系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，一些電力系統(tǒng)之間還通過網(wǎng)絡線并網(wǎng)，形成聯(lián)合電力系統(tǒng)。電力系統(tǒng)和聯(lián)合電力系統(tǒng)的主要好處如下：1、更經(jīng)濟合理的開發(fā)利用大型動力資源大型礦口火電廠、大型水電廠和核電廠一般都離負荷中心較遠，送電容量又大，往往需要建設330kV及以上的超高壓輸電線路，并要求受端是較大容量的電力系統(tǒng)。因為在受災容量較大的條件下，送端電場安裝大型機組，在接入電力系統(tǒng)后，運行比較安全。2、減少裝機容量和備用容量由于不同供電地區(qū)存在的時差、季節(jié)差以及電力消費習慣的差別，形成大型電力系統(tǒng)和聯(lián)合電力系統(tǒng)以后，可以錯開負荷高峰，全系統(tǒng)總的日負荷高峰或季節(jié)負荷高峰都比各地區(qū)系統(tǒng)的日負荷高峰或季節(jié)負荷高峰之和要小。此外，系統(tǒng)中各發(fā)電廠的機組可以按地區(qū)系統(tǒng)輪流檢修，錯開檢修時間，當機組故障時，各地區(qū)系統(tǒng)可以互相支援，因而全系統(tǒng)總的檢修或事故備用容量都比各地區(qū)系統(tǒng)的檢修或事故備用容量之和要小。所以，系統(tǒng)可以減少總的裝機容量和備用容量。3、有利于采用大容量發(fā)電機組和發(fā)展大容量電廠安裝大機組和建設大型發(fā)電廠是節(jié)省基建投資、加快建設速度、降低發(fā)電成本和燃料消耗量以及提高勞動生產(chǎn)率的重要措施。但對于較小容量的電力系統(tǒng)，大機組會造成系統(tǒng)運行和檢修困難。一般認為，單臺機組流量不宜超過系統(tǒng)總?cè)萘康?0%~20%。因此，系統(tǒng)容量增大，按照比例，可裝設較大容量機組，提高投資效益和運行經(jīng)濟性。4、提高供電安全可靠性電力系統(tǒng)流量增大，系統(tǒng)發(fā)生故障時，不僅各地區(qū)系統(tǒng)的電力可以相互支援，而且對整個系統(tǒng)的影響也較小，從而能提高系統(tǒng)的供電可靠性。不過，電力系統(tǒng)的個別環(huán)節(jié)發(fā)生故障，如果不及時消除，就有可能使故障擴大，造成電力系統(tǒng)的大面積停電事故。因此，為保證供電可靠性，電力系統(tǒng)必須結(jié)構(gòu)合理，提高各個環(huán)節(jié)的安全可靠性，提高整個系統(tǒng)的自動化水平。5、提升運行經(jīng)濟性電力系統(tǒng)中的各個發(fā)電廠并列運行，按最低供電成本或最少燃料消耗量的準則，實行水、火、核電廠之間的經(jīng)濟調(diào)度與電力的合理分配，可以獲得系統(tǒng)運行的最大經(jīng)濟效益。在聯(lián)合電力系統(tǒng)中，由于各個電力系統(tǒng)的供電成本不同，實行經(jīng)濟調(diào)度，可以獲得額外的經(jīng)濟效二、電力生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié)電力生產(chǎn)過程包括電能的生產(chǎn)、輸送和分配，因此嚴格地講，電力生產(chǎn)應包括發(fā)電、輸電和配電三個主要環(huán)節(jié)。然而，在很多情況下，人們把變電和用電也作為電力生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié)。由于從發(fā)電到輸電和配電，電力需要經(jīng)過多次的電壓變化，變電就成為了電力生產(chǎn)過程中必不可少的環(huán)節(jié)，但變電環(huán)節(jié)是存在于發(fā)電、輸電和配電三個主要環(huán)節(jié)之中的用電本應是電能使用和消費的過程，但由于電力的特點是供、產(chǎn)、銷瞬時完成的，因此用電需求的變化和對用電需求的控制會時時影響著電力生產(chǎn)的過程。1、發(fā)電電力生產(chǎn)的發(fā)電環(huán)節(jié)是利用電能生產(chǎn)設備將各種一次能源或其他形式的能轉(zhuǎn)換為電能。生產(chǎn)電能的主要方式有火力發(fā)電、水力發(fā)電、核能發(fā)電、地熱發(fā)電、風力發(fā)電、太陽能發(fā)電、潮汐能發(fā)電、生物智能發(fā)電和燃料電池發(fā)電等。除太陽能發(fā)電的光伏電池技術和燃料電池發(fā)電外，絕大部分發(fā)電方式的電能生產(chǎn)設備都是由動力部分和發(fā)電部分組成。動力部分將各種發(fā)電用能源轉(zhuǎn)化成機械能，發(fā)電部分則將傳遞過來的機械能經(jīng)過電磁感應作用轉(zhuǎn)換為電能。目前世界各國電力工業(yè)發(fā)廣泛采用的發(fā)電方式是火力發(fā)電、水力發(fā)電和核能發(fā)電，而火力發(fā)電則包括燃煤發(fā)電、燃油發(fā)電和天然氣發(fā)電。在上述發(fā)電方式中，其發(fā)電部分大多采用交流發(fā)電機生產(chǎn)頻率為50Hz或60Hz的交流電，在某些特定條件下用直流發(fā)電機生產(chǎn)的直流電能，多就地用作控制用電源，緊急備用電源和其他專用電源。在各種發(fā)電方式中，火力發(fā)電存在著污染物排放問題，其中粉塵、灰渣、氮氧化物和硫化物都可以通過采取一定的技術措施加以防治，但二氧化碳的排放問題是火力發(fā)電無法解決的。二氧化碳是使全球氣候變暖的“溫室效應”之根源。相比之下水力發(fā)電和核能發(fā)電盡管有其他方面的環(huán)保問題，但不存在二氧化碳的排放問題。近年來隨著環(huán)保意識的不斷增強，清潔發(fā)電技術發(fā)展迅速，如整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）發(fā)電技術、加壓流化床聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術，以及風力發(fā)電技術等新能源發(fā)電技術已經(jīng)開始走向商業(yè)化。為了提高能源利用效率，減少對環(huán)境的影響，采用微型燃氣，輪機和燃料電池發(fā)電的綠色分布是電源系統(tǒng)越來越受到人們的重視。2、輸電電力生產(chǎn)的輸電環(huán)節(jié)是把電能從其生產(chǎn)之處傳輸?shù)狡涫褂煤拖M處，集成發(fā)電廠和發(fā)電中心把電能輸送到電力用戶或電力負荷中心。由于發(fā)電廠發(fā)出的電力是三相交流電，所以輸電大多采用三相交流輸電方式，輸電采用的電壓越高，則可輸送的距離就越遠，可輸送的電功率（容量）就越大，電力工業(yè)出現(xiàn)的初期，發(fā)電廠建在電力用戶附近，以發(fā)電機電壓直接向用戶送電。隨著電力生產(chǎn)規(guī)模和負荷中心規(guī)模的擴大，發(fā)電中心，如大型火電基地、水電基地和核電基地均遠離電力工作中心，并且輸電容量也越來越大，致使輸電電壓不斷提高，陸續(xù)出現(xiàn)了高壓輸電220kV,超高壓輸電（330、380、500、750kV）和特高壓輸電（1000kV及以上）。3、配電電力生產(chǎn)的配電環(huán)節(jié)是從輸電環(huán)節(jié)接受電能，并根據(jù)各類用戶的不同需求，將電能分配到各行各業(yè)的用戶，以最少的消耗向用戶提供連續(xù)可靠、質(zhì)量合格且價格合理的電能，配電環(huán)節(jié)應根據(jù)用戶的重要性和對電力的依賴程度分門別類加以對待。有些用戶對電力可靠性要求很高，電力中斷會造成重大經(jīng)濟損失，甚至危及人的生命和國家安全。有些用戶則對電能質(zhì)量要求很高。電能質(zhì)量包括電壓質(zhì)量，頻率質(zhì)量和波形質(zhì)量，配電環(huán)節(jié)提供給用戶的電力，其電壓和頻率、波動應在允許的范圍之內(nèi)，波形的畸變也應符合標準。配電環(huán)節(jié)必須要有可靠的配電網(wǎng)絡，采用先進的配電自動化技術、電能質(zhì)量控制技術和現(xiàn)代電能計量技術，以便向用戶提供充足可靠、質(zhì)量合格和價格合理的電能。4、變電變電是電力生產(chǎn)的重要組成部分，