電氣工程概論-第三章-電力系統(tǒng)與其自動化技術(shù)(一)

電氣工程概論_第三章_電力系統(tǒng)與其自動化技術(shù)(一)第一頁，共26頁。第3章電力系統(tǒng)及其自動化技術(shù)

第二頁，共26頁。一次能源：植物能源（柴草等）、礦物能源（煤、油、天然氣等）、可再生能源（水、風(fēng)、潮汐、地?zé)帷⑻柲艿龋┘昂四埽ê肆炎?、核聚變）。二次能源：由一種或多種一次能源經(jīng)過轉(zhuǎn)換或加工得到的能源產(chǎn)品，二次能源更具優(yōu)越性,其利用效率高、清潔、方便。電能是一種被極其廣泛地應(yīng)用的二次能源。電能可以方便地轉(zhuǎn)換成機(jī)械能、光能等其它形式的能量供人們使用。電能已成為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、國防科技及人民生活等各方面不可缺少的能源。第三頁，共26頁。3．1．1電力工業(yè)簡介電力工業(yè)主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)輸電電力的輸送發(fā)電利用各種能源資源，生產(chǎn)電能。變電電壓等級的變換配電電能的分配供給用電電能消費(fèi)電力工業(yè)還包括以下環(huán)節(jié)：規(guī)劃、勘測設(shè)計、施工建設(shè)、運(yùn)行調(diào)度、維護(hù)改造、安全監(jiān)察、科研開發(fā)、設(shè)備制造、教育培訓(xùn)、法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)、電力營銷（電力市場）等等。第四頁，共26頁。1800年伏打發(fā)明第一個化學(xué)電池，人們開始獲得連續(xù)的電流1831年法拉第制造了最早的發(fā)電機(jī)——法拉第盤1866年西門子制成第一臺使用電磁鐵的自激式發(fā)電機(jī)1870年格拉姆制成了環(huán)形電樞自激發(fā)電機(jī)供工廠電弧燈用電1875年巴黎北火車站建成世界上第一個火電廠，用直流發(fā)電供附近照明1879年舊金山建成世界上第一座商業(yè)發(fā)電廠，兩臺發(fā)電機(jī)共22盞電弧燈。同年先后在法國和美國裝設(shè)了試驗(yàn)性電弧路燈1879年愛迪生發(fā)明白熾燈1881年英國建成了世界上第一座小型水電站1882年愛迪生在紐約建成世界上第一座正規(guī)發(fā)電廠歐美電力發(fā)展史第五頁，共26頁。1882年法國人德普勒在慕尼黑博覽會上表演了電壓為1500～2000V的直流發(fā)電機(jī)組經(jīng)57km線路驅(qū)動電動泵1884年英國人制造了第一臺汽輪機(jī)1885年制成交流發(fā)電機(jī)和變壓器，1886年3月在馬薩諸塞州的大巴林頓建立了第一個交流送電系統(tǒng)，電源側(cè)升壓至3000V，經(jīng)1.2km到受端降壓至500V，顯示了交流輸電的優(yōu)越性1891年德國在勞芬電廠安裝了第一臺三相100kW交流發(fā)電機(jī)，通過第一條三相輸電線路送電至法蘭克福1894年建成利亞加拉大瀑布水電站。1896年采用三相交流輸電送至35km外的布法羅。結(jié)束了1880年來交、直流電優(yōu)越性的爭論。1903年威斯汀豪斯電氣公司裝設(shè)了第一臺5000kW汽輪發(fā)電機(jī)組，標(biāo)志著通用汽輪機(jī)組的開始。歐美電力發(fā)展史（續(xù)）第六頁，共26頁。1916年美國建成第一條90km的132kV線路1922年美國在加州建成第一條220kV線路二戰(zhàn)后美國于1955、1960、1963、1970和1973等年份分別制成并投運(yùn)30、50、100、115和130萬千瓦汽輪發(fā)電機(jī)組1954年瑞典首先建成了380kV線路，采用2分裂導(dǎo)線，距離960km，將北極圈內(nèi)的Harspranget水電站電力送至瑞典南部。1954年前蘇聯(lián)建成第一座核電站，1973年法國制成120萬kW核反應(yīng)堆1964年美國建成第一條500kV交流輸電線路1965年加拿大建成第一條765kV交流輸電線路歐美電力發(fā)展史（續(xù)）第七頁，共26頁。1965年蘇聯(lián)建成第一條±400kV的470km直流輸電線路，送電75萬千瓦1970年美國建成±400kV的1330km直流輸電線路，送電144萬千瓦1989年蘇聯(lián)建成第一條最高電壓1150kV的1900km交流輸電線路減小損耗的最合理的途徑就是提高電壓。輸電技術(shù)全部發(fā)展史的特征便是不斷提高線路電壓。歐美電力發(fā)展史（續(xù)）第八頁，共26頁。新中國成立前的我國電力工業(yè)中國的電力工業(yè)始于1882年，至今年已有124年的歷史；新中國成立前，全國發(fā)電裝機(jī)容量僅為184.86萬千瓦，年發(fā)電量只有43.1億kWh，分別居當(dāng)時世界第21位和第25位；輸電電壓很低，輸電電壓等級繁多，全國沒有形成統(tǒng)一的電壓級標(biāo)準(zhǔn)。中國電力工業(yè)發(fā)展史第九頁，共26頁。1882年英籍商人R.W.Little等創(chuàng)辦上海電氣公司，安裝1臺16馬力蒸汽發(fā)電機(jī)組，裝設(shè)了15盞弧光燈。1882年7月26日下午7時，電廠開始發(fā)電。1912年中國第一座水電站在云南昆明石龍壩水電站建成，裝機(jī)容量為2×240kW。同年建成電壓為23kV從石龍壩水電站到昆明的輸電線路。1917年建成中國第一臺變壓器、8kW直流發(fā)電機(jī)、60A電鍍用直流發(fā)電機(jī)，1926年制成中國第一臺150kW交流同步三相發(fā)電機(jī)。1949年前平津唐地區(qū)發(fā)電裝機(jī)共14.66萬kW，77kV輸電線路共350km，其余為33kV及以下電壓輸電和配電。工業(yè)最集中的華東地區(qū)三省一市、華中地區(qū)四省全部為孤立電網(wǎng)。第十頁，共26頁。新中國成立后的我國電力工業(yè)1949年新中國成立，我國電力工業(yè)迅速發(fā)展。到1978年，全國電力裝機(jī)容量已達(dá)5712千瓦，比1949年增長近30倍；年發(fā)電量2566億千瓦時，增長近59倍。1987年，裝機(jī)容量達(dá)１億千瓦；1995年，裝機(jī)容量達(dá)2億千瓦；2000年，裝機(jī)容量達(dá)3億千瓦；2004年，裝機(jī)容量達(dá)4億千瓦。第十一頁，共26頁。目前基本上進(jìn)入大電網(wǎng)、大電廠、大機(jī)組、高電壓輸電、高度自動控制的新時代。全國總裝機(jī)4億kW（2004年4月)，發(fā)電量為18000億kWh（2003年底）均居世界第二位；2007年，全國總裝機(jī)達(dá)7.13億kW，發(fā)電量達(dá)到32559億kWh。第十二頁，共26頁。3.2電力系統(tǒng)簡介1、電力系統(tǒng)的功能與作用

電力系統(tǒng)是由發(fā)電、變電、輸電、配電、用電等設(shè)備和相應(yīng)的輔助系統(tǒng)，按規(guī)定的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)要求組成的一個同一系統(tǒng)。發(fā)電、變電、輸電、配電、用電等設(shè)備稱為電力主設(shè)備，也稱為一次設(shè)備，由主設(shè)備構(gòu)成的系統(tǒng)稱為主系統(tǒng)，也稱為一次系統(tǒng)；測量、監(jiān)視、控制、繼電保護(hù)、安全自動裝置、通信，以及各種自動化系統(tǒng)等用于保證主系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、正常運(yùn)行的設(shè)備稱為二次設(shè)備，二次設(shè)備構(gòu)成的系統(tǒng)稱為輔助系統(tǒng)，也稱為二次系統(tǒng)。第十三頁，共26頁。電力系統(tǒng)的基本任務(wù)是安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)、輸送與分配電能，滿足國民經(jīng)濟(jì)和人民生活需要。為了發(fā)揮電力系統(tǒng)的功能和作用，應(yīng)滿足以下基本要求：滿足用戶需求；安全可靠性要求；經(jīng)濟(jì)性要求；環(huán)保和生態(tài)要求。第十四頁，共26頁。2、現(xiàn)代電力系統(tǒng)的特點(diǎn)電力系統(tǒng)技術(shù)上的發(fā)展是以“大機(jī)組、大電網(wǎng)、高電壓、高度自動化”為特征來描述；數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化、智能化技術(shù)日益提高電力系統(tǒng)的自動化水平；潔凈煤技術(shù)、水電開發(fā)、核電的發(fā)展越來越得到重視，新能源的開發(fā)利用，特別是可再生能源的開發(fā)利用也是現(xiàn)代電力技術(shù)的發(fā)展趨勢；建立健全的電力市場機(jī)制是提高效率、降低成本，促進(jìn)電力資產(chǎn)的合理利用與發(fā)展的有效保證。第十五頁，共26頁。3、電力資源與負(fù)荷我國一次能源蘊(yùn)藏量較為豐富，煤炭資源總蘊(yùn)藏量為2.6億萬噸，列世界第2位；水力資源蘊(yùn)藏量有6.76×108kW，其中可供開發(fā)的就有3.7×108kW，居世界首位；其他如石油、核料、風(fēng)能、太陽能、地?zé)岬饶茉匆草^豐富。中國資源的分布（西部為主）、中國能源的結(jié)構(gòu)（水、煤為主）、中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展格局（東部領(lǐng)先）決定了中國電網(wǎng)的發(fā)展格局：西電東送、南北互供、全國聯(lián)網(wǎng)。第十六頁，共26頁。電力系統(tǒng)的負(fù)荷按供電可靠性分為三類：一級負(fù)荷：對一級負(fù)荷中斷供電，將可能造成生命危險、損壞設(shè)備、破壞生產(chǎn)過程，使大量產(chǎn)品報廢，給國民經(jīng)濟(jì)造成重大損失，使市鎮(zhèn)生活發(fā)生混亂。二級負(fù)荷：對二級負(fù)荷停止供電，將造成大量減產(chǎn)，交通停頓，使城鎮(zhèn)居民生活受到影響。三級負(fù)荷：不屬于一、二級負(fù)荷的其他負(fù)荷。第十七頁，共26頁。4、電力系統(tǒng)構(gòu)成

電力系統(tǒng)是由發(fā)電廠、輸配電系統(tǒng)及負(fù)荷組成的統(tǒng)一整體，通常覆蓋廣闊的地域。發(fā)電廠輸電線路配電線路變壓器變壓器用戶220kV10kV380V12kV第十八頁，共26頁。500kV小型燃?xì)廨啓C(jī)水庫核島鍋爐23kV500kV500kV500kV500kV500kV500kV500kV500kV220kV220kV220kV110kV10kV380V/220V10kV供配電系統(tǒng)區(qū)域電力系統(tǒng)第十九頁，共26頁。水電廠核電廠火電廠工廠電氣鐵路風(fēng)電地區(qū)變電所配電變電所居民區(qū)輸電線路居民配電線路110500變電站500kV10kV樞紐變電所110kV第二十頁，共26頁。5、電力系統(tǒng)設(shè)備一次設(shè)備是指電力系統(tǒng)中發(fā)電、變電、輸電、配電、用電等設(shè)備的總稱；包括：發(fā)電設(shè)備、輸電設(shè)備、變電設(shè)備、配電設(shè)備、用電設(shè)備等。二次設(shè)備是指電力系統(tǒng)中用來測量、監(jiān)視、控制、繼電保護(hù)、安全自動裝置、通信，以及各種自動化系統(tǒng)等用于保證主系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、正常運(yùn)行的設(shè)備。

包括測量儀表、控制裝置、繼電保護(hù)及自動裝置、直流電源設(shè)備等。第二十一頁，共26頁。6、交流系統(tǒng)與直流系統(tǒng)直流電是指電流的大小相對于時間是恒定的，方向也不改變。交流電是指電流的大小及方向隨時間做周期性變化。通常交流電是指按正弦規(guī)律變化的。電壓時間0-+a.直流電壓時間0-+b.交流第二十二頁，共26頁。三相降壓變壓器三相升壓變壓器三相發(fā)電機(jī)