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电工 进 网 作 业 许 可 考 试国家电网 华北唐山供电公司郭卫国辅 导 材 料1电力系统基本知识2目录电力系统、电力网构成电力负荷变电所供电质量 电力系统接地31 1、定义、定义1 1、动力系统、动力系统:原动机原动机2 2、电力系统：电厂、电力系统：电厂+电力网电力网+用户用户 3 3、电力网、电力网:送电送电+变电变电+配电配电一、电力系统概述14超高压变电所一次变电所TPC6.9/13.8 167KVA*火力发电厂 配電變電所水力发电厂核能发电厂二次变电所发电系统供电系統业务系統特高压用户 161KV配电变电所特高压用户 69KV高压用戶22/11KV低压用戶220/110V161/22KV69/11KV345/161KV161/69KV(生产)(输送)(配售)5发电发电发电发电用电用电用电用电输电输电输电输电变电变电变电变电配电配电配电配电6电力系统的示意图水力水力发电厂发电厂升压变电所220kV地区枢纽所10kV至用户配电所10kV10kV升压变电所220kV220kV220kV输电线路220kV35kV35kV负荷负荷变电所变电所35kV火力火力发电厂发电厂10kV 为保证供电的可靠性和安全连续性，电力系统将各地区、各种类型的发电机变压器、输电线、配电和用电设备等连成一个环形整体。7各种类型发电厂火力发电厂水利发电厂核能发电厂风力发电厂地热发电厂太阳能发电厂潮汐能发电厂8 小水力发电太阳能(太阳光发电、太阳热能)风力发电生质能(廢棄物发电、沼氣发电、生質物汽化发电.)地热发电海洋能(波浪发电、潮汐发电、海洋温差)氢能再生能源可分为：9当位于高处的水（具有位能）往低处流动時位能转换为动能，此时装设在水道低处的水轮机，因水流的动能推动叶片而转动（机械能），如果将水轮机连接发电机，就能帶动发电机的转动將机械能转换为电能，这就是水力发电的原理。水力为最“传统”的再生能源之一，水力发电技述也是再生能源中最成熟者。能开发地区是有限的水力能但是10太阳能应用可分二种 太阳光电能太阳热能太阳能11太阳能电池原理自由电子N型半导体P型半导体电洞hn-+h+光激发电子电洞對12家用太阳能光电系统13海 上 的 风 力 发 电英国布来斯(Blyth)海岸风电场現有海上风电场的四个国家:1.丹麥 2.荷兰 3.瑞典 4.英国丹麦,北海 荷恩礁的风电场(80座)14台湾风力发电推广现状q 总裝置容量8.54 MW台朔重工雲林麥寮風力發電示範系統n每kW年發電量：3,000 kWhn發電成本(元/kWh)：無補助時 1.25/1.78(20/10年折舊)n外購：66.2%；內製：33.8%台電公司澎湖中屯風力發電示範系統n每kW年發電量：3,200 kWhn發電成本(元/kWh)：無補助時1.64/2.34(20/10年折舊)n外購：53.4%；內製：46.7%(含道路及13 km輸配電專線費用)天隆造紙竹北春風風力發電示範系統n每kW年發電量：2,520 kWhn發電成本(元/kWh)：無補助時1.30/1.80(20/11年折舊)n外購：66.6%；內製：33.4%4 x 660 kW4 x 600 kW2 x 1,750 kW15定义有有机机物物经经各各种种自然或人自然或人为为之化之化学学反反应应能量能量转转换为换为工工业业用能源（如沼氣），再用能源（如沼氣），再转换为电转换为电能能实际应用发电类型及实绩垃圾焚化垃圾焚化发电发电垃圾掩埋垃圾掩埋场场及及动动物排泄物排泄物物沼气发电沼气发电台北內湖垃圾焚化台北內湖垃圾焚化厂厂台北山豬窟、福德坑，台北山豬窟、福德坑，台中文山及高雄青埔台中文山及高雄青埔垃圾掩埋垃圾掩埋场场，合，合计装计装置置容量容量21,80021,800瓩。台瓩。台糖公司推糖公司推动乡间饲养动乡间饲养动动物之排泄物物之排泄物发电发电生物能16台湾生物能源发展现状1、全省第一座固态衍生燃料制造厂 2004年6月在花蓮县丰滨乡启用全国第一座固态衍生燃料制造厂，废弃物衍生燃料（Refuse Derived Fuel）简称RDF，兼具环保及能源双重效益。17全省第一座生物柴油示范厂 2004年10月7日在嘉义民雄兴建第一座生物柴油示范厂，以植物油与回收废食用油为原料，估计此座生物柴油示范厂每年最大产量約3000公噸。18地热能地球內部的温度可能高达6000，地热即是泛指地球內部所蕴含的这种热能。由於地壳岩层的导热性不良，地球核心內部的热能不容易传到地表，通常在地壳裂开处，例如火山口和温泉区等，以高温熔岩、高温泉水和水蒸气等形态，把热能传到地表。19地热发电潛力台台湾湾位位处环处环太平洋火山帶，有地太平洋火山帶，有地热热能源蘊藏能源蘊藏具地具地热开发潜热开发潜能地能地区区有二十有二十多处多处，蕴蕴藏量至藏量至少有少有数数十十万万瓩，其中大屯山區瓩，其中大屯山區约占约占一半以上一半以上待克服问题地地热热蒸蒸气气含量不多、地含量不多、地热热蒸蒸气气酸性成分酸性成分过过高高地热发电实绩七十年代七十年代兴兴建清水及土場兩座地建清水及土場兩座地热电厂热电厂，装置装置容量分別容量分別为为3,0003,000瓩及瓩及300300瓩。因蒸瓩。因蒸气气逐年降低，八二年逐年降低，八二年后陆续后陆续停止停止发电发电20台湾第一座地热发电厂(1981)宜蘭清水废弃的地热发电厂21温温差差发电发电波浪波浪发电发电潮差潮差发电发电黑潮黑潮发电发电海面海面与与海底海底间间有有2020温温差，以工作流差，以工作流体体吸收海面吸收海面热热量成量成气态气态推推动动汽汽轮发电机轮发电机，再以海底冷，再以海底冷却却成液成液体体循循环环。目前在。目前在东东部海部海兴兴建建5,0005,000瓩瓩差差差差电厂电厂。问题：经济效益差、冷却管路铺设技术有待优化。以海水以海水无穷无穷之波浪能源之波浪能源转转換換为电为电能。台能。台电于电于7676年年即即开开始研究始研究评评估，估，并并研究波浪研究波浪发电发电系統。系統。问题：发电系統及适宜厂址仍待进一步研究。利用海水潮位升降水利用海水潮位升降水头头差以水差以水轮机发电轮机发电。经济经济性潮性潮位水位水头头差差约约6 68 8公尺。粗估以金門、馬祖潮差公尺。粗估以金門、馬祖潮差(5m)(5m)发电发电潛力約有一潛力約有一万万瓩。瓩。问题：潮位差大之地点不多、机組设备效率及潮差水头如何利用尚待继续研究突破。利用海洋流域中流速較大之黑潮利用海洋流域中流速較大之黑潮(流速約流速約0.5m/sec0.5m/sec1.0m/sec)1.0m/sec)流流经经水水轮子机发电轮子机发电。目前。目前仅仅限限于对于对台台湾湾附近洋流做研究。附近洋流做研究。問題：黑潮发电之工程技术仍有待研究与突破。22潮汐发电在海湾围建堤防和水路，在涨潮时引水人储水池，退潮时将储水放出，每日可发电四次 贯通法国不列塔尼半島東边的兰斯河，潮的高低差135公尺，于1967年建立世界最早的潮汐发电场，每日的发电量有400至500百万瓦小時(MWh)23氢能社会构想再生能源制氫CO2处理加氢站燃料电池工廠天然气制氢潮汐发电场终端用户24一、电力系统概述2电力联成系统的好处：利用各电厂的互补性，增加供电的可靠性；可以降低系统备用容量；发挥各能源的优势；利用地理位置减少系统备用；标准：安全性、经济性、可靠性、灵活性25一、电力系统概述3电力生产的特点1、同时性：发、供、用同一时间完成2、统一性：统一标准、统一调度、统一管理3、适用性：通用能源，供各种设备4、先行性：电力工业是其他工业的基础26电网资产重组示意图东北电网公司西北电网公司西藏电网（代管）华北电网公司华东电网公司华中电网公司南方电网公司海南贵州云南广东台湾国家电网公司各区域电网公司广西27一、电力系统概述 华北电网介绍28一、电力系统概述 京津唐电网介绍29一、电力系统概述 唐山电网介绍30二、电力负荷11、定义：是功率、电流、电能量的通称；电力负荷是指电功率（KW）2、分类：按行业分类：工业负荷、农业负荷、市政负荷、居民负荷 是制订政策、制订电价的依据按重要性分类：一类负荷、二类负荷、三类负荷;是当电力不足时进行拉路及批双路电源按时间分类：尖峰负荷、峰负荷、平段负荷及谷段负荷；削峰填谷，及实行峰谷分时电价。3132供电可靠性要求电力网上用电设备所消耗的功率称为用户的用电负荷或电力负荷。一级负荷 二级负荷 三级负荷 其它中断供电将造成人员伤亡中断供电将造成重大政治影响中断供电将造成重大经济损失中断供电将造成公共场所秩序严重混乱中断供电将造成较大政治影响 中断供电将造成较大经济损失中断供电将造成公共场所秩序混乱33三、变电所11、作用：变电站（配电所）联接枢纽变电站及终端用户，将电网的电能变换和分配到用电设备。2、电压等级：以最高电压等级定义 220KV、110KV、35KV、10KV、6KV、0.4KV3、类型：室外变电站：220KV、110KV、35KV以上电压等级室内变电站：35KV、10KV、6KV、0.4KV及以下电压等级，还有220KV、110KV、35KV外绝缘不能满足防污闪要求的。地下变电站箱式变电站：35KV、10KV、6KV、0.4KV及以下电压等级小容量室外简易站（线路变压器组）：一般用于10KV、6KV线路下配电用。34输电电压的高低取决于输送距离输送容量35三、变电所24、主接线对主接线的基本要求：1.满足用电要求；2.接线简单；3.运行经济、可靠；4.操作方便、运行灵活；5.设备选择合理；6.便于维护检修；7.故障处理能保证安全；36三、变电所.线路变压器组接线线路变压器组接线特点：1、接线简单，设备少；2、节省投资；3、操作方便；4、维护简单；5、检修需要全部停电37三、变电所.单母线接线1单母线接线：特点：1.接线简单；2.操作方便；3.投资节省。适用于10KV系统 0.4KV系统38三、变电所.单母线接线239三、变电所.双母线接线供电容量大；用于供电回路多的站；供电可靠性高；运行灵活性大；投资高；操作步骤复杂；占地面积大适用于：110KV以上的变电站40三、变电所.双母线接线双母线接线：解决了母线检修检修问题41三、变电所.双母线接线双母线接线：解决了母线检修检修问题旁路母线：解决开关检修的问题42四、供电质量要求电能质量:电压、频率和波形的质量供电可靠性：全年停电次数和停电持续时间43四、供电质量 供电可靠性GB：不低于99.96%影响因素：1、线路长短；2、抢修和恢复能力；3、统一安排检修和带电作业；4、检修周期要求。1、供电可靠性：连续供电的能力供电可靠率=-100%供电时间全部时间例：一年中，某用户停电三次，每次5小时，问年供电可靠率是多少？（8760-5-5-5）K=-100%=99.82%876044四、供电质量 频率偏差 f=f测量-50GB：对于300MW以上的电网，f士0.2HZ 49.8-50.2HZ起因：系统有功不足，频率降低方法：拉路限电，三类负荷频率偏差：变化着的频率偏离额定值的程度50.0Hz50.0Hz49.849.850.250.2发发发发 电电电电用用用用 电电电电45四、供电质量 电压偏差电压偏差：电压偏离额定值的程度（长期）U=U测量-U额定GB：220V居民用户：7%-10%380V到10KV用户：7%35KV及以上用户：正负偏差的绝对值之和不大于10%。起因：系统少无功，电压降低方法：加稳压器、加增压器，更换大变压器 改变变压器的分头 补偿电力电容器 改变运行方式 进行线路改造46四、供电质量 电压波动电压波动：电压偏离额定值的程度（瞬间）U=U最大-U最小GB/T：220KV以上，1.6%35110KV,2%10KV及以下，2.5%起因：负荷的快速变化引起，如电焊机、电弧炉等闪变：灯闪措施：增大系统容量，换大变压器 增大供电电压 选用专用变压器或专线带 选用专用设备如SVC静止式无功补偿装置47四、供电质量 谐波畸变率GB/T：110 KV总电压正弦波形畸变率不超1.5；35 KV总电压正弦波形畸变率不超3.0；10 KV总电压正弦波形畸变率不超4.0；0.38 KV总电压正弦波形畸变率不超5.0；起因：电网中有非线性的负荷，如整流型、电弧型、磁滞型等措施：常规方法与上面方法一致 主要有滤波和阻波的方法。谐波畸变率：反映电力谐波的一个量Un-第n次谐波电压有效值 V；U1-基波电压有效值 V。48典型谐波产生源电子开关型:各种交直流换流装置、变频装置铁磁饱和型:各种铁芯设备,如变压器、电抗器等，其铁磁饱 和特性呈现非线性电弧型:各种炼钢电弧炉、交流电弧焊机49非正弦（余弦）波形的分析非正弦波信号通过傅立叶分析，可分解为多个不同频率的正弦波叠加3次谐波叠加29次谐波叠加50非正弦波信号通过傅立叶分析，可分解为多个不同频率的正弦波叠加非正弦（余弦）波形的分析51谐波种类偶次谐波:2nd,4th,6th,8th 奇次谐波:3rd,5th,7th,11th 正序谐波:(3n+1)4th,7th,10th负序谐波:(3n-1)2nd,5th,8th零序谐波:(3n)3rd,6th,9th电压谐波总畸变率(失真率):V(THD)52谐波的危害设备过热、中性线电流大、断路器动作；功率因数下降，电费增加；供电波形产生畸变，精密设备工作异常；测试计量器具显示不准；干扰通信系统53谐波降低PF实例负载电流中含有3次、5次等谐波成分，负载的输入电压为标准正弦波，根据三角函数的正交特性，当计算负载上的功率时，即：高次谐波的有功功率为0。谐波含量越高，功率因数越低。54谐波造成波形畸变基波与2次谐波无相差叠加基波与2次谐波有相差叠加基波与3次谐波无相差叠加基波与3次谐波有相差叠加55四、供电质量 负序电压GB：NO 不超过2%起因：三相负荷不平衡方法：作到三相负荷平衡。负序电压：和正序相反方向的一组电压Ue-额定电压有效值，V；U2(1)-基波负序电压有效值，V；UAB(1)、UBC(1)、UCA(1)-基波三相线电压实际值，V；56五、电力系统中性点接地方式220V/380V:中性点直接接地方式；10-35KV：中性点不接地方式、经消弧线圈 接地、经小电阻接地；110KV以上：中性点直接接地方式；中性点接地方式选择标准：1、供电可靠性；2、设备安全性；3、投资成本；4、运行灵活。57低压系统接地分为TN、TT、IT三类：1、第一个字母：电力系统中性点对地关系；T-中性点直接接地 I-中性点不接地或经阻抗接地2、第二个字母：设备外露可导电部分对地关系 T-独立于系统而直接接地 N-与系统接地点进行电气连接五、电力系统中性点接地方式低压系统接地58五、电力系统接地.TN-S系统特点：特点：整个系统的中性线整个系统的中性线NN与保护线与保护线PEPE是是分开分开的。的。避免由于避免由于中性线断开中性线断开而造成的危害；（只有保护线而造成的危害；（只有保护线PEPE断开且有断开且有一台设备相线碰壳时才有危险）一台设备相线碰壳时才有危险）增加一根导线，工程增加一根导线，工程费用费用增大；增大；厂矿企业和厂矿企业和城市城市宜采用。宜采用。59五、电力系统接地.TN-C系统特点：整个系统的中性线整个系统的中性线NN与保护线与保护线PEPE是合一的。是合一的。60五、电力系统接地.TN-C-S系统特点：系统中有一部分线路的中性线系统中有一部分线路的中性线NN与保护线与保护线PEPE是合一的。是合一的。前端用前端用TN-CTN-C系统，给一般三相负荷供电；系统，给一般三相负荷供电；末端用末端用TN-STN-S系统，给少量不平衡负荷或对安全较高的设备供电。系统，给少量不平衡负荷或对安全较高的设备供电。61五、电力系统接地.TT系统特点：系统有一点直接接地；电气装置的外露可接近导体，通过保护接地系统有一点直接接地；电气装置的外露可接近导体，通过保护接地线接到与系统接地点无关的接地极。线接到与系统接地点无关的接地极。当设备碰壳当设备碰壳，形成单相接地形成单相接地，使回路上的过流保护动作使回路上的过流保护动作，切除故障；切除故障；该保护有局限性，在系统内设漏电保护器；该保护有局限性，在系统内设漏电保护器；农村低压电网宜采用这种接地方式农村低压电网宜采用这种接地方式62五、电力系统接地.IT系统特点：系统与大地不直接连接，电气装置的外露可接近导体，通过保护系统与大地不直接连接，电气装置的外露可接近导体，通过保护接地线与接地极连接。接地线与接地极连接。设备漏电设备漏电外壳带电外壳带电中性点不接地中性点不接地漏电流很小漏电流很小可以运行；可以运行；适用于对安全的特殊要求或纯排灌的动力系统；适用于对安全的特殊要求或纯排灌的动力系统；1.1.要求各相对地绝缘良好，正常时各相泄漏电流小于要求各相对地绝缘良好，正常时各相泄漏电流小于30mA30mA；2.2.不得从变压器再引出不得从变压器再引出220V220V单相电源；单相电源；3.3.为防止为防止B B过电压，过电压，B B中性点及各回路终端相线应装过压装置。中性点及各回路终端相线应装过压装置。63欢迎大家指正64