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電力系統及其自動化技術

2一、電力系統發展簡史—電力工業簡介能源一次能源常規能源可再生能源：水力非可再生能源：煤、石油、天然氣、核裂變新能源可再生能源：太陽能、風能、生物質能、海洋能、地熱能非可再生能源：核聚變材料二次能源電力、焦炭、煤氣、汽油、煤油、柴油、重油、沼氣、蒸汽、熱水3一次能源：可以直接利用的能源。二次能源：由一種或多種一次能源經過轉換或加工得到的能源產品，二次能源更具優越性,其利用效率高、清潔、方便。電能是一種被極其廣泛地應用的二次能源。電能可以方便地轉換成機械能、光能等其它形式的能量供人們使用。電能已成為工業、農業、交通運輸、國防科技及人民生活等各方面不可缺少的能源。4發電用電輸電變電配電RTURTURTU數據采集和傳輸應用服務器電網調度5電力工業主要生產環節輸電電力的輸送發電利用各種能源資源，生產電能。一、電力系統發展簡史—電力工業簡介變電電壓等級的變換配電電能的分配供給用電電能消費電力工業還包括以下環節：規劃、勘測設計、施工建設、運行調度、維護改造、安全監察、科研開發、設備制造、教育培訓、法規標準、電力營銷（電力市場）等等。為什么電力工業必須優先于其他工業部門的發展？6一、電力系統發展簡史—歐美電力發展史1800年物理學家伏特發明第一個化學電池，人們開始獲得連續的電流1831年法拉第發現電磁感應原理，制造了最早的發電機——法拉第盤1866年西門子制成第一臺使用電磁鐵的自激式發電機1870年比利時人格拉姆制成了環形電樞自激發電機供工廠電弧燈用電1875年巴黎北火車站建成世界上第一個火電廠，用直流發電供附近照明1879年舊金山建成世界上第一座商業發電廠，兩臺發電機共22盞電弧燈。同年先后在法國和美國裝設了試驗性電弧路燈1879年愛迪生發明了白熾燈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發電廠，裝有六臺蒸汽直流發電機，共662kW，通過110V地下電纜供電，最大送電距離1英里，供59家用戶，1284盞白熾燈，建成了一個簡單的電力系統。7一、電力系統發展簡史—歐美電力發展史（續）1882年法國人德普勒在慕尼黑博覽會上表演了電壓為1500～2000V的直流發電機組經57km線路驅動電動泵1884年英國人制造了第一臺汽輪機1885年制成交流發電機和變壓器，于1886年3月用以在馬薩諸塞州的大巴林頓建立了第一個交流送電系統，電源側升壓至3000V，經1.2km到受端降壓至500V，顯示了交流輸電的優越性1891年德國在勞芬電廠安裝了第一臺三相100kW交流發電機，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。結束了1880年來交、直流電優越性的爭論。1903年威斯汀豪斯電氣公司裝設了第一臺5000kW汽輪發電機組，標志著通用汽輪機組的開始。1907年美國人Edward和Harold發明了懸式絕緣子，為提高輸電電壓開辟了道路8一、電力系統發展簡史—歐美電力發展史（續）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線路二戰期間德國試驗4分裂導線，解決了380kV線路電暈問題，并制成440kV汞弧閥整流器，建成了從Elbe到Berlin的100km地下直流電纜，大大促進了超高壓交流輸電的發展和直流輸電的振興。戰后美國于1955、1960、1963、1970和1973等年份分別制成并投運30、50、100、115和130萬千瓦汽輪發電機組1954年瑞典首先建成了380kV線路，采用2分裂導線，距離960km，將北極圈內的Harspranget水電站電力送至瑞典南部。1954年前蘇聯建成第一座核電站，1973年法國制成120萬kW核反應堆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9一、電力系統發展簡史—歐美電力發展史（續）1965年前蘇聯建成第一條±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年前蘇聯建成第一條最高電壓1150kV的1900km交流輸電線路結論：三相導線中損耗為：減小損耗的最合理的途徑就是提高電壓。輸電技術全部發展史的特征便是不斷提高線路電壓。10一、電力系統發展簡史—中國電力發展史（續）1882年英籍商人R.W.Little等人招股籌銀5萬兩，創辦上海電氣公司，安裝1臺16馬力蒸汽發電機組，裝設了15盞弧光燈。1882年7月26日下午7時，電廠開始發電，電能開始在中國應用，幾乎與歐美同步，并略早于日本。1888年湖廣總督張之洞從國外購進發電機組，供廣州總督府照明用電。1890年華僑商人黃秉常等開辦廣州電燈公司，安裝了2臺美國產的100馬力柴油發電機，供商店和公共場所照明用電。1898年清光緒皇帝宣布變法，京師大學堂創建，設有電學、化學等課程。1903年11月在北京建立京師高等實業學堂，設機械、電氣、礦冶、應用化學等四科，1938年改稱北京大學工學院。1952年工科并入清華大學電機系，為中國電氣事業培養了科技和教育人才。11一、電力系統發展簡史—中國電力發展史（續）1912年云南昆明石龍壩水電站建成，裝機容量為2×240kW，是中國第一座水電站，同年，由昆明耀龍電燈公司建成電壓為23kV從石龍壩水電站到昆明的輸電線路，線路長32km，是當時中國最高輸電電壓的輸電線路，也是中國第一條萬伏級輸電電壓的輸電線路。1916年上海華生電器廠建成，1917年相繼建成中國第一臺變壓器、8kW直流發電機、60A電鍍用直流發電機，1926年制成中國第一臺150kW交流同步三相發電機。1931年9.18事變后，日本侵占東北三省強行接管東北各地電力設施，在長春成立“滿洲電業株式會社”。為瘋狂掠奪東北的豐富資源，在東北建設了水豐和豐滿水電廠，撫順、阜新等火電廠，并建設了一定規模的電力系統，共建設了220kV輸電線路5條共765km,154kV線路7條共832km，110kV線路4條共340km，還有一些66kV及以下輸電線路。至1949年,東北發電裝機容量共82.39萬kW。12一、電力系統發展簡史—中國電力發展史（續）1949年新中國成立前華北的平（京）津唐地區發電裝機共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。1949年新中國成立前華東的三省一市均只有孤立電網，上海最高輸電電壓為33kV輸電線路共137km，江蘇最高輸電電壓為33kV共69.11km，安徽只有淮南輸電電壓最高，為22kV，浙江杭州當時最高輸電電壓只有13.2kV。1949年新中國成立前華中地區的四省全部為孤立電網，全部發電裝機容量為7.56萬kW，湖北最高為6.6kV，河南為3.3kV及以下電壓輸電和配電，四川最高電壓為33kV，廣東為13.2kV，廣西為3.3kV，山東為33kV。13一、電力系統發展簡史—中國電力發展史（續）三年恢復時期（1949－1952年）從1949年到1952年，發電標準煤耗率由1020克／千瓦·時降低到727克/千瓦·時，發電設備年利用小時由2330小時提高到3800小時，線損率由23.35%降低到11.29%。在基本建設戰線上，原定兩三年內增加發電設備容量32萬千瓦，至1953年也超額完成了任務。“一五”計劃時期（1953－1957年）5年內完成裝機246.9萬千瓦，5年內的平均年增長率，裝機容量為18.9%年發電量為21.9%。由于高速度發展的結果，1957年全國發電設備容量達463.50萬千瓦，年發電量達193.35億千瓦·時，使中國的年發電量在世界的排名從1949年的第二十五位上升到1957年的第十三位。14一、電力系統發展簡史—中國電力發展史（續）“二五”計劃時期（1958－1962年）由于“大躍進”刺激的結果，1958-1960年期間新增火電機組563.02萬千瓦，僅1959年就新增324.86萬千瓦，涌現出一批進度快、工效高的工程。在安裝方面，1958年，上海閘北電廠安裝第一臺6000千瓦汽輪發電機，只用了5天半時間；楊樹浦電廠安裝1臺6000千瓦機只用了4天零21小時；望亭電廠安裝兩臺6000千瓦機組，第一臺用了2天零21小時，第二臺用了1天零11小時。水電建設方面，如云南水槽子電站9000千瓦機組安裝全部工期38天；廣東流溪河電站從第一臺1萬千瓦機組發電起，5個月時間內就將其余3臺共3.2萬千瓦機組安裝完畢；新安江電站第一臺7.25萬千瓦機組從1959年10月初正式安裝座環，10月底裝完蝸殼，12月上旬轉子吊入機坑，12月底機組全部安裝完畢，整個安裝僅用工期3個月。15一、電力系統發展簡史—中國電力發展史（續）三年調整時期（1963－1965年）至1965年末，全國擁有發電設備容量1507.63萬千瓦，年發電量676.04億千瓦·時，其中火電為1205.67萬千瓦，571.90億千瓦·時，水電為301.96萬千瓦，104.14億千瓦·時。主要技術經濟指標：發電標準煤耗率477克／千瓦·時，供電標準煤耗率518克／千瓦·時，廠用電率6.98%（其中水電0.207%，火電7.48%），線損率7.31%，設備年利用小時4920小時。16一、電力系統發展簡史—中國電力發展史（續）“三五”計劃時期（1966-1970年）“三五”期間，雖然整個電力工業處在“文化大革命”動亂之中，但同于電業職工屬盡職守，排除干擾，在后兩年中生產與建設都有所恢復。至1970年全國年發電量為1158.62億千瓦·時，5年平均年增長率11.4%。1970年底全國擁有發電設備容量2377萬千瓦，5年平均年增長率僅為9.58%。1970年，全國計有33個10萬千瓦以上的電網，其中有將近一半電網嚴重缺電。17一、電力系統發展簡史—中國電力發展史（續）“四五”計劃時期（1971-1975）至1975年底，全國年發電量為1958.4億千瓦·時年平均增長率11.1%。1975年底，全國共有發電設備空量4340.6萬千瓦，5年新增容量為1963.6萬千瓦，年平均增長率仍達12.8%。據1975年底統計，全國裝機容量在10萬千瓦以上的39個電網中，就有24個電網存在著不同程度的供電不足，全國缺電達500萬千瓦。1972年20萬千瓦超高壓機組在朝陽電廠投運；1974年30萬千瓦超亞臨界燒油機組在望亭電廠投運；1975年30萬千瓦燒煤機組在姚孟電廠投運；1971年15萬千瓦機組在丹江口水電廠投運；1969年22.5萬千瓦機組在劉家峽水電廠投運；1973年30萬千瓦機組在劉家峽水電廠投運。

18一、電力系統發展簡史—中國電力發展史（續）“五五”計劃時期

（1976-1980年）1980年底，全國年發電量達3006.27億千瓦·時，5年平均年增長率8.9%基本上完成了計劃的低限指標；至1980年的發電設備容量達6586.91萬千瓦，5年凈增2246.31萬千瓦，平均年增長率8.7%，仍沒有完成計劃的低限指標；從平均年增長率而言，也是前幾個五年計劃中最低的。19一、電力系統發展簡史—中國電力發展史（續）“六五”計劃時期（1981-1985年）至1985年實現年發電量4106.89億kW·h，平均年增長率達6.4%，都超過了原計劃指標；至1985年全國發電設備容量達8705.32萬kW，5年凈增21180.41萬kW，平均年增長率5.7%，也都超過了原計劃指標。在電網建設方面，至1985年全國容量在100萬kW以上的電網有11個，其中華東、東北、華北、華中四大電網擁有的裝機容量都已超過1000萬kW，11個電網合擁有裝機容量7234萬kW，占全國的82.3%。生產技術經濟指標提高，1985年的發電標準煤耗率達398克/千瓦·時，廠用電率為6.42%，年利用小時為5308小時，線路損失率為8.18%。20一、電力系統發展簡史—中國電力發展史（續）“七五”計劃時期（1986-1990）“七五”計劃時期的生產技術指標：1990年末達到；標準煤耗率392克/千瓦·時（發電），427克/千瓦·（供電），廠用電率6.90%（其中水電0.3%，火電8.22%），發電設備年利用小時5036小時（其中水電3800小時，火電5413小時），線路損失率8.06%。至1900年末，全國擁有500千瓦及以上的電廠6537座，總容量1.2883億千瓦，其中水電站4336座，3175萬千瓦，火電廠2201座，9708萬千瓦。1990年，全國年供電量5672.67億千瓦·時，年用電量5271.54億千瓦·時，年售電量4925.91億千瓦·時。全社會年用電量6125.96億千瓦·時。21一、電力系統發展簡史—中國電力發展史（續）“八五”計劃時期（1991-1995年）“八五”期間共投產發電機組7500萬千瓦，其中水電1300萬千瓦。“八五”期間年均投產1500萬千瓦，這在中國電力發展歷史上是從來沒有過的，裝機容量突破了兩億大關。1995年全國發電設備容量達到21722.42萬千瓦，全國年發電量達到10039億千瓦時。“九五”計劃時期（1996-2000年）“九五”期間電力科技事業蓬勃發展。初步實施跨大區電網互聯工程；開始實施潔凈煤發電工程；實施節能節電工程，供電煤耗下降34g/kW·h，線損率下降1%。到2000年末，發電裝機超過到3億千瓦，年發電量達到1.4萬億千瓦時；22新中國成立后的我國電力工業1949年新中國成立，我國電力工業迅速發展。到1978年，全國電力裝機容量已達5712千瓦，比1949年增長近30倍；年發電量2566億千瓦時，增長近59倍。1987年，裝機容量達１億千瓦；1995年，裝機容量達2億千瓦；2000年，裝機容量達3億千瓦；2004年，裝機容量達4億千瓦。23

全國總裝機4億kW（2004年4月)，發電量為18000億kWh（2003年底）均居世界第二位；2007年，全國總裝機達7.13億kW，發電量達到32559億kWh。我國電力工業的能源利用效率同國際先進水平比較，差距較大。24一、電力系統發展簡史—中國電力工業發展史（續）總結：目前基本上進入大電網、大電廠、大機組、高電壓輸電、高度自動控制的新時代；全國總裝機40000萬kW（2004年4月)，發電量為18000億kW·h(2003年底）均居世界第二位；2007年，全國總裝機達7.2億kW,發電量達到32559億kWh。全國人均裝機為0.2523kW，人均發電為1380kW·h，相當于世界人均用電量的1/2，相當于發達國家人均用電量的1/6；我國電力工業的能源利用效率同國際先進水平比較，差距較大。25什么是電力系統？水庫G~M~M~電力網發電廠水輪機發電機變電所升壓變壓器輸電線路變電所降壓變壓器用戶用電設備電力網：電力系統中各種電壓的變電所及輸配電線路組成的統一體。

26電力系統：由發電廠中的電氣部分、各類變電所及輸電、配電線路及各種類型的用電設備組成的統一體，稱為電力系統。具體組成如下：發電廠：生產電能。電力網：變換電壓、傳送電能。由變電所和電力線路組成。配電系統：將系統的電能傳輸給電力用戶。電力用戶：高壓用戶額定電壓在1kV以上，低壓用戶額定電壓在1kV以下。用電設備：消耗電能。

水庫G~M~M~電力網電力系統發電廠水輪機發電機變電所升壓變壓器輸電線路變電所降壓變壓器用戶用電設備27水庫G~M~M~電力網電力系統動力系統發電廠水輪機發電機變電所升壓變壓器輸電線路變電所降壓變壓器用戶用電設備

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。28二、電力系統簡介1、電力系統的功能與作用

電力系統是由發電、變電、輸電、配電、用電等設備和相應的輔助系統，按規定的技術和經濟要求組成的一個同一系統。一個現代電力系統是由極寬闊的地域內的大量電力設備互聯在一起的。——問題：為什么要聯網？區域電網間充裕互聯的優越性：更經濟合理地開發一次能源，優化電能資源配置，實現水電、火電資源的優勢互補。降低互聯的各電網總的高峰用電負荷，提高發電機組的利用率，減少總的裝機容量。檢修和緊急事故備用互助支援、減少備用發電容量。提高電網運行的可靠性和供電質量。安裝高效率、低成本、大容量機組和建設更大容量規模電廠，產生更大規模經濟效益。3000MW2500MW7200MW3000MW9000MW10000MW1800MW2000MWHydroPowerBaseThermalBaseAC2005年全國電網互聯示意圖DC313233發電、變電、輸電、配電、用電等設備稱為電力主設備，也稱為一次設備，由主設備構成的系統稱為主系統，也稱為一次系統；34電力系統一次設備簡介發電機35電力系統一次設備簡介2變壓器36電力系統一次設備簡介3高壓斷路器37電力系統一次設備簡介5負荷開關38電力系統一次設備簡介6母線39電力系統一次設備簡介7絕緣子及電纜40電力系統一次設備簡介7電抗器41電力系統一次設備簡介8電力電容器42電力系統一次設備簡介互感器及避雷器43測量、監視、控制、繼電保護、安全自動裝置、通信，以及各種自動化系統等用于保證主系統安全、穩定、正常運行的設備稱為二次設備，二次設備構成的系統稱為輔助系統，也成為二次系統。44二、電力系統簡介—電力系統的功能與作用電力系統的基本任務是安全、可靠、優質、經濟地生產、輸送與分配電能，滿足國民經濟和人民生活需要。為了發揮電力系統的功能和作用，應滿足以下基本要求：滿足用戶需求；安全可靠性要求；經濟性要求；環保和生態要求。452、現代電力系統的主要特點多種一次能源發電。機組容量增大。高電壓、遠距離和大規模互聯電網輸電。更加重視電能質量問題。自動化水平大大提高。電力工業引入市場化機制。電力工業面臨新的外部環境制約。防范大規模停電帶來災難性后果。46美加電網814大停電事故2003年8月14日，美加電網由于美國俄亥俄州北部地區一條過熱電線下垂到一棵大樹上，引發了一系列連鎖反應，100多座電廠跳閘，損失負荷61.80GW，停電范圍9300多平方英里，涉及美國的8個州和加拿大的2個省，受影響居民5000萬人，直接經濟損失數百億美元，美國的經濟中心紐約停電29個小時。47二、電力系統簡介2、現代電力系統的特點總結電力系統技術上的發展是以“大機組、大電網、高電壓”為特征來描述；數字化、網絡化、信息化、智能化技術日益提高電力系統自動化水平；潔凈煤技術、水電開發、核電的發展越來越得到重視，新能源的開發利用，特別是可再生能源的開發利用也是現代電力技術的發展趨勢；建立健全的電力市場機制是提高效率、降低成本，促進電力資產的合理利用與發展的有效保證。48二、電力系統簡介3、電力資源與負荷我國一次能源蘊藏量較為豐富，煤炭資源總蘊藏量為2.6億萬噸，列世界第2位；水力資源蘊藏量有6.76×108kW，其中可供開發的就有3.7×108kW，居世界首位；其他如石油、核料、風能、太陽能、地熱等能源也較豐富。中國資源的分布（西部為主）、中國能源的結構（水、煤為主）、中國經濟的發展格局（東部領先）決定了中國電網的發展格局：西電東送、南北互供、全國聯網。49二、電力系統簡介—電力資源與負荷

電力系統的負荷按供電可靠性分為三類：一級負荷：對一級負荷中斷供電，將可能造成生命危險、損壞設備、破壞生產過程，使大量產品報廢，給國民經濟造成重大損失，使市鎮生活發生混亂。

1．中斷供電將在政治、經濟上造成較大損失時。例如：主要設備損壞、大量產品報廢、連續生產過程被打亂需較長時間才能恢復、重點企業大量減產等。2．中斷供電將影響重要用電單位的正常工作。例如：交通樞紐、通信樞紐等用電單位中的重要電力負荷，以及中斷供電將造成大型影劇院、大型商場3.人生安全。50二級負荷：對二級負荷停止供電，將造成大量減產，交通停頓，使城鎮居民生活受到影響。較重要的電力負荷，如一般大型工廠企業、科研院校等都屬于二級負荷。三級負荷：不屬于一、二級負荷的其他負荷。51電力系統規劃

電力系統規劃主要指長期規劃和中期規劃。

電力系統長期發展研究是研究15年以上的電力系統發展的規劃。其任務是根據規劃地區的國民經濟和社會國民經濟和社會發展長期規劃、經濟布局和能源資源開發與分布情況，宏觀分析電力市場需求，進行煤、水、電、運和環境等綜合分析，提出電力可持續發展的基本原則和方向，電源的總體規模、基本布局、基本結構，電網主框架，能源多樣化等，必要時提出更高一級電壓的選擇意見、電力設備制造能力開發要求以及電力科學技術方向等。

52電力系統規劃電力系統中期發展規劃研究5～15年內的電力系統發展和建設方案。其任務是根據規劃地區的國民經濟及社會發展目標、電力需求水平及負載特性、電力流向、發電能源資源開發條件、節能分析、環境及社會影響等，提出規劃水平年電源和電網布局、結構和建設項目，宜對建設資金、電價水平、設備、燃料及運輸等進行測算和分析。53二、電力系統簡介4、電力系統構成

電力系統是由發電廠、輸配電系統及負荷組成的統一整體，通常覆蓋廣闊的地域。發電廠輸電線路配電線路變壓器變壓器用戶220kV10kV380V12kV54二、電力系統簡介—電力系統構成水電廠核電廠火電廠工廠電氣鐵路風電地區變電所配電變電所居民區輸電線路居民配電線路110500變電站500kV10kV樞紐變電所110kV電力系統示意圖55二、電力系統簡介—電力系統構成500kV小型燃氣輪機水庫核島鍋爐23kV500kV500kV500kV500kV500kV500kV500kV500kV220kV220kV220kV110kV10kV380V/220V10kV供配電系統區域電力系統電力系統和電力網56二、電力系統簡介5、電力系統設備一次設備是指電力系統中發電、變電、輸電、配電、用電等設備的總稱；包括：發電設備、輸電設備、變電設備、配電設備、用電設備等。二次設備是指電力系統中用來測量、監視、控制、繼電保護、安全自動裝置、通信，以及各種自動化系統等用于保證主系統安全、穩定、正常運行的設備。包括測量儀表、控制裝置、繼電保護及自動裝置、直流電源設備等。57二、電力系統簡介6、交流系統與直流系統直流電是指電的大小相對于時間是恒定的，方向也不改變。交流電是指電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律變化的。電壓時間0-+a.直流電壓時間0-+b.交流58三相降壓變壓器三相升壓變壓器三相發電機三相輸電線路三相電動機簡化三相交流輸電系統示意圖電力系統的發展是從直流開始的，隨著生產的發展要求提高輸電功率和電壓，而直流發電機發電電壓的提高要受制于電暈不能太高，同時由于直流電壓難以變壓而出現直流高壓輸電和用戶低壓之間的難以克服的矛盾。而采用交流輸電可以使用變壓器，從而簡單、可靠、經濟地解決了提高輸電電壓的問題，所以直流輸電逐漸被三相交流輸電代替。59交流系統I直流輸電線路交流系統II換流站I換流站IIId+-+-直流輸電系統示意圖直流輸電系統示意圖為了減少線路輸電損耗，需要不斷提高線路電壓，這樣線路的絕緣就成為輸電發展的制約因素，同時交流輸電中同步發電機并聯運行的穩定性問題也變為一個重要的技術問題。為了徹底解決交流輸電中同步發電機并聯運行的穩定性問題，又引入了高壓直流輸電，概而言之，輸電技術的發展大致經歷了直流輸電——交流輸電——交直流輸電的發展歷程。60直流輸電的發展階段611、汞弧閥換流時期1954年－1977年共有12項汞弧閥工程投運1954年瑞典高特蘭島（汞弧閥）第一次商業運行20MW,100kV,96km海纜。1977年加拿大納爾遜河1期最后一項汞弧閥工程汞弧閥制造技術復雜、價格昂貴、逆弧故障率高、可靠性較低、運行維護不便、污染環境，終被淘汰。622、晶閘管閥換流時期

1972年，從加拿大伊爾河晶閘管閥工程（320MW、80kV，BTB）起，進入了晶閘管閥工程時期。高壓大功率晶閘管器件用于直流輸電換流閥，有效地改善了直流輸電的運行性能和可靠性，促進了直流輸電的發展。隨著微機控制保護、光電傳輸、網絡、水冷、氧化鋅避雷器等先進技術引入直流輸電領域，促使直流輸電技術迅速發展，成為現今交流輸電的有力補充。633、新型半導體換流設備的應用20世紀90年代以后，一種新型氧化物半導體器件－絕緣柵雙極晶體管（IGBT）在工業驅動裝置上得到廣泛應用，并引入了直流輸電領域。1997年，第一個采用IGBT閥組成的電壓源換流器的直流輸電工業性試驗工程（3MW、10kV、10km）在瑞典投運。稱之為柔性（輕型）直流輸電。現已有9個這樣的直流工程投運了。由于目前IGBT單個元件功率小、損耗大，尚不宜大容量直流輸電工程采用。近期研制出的集成門極換相晶閘管（IGCT）、大功率碳化硅器件，可能在直流輸電中會有很好的應用前景。這類器件單個元件功率大、電壓高、損耗小、體積小、可靠性高，且是全控器件，用它們取代普通晶閘管，將有力地推動直流輸電技術的發展。64656667686970東北西藏西北華北南方華中華東臺灣已投運的高壓直流輸電工程葛南天廣三常三廣貴廣1舟山靈寶溗泗三上71東北西藏西北華北南方華中華東臺灣在建的高壓直流輸電工程貴廣2向－上高嶺黑河云廣172二、電力系統簡介7、電力系統的運行電力系統的基本參量：電壓、電流、阻抗（電阻、電抗、容抗）、功率（有功功率、無功功率）、頻率等。三相交流波形電流電壓B相波形C相波形A相波形時間073二、電力系統簡介—電力系統的運行功率電壓電流0時間

交流電路的功率瞬時功率平均功率有功功率無功功率視在功率74二、電力系統簡介—電力系統的運行純電容電路的功率功率電壓電流0時間功率電壓電流0時間純電感電路的功率75二、電力系統簡介—電力系統的運行一個具體的電力系統可以用以下基本參量來描述：總裝機容量：系統中所有發電機組額定有功功率的總和。年發電量：系統中所有發電機組全年所發電能的總和。額定頻率：交流電力系統的額定頻率最高電壓等級：系統中最高電壓等級的電力線路的額定電壓。超高壓輸電電壓（EHV）330kV、500kV高壓輸電電壓（HV）220kV高壓配電電壓（HV）35～110kV中壓配電電壓（MV）1～35kV低壓配電電壓（LV）1kV以下（380/220V）76電力系統的額定電壓1、輸電線路的理想電壓

對應一定的輸電距離和輸送容量，輸電電壓等級越高，電力網的電能損耗越小，電能損耗耗費越少；但隨著電壓的升高，線路的投資費用越高。如下圖所示，圖中C1為年電能損耗費（萬元/年），C2為歸算到運行年的年投資費用（萬元/年），C為輸電線路的年費用。

顯然對應于一定的輸送距離和輸送容量存在一個電壓，在該電壓下運行，輸電線路的經濟性最好，此電壓就是其理想電壓。772、電力系統額定電壓規定原則電壓等級越多，越有利于輸電線路選擇接近理想電壓的額定電壓；但額定電壓等級越多，越不利于電氣設備的規模化生產。電力系統額定電壓就是綜合使用和制造兩方面的要求，經經濟技術比較確定，并由國家頒布實行的。3、電力系統額定電壓

國家規定的電力系統的額定電壓如下表所示。7879808182超高壓輸電電壓（EHV）330kV、500kV高壓輸電電壓（HV）220kV高壓配電電壓（HV）35～110kV中壓配電電壓（MV）1～35kV低壓配電電壓（LV）1kV以下（380/220V）電能質量

84供電系統運行與電能質量的關系

1.電能質量的基本要求為保證電能安全經濟地輸送、分配和使用，理想供電系統的運行應具有如下基本特性：（1）以單一恒定的電網標稱頻（50Hz或60Hz，我國采用50Hz）、規定的若干電壓等級（如配電系統一般為110kV,35kV,10kV,380V/220V）和以正弦函數波形變化的交流電向用戶供電，并且這些運行參數不受用電負荷特性的影響。（2）始終保持三相交流電壓和負荷電流的平衡。用電設備汲取電能應當保證最大傳輸效率，即達到單位功率因數，同時各用電負荷之間互不干擾。（3）電能的供應充足，即向電力用戶的供電不中斷，始終保證電氣設備的正常工作與運轉，并且每時每刻系統中的功率供需都是平衡的。

85

上述理想供電系統的基本特性構成了供電運行對電能質量的基本要求，如果將其概括描述可如右圖所示。868788899091中文名稱：電能質量英文名稱：powerquality定義：關系到供電、用電系統及其設備正常工作(或運行)的電壓、電流的各種指標偏離規定范圍的程度。

92考核電能質量的指標：電能質量是電力系統對用戶供電的規范條件。在一個理想的交流電力系統中，電能是以一恒定的頻率（50Hz或60Hz）和正弦波形，按規定的電壓水平向用戶供電，在三相交流電力系統中各相電壓和電流應該是幅值相等，相位差120°的對稱狀態。

電能質量一般用頻率、電壓、波形、三相電壓和電流的不對稱程度來衡量。

另外電力系統的頻率波動、電壓的波動和閃變，直流輸電的電壓波動。供電的連續性、可靠性等也是考核電能質量的指標。93 電能質量即電力系統中電能的質量。理想的電能應該是完美對稱的正弦波。一些因素會使波形偏離對稱正弦，由此便產生了電能質量問題。一方面我們研究存在哪些影響因素會導致電能質量問題，一方面我們研究這些因素會導致哪些方面的問題，最后，我們要研究如何消除這些因素，從而最大程度上使電能接近正弦波。94定義

電能質量(PowerQuality)，從普遍意義上講是指優質供電，包括電壓質量、電流質量、供電質量和用電質量。其可以定義為：導致用電設備故障或不能正常工作的電壓、電流或頻率的偏差，其內容包括頻率偏差、電壓偏差、電壓波動與閃變、三相不平衡、暫時或瞬態過電壓、波形畸變（諧波）、電壓暫降、中斷、暫升以及供電連續性等。

95電網頻率

我國電力系統的標稱頻率為50Hz，GB／T15945-2008《電能質量電力系統頻率偏差》中規定：電力系統正常運行條件下頻率偏差限值為±0.2Hz，當系統容量較小時，偏差限值可放寬到±0.5Hz，標準中沒有說明系統容量大小的界限。在《全國供用電規則》中規定"供電局供電頻率的允許偏差：電網容量在300萬千瓦及以上者為±0.2HZ；電網容量在300萬千瓦以下者，為±0.5HZ。實際運行中，從全國各大電力系統運行看都保持在不大于±0.1HZ范圍內。

96電壓偏差

GB/T12325-2008《電能質量供電電壓偏差》中規定：35kV及以上供電電壓正、負偏差的絕對值之和不超過標稱電壓的10％；20kV及以下三相供電電壓偏差為標稱電壓的土7％；220V單相供電電壓偏差為標稱電壓的+7％，-10％。

97三相電壓不平衡

GB／T15543-2008《電能質量三相電壓不平衡》中規定：電力系統公共連接點電壓不平衡度限值為：電網正常運行時，負序電壓不平衡度不超過2%，短時不得超過4%；低壓系統零序電壓限值暫不做規定，但各相電壓必須滿足GB/T12325的要求。接于公共連接點的每個用戶引起該點負序電壓不平衡度允許值一般為1.3%，短時不超過2.6%。

9899引起原因：3相輸配電線路的阻抗不相等。相間負載大的且/或不等單相負載分布不平衡的3相負載（錯誤的運行設備）100公用電網諧波

101102圖1－15給出了連續直流式三相換流器的電壓陷波例子。103電壓閃變

104過電壓

指持續時間大于1分鐘，幅值大于標稱值的電壓。典型的過電壓值為1.1~1.2倍標稱值。過電壓主要是由于負載的切除和無功補償電容器組的投入等過程引起，另外，變壓器分接頭的不正確設置也是產生過電壓的原因。105欠電壓

指持續時間大于1分鐘，幅值小于標稱值的電壓。典型的欠電壓值為0.8~0.9倍標稱值。其產生的原因一般是由于負載的投入和無功補償電容器組的切除等過程。另外，變壓器分接頭的錯誤設置也是欠電壓產生的原因。106電壓驟降

是指在工頻下，電壓的有效值短時間內下降。典型的電壓驟降值為0.1~0.9倍標稱值，持續時間為0.5個周期到1分鐘。電壓驟降產生的原因主要有電力系統發生故障，如系統發生接地短路故障；大容量電機的啟動和負載突增也會導致電壓驟降。107108電壓驟升

指在工頻下，電壓的有效值短時間內上升。典型的電壓驟升值為1.1~1.8倍標稱值，持續時間為0.5個周期到1分鐘。電壓驟升產生的原因主要有電力系統發生故障，如系統發生單相接地等故障；大容量電機的停止和負載突降也是電壓驟升的重要原因。109供電中斷

是指在一段時間內，系統的一相或多相電壓低于0.1倍標稱值。瞬時中斷定義為持續時間在0.5個周期到3秒之間的供電中斷，短時中斷的持續時間在3~60秒之間，而持久停電的持續時間大于60秒。110電壓裂痕111振蕩瞬變振蕩瞬變是一種在穩態條件下，電壓、電流的非工頻、有正負極性的突然變化現象。常用頻譜成分、持續時間、和幅值大小來描述其特性。其頻譜分為高、中、低頻。高頻振蕩現象中頻振蕩現象低頻振蕩現象112

圖1-6為背靠背電容器增能引起的幾千赫電流振蕩波形。

113低頻振蕩現象出現在輔助輸配電系統，最常見的是電容器組沖能。電壓振蕩頻率為300~900赫，峰值可達到2.0p.u.。一般其典型值為1.3~1.5p.u.，持續時間在0.5~3周波，具體情況要根據系統的阻尼程度來確定（參見圖1-7）。114

主頻低于300赫的振蕩在配電系統中也時有發生，通常是由鐵磁諧振和變壓器增能引起的，如圖1-8所示。115電能質量主要的分析方法可以分為時域、頻域和基于數學變換的分析方法三種。時域仿真方法在電能質量分析中應用最為廣泛。頻域分析方法主要用于電能質量中諧波問題。基于數學變換的方法主要指傅立葉變換方法、短時傅立葉變換方法、矢量變換方法以及小波變換方法和人工神經網絡分析方法。116電力系統運行狀態電力系統穩態：指系統正常的、相對靜止的運行狀態。發電量與負荷相等所有運行設備的電流、電壓、頻率、波形在允許范圍所有發電機在負荷正常變動和小擾動時保持同步電力系統暫態：指電力系統從一種運行狀態向另一種狀態過渡的過程。特指電力系統非正常的、變化較大以至引起系統從一個穩定運行狀態向另一個穩定運行狀態過渡的變化過程。二者的本質差別在于：電力系統穩態中的運行變量的變化特性與時間無關，描述其特性的是代數方程；電力系統暫態中的運行變量與時間有關，描述其特性的是微分方程。二、電力系統簡介—電力系統分析117電力系統的數學描述二、電力系統簡介—電力系統分析118二、電力系統簡介—電力系統分析電力系統分析是用仿真計算或模擬試驗方法，對電力系統的穩態和受到干擾后的暫態行為進行計算、考查，做出評估，提出改善系統性能的措施；穩態分析，又稱為靜態分析，主要研究電力系統穩態運行方式的性能，包括潮流分析、靜態穩定性分析和功率分析。119電力系統穩態分析電力系統的等值網絡電力系統正常運行狀況的潮流計算電力系統有功功率—頻率、無功功率 —電壓的控制與調整120電力系統潮流計算的概念1、潮流分布

正常運行情況下，電力系統的電壓和功率分布稱為電力系統的潮流分布；2、潮流計算

正常運行情況下，電力系統電壓和功率分布的計算稱為潮流計算；3、潮流計算的目的

為電網規劃設計、電力系統的安全經濟運行、繼電保護裝置的整定計算等提供依據。121潮流計算的目的及內容負荷（P，Q）潮流計算給定發電機（P，V）求解各母線電壓各條線路中的功率及損耗計算目的用于電網規劃—選接線方式、電氣設備、導線截面用于運行指導—確定運行方式、供電方案、調壓措施用于繼電保護—整定、設計122電力系統頻率變化對用戶的影響（1）異步電機轉速：紡織工業、造紙工業（2）異步電機功率下降（3）電子設備的準確度電力系統運行頻率與有功功率平衡的關系

要保持電力系統在某一頻率下運行，就必須保證在該頻率下電力系統的有功率功率平衡；有功不足，頻率下降；有功過剩，頻率升高。123頻率變化原因及分類1、負荷波動分類P1—一類負荷波動周期短；幅值小；由用電設備的投入和退出引起；不可預測。P2—二類負荷波動周期較長，幅值較大；由大容量用電設備的投入和退出引起，不可預測。P3——三類負荷波動周期最長，幅值最大；由生產生活規律和氣象條件變化引起；可以預測。2、電力系統頻率的調整方法：根據負荷變化調整有功電源（發電機）出力。124電力系統電壓與無功功率平衡的關系δФФ系統的無功——電壓靜態特性125電壓水平到底取決于什么？？？UQ11’負荷無功負荷無功—電壓靜態特性（曲線族）系統無功系統無功—電壓靜態特性（曲線族）結論：無功平衡水平決定電壓水平，實現無功功率在額定電壓下的平衡是保證電壓質量的基本條件，即要求無功電源充足。126二、電力系統簡介—電力系統分析電力系統分析是用仿真計算或模擬試驗方法，對電力系統的穩態和受到干擾后的暫態行為進行計算、考查，做出評估，提出改善系統性能的措施；穩態分析，又稱為靜態分析，主要研究電力系統穩態運行方式的性能，包括潮流分析、靜態穩定性分析和諧波分析。電磁暫態分析（故障分析）主要研究電力系統發生故障時的電磁暫態過程，計算故障電流、電壓及其在電網中的分布。機電暫態分析(暫態穩定性分析）主要研究電力系統受到擾動后的機電暫態過程，研究受到大擾動后的暫態穩定。127電力系統暫態電力系統暫態過程可分為三類：128暫態分析的目的掌握暫態過程的本質，充分了解系統的暫態特性，為系統的穩定性評估、控制設備及保護設備的參數整定等提供依據。最終目標是確保電力系統的穩定運行。129引起暫態過程的因素包括：①斷路器操作引起過電壓破壞絕緣。②短路故障：引起比正常電流大得多的短路電流，引起熱效應損壞設備，或使發電機輸入輸出功率不平衡，使機組失去同步。③保護誤動作引起(短路電流引起熱效應)。130短路概念

一切不正常的相與相或相與地之間的連接稱為短路，又叫橫向故障短路類型（short-circuit

fault）

三相短路（5％）兩相短路（10％）

單相接地短路（65％）兩相短路接地（20％）

f（3）

f（1）

f（2）

f（1,1）

不對稱故障131短路原因載流部分相間絕緣或對地絕緣損壞、鳥獸跨接在裸露載流部分、氣象條件惡化（大風、覆冰）引起倒塔、人為事故及其它原因短路后果1.短路點的電弧高溫使設備燒壞2.短路電流的熱效應引起的溫度升高加快絕緣老化，甚至燒壞設備3.短路電流產生的電動力使設備導體變形或損壞4.引起電網中電壓降低，使負荷運行穩定性破壞—電動機停轉5.發電機輸出電磁功率的改變導致轉子轉矩不平衡，可能失去同步6.不對稱短路時出現的零序電流將對鄰近通訊線路形成干擾7.不對稱短路時出現的負序電流將引起旋轉電機轉子的附加發熱132斷線故障斷線故障概念不正常的單相或多相斷線導致的非全相運行狀態，又叫縱向故障斷線類型（openconductorFault）一相斷線兩相斷線斷線原因

1.采用分相斷路器的線路發生單相短路時單相跳閘2.線路一相或兩相導線斷開斷線影響

造成三相不對稱，產生負序和零序分量，而負序和零序分量對電氣設備和通訊有不良影響133發電廠類型水力發電廠徑流式壩后式河床式抽水蓄能…火力發電廠凝汽式熱電廠…三、發電廠核電廠壓水堆重水堆…新能源發電太陽能風力地熱潮汐…2025/4/120:26134火電廠的分類按燃料分燃煤發電廠 煤燃油發電廠 渣油燃氣發電廠 天然氣、煤氣余熱發電廠 工業企業余熱按供出能源分類凝汽式發電廠：只向外供應電能的電廠，效率低， 只有30~40%熱電廠：同時向外供應電能和熱能的電廠，效率較 高，達60~70%2025/4/120:26135火電廠的分類按蒸汽壓力和溫度分水的臨界壓力是227.98×105Pa（225大氣壓），該值以上的壓力稱為超臨界壓力，172.25×105Pa（170～210大氣壓）一般稱為亞臨界壓力。水的壓力越高，水的沸點（也稱飽和溫度）也越高。在臨界壓力下，水加熱到沸點374℃（稱臨界溫度）時，一下子全部變成飽和蒸汽。此時，飽和蒸汽和飽和水的比重相同，兩種狀態沒有任何區別。

2025/4/120:26136火電廠的分類按發電裝機容量的多少分類小容量發電廠： <100MW中容量發電廠： 100—250MW大中容量發電廠： 250—600MW大容量發電廠： 600—1000MW特大容量發電廠： >1000MW137三、發電廠—火力發電廠

火力發電廠是利用煤、油、天然氣、油頁巖等為燃料的發電廠。按照發電方式可分為汽輪機發電、燃氣輪機發電、內燃機發電、燃氣－蒸汽聯合循環發電、供電又供熱的“熱電聯產”的熱電廠。2025/4/120:26138火電廠的電能生產過程火電廠種類雖然很多，但從能量轉換的觀點分析，其生產過程是基本相同的整個生產過程分為三個系統（階段）：燃燒系統：燃料化學能在鍋爐里燃燒中轉變為熱能，加熱鍋爐中的水使之變成蒸汽汽水系統：鍋爐產生的蒸汽進入汽輪機，沖動汽輪機的轉子旋轉，將熱能轉變為機械能電氣系統：由汽輪機轉子旋轉的機械能帶動發電機旋轉，將機械能變為電能電能熱能機械能燃料的化學能2025/4/120:26139蒸汽管道汽輪機儲煤場煙囪輸煤皮帶升壓站鍋爐江河或水庫冷凝器發電機冷卻水︿﹀燃燒系統汽水系統電氣系統四個循環(流程)：煤、風、汽、水（冷卻）2025/4/120:26140火電廠的主要生產系統按照火電廠各部分設備職能的不同，一般可劃分為以下幾個主要組成部分：2025/4/120:26141

燃燒系統的任務:利用煤的燃燒，將水變成蒸汽，把化學能轉化為熱能。

燃燒系統還包括許多子系統，如燃料制備和輸送系統，煙氣系統，通風系統，除灰系統等。2025/4/120:26142圖燃燒系統流程圖1-輸煤皮帶2-媒斗3-磨煤機4-排粉機5-送風機6-空器預熱器7-鍋爐8-除塵器9-引風機10-灰渣泵2025/4/120:261432025/4/120:26144二、汽水系統汽水系統(熱力系統):產生蒸汽推動汽輪機做功，把熱能轉換為機械能。是火電廠動力部分的核心。凝汽式火電廠的汽水系統包括由鍋爐、汽輪機、凝汽器、給水泵等組成的汽水循環系統、冷卻水系統和水處理系統等。對熱力發電廠還包括中間抽氣供應熱用戶的汽水網絡。2025/4/120:26145圖汽水系統流程圖1-鍋爐2-省煤器3-過熱器4-汽輪機5-發電機6-凝汽器7-循環水泵8-凝結水泵9-低壓加熱器10-除氧器11-給水泵12-高壓加熱器13-水處理設備2025/4/120:261462025/4/120:26147汽輪機汽輪機內的能量轉換一定壓力和溫度的蒸汽流經固定不動的噴嘴，并在其中膨脹，蒸汽的壓力、溫度不斷降低，速度不斷增加，使蒸汽的熱能轉化為動能。蒸汽熱能氣流的動能軸的機械能噴嘴動葉2025/4/120:26148汽輪機1軸2葉輪3動葉柵4噴嘴單級沖動式汽輪機工作原理結構立體圖

“級”是汽輪機中最基本的工作單元。在結構上它是由靜葉（噴嘴）和對應的動葉所組成；一列固定的噴嘴和與它配合的動葉片構成了汽輪機的基本作功單元，稱為汽輪機的“級”

2025/4/120:261492025/4/120:26150汽輪機排汽通過粗大的排汽管道送到空冷凝汽器內，軸流風機使空氣流過空冷凝汽器的外表面帶走熱量，使排汽凝結為水。排汽管凝結水軸流風機凝汽裝置2025/4/120:26151汽輪機做完功的蒸汽通過凝汽器變成凝結水過程2025/4/120:26152凝汽裝置2025/4/120:26153

全貌2025/4/120:261542025/4/120:26155給水中溶解氧的主要來源：處于真空下工作的凝汽器、部分低壓加熱器等熱力設備及管道附件不嚴密，漏進空氣。化學補充水帶進除氧裝置2025/4/120:26156給水中溶有氣體帶來的危害：

增大傳熱熱阻，降低傳熱效果。

腐蝕金屬設備、降低其使用壽命。給水除氧的方法：熱力除氧和化學除氧給水除氧的任務：除去水中的不凝結氣體，防止設備腐蝕和傳熱惡化。除氧裝置2025/4/120:261572025/4/120:26158三、電氣系統電氣系統：由汽輪機帶動發電機完成機械能轉化為電能，并且合理地實現發電、輸電、配電、供電和用電。發電機發出的電能大部分由主變壓器升高電壓，經過高壓配電裝置和高壓輸電線路向外供電；其發出電能的一小部分作為本廠自用，稱作廠用電。2025/4/120:26159電氣系統組成：發電機、勵磁裝置、廠用電系統和升壓變電站等

電能生產系統電氣一次系統電氣二次系統電氣系統2025/4/120:261602025/4/120:26161電能生產系統發電機系統

轉子系統：傳遞原動機的軸功率，在轉子繞組中注入直流電流后產生磁場。

定子系統：形成三相繞組，當轉子磁場旋轉時，在定子繞組中感應出電動勢，發出電能。

冷卻系統：連續不斷地排出發電機因各種損耗而產生的熱量，防止發電機溫度超過設計值而影響絕緣壽命和發電機出力，保證發電機安全運行。2025/4/120:26162

發電機本體結構2025/4/120:26163

發電機定子2025/4/120:26164

發電機轉子2025/4/120:26165

發電機定子和轉子裝配（穿轉子）2025/4/120:26166

發電機轉子2025/4/120:26167

發電機定子2025/4/120:26168

定子鐵芯與線2025/4/120:26169。2025/4/120:26170

發電機剖面圖2025/4/120:26171必須加強電機的冷卻,汽輪發電機都采用了冷卻效果較好的氫冷或水冷技術2025/4/120:26172汽輪發電機的冷卻發電機在運行過程中存在著各種損耗，主要是：鐵損（鐵芯中磁場變化所產生的磁滯和渦流損耗）銅損（銅導線中通過電流，在導線電阻上所產生的熱損耗）機械損耗（轉子和風扇旋轉時軸承部分的摩擦所產生的損耗）300MW汽輪發電機，如果效率為98.8％，則其余1.2％的損耗竟有的3600千瓦，這些損耗變為熱量。散熱冷卻就成為限制大容量發電機容量提高的主要因素。改進發電機的冷卻技術，提高冷卻效果，是大容量發電機制造中的一個十分重要的問題。發電機廣泛采用氫冷和水冷技術。2025/4/120:26173氫氣冷卻的特點優點：氫氣的導熱系數比空氣大6.7倍，所以冷卻效果較好；氫氣的密度非常小，只有空氣的1/14，故風阻和摩擦損耗僅為空氣冷卻的1/7左右可避免絕緣材料與氧氣接觸，從而可增加絕緣材料的穩定性。缺點：氫氣泄漏及空氣進入發電機內，造成空氣和氫氣混合易引起爆炸。2025/4/120:26174汽輪發電機電氣系統發電機勵磁系統作用----就是一個小功率的直流發電機，一般都為幾十伏，勵磁電壓一般不變，即使變動也很小，而勵磁電流的大小，由磁場變阻器或自動勵磁調節器調節。它的作用是將發出來的直流電，供發電機轉子磁極饒組勵磁電流以產生磁場。調節勵磁調節發電機的無功功率輸出和發電機端電壓2025/4/120:26175176汽輪機本體177安裝在平圩發電廠的首臺引進型亞臨界參數60萬kW汽輪發電機組178三、發電廠—火力發電廠

179三、發電廠—火力發電廠

180181嘉興發電廠182平圩發電廠區183華能上海石洞口第二發電廠裝有2×60萬kW超臨界壓力汽輪發電機組184ABC185綏中發電廠裝有2×80萬kW超臨界壓力汽輪發電機組，是20世紀末我國單機容量最大的火力發電廠186綏中發電廠裝有2×80萬kW超臨界壓力汽輪發電機組，是20世紀末我國單機容量最大的火力發電廠187上海外高橋發電廠，裝有4×30萬kW發電機組，右側為2×90萬kW超臨界壓力汽輪發電機組。2025/4/120:26188火力發電廠的特點與水電廠和其他類型電廠相比，火電廠有如下特點：

1、布局靈活2、建造投資少，發電設備年利用小時數較高3、發電成本高，運行費用高4、啟動慢，跟蹤負荷需要附加耗用燃料，不宜用于調峰、調頻或事故備用；5、環境污染比較嚴重189火電機組現狀大機組比重小

2000年100MW及以下機組的容量占火電機組容量31.7%火電廠煤耗高2003年供電煤耗率平均為380g/kWh，約比世界先進水平差50g/kWh火電機組品種單一火電機組中95%是常規的燃煤火電機組三、發電廠—火力發電廠

190制約因素石油、天然氣資源量不足一次能源消費以煤炭為主，約占75%，煤電占總發電量的80%以上環境問題大氣煙塵溫室效應酸雨三、發電廠—火力發電廠

191電力工業指標與先進工業國家相比廠用電率：世界主要先進國家的水平是4%，我們去年是5.87%，到“十一五”末要降到4.5%。如果廠用電率每降低一個百分點，按照去年的全部電量計算，可節省標煤925萬噸。如果按“十一五”規劃的要求，將廠用電率降到4.5%的目標，那么，到2010年就可以節約標煤1826萬噸，如果達到國際先進水平，按2010年的電量計算就可以節約標煤2493萬噸。192193專題一：火力發電技術發展趨勢--宋長華193火力發電技術發展趨勢提高超臨界火電機組效率

目前，超臨界機組初溫可達538℃～576℃。隨著冶金技術的發展，耐高溫性能材料的不斷出現，初溫可提高到600℃～700℃。如日本東芝公司1980年著手開發兩臺0型兩段再熱的700MW超超臨界汽輪機，并相繼于1989年和1990年投產，運行穩定，達到提高發電端熱效率5％的預期目標，即發電端效率為41％，同時實現了在140分鐘內啟動的設計要求，且可在帶10％額定負荷運行。在此基礎上，該公司正推進1型（30．99MPa、593／593／593℃）、2型（34．52MPa、650／593／593℃）機組的實用化研究。據推算，超超臨界機組的供電煤耗可降低到279g／kWh。

194專題一：火力發電技術發展趨勢--宋長華194超臨界火電機組概況世界第一臺125MW超臨界機組于1959年4月在美國投運,至今已有近40年的歷史，目前超臨界機組最大單機容量為1300MW，在美國、日本及俄國，超臨界機組占火電容量的50%以上。目前，國際上已經投運了單機在800MW以上火電機組的國家主要有美國、日本、原蘇聯和德國等。我國超臨界機組現已投運或正在安裝的有6

000

MW（有300MW、500MW及600MW機組共14臺），大都是進口設備，最大單機容量為900

MW。目前國內還不具備整套設計和制造超臨界機組的能力。河南華能沁北電廠2×600MW工程作為國產超臨界機組示范電站，主機招標鍋爐由東方鍋爐廠中標，汽輪發電機組由哈爾濱動力集團中標；發電機由上汽發電集團中標；該工程于2004年9月投產。上海外高橋電廠2×900MW機組于2004年5月投產.195專題一：火力發電技術發展趨勢--宋長華195超臨界機組發展世界第一臺，1959年（美國），125MW，31MPa,621/566/566℃。目前單機容量最大（美國）1300MW，26.5MPa,538/538℃，共有六臺，第一臺1969投產。目前參數最高的是（美國西屋公司制造）325MW，34.3MPa,649/566/566℃，二次再熱,1959年投產。歐洲幾大發電集團正合作攻關蒸汽溫度為700℃的燃煤機組.2015達到40MPa/700/720℃196專題一：火力發電技術發展趨勢--宋長華196

超臨界、超超臨界機組的特點

機組熱效率高(與同容量亞臨界火電機組比較，超臨界機組可提高效率2-2.5%，超超臨界機組可提高效率約5%,供電煤耗可降低到279g/Kw.h)，可靠性好，環保指標先進；可復合變壓運行，調峰性能好；（1）在低負荷時效率高；（2）具有良好的啟動性能；（3）具有良好的負荷適應性。蒸汽壓力高，蒸汽比容小，超臨界及超超臨界參數更適于大容量機組。197三、發電廠—水力發電廠

發電站電力網水庫河流大壩進水口發電機水輪機水力發電廠是利用河流、水庫的水位能來發電的電廠。按照取水方式的不同，分為徑流式、壩后式、河床式、抽水蓄能電廠。水力發電的基本原理在天然河流上，修建水工建筑物，集中水頭，通過一定的流量將“載能水”輸送到水輪機中，使水能→旋轉機械能→帶動發電機組發電→輸電線路→用戶199壩式水電站在河道上攔河筑壩建水庫抬高上游水位，集中發電水頭，并利用水庫調節流量生產電能的水電廠，稱為壩式水電站。按照水電站廠房與壩的相對位置的不同，壩式水電站可分為河床式和壩后式兩種基本型式。

壩式水電站其特點有：水頭取決于壩高。 引用流量較大，電站的規模也大，水能利用較充分，綜合利用效益高。投資大，工期長。適用：河道坡降較緩，流量較大，并有筑壩建庫的條件。1．河床式電站1．河床式電站特點：一般修建在河道中下游河道縱坡平緩的河段上，為避免大量淹沒，建低壩或閘。適用水頭：大中型：25米以下，小型：8~10米以下。廠房和擋水壩并排建在河床中，共同擋水，故廠房也有抗滑穩定問題；廠房高度取決于水頭的高低。引用流量大、水頭低。注：廠房本身起擋水作用是河床式水電站的主要特征。葛州壩水電站河床廠房富春江河床式電站2.壩后式水電站2.壩后式水電站特點：當水頭較大時，廠房本身抵抗不了水的推力，將廠房移到壩后，由大壩擋水。壩后式水電站一般修建在河流的中上游。庫容較大，調節性能好。壩后廠房萬家寨壩后式水電站三峽水電站引水式水電站用引水道集中水頭的電站稱為引水式水電站特點：水頭相對較高，目前最大水頭已達2000米以上。引用流量較小，沒有水庫調節徑流，水量利用率較低，綜合利用價值較差。電站庫容很小，基本無水庫淹沒損失，工程量較小，單位造價較低。適用條件：適合河道坡降較陡，流量較小的山區性河段。引水式水電站一般修建于：河道有彎道；兩條相近河流有較大水位差；有急灘或瀑布處。類型無壓引水式(freeflow)：引水道是無壓的有壓引水式(pressureflow)：引水道是有壓的1.無壓引水電站引水建筑物是無壓的:渠道或無壓隧洞主要建筑物：低壩，進水口，沉沙池，引水渠(洞)，日調節池，壓力前池，壓力水管，廠房，尾水渠。1.無壓引水電站

2.有壓引水式電站引水建筑物是有壓的：壓力隧洞(pressuretunnel)主要建筑物：低壩，有壓隧洞，調壓室，壓力水管，廠房，尾水渠。

2.有壓引水式電站215三、發電廠—水力發電廠

美國大古力水電廠216烏江渡水電廠217葛洲壩水電廠218葛洲壩水電廠219魯

布

革

水

電

廠220建設中的龍羊峽水電廠221建設中的三峽水電廠222三峽水電廠223三峽水電站效果圖長江三峽水電站壩長2309m，壩高185m，水頭175m，總庫容393億立方米，總裝機容量18.2GW（26×700MW），年發電量86.5TW·h；庫區淹沒耕地36萬畝，淹沒城鎮129座，安置遷移人口113萬；電站于93年起步，首批機組于2003年10月發電，以后每年投產4臺機組（280MW），2009年全部機組建成投產。三峽電站發出的強大電力將送往華中、華東地區和廣東省。電站將引出15條超高壓交流輸電線路，其中3條線路通過換流站將交流電轉換成直流電后，再通過500kＶ直流輸電線路，2條送往華東、1條送往廣東。224三期導流圖三峽大壩模型三峽大壩由多個功能模塊組成，從左至右（面向下游）依次為永久船閘、升船機、泄沙通道（臨時船閘）、左岸大壩及電站、泄洪壩段、右岸大壩及電站、山體地下電站等。升船機的最大提升高度為113米，供3000噸以下船只通過大壩，用時約40分鐘；永久船閘是雙線五級船閘，供3000噸以上船只從這里翻過大壩，用時約3.5小時。225三峽工程綜合效益防洪：三峽水庫正常蓄水位175米，總庫容393億立方米，防洪庫容221.5億立方米，能有效地控制長江上游洪水，保護長江中下游荊江地區1500萬人口、2300萬畝土地，是世界上防洪效益最為顯著水利工程。發電：三峽水電站裝機總容量為1820萬kW，年均發電量847億kW·h。以直線距離1000公里為半徑，全國除遼寧、吉林、黑龍江、新疆、西藏、海南、臺灣7省區外，其余地區的主要城市和工業基地都在這個范圍內。航運：它將改善航運里程660公里，使重慶至宜昌航道通行的船隊噸位由現在的3000噸級提高至萬噸級，年單向通過能力由1000萬噸提高到5000萬噸。226三峽雙線五級船閘

三峽船閘全長6.4公里，可通過萬噸級船隊，單向年通過能力5000萬噸。船閘主體段閘首和閘室分南北兩線，每線船閘主體段由6個閘首和5個閘室組成，每個閘室長280米、寬34米。而船閘人字門是名副其實的“天下第一門”，單扇門寬20.2米，高38.5米，厚度3米，面積有兩個籃球場那么大，重達850多噸。227三峽水輪機組轉子主軸運往三峽工地2281780噸的三峽左岸電站4號機組轉子順利吊裝就位

229230231三、發電廠—水力發電廠

抽水蓄能水電廠既可蓄水又可發電。水輪機葉片模型(從化抽水蓄能電廠)抽水蓄能電站是以水體為儲能介質，起調節作用。主要解決電力系統的調峰問題；建筑物組成包括：上下兩個水庫，用引水建筑物相連，蓄能電站廠房建在下水庫處，采