电力工业科普讲座

1. 电力工业科普讲座 主 讲：苏发高 （二00六年八月）

2. 引 言 电力工业，是我国能源产业的重要组成部分，是国民经济的重要网络性基础产业,在我国 工业化、现代化进程中起着十分重要的作用， 被誉为国民经济的先行官和经济社会发展的晴 雨表。 持续、优质、稳定的电力供应，是我国由 工业化迈向现代化进程的重要保障。

3. 同时，电力也是人类文明和社会进步的象征,与我们的生活息息相关。 生活，因为电力而绚丽……

4. 第一章 电力基础知识 • 什么是电？ • 电力的特性 • 电流的三大效应 • 电力技术与电力工业发展简史 • 电网电压等级 • 输变电原理及高压输电方式 • 电力负荷分级及其供电要求

5. 什么是电？ 电是一种自然现象。18世纪时，西方国家开始探索电的种种现象。 美国科学家富兰克林认为，电是一种没有重量的流体，存在于所有物体中。当物体得到比正常份量多的电就带了正电；若少于正常份量，就带了负电。所谓“放电”，就是正电流向负电的过程。 尽管这个理论并不完全正确，但是正电、负电两种名称被保留下来。1752年，他在一个风筝实验中，证明了空中的闪电与地面上的电是同一回事。 十八世纪，蒲力斯特里与库仑于1785年揭示出静态电荷间的作用力与距离成反平方的定律，奠定了静电的基本定律。 1800年，意大利的伏特制成了第一个电池。 1831年，英国的法拉第利用磁场效应的变化，展示感应电流的产生。 1897年，汤姆生揭示出了原子由带正电的原子核（质子、中子）和核外带负电的电子组成，e=1.6×10-19C， 使物体带电的过程叫“起电”。起电有三种方式：磨擦、接触、感应。 规定：用丝绸磨擦过的玻璃棒所带的电荷——正电荷 用毛皮磨擦过的橡胶棒所带的电荷——负电荷

6. 电力特性 非物质性——看不见、无重力，电力生产只涉能量 转换，不存在物质转变(或转移) 暂态性——变化快，不能大量贮存 连续性——发、供、用电必须同时进行，必须随时 保持平衡 重要性——与国民经济以及日常生活密切相关 网络性——实现电力输送、使用，必须要有特定的 网络(电力网)支持，且需形成闭环回路

7. 电流的三大效应 热 效 应Q热=I2Rt——焦耳定律 （kJ、J） 1J=0.24k 化学效应 导体溶液里有电流时，溶液里发生化学变化的现象。电渡、电解、 电冶金等。 磁 效 应 ①电流感应磁场现象：导体中有电流时，导体周围就会产生感应磁场。(P1，P２) ②电磁力现象:F=BIL (P3) ③电磁感应现象：闭合电路的一部分导体在磁场做切割磁感线运动时，导体中就 会产生电流。e=BLV (P4) ④互感现象：两个线圈放在一起，其中一线圈中的电流发生变化时，另一线圈就 会产生感应电动势 U1/U2=N1/N2 (P5)

8. 电力技术与电力工业发展简史 • 1831 年，法拉第发现电磁感应原理 • 1866 年，维·西门子发明了励磁电机 • 1876 年，贝尔发明了电话 • 1879 年，爱迪生发明了电灯 • 1882 年，爱迪生建成世界上第一座发电厂 • 1881 年，卢西恩·高拉德和约翰·吉布斯取得“供电交流系统”专利 • 1885 年，制成交流发电机和变压器 • 1886 年，建成第一个单相交流送电系统 • 1888 年, 制成交流感应式电动机 • 1891 年，德国劳芬电厂安装了世界第一台三相交流发电机，建 成第一条三相交流送电线路

9. 电力工业生产环节 • 发电——包括火力发电、水力发电、核能和其他能源发电 • 输电——包括交流输电和直流输电 • 变电——低压 高压、直流 交流 • 配电——电力由大电网分配到小电网、用户的过程 • 用电——用电设备的安装、使用和用电负荷的控制，以及将这5 个环节所存在的设备连接起来的电力系统 • 此外，电力工业生产环节，还包括规划、勘测设计和施工等电力基本建设，电力科学技术研究和电力机械设备制造

10. 电网电压等级 • 低压网：1KV以下 • 中压网：1——10KV • 高压网：35——220KV • 超高压网：330——750KV • 特高压网：1000KV以上

11. 输变电原理及高压输电方式 输变电原理 电站(场、厂)→升压(→换流)→高压电网 →(换流→)→降压→配压→不同的用户 高压输电方式 交流输电 直流输电

12. 电力负荷分级及其供电要求 定义： 连接在输变电网络上的用电设备称电力负 荷(或用电负荷)。 单位：MW、kW、W 分级： 一级 二级 三级 供电要求

13. 不同用电负荷曲线图 负荷特性 电网负荷率：电网平均负荷与最大负荷之比。 负荷率=P均/Pmax×100%

14. 季节性日负荷特性曲线图 枯 期 汛 期

15. 第二章 电力生产 一、常规电力（能源） 水电 火电 核电 二、新型电力（能源） 风力发电 太阳能发电 地热发电 潮汐发电

16. 一、常规电力（能源） （一）水电 • 1、定义 把水能转换成电能的工厂，又称水力发电厂或水力发电站（包括抽水蓄能电站\海洋能电站）。 • 2、结构 挡水建筑物 泄水建筑物 排沙设施 发电引水系统 发电系统 其他引水设施、过坝设施等组成。

17. 昆明石龙坝电站 始建时间：始建于1908年 创 建 人：昆明商人王筱斋 站 址：昆明市郊的螳螂川 建站装机：2×240 kW 总 装 机：6000 kW 供 电： 昆明市

18. 中国最大水电站——三峡电站 • 站址——湖北宜昌 • 动工时间—— 1992后12月14日 • 总投资—— 1179亿元 • 设计容量——26×70万千瓦 • 设计年发电量—— 847亿千瓦时 • 首台机组发电时间——2003年7月4日 • 全部完工时间——预计2011年前 • 送电区域——华东、华中、川俞

19. 电能供应（如左图所示） 防洪 三峡工程建成后，可形成库容为393亿立方米的大水库，其中防洪库容为221.5亿立方米，用于调节洪峰、拦蓄洪水，可使长江荆江河段的防洪标准从目前的十年一遇提高到百年一遇。可有效消除江汉平原和洞庭湖区12.5万平方公范围内1500万人口、2300万亩农田,以及大中城市、工矿企业及交通要道的水患威胁。 航运 从根本上改善重庆至宜昌段通航条件，单向年通过能力将从目前的1000万吨增加到5000万吨，运输成本可降低三分之一。 三峡电站经济、社会效益

20. 三峡电站经济、社会效益 • 环境 与火电相比，少燃烧5000万吨原煤，具有巨大的环境效益。每年可少排放1000万吨二氧化碳，100万吨二氧化硫，1万吨一氧化碳，37万吨氮氧化合物，以及大量的废水、废渣；可减轻因有害气体的排放而引起酸雨的危害。

22. 水电介绍（续） • 云南 目前最大——大朝山水电站，装机135万千瓦，是新世纪全国第一个建成投产发电的大型水电项目。 自2001年实现发电以来，大朝山水电站目前已累计发电近200亿度。特别是2003年6后，每年向广东输送电量占全省的35%以上。

23. 水电介绍（续） • 大理 中国电力工业发展较早的地区之一。1945年12月,大理喜洲万花溪水力发电厂(44kW)就已建成投产。 1958年，大理州建成第一个35千伏电压等级的“七五变电站”和第一条朝地田电站至七五变电站35千伏线路。 2005年止，全州已建电站163座,累计装机58.3万kW； 全年累计发电量20亿kW； 2005年，全州用电量 19.5 亿kW。

24. 小湾电站—大理周边最大水电站 • 设计装机 7×60万kW • 总投资 277.32亿元 • 建设周期 2002年——2010年 • 出力 185.4万kW

25. （二）火电 定义——利用煤、石油、天然气等自然界蕴藏量极其丰富的化石燃料发电称为火力发电。 按发电方式，它可分为汽轮机发电、燃气发电和既供电又供热的“热电联产”。汽轮机发电又称蒸汽发电，占世界火力发电总装机的95％以上。

26. 火力发电厂工作原理图

27. 秦 山 核 电 站 • 1kg的铀全部裂变所释放出的裂变能，大约相当于2500T煤或2000T的石油燃烧时所释放出的能量。 • 一座百万千瓦的火力发电站需要350万T标煤，而核能电站只需要30吨的低浓铀原料就可以。 • CHINA ——870万kW 30万kW 浙江海盐 85.3——94.4

28. （二）新型电力（能源） • 1、风力发电 （1）定义——将空气流动的动能转变为电能的生产方式 （2）机组结构：转子（回转叶片等）、升速装置、发电机、控制装置、调速系统以及支撑铁塔等。 （3）全球风电应用情况 2004年末，全球风电装机容量4762万千瓦，风电占0.5％。世界风电装机容量的73％在欧洲，2004年末欧洲风力发电总计装机容量为3476万千瓦。其中德国、西班牙和丹麦三个国家风电机组的装机容量约占欧洲总量的84％。

29. 建在戈壁滩上的风 电 场 CHINA 风能资源丰富，可开 发利用风能2.5亿kW。内 蒙、宁夏、甘肃、新疆等 西北部省区，都是我国风 力资源富集的地区。 已建立了14 个风力 发电场。2003年底，我国 风电装机已达56.74万千 瓦。 我国最大的风电厂— 贺兰山风力发电场，装机 108台，容量9.18万瓦。

30. 2、太阳能发电 太阳能光伏发电 太阳能光伏发电是利用太阳电池组将太阳能直接转换为电能。太阳电池由单晶硅或非晶硅薄膜制成。 将太阳电池排成方阵，其总面积决定所需的功率。 太阳能热发电 太阳能热发电是利用聚光集热器把太阳能聚集起来，将水加热，使产生的蒸汽去驱动汽轮发电机组。 根据热电转换方式的不同，把太阳能电站分为集中型热电太阳能电站和分散型太阳能电站。

31. 太 阳 能 电 厂 塔式太阳能热发电 太阳能光伏发电

32. 3、地热发电 • 定义——用地球内部所具备的热能资源发电的方式 • 分布：滇西腾冲、西藏 • 利用：西藏羊八井电站，装机容量2。5万千瓦，发电量占拉萨电网的40%

33. 4、海洋能发电 海洋能是海流动能、海洋热能、潮汐能和波浪能等 的总称。海洋能用于发电有海流发电、海洋温差发电、 波浪发电和潮汐发电等几种方式。 潮汐发电——把潮汐能转换成电能的水电站。 一般在海湾或河口修筑堤坝建成水库，于涨潮时放海 水入库，利用库水位低于潮位的水位差发电；待潮位下降， 又利用库水位高于潮位的水位差和库内蓄存的水量发电。 法国朗斯(La Rance)潮汐电站,是世界已建成潮汐电 站中规模最大的水电站，其装机容量为24万kW。

34. 第三章 　电力输配 一、输、配电网 二、变电站 1、变压器 2、电压互感器和电流互感器 3、开关设备 4、隔离开关（刀闸） 5、防雷设备 三、送电线路 四、高压直流输电（HVDC） 五、大理州电网发展现状

35. （一）输、配电网 基本概念 1、输电——从发电厂或发电中心向消费电能地区输 送大量电力的主干渠道或不同电网之间互送电力的联络渠 道； 2、配电——消费电能地区内将电力分配至用户的分 配手段，直接为用户服务。 ATT：输电和配电设施都包括变电站、线路等设备。 3、输电网——所有输电设备连接起来组成输电网。 4、配电网——从输电网到用户之间的配电设备组成 的网络，称为配电网。

36. （二）变电站 变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力 的流向和调整电压的电力设施。 1、变压器——起变换电压作用的设备 变压器是变电站的主要设备，分为双绕组变压器、三绕组变压 器和自耦变压器。 变压器按其作用，可分为升压变压器和降压变压器，前者用于 电力系统送端变电站，后者用于受端变电站。 　　　关系： U1/U2=N1/N2 I1 / I2=N2/N1

37. 2、电压互感器和电流互感器 它们的工作原理和变压器相似，都是将高电压（设备 和母线的运行电压）、大电流（即设备和母线的负荷或短 路电流），按规定比例变成测量仪表、继电保护及控制设 备的低电压和小电流。 • 3、开关设备 它包括断路器、隔离开关、负荷开关、高压熔断器， 都是断开和合上电路的设备。 在我国，220kV 以上变电站使用较多的是空气断路器 和六氟化硫断路器。

38. 4、隔离开关（刀闸） 其主要作用是在设备或线路检修时隔离电压，以保 证安全。它不能断开负荷电流和短路电流，应与断路器配 合使用。 在停电时，应先拉断路器，后拉隔离开关；送电时， 应先合隔离开关，后合断路器。如果误操作，将引起设备 损坏和人身伤亡。 负荷开关能在正常运行时断开负荷电流，不断开故障 电流的能力，一般与高压熔断器配合用于10kV及以上电压 且不经常操作的变压器或出线上。

39. 5、防雷设备 变电站的防雷设备，主要有避雷针和避雷器。是为了 防止变电站遭受直接雷击，将雷电对其自身放电，把雷电 流引入大地。在变电站附近的线路上落雷时，雷电波会沿 导线进入变电站，产生过电压。 另外，断路器操作等也会引起过电压。避雷器的作用 是当过电压超过一定限值时，自动对地放电，降低电压， 保护设备，放电后又迅速自动灭弧，保证系统正常运行。 　　目前，使用最多的防雷设备是氧化锌避雷器。

40. （三）送电线路 1、送电线路分类： 电力电缆 架空线路 2、线路的输送容量及输送距离均与电压的关系 3、架空电力线路保护区(导线垂直边线外延距离)

41. （四）高压直流输电（HVDC） 1、HVDC 将三相交流电通过换流站整流变成直流电，然后通过直流输电 线路送往另一个换流站，再逆变成三相交流电的输电方式。 2、HVDC的选择 直流输电线造价低于交流输电线路，但换流站造价却比交流变 电站高得多。 一般认为架空线路超过600～800km，电缆线路超过40～60km， 直流输电较交流输电经济。 3、HVDC的缺点 难于引出分支线路绝，大部分只用于端对端送电。

42. （五）大理州电网发展情况介绍 • 1958年，大理州建成第一个35千伏电压等级的“七五变电站”和第一条35千伏输电线路(朝地田电站至七五变电站)； • 至2005年底，全州已有35kV变电站73座，变电容量415MVA，35kV输电线路106条，1839kM；110kV变电站17座（漾濞、漕建在建）,变电容量795MVA，110kV输电线路42条，1312kM；220KV变电站3座，变电容量630MVA，220kV输电线路10条,762kM； 500kV变电站一座（凤仪吉祥变）,变电容量750MVA。 • 全州已形成“以为500kV为核心、220kV为重点、110kV为支撑、35kV为补充”的输电网络,为大理水电资源的开发和远期电力外送战略的实施提供了有力的保障。

43. 第四章 供用电 一、电能的应用 二、电能质量 三、供电可靠性 四、电力负荷控制 五、DSM——节能节电的新举措 六、节电新技术

44. 一、电能的应用 照明 动力 热能 电化学 电解 电磁感应 二、电能质量 质量标准 频率、电压、电压的不对称性、非正弦性标准 1、频率——整个电力系统统一的运行参数——50Hz。 频偏规定：300 万kW 以上系统，±0.2Hz 300 万kW 以下，±0.5Hz ①频率变化原因 在电力系统内，发电机发出的功率与用电设备及送电设备消耗的功率不平衡，将引起电力系统频率变化。当系统负荷超过或低于发电厂的出力时，系统频率就要降低或升高，发电厂出力的变化同样也将引起系统频率变化。在系统有旋转备用容量（运行备用容量）的情况下，发电厂出力能通过频率调节器较快地适应负荷的变化，因此负荷变化引起的频率偏差值较小。一般运行备用容量要求达到1%～3％。

45. ②低频率运行的危害 系统低频率运行时将产生以下不利的影响：汽轮机低压级叶片将由于振动加大而产生裂纹，甚至发生断落事故； 电厂中所有的交流电动机的转速相应降低，使给水泵、风机、磨煤机等辅助机械的出力相应降低，严重影响火力发电厂的出力，促使频率进一步下降，引起恶性循环，甚至可能造成全厂停电的严重事故；同时，所有用户的交流电动机的转速也要降低，工农业的产量和质量将不同程度地降低； ③防止系统低（高）频率运行的对策 提高日负荷曲线预测精度，使计划开机的发电出力与实际的负荷偏差较少。系统频率下降时，进行低频率减负荷，自动切除部分次要负荷；当频率升高时，快速减少发电机出力，甚至进行高频率切机，使系统频率尽快恢复在额定值附近；大用电客户严格按计划用电，采用差别电价政策，鼓励用户避开高峰用电或少用电。

46. 2、电压 ①电压质量 偏差规定为：①220V／380V，照明允许偏差＋5％～-10％；其他±7％ ②10kV 及以下,允许偏差为±7％ ③特殊35kV、110kV用户，允许偏差为±5％ ②电压偏离额定值的原因 电力通过变压器和线路输送将产生电压降，使受电端电压较送电端电压低一定数值。离电源越近，负荷越小的用户，电压降越小；反之，电压降越大。 ③用电设备低电压运行的危害 ①使电动机的电流过大，线圈温度过高，甚至使电动机拖不动机械或无法起动，进而烧坏电动机；②电灯发暗，日光灯起动困难；③线路损耗增加；④在电网枢纽变电所和受电地区的电压降低到额定电压的70％左右时，将可能发生电压崩溃事故，将导致甩掉大量负荷，造成大面积停电。

47. ④提高电压质量的措施 ①采取无功补偿措施，做到无功分级即各个电压等级、分区平衡，即每个电压等级发出的无功与消耗的无功平衡，每个地区发出的无功与消耗的无功平衡，尽可能减少无功远距离输送。 ②用户装设适当的电容器，使用户的功率因数在0.9以上； ③在负荷密集的地区变电站采用带负荷调压的变压器。 3、电压的不对称性和非正弦性 在现代的用电设备中，出现了换流——整流设备、变频——调速设备、电弧炉、电气机车、电视机等非线性负荷。它们不但引起电压波动，而且造成电压的不对称性和非正弦性。电压的不对称性系指三相电压间的不对称。 出现上述情况，用户配合供电部门，采取技术措施保证电网谐波在允许范围，以廷长电气设备寿命、避免不必要网损。

48. 三、供电可靠性 1、供电的重要指标——供电可靠性 CAIFI＝用户停电总次数／停电用户总数 2、提高供电可靠性的措施 ①合理配置继电保护装置，包括高低压用电设备的熔丝保护。当电气设备发生事故时，用保护装置迅速切断故障，使事故影响限制在最小的范围。 ②采用安全自动装置。 ③提高供电设备的可靠性，首先要选用高度可靠的供电设备，其次要做好供电设备的维护工作，防止各种可能的误操作。 ④提高送电线路和变电站主接线的可靠性。城市、工业地区，以及重要的用户，供电的变电站进线应采用双回线、双电源供电。 ⑤对配(供)电管理系统进行智能管理。计算机监控和信息管理系统不仅能提高供电可靠性，而且具有显著经济效益。

49. 四、电力负荷控制 电力负荷控制不仅是配电自动化的组成部分，而且是负荷管理的技术手段，其目的是采用合理的峰谷差别电价（以普通工业用电为例，高峰时段电价为 元/度，低谷时段电价为 元/度，单位电度电价差别达 %），调动广大用户参加电力系统调峰；利用自动控制技术，由供电公司远方控制用户部分用电设备开关的关断，使用户尽可能避开日高峰时段用电，移到低谷用电，起到系统削峰填谷的作用的技术措施，它不影响用户的工作和生活环境，对供、用电双方都有明显的经济效益。 目前，在我国，电力供应不足，发电厂发出的电力和电量不能完全满足用户的需要。在这种情况下，电力负荷控制除担任调峰功能外，主要是计划用电，即在一定时间内限制用电的技术手段，以避免采用拉闸的办法分区停电，从而影响重要用户或大用户内重要负荷的电力供应，确保电网安全。

50. 五、DSM——节能节电的新举措 定义 DMS是指在政府法规和政策支持下，采取有效的激励和诱导措施，通过电力(能源)服务公司(ESC0)、电力用户等的共同协力，提高终端用电效率和改善用电方式，在完成同样电功能的同时,减少电量消耗和电力需求(减缓装机容量需求压力)，达到节约资源和保护环境，实现社会效益最好、各方受益、最低成本能源服务所进行的用电管理活动。 就技术措施而言，可分成4大类：①节能技术改造，提高用户终端设备效率；②建筑节能设计；③负荷控制技术；④蓄热和蓄冷技术——低谷生产、贮备冷、热能量，高峰时段使用。 与传统的负荷管理不同，DSM 强调用户的积极参与，且使用户承担一定的初投资。