【引导问题】
◆电力系统、电力网、动力系统有何区别？
电能具有输送方便、控制灵活、转换容易、利用率高、清洁经济、便于自动化等诸多优点，是厂矿企业最主要的动力和社会生活不可缺少的能源。
电能从生产到供给用户使用，一般要经过发电、变电、输电、配电和用电几个环节。由发电机、输配电线路、变配电所以及各种用户连接起来所构成的整体，被称为电力系统。
电力系统加上发电机的原动机（如汽轮机、水轮机）、原动机的力能部分（如热力锅炉、水库、核反应堆）、供热和用热设备，则称为动力系统。
在电力系统中，由各种不同电压等级的电力线路和变配电所构成的网络，称为电力网，简称电网。
图1-1为简单动力系统、电力系统与电力网的示意图。
图1-1 动力系统、电力系统与电力网的示意图
二、发电厂、变电站及电网的类型和作用
【引导问题】
◆有哪些类型的发电厂？
◆有哪些类型的变电站？
◆用电负荷如何分类？
（一）发电厂的类型和作用
生产电能的工厂称为发电厂。电能是经过人为加工取得的二次能源，将自然能转变为电能的过程称为发电。自然能也称为一次能源，世界各国主要用于发电的一次能源有石油、煤炭、天然气、水力及原子能等。应用这些能源发电的电厂分别称为火电厂、水电厂及原子能电厂（或称核电厂）。此外，还有太阳能发电厂、风力发电厂、潮汐发电厂、地热发电厂等。
1.火力发电厂
火力发电厂是将燃料的化学能转换成电能的工厂，常见的燃料有煤炭、石油、天然气。我国电力生产以煤炭为主。
火力发电厂中的原动机大多为汽轮机，现在柴油机和燃气轮机也得到了应用。火力发电厂可以分为以下几种类型。
（1）凝汽式火力发电厂。
凝汽式火力发电厂通常称为火电厂。燃料在炉膛内燃烧发出热量，将锅炉内的水加热成高温高压蒸气，驱动汽轮机带动发电机高速旋转发出电能。我国目前电力生产大部分是靠火电厂。
（2）供热式火力发电厂。
供热式火力发电厂通常称热电厂。热电厂在发电的同时，将一部分做过功的蒸汽从汽轮机抽出用管道输给附近的热用户。因此，热电厂一般建在热用户附近。与普通火电厂相比，热电厂可减少热量损失，热能利用率可提高到60%～70%。
2.水力发电厂
水力发电厂通常称水电厂。将水的位能和动能转换成电能的工厂。水电厂中的原动机是水轮机，水流冲击水轮机旋转，带动发电机发电。
水电厂一般只能建在远离负荷中心的江河峡谷，其建设周期长，投资也较大。但它不需燃料，发电成本低（仅为火电厂的1/4～1/3），能量转换效率高，又没有污染，开、停机都十分灵活方便，特别适于担任系统的调频调峰及事故备用。
按照对水能的开发形式可分为堤坝式水电厂和引水式水电厂。
（1）堤坝式水电厂。
在河流上适当位置上修建水坝，将水积蓄起来，形成水库以抬高上游水位。利用坝的上、下游水位较大的落差，引水发电，这种发电方式称为堤坝式。堤坝式水电厂可分为坝后式和河床式两种。坝后式水电厂厂房建在大坝后面，不承受水的压力，全部水头由坝体承受，水库的水由压力水管引入厂房，转动水轮发电机组发电，一般适用于高、中水头的水电厂，如图1-2所示。河床式水电厂的厂房与大坝联合成一体，厂房是大坝的一个组成部分，要承受水的压力，水头一般在20～30m以下，适用于中、低水头的水电厂，如图1- 3所示。
图1-2 坝后式水电厂
1—坝；2—压力钢管；3—厂房
图1-3 河床式水电厂
1—进水口；2—厂房；3—溢流坝
（2）引水径流式水电厂。
它是利用有较高水位落差的急流江河建站，没有形成水库，而是采用引水管道集中水头直接将水引入水轮发电机，如图1-4所示。这种水电厂只能按天然江河的水流量及水头落差来发电，故受季节的影响较大，如长江中游的葛洲坝水电厂就属于引水径流式水电厂。
（3）抽水蓄能水电厂。
抽水蓄能水电厂是一种特殊形式的水力发电厂。由高落差的上下水库和抽水蓄能电厂机组构成，如图1-5所示。抽水蓄能水电厂可以实现对电能的调节。当系统处于低负荷运行时，电厂利用系统富余的有功功率将下水库的水抽到上水库中储存能量，此时机组按电动机-水泵方式工作；当系统处于高负荷、电力不足时，上水库放水释放能量发电，以满足调峰的需要，此时机组按水轮机-发电机的方式工作。抽水蓄能水电厂还可以具有调频、调相、作系统的备用容量和生产季节性电能等多种用途，一般可与发电出力较稳定的核电厂配合设置。
图1-4 引水径流式水电厂
1—堰；2—引水渠；3—压力水管；4—厂房
图1-5 抽水蓄能水电厂
1—压力水管；2—厂房；3—坝(www.xing528.com)
3.核能发电厂
核电机组与普通火力发电机组中的汽轮机、发电机部分基本相同，不同的是以核反应堆和蒸汽发生器代替了锅炉设备。利用原子核裂变产生的高热将水加热为水蒸气驱动汽轮发电机发电。
核电厂造价较高，但用于燃料的费用低，每年消耗的核燃料可能仅几吨，而相同容量的燃煤发电厂却要消耗几百万吨煤（1kg铀235约折合2860t标准煤）。
4.新能源发电厂
利用风力、地热、太阳能、潮汐和海洋能发电的发电厂也在研究和发展中，一般容量都不大。但新能源的利用是一项重要的战略性课题，在未来的社会发展中会起到重要的作用。近来，风力和太阳能发电已受到国家的格外重视和鼓励。
（1）风力发电厂。
风力发电厂是利用风力推动风车，风车带动发电机旋转来发电。由于受自然条件的影响较大，运行不稳定，功率也不稳定，如图1-6所示。
图1-6 风力发电示意图
（2）太阳能发电厂。
太阳能发电主要有太阳光和太阳热两种发电方式。太阳光发电是利用单晶硅或者多晶硅等太阳光电池将太阳光直接转换成电能；太阳热发电是利用太阳辐射转换成热能，再转换成机械能发电。
（二）电力网的类型和作用
电力网是连接发电厂和用户的中间环节。一般分成输电网和配电网两部分。
输电网一般是由220k V及以上电压等级的输电线路和与之相连的变电站组成，是电力系统的主干部分。它的作用是将电能输送到距离较远的各地区配电网或直接送给大型工厂企业。目前，我国的几大电网已经初步建成了以500k V超高压输电线路为骨干的主架网。
配电网是由110k V及以下电压等级的配电线路和配电变压器组成，其作用是将电能分配到各类用户。
（三）变（配）电站的类型和作用
在输送与分配电能的过程中，电流在导线中产生电压降、功率损耗和电能损耗。减少电压降可以提高电能质量；减少功率损耗可以提高设备利用率；减少电能损耗可以提高供电的经济性。在线路输送功率不变的情况下，提高电压才能减少电压降落、功率损耗和电能损耗。因此，各国都在不断提高输电线路的电压，大力发展超高压远距离输电。将电能用高电压的输电线路送到负荷中心的变电站，然后经过降压、分配和控制，再用配电线路输送给用户。电压的升高和降低是通过变压器完成的，安装变压器及其测量、保护与控制的地方成为变（配）电站。
变（配）电站是汇集电源、升降电压、分配电能的枢纽。变电站的各种类型及作用见表1- 2。
表1-2 变电站的类型和作用
（四）电力线路的类型和作用
现在世界上许多国家都将大型火电厂建设在煤炭、石油等能源的产地，以节约燃料运输费用；水电厂则建设在江河水流落差较大的河段。而用电负荷中心一般集中在大城市、工业中心、矿山、农业发达地区及交通枢纽等。因此，发电厂和用电负荷中心之间，往往相距几十、几百甚至数千公里，这就需要用电力线路作为输送电能的通道。通常，将发电厂的电能送到负荷中心的线路叫做输电线路；将负荷中心的电能送到各用户的电力线路叫做配电线路。
（五）用户与电力负荷分级
使用电能的单位称为用户。工业、交通、农牧业、国防、科研、商业和人民生活都离不开电能，这些都是电力系统用户。
电力用户从电力系统中取得的用电功率，称为用户的用电负荷。
按用户用电负荷的重要程度，一般将负荷分为三级。
1.一级负荷
如果用户供电突然中断，将会导致人身伤亡或重大设备损坏等严重事故，以及国民经济的关键企业的大量减产，造成巨大的损失或政治影响，这样的负荷称为一级负荷。如炼钢厂、矿井用电等。
2.二级负荷
停电后将引起某些生产设备的损坏、部分产品报废或大量减产、城市秩序混乱的，属于二级负荷。如纺织厂、造纸厂等许多企业和城市公用事业用电等。
3.三级负荷
凡不属于一级、二级负荷的，都列为三级负荷。如附属车间和居民用电等。
对于一级负荷，应有两个以上的独立电源供电。任一电源故障时，都不致中断供电。有时还有备用的柴油发电机组。对于二级负荷，一般也应尽量由不同的变压器或两个母线段上取得两路电源。对于三级负荷，则一般以单回路供电。
三、电力系统运行的基本要求
【引导问题】
◆系统运行可靠性破坏有何后果？
◆衡量电能质量的标准有哪些？
◆衡量电力系统运行的经济指标有哪些？
为了保证为用户提供电能，电力系统的运行必须满足下列基本要求。
1.保证对用户供电的可靠性
在任何情况下都应该尽可能地保证电力系统运行的可靠性。系统运行可靠性的破坏，将引起系统设备损坏或供电中断，以致造成国民经济各部门生产停顿和人民生活秩序的破坏，甚至发生设备和人身事故。
电力用户，对供电可靠性的要求并不一样，即使一个企业中各个部门或车间，对供电持续性的要求也有所差别。根据对供电持续性的要求，可把用户分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三级加以区别对待，以保证其相应的供电可靠性。
2.保证电能的良好质量
即要求供电电压（或电流）的波形为较严格的正弦波，保证系统中的频率和电压在一定允许变动的范围以内。我国对用户供电电压的允许变化范围：10～35k V及以上电压供电的用户和对电压质量有特殊要求的低压用户电压允许偏移为±5%，频率允许偏移为±0.5Hz。
3.保证运行的最大经济性
电力系统运行有三个主要经济指标，即每生产1kWh电的能源消耗（煤耗率、油耗率、水耗率等），每生产1kWh电的自用电（自用电率），以及每供配1kWh电在电力网中的电能损耗（线损率）。提高运行经济性，就是在生产和供配某一定数量的电能时，使上述三个指标达到最小。为了实现电力系统的经济运行，必须对整个系统实施最佳经济调度。
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