电力系统的组成结构分析与优化

教与学目标

1.明晰电力系统含义，能够表达出电力系统组成。

2.掌握系统额定电压和组成元件额定电压概念。

3.了解电力系统中性点及其运行方式。

自从电荷这种物质被发现以来，对于其特性的研究和应用与人类的生产与生活息息相关。由之而产生的电能因具有便于输送、分配、使用、控制等优点，被广泛应用于现代工农业、交通运输、科学技术、国防建设及人民生活中，已成为不可或缺的二次能源。电力工业的发展水平已成为衡量一个国家综合国力和现代化水平的重要标志。(www.xing528.com)

1831年，法拉第发现了电磁感应定律，促进了发电机和电动机的发明，从而开始了电能的生产和使用。当时所采用的是低压直流，主要供给照明用电，供电范围很小。50多年后的1882年，在法国首先实现了电压在1000V以上的直流输电，虽然输送功率只有1.5kW，但传输距离可达到约60km，形成了世界上第一个完整的电力系统，它包含发电、输电和用电。同年，爱迪生在美国纽约建成了世界上第一个中心电站，装有6台蒸汽式直流发电机，通过地下电缆将110V的直流电输送到1英里（约1.6km）外的曼哈顿中心供给59个照明用户用电。随着生产的发展，对传输功率和输电距离提出了更高的要求，特别是为了提高输电效率，需要采用更高的输电电压，以便减少线路流过的电流从而降低线路电阻中的损耗。但对用电设备来说，为了安全又不得不采用较低的电压，而直流输电却不能适应这种要求。于是到了1891年，在制造出三相变压器和三相异步电动机的基础上，德国工程师奥斯卡·冯·密勒首次实现了三相交流输电系统，它由95V、230kVA的水轮发电机，经变压器升压至15200V，传送到178km以外的法兰克福，然后用两台变压器降压至112V，分别供给照明负荷和一台异步电动机驱动75kW的水泵，从而形成了现代电力系统的雏形。从此，三相交流电力系统得到了迅速的发展，而且逐步在同步发电机之间进行并列运行，在输、配电过程中采用多个电压等级，经过100多年的发展，形成电压愈来愈高、容量和规模愈来愈大的区域性、地区性、全国性甚至跨国性的电力系统。据记载，当前，世界电力工业之最主要产生在一些工业发达国家。如世界最大容量的火力发电厂是日本鹿岛电厂，容量440万kW；世界最大的烧煤锅炉蒸发量是4420t/h，装在美国阿摩斯电厂；最高交流电压等级是前苏联哈萨克埃基巴斯图兹火电厂到乌拉尔的1150kV特高压输电线路，全长1300km；最高直流电压等级也是前苏联埃基巴斯图兹至中部±750kV直流线路，全长2400km；世界最大互连电力系统是前苏联统一电力系统，与多个欧亚国家互联，横跨欧亚大陆，东西7000km，南北3000km。

我国电力系统尽管起步晚，但发展的起点高。我国具有丰富的水能资源，可开发利用的水能蕴藏量约为402000MW，居世界首位。我国建设了世界上容量最大的电站三峡水电站（26×700MW）；建成了输送距离最长、输送功率最大的直流输电工程：三峡至上海输电工程输送功率300万kW，线路全长1100km；我国首条750kV超高压输电线路，西北750kV输变电示范工程，首条1000kV超高压输电线路，晋东南经南阳至荆门特高压交流试验示范工程等。到2005年底，我国发电装机总容量为5亿kW时，我国装机容量和发电量均位列世界第二。目前我国的电力工业已经开始进入“大电网”，“大机组”，“超高压交、直流输电”，“电网调度自动化”，“状态检修”等新技术发展的新阶段，一些世界级水平的先进的高新技术，已在我国电力系统中得到了广泛应用，我国电力工业在技术上正迈向世界的前列。

电力系统的出现，使高效、无污染、使用方便、易于调控的电能得到广泛应用，推动了社会生产各个领域的变化，开创了电力时代，发生了第二次技术革命。电力系统的规模和技术水准已成为衡量一个国家经济发展水平的标志之一。

为了有效地实现电力系统的功能，需要在各个环节和不同层次设置相应的信息与控制系统，以便对电能的生产和输送过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，确保用户获得安全、经济、优质的电能。本章主要介绍电力系统的基本概念、基本组成及其相关结构与元件。