1.3.1电力系统的构成

1.组成

电力系统是由发电厂、电力网和电能用户所组成。它们之间的关系可以用供电系统图来表示。供电系统图是用单线条表示的系统图。从图中可以看出变配电之间的关系，高压进线路数、高压母线分段情况、变电所的容量、低压母线的配电等。

为了提高供电的可靠性和经济性，可以将许多电厂用电网连接起来并联工作。我们将由发电机、配电装置、升压变电所、降压变电所及用户所组成的统一整体称为电力系统。其中配电装置是指用来接受和分配电能的电气装置，包括开关设备、保护电器、测量仪表、连接母线和其他辅助设备。电力系统中由各级电压的输配电线路和变电所组成的部分称为电网。建筑工程供电常用高压是10kV。

2.发电厂

发电站在电力系统中占有核心地位。发电厂中除发电机外，还有原动机部分。按照动力来源不同，可以是水力、火力、核力所驱动的原动机。为了充分利用自然资源，近年来还对太阳能、风能、潮汐、地热等多种能源的开发进行了研究。但火力和水力仍是主要的动力来源。在我国火电厂发电量占全部发电量的83％，其中燃煤70％，燃油25％，其他5％。

水电站总是位于有水的地方，选择建立使用煤或核能燃料的蒸汽机发电厂具有更多的流动性。使用煤做燃料的蒸汽电厂一般处于冲积形成的平原或巨大的山脉附近。核电厂的潜能是非常巨大的，计划一个核电厂标志着一个庞大容量系统设计的开始。核电厂需要大量的电力长距离输送，一个水电厂可能也需要长距离传输电力，因为它们往往处在发电厂和负荷中心距离较远的情况。使用煤或石油的蒸汽机发电厂通常用于供给较短距离的负荷。

3.电厂的种类

水力发电厂：水电站发电的容量和水电站所在地点的上下游水位差和流过水电站水轮机的水量之积成正比。所以具备高水头的地方是建立水电站的好地方。常把水电站设在坝后称为坝后式，也有设在河流末端，是用引水渠把水引来发电，称为引水式水电站。还有兼有两种因素的，称为混合式发电。

我国目前最大的水电站是葛洲坝水电站，总装机容量2725.9MW，最大单机容量300MW。

将建成的长江三峡水电站机组，700MW×26台＝18，200MW。

(1)火力发电厂：我国主要是用煤，在锅炉内燃烧煤粉，用高温高压水蒸汽推动汽轮机发电。其能量转换过程是─燃料的化学能─热能─机械能─电能。现代的火电厂充分综合利用三废(即废汽、废水、废渣)除发电之外，附带供热，通常称之为热电站。

(2)风力发电厂：我国内蒙古等地方常年刮风多，可以风力发电，容量一般较小。

(3)地热发电厂：地下热能开发受地源所限，应用不多。

(4)太阳能发电厂：地球的资源早晚要用完，太阳能是人类未来的主要能源。人造卫星发电站已经在研究之中。

(5)核电站：核电是目前为止人们最有希望取得的永久能源。美国人在1951年在爱达荷州阿尔科的一座生产钚的反应堆上第一次发出了核电。1954年，苏联建立了世界是第一座核电站－奥布灵斯克核电站，电功率5000kW。1975年法国核电站发电量占国内能源供应的70％。截止1994年，世界上已经有32个国家和地区建立了核电站，运行的432套机组总发电量达到21301.3亿kWh，占世界总发电量的18％。

特别应该提到，人们向往已久的可控核聚变反应在1991年有了新的突破。因为核聚变只有在几千万度或近亿度的高温下发生，过去仅在氢弹爆炸时才出现，因而是不可控的。但是核聚变比裂变不仅给出的能量大，而且核燃料为氘及氚，在海水中含量很丰富。人们采用了多路激光会聚的方法提高温度，已经使可控聚变反应出现了。这是个重大的突破。实现最终的可控核聚变成为能源的目标已经在望，那时地球上的能源将会“取之不尽”了。

电网常用电压有：10kV、220kV、500kV电网等。电网按供电的范围可分为区域电网和地方电网。我国大区电网如华北大电网，华东大电网等。

4.电力系统的优点

(1)可以高效率地、合理地利用地球的资源，特别是水力资源，电网可以把电能送到几千公里远，对快速发展工农业生产十分有利。

(2)减少环境污染，发电厂可以设在产煤区，远离城市。原子能发电站自然也设计在安全可靠，不发生大地震的地方。

(3)降低工程造价，即节约投资、降低成本，用电负荷曲线是很不平滑的，大的电网可以起到较好的调剂作用，比分散发电优越得多。

(4)提高供电的可靠性，一处出事故，电网能调剂，大大地提高了承受故障的能力。许多高级建筑(一类负荷)都用两路独立电源供电，以确保供电可靠。当某个用电设备短路时，大电网可视为无限大容量，事故范围有限。

(5)提高供电的质量，如降低电压的波动性，降低供电线路的损耗等。输送的电压越高则电流越小，损耗的电能也就越少。

(6)节约有色金属和各种电气材料。例如使用120mm2截面的导线和标准电杆情况下，10kV电压，输送距离为10kM，输送功率为2000kW。当输35kV，距离为35kM，能输送7000kW。可见电压越高、供电距离越远则输送的电功率越大。当输送的电功率一定时，电压越高则电流越小，导线的截面就越细。

(7)可以比较容易满足高压用户的需要。如常用的10kV电动机，可以采用110kV或220kV的交流高压直接供电，可以减少电压损失。

(8)对于建筑物内使用直流电设备，采用交流电网供电后再整流，也比较容易，比用直流发电机合理。

5.电能特点

电能的产生、传输、变压和电能的消费全过程几乎是在同时进行的。电能的生产全过程中的各个环节都是紧密相联系的，互相影响。因为电能的传输速度为光速，所以发电的一刻和用电的一刻几乎同时进行，而且发电量是随着用电量的变化而变化的。生产和消费始终保持着平衡。

其二是电力系统中的暂态过程的非常短促的，例如开关切换操作、电网短路过程都很快(零点几秒)内完成，所以应该有一套动作十分迅速而又可靠的保护设备，灵敏的监测仪表，还要有自动联动功能。这些只靠人的力量是不行的。

各发电厂和变电所互相联络，建立统一的电力系统有很多优点：可以大大提高供电的可靠性，在发电厂故障时，其所带的负荷可以分配给其他电厂。可以充分利用动力资源和充分发挥各类电厂的作用，如夏季是丰水期，将水利发电厂作为基本电厂，在冬季将水电厂作为峰值负荷电厂，可以减少备用容量。单独运行的电厂必须有备用机组，电厂联网后，只要系统要一定的备用机组就可以了。

构成电力系统的缺点是短路电流增加，继电保护复杂。

6.对电力系统的基本要求

保证完成国家计划发电量和热能供应，满足预期的最大负荷；保证供电的可靠性；保证电能的质量，即供电频率和电压在允许的变动范围内，具体要求是频率波动±0.5Hz，电压波动±5％。保证运行的经济性；保证人员和设备的安全。

电力系统是一个有机的整体，任何一个环节发生改变或故障时，都牵一发而动全身，必须设置统一的调度机构掌握电力系统的合理运行。