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文档简介

1、电力系统及其自动化技术电力系统及其自动化技术电力系统发展简史电力系统简介电力新技术和发展趋势第1页,共39页。电力系统及其自动化技术一、电力系统发展简史欧美电力发展史1800年物理学家伏特发明第一个化学电池,人们开始获得连续的电流1831年法拉第发现电磁感应原理,制造了最早的发电机法拉第盘1866年西门子制成第一台使用电磁铁的自激式发电机1870年比利时人格拉姆制成了环形电枢自激发电机供工厂电弧灯用电1875年巴黎北火车站建成世界上第一个火电厂,用直流发电供附近照明1879年旧金山建成世界上第一座商业发电厂,两台发电机共22盏电弧灯。同年先后在法国和美国装设了试验性电弧路灯1879年爱迪生发明

2、了白炽灯1881年英国建成了世界上第一座小型水电站1882年爱迪生在纽约建成世界上第一座正规发电厂,装有六台蒸汽直流发电机,共662kW,通过110V地下电缆供电,最大送电距离1英里,供59家用户,1284盏白炽灯,建成了一个简单的电力系统。第2页,共39页。电力系统及其自动化技术电力系统发展简史欧美电力发展史(续)1882年法国人德普勒在慕尼黑博览会上表演了电压为15002000V的直流发电机组经57km线路驱动电动泵1884年英国人制造了第一台汽轮机1885年制成交流发电机和变压器,于1886年3月用以在马萨诸塞州的大巴林顿建立了第一个交流送电系统,电源侧升压至3000V,经1.2km到受

3、端降压至500V,显示了交流输电的优越性1891年德国在劳芬电厂安装了第一台三相100kW交流发电机,通过第一条三相输电线路送电至法兰克福1894年建成尼亚加拉大瀑布水电站。1896年采用三相交流输电送至35km外的布法罗。结束了1880年来交、直流电优越性的争论1903年威斯汀豪斯电气公司装设了第一台5000kW汽轮发电机组,标志着通用汽轮机组的开始。1907年美国人Edward和Harold发明了悬式绝缘子,为提高输电电压开辟了道路第3页,共39页。电力系统及其自动化技术电力系统发展简史欧美电力发展史(续)1916年美国建成第一条90km的132kV线路1922年美国在加州建成第一条220

4、kV线路二战期间德国试验4分裂导线,解决了380kV线路电晕问题,并制成440kV汞弧阀整流器,建成了从Elbe到Berlin的100km地下直流电缆,大大促进了超高压交流输电的发展和直流输电的振兴。战后美国于1955、1960、1963、1970和1973等年份分别制成并投运30、50、100、115和130万千瓦汽轮发电机组1954年瑞典首先建成了380kV线路,采用2分裂导线,距离960km,将北极圈内的Harspranget水电站电力送至瑞典南部。1954年前苏联建成第一座核电站,1973年法国制成120万kW核反应堆1964年美国建成第一条500kV交流输电线路1965年加拿大建成第

5、一条765kV交流输电线路第4页,共39页。电力系统及其自动化技术电力系统发展简史欧美电力发展史(续)1965年前苏联建成第一条400kV的470km直流输电线路,送电75万千瓦1970年美国建成400kV的1330km直流输电线路,送电144万千瓦1989年前苏联建成第一条最高电压1150kV的1900km交流输电线路结论:三相导线中损耗为:减小损耗的最合理的途径就是提高电压。输电技术全部发展史的特征便是不断提高线路电压。第5页,共39页。电力系统及其自动化技术电力系统发展简史中国电力工业发展史 新中国成立前的我国电力工业中国的电力工业始于1882年,至今年已有127年的历史; 新中国成立前

6、,全国发电装机容量仅为184.86万千瓦,年发电量只有43.1亿kWh,分别居当时世界第21位和第25位;输电电压很低,输电电压等级繁多,全国没有形成统一的电压级标准。第6页,共39页。电力系统及其自动化技术电力系统发展简史中国电力发展史(续)1882年英籍商人R.W.Little等人招股筹银5万两,创办上海电气公司,安装1台16马力蒸汽发电机组,装设了15盏弧光灯。1882年7月26日下午7时,电厂开始发电,电能开始在中国应用,几乎与欧美同步,并略早于日本。1888年湖广总督张之洞从国外购进发电机组,供广州总督府照明用电。1890年华侨商人黄秉常等开办广州电灯公司,安装了2台美国产的100马

7、力柴油发电机,供商店和公共场所照明用电。1898年清光绪皇帝宣布变法,京师大学堂创建,设有电学、化学等课程。1903年11月在北京建立京师高等实业学堂,设机械、电气、矿冶、应用化学等四科,1938年改称北京大学工学院。1952年工科并入清华大学电机系,为中国电气事业培养了科技和教育人才。第7页,共39页。电力系统及其自动化技术电力系统发展简史中国电力发展史(续)1912年云南昆明石龙坝水电站建成,装机容量为2240kW,是中国第一座水电站,同年,由昆明耀龙电灯公司建成电压为23kV从石龙坝水电站到昆明的输电线路,线路长32km,是当时中国最高输电电压的输电线路,也是中国第一条万伏级输电电压的输

8、电线路。1916年上海华生电器厂建成,1917年相继建成中国第一台变压器、8kW直流发电机、60A电镀用直流发电机,1926年制成中国第一台150kW交流同步三相发电机。1931年9.18事变后,日本侵占东北三省强行接管东北各地电力设施,在长春成立“满洲电业株式会社”。为疯狂掠夺东北的丰富资源,在东北建设了水丰和丰满水电厂,抚顺、阜新等火电厂,并建设了一定规模的电力系统,共建设了220kV输电线路5条共765km,154kV线路7条共832km,110kV线路4条共340km,还有一些66kV及以下输电线路。至1949年,东北发电装机容量共82.39万kW 。第8页,共39页。电力系统及其自动

9、化技术电力系统发展简史中国电力发展史(续)1949年新中国成立前华北的平(京)津唐地区发电装机共14.66万kW,77kV输电线路共350km,其余为33kV及以下电压输电和配电。1949年新中国成立前华东的三省一市均只有孤立电网,上海最高输电电压为33kV输电线路共137km,江苏最高输电电压为33kV共69.11km,安徽只有淮南输电电压最高,为22kV,浙江杭州当时最高输电电压只有13.2kV 。1949年新中国成立前华中地区的四省全部为孤立电网,全部发电装机容量为7.56万kW,湖北最高为6.6kV,河南为3.3kV及以下电压输电和配电,四川最高电压为33kV,广东为13.2kV,广西

10、为3.3kV,山东为33kV。第9页,共39页。电力系统及其自动化技术电力系统发展简史中国电力发展史(续) 新中国成立后的我国电力工业1949年新中国成立,我国电力工业迅速发展。到1978年,全国电力装机容量已达5712万千瓦,比1949年增长近30倍;年发电量2566亿千瓦时,增长近59倍。1987年,装机容量达1亿千瓦;1995年,装机容量达2亿千瓦;2000年,装机容量达3亿千瓦;2004年,装机容量达4亿多千瓦;2007年,装机容量达7亿多千瓦第10页,共39页。电力系统及其自动化技术第11页,共39页。电力系统及其自动化技术电力系统发展简史中国电力发展史(续)三年恢复时期(19491

11、952年)从1949年到1952年,发电标准煤耗率由1020克千瓦时降低到727克/千瓦时,发电设备年利用小时由2330小时提高到3800小时,线损率由23.35%降低到11.29%。在基本建设战线上,原定两三年内增加发电设备容量32万千瓦,至1953年也超额完成了任务。“一五”计划时期(19531957年)5年内完成装机246.9万千瓦,5年内的平均年增长率,装机容量为18.9%年发电量为21.9%。由于高速度发展的结果,1957年全国发电设备容量达463.50万千瓦,年发电量达193.35亿千瓦时,使中国的年发电量在世界的排名从1949年的第二十五位上升到1957年的第十三位。第12页,共

12、39页。电力系统及其自动化技术电力系统发展简史中国电力发展史(续)“二五”计划时期(19581962年)由于“大跃进”刺激的结果,1958-1960年期间新增火电机组563.02万千瓦,仅1959年就新增324.86万千瓦,涌现出一批进度快、工效高的工程。在电力安装方面,1958年,上海闸北电厂安装第一台6000千瓦汽轮发电机,只用了5天半时间;杨树浦电厂安装1台6000千瓦机只用了4天零21小时;望亭电厂安装两台6000千瓦机组,第一台用了2天零21小时,第二台用了1天零11小时。在水电建设方面,如云南水槽子电站9000千瓦机组安装全部工期38天;广东流溪河电站从第一台1万千瓦机组发电起,5

13、个月时间内就将其余3台共3.2万千瓦机组安装完毕;新安江电站第一台7.25万千瓦机组从1959年10月初正式安装座环,10月底装完蜗壳,12月上旬转子吊入机坑,12月底机组全部安装完毕,整个安装仅用工期3个月。第13页,共39页。电力系统及其自动化技术电力系统发展简史中国电力发展史(续)三年调整时期(19631965年)至1965年末,全国拥有发电设备容量1507.63万千瓦,年发电量676.04亿千瓦时,其中火电为1205.67万千瓦,571.90亿千瓦时,水电为301.96万千瓦,104.14亿千瓦时。主要技术经济指标:发电标准煤耗率477克千瓦时,供电标准煤耗率518克千瓦时,厂用电率6

14、.98%(其中水电0.207%,火电7.48%),线损率7.31%,设备年利用小时4920小时。第14页,共39页。电力系统及其自动化技术电力系统发展简史中国电力发展史(续)“三五”计划时期(1966-1970年)“三五”期间,虽然整个电力工业处在 “文化大革命”动乱之中,但电业职工忠于职守,排除干扰,在后两年中生产与建设都有所恢复。至1970年全国年发电量为1158.62亿千瓦时,5年平均年增长率11.4%。1970年底全国拥有发电设备容量2377万千瓦,5年平均年增长率仅为9.58%。1970年,全国计有33个10万千瓦以上的电网,其中有将近一半电网严重缺电。第15页,共39页。电力系统及

15、其自动化技术电力系统发展简史中国电力发展史(续)“四五”计划时期(1971-1975)至1975年底,全国年发电量为1958.4亿千瓦时年平均增长率11.1%。1975年底,全国共有发电设备空量4340.6万千瓦,5年新增容量为1963.6万千瓦,年平均增长率仍达12.8%。据1975年底统计,全国装机容量在10万千瓦以上的39个电网中,就有24个电网存在着不同程度的供电不足,全国缺电达500万千瓦。 1969年22.5万千瓦机组在刘家峡水电厂投运;1971年15万千瓦机组在丹江口水电厂投运;1972年20万千瓦超高压机组在朝阳电厂投运;1973年30万千瓦机组在刘家峡水电厂投运。 1974年

16、30万千瓦超亚临界烧油机组在望亭电厂投运1975年30万千瓦烧煤机组在姚孟电厂投运;第16页,共39页。电力系统及其自动化技术电力系统发展简史中国电力发展史(续)“五五”计划时期 (1976-1980年)1980年底,全国年发电量达3006.27亿千瓦时,5年平均年增长率8.9%基本上完成了计划的低限指标;至1980年的发电设备容量达6586.91万千瓦,5年净增2246.31万千瓦,平均年增长率8.7%,仍没有完成计划的低限指标;从平均年增长率而言,也是前几个五年计划中最低的。第17页,共39页。电力系统及其自动化技术电力系统发展简史中国电力发展史(续)“六五”计划时期(1981-1985年

17、)至1985年实现年发电量4106.89亿kWh,平均年增长率达6.4%,都超过了原计划指标;至1985年全国发电设备容量达8705.32万kW,5年净增21180.41万kW,平均年增长率5.7%,也都超过了原计划指标。在电网建设方面,至1985年全国容量在100万kW以上的电网有11个,其中华东、东北、华北、华中四大电网拥有的装机容量都已超过1000万kW,11个电网合拥有装机容量7234万kW,占全国的82.3%。生产技术经济指标提高,1985年的发电标准煤耗率达398克/千瓦时,厂用电率为6.42%,年利用小时为5308小时,线路损失率为8.18%。第18页,共39页。电力系统及其自动

18、化技术电力系统发展简史中国电力发展史(续)“七五”计划时期(1986-1990)“七五”计划时期的生产技术指标:1990年末达到;标准煤耗率392克/千瓦时(发电),427克/千瓦(供电),厂用电率6.90% (其中水电0.3%,火电8.22%),发电设备年利用小时5036小时(其中水电3800小时,火电5413小时),线路损失率8.06%。至1900年末,全国拥有500千瓦及以上的电厂6537座,总容量1.2883亿千瓦,其中水电站4336座,3175万千瓦,火电厂2201座,9708万千瓦。 1990年,全社会年用电量6125.96亿千瓦时。第19页,共39页。电力系统及其自动化技术电力系

19、统发展简史中国电力发展史(续)“八五”计划时期(1991-1995年)“八五”期间共投产发电机组7500万千瓦,其中水电1300万千瓦。“八五”期间年均投产1500万千瓦,这在中国电力发展历史上是从来没有过的,装机容量突破了两亿大关。1995年全国发电设备容量达到21722.42万千瓦,全国年发电量达到10039亿千瓦时。“九五”计划时期(1996-2000年)“九五”期间电力科技事业蓬勃发展。初步实施跨大区电网互联工程;开始实施洁净煤发电工程;实施节能节电工程,供电煤耗下降34g/kWh,线损率下降1%。到2000年末,发电装机超过到3亿千瓦,年发电量达到1.4万亿千瓦时 ;第20页,共39

20、页。电力系统及其自动化技术 中国经济高速增长确保存量电力需求有保障,而持续旺盛的制造业投资则奠定了强劲的潜在需求,双方动因使得中国以工业用电为主的电力需求的高速增长态势仍将持续,电力弹性系数持续1.25-1.35左右。 “十五”期间,全国发电装机容量和发电量年均增长率达到10.1%和12.8%,电力弹性系数1.36。2005年全国发电装机容量达5.15亿千瓦。 预计“十一五”期间,随着经济高速发展、电力需求将进一步上升。但是,由于当前中国电力产业由早先“硬短缺-电源短缺,发电能力不足”特征向“软短缺-电网不足,电能输送受限”转变,未来一段时期国家对于电力产业投资将主要集中在电网建设方面,电源扩

21、张的紧迫性大大缓解 截至2010年年底,中国发电总装机容量将为8.18亿千瓦,到2020年,中国发电总装机容量预计达到11.86亿千瓦,中国发电总装机容量将超过美国跃居世界第一位。 第21页,共39页。电力系统及其自动化技术电力系统发展简史中国电力发展史(续)总结:目前基本上进入大电网、大机组、大电厂、高电压输电、高度自动控制的新时代;全国总装机7.9亿kW(2008年),发电量为34268亿kWh (2008年)均居世界第二位;全国人均装机为0.6 kW,人均发电为2580 kWh,相当于世界人均用电量的1/2,相当于发达国家人均用电量的1/6 ;减小损耗的最合理的途径就是提高电压。输电技术

22、全部发展史的特征便是不断提高线路电压 2009年至2010年,全国电力供需总体平衡,部分区域略有富余。但受气候、来水、电煤供应和电网“卡脖子”等不确定性因素影响,可能会出现局部短时电力供应紧张问题.第22页,共39页。电力系统及其自动化技术我国电力系统的现状及展望我国现有发电装机容量在20000MW以上的电力系统11个,其中东北、华北、华东、华中电网装机容量均超过30000MW,华东、华中电网甚至超过40000MW,西北电网的装机容量也达到20000MW。南方电力联营系统连结广东、广西、贵州、云南四省电网,实现了西电东送。其它几个独立省网,如四川、山东、福建等电网和装机容量也超过或接近1000

23、0MW各电网中500KV(包括330KV)主网架逐步形成和壮大。 220KV电网不断完善和扩充,到2000年底220KV以上输电 线路总长达598053km,变电容量达642280MVA。其中500 KV线路(含直流线路)达26837km,变电容量达94470MVA第23页,共39页。电力系统及其自动化技术我国电力系统的现状及展望1990年我国第一条从葛洲坝水电站至上海南桥换流站的 500KV直流输电线路实现双极运行,使华中和华东两 大区电网实现非同期联网。随着500KV网架的形成和加强,网络结构的改善,电力系 统运行的稳定性得到改善。近10年间省及以上电网现代 化的调度自动化系统基本实现了实

24、用化。以数据通信为特征的覆盖全国各主要电网的电力专用通 信网基本形成。第24页,共39页。电力系统及其自动化技术第25页,共39页。电力系统及其自动化技术电力需求展望:现阶段中国 人均占有装机容量0.6kW,发电量2580 kWh现阶段相当于发达国家20世纪60年代水平。2000年美 国人均占有装机容量3.4kW,俄罗斯为1.1kW,日本为 2.2kW要求在21世纪前20年,年均新装机容量应高于30000MW第26页,共39页。电力系统及其自动化技术电源发展建设展望:加速开发西部水电基地:预计2010年西部水电开发率 到达30%,装机达到110000MW,2020年水电开发率达 到45%,装机

25、达到170000MW。加速核电发展:预计2010年核电装机容量达到20000 MW。加速发展再生能源:主要是风能和太阳能发电预计 2010年风电和太阳能装机容量达到10000MW。煤电仍是21世纪初期我国的主要能源形式:预计2010 年煤电装机容量为400000MW,预计2020年煤电装机容 量为600000MW。第27页,共39页。电力系统及其自动化技术电力系统发展展望:以三峡电力系统为中心,推进全国电力系统的形成;2020年将形成除新疆、西藏、台湾之外的全国统一 的大区互联电力系统;与邻国发展跨国互联电力系统已成为发展的基本趋 势,是经济全球化的一种形式。第28页,共39页。电力系统及其自

26、动化技术二、电力系统简介1.电力系统构成 电力系统是由发电厂、输配电系统(电力网络)及负荷组成的统一整体,通常覆盖广阔的地域。发电厂输电线路配电线路变压器变压器用户220kV10kV380V12kV第29页,共39页。电力系统及其自动化技术二、电力系统简介(续)2.主要生产环节电力工业主要生产环节发电利用各种能源资源,生产电能。输电电力的输送变电电压等级的变换配电电能的分配供给用电电能消费电力工业还包括以下环节:规划、勘测设计、施工建设、运行调度、维护改造、安全监察、科研开发、设备制造、教育培训、法规标准、电力营销(电力市场)等等。第30页,共39页。电力系统及其自动化技术二、电力系统简介(续

27、)3.电力网络 电力网络由不同电压等级的电力线路、变压器和相应的配电装置构成。电力网络的功能是输送和分配电能并进行电压变换。电力网可分为输电网和配电网,大型电力网的结构通常以电压等级进行分层;输电网将发电厂的电能通过高压输电线送到负荷中心,其额定电压通常为220750kV,它是电力系统的主干网;配电网将电能通过配电线路送到电能用户,可以分为高压、中压、和低压配电网;高压配电网的电压一般为35KV110kV或更高(220KV);中压配电网的电压一般为10KV20kV;低压配电网的电压一般为380/220V。第31页,共39页。电力系统及其自动化技术二、电力系统简介4.电力系统的功能与作用电力系统

28、是由发电、变电、输电、配电、用电等设备和相应的辅助系统,按规定的技术和经济要求组成的同一系统。一个现代电力系统是由极宽阔的地域内的大量电力设备互联在一起的。发电、变电、输电、配电、用电等设备称为电力主设备,也称为一次设备,由主设备构成的系统称为主系统,也称为一次系统;测量、监视、控制、继电保护、安全自动装置、通信,以及各种自动化系统等用于保证主系统安全、稳定、正常运行的设备称为二次设备,二次设备构成的系统称为辅助系统,也称为二次系统。第32页,共39页。电力系统及其自动化技术二、电力系统简介电力系统的功能与作用电力系统的基本任务是安全、可靠、优质、经济地生产、输送与分配电能,满足国民经济和人民生活需要。为了发挥电力系统的功能和作用,应满足以下基本要求:满足用户需求;安全可靠性要求;经济性要求;环保和生态要求。第33页,共39页。电力系统及其自动化技术5.现代电力系统的特点电力系统技术上的发展是以“大机组、大电网、高电压、高度自动化”为特征来描述;数字化、网络化、信息化、智能化技术日益

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