1簡介
當今是互聯(lián)網(wǎng)的時代,我們?nèi)匀粚﹄娏τ兄掷m(xù)增長的需求,因為我們發(fā)明了電腦、家電等更多使用電力的產(chǎn)品。不可否認新技術的不斷出現(xiàn)使得電力成為人們的必需品。
產(chǎn)生的方式主要有:火力發(fā)電(煤等可燃燒物)、太陽能發(fā)電、大容量風力發(fā)電技術、核能發(fā)電、氫能發(fā)電、水利發(fā)電等,21世紀能源科學將為人類文明再創(chuàng)輝煌。燃料電池燃料電池是將氫、天然氣、煤氣、甲醇、肼等燃料的化學能直接轉(zhuǎn)換成電能的一類化學電源。生物質(zhì)能的高效和清潔利用技術生物質(zhì)能是以生物質(zhì)為載體的能量。
2010三季度水電利潤大幅度增長。由于2010年三季度來水好于往年,水電發(fā)電量也明顯增加,2010年6-8月水電利潤總額206億,同比增長96%。隨著國家對水電開發(fā)正面態(tài)度的明朗,我們預計國家對水電開發(fā)的支持政策將逐步出臺,水電企業(yè)投資價值也將逐步明晰。
電網(wǎng)、水、火電利潤增速差異顯著。國家統(tǒng)計局于公布了2010年1-8月工業(yè)企業(yè)利潤數(shù)據(jù),電力生產(chǎn)與供應業(yè)整體實現(xiàn)利潤總額936.1億,同比增長119%;細分行業(yè)來看,火電利潤總額為220.0億,同比增長-17.8%;水電利潤總額248.4億,同比增長45.9%;電力供應利潤總額380.0億,同比增長655%。從環(huán)比數(shù)據(jù)看,2010年6-8月,電力生產(chǎn)與供應業(yè)整體實現(xiàn)利潤總額462億,環(huán)比增長37%;細分行業(yè)看,火電6-8月利潤總額50.5億,環(huán)比下降56%;水電6-8月利潤總額206.4億,環(huán)比增長307%;電力供應6-8月利潤總額168.1億,環(huán)比增長28%。電力供應業(yè)利潤增速的大幅度提高主要由于09年四季度銷售電價的調(diào)整以及銷售電量逐季增加所導致。從下游主要耗電行業(yè)來看,除鋼鐵外,化工、建材、有色行業(yè)利潤總額均顯著超過07-08年的同期水平,特別是建材。從環(huán)比數(shù)據(jù)看,除建材行業(yè)外,其他高耗電行業(yè)利潤總額環(huán)比有所下滑。
2010三季度水電利潤大幅度增長。由于2010年三季度來水好于往年,水電發(fā)電量也明顯增加,2010年6-8月水電利潤總額206億,同比增長96%。隨著國家對水電開發(fā)正面態(tài)度的明朗,我們預計國家對水電開發(fā)的支持政策將逐步出臺,水電企業(yè)投資價值也將逐步明晰。
2優(yōu)點
1、火力發(fā)電:燃料容易獲取,熱機效率高,調(diào)峰較易實現(xiàn),建設成本低,容易與冶金、化工、水泥等高能耗工業(yè)形成共生產(chǎn)業(yè)鏈。
2、核能發(fā)電:基本不受自然資源產(chǎn)地限制,運行成本低,無溫室氣體排放。
3、水力發(fā)電:幾乎完全無污染,運營成本低,便于調(diào)峰,可再生,有航運、水利等邊際效益。
4、風力發(fā)電:無環(huán)境污染,運行成本低,可再生。
5、太陽能光伏發(fā)電:運行無污染,可再生,設備小型化,適合非集中供電。
3弊端
火力發(fā)電
煙氣污染:煤炭直接燃燒排放的SO2、NOx等酸性氣體不斷增長,使我國很多地區(qū)酸雨量增加。全國每年產(chǎn)生140萬噸SO2。
粉塵污染:對電站附近環(huán)境造成粉煤灰污染,對人們的生活及植物的生長造成不良影響。全國每年產(chǎn)生1500萬噸煙塵。
資源消耗:發(fā)電的汽輪機通常選用水作為冷卻介質(zhì),一座100萬千瓦火力發(fā)電廠每日的耗水量約為十萬噸。全國每年消耗5000萬噸標準。
水力發(fā)電
水力發(fā)電要淹沒大量土地,有可能導致生態(tài)環(huán)境破壞,而且大型水庫一旦塌崩,后果將不堪設想。另外,一個國家的水力資源也是有限的,而且還要受季節(jié)的影響。
風力發(fā)電
噪聲,視覺污染。占用大片土地及林地,對植被破壞大。不穩(wěn)定,不可控。成本仍然很高。
核能發(fā)電
要用反應堆產(chǎn)生核能,需要解決以下10個問題:
為核裂變鏈式反應提供必要的條件,使之得以進行。
鏈式反應必須能由人通過一定裝置進行控制。失去控制的裂變能不僅不能用于發(fā)電,還會釀成災害。
裂變反應產(chǎn)生的能量要能從反應堆中安全取出。
裂變反應中產(chǎn)生的中子和放射性物質(zhì)對人體危害很大,必須設法避免它們對核電站工作人員和附近居民的傷害。
核能電廠會產(chǎn)生高低階放射性廢料,或者是使用過之核燃料,雖然所占體積不大,但因具有放射線,故必須慎重處理,且需面對相當大的政治困擾。
核能發(fā)電廠熱效率較低,因而比一般化石燃料電廠排放更多廢熱到環(huán)境里,故核能電廠的熱污染較嚴重。
核能電廠投資成本太大,電力公司的財務風險較高。
核能電廠較不適宜做尖峰、離峰之隨載運轉(zhuǎn)。
興建核電廠較易引發(fā)政治歧見紛爭。
核電廠的反應器內(nèi)有大量的放射性物質(zhì),如果在事故中釋放到外界環(huán)境,會對生態(tài)及民眾造成傷害。
核電在正常情況下固然是干凈的,但萬一發(fā)生核泄漏,后果同樣是可怕的。前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站事故,已使900萬人受到了不同程度的損害,而且這一影響并未終止。
4輸送
傳輸
電能的傳輸,它和變電、配電、用電一起,構成電力系統(tǒng)的整體功能。通過輸電,把相距甚遠的(可達數(shù)千千米)發(fā)電廠和負荷中心聯(lián)系起來,使電能的開發(fā)和利用超越地域的限制。和其他能源的傳輸(如輸煤、輸油等)相比,輸電的損耗小、效益高、靈活方便、易于調(diào)控、環(huán)境污染少;輸電還可以將不同地點的發(fā)電廠連接起來,實行峰谷調(diào)節(jié)。輸電是電能利用優(yōu)越性的重要體現(xiàn),在現(xiàn)代化社會中,它是重要的能源動脈。
輸電線路按結(jié)構形式可分為架空輸電線路和地下輸電線路。前者由線路桿塔、導線、絕緣子等構成,架設在地面上;后者主要用電纜,敷設在地下(或水下)。輸電按所送電流性質(zhì)可分為直流輸電和交流輸電。19世紀80年代首先成功地實現(xiàn)了直流輸電,后因受電壓提不高的限制(輸電容量大體與輸電電壓的平方成比例)19世紀末為交流輸電所取代。交流輸電的成功,迎來了20世紀電氣化時代。20世紀60年代以來,由于電力電子技術的發(fā)展,直流輸電又有新發(fā)展,與交流輸電相配合,形成交直流混合的電力系統(tǒng)。
輸電電壓的高低是輸電技術發(fā)展水平的主要標志。到20世紀90年代,世界各國常用輸電電壓有220千伏及以上的高壓輸電330~765千伏的超高壓輸電,1000千伏及以上的特高壓輸電。
變電
電力系統(tǒng)中,發(fā)電廠將天然的一次能源轉(zhuǎn)變成電能,向遠方的電力用戶送電,為了減小輸電線路上的電能損耗及線路阻抗壓降,需要將電壓升高;為了滿足電力用戶安全的需要,又要將電壓降低,并分配給各個用戶,這就需要能升高和降低電壓,并能分配電能的變電所。所以變電所是電力系統(tǒng)中通過其變換電壓、接受和分配電能的電工裝置,它是聯(lián)系發(fā)電廠和電力用戶的中間環(huán)節(jié),同時通過變電所將各電壓等級的電網(wǎng)聯(lián)系起來,變電所的作用是變換電壓,傳輸和分配電能。變電所由電力變壓器、配電裝置、二次系統(tǒng)及必要的附屬設備組成。
變壓器是變電所的中心設備,變壓器利用的是電磁感應原理。
變壓器
配電裝置是變電所中所有的開關電器、載流導體輔助設備連接在一起的裝置。其作用是接受和分配電能。配電裝置主要由母線、高壓斷路器開關、電抗器線圈、互感器、電力電容器、避雷器、高壓熔斷器、二次設備及必要的其他輔助設備所組成。
二次設備是指一次系統(tǒng)狀態(tài)測量、控制、監(jiān)察和保護的設備裝置。由這些設備構成的回路叫二次回路,總稱二次系統(tǒng)。
二次系統(tǒng)的設備包含測量裝置、控制裝置、繼電保護裝置、自動控制裝置、直流系統(tǒng)及必要的附屬設備。
電壓等級
電力系統(tǒng)電壓等級有220V、380V(0.4kV)、3kV、6kV、10kV、20kV、35kV、66kV、110kV、220kV、330kV、500kV、750kV、1000kV。隨著電機制造工藝的提高,10kV電動機已批量生產(chǎn),所以3kV、6kV已較少使用,20kV、66kV也很少使用。供電系統(tǒng)以10kV、35kV為主。輸配電系統(tǒng)以110kV以上為主。發(fā)電廠發(fā)電機有6kV、10kV與20kV三種,以20kV為主,用戶均為220V、380V(0.4kV)低壓系統(tǒng)。
根據(jù)《城市電力網(wǎng)規(guī)定設計規(guī)則》規(guī)定:輸電網(wǎng)為1000kV、500kV、330kV、220kV、110kV,高壓配電網(wǎng)為110kV、66kV,中壓配電網(wǎng)為20kV、10kV、6kV,低壓配電網(wǎng)為0.4kV(220V/380V)。
發(fā)電廠發(fā)出6kV或10kV電,除發(fā)電廠自己用(廠用電)之外,也可以用10kV電壓送給發(fā)電廠附近用戶,10kV供電范圍為10Km、35kV為20~50Km、66kV為30~100Km、110kV為50~150Km、220kV為100~300Km、330kV為200~600Km、500kV為150~850Km。
變配電站種類
電力系統(tǒng)各種電壓等級均通過電力變壓器來轉(zhuǎn)換,電壓升高為升壓變壓器(變電站為升壓站),電壓降低為降壓變壓器(變電站為降壓站)。一種電壓變?yōu)榱硪环N電壓的選用兩個線圈(繞組)的雙圈變壓器,一種電壓變?yōu)閮煞N電壓的選用三個線圈(繞組)的三圈變壓器。
變電站除升壓與降壓之分外,還以規(guī)模大小分為樞紐站,區(qū)域站與終端站。樞紐站電壓等級一般為三個(三圈變壓器),550kV/220kV/110kV。區(qū)域站一般也有三個電壓等級(三圈變壓器),220kV/110kV/35kV或110kV/35kV/10kV。終端站一般直接接到用戶,大多數(shù)為兩個電壓等級(兩圈變壓器)110kV/10kV或35kV/10kV。用戶本身的變電站一般只有兩個電壓等級(雙圈變壓器)110kV/10kV、35kV/0.4kV、10kV/0.4kV,其中以10kV/0.4kV為最多。
接線方案
1)一次接線種類
變電站一次回路接線是指輸電線路進入變電站之后,所有電力設備(變壓器及進出線開關等)的相互連接方式。其接線方案有:線路變壓器組,橋形接線,單母線,單母線分段,雙母線,雙母線分段,環(huán)網(wǎng)供電等。
2)線路變壓器組
變電站只有一路進線與一臺變壓器,而且再無發(fā)展的情況下采用線路變壓器組接線。
3)橋形接線
有兩路進線、兩臺變壓器,而且再沒有發(fā)展的情況下,采用橋形接線。針對變壓器,聯(lián)絡斷路器在兩個進線斷路器之內(nèi)為內(nèi)橋接線,聯(lián)絡斷路器在兩個進線斷路器之外為外橋接線。
4)單母線
變電站進出線較多時,采用單母線,有兩路進線時,一般一路供電、一路備用(不同時供電),二者可設備用電源互自投,多路出線均由一段母線引出。
5)單母線分段
有兩路以上進線,多路出線時,選用單母線分段,兩路進線分別接到兩段母線上,兩段母線用母聯(lián)開關連接起來。出線分別接到兩段母線上。
單母線分段運行方式比較多。一般為一路主供,一路備用(不合閘),母聯(lián)合上,當主供斷電時,備用合上,主供、備用與母聯(lián)互鎖。備用電源容量較小時,備用電源合上后,要斷開一些出線。這是比較常用的一種運行方式。
對于特別重要的負荷,兩路進線均為主供,母聯(lián)開關斷開,當一路進線斷電時,母聯(lián)合上,來電后斷開母聯(lián)再合上進線開關。
單母線分段也有利于變電站內(nèi)部檢修,檢修時可以停掉一段母線,如果是單母線不分段,檢修時就要全站停電,利用旁路母線可以不停電,旁路母線只用于電力系統(tǒng)變電站。
6)雙母線
雙母線主要用于發(fā)電廠及大型變電站,每路線路都由一個斷路器經(jīng)過兩個隔離開關分別接到兩條母線上,這樣在母線檢修時,就可以利用隔離開關將線路倒在一條件母線上。雙母線也有分段與不分段兩種,雙母線分段再加旁路斷路器,接線方式復雜,但檢修就非常方便了,停電范圍可減少。
二次回路
1)二次回路種類
變配電站二次回路包括:測量、保護、控制與信號回路部分。測量回路包括:計量測量與保護測量。控制回路包括:就地手動合分閘、防跳聯(lián)鎖、試驗、互投聯(lián)鎖、保護跳閘以及合分閘執(zhí)行部分。信號回路包括開關運行狀態(tài)信號、事故跳閘信號與事故預告信號。
2)測量回路
測量回路分為電流回路與電壓回路。電流回路各種設備串聯(lián)于電流互感器二次側(cè)(5A),電流互感器是將原邊負荷電流統(tǒng)一變?yōu)?A測量電流。計量與保護分別用各自的互感器(計量用互感器精度要求高),計量測量串接于電流表以及電度表,功率表與功率因數(shù)表電流端子。保護測量串接于保護繼電器的電流端子。微機保護一般將計量及保護集中于一體,分別有計量電流端子與保護電流端子。
電壓測量回路,220/380V低壓系統(tǒng)直接接220V或380V,3KV以上高壓系統(tǒng)全部經(jīng)過電壓互感器將各種等級的高電壓變?yōu)榻y(tǒng)一的100V電壓,電壓表以及電度表、功率表與功率因數(shù)表的電壓線圈經(jīng)其端子并接在100V電壓母線上。微機保護單元計量電壓與保護電壓統(tǒng)一為一種電壓端子。
3)控制回路
(1)合分閘回路
合分閘通過合分閘轉(zhuǎn)換開關進行操作,常規(guī)保護為提示操作人員及事故跳閘報警需要,轉(zhuǎn)換開關選用預合-合閘-合后及預分-分閘-分后的多檔轉(zhuǎn)換開關。以使利用不對應接線進行合分閘提示與事故跳閘報警,國家已有標準圖設計。采用微機保護以后,要進行遠分合閘操作后,還要到就地進行轉(zhuǎn)換開關對位操作,這就失去了遠分操作的意義,所以應取消不對應接線,選用中間自復位的只有合閘與分閘的三檔轉(zhuǎn)換開關。
?。?)防跳回路
當合閘回路出現(xiàn)故障時進行分閘,或短路事故未排除,又進行合閘(誤操作),這時就會出現(xiàn)斷路器反復合分閘,不僅容易引起或擴大事故,還會引起設備損壞或人身事故,所以高壓開關控制回路應設計防跳。防跳一般選用電流啟動,電壓保持的雙線圈繼電器。電流線圈串接于分閘回路作為啟動線圈。電壓線圈接于合閘回路,作為保持線圈,當分閘時,電流線圈經(jīng)分閘回路起動。如果合閘回路有故障,或處于手動合閘位置,電壓線圈起啟動并通過其常開接點自保持,其常閉接點馬上斷開合閘回路,保證斷路器在分閘過程中不能馬上再合閘。防跳繼電器的電流回路還可以通過其常開接點將電流線圈自保持,這樣可以減輕保護繼電器的出口接點斷開負荷,也減少了保護繼電器的保持時間要求。
有些微機保護裝置自己已具有防跳功能,這樣就可以不再設計防跳回路。斷路器操作機構選用彈簧儲能時,如果選用儲能后可以進行一次合閘與分閘的彈簧儲能操作機構(也有用于重合閘的儲能后可以進行二次合閘與分閘的彈簧儲能操作機構),因為儲能一般都要求10秒左右,當儲能開關經(jīng)常處于斷開位置時,儲一次能,合完之后,將儲能開關再處于斷開位置,可以跳一次閘;跳閘之后,要手動儲能之后才能進行合閘,此時,也可以不再設計防跳回路。
?。?)試驗與互投聯(lián)鎖與控制
對于手車開關柜,手車推出后要進行斷路器合分閘試驗,應設計合分閘試驗按鈕。進線與母聯(lián)斷路,一般應根據(jù)要求進行互投聯(lián)鎖或控制。
?。?)保護跳閘
保護跳閘出口經(jīng)過連接片接于跳閘回路,連接片用于保護調(diào)試,或運行過程中解除某些保護功能。
?。?)合分閘回路
合分閘回路為經(jīng)合分閘母線為操作機構提供電源,以及其控制回路,一般都應單獨畫出。
4)信號回路
?。?)開關運行狀態(tài)信號由合閘與分閘指示兩個裝于開關柜上的信號燈組成:經(jīng)過操作轉(zhuǎn)換開關不對應接線后接到正電源上。采用微機保護后,轉(zhuǎn)換開關取消了不對應接線,所以信號燈正極可以直接接到正電源上。
?。?)事故信號有事故跳閘與事故預告兩種信號,事故跳閘報警也要通過轉(zhuǎn)化開關不對應后,接到事故跳閘信號母線上,再引到中央信號系統(tǒng)。事故預告信號通過信號繼電器接點引到中央信號系統(tǒng)。采用微機保護后,將斷路器操作機構輔助接點與信號繼電器的接點分別接到微機保護單元的開關量輸入端子,需要有中央信號系統(tǒng)時,如果微機保護單元可以提供事故跳閘與事故預告輸出接點,可將其引到中央信號系統(tǒng)。否則,應利用信號繼電器的另一對接點引到中央信號系統(tǒng)。
?。?)中央信號系統(tǒng)為安裝于值班室內(nèi)的集中報警系統(tǒng),由事故跳閘與事故預告兩套聲光報警組成,光報警用光字牌,不用信號燈,光字牌分集中與分散兩種。采用變電站綜合自動化系統(tǒng)后,可以不再設計中央信號系統(tǒng),或?qū)⑵浜喕?,只設計集中報警作為計算機報警的后備報警。
5工業(yè)
1875年,巴黎北火車站建成世界上第一座火電廠,為附近照明供電。1879年,美國舊金山實驗電廠開始發(fā)電,是世界上最早出售電力的電廠。80年代,在英國和美國建成世界上第一批水電站。1913年,全世界的年發(fā)電量達500億千瓦時,電力工業(yè)已作為一個獨立的工業(yè)部門,進入人類的生產(chǎn)活動領域。
20世紀30、40年代,美國成為電力工業(yè)的先進國家,擁有20萬千瓦的機組31臺,容量為30萬千瓦的中型火電廠9座。同一時期,水電機組達5~10萬千瓦。1934年,美國開工興建的大古力水電站,計劃容量是888萬千瓦,1941年發(fā)電,到1980年裝機容量達649萬千瓦,至80年代中期一直是世界上最大的水電站。1950年,全世界發(fā)電量增至9589億千瓦時,是1913年的19倍。50、60、70年代,平均年增長率分別為9.4%、8.0%、5.3%。1950~1980年,發(fā)電量增長7.9倍,平均年增長率7.6%,約相當于每10年翻一番。1986年,全世界水電發(fā)電量占20.3%,火電占63.7%,核電占15.6%;美國水電占11.4%,火電占72.1%,核電占16.0%;前蘇聯(lián)水電占13.5%,火電占76.4%,核電占10.1%;日本水電占12.9%,火電占61.8%,核電占25.1%;中國水電占21.0%,火電占79.0%。世界上核電比重最大的是法國,1989年占總發(fā)電量的74.6%。
電網(wǎng)、水、火電利潤增速差異顯著。國家統(tǒng)計局于公布了2010年1-8月工業(yè)企業(yè)利潤數(shù)據(jù),電力生產(chǎn)與供應業(yè)整體實現(xiàn)利潤總額936.1億,同比增長119%;細分行業(yè)來看,火電利潤總額為220.0億,同比增長-17.8%;水電利潤總額248.4億,同比增長45.9%;電力供應利潤總額380.0億,同比增長655%。從環(huán)比數(shù)據(jù)看,2010年6-8月,電力生產(chǎn)與供應業(yè)整體實現(xiàn)利潤總額462億,環(huán)比增長37%;細分行業(yè)看,火電6-8月利潤總額50.5億,環(huán)比下降56%;水電6-8月利潤總額206.4億,環(huán)比增長307%;電力供應6-8月利潤總額168.1億,環(huán)比增長28%。電力供應業(yè)利潤增速的大幅度提高主要由于09年四季度銷售電價的調(diào)整以及銷售電量逐季增加所導致。從下游主要耗電行業(yè)來看,除鋼鐵外,化工、建材、有色行業(yè)利潤總額均顯著超過07-08年的同期水平,特別是建材。從環(huán)比數(shù)據(jù)看,除建材行業(yè)外,其他高耗電行業(yè)利潤總額環(huán)比有所下滑。
2010三季度水電利潤大幅度增長。由于2010年三季度來水好于往年,水電發(fā)電量也明顯增加,2010年6-8月水電利潤總額206億,同比增長96%。隨著國家對水電開發(fā)正面態(tài)度的明朗,我們預計國家對水電開發(fā)的支持政策將逐步出臺,水電企業(yè)投資價值也將逐步明晰。
20世紀70年代,電力工業(yè)進入以大機組、大電廠、超高壓以至特高壓輸電,形成以聯(lián)合系統(tǒng)為特點的新時期。1973年,瑞士BBC公司制造的130萬千瓦雙軸發(fā)電機組在美國肯勃蘭電廠投入運行。蘇聯(lián)于1981年制造并投運世界上容量最大的120萬千瓦單軸汽輪發(fā)電機組。到1977年,美國已有120座裝機容量百萬千瓦以上的大型火電廠。1985年,蘇聯(lián)有百萬千瓦以上火電廠59座。1983年,日本有百萬千瓦以上的火電廠32座,其中鹿兒島電廠總?cè)萘?40萬千瓦,是世界上最大的燃油電廠。世界上設計容量最大的水電站是巴西和巴拉圭合建的伊泰普水電站,設計容量1260萬千瓦,采用70萬千瓦機組,與運行中的世界最大水電站美國大古力水電站的世界最大水輪機組70萬千瓦容量相等。世界上最大的核電站是日本福島核電站,容量是909.6萬千瓦。
總裝機容量幾百萬千瓦的大型水電站、大型火電廠和核電站的建成,促進了超高、特高壓輸電、直流輸電和聯(lián)合電力系統(tǒng)的發(fā)展。1935年,美國首次將輸電電壓等級從110~220千伏提高到287千伏,出現(xiàn)了超高壓輸電線路。1952年,瑞典建成二分裂導線的380千伏超高壓輸電線路。1959年,蘇聯(lián)建成500千伏,長850千米的三分裂導線輸電線路。1965~1969年,加拿大、蘇聯(lián)和美國先后建成735、750和765千伏線路。1985年,蘇聯(lián)首次建成1150千伏特高壓輸電線路,輸電距離890千米,美國正研究1100千伏和1500千伏特高壓輸電,意大利研究1000千伏輸電,日本建設250千米長1000千伏特高壓線路。高壓直流輸電(HVDC),瑞典、美國、蘇聯(lián)分別采用±100、±450、±750千伏電壓,后者輸電距離2414千米,輸電600萬千瓦。到1985年,全世界已有18個國家、32個直流輸電線路投運,總輸送容量2000萬千瓦。
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