第12章

工業企業供電與安全用電第12章工業企業供電與安全用電12.1發電和輸電概述12.2工業企業配電12.3安全用電12.4節約用電

本章主要概述發電、輸電、工業企業供配電、安全用電和節約用電等內容，作為本課程的基本常識。第12章工業企業供電與安全用電電力系統概述

電力是現代工業的主要動力，在各行各業中都得到了廣泛的應用。電力系統是發電廠、變電站、配電所直到各個用戶等環節所組成的電能生產消費系統。

電力系統由發電、輸電和配電系統組成。發電廠變電所輸電線配電設備用電設備(電燈電動機等)變電站大型工廠商店學校小型電能用戶輸電線發電廠變電站小型配電站配電站住宅鄉村12.1發電和輸電概述發電廠按能源種類可分為：水力、火力、風力、核能、太陽能、沼氣、生物能發電等。主要是火力發電和水力發電。發電廠中的發電機幾乎都是三相同步發電機。其組成定子：機座、鐵心和三相繞組+轉子1.發電發電機組發出的電壓一般為6~10kV。三相同步發電機的原理水力發電勵磁機發電機水輪機水輪發電機模型小浪底電站水輪機組安裝三峽電站首臺機組安裝三峽水電站效果圖長江三峽水電站壩長2335m，壩高185m，水頭175m，總庫容393億立方米，總裝機容量22.5GW（32×700MW+2×50MW）年發電量86.5TW·h。世界第一大發電站（水電站）。長江三峽水電站24MW發電機轉子在吊裝10000kW水輪機轉子葛洲壩三峽向家壩溪洛渡烏東德白鶴灘烏東德水電站葛洲壩27孔泄洪閘葛洲壩水電站葛洲壩水電站共有機21臺機組，總裝機容量271.5萬千瓦，年發電量157億度。電站以500kV和220kV輸電線路并入華中電網，并通過500kV直流輸電線路向距離1000km的上海輸電120萬千瓦。伊泰普水電站是二十世紀最大的水電站

，位于巴西和巴拉圭交界處的巴拉那河上，從1974年5月開始修建，于1991年5月竣工，由巴西與巴拉圭共建。總裝機容量14GW（20×700MW），年發電量900億度。水電站壩身長7.7公里，壩高196米（相當于65層樓的高度）。廣州抽水蓄能電站為目前世界上最大的抽水蓄能電站，是為大亞灣核電站安全經濟運行而建設的配套工程，同時還承擔著廣東、香港電網的調峰填谷和事故備用的任務。電站總裝機總裝機容量2.4GW（8×300MW），設計水頭535m。中國在建已建十大水電站，單站5萬kW以上的大中型水電站是中國水電的主力，經過五十余年的開發建設，已建成230余座，其中百萬kW級以上的水電站25座，五十萬kW級以上的40余座.三峽（2250）溪洛渡（1260），白鶴灘（1200），烏東德（750）向家壩（600）龍灘（630）糥扎渡（585）錦屏二級（480）小灣(420)兩家人（400）拉西瓦（372）錦屏一級（360）單位為萬千瓦潮汐發電示意圖

法國郎斯潮汐電站示意圖

法國朗斯潮汐電站

法國郎斯電站1967年建成，位于法國圣馬洛灣郎斯河口。一道750米長的大壩橫跨郎斯河。壩上是通行車輛的公路橋，壩下設置船閘、泄水閘和發電機房。郎斯潮汐電站機房中安裝有24臺雙向渦輪發電機，漲潮、落潮都能發電。總裝機容量24萬千瓦，年發電量5億多度，輸入國家電網。

江廈潮汐電站是中國第一座雙向潮汐電站，位于浙江省溫嶺市樂清灣北端江廈港。1980年5月第一臺機組投產發電。電站裝有雙向貫流式機組6臺，總裝機容量3200干瓦，年發電量600萬度，可晝夜發電14～15小時

。規模僅次于法國郎斯潮汐電站、加拿大芬地灣安娜波利斯潮汐電站，居世界第三。火力發電勵磁機發電機汽輪機燃燒室燃料鍋爐的爐膛循環水汽輪機發電機3600r/min升壓變壓器超熱高壓蒸汽電能輸出電能的產生600MW汽輪發電機

熱電廠1煤傳送帶2加煤機3粉碎機4鍋爐5煤渣6空氣預熱器7靜電除塵8煙囪9汽輪機10冷凝器11變壓器12冷卻塔13發電機14輸電線火電廠全景火電廠夜景內蒙古大唐國際托克托發電公司總裝機容量540萬千瓦，是目前亞洲最大在役火力發電廠。該公司8臺60萬千瓦亞臨界火電機組通過500千伏升壓站接入京津唐電網，2臺30萬千瓦機組通過220千伏升壓站接入蒙西電網。每年的發電量接近北京用電總負荷的1/3。浙江北侖發電廠是我國目前第二現代化火力發電廠，總裝機容量為300萬千瓦(5×600MW)，年發電量167億度，為浙江省各類發電廠發電總量的四分之一。北侖發電廠主控制室北侖發電廠汽輪機房

張家口發電總廠，發電廠總裝機容量240萬千瓦（8×300MW），通過500kV雙回線向北京供電，同時兼顧地方用電，擔負著北京地區1/4電力負荷的供電任務。張家口發電總廠夜景廠區景色汽輪機房國電山東費縣電廠規劃總裝機容量為720萬千瓦。費縣電廠總體規劃裝機容量7200MW，按亞洲最大的火力發電廠規模規劃建設，其中一期工程（目前正在建設）安裝2臺國產600MW超臨界凝氣式燃煤發電機組，二期安裝2臺1000MW超臨界凝氣式燃煤發電機組，三期安裝4臺1000MW超臨界凝氣式燃煤發電機組；一期工程裝機容量2×1000MW機組計劃2007年投產發電，二期工程計劃2×1000MW機組計劃2009年投產發電。機組全部建成后將是亞洲最大的火力發電廠和全國最大的火力發電基地。現代火電廠一般都考慮了“三廢”（廢渣、廢水、廢氣）的綜合利用；有的火電廠不僅發電，而且供熱。兼供熱能的火電廠，稱為熱電廠。火電廠與同容量的水電站相比，具有建設工期短、工程造價低、投資回收快等特點，但是火電成本高，而且對環境要造成一定的污染，因此火電建設要受到環境的一定制約。火電建設的重點是煤炭基地的坑口電廠的建設。對于遠離煤炭產地的火電廠，宜采用高熱值的動力煤。對位于酸雨控制區和二氧化硫控制區特別是大城市附近的火電廠，應采用低硫煤，或對原煤先進行脫硫處理。對嚴重污染環境的低效小型火電廠，應按照國家“節能減排”的要求予以關停。現在國外已研究成功將煤先轉化為氣體再送入鍋爐內燃燒發電的新技術，從而大大減少了直接燃煤而產生的廢氣廢渣對環境的污染，這稱之為潔凈煤發電新技術。核反應堆

3.核能發電廠核能發電廠，又稱為原子能發電廠，通稱核電站，它是利用某些核燃料的原子核裂變能來生產電能，其生產過程與火電廠大體相同，只是以核反應堆（俗稱原子鍋爐）代替了燃煤鍋爐，以少量的核燃料代替了大量的煤炭。其能量轉換過程是：熱能機械能電能汽輪機發電機核裂變能大亞灣核電站

大亞灣核電站位于深圳市東部大亞灣畔，為我國目前最大的核電站。大亞灣核電站是我國引進國外資金、設備和技術建設的第一座大型商用核電站。核電站安裝有兩臺單機容量為900MW的壓水堆反應堆機組。1987年8月7日工程正式開工，1994年2月1日和5月6日兩臺機組先后投入商業營運。大亞灣核電站每年發電量超過100億度，其中七成電力供應香港，三成電力供應廣東電網。大亞灣核電站電站設備秦山核電站位于東海之濱美麗富饒的杭州灣畔，是中國第一座依靠自己的力量設計、建造和運營管理的壓水堆核電站，總裝機容量2×300MW。1985年3月動工，1991年12月首次并網發電。它的建成使我國成為繼美、英、法、前蘇聯、加拿大、瑞典之后世界上第七個能夠自行設計、建造核電站的國家。秦山核電站主控制室秦山核電站汽輪機房秦山核電站德國伊薩爾核電站一、已經建成的9座：

1.廣東大亞灣核電站（94年）

2.浙江秦山第一核電站（94年）

3.廣東嶺澳核電站（2002年）

4.浙江秦山第二核電站（2002年）

5.浙江秦山第三核電站(2003年)

6.江蘇連云港田灣核電站（2006年）

7.臺灣3座

二、正在建設之中的3座：

1.遼寧瓦房店核電站一期工程（暫停）

2.臺灣2座

三、即將破土開工的4座：

1.廣東陽江核電站

2.浙江臺州三門核電站

3.山東海陽核電站

4.廣東嶺澳核電站二期工程一、已經建成的9座：

1.廣東大亞灣核電站（94年）

2.浙江秦山第一核電站（94年）

3.廣東嶺澳核電站（2002年）

4.浙江秦山第二核電站（2002年）

5.浙江秦山第三核電站(2003年)

6.江蘇連云港田灣核電站（2006年）

7.臺灣3座

二、正在建設之中的3座：

1.遼寧瓦房店核電站一期工程（暫停）

2.臺灣2座

三、即將破土開工的4座：

1.廣東陽江核電站

2.浙江臺州三門核電站

3.山東海陽核電站

4.廣東嶺澳核電站二期工程排名國家和地區運營核電站

數量在建核電站

數量籌建核電站

數量1

美國1041112

法國58113

俄羅斯3310174

韓國(ROK)23455

印度207186

加拿大17327

英國16048

中國大陸1525519

烏克蘭150210

瑞典100011

德國90012

西班牙80013

比利時70014

捷克60215

中國臺灣62116

瑞士500世界各國核電站數量排名

(2)輕水反應堆它用2%~3%的低濃縮鈾作燃料，高壓輕水（即普通水）作慢化劑和冷卻劑。目前世界上的核電站，85%以上為輕水堆型，其中絕大多數又為壓水堆型。我國已經建成并安全運行多年的大亞灣核電站和秦山核電站（一、二期工程）都是壓水堆型。核電站的反應堆類型主要有：

(1)石墨慢化反應堆它采用石墨作慢化劑，它又分氣冷堆型和水冷堆型。新型的高溫氣冷堆型，采用2.5%~3%的低濃縮鈾作燃料。石墨水冷堆型以石墨作慢化劑，輕水作冷卻劑。1986年4月發生嚴重核泄漏事故的前蘇聯切爾諾貝利核電站就采用這種堆型。該電站已于2000年底全面關閉，這種堆型已不再使用。

(3)重水反應堆它用重水（D2O,含氘的水）作慢化劑和冷卻劑，用天然鈾作燃料。我國于2002年11月投入并網發電的秦山核電站三期工程擴建的2臺70萬千瓦反應堆就是這種重水堆型。

(4)快中子增殖反應堆簡稱快堆。它是利用快中子來實現可控鏈式裂變反應和核燃料增殖的反應堆。由于核能是巨大的能源，而且核電具有安全、清潔和經濟的特點，所以世界上很多國家都很重視核電建設，核電在整個發電量中占的比重逐年增長。我國在上世紀80年代就確定了“要適當發展核電”的電力建設方針，并已興建了浙江秦山、廣東大亞灣、廣東嶺澳等多座大型核電站。風輪機及升速裝置4.風力發電、地熱發電及太陽能發電簡介風力發電是利用風力的動能來生產電能。我國西北地區的風力資源比較豐富，已裝設了一些風力發電裝置。在“西部大開發”戰略決策的推動下，風力發電也將有更大的發展。機械能電能發電機風能蓄能裝置全球的風能約為2.74×109MW，其中可利用的風能為2×107MW，比地球上可開發利用的水能總量還要大10倍。寧夏青銅峽邵崗風電場裝機容量可達50萬千瓦內蒙古克什克騰旗塞罕壩風電場裝機容量可達30萬千瓦達板城風力發電廠裝機容量12.5萬千瓦NO1.寧夏青銅峽邵崗風電場

NO2.內蒙古克什克騰旗塞罕壩風電場

NO3.新疆達坂城柴窩堡風電場

NO4.河北圍場紅松洼風電場

NO5.內蒙古察右中旗輝騰錫勒風電場

NO6.甘肅玉門三十里井子風電場

NO7.河北尚義大滿井風電場

NO8.內蒙古克什克騰旗達里風電場

NO9.河北張北白不洛風電場

NO10.內蒙古翁牛特旗孫家營風電場地熱發電是利用地球內部蘊藏的大量地熱能來生產電能。它建在有足夠地熱資源的地方。地熱是地表下面10公里以內儲存的天然熱源，主要來源于地殼內的放射性元素蛻變過程所產生的熱量。地熱發電的熱效率不高，但不消耗燃料，運行費用低。它不象火力發電那樣，要排出大量灰塵和煙霧，因此地熱還是屬于比較清潔的能源。但地下熱水和蒸汽中大多含有硫化氫、氨、砷等有害物質，因此對排出的熱水要妥善處理，以免污染環境。地熱發電的能量轉換過程是：地熱能機械能電能汽輪機發電機地球的內部是一個高溫高壓的世界，是一個巨大的熱庫。據估計，即便是在地球表層10km厚這樣薄薄的一層，全世界地熱資源的總量約為1.45×1026J，相當于4.948×1015t標準煤燃燒時所發出的熱量。如果將地球上貯存的全部煤炭燃燒時所放出的熱量作為標準計算，那么，石油的貯存量約為煤炭的3%；目前可利用核燃料的貯存量約為煤炭的15%；而地熱能的總貯存量則為煤炭的1.7億倍。

羊八井電廠是我國最大的地熱電廠，總裝機容量為25.18MW，水溫約150℃，擔負拉薩地區50%的供電任務。電站由5眼地熱井供水，單井產量為75～160立方米／小時。羊八井地熱電廠

羊八井地熱溫泉我國目前已發現地熱點2000多處，已經進行過不同程度勘察的有739處，以低于150℃的中低溫地熱資源為主。高于150℃的地熱資源主要分布在西藏、云南和臺灣。西藏羊八井硫磺礦地區打出一口高溫地熱井，溫度高達329.8℃。已裝有9臺機組并網發電，總裝機容量達25MW。隨著“西部大開發”戰略的實施，我國的地熱發電也將得到更大的發展。背壓式汽輪發電機凝汽式汽輪發電機熱水型地熱發電

熱水型地熱發電是地熱發電的主要方式。目前熱水型地熱電站有兩種循環系統：

a、閃蒸系統。當高壓熱水從熱水井中抽至地面，于壓力降低部分熱水會沸騰并“閃蒸”成蒸汽，蒸汽送至汽輪機做功；而分離后的熱水可繼續利用后排出，當然最好是再回注入地層。

b、雙循環系統。地熱水首先流經熱交換器，將地熱能傳給另一種低沸點的工作流體，使之沸騰而產生蒸汽。蒸汽進入汽輪機做功后進入凝汽器，再通過熱交換器而完成發電循環。地熱水則從熱交換器回注入地層。這種系統特別適合于含鹽量大、腐蝕性強和不凝結氣體含量高的地熱資源。發展雙循環系統的關鍵技術是開發高效的熱交換器。太陽能發電就是利用太陽的光能或熱能來生產電能。利用太陽的光能發電，是通過光電轉換元件如光電池等直接將太陽的光能轉換為電能。這已廣泛應用在人造地球衛星和宇航裝置上。利用太陽的熱能發電，可分直接轉換和間接轉換兩種類方式。溫差發電、熱離子發電和磁流體發電，都屬于熱電直接轉換。太陽能通過集熱裝置和熱交換器，給水加熱，使之變為蒸汽，推動汽輪發電機組發電，與火力發電原理相同，屬于間接轉換發電。太陽能是一種十分安全、經濟、無污染而且是取之不盡的能源。太陽能發電裝置建在常年日照時間長的地方。我國的太陽能資源也相當豐富，特別是我國的西藏、新疆、內蒙古等地區，常年日照時間達250~300天，屬于太陽能豐富區。我國的80%地區均可利用太陽能發電。太陽電池的種類，主要有硅電池、流化鎘電池、砷化鎵電池、砷化鎵－砷化鋁鎵電池等。常用的太陽電池是單晶硅電池，它的轉換效率一般可達13％～17％。20世紀60年代開始，太陽電池就在人造衛星上作主電源使用。在空間應用的基礎上，太陽電池在地面的應用也獲得了發展，逐步成為一種特殊場合的輔助能源。太陽能發電系統的組成太陽能電池板：將太陽的輻射能轉換為電能。太陽能控制器：控制整個系統的工作狀態，對蓄電池起到過充電保護、過放電保護的作用。蓄電池：在有光照時將太陽能電池板所發出的電能儲存起來，到需要的時候再釋放出來。逆變器：將太陽能發電系統所發出的直流電能轉換成交流電能。

光電板控制器逆變器配電線路負載蓄電池光電(太陽能電池）模塊光電模塊將太陽能轉換成電能。變換器(電力調節器）變換器將光電模塊產生的直流電轉換成交流電并自動控制整個系統。室內配電盤配電盤向家用電器輸送適當的電負載。電度表青海省格爾木光伏電站EnbridgeInc.和FirstSolarInc.位于加拿大安大略省西南部的80兆瓦世界上運營中最大的光伏電站。發電站鏡子所反射的太陽光能使塔周圍的溫度達到攝氏538℃

(二)電力系統

為了充分利用動力資源，減少燃料運輸，降低發電成本，因此有必要在有水力資源的地方建設水電站，而在有燃料資源的地方建設火電廠，但這些有動力資源的地方，往往離用電中心較遠，所以必須用高壓輸電線進行遠距離輸電，如圖1-8所示。圖1-8從發電廠到用戶的送電過程示意圖電力系統與電力網電力系統電力系統電力系統電力系統由各級電壓的電力線路將一些發電廠、變電所和電力用戶聯系起來的一個發電、輸電、變電、配電和用電的整體，稱為電力系統（powersystem）。圖1-9大型電力系統簡圖電力系統中各級電壓的電力線路及其聯系的變電所，稱為電力網或電網（powernetwork）。但習慣上，電網或系統往往以電壓等級來區分，如說10kV電網或10kV系統。這里所說的電網或系統，實際上是指某一電壓的相互聯系的整個電力線路。電力系統的示意圖~水力發電廠升壓變電所220kV地區樞紐所10kV至用戶配電所10kV10kV升壓變電所220kV220kV220kV輸電線路220kV35kV35kV負荷變電所35kV~火力發電廠10kV為保證供電的可靠性和安全連續性，電力系統將各地區、各種類型的發電機變壓器、輸電線、配電和用電設備等連成一個環形整體。區域電網的供電范圍大，電壓一般在220kV及以上。地方電網的供電電壓一般不超過110kV。我國目前已有華東、華北、華中、東北、西北、南方等地區性電網。區域電網和地方電網國家電網公司南方電網公司華能集團國電集團大唐集團華電集團中電投集團兩大電網：五大發電集團:中新社北京2月25日電(記者閆曉虹)，中電聯（中國電力企業聯合會）25日透露2013年底我國發電裝機達12.5億kW左右，發電裝機容量首次躍居世界第一，全國電力供需總體平衡。其中：水電2.8億kW火電8.6億kW核電1478萬kW并網風電7500萬kW

并網太陽能600萬kW左右。直流輸電結構原理圖發電升壓直流輸電降壓配電整流逆變直流輸電能耗小，無線電干擾小，輸電線路造價較低，但逆變和整流部分較復雜。3.配電

配電由10kV及以下的配電線路和配電(降壓)變壓器所組成。它的作用是將電能降為380/220V低壓再分配到各個用戶的用電設備。電力網的電壓等級高壓：1kV及以上的電壓稱為高壓。有1kV,3kV,6kV,10kV,35kV,110kV,330kV，550kV等。低壓：1kV及以下的電壓稱為低壓。有220V，380V。安全電壓：36V以下的電壓稱為安全電壓。我國規定的安全電壓等級有：12V、24V、36V等。12.2工業企業配電從車間變電所或配電箱到用電設備線路屬于低壓配電線路。其連接方式主要是放射式和樹干式兩種。低壓供電系統的有兩種接線方式。(1)放射式供電線路變電所配電箱放射式配電線路(1)放射式供電線路

適用場合：負載點比較分散，而每個點的用電量又較大，變電所又居于各負載點的中央。

特點：供電可靠性高，便于操作和維護。但配電導線用量大，投資高。變電所配電箱放射式配電線路(2)樹干式供電線路

適用場合：用電點比較集中，各用電點居于變電所同一側時。負載比較均勻地分布在一條線上。

特點：

供電可靠性差。但配電導線用量小，投資費用低，接線靈活性大。變電所配電室樹干式配電線路某校實驗樓樹干式配供電線路示意圖去教學區去辦公區干線干線干線

2#辦公區配電柜

1#教學區配電柜

3#實驗區配電柜實驗樓總配電箱……X室配電箱Ｙ室配電箱分支線分支線分支線2層配電箱11層配電箱1層配電箱

1#主配電柜10kV去報告廳報告廳配電變壓器配電柜……12.3安全用電

觸電事故是指人體由于不慎觸及帶電體，使人體受到傷害。按人體所受傷害方式的不同，觸電事故可分為電擊和電傷。電擊主要是電流通過人體內部，影響呼吸、心臟和神經系統，造成人體內部組織的破壞，乃至死亡。電傷主要是指在電弧的作用下，或熔絲熔斷時，對人體的傷害，如燒傷、金屬濺傷等。12.3.1電流對人體的危害電擊所引起的傷害程度與下列因素有關：1．人體電阻的大小；皮膚干燥時約10~100k。2．電流通過時間長短；3．電流的大小；小于50mA時安全；4．電流的頻率。為防止觸電事故而采用的由特定電源供電的電壓系列稱為安全電壓。通用接觸電壓極限：人體允許長期承受的電壓極限值。常規環境下：交流(15~100Hz)電壓為50V直流電壓為120V。潮濕環境下：交流(15~100Hz)電壓為25V直流電壓為60V。通常認為36V以下為安全電壓。選用安全電壓是防止觸電的安全措施。

注意：安全電壓的供電電源除采用獨立電源外，其輸入與輸出電路必須實行電路上的隔離。工作在安全電壓下的電路必須與其他電氣系統和任何無關的可導電部分實行電氣上的隔離。12.3.3

觸電方式1.接觸正常帶電體

(1)電源中性點接地的單相觸電R0通過人體電流:式中:

UP:電源相電壓(220V)Ro:接地電阻4Rb:人體電阻1000這時人體處于相電壓下，危險較大。(2)電源中性點不接地系統的單相觸電R'對地絕緣電阻Ib人體接觸某一相時，通過人體的電流取決于人體電阻Rb與輸電線對地絕緣電阻R'的大小。若輸電線絕緣良好，絕緣電阻R'較大，對人體的危害性就減小。但導線與地面間的絕緣可能不良（R'較小），甚至有一相接地，這時人體中就有電流通過。(3)雙相觸電雙相觸電觸電后果更為嚴重通過人體的電流：2.接觸正常不帶電的金屬體當電氣設備內部絕緣損壞而與外殼接觸，將使其外殼帶電。當人觸及帶電設備的外殼時，相當于單相觸電。大多數觸電事故屬于這一種。這時人體處于線電壓下，Ib3.跨步電壓觸電U電位分布接地點20m0.8m跨步電壓在高壓輸電線斷線落地時，有強大的電流流入大地，在接地點周圍產生電壓降。如圖所示。當人體接近接地點時，兩腳之間承受跨步電壓而觸電。跨步電壓的大小與人和接地點距離，兩腳之間的跨距，接地電流大小等因素有關。雙腳跨步一般在20m之外，跨步電壓就降為零。如果誤入接地點附近，應雙腳并攏或單腳跳出危險區。12.3.4接地和接零為了人身安全和電力系統工作的需要，要求電氣設備采取接地措施。按接地目的的不同，主要分為工作接地、保護接地和保護接零。1.工作接地R0即將中性點接地。目的：(1)降低觸電電壓(2)迅速切斷故障在中性點接地的系統中，一相接地后的電流較大，保護裝置迅速動作，斷開故障點。(3)降低電氣設備對地的絕緣水平要求2.保護接地R'C'IbIe當電氣設備內部絕緣損壞發生一相碰殼時：由于外殼帶電,當人觸及外殼,接地電流Ie

將經過人體入地后,再經其它兩相對地絕緣電阻R及分布電容C回到電源。當R值較低、C較大時，Ib

將達到或超過危險值。對地絕緣電阻分布電容電氣設備外殼未裝保護接地時:接地裝置一般要求接地電阻≤4Ω。M接地線接地體保護接地:電氣設備外殼有保護接地時通過人體的電流：

Rb與Ro并聯，且

R