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1、发电厂电气部分 第一章 能源和发电 发电厂 l发电厂是把各种天然能源，如煤炭、水能 、核能等转换成电能的工厂。 l根据所使用的一次能源的不同，发电厂可 分为火力发电厂、水力发电厂、核能发电 厂等。 火力发电厂 l主要是煤，还有石油、天然气。 1. 一次能源（燃料） 2. 主要设备 l锅炉、汽轮机、发电机及各种辅机 。 3. 电能生产过程 l燃料在锅炉里燃烧使水变成蒸汽 推动汽轮机转子旋转带动发电机转 子旋转发电机产生电能 l化学能热能机械能电能 水力发电厂 l水的位能或动能 1. 一次能源 2. 主要设备 l压力水管、水轮机、发电机 3. 生产过程 l高处的水经压力水管推动水轮机转 子旋转带动
2、发电机转子旋转发电 机发出电能 l位能或动能机械能电能 核能发电厂核电厂 l核能（核裂变能） 1. 一次能源 2. 主要设备 l核反应堆、蒸汽发生器、汽轮机、发 电机 3. 生产过程 l核燃料在核反应堆中裂变产生热能 产生蒸汽推动汽轮机转子旋转带 动发电机转子旋转发电机发出电能 l原子能热能机械能电能 补充：变电所的类型 l电力系统由发电厂、变电所、线路和用 户组成。变电所是联系发电厂和用户的 中间环节。 l根据变电所在电力系统中的地位，变电 所可分成四类： 枢纽变电所 中间变电所 地区变电所 终端变电所 一、枢纽变电所 l位于电力系统的枢纽点，汇集多个电源， 电压等级多为330500kV。
3、l全所停电后，将引起系统解列，甚至出现 瘫痪。 二、中间变电所 l高压侧以交换潮流为主，起系统交换功率 的作用，或使长距离输电线路分段，一般 汇集23个电源，电压为220330kV，同 时又降压供给当地用户。 l全所停电后，将引起区域电网解列。 三、地区变电所 l高压侧电压一般为110220kV，向地区用户 供电为主的变电所，这是一个地区或城市 的主要变电所。 l全所停电后，仅使该地区中断供电。 四、终端变电所 l在输电线路的终端，接近负荷点，高压侧 电压多为110 kV，经降压后直接向用户供 电的变电所。 l全所停电后，只是用户受到损失。 第二章 发电、变电和输电的电气部分 一、电气设备 l
4、为了满足电力生产和保证电力系统运行的 安全稳定性和经济性，发电厂和变电站中 安装有各种电气设备。 l根据电气设备的作用不同，可将电气设备 分为一次设备和二次设备。 二、电气接线和装置 l电气接线的含义： 在发电厂和变电所中，根据各种电气设备的作用 和要求，按一定的方式用导体连接起来所形成的 电路称为电气接线。 l电气接线的类型： 由一次设备所连成的电路称为（电气）一次接线 或电气主接线； 由二次设备所连成的电路称为（电气）二次接线 。 三、高压交流输变电 l为什么要采用高压交流输电？ l1、长距离输送电能 l 由于大容量发电厂的建设地点一般远离负荷中 心，如果采用低压输电，势必造成输送功率的
5、巨大浪费和电能质量的下降（线损增加），因 此，提高电压等级就成为必然的选择。 三、高压交流输变电 l为什么要采用高压交流输电？ l2、大容量输送电能 l 随着电力系统发电容量的增大，特别是大型坑 口火电厂和核电厂的投产，虽然输电距离不长 ，但输送容量很大，也需要采用较高电压的电 压等级。 三、高压交流输变电 l为什么要采用高压交流输电？ l3、节省基建投资和运行费用 l 以输送每千米每千瓦电力的线路的造价作为单 位造价，则在经济输送容量范围内，线路的单 位造价及线路走廊的宽度将随输电电压等级的 升高而降低。 三、高压交流输变电 l为什么要采用高压交流输电？ l4、电力系统互联 l 联网，可以增
6、强电网输送能力，提高系统运行 的稳定性和经济性。 第三章 常用计算的基本理论和方法 导体正常运行时和 故障时候I变化很 大，故障时电流远 远大于正常运行时 候 导体正常运行时发 热情况长期发热 导体发生故障时发 热情况短时发热 导体发生故障时受 力的情况电动力 二二. .最高允许温度最高允许温度 正常最高允许工作温度：70（一般裸导体）、 80（计及日照时的钢芯铝绞线、 管形导体）、 85（接触面有镀锡的可靠覆盖层） 95（接触面有银的覆盖层） 短时最高允许温度：200（硬铝及铝锰合金）、 300（硬铜 ） 三.长期发热的研究 导体长期发热是指导体通过工作电流时的发热过程 长期发热的特点：电流
7、小正常工作电流。 时间长可以认为趋于无穷大。 1. 1.导体的发热和散热导体的发热和散热 在稳定状态下，导体吸收的热量等于散去的热量 QRQt QlQf QR Qt QlQf QR 单位长度导体电阻损耗的热量 Qt 单位长度导体吸收太阳辐射的热量 Ql 单位长度导体的对流散热量 Qf 单位长度导体向周围介质辐射的散热量 2. 2.导体载流量的计算导体载流量的计算 计算目的：确定导体的长期允许工作电流，即 载流量。 温升过程中散热公式： QlQf w（w 0）F w 对流和辐射总的散热系数 温升过程： QR QcQlQf 导体稳定温升： 导体热时间常数 ： 设开始温升为： 对于时间t得温升为 ：
8、 代入上式得： 导体载流量 问题：导体最大载流量如何计算？ 问题：如何提高导体载流量 l减小交流电阻： 采用电阻率小的材料如铜、铝，增大导 体的截面 减小接触电阻：接触表面镀锡、镀银等 l增大复合散热系数：改变导体的布置方式 l增大散热面积 四.导体的短时发热计算 l 指短路开始到短路切除为止很短一段时间内导体的发热过 程。 l 短时最高发热温度 l 短路时间=保护动作时间+断路器的全开断时间 l 断路器的全开断时间=断路器的固有分闸时间+燃弧时间 计算目的：校验热稳定，确定导体在短路时可能出 现的最高短时发热温度 。 热稳定校验的根本条件是：导体短时发热最高温度 不得超过短时最高允许值 。即
9、 l短路时候导体发热的特点： 由于发热时间短，可认为电阻损耗产生的热量来 不及散失，全部用于使导体温度升高，即认为导 体短时发热基本上是一个绝热的过程，且导体温 度变化很大，电阻和比热容随温度而变化。 ikt2Rdt = mCd R = ( 1 + )l/S C = C0 (1+) 整理积分得： 定义： 短路电流热效应 n热效应的计算 周期分量 的热效应 非周期分量 的热效应 当短路电流切除时间超过1秒时，发热主要由周期分量决定， 可忽略非周期分量的影响 五.导体短路的电动力 1.毕奥沙瓦定律 dF iBsindl B dl L a i 2.两条平行导体间的电动力 i1 i2 F 2107i1
10、i2L/a 3.三相短路导体所受电动力 三相短路时的电动力 A B C AB F AC F CB F CA F BA F BC F A i B i C i a a 不计短路电流周期分量的衰减时三相短路电流： l 短路电动力的最大值出现在短路后很短的瞬间， 忽略周期分量和非周期份量的衰减，则： l FA的最大值出现在固定分量和非周期分量之和为 最大的瞬间，临界初相角A=75、225等； l FB的最大值出现在非周期分量为最大的瞬间，临 界初相角A=75、165、225等。 三相短路电动力的最大值 短路发生后的最初半个周期，短路电流的幅值最大，此 时t=0.01s， 三相短路A相的最大电动力 三相
11、短路B相的最大电动力 （2）两相短路最大电动力 l 三相导体最大短路电动力出现在三相短路故障 后的0.01s，作用在中间B相 因此，校验导体和电器设备的的动稳定应以三相 短路时中间相所受到的电动力为准。 电气设备及主接线的可靠性分析 l1. 可靠性的含义 l 可靠性：元件、设备和系统在规定的条件下（对 于主接线来说，指的是额定条件）和预定的时间 内（如一年）完成规定功能的概率。其中，规定 功能可规定一些判据来衡量，判据越多，越接近 工程实际情况，其可靠性计算也越复杂。目前， 在设计主接线时，多以保证连续供电和发电出力 的概率作为可靠性计算的判据。 电气设备及主接线的可靠性分析 l2、电气设备分
12、类 l 从可靠性的观点，可分两类： l 可修复元件：发生了故障，经过修理能再次恢复 到原来的工作状态（电力系统中大部分设备属于 此类，由可修复元件组成的系统称为可修复系统 ） l 不可修复元件：发生了故障不能修理，或者虽能 修复但不经济。 电气设备及主接线的可靠性分析 l3、电气设备的工作状态 l 运行状态（工作或待命）：又称可用状态，元件 处于可执行它的规定功能的状态。 l 停运状态（ 故障或检修）：又称不可用状态，元 件由于故障处于不能执行其规定功能的状态。计 划停运是事先安排的，强迫停运是随机的，为简 化分析，可靠性研究中不包括计划检修停运。 可靠性的主要指标 l3、电气主接线的可靠性指
13、标 l 主接线的可靠性指标一般用某种供电方式下的可用度 、平均无故障工作时间、每年平均停运时间和故障频 率表示。 电气主接线的可靠性计算 l 目前所采用的方法： l 网络法：是假定系统每一个元件只有两种状态【运行 和停运】为前提，根据系统运行方式及各元件的失效 模式绘出逻辑图，建立可靠性数学模型，通过数值计 算求得可靠性指标。但复杂系统建立和简化逻辑图比 较困难。 l 状态空间法：建立在马尔科夫模型基础上，在处理复 杂系统或网络时，具有较大的灵活性，目前广泛应用 于计算电力系统的稳定性。 电气主接线的可靠性计算 l 1、串联系统 l 系统中任何一个元件发生故障，便构成系统故障，称 为串联系统。
14、这里的所说的“串联”与同电路中元件的 串联概念混为一谈。 C1C2 12nS (a)(b) (c) (d) C1 C2 电路与串联系统框图 (a)电容器的并联；(b) (a)图的串联逻辑图；(c)串联系统；(d)等效系统 电气主接线的可靠性计算 l 2、并联系统 l 若所有元件都有发生故障时，才构成系统故障 ，称为并联系统。 1 2 n S (a)(b) 并联系统框图 (a)并联系统；(b) 等效电路 电气主接线的可靠性计算 l3. 串-并联系统 l先将系统分解成若干个串联、并联子系统，然后 按照先后顺序，分别计算各子系统的可靠度，最 后计算整个系统的可靠度。 电气主接线可靠性的计算程序 l
15、1、根据主接线的形式，列出其中所有元件； l 2、给出每个元件的故障率、修复率和停运时间； l 3、确定系统故障判据，即确定主接线正常和故障 条件； l 4、建立数学模型，选择要计算的可靠性指标； l 5、采用合适的可靠性计算方法。 常用的技术经济分析方法 l 1. 最小费用法 l 我国电力工业推荐采用“最小年费用法”。以年费 用Ac为最小来确定最佳方案。 l 式中，ACm-折算到工程建成年的年费用。 l Im-折算到工程建成年的（第m年的）总投 资，由下式可得： 常用的技术经济分析方法 l Cm-折算到工程建成年的运营成本，由下式可得： l 其中，It-施工期逐年投资。 l Ct-逐年运营费。 l m-施工期。 l n生产运行期，火电厂：25年；水电厂：50年；变 电所：20-25年。 l t-从工程开工这一年算起的年份。 l t开始投产年。 常用的技术经济分析方法 l2. 净现值法 l3. 内部收益率法 l4. 抵偿年限法 第四章 电气主接线及设计 电气主接线定义： 由电气设备通过连接线，按其功能要求组成 接收和分配电能的电路，成为传输强电流，高电压 的网络，称为一次接线或电气主系统。由规定的电 气设备图形符号和文字符号并按照工作
