.电力系统基础知识

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1、单击此处编辑母版副标题样式电力系统基本知识电力系统基本知识赵 丽 平 1电气工程专业概论电气工程专业概论1 1 1 1电力系统的构成、特点及其表征参数电力系统的构成、特点及其表征参数2 2 2 2高压电气设备高压电气设备3 3 3 3发电厂的分类及生产流程发电厂的分类及生产流程4 4 4 4变电所变电所5 5 5 5电力输电线路电力输电线路6 6 6 6电网互联电网互联7 7 7 7电力系统接地和防雷电力系统接地和防雷2电气工程专业概论电气工程专业概论电力系统的构成、特点及其表征参数电力系统的构成、特点及其表征参数3电气工程专业概论电气工程专业概论 电力系统是由多个发电、输电、变电、配电、用电

2、、控制等电力系统是由多个发电、输电、变电、配电、用电、控制等子系统构成的子系统构成的电能生产电能生产和和消费消费的庞大网络。的庞大网络。 一、电力系统的构成一、电力系统的构成4电气工程专业概论电气工程专业概论 电能的生产、传输、消耗同时完成，电能不能大量存储； 电力系统的暂态过程非常迅速； 除含有直流输电系统的复合电力系统外，电力系统中的频率是统一的； 电力系统中的事故时有发生，造成供电中断的事故会造成重大损失； 电力系统的容量和覆盖的地理范围越来越大，其特征是：大容量、跨地区和国界、高电压、高度自动化、交直流混合； 各电力系统的组成要素和运行特点各不相同，它随系统的发展而改变。 二、电力系统

3、运行的特点二、电力系统运行的特点5电气工程专业概论电气工程专业概论 提高电网结构的强壮性，电网布局和电网结构必须合理，设备元件必须安全可靠。 提高系统运行的稳定性，当电力系统受到不同程度的扰动时，一般不应引起稳定性的破坏，造成系统解列或大面积停电。因此，应经常进行不同运行方式下偶然事故的系统分析计算，检验系统的安全稳定裕度。 保证一定的备用容量，系统中发电设备容量除应满足负荷用电的需要外，还应配备适量的负荷备用、检修备用和事故备用。备用容量应包括有功功率和无功功率备用。 三、电力系统的运行要求三、电力系统的运行要求6电气工程专业概论电气工程专业概论总装机容量：是指系统中所有发电机组额定有功功率

4、的总和；年发电量：指系统中所有发电机组全年所发电能的总和；最大负荷：指规定时间内电力系统总有功功率负荷的最大值；额定频率：50赫兹，60赫兹；最高电压等级：系统中最高电压等级的电力线路的额定电压。地理接线图：显示系统中发电厂、变电所的地理位置，电力线路的路径以及它们相互间的连接。电气接线图：显示发电机、变压器、母线等之间的电气接线。 频率、电压、波形是表征系统电能质量的三个基本指标。 系统频率主要取决于有功功率平衡。发电出力不足频率偏低。节点电压主要取决于无功功率平衡。无功不足电压将偏低。波形质量问题由谐波污染引起。非线性负荷从电网中吸收非正弦电流，引起电网电压畸变。四、电力系统的表征参数四、

5、电力系统的表征参数7电气工程专业概论电气工程专业概论高压电气设备高压电气设备 8电气工程专业概论电气工程专业概论 高压电气设备包括发电机、变压器、高压开关设备等。高压电气设备包括发电机、变压器、高压开关设备等。 发电机发电机主要包括汽轮发电机、水轮发电机和柴（汽）油发主要包括汽轮发电机、水轮发电机和柴（汽）油发电机等；电机等； 变压器变压器有主变压器、联络变压器、厂用变压器、牵引变压有主变压器、联络变压器、厂用变压器、牵引变压器等；器等； 高压开关设备高压开关设备包括断路器、隔离开关和负荷开关；包括断路器、隔离开关和负荷开关； 高压保护设备高压保护设备主要指避雷器、电抗器、电流互感器、电压主要

6、指避雷器、电抗器、电流互感器、电压互感器等。互感器等。 9电气工程专业概论电气工程专业概论10电气工程专业概论电气工程专业概论 火电厂和核电厂核心设备，由汽轮机或燃汽轮机直接驱动发电。火电厂和核电厂核心设备，由汽轮机或燃汽轮机直接驱动发电。 静止部分静止部分：机座、端盖和轴承座、定子铁芯、定子绕组及出线装配等；：机座、端盖和轴承座、定子铁芯、定子绕组及出线装配等； 旋转部分旋转部分：转子本体：转子本体(转轴转轴)、转子绕组、引线及滑环、风扇、护环及中、转子绕组、引线及滑环、风扇、护环及中心环等部件心环等部件 。 一、汽轮发电机一、汽轮发电机11电气工程专业概论电气工程专业概论电力变压器按电力变

7、压器按绕组数目绕组数目可分为：双绕组、可分为：双绕组、三绕组、自耦变压器；三绕组、自耦变压器；按绕组按绕组材质材质分：铝绕组和铜绕组变压器；分：铝绕组和铜绕组变压器；按按用途用途分：升压、降压、配电、联络变压分：升压、降压、配电、联络变压器；器；按按冷却方式冷却方式分：自冷、风冷、强油分：自冷、风冷、强油(导向导向)风冷、强油风冷、强油(导向导向)水冷变压器；水冷变压器；按按冷却介质冷却介质分：油浸式、干式、充分：油浸式、干式、充SF6气气体式变压器；体式变压器； 按按电压等级电压等级可分为：可分为：220 kV及以上超高及以上超高压变压器、压变压器、35110 kV中压变压器、中压变压器、1

8、0kV及以下配电变压器；及以下配电变压器； 按按结构结构分：内铁型和外铁型变压器等。分：内铁型和外铁型变压器等。 二、电力变压器二、电力变压器12电气工程专业概论电气工程专业概论 油浸式变压器包括：油浸式变压器包括： 铁心铁心(变压器的磁路和机械骨架变压器的磁路和机械骨架)、绕组绕组(变压器的变压器的电路电路)、高低压绝缘套管高低压绝缘套管(引入、引出线支撑和绝缘引入、引出线支撑和绝缘)、油箱及其他附件油箱及其他附件等等4大部分，其中铁心和绕组是变压器的主要部件，称为变压器的器身。大部分，其中铁心和绕组是变压器的主要部件，称为变压器的器身。 二、电力变压器二、电力变压器1、高压套管 2、分接开

9、关 3、低压套管 4、气体续电器5、安全气道 6、油枕7、油表 8、吸湿器9、散热器 10、铭牌11、接地螺栓 12、油样阀门13、放油阀门 14、活门 15、绕组 16、信号温度计17、铁心 18、净油器19、油箱 20、变压器油13电气工程专业概论电气工程专业概论 高压电气设备中高压电气设备中最重要最重要、最复杂最复杂的开关电器，它既要能切的开关电器，它既要能切除正常负载，又要能排除短路故障，同时承担控制和保护双重除正常负载，又要能排除短路故障，同时承担控制和保护双重责任，其性能的好坏对电力系统的安全、稳定运行意义重大。责任，其性能的好坏对电力系统的安全、稳定运行意义重大。 基本要求基本要

10、求是：是：“具有足够的开断能力、尽可能短的动作时具有足够的开断能力、尽可能短的动作时间、高度的工作可靠性间、高度的工作可靠性”。 主要任务主要任务是是: 在在正常情况正常情况下开断和关合负载电流，分、合电路；下开断和关合负载电流，分、合电路； 当电力系统发生当电力系统发生故障故障时，切除故障电路；时，切除故障电路； 配合配合自动重合闸自动重合闸多次关合或开断电路。多次关合或开断电路。 要使这些任务顺利完成，高压断路器必须快速熄灭由于分要使这些任务顺利完成，高压断路器必须快速熄灭由于分合闸产生的高压电弧。合闸产生的高压电弧。 三、高压断路器三、高压断路器14电气工程专业概论电气工程专业概论三、高

11、压断路器三、高压断路器组成组成主要零部件主要零部件主要功能主要功能开断开断元件元件主触头、副触头、主触头、副触头、灭弧室、导电回路、灭弧室、导电回路、并联电阻等并联电阻等开断或关合输电线开断或关合输电线路和被保护设备，路和被保护设备，传输电能传输电能支撑支撑绝缘绝缘件件瓷柱、瓷套管、拉瓷柱、瓷套管、拉紧瓷棒组成外绝缘，紧瓷棒组成外绝缘，绝缘筒、绝缘介质绝缘筒、绝缘介质组成内绝缘组成内绝缘承受操作时的各种承受操作时的各种冲击力及各种外力，冲击力及各种外力，使断路器有可靠的使断路器有可靠的对地绝缘和断口绝对地绝缘和断口绝缘缘传动传动装置装置各种连杆、齿轮、各种连杆、齿轮、拐臂、液压管道、拐臂、液压

12、管道、压缩空气管道等。压缩空气管道等。将操作命令和操作将操作命令和操作功传递给触头和其功传递给触头和其他部件他部件操作操作机构机构弹簧、液压、电磁、弹簧、液压、电磁、气动、手动机构的气动、手动机构的本体及其配件本体及其配件为开断元件分合闸为开断元件分合闸提供能量，并实现提供能量，并实现各种规定的操作各种规定的操作基基 座座断路器本体的基架断路器本体的基架和底座和底座承受整体重量和操承受整体重量和操作时的冲击力作时的冲击力15电气工程专业概论电气工程专业概论（一）主要用途（一）主要用途 隔离隔离高压电源，将需检修或需隔离的电气设备与带电部分可高压电源，将需检修或需隔离的电气设备与带电部分可靠地断

13、开，形成明显断点，确保操作人员和电气设备安全；靠地断开，形成明显断点，确保操作人员和电气设备安全； 倒闸操作倒闸操作，在双母线接线的配电装置中，可利用隔离开关将，在双母线接线的配电装置中，可利用隔离开关将设备或供电线从一组母线切换到另一组母线；设备或供电线从一组母线切换到另一组母线； 接通或断开接通或断开小电流电路小电流电路，接或断开励磁电流不超过，接或断开励磁电流不超过2 A的空的空载变压器、电容电流不超过载变压器、电容电流不超过5A的空载线路及互感器和避雷器。的空载线路及互感器和避雷器。（二）对隔离开关的特殊要求（二）对隔离开关的特殊要求在分闸状态应有明显可见的断口，使运行人员能明确区分电

14、在分闸状态应有明显可见的断口，使运行人员能明确区分电器是否与电网断开，但在全封闭式配电装置中除外；器是否与电网断开，但在全封闭式配电装置中除外； 隔离开关断点之间应有足够的距离、可靠的绝缘；隔离开关断点之间应有足够的距离、可靠的绝缘； 具有足够的短路稳定性，包括动稳定和静稳定；具有足够的短路稳定性，包括动稳定和静稳定； 隔离开关应结构简单，动作可靠；隔离开关应结构简单，动作可靠； 带有接地刀闸的隔离开关应有保证操作顺序的闭锁装置。带有接地刀闸的隔离开关应有保证操作顺序的闭锁装置。 四、隔离开关四、隔离开关16电气工程专业概论电气工程专业概论（三）（三） 隔离开关的分类隔离开关的分类（1）按）按

15、安装地点安装地点，分为户内式和户外式，分为户内式和户外式2种；种；（2）按）按绝缘支柱的数目绝缘支柱的数目，分为单柱式、双柱式和三柱式，分为单柱式、双柱式和三柱式3种；种；（3）按）按刀闸的运行刀闸的运行方式，分为水平旋转式、垂直旋转式、摆方式，分为水平旋转式、垂直旋转式、摆动式和插入式动式和插入式4种；种；（4）按）按有无接地闸刀有无接地闸刀，分为带接地刀闸和不带接地刀闸，分为带接地刀闸和不带接地刀闸2种。种。 户内隔离开关的型号常用户内隔离开关的型号常用GN表示，一般用于表示，一般用于35 kV电压等电压等级及以下的配电装置中。户外隔离开关则可用级及以下的配电装置中。户外隔离开关则可用GW

16、代号表示，代号表示，户外式隔离开关的触头直接暴露于大气中，因此要适应各种恶户外式隔离开关的触头直接暴露于大气中，因此要适应各种恶劣的气候条件。劣的气候条件。四、隔离开关四、隔离开关17电气工程专业概论电气工程专业概论 GW系列系列II型双柱户外隔离开关外形图，型双柱户外隔离开关外形图，主闸刀主闸刀固定在绝缘瓷柱顶部的固定在绝缘瓷柱顶部的活动出线座上，活动出线座上，触头触头为矩形，外装防护罩，以防雨、冰和雪、灰尘等。为矩形，外装防护罩，以防雨、冰和雪、灰尘等。 图中闸刀位于合闸位置。分合闸时，操动机构的交叉连杆带动两个支柱图中闸刀位于合闸位置。分合闸时，操动机构的交叉连杆带动两个支柱绝缘子向反方

17、向转动绝缘子向反方向转动90o，完成操作。，完成操作。 GW5110D型型V形双柱式隔离开关，在发电厂、变电所中广泛应用；形双柱式隔离开关，在发电厂、变电所中广泛应用；GW4-25型单级隔离开关，在电气化铁路接触网中广泛使用。型单级隔离开关，在电气化铁路接触网中广泛使用。四、隔离开关四、隔离开关18电气工程专业概论电气工程专业概论 一次电路与二次电路间的一次电路与二次电路间的联络元件联络元件，电流互感器将大电流，电流互感器将大电流变成小电流变成小电流(5A)；电压互感器将高电压变成低电压；电压互感器将高电压变成低电压(100 V)。1 隔离高压电路：隔离高压电路：互感器原边与副边只有磁的联系，

18、使测量仪互感器原边与副边只有磁的联系，使测量仪表和保护电器与高压电路隔开，保证二次设备和人员安全。表和保护电器与高压电路隔开，保证二次设备和人员安全。2 准确变换电压、电流准确变换电压、电流：将一次回路高电压和大电流变为二次：将一次回路高电压和大电流变为二次回路标准的低电压和小电流，向测量仪表和继电器的电压线圈回路标准的低电压和小电流，向测量仪表和继电器的电压线圈或电流线圈供电，从而扩大仪表和继电器使用范围。如一只或电流线圈供电，从而扩大仪表和继电器使用范围。如一只5 A量程的电流表，通过电流互感器就可测量任意大的电流。量程的电流表，通过电流互感器就可测量任意大的电流。3 使二次设备标准化使二

19、次设备标准化：使二次设备：使二次设备(含测量仪表和继电器含测量仪表和继电器)标准标准化、系列化、小型化，使二次设备结构简化、接线灵活方便，化、系列化、小型化，使二次设备结构简化、接线灵活方便，不受一次主电路限制，实现远距离集中控制、测量、保护。不受一次主电路限制，实现远距离集中控制、测量、保护。 五、高压互感器五、高压互感器19电气工程专业概论电气工程专业概论 互感器的是一种特殊的变压器：互感器的是一种特殊的变压器： 1 容量小容量小，仅用于电量变换，不能进行电能输送；，仅用于电量变换，不能进行电能输送； 2 激磁电流激磁电流非常小，在电工计算中忽略不计；非常小，在电工计算中忽略不计； 3 有

20、规定的准确度和特殊的有规定的准确度和特殊的工作状态工作状态，处于运行中的电流互感器次边不能，处于运行中的电流互感器次边不能开路、电压互感器次边不可短路；开路、电压互感器次边不可短路； 4 互感器的互感器的接线方式接线方式不同。压互的原边并联于一次电路内，次边绕组与测不同。压互的原边并联于一次电路内，次边绕组与测量仪表或继电器的电压线圈并联连接；流互的原边串联在一次电路内，次量仪表或继电器的电压线圈并联连接；流互的原边串联在一次电路内，次边与仪表或继电器电流线圈串联。边与仪表或继电器电流线圈串联。 20电气工程专业概论电气工程专业概论一一 避雷针避雷针 接闪器接闪器：直径：直径10mm12mm、

21、长、长1米米2m钢棒，或截面不钢棒，或截面不小于小于35 镀锌钢绞线镀锌钢绞线(避雷导线避雷导线)。架设在一定高度起。架设在一定高度起引雷引雷作用。作用。 接地引下线接地引下线：保证强大雷电流通过时不致熔化，用直径：保证强大雷电流通过时不致熔化，用直径6 mm的圆钢或截面不小于的圆钢或截面不小于25镀锌钢绞线，将雷电流安全镀锌钢绞线，将雷电流安全导入导入埋埋于地中的接地体。于地中的接地体。 埋于地下与土壤直接接触的金属物体为埋于地下与土壤直接接触的金属物体为接地体接地体，电阻值一，电阻值一般不大于般不大于10。 当雷击于避雷针，强大的雷电流通过接地引下线、接地体当雷击于避雷针，强大的雷电流通过

22、接地引下线、接地体泄入大地，避雷针上会形成极高电位泄入大地，避雷针上会形成极高电位(达达2,440 kV)。高电位可。高电位可对附近的设备发生放电现象，称反击。对附近的设备发生放电现象，称反击。二二 避雷线避雷线 原理同避雷针，保护架空线路，部分发电厂和变电所也采用。原理同避雷针，保护架空线路，部分发电厂和变电所也采用。由悬挂在架空线路上空的接地线（镀锌钢绞线）、接地引下线由悬挂在架空线路上空的接地线（镀锌钢绞线）、接地引下线和接地体（接地电极）和接地体（接地电极）3部分组成。部分组成。 六、防雷设备六、防雷设备21电气工程专业概论电气工程专业概论三三 避雷器避雷器 防止雷电过电压，当雷电侵入

23、波沿架空线路侵入变电所或防止雷电过电压，当雷电侵入波沿架空线路侵入变电所或其他建筑物时，与被保护设备并联的避雷器首先被击穿并对地其他建筑物时，与被保护设备并联的避雷器首先被击穿并对地放电，保护设备。放电，保护设备。22电气工程专业概论电气工程专业概论1 管型避雷器：由内部间隙、外部间隙和气体发生管组成。管型避雷器：由内部间隙、外部间隙和气体发生管组成。 内部间隙内部间隙在管子里，一个棒形电极和一个环形电极组成，管子用棉花纤维在管子里，一个棒形电极和一个环形电极组成，管子用棉花纤维制成的棉纸加氯化锌胶液粘制成的，一端封闭，另一端开管口，主要作用制成的棉纸加氯化锌胶液粘制成的，一端封闭，另一端开管

24、口，主要作用是灭弧，防止设备在工作电压下通过避雷器而泄漏电流。是灭弧，防止设备在工作电压下通过避雷器而泄漏电流。 外部间隙外部间隙由两个针尖相对的极棒构成，作用：使避雷器正常运行时，避由两个针尖相对的极棒构成，作用：使避雷器正常运行时，避免管子承受电压，防止管子表面长时间通过泄漏电流而引起破坏。免管子承受电压，防止管子表面长时间通过泄漏电流而引起破坏。 被保护设备受雷击时，避雷器在大气过电压作用下，外部和内部间隙相被保护设备受雷击时，避雷器在大气过电压作用下，外部和内部间隙相继被击穿，放电瞬间，强大的放电电流在内部间隙中产生高温电弧，管子继被击穿，放电瞬间，强大的放电电流在内部间隙中产生高温电

25、弧，管子内壁在高温电弧作用下融化，产生高压气体并从管口一端喷出，靠高压气内壁在高温电弧作用下融化，产生高压气体并从管口一端喷出，靠高压气体流动将电弧吹灭，放电终止，设备恢复对地绝缘。灭弧体流动将电弧吹灭，放电终止，设备恢复对地绝缘。灭弧1020ms内。内。23电气工程专业概论电气工程专业概论2 阀型避雷器阀型避雷器 火花间隙和阀型电阻盘两部分组成。火花间隙和阀型电阻盘两部分组成。 电阻盘是一个非线性电阻，工频电压下阻值非常大，冲击电阻盘是一个非线性电阻，工频电压下阻值非常大，冲击高电压下阻值非常低。正常情况下，火花间隙具有很高绝缘强高电压下阻值非常低。正常情况下，火花间隙具有很高绝缘强度，工频

26、交流电压不能将其击穿，电阻盘上无电流通过；雷电度，工频交流电压不能将其击穿，电阻盘上无电流通过；雷电袭来时，火花间隙迅速击穿，冲击电压下，阀盘电阻具很低的袭来时，火花间隙迅速击穿，冲击电压下，阀盘电阻具很低的电阻值，雷电流通过阀型电阻盘流入大地。雷电流通过后，工电阻值，雷电流通过阀型电阻盘流入大地。雷电流通过后，工频电流很小，阀型电阻恢复高阻抗的性质。频电流很小，阀型电阻恢复高阻抗的性质。3 氧化锌避雷器氧化锌避雷器 用于中性点非直接接地的用于中性点非直接接地的35 kV及以下系统。灭弧电压不低及以下系统。灭弧电压不低于设备最高运行线电压，额定电压应与系统额定电压一致。于设备最高运行线电压，额

27、定电压应与系统额定电压一致。 在阀型避雷器的基础上在阀型避雷器的基础上,采用氧化锌片为工作元件，阀片具采用氧化锌片为工作元件，阀片具优良的非线性伏安特性，通流能力大、残压低，能有效保护电优良的非线性伏安特性，通流能力大、残压低，能有效保护电气设备的绝缘。无火花间隙，可直接和电网并联。结构简单，气设备的绝缘。无火花间隙，可直接和电网并联。结构简单，重量轻、体积小、动作快、耐污性好、运行维护方面等优点。重量轻、体积小、动作快、耐污性好、运行维护方面等优点。 24电气工程专业概论电气工程专业概论（四）（四） 抗雷圈抗雷圈 某些容量较小的某些容量较小的35 kV电压等级以下的变电所或雷害较重的电压等级

28、以下的变电所或雷害较重的电气化铁路牵引变电所的馈线侧，可采用空芯抗雷圈的办法来电气化铁路牵引变电所的馈线侧，可采用空芯抗雷圈的办法来消除雷电波的侵入。其接入方法如图消除雷电波的侵入。其接入方法如图2.13所示。所示。 在抗雷圈的外侧加设管型或阀型避雷器是为了防止过于强在抗雷圈的外侧加设管型或阀型避雷器是为了防止过于强烈的雷电反射波造成电抗线圈的贯穿性击穿。烈的雷电反射波造成电抗线圈的贯穿性击穿。六、防雷设备六、防雷设备25电气工程专业概论电气工程专业概论发电厂的分类与生产流程发电厂的分类与生产流程 26电气工程专业概论电气工程专业概论 根据根据一次能源一次能源的形态，发电厂可分为火力发电厂、的

29、形态，发电厂可分为火力发电厂、水能发电厂、核能发电厂、地热发电厂、风力发电厂、水能发电厂、核能发电厂、地热发电厂、风力发电厂、太阳能发电厂和潮汐能发电厂。太阳能发电厂和潮汐能发电厂。 不同发电厂的发电设备、性能特点、运行与维护要不同发电厂的发电设备、性能特点、运行与维护要求各不相同。求各不相同。一、发电厂的分类一、发电厂的分类27电气工程专业概论电气工程专业概论类型类型特点特点火电厂火电厂用煤、天然气等作为燃料，可分为热电厂和发电厂用煤、天然气等作为燃料，可分为热电厂和发电厂水电厂水电厂利用江、河、湖、海中水的势能和动能发电利用江、河、湖、海中水的势能和动能发电核电厂核电厂将核燃料铀（钚）在裂

30、变链式反应中产生的能量转换成电能将核燃料铀（钚）在裂变链式反应中产生的能量转换成电能地热电厂地热电厂通过蒸汽、热水等载热流体将地下热能携带到地面专门装置转换通过蒸汽、热水等载热流体将地下热能携带到地面专门装置转换风力电厂风力电厂通过专门的设备将大气沿地表流动的风能转换成电能通过专门的设备将大气沿地表流动的风能转换成电能太阳能电太阳能电厂厂将太阳能转换成电能，太阳热和太阳光两类，前者利用聚光、热交换将太阳能转换成电能，太阳热和太阳光两类，前者利用聚光、热交换器等，通过工质携带热能再通过旋转机组发电；后者利用光电转换元器等，通过工质携带热能再通过旋转机组发电；后者利用光电转换元件直接转换件直接转换

31、废料电厂废料电厂利用工业废料和生活废料的化学能转换成电能利用工业废料和生活废料的化学能转换成电能汽轮机汽轮机用蒸汽冲动汽轮机带动发电机的发电厂，分凝汽式、背压式和抽汽式用蒸汽冲动汽轮机带动发电机的发电厂，分凝汽式、背压式和抽汽式燃气轮机燃气轮机发电厂发电厂用燃气轮机带动发电机。燃气轮机起动快，用燃气轮机带动发电机。燃气轮机起动快，20min内即可带满负荷，内即可带满负荷，用于承担尖峰负荷或电网紧急备用电源。近年来兴起燃气用于承担尖峰负荷或电网紧急备用电源。近年来兴起燃气蒸汽联合蒸汽联合循环发电，热效率达循环发电，热效率达4255，燃料利用率可达，燃料利用率可达85水轮机水轮机利用水压推动水轮机

32、带动发电机发电。可分为立式、卧式和灯泡式利用水压推动水轮机带动发电机发电。可分为立式、卧式和灯泡式内燃机发内燃机发电厂电厂用内燃机作原动机的发电厂。柴油机。机组起停迅速，操作简单，用用内燃机作原动机的发电厂。柴油机。机组起停迅速，操作简单，用水量较少，建厂投资少。作为紧急备用电源外，缺水地区及边远小城水量较少，建厂投资少。作为紧急备用电源外，缺水地区及边远小城镇的独立电源或边远地区施工列车电站的电源镇的独立电源或边远地区施工列车电站的电源28电气工程专业概论电气工程专业概论主要发电设备：包括锅炉、汽轮机和发电机，辅助设备有冷凝器、给水加热器、各种水泵、磨煤机、除氧器、烟囱及各种测量与控制设备。

33、冷凝过程中，蒸汽要把热量的60释放给冷却水。凝汽式火电厂最高热效率不超过40。 二、火电厂二、火电厂29电气工程专业概论电气工程专业概论名称名称功能功能主要流程主要流程燃料燃料与燃与燃烧系烧系统统燃煤产生水燃煤产生水蒸汽（化学蒸汽（化学能转化为热能转化为热能）能）燃煤制备流程：煤从储煤场经输煤皮带送到锅炉房煤斗中，进入磨煤机燃煤制备流程：煤从储煤场经输煤皮带送到锅炉房煤斗中，进入磨煤机制成煤粉，煤粉与来自空气预热器的热风混合后喷入炉膛燃烧制成煤粉，煤粉与来自空气预热器的热风混合后喷入炉膛燃烧烟气流程：煤在炉内燃烧后产生的热烟气经过锅炉的各部受热面传递热烟气流程：煤在炉内燃烧后产生的热烟气经过锅

34、炉的各部受热面传递热量后，流进除尘器及烟囱排入大气量后，流进除尘器及烟囱排入大气通风流程：送风机供给煤粉燃烧所需空气；吸风机吸出燃烧后烟气排放通风流程：送风机供给煤粉燃烧所需空气；吸风机吸出燃烧后烟气排放排灰流程：灰渣及除尘器下部排出细灰用机械或水力排出排灰流程：灰渣及除尘器下部排出细灰用机械或水力排出汽水汽水系统系统蒸气推动汽蒸气推动汽轮机作功轮机作功（热能转化（热能转化为机械能）为机械能）汽水流程：水在锅炉内变成过热蒸汽，蒸汽在汽轮机中不断膨胀、高速汽水流程：水在锅炉内变成过热蒸汽，蒸汽在汽轮机中不断膨胀、高速流动、推动汽轮机高速旋转，最后排入凝汽器中冷凝成水，再经升压、除流动、推动汽轮机

35、高速旋转，最后排入凝汽器中冷凝成水，再经升压、除氧、加热后送回锅炉，形成闭合的汽水循环氧、加热后送回锅炉，形成闭合的汽水循环补给水流程：汽水循环中水有损失，须经常补充，经化学处理补给水流程：汽水循环中水有损失，须经常补充，经化学处理冷却水流程：汽轮机排汽的凝结过程中，热需由冷却水带走冷却水流程：汽轮机排汽的凝结过程中，热需由冷却水带走电气电气系统系统汽轮机带动汽轮机带动发电机发电，发电机发电，送电送电向外供电流程：电能由变压器升压后经高压输配电装置送出向外供电流程：电能由变压器升压后经高压输配电装置送出厂用电流程：自用电由厂用变压器降压后，经厂用配电装置供电厂用电流程：自用电由厂用变压器降压后

36、，经厂用配电装置供电控制控制系统系统操作机械化、操作机械化、自动化自动化燃料的装卸、入仓、制粉、输送机械化、自动化燃料的装卸、入仓、制粉、输送机械化、自动化锅炉给水、汽温和燃烧的自动调节，炉膛灭火安全保护系统锅炉给水、汽温和燃烧的自动调节，炉膛灭火安全保护系统汽轮机自控系统：调节、自起停、监视与保护和主蒸汽旁路控制汽轮机自控系统：调节、自起停、监视与保护和主蒸汽旁路控制发电机控制系统：参数显示、励磁调节、运行操作和安全保护发电机控制系统：参数显示、励磁调节、运行操作和安全保护厂用电控制系统：厂用电备用电源自动切换、直流系统监视和交流不停电厂用电控制系统：厂用电备用电源自动切换、直流系统监视和交

37、流不停电电源等电源等30电气工程专业概论电气工程专业概论 火电厂的出力稳定，只要发电设备正常、燃料充足，就可按其额定装机容量发电； 火电厂有最小技术出力的限制，负荷太小时可能出现锅炉燃烧不稳定的现象。一般燃煤火电厂的最小技术出力为其额定出力的6070，这样就限制了负荷调节能力。特殊设计的调峰火电机组的最小技术出力可以降低到60，但造价较高； 火电厂机组起动技术复杂，且需耗费大量的燃料、电能等。以5万kW的机组为例，从冷态起动到带满负需要6h。因此，火电机组不宜经常起停； 火电厂所消耗的燃料和冷却水量相当大，以60万kW的火电机组为例，每天要消耗67kt煤及200万m3以上的冷却水。运行特点运行

38、特点31电气工程专业概论电气工程专业概论三、水电厂三、水电厂抽水蓄能水电厂 坝后式水电厂 径流式水电厂 河床式水电厂 32电气工程专业概论电气工程专业概论系统名称系统名称功功 能能主要流程主要流程引水系统引水系统将高位水变将高位水变成高速水流成高速水流推动水轮机推动水轮机做功（水的做功（水的势能转化为势能转化为动能）动能）将用水从水库或上游河道经引水口进入压力管道下泄，形成将用水从水库或上游河道经引水口进入压力管道下泄，形成高速水流进入主厂房推动水轮机转动，经尾水管流出厂房高速水流进入主厂房推动水轮机转动，经尾水管流出厂房坝式水电厂引水系统较简单，由进水口、压力管道、尾水管坝式水电厂引水系统较

39、简单，由进水口、压力管道、尾水管和相应的闸、阀与启闭设备组成；和相应的闸、阀与启闭设备组成；引水式或混合式水电厂的引水系统较复杂，包括进水口、引引水式或混合式水电厂的引水系统较复杂，包括进水口、引水隧洞、调压井、压力管道、尾水管或尾水隧洞等建筑物以及水隧洞、调压井、压力管道、尾水管或尾水隧洞等建筑物以及相应的闸、阀与启闭设备相应的闸、阀与启闭设备发电系统发电系统水轮机带动水轮机带动发电机发电发电机发电（机械能转（机械能转化为电能）化为电能）水轮发电机组是水电厂发电的主设备，附属设备有进口阀、水轮发电机组是水电厂发电的主设备，附属设备有进口阀、水轮机调速装置、油压装置、励磁装置、发电机冷却系统等

40、。水轮机调速装置、油压装置、励磁装置、发电机冷却系统等。电能从发电机引出线送往主变压器，升压后再经开关站、输电能从发电机引出线送往主变压器，升压后再经开关站、输电线路送入电网内，由电网再逐级降压分配到用户。电线路送入电网内，由电网再逐级降压分配到用户。开关站内主要是高压电器如断路器、隔离开关、互感器、避开关站内主要是高压电器如断路器、隔离开关、互感器、避雷器、阻波器（通信用）和母线等。雷器、阻波器（通信用）和母线等。自动化系自动化系统统提高水电厂提高水电厂运行的安全运行的安全性、经济性、性、经济性、劳动生产率劳动生产率和供电质量和供电质量单机自动化：包括水轮发电机组自动控制系统（对水轮发电单机

41、自动化：包括水轮发电机组自动控制系统（对水轮发电机组工况及其转换过程的监控）、调速系统（对机组转速与出机组工况及其转换过程的监控）、调速系统（对机组转速与出力的自动调节）和励磁系统（对电压和无功出力的自动调节）力的自动调节）和励磁系统（对电压和无功出力的自动调节）公用设备自动化：包括供水系统自动控制、排水系统自动控公用设备自动化：包括供水系统自动控制、排水系统自动控制、压缩空气和压力油的控制系统制、压缩空气和压力油的控制系统全厂综合自动化：自动发电、自动电压控制及计算机监控全厂综合自动化：自动发电、自动电压控制及计算机监控梯级水电厂自动化：对梯级水电厂进行集中控制，节省梯级梯级水电厂自动化：对

42、梯级水电厂进行集中控制，节省梯级开发的投资和减员增效开发的投资和减员增效33电气工程专业概论电气工程专业概论 水电厂的出力和发电量随天然径流量的情况而变化。由于天然径流量在一年内或各年间有很大的波动，即使通过水库调节可以减少其波动幅度，但仍不能完全消除； 水电厂的起停迅速方便。一般从停机状态到满负荷运行仅需12 min； 水轮机出力在一定幅度变化时仍能维持较高的效率，适合在电力系统担任调峰及调频任务； 节约能源，不污染环境，其能源是水能，不像火电厂那样需要燃料，运行费用几乎与生产的电量无关。运行特点运行特点34电气工程专业概论电气工程专业概论 1956年，第一座核电厂建成，目前有400多座投产

43、，总装机容量已达几亿千瓦。主要由反应堆、蒸汽发生器、汽轮机及发电机4部分组成。 反应堆核心称堆蕊，核燃料U235o或Pu235o放在堆蕊中。堆蕊为中子轰击原子核产生裂变能的中枢，称活性区。反应堆内核裂变所产生的热能使堆蕊温度极高，需用冷却剂加以吸收。冷却剂吸热增温后，经一次回路流到蒸汽发生器，热量传递给二次回路管道中的水，使其变为蒸汽。冷却剂最后用泵抽回反应堆。蒸汽从二次回路进入汽轮机做功，驱动发电机。四、核电厂四、核电厂35电气工程专业概论电气工程专业概论核反应的基本原理核反应的基本原理核裂变的链式反应：铀燃料通过核分裂产生热量。大的铀原子分裂成更小的原子，产生热量及中子。当中子撞击另外一个

44、铀原子时，就触发分裂，产生更多的中子并一直继续下去。当一堆燃料棒凑在一起时会很快导致过热，45分钟后就会导致燃料棒融化。但是值得指出的是，在核反应堆内的燃料棒是绝对不可能导致像原子弹那样的核爆炸的。控制链式反应的发生： “控制棒”，吸收中子，瞬间停止链式反应。核反应堆设计：一切正常运转时，所有控制棒是不会用到的。冷却水会在核心产生热量的同时带走热量（并转化为蒸汽和电力），并在常规的250摄氏度的运转温度下还有许多余地。挑战：控制棒插入并停止链式反应后，核心依然产生热量。铀元素的核裂变过程中产生一些具有放射性的副产品，如铯和碘同位素，放射性同位素会最终衰变为更小的原子，然后失去放射性。在衰变过程

45、中，也会产生热量。数量会越来越少，在衰变结束的过程中，大约几天时间，核心最终冷却下来。 36电气工程专业概论电气工程专业概论 汽轮发电机组在结构上和一般火电厂相似，只是核电厂产生的蒸汽压力低，故汽轮发电机的体积较大。 核电厂需要连续地在其额定出力状态下运行，在电力系统中总是承担基本负荷。核电厂大约每年需要更换一次燃料，一般要停运半个月左右。 由于核电厂主要设备及辅助设备很复杂，检修时间较长，因此在有核电厂的电力系统中需要设置较大的发电机组备用容量，并要求有抽水蓄能机组进行调峰配合。 主要优点：是核燃料少。一座100万kW的压水堆核电厂一年只需要2530吨低浓铀作为燃料，而同容量的燃煤火电厂一年

46、需要250万吨原煤。目前，核电厂主要用U235O当燃料。用一个外来的中子轰击U235O，可使之分裂为两质量较小的原子核，同时会放出巨大的裂变能，而且连锁反应使这种裂变能连续不断地释放出来。1kgU235o的原子核全部裂变，可产生6.71013J的热量，大约相当于2300 t标准煤所产生的热量。37电气工程专业概论电气工程专业概论38电气工程专业概论电气工程专业概论结构：1. 第一层护罩（熔点为2200摄氏度的锆锡合金）2. 第二层护罩压力容器3. 第三层护罩压力容器，各种管道，泵，冷却水，被封装到第三层护罩中。是一个完全密封的，用最坚固的钢和混凝土制成的非常厚的球体。 核反应堆遇到的最严重的故

47、障之一：电站停电纵深防御：1. 多组柴油发电机2. 紧急电池。备用方案的备用方案，提供给冷却系统8个小时所需电力。3. “冷却失灵”的紧急预案。柴油发电机无法连接（接口不兼容）核心熔融。如果冷却系统无法恢复，核心一定会融化。核心冷却，反应堆内有多个冷却系统（反应堆给水清洁系统，衰变降温系统，反应堆核心隔离冷却系统，备用水冷系统，紧急核心冷却系统）。为了保住第二层护罩，其中的压力需时不时进行释放。紧急时刻进行压力释放，所以反应堆共有11个用于释放压力的阀门。操作员开始通过时不时地旋松阀门来释放压力容器内的压力。此时压力容器内的温度是550摄氏度。这就是关于“辐射泄漏”的报道开始的时刻。在旋松阀门

48、的过程中，发生了爆炸。爆炸发生在第三层护罩外部，反应堆厂房内。反应堆厂房不具有隔绝放射性物质的功能。39电气工程专业概论电气工程专业概论切尔诺贝利事件：历史上发生过一次类似的爆炸，在压力容器内（因为压力容器没有设计好并且操作失误）。“A计划”：恢复某个常规冷却系统。冷却系统给水：纯净水很大程度上不会被激活，保持相对无辐射。脏水更容易捕获中子，变得更加具有放射性。核心不会被冷却水影响，但操作员更难处理这些具有轻度放射性的活化水。“A计划”失败，系统无法冷却，并且也没有额外的纯净水。“B计划”启动信号：检测到大气中铯和碘同位素，确认某一根燃料棒的外壳（第一层护罩）已经存在破损。“B计划”启动：为避

49、免核心融化，使用海水冷却核心。链式反应早就停止，目前只有非常少量的余热产生。因为注入大量的水，所以目前核心已经无法再产生足够的热量去大幅度提升压力。海水中加入硼酸是一种“液体控制棒”。无论发生什么衰变，硼都可以捕获产生的中子并进一步加速核心的冷却。福岛核电站曾经十分接近核心融化。如果没有将海水注入，操作员只能继续旋松阀门以释放压力。第三层护罩必须完全密封，以避免其中发生的核心融化泄漏出任何的放射性物质，然后会经过一段等待期，等待护罩内的裂变副产品完成衰变，所有的放射性粒子会附着在护罩内壁。冷却系统最终会被恢复，融化的核心也会冷却至一个可控的温度。40电气工程专业概论电气工程专业概论 日本37万

50、平方公里，修建了57个核电站，发出的电不到全国需求30%，一个核电站有4-6个反应堆，即全国有三百多个反应堆。37万*30%=11万平方公里，300多个反应堆为11万平方公里供电 110000/300=367平方公里 一个核反应堆只为367平方公里提供电力。每个县级城市配1个核反应堆。41电气工程专业概论电气工程专业概论磁流体发电：将高温导电流体（电离的烟气、惰性气体或液态金属）高速流经具有横向磁场的通道，在通道两侧壁的电极上会分别感生固定极性的电热，经逆变器由直流变成交流后送入电网。是一种将热能直接转换成电能的发电方式。五、磁流体发电厂五、磁流体发电厂42电气工程专业概论电气工程专业概论 磁

51、流体发电可与蒸汽动力发电组成联合循环电厂，综合热效率可达5060，CO2排放量可相对减少30，用水量减少50，在装置中还可通过添加容易电离的物质（如钾盐）和燃料中硫化合，减少烟气中SO2的产生。 磁流体发电有开式循环和闭式循环两种方式，前者是指工作介质一次性通过整个装置的工作方式，后者是指工作介质在发电通道 内反复循环的方式。 关键技术：有高温绝缘燃烧室、发电通道的材料、超导磁体、下游锅炉的烟道堵塞及逆变系统。 20世纪60年代美国制成32 MW机组，1971年前苏联建成250 MW磁流体蒸汽联合循环试验电厂，我国于1982建成46 MW燃煤燃室与试验机组。五、磁流体发电厂五、磁流体发电厂43

52、电气工程专业概论电气工程专业概论变电所变电所44电气工程专业概论电气工程专业概论变电所是联系发电厂和电力用户的中间环节，起电压变换和分配电能作用。枢纽变电所：位于电力系统的枢纽点，汇集多个电源，连接电力系统的高压和中压，电压等级330 kV以上，负责向区域变电所和中间变电所供电。中间变电所：位于枢纽和区域变电所之间，使长距离输电线路分段，高压侧以交换潮流为主，起功率交换作用。一般汇集23路电源，电压等级220330 kV。通过功率，降压向当地用户供电，停电将使区域电网解列。一、变电所的分类一、变电所的分类45电气工程专业概论电气工程专业概论区域变电所：负责向某一地区或城市供电，110 kV或2

53、20 kV-110 kV或35 kV。当该变电所停电时将使该地区的供电中断。终端变电所：在输电线路的终端，直接向电力用户供电，高压侧电压一般为110 kV。当全所停电时，只影响该变电所的供电用户。牵引变电所：是一种专用变电所，110 kV或220 kV-27.5 kV或55 kV，用于向电气化铁路的电力牵引网和电力机车供电，是一种特殊的终端变电所。46电气工程专业概论电气工程专业概论一次设备：高压侧的设备，用于电能的接收、转换、电路的分合以及过电压保护。 电力变压器，用于将电压升高或降低，是变电所的中心设备，如果主变压器产生故障，变电所就需投入备用变压器； 接通和开断电路的高压开关设备，包括：

54、断路器、隔离开关、熔断器、接触器等； 用于限制故障电流和防御过电压的电抗器、避雷器等； 用于传输电能的母线、电缆等载流导体。二次设备：用于监控、调度、测量、保护一次设备的设备。 用于迅速反应故障或不正常工作状态，作用于开关电器、切除故障，或作用于信号装置发出警报信号的继电保护装置； 降低电路中的电压和电流，为测量仪表和继电保护装置提供相关信息的电压互感器和电流互感器； 用于电力系统中保护设备和人员安全的接地装置； 用于调整电压和无功补偿的电力电容器、静止补偿装置等。二、变电所的主要电气设备二、变电所的主要电气设备47电气工程专业概论电气工程专业概论电气主结线：用规定的设备文字和图形符号并按电气

55、设备的实际功用顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线结线电路图。代表了变电所电气部分主体结构及变电所与电力系统的电气连接关系。电气主结线对电力系统的安全、经济运行，系统的稳定性和调度的灵活性，电力设备的选择，配电装置的配置，继电保护、自动装置、控制方式都有决定性的影响，是电力网络结构的重要组成部分。要求其供电可靠、运行安全灵活、结线简单、操作方面、运行经济、便于扩建。基本形式：有汇流母线和无汇流母线两大类，前者包括单母线结线、双母线结线；后者包括单元结线、桥形结线。母线：汇集和分配电能的金属导体，又称汇流排，在原理上它仅是电路中的一个电气节点。 三、变电所的电气主

56、接线三、变电所的电气主接线48电气工程专业概论电气工程专业概论单母线结线包括：不分段单母线结线、用隔离开关分段的单母线结线和用高压断路器分段的单母线结线。优点：接线简单清晰、使用设备少缺点：可靠性和灵活性差，在母线、母线隔离开关检修或发生故障时，接于该母线上的所有线路都要长时间停电。1.1.单母线接线单母线接线49电气工程专业概论电气工程专业概论I为工作母线，正常运行时带电。II为备用母线，正常运行时不带电，处于备用状态。接线的任一回电源进线或出线上都有一台断路器和两组隔离开关分别接到两组母线上。正常运行时，母线I所属的隔离开关全部接通，备用母线II所属隔离开关全部断开。两组母线利用母线联络断

57、路器DLm及相应的隔离开关连接起来。优点:保证对用户供电的连续性，提高系统可靠性和灵活性，便于采用固定连接运行方式和调配系统功率，易于扩建。缺点:切换操作复杂，易产生误操作，占地大、投资多。大中型发电厂或变电所。2.2.双母线接线双母线接线50电气工程专业概论电气工程专业概论由单母线演变，适合具有两回电源进线和两台变压器的降压变电所。特点：用一组横向导线(含断路器和隔离开关）将两回线路和两台变压器横向连接。横向导线“跨桥”，并省掉线路侧断路器，因而4个回路仅用了3个断路器。又分内桥结线和外桥结线两种形式。内桥结线特点：“跨桥”靠近变压器侧，省掉变压器回路断路器，只装隔离开关。优点：当检修任一回

58、路电源进线或线路断路器时，另一线路和两台变压器仍可续继供电；当任一回线路故障时，仅断开故障线路，其他回路继续正常供电。外桥结线特点：“跨桥”靠近线路外侧，省掉线路的断路器，仅装线路隔离开关。优点是对变压器回路的操作非常方便。3.3.桥形接线桥形接线51电气工程专业概论电气工程专业概论当配电线路只有一回电源和一台（或两台）变压器时采用单元结线，在变压器高压侧可视具体情况装设不同的开关电器。优点: 结线简单、电气设备少、配置装置简单、投资小、占地少，缺点是当单元任一设备发生故障时全部设备停电。4.4.单元接线单元接线52电气工程专业概论电气工程专业概论电力输电线路电力输电线路53电气工程专业概论电

59、气工程专业概论 电力输电线路是用来输送和分配电能的导体，包括内线和外线。 内线是指变电所或配电所的母线和电气连接线。外线即我们常说的架空导线。一 母线 母线有水平和垂直两种常用排列方式，其表面按规定涂有不同颜色的漆，它有利于散热、防腐和识别母线的相别。 交流母线的相别：A相黄色、B相绿色、C相红色；中性线、接地的中性线紫色；不接地的中性线蓝色。 直流母线的颜色标志：正极红色、负极蓝色。54电气工程专业概论电气工程专业概论 导线的作用是传导电流、输送电能，避雷线的作用是把雷电流引入大地，保护电力线路免遭雷击造成过电压的破坏。 架空线路导线和避雷线是露天设备，要受到风、覆冰、温度变化的影响，而且还

60、会受到空气中各种化学物质的侵蚀。因此，导线和避雷线除了要有良好的导电性能外，还要有较高的机械强度和耐化学腐蚀的性能。 目前常用的导线材料有铜、铝、铜合金、铝合金等。导线的型号以相应的拼音字母表示，如：铝L、钢G、铜T、铝合金HL等。避雷线一般用钢线，在特殊情况下也有用钢芯铝线的。除在低压（380 V/220 V）配电线路采用绝缘导线外，一般均用裸线。为了充分利用导线，减少趋肤效应的影响并增加导线的柔韧性及强度，架空线路多用绞合的多股导线。二、导线和避雷线二、导线和避雷线55电气工程专业概论电气工程专业概论 由于单纯的多股铝线的机械强度较低，目前电压在10kV以上的输电线路上广泛采用钢芯铝（绞）

61、线。 这种导线是将铝线绕在单股或多股钢绞线的外层作为主要载流部分，而机械荷载主要由钢线承担。二、导线和避雷线二、导线和避雷线56电气工程专业概论电气工程专业概论 输电线路电压超过220 kV时，为了减小电晕损耗和线路电抗，采用分裂导线。分裂导线：用保持一定距离(400450 mm)的24根导线组成一相导线。这种排列使其周围的电磁场发生变化，从而减少沿面的电场强度和磁场强度。二、导线和避雷线二、导线和避雷线57电气工程专业概论电气工程专业概论 3部分组成，即导体、绝缘层和保护包皮。 电缆的导体是多股铜绞线或铝绞线，单芯、三芯、四芯几种。单芯截面形状是圆的。三芯或四芯截面除圆形外，更多采用扇形利用

62、电缆总面积。 电缆的绝缘层使导体与导体之间、导体与保护包皮之间绝缘。绝缘层，如橡胶、沥青、聚乙稀、麻、丝、纸等。 电缆的保护包皮是保护绝缘层，在运输、敷设和运行过程中不受外力损伤，并防止水分浸入。应具一定的机械强度。在油浸纸绝缘电缆中保护包皮还有防止绝缘油外流的作用。为防外力破坏在保护包皮外有钢铠甲。三、电缆三、电缆58电气工程专业概论电气工程专业概论电网互联电网互联59电气工程专业概论电气工程专业概论 电网互联是优化电网结构、实现大范围能源资源优化配置的重要手段。 目前世界上的电网有3种模式： 一是统一电网，即统一规划、建设和运行的电力网，如前苏联电网，总装机容量达4.6亿kW； 二是联合电

63、网，即协调规划、按合同运行的电网，如北美、美加之间的4个同步联合电网，总装机容量达8.15亿kW； 三是互联电网，即大电网间以非同步联结点为主、以少量同步联结点为辅的电网，如欧洲电网。我国电网的特点，全国联网在大区电网之间、大区电网与独立省网之间实行互联，即取互联电网模式。 电网互联通常有3种方法：即交流互联、高压直流互联及交直流混合互联。60电气工程专业概论电气工程专业概论 交流同步联网由于其技术成熟，变压、分支方便，是最经济的互联方式。 交流联网有严格的技术要求，必需要有装备良好的调度中心，可靠的远动通信设施及自动发电控制（AGC）。AGC的成功实践依赖于各区能够保持和控制频率在正常水平，

64、即各区能够保持电力平衡，且能长期保持足够的备用容量和足够容量的联络线等。 交流联网的规模受到限制的原因是大型交流电网易于产生潮流绕行及环流问题，潮流难以控制，短路容量增加，联网加长了链状结构，使系统阻尼减弱，易于产生区间振荡，当受端惯量减小，还会降低暂态稳定水平。个别设备事故就可能诱发连锁反应，酿成大面积停电事故，甚至发展为全网性大停电。1 1、交流互联、交流互联61电气工程专业概论电气工程专业概论 直流联网可实现非同步联网运行，有效克服交流联网的困难，其理由如下： 当一个子电网发生事故时，其潮流不会通过直流联络线转移到邻网，这就可以有效地将事故连锁反应限制在事故子电网以内，不致酿成全网性停电

65、事故。 直流联络线无稳定性问题，有利于远距离输电。 直流输电不传送短路功率，使被联电网不会增加短路容量。 非同步联网后，被联交流电网各自进行调频、调压，独立调度互不干扰。 直流线路输送功率可按需求控制大小和方向，在事故下可将支援功率控制在事故电网所能承受的范围内。2 2、高压直流互联、高压直流互联62电气工程专业概论电气工程专业概论 当用交流联网处于相对弱势，如发生功率振荡或不稳定时，可采用附加的高压直流连接，以提高交流输送能力。当交流互联规模非常大且存在技术缺陷时，这种混合方式将是最经济有效的方法。3 3、交直流混合联网、交直流混合联网63电气工程专业概论电气工程专业概论 联网的电力系统中，

66、由于各种因素会造成同步运行的各发电设备失去同步，造成系统振荡。对联网运行的电力系统非常有害。最大损害是使整个联网系统瘫痪，造成广大地区停电。 系统产生振荡时，各发电机和电源联络线上的功率、电流以及某些节点的电压将产生周期性的变化。连接失去同步的发电厂或系统的联络线上的电流表和功率表指示值摆动得最大。 最激烈的地方是系统的振荡中心，每一周期内电压都将降到零点一次，离振荡中心越远电压波动就越小。失去同步的发电机处，定子电流表指针摆动最激烈，定子电压表也有摆动但不会到零；转子电流和电压都在正常值左右摆动，发电机将发出不正常的有节奏的声音，强行励磁一般都会动作。 系统振荡的4个原因：系统的暂态稳定被破

67、坏；静态稳定被破坏；电源间非同步合闸未能拖入同步；发电机失去励磁。 当系统出现振荡时，应使系统尽快恢复同步运行。二、电网振荡及解列二、电网振荡及解列64电气工程专业概论电气工程专业概论 系统振荡时，如果失去同步的系统之间在某一瞬间频率相等（即滑差为零），就说明该瞬间两系统内发电机是同步的，如果其他条件也是合适的，系统就不再失步。 使滑差为零的方法有两种：一是使失去同步的系统频率相等；一是增大滑差的脉动振幅，使滑差的瞬时值经过零值。 使失去同步的系统频率相等的措施，是降低频率升高了的送端系统发电机的出力，增加频率降低了的受端系统发电机出力。降低送端发电机出力时送端频率也跟着降低，使其接近受端频率

68、。但送端频率不要低于4849Hz。当受端系统没有备用容量无法提高频率时，可限制部分负载使频率升高。 增大滑差的脉动振幅的措施，是增加发电机的励磁电流和提高系统电压。 1.1.人工再同步人工再同步65电气工程专业概论电气工程专业概论 系统解列是指对联网系统中的各发电单元进行摘除，使其处于独立状态。产生系统解列的主要原因有：系统联络线、联络变压器或母线发生事故、过负荷跳闸或继电保护误动作跳闸；为消除系统振荡，自动或手动将系统解列。 系统解列事故将使系统的某一部分呈现功率不足，引起频率和电压下降，如不迅速处理可使事故进一步扩大。 系统解列时必须同时进行下列操作：迅速恢复系统并列；迅速恢复频率、电压至

69、正常值；恢复已停电的设备。 2.2.系统解列系统解列66电气工程专业概论电气工程专业概论电力系统接地和防雷电力系统接地和防雷67电气工程专业概论电气工程专业概论接地体：埋入地中并直接与大地接触的金属导体。它用于与大地作电气连接，具有一定激流作用。专门作为接地而埋于地中的金属导体（如角钢、钢管等）称人工接地体；兼作接地用的直接与大地接触的各种金属构件、金属井管、钢筋混凝土建构筑物的基础、金属管道和设备等称自然接地体。接地线：电气设备接地部分与接地体相连接的金属导体。接地装置：接地体和接地线的总和。接地：将电力设备的某部分通过接地线与接地体连接。地：将距接地体或接地短路点20 m以外且电位等于零的

70、地方。接地电流：电气设备发生接地故障时，接地电流将通过接地体以半球面形状向地中流散，这一电流叫接地短路电流。一、接地的基本概念一、接地的基本概念68电气工程专业概论电气工程专业概论对地电压：电气设备接地部分与零电位的“地”之间的电位差。接地电阻：人工接地体或自然接地体的对地电阻和接地线电阻的总和。其数值等于接地装置对地电压与通过接地体流入地中电流的比值。当通过接地体流入地中的电流为冲击电流时，所求得的接地电阻称为冲击接地电阻；通过接地体流入地中的工频电流求得的电阻，称工频接地电阻。 接地类型：接地有工作接地、保护接地和过电压保护接地。工作接地：为保证电气设备在正常和事故情况下可靠地工作而进行的

71、接地，叫工作接地。可分中性点直接接地和中性点非直接接地。保护接地：为防止因带电导体绝缘损坏使其外壳带电危及人身安全而设的接地。 过电压保护接地：为消除过电压保护装置的过电压危险而设。 一、接地的基本概念一、接地的基本概念69电气工程专业概论电气工程专业概论接触电势与接触电压：电气设备发生接地故障，接地电流流过接地体向大地疏散时，大地表面形成分布电位。在地面上离设备水平距离0.8 m处与沿设备外壳离地面垂直距离1.8m处两点之间的电位差，称接触电势。人体接触该两点时所承受的电压，叫做接触电压。跨步电势与跨步电压：在故障设备周围地面上水平距离为0.8 m的两点间的电位差，称为跨步电势。人在地面行走

72、，两脚接触该两点（人跨步按0.8 m计）所承受电压，叫做跨步电压。二、接触电压和跨步电压二、接触电压和跨步电压70电气工程专业概论电气工程专业概论 大气中水蒸气和地面湿气受热上升，与空中冷气团相遇，凝结成水滴或冰晶，形成积云。 积云经过复杂的物理过程形成带正、负电荷的雷云。电荷越聚越多，形成极不均匀的多电荷聚集区，形成强大电场。 同时由于静电感应，带电的雷云临近地面时，对大地或架空线路感应出与雷云极性相反电荷，形成一个巨大“电容器”。 当雷云中的电荷积聚到，强度达到2,5003,000 kV/m时使正、负雷云或雷云与大地之间空气绝缘击穿发生先导放电现象。先导放电到达另一雷云或大地时，产生强烈的

73、“中和”作用，出现数十至数百千安雷电流，雷电流在14um内增长到最大值，随后下降并延续3050微秒，称主放电过程。 主放电温度可达20,000，使周围空气猛烈膨胀，并出现耀眼的光亮和巨响，形成雷电。三、雷电三、雷电1雷电的形成雷电的形成71电气工程专业概论电气工程专业概论 雷电过电压按其作用机理可分为3大类。(l) 直击雷过电压：雷云直接击中建筑物或电力设施，强大的雷电流流过该物体的阻抗泄入大地时将在该物体上产生直击雷过电压，使该物体在雷电流的热效应和机械效应作用被破坏。(2) 感应雷过电压：当雷云在架空导线（或其他物体）上方时，会在架空导线上感应出大量的异性束缚电荷。当雷云完成主放电过程时，

74、线路上的电荷由于异性束缚电荷的消失而形成自由电荷流向线路两端，形成几万伏至几十万伏的过电压，对电力网络造成危害。(3) 侵入波过电压：架空线路遭受直接雷或感应雷而产生的高电位雷电波称为侵入波，它可沿架空线路侵入变配电所对设备和人员造成危害。2.雷电过电压的基本形式及其危害雷电过电压的基本形式及其危害 72电气工程专业概论电气工程专业概论 针对雷电过电压的危害机理，人们结合各种设备或建筑的特点采取了各种防雷措施。 主要方法有：安设避雷针、避雷线、避雷器、消弧线圈，采用自动重合闸装置或降低设备的接地阻抗等。3雷电的防护雷电的防护73电气工程专业概论电气工程专业概论1、电力工业的主要特点是什么？2、电力系统主要由哪几部分构成，其作用如何？3、什么是电力系统的一次系统、二次系统？4、火电厂有几类？它们的主要运行特点是什么？请简述其生产流程。5、核电厂的运行原理是什么？结合日本大地震简述你对核电厂的认识。6、架空输电线路由哪几个主要部分组成，其作用如何？7、变电站（所）如何分类的？简述几种典型变电站功能。8、变电所的主要主接线有哪几种形式？9、断路器和隔离开关的主要区别是什么？各有何用途？ 10、电流互感器副边为什么不能开路？电压互感器副边为什么不能短路？复习思考题复习思考题