1.电力系统基础知识ppt课件

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 西南交通大学电气工程学院西南交通大学电气工程学院 赵赵 丽丽 平平 1398004518513980045185 lpzhaoswjtu lpzhaoswjtu 1 电气工程专电气工程专 业概论业概论 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 高压电气设备高压电气设备 发电厂的分类及生产流程发电厂的分类及生产流程 变电所变电所 电力输电线路电力输电线路 电网互联电网互联 电力系统接地和防雷电力系统接地和防雷 2 电气工程专电气工程专 业概论业概论 电力系统的构成、特点及其表征参数 3 电气工程专电气工程专 业

2、概论业概论 电力系统是由多个发电、输电、变电、配电、用电、控制等电力系统是由多个发电、输电、变电、配电、用电、控制等 子系统构成的电能生产和消费的庞大网络。子系统构成的电能生产和消费的庞大网络。 一、电力系统的构成一、电力系统的构成 4 电气工程专电气工程专 业概论业概论 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

3、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、电力系统运行的特点二、电力系统运行的特点 5 电气工程专电气工程专 业概论业概论 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

4、的运行要求 6 电气工程专电气工程专 业概论业概论 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

5、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、电力系统的表征参数 7 电气工程专电气工程专 业概论业概论 高压电气设备 8 电气工程专电气工程专 业概论业概论 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。 发电机主要包括汽轮发电机、水轮发电机和柴汽油发发电机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； 变压器有主变压器、联络变压器、厂用变压器、牵引变压变压器有主变压器、联络变压器、厂用变压器、牵引变压 器等；器等； 高压开关设备包括断路器、隔离开关和负荷开

6、关；高压开关设备包括断路器、隔离开关和负荷开关； 高压保护设备主要指避雷器、电抗器、电流互感器、电压高压保护设备主要指避雷器、电抗器、电流互感器、电压 互感器等。互感器等。 9 电气工程专电气工程专 业概论业概论 10 电气工程专电气工程专 业概论业概论 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：机座、端盖和轴承座、定子铁芯、定子绕组及出线装配等；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； 旋转部分：转子本体旋转部分：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

7、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 电气工程专电气工程专 业概论业概论 电力变压器按绕组数目可分为：双绕组、电力变压器按绕组数目可分为：双绕组、 三绕组、自耦变压器；三绕组、自耦变压器； 按绕组材质分：铝绕组和铜绕组变压器；按绕组材质分：铝绕组和铜绕组变压器； 按用途分：升压、降压、配电、联络变压按用途分：升压、降压、配电、联络变压 器；器； 按冷却方式分：自冷、风冷、强油按冷却方式分：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； 按冷却介质分：油浸式、干式、充按冷却介质分：油浸式、干式、充SF6气气 体

8、式变压器；体式变压器； 按电压等级可分为：按电压等级可分为：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、 10kV及以下配电变压器；及以下配电变压器； 按结构分：内铁型和外铁型变压器等。按结构分：内铁型和外铁型变压器等。 二、电力变压器二、电力变压器 12 电气工程专电气工程专 业概论业概论 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)、油箱及其他附件等、油箱及其他附件等4

9、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 电气工程专电气工程专 业概论业概论 高压电气设备中最重要、最复杂的开关电器，它既要能切高压电气设备中最重要、最复杂的开关电器，它既要能切 除正常负载，又要能排除短路故障，

10、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。 基本要求是：基本要求是：“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”。 主要任务是主要任务是: 在正常情况下开断和关合负载电流，分、合电路；在正常情况下开断和关合负载电流，分、合电路； 当电力系统发生故障时，切除故障电路；当电力系统发生故障时，切除故障电路； 配合自动重合闸多次关合或开断电路。配合自动重合闸多次关合或开断电路。 要使这些

11、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 电气工程专电气工程专 业概论业概论 三、高压断路器三、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

12、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

13、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 电气工程专电气工程专 业概论业概论 （一主要用途（一主要用途 隔离高压电源，将需检修或需隔离的电气设备与带电部分隔离高压电源，将需检修或需隔离的电气设备与带电部分 可靠地断开，形成明显断点，确保操作人员和电气设备安全；可靠地断开，形成明显断点，确保操作人员和电气设备安全； 倒闸操作，在双母线接线的配电装置中，可利用隔离开关倒闸操作，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；将设备或供电线从一组母线切换到另一组母线； 接通或断

14、开小电流电路，接或断开励磁电流不超过接通或断开小电流电路，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

15、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 电气工程专电气工程专 业概论业概论 （三）（三） 隔离开关的分类隔离开关的分类 （1按安装地点，分为户内式和户外式按安装地点，分为户内式和户外式2种；种； （2按绝缘支柱的数目，分为单柱式、双柱式和三按绝缘支柱的数目，分为单柱式、双柱式和三 柱式柱式3种；种； （3按刀闸的运行方式，分为水平旋转式、垂直旋按刀闸的运行方式，分为水平旋转式、垂直旋 转式、摆动式和插入式转式

16、、摆动式和插入式4种；种； （4按有无接地闸刀，分为带接地刀闸和不带接地按有无接地闸刀，分为带接地刀闸和不带接地 刀闸刀闸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电压等级及以下的配电装置中。户外隔离开关则可电压等级及以下的配电装置中。户外隔离开关则可 用用GW代号表示，户外式隔离开关的触头直接暴露于代号表示，户外式隔离开关的触头直接暴露于 大气中，因此要适应各种恶劣的气候条件。大气中，因此要适应各种恶劣的气候条件。 四、隔离开关四、隔离开关 17 电气工程专电气工程专 业概论业概论 GW系列系列II型双柱户外隔离开关外形图，主闸刀固定在

17、绝缘型双柱户外隔离开关外形图，主闸刀固定在绝缘 瓷柱顶部的活动出线座上，触头为矩形，外装防护罩，以防雨、瓷柱顶部的活动出线座上，触头为矩形，外装防护罩，以防雨、 冰和雪、灰尘等。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向转动带动两个支柱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、变电所中形双柱式隔离开关，在发电厂、变电所中 广泛应用；广泛应用；GW4-25型单级隔离开关，在电气化铁路接触网中型单级隔离开关，在电气化铁路接触网中 广泛使用。

18、广泛使用。 四、隔离开关四、隔离开关 18 电气工程专电气工程专 业概论业概论 一次电路与二次电路间的联络元件，电流互感器将大电流一次电路与二次电路间的联络元件，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：互感器原边与副边只有磁的联系，使测量仪隔离高压电路：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：将一次回路高电压和大电流变为二次准确变换电压、电流：将一次回路高电压和大

19、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：使二次设备使二次设备标准化：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、丈量

20、、维护。不受一次主电路限制，实现远距离集中控制、丈量、维护。 五、高压互感器五、高压互感器 19 电气工程专电气工程专 业概论业概论 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，仅用于电量变换，不能进行电能输送；容量小，仅用于电量变换，不能进行电能输送； 2 激磁电流非常小，在电工计算中忽略不计；激磁电流非常小，在电工计算中忽略不计； 3 有规定的准确度和特殊的工作状态，处于运行中的电流互有规定的准确度和特殊的工作状态，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；感器次边不能开路、电压互感器次边不可短路； 4 互感器的接线方式不同。压互的原边并联于一

21、次电路内，互感器的接线方式不同。压互的原边并联于一次电路内， 次边绕组与测量仪表或继电器的电压线圈并联连接；流互的原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，次边与仪表或继电器电流线圈串联。边串联在一次电路内，次边与仪表或继电器电流线圈串联。 20 电气工程专电气工程专 业概论业概论 一一 避雷针避雷针 接闪器：直径接闪器：直径10mm12mm、长、长1米米2m钢棒，钢棒， 或截面不小于或截面不小于35 镀锌钢绞线镀锌钢绞线(避雷导线避雷导线)。架设在一定。架设在一定 高度起引雷作用。高度起引雷作用。 接地引下线：保证强大雷电流通过时不致熔化，接地引下线：保证

22、强大雷电流通过时不致熔化， 用直径用直径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，将镀锌钢绞线，将 雷电流安全导入埋于地中的接地体。雷电流安全导入埋于地中的接地体。 埋于地下与土壤直接接触的金属物体为接地体，埋于地下与土壤直接接触的金属物体为接地体， 电阻值一般不大于电阻值一般不大于10。 当雷击于避雷针，强大的雷电流通过接地引下线、当雷击于避雷针，强大的雷电流通过接地引下线、 接地体泄入大地，避雷针上会形成极高电位接地体泄入大地，避雷针上会形成极高电位(达达2,440 kV)。高电位可对附近的设备发生放电现象，称反击。高电位可对附近的设备发生放电现象，称反击。 二二 避雷线

23、避雷线 原理同避雷针，保护架空线路，部分发电厂和变电原理同避雷针，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）、接地引下线和接地体接地电极绞线）、接地引下线和接地体接地电极3部分组部分组 成。成。 六、防雷设备六、防雷设备 21 电气工程专电气工程专 业概论业概论 三三 避雷器避雷器 防止雷电过电压，当雷电侵入波沿架空线路侵入防止雷电过电压，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 首先被击穿并对地放电，保护设备。首先被击穿并对地放

24、电，保护设备。 22 电气工程专电气工程专 业概论业概论 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。 内部间隙在管子里，一个棒形电极和一个环形电极组成，管内部间隙在管子里，一个棒形电极和一个环形电极组成，管 子用棉花纤维制成的棉纸加氯化锌胶液粘制成的，一端封闭，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，主要作用是灭弧，防止设备在工作电压下通过另一端开管口，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。避雷器而泄漏电流。 外部间隙由两个针尖相对的极棒构成，作用：使避雷器正常外部间隙由两个针尖相

25、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。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，管子内壁在高温电弧作用下融化，产生高压中产生高温电弧，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，靠高压气体流动将电弧吹灭，放电终气体并从管口一端喷出，靠高压气体流动将电弧吹灭

26、，放电终 止，设备恢复对地绝缘。灭弧止，设备恢复对地绝缘。灭弧1020ms内。内。 23 电气工程专电气工程专 业概论业概论 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 隙具有很高绝缘强度，工频交流电压不能将其击穿，隙具有很高绝缘强度，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

27、，阀盘电阻具很低的电阻值，雷电流穿，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，工频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。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。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，采用氧化锌片为工作元件， 阀片具优良的非线性伏安特性

28、，通流能力大、残压低，阀片具优良的非线性伏安特性，通流能力大、残压低， 能有效保护电气设备的绝缘。无火花间隙，可直接和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，重量轻、体积小、动作快、耐电网并联。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。污性好、运行维护方面等优点。 24 电气工程专电气工程专 业概论业概论 （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电压等级以下的变电所或雷 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 芯抗雷圈的办法来消除雷电波的侵

29、入。其接入方法如芯抗雷圈的办法来消除雷电波的侵入。其接入方法如 图图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。止过于强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 电气工程专电气工程专 业概论业概论 发电厂的分类与生产流程 26 电气工程专电气工程专 业概论业概论 根据一次能源的形态，发电厂可分为火力发电厂、根据一次能源的形态，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

30、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 电气工程专电气工程专 业概论业概论 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、

31、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 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

32、 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

33、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 电气工程专电气工程专 业概论业概论 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。 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

34、高热效 率不超过40。 二、火电厂二、火电厂 29 电气工程专电气工程专 业概论业概论 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炉的各部受热面传递热 量后

35、，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、流动、推动汽轮机高速旋

36、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除氧、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

37、厂用变压器降压后，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厂用电控制系统：厂用电备

38、用电源自动切换、直流系统监视和交流不停 电电源等电电源等 30 电气工程专电气工程专 业概论业概论 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

39、要消耗67kt煤及200万m3以上的冷却水。 运行特点运行特点 31 电气工程专电气工程专 业概论业概论 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 电气工程专电气工程专 业概论业概论 系统名系统名 称称 功功 能能主要流程主要流程 引水系引水系 统统 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

40、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 发电系发电系 统统 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，

41、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。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。 自动化自动化 系统系统 提高水电厂提高水电厂

42、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

43、：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 电气工程专电气工程专 业概论业概论 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

44、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 电气工程专电气工程专 业概论业概论 1956年，第一座核电厂建成，目前有400多座投产，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

45、。 四、核电厂四、核电厂 35 电气工程专电气工程专 业概论业概论 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 子撞击另外一个铀原子时，就触发分裂，产生更多的子撞击另外一个铀原子时，就触发分裂，产生更多的 中子并一直继续下去。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，当一堆燃料棒凑在一起时会很快导致过热，45分钟后分钟后 就会导致燃料棒融化。但是值得指出的是，在核反应就会导致燃料棒融化。但是值得指出的

46、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。炸的。 控制链式反应的发生：控制链式反应的发生： “控制棒控制棒”，吸收中子，瞬，吸收中子，瞬 间停止链式反应。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），并在常规的并转化为蒸汽和电力），并在常规的250摄氏度的摄氏度的 运转温度下还有许多余地。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，

47、核心依然产生挑战：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。在衰变过程中，也为更小的原子，然后失去放射性。在衰变过程中，也 会产生热量。数量会越来越少，在衰变结束的过程中，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。大约几天时间，核心最终冷却下来。 36 电气工程专电气工程专 业概论业概论 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

48、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

49、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 电气工程专电气工程专 业概论业概论 38 电气工程专电气工程专 业概论业概论 构造： 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

50、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 电气工程专电气

51、工程专 业概论业概论 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

52、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 电气工程专电气工程专 业概论业概论 日本37万平方公里，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

53、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 电气工程专电气工程专 业概论业概论 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 电气工程专电气工程专 业概论业概论 磁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50

54、60，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 电气工程专电气工程专 业概论业概论 变电所

55、44 电气工程专电气工程专 业概论业概论 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 电气工程专电气工程专 业概论业概论 区域变电所：负责向某一地区或城市供电，110 kV或220 kV-110

56、 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 电气工程专电气工程专 业概论业概论 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

57、括：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、丈量、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 电气工程专电气工程专 业概论业概论 电气主结线：用规定的设备

58、文字和图形符号并按电气设备的实 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

59、仅是电路中的一个电气节点。 三、变电所的电气主接线三、变电所的电气主接线 48 电气工程专电气工程专 业概论业概论 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 缺陷：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 电气工程专电气工程专 业概论业概论 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

60、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。 缺陷: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 电气工程专电气工程专 业概论业概论 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