电气工程概论第3章电气设备的分类与系统课件

华中科技大学电气与电子工程学院熊信银教授普通高等教育“十一五”国家级规划教材电气工程概论中国电力出版社华中科技大学普通高等教育“十一五”国家级规划教材电气工程概论1第三章电气设备的分类与系统

《电气工程概论》第三章电气设备的分类与系统

第三章电气设备的分类与系统发电系统1输变电系统2配电系统3电力系统负荷4第三章电气设备的分类与系统发电系统1输变电系统2配电系统第一节发电系统火力发电厂1水力发电厂2核能发电厂3风力发电4太阳能发电5其他能源发电6第一节发电系统火力发电厂1水力发电厂2核能发电厂3风力发第一节发电系统一、火力发电厂（简称火电厂）利用煤、石油或天然气作为燃料生产电能的工厂。能量转换过程：燃料的化学能→热能→机械能→电能。(一)火电厂的分类

（1）按燃料分：（2）按蒸汽压力和温度分：（3）按输出能源分：

①燃煤发电厂①中低压发电厂①凝汽式发电厂

②燃油发电厂②高压发电厂②热电厂

③燃气发电厂③超高压发电厂

④余热发电厂

④亚临界压力发电厂

“以垃圾及工业废料作为燃料”的发电厂：有利于环境保护，引人关注。

第一节发电系统一、火力发电厂（简称火电厂）（二）火电厂的电能生产过程我国火力发电厂所使用的燃料主要是煤，且主力电厂为凝汽式火力发电厂。凝汽式火力发电厂由三大主机（锅炉，汽轮机，发电机）及其辅助设备组成。第一节发电系统（二）火电厂的电能生产过程第一节发电系统（三）火电厂的主要系统

把煤中含有的化学能转变为电能的过程。可分为三个系统：1．燃烧系统

由运煤、磨煤、燃烧、风烟、灰渣等环节组成。2．汽水系统

由锅炉、汽轮机、凝汽器、除氧器、加热器等设备及管道构成，包括给水系统、循环水系统和补充给水系统。3．电气系统

包括发电机、励磁装置、厂用电系统和升压变电站等。第一节发电系统（三）火电厂的主要系统第一节发电系统（四）火电厂的特点与其他类型的发电厂相比有以下特点：（1）火电厂布局灵活，装机容量的大小可按需要决定。（2）火电厂的一次性建造投资少，仅为水电厂的一半左右。（3）火电厂耗煤量大，其生产成本比水力发电要高出3~4倍。（4）火电厂动力设备繁多，发电机组控制操作复杂，厂用电量和运行人员都多于水电厂，运行费用高。（5）大型发电机组由停机到开机并带满负荷需要几个到十余个个小时，并附加耗用大量燃料（6）火电厂担负急剧升降的负荷时，必须付出附加燃料消耗的代价，厂用电率增高。火电厂应当尽可能担负较均匀的负荷。（7）火电厂的各种排放物（如烟气、灰渣和废水）对环境的污染较大。第一节发电系统（四）火电厂的特点第一节发电系统（五）火电厂对环境的影响及防止措施生产时的污染排放主要是烟气污染物排放、灰渣排放和废水排放。

烟气中的粉尘、硫氧化物和氮氧化物经过烟囱排入大气，给环境造成很大的危害。

废水主要是通过废水处理系统加以净化或回收再利用。

粉尘排放控制主要是通过除尘器除尘，大容量发电机组通常采用静电除尘，效果较好。

硫氧化物的控制主要是采用烟气脱硫技术或在燃烧过程中加入适量的石灰石等碱性吸收剂来处理。第一节发电系统（五）火电厂对环境的影响及防止措施第一节发电系统二、水力发电厂（简称水电厂，水电站）把水的位能和动能转换成电能的工厂。生产过程从河流较高处或水库内引水，利用水的压力或流速冲动水轮机旋转，将水能转变成机械能，然后由水轮机带动发电机旋转，将机械能转换成电能。发电容量取决于水流的水位落差和水流的流量，即

因为水的能量与其流量和落差（水头）

成正比，

所以利用水能发电的关键是集中大量的水和造成大的水位落差第一节发电系统二、水力发电厂（简称水电厂，水电站）因为水的能量与其流量和落（一）水电厂的分类1．按集中落差的方式分（1）堤坝式水电厂。在河流中落差较大的适宜地段拦河建坝，形成水库，将水积蓄起来，抬高上游水位，形成发电水头。（2）引水式水电厂。（3）混合式水电厂。兼有堤坝式和引水式两种水电厂的特点。2．按径流调节的程度分（1）无调节水电厂。（2）有调节水电厂。第一节发电系统（一）水电厂的分类第一节发电系统（二）水电厂的特点

与火电厂和其他类型的发电厂相比有以下特点：（1）水能是可再生能源，本身并没有损耗，一般也不会造成水体污染。大型水库还能调节空气的温度和湿度，改善自然生态。（2）可综合利用水能资源。（3）水电厂的发电成本低，效率高。（4）运行灵活。由于水电厂设备简单，易于实现自动化，机组启动快。（5）水能可储蓄和调节。（6）水电厂建设和生产都受到河流的地形、水量及季节气象条件限制，因此发电量也受到水文气象条件的制约，有丰水期和枯水期之别，因而发电不均衡。（7）水电厂建设投资较大，工期较长。第一节发电系统（二）水电厂的特点 第一节发电系统（三）抽水蓄能电厂1．工作原理

抽水蓄能电厂是以一定水量作为能量载体，通过能量转换向电力系统提供电能。为此，其上、下游均需有水库以容蓄能量转换所需要的水量。第一节发电系统（三）抽水蓄能电厂第一节发电系统2．抽水蓄能电厂在电力系统中的作用（1）调峰。（2）填谷。（3）备用。（4）调频。（5）调相。（6）黑启动。（7）蓄能。3．抽水蓄能电厂的效益（1）容量效益（2）节能效益。（3）环保效益。（4）动态效益。（5）提高火电设备利用率。（6）对环境没有污染且可美化环境。第一节发电系统2．抽水蓄能电厂在电力系统中的作用3．抽水蓄能电厂的效益三、核能发电厂利用反应堆中核燃料裂变链式反应所产生的热能，再按火力发电厂的发电方式，将热能转换为机械能，再转换为电能，核反应堆相当于火电厂的锅炉。（一）核能发电厂的组成核岛：核系统和设备；

常规岛：常规系统和设备1．压水堆核电厂

最大特点是整个系统分成两大部分：一回路系统和二回路系统。两系统彼此隔绝，燃料元件的包壳破损只会使一回路水的放射性增加，而不致影响二回路水的品质，大大增加了核电站的安全性。第一节发电系统三、核能发电厂第一节发电系统压水堆核电厂由于以轻水作慢化剂和冷却剂，反应堆体积小，建设周期短，造价较低；加之一回路系统和二回路系统分开，运行维护方便，需处理的放射性废气、废液、废物少，因此在核电厂中占主导地位。第一节发电系统压水堆核电厂由于以轻水作慢化剂和冷却剂，反应堆体积小，建设周2．沸水堆核电厂堆芯产生的饱和蒸汽经分离器和干燥器除去水分后直接送入汽轮机做功。反应堆的功率主要由堆芯的含汽量来控制，因此在沸水堆中配备一组喷射泵。通过改变堆芯水的再循环率来控制反应堆的功率。由于沸水堆中作为冷却剂的水在堆芯中会产生沸腾，因此设计沸水堆时一定要保证堆芯的最大热流密度低于所谓沸腾的“临界热流密度”，以防止燃料元件因传热恶化而烧毁。第一节发电系统2．沸水堆核电厂第一节发电系统（二）核能发电厂的系统1．核岛的核蒸汽供应系统包括以下子系统：

（1）一回路主系统

（2）化学和容积控制系统

（3）余热排出系统（停堆冷却系统）

（4）安全注射系统（紧急堆芯冷却系统）

（5）控制、保护和检测系统为上述4个系统提供检测数据，并对系统进行控制和保护。第一节发电系统（二）核能发电厂的系统第一节发电系统2．核岛的辅助系统包括下以子系统：

（1）设备冷却水系统

（2）硼回收系统

（3）反应堆的安全壳及喷淋系统

（4）核燃料的装换料及贮存系统

（5）安全壳及核辅助厂房通风和过滤系统

（6）柴油发电机组，为核岛提供应急电源。第一节发电系统2．核岛的辅助系统第一节发电系统3．常规岛的系统

与火电厂的系统相似，它通常包括：（1）二回路系统（汽轮发电机系统）由蒸汽系统、汽轮发电机组、凝汽器、蒸汽排放系统、给水加热系统及辅助给水系统等组成；（2）循环冷却水系统（3）电气系统及厂用电设备第一节发电系统3．常规岛的系统第一节发电系统（三）核能发电厂的运行由于核电厂是由反应堆供热，与火电厂相比有以下新特点：（1）火电厂可以连续不断地向锅炉供给燃料；压水堆核电厂只能对反应堆堆芯一次装料，并定期停堆换料。（2）反应堆的堆芯内核燃料发生裂变反应释放核能的同时，也放出瞬发中子和瞬发射线。（3）反应堆在停闭后，运行过程中积累起来的裂变碎片和β、γ衰变，将继续使堆芯产生余热（又称衰变热），因此堆停闭后不能立即停止冷却，还必须把这部分余热排出去。（4）核电厂在运行过程中，会产生气态、液态和固态的放射性废物，对这些废物必须遵照核安全的规定进行妥善处理，以确保工作人员和居民的健康。（5）核电厂的建设费用高，但燃料所占费用较为便宜。为了提高核电厂的运行经济性，极为重要的是要维持高的发电设备利用率。第一节发电系统（三）核能发电厂的运行第一节发电系统四、风力发电风能是一种干净的可再生能源，同时风能储量十分丰富。我国风力资源丰富，尤其在西北、东北和沿海地区，有着建设风力发电厂（又称风力发电场）的天然优势。

目前已建造了一些风力发电场，有效地解决了地处偏远、居住分散牧民们的生产和生活用电。风能发电成本低；风能是清洁的能源和可以再生的能源，风力发电必将得到更大的发展。第一节发电系统四、风力发电第一节发电系统(一)风力发电机组风力发电机组主要由风轮机、传动变速机构、发电机等所组成。从能量转换观点来看，风力发电的能量转换过程为：空气动能旋转机械能电能，目前大中型水平轴风力发电机组是由风轮机、升速齿轮箱、发电机、偏航装置（对风装置）、控制系统、塔架等部件组成。第一节发电系统(一)风力发电机组第一节发电系统（二）风力发电的运行方式风力发电机组由风轮机和发电机及其控制系统组成

风轮机完成风能到机械能的转换；

发电机及其控制系统完成机械能到电能的转换。风力发电的运行方式

1.独立运行

2.并网运行第一节发电系统（二）风力发电的运行方式第一节发电系统1．独立运行

指机组生产的电能直接供给相对固定的用户的一种运行方式。（1）风力发电机组（简称风电机组）。（2）耗能负载。持续大风时，用于消耗风电机组发出的多余电能。（3）蓄电池组。由若干台蓄电池经串联组成的储存电能的装置。第一节发电系统1．独立运行第一节发电系统（4）控制装置。系统控制装置，主要功能是对蓄电池进行充电控制和过放电保护，同时对系统输入、输出功率起到调节与分配作用，以及系统赋予的其他监控功能。（5）逆变器。在需要用交流电时，将直流电转换为交流电的电力电子设备。（6）直流负载。以直流电为动力的装置或设备。（7）交流负载。以交流电为动力的装置或设备。风力发电系统可与其他动力能源联合使用，互为补充，如风力-柴油机发电系统联合运行，风力-太阳能电池发电联合运行等。第一节发第一节发电系统电系统2．并网运行

风力发电机组与电网连接，向电网输送电能的运行方式。是克服蓄能问题的最稳妥易行的运行方式。10kW以上直至兆瓦级的风力发电机组均可采用这种运行方式。第一节发第一节发电系统电系统2．并网运行（三）风力发电的特点（1）风能是干净的自然能源、可再生能源，不存在资源枯竭的问题。（2）风力发电是清洁的电能生产方式，不会造成空气污染。（3）风力发电机组建设工期短，投资规模灵活。（4）实际占地少。（5）中小容量发电机组，一般采用独立运行方式，发电机的输出电压都较低，要求负载离发电场不远，最好是就地使用。由于风能具有间歇性和不稳定性，风力发电必须和其他形式供电或储能方式结合。（6）大容量机组发电机为交流发电机，都是与利用其他能源的发电厂并联运行或并网运行。（7）风能的能量密度低，因此，在同样单机容量下，风力发电设备的体积大、造价高，最大单机容量也受到限制。（8）风力机组运转时发出噪声，金属叶片对电视机与收音机的信号会造成干扰，对环境有一定的影响。第一节发电系统（三）风力发电的特点第一节发电系统五、太阳能发电可再生能源，丰富，免费，无需开采和运输；清洁无污染；可以转换成多种其他形式的能量，应用范围广泛；

太阳能发电、太阳能热利用、太阳能动力利用、太阳能光化利用、太阳能生物利用和太阳能光利用等分为太阳热能发电和太阳光能发电（光伏发电）。（一）太阳能热发电将吸收的太阳辐射热能转换成电能的发电技术。包括两大类型：1.利用太阳能直接发电；

2.太阳热能间接发电（光-热-电）第一节发电系统五、太阳能发电第一节发电系统太阳能热发电分为两大类：集中式热发电厂;分散式小功率发电装置。1．塔式太阳能发电站第一节发电系统太阳能热发电分为两大类：集中式热发电厂;分散式小功率发电装2．柱面集热式太阳能发电站集热方式是横向线性，被加热工质沿聚焦线流动，比塔式的定日镜聚焦简便，不需建高塔，可以平面装置。一般直接用水做工质，水在集热器中受热后进入过热器，由过热器产生蒸汽送入汽轮机，即可带动发电机发电。第一节发电系统2．柱面集热式太阳能发电站第一节发电系统3．分散式太阳能发电装置分散式太阳能发电装置主要采用碟形抛物面聚光器，并在聚焦面上安装外热式斯特林发电机组。可独立运行;适合于无电或缺电地区作小型电源;一般功率为10~25kW，聚光镜直径约10~15m;成本很高，无法与集中式相比，现在已很少采用。第一节发电系统3．分散式太阳能发电装置第一节发电系统（二）太阳能光发电太阳能光发电是指不通过热过程直接将太阳的光能转换成电能的太阳能发电方式。分为光伏发电、光感应发电、光化学发电、光生物发电，其中光伏发电是太阳能光发电的主流。光伏发电是根据光生伏打效应原理，利用太阳能电池（光伏电池）将太阳能直接转化成电能。目前应用最广的太阳能电池是晶体硅太阳能电池。太阳能电池（光伏电池）发电系统一般由太阳能电池方阵、储能蓄电池组、充放电控制器、逆变器等设备组成。第一节发电系统（二）太阳能光发电第一节发电系统第一节发电系统太阳能电池（光伏电池）发电系统一般由太阳能电池方阵、储能蓄电池组、充放电控制器、逆变器等设备组成。第一节发电系统太阳能电池（光伏电池）发电系统一般由太阳能六、其他能源发电（一）地热发电利用地表深处的地热能来生产电能。生产过程：与火电厂相似，只是以地热井取代锅炉设备，将地热蒸汽从地热井引出，滤除其中的固体杂质后，由地热蒸汽推动汽轮机旋转，将地热能转换为机械能，带动发电机发出电能。（二）海洋能发电海洋能通常指海洋中所蕴藏的可再生的自然能源，主要为潮汐能、波浪能、海流能（潮流能）、海水温差能和海水浓度差能。海洋能的蕴藏量最大、分布广，是清洁的可再生能源。据估计这五种海洋能的理论可再生总量为788亿kW，技术允许利用功率为64亿kW。第一节发电系统六、其他能源发电第一节发电系统1．潮汐发电站潮汐能是指海水潮涨和潮落形成的水的势能，多为10m以下的低水头，平均潮差在3m以上就有实际应用价值。据计算，世界海洋潮汐能蕴藏约为27亿kW，若全部转换成电能，每年发电量可达1.2万亿kW·h。潮汐发电是利用海水涨潮、落潮中的动能和势能来发电的。2．波浪能发电波浪能电站是利用波浪的上下振荡、前后摇摆、波浪压力的变化，通过某种装置将波浪的能量转换为机械的、气压的或液压的能量，然后通过传动机构、气轮机、水轮机或油压马达驱动发电机发电的电站。3．海流能发电海流能是海水流动的动能，主要是指海底水道和海峡中较为稳定的海水流动的动能以及由于潮汐导致的有规律的海水流动的动能。海流发电的关键在于海流透平技术的开发。第一节发电系统1．潮汐发电站第一节发电系统4．海水温差能发电海水温差能是以热能形式出现的海洋能，是指海洋表层海水和深层海水之间水温之差的热能。海洋本身就具有天然、稳定的高温和低温两个热源，并在许多热带或亚热带海域终年形成20C左右的垂直海水温差。利用这一温差可以实现热力循环并发电，其系统构成与地下热水发电很相似。5．海水浓度差能发电海水浓度差能是以化学能形式出现的海洋能。海洋的咸水中含有各种矿物和大量的食盐，大海与陆地河口交界水域之间存在浓度差（又称盐度差）。世界各河口区的浓度差有kW，潜藏巨大能量潜力巨大。

返回目录第一节发电系统4．海水温差能发电第一节发电系统第二节输变电系统输变电系统组成1输变电系统接线2电气主接线3高电压直流输电4第二节输变电系统输变电系统组成1输变电系统接线2电气主一、输变电系统组成输变电系统是电力系统的重要组成部分，包括变电站和输电线路。发电厂生产的电能，经输变电系统，供给配电系统和用户。输变电系统由以下主要设备组成：变压器、输电线路、母线、开关电器、其他电器。第二节输变电系统一、输变电系统组成第二节输变电系统1．变压器

变压器是一种静止的电器。它利用电磁感应原理把一种交流电压转换成相同频率的另一种交流电压。变压器已在输变电系统中占据着极其重要的地位和发挥着极其重要的作用。2．输电线路

按电力线路的结构分为架空线路和电缆线路。3．母线

母线又称汇流排，是进线（电源）和出线（馈线）的中间环节，起着汇集和分配电能的作用。4．开关电器

开关电器是断开或接通电路的电气设备总称。5．其他电器

除了上述主要电气设备外，还应包括互感器、限流电抗器、并联电容器、避雷器等。第二节输变电系统1．变压器第二节输变电系统二、输变电系统接线电力系统接线有两种，即地理接线和电气接线。电气接线又分为一次接线和二次接线。输变电系统电气主接线按供电的可靠性可分为无备用接线和有备用接线两类。电力网络按职能可分为输电网络和配电网络。第二节输变电系统二、输变电系统接线第二节输变电系统三、电气主接线电气主接线的基本接线形式，可分为有汇流母线和无汇流母线两大类。（一）有汇流母线的接线进出线数量较多时，采用汇流母线作为中间环节，便于电能的汇集和分配，也便于连接、安装和扩建，使接线简单清晰，运行操作方便。第二节输变电系统三、电气主接线第二节输变电系统1．单母线接线单母接线具有简单、清晰、设备少的优点，但当母线故障或检修时，整个系统全部停电；断路器检修期间也必须停止该回路的供电，因此这种接线只适用于单电源的发电厂和变电站，且出线回路数少，用户对供电可靠性要求不高的场合。第二节输变电系统1．单母线接线第二节输变电系统2．单母线分段接线母线分段的目的是可以减少母线故障或检修时的停电范围（回路数）。当某一分段母线发生故障时，由自动装置先断开分段断路器QF1，保证正常分段母线上用户供电不中断，提高了供电可靠性。第二节输变电系统2．单母线分段接线第二节输变电系统3．单母分段带旁路母线接线加装旁路母线的目的，是检修进、出线断路器时，可以不中断该回路的供电第二节输变电系统3．单母分段带旁路母线接线第二节输变电系统4．双母线接线双母线接线具有供电可靠，调度灵活，又便于扩建，在我国大中型发电厂和变电站中广泛应用第二节输变电系统4．双母线接线第二节输变电系统5.双母线分段接线在220kV电压进出回路数较多时，也采用双母线四分段的接线，但不安装分段电抗器。第二节输变电系统5.双母线分段接线第二节输变电系统6．双母线带旁路母线接线第二节输变电系统6．双母线带旁路母线接线第二节输变电系统7．一台半断路器的接线大型发电厂和变电站的超高压配电装置广泛采用的一种接线。它具有较高的供电可靠性及运行灵活性。第二节输变电系统7．一台半断路器的接线第二节输变电系统（二）无汇流母线的电气主接线无汇流母线的接线，使用的断路器数量较少，结构简单。1．单元接线第二节输变电系统扩大的单元接线（二）无汇流母线的电气主接线第二节输变电系统扩大的单元接2．桥形接线当只有两台变压器和两条输电线路时，可采用桥形接线。按照跨接于两条线路之间的断路器（如QF3）的位置，桥形接线可分为内桥形接线和外桥形接线。第二节输变电系统2．桥形接线第二节输变电系统3．角形接线第二节输变电系统3．角形接线第二节输变电系统四、高压直流输电鉴于交流输电的传输容量和距离受同步运行稳定性的制约，而使用电缆输电时产生大的容性电流，限制了传输距离的增加。因此，直流输电研究在沉闷了一段时间后，于20世纪50年代再次兴起了高潮（一）基本原理直流输电的基本原理如图所示。系统A向系统B输送电力时，换流站1作整流站运行，换流站2作逆变站运行。第二节输变电系统四、高压直流输电第二节输变电系统（二）高压直流输电系统的主要电气设备（1）换流器。（2）换流变压器。（3）平波电抗器。（4）无功补偿装置。（5）滤波器。（6）直流断路器。（7）交直流避雷器。（8）直流互感器。（9）控制及保护设备。第二节输变电系统（二）高压直流输电系统的主要电气设备第二节输变电系统（三）直流输电的优点、缺点与应用1．直流输电的优点（1）线路造价低、年运行费用省。（2）没有交流输电的运行稳定问题。（3）能限制短路电流。（4）调节速度快，运行可靠。2．直流输电的缺点（1）直流换流站比交流变电站的投资大、运行费用高。（2）消耗大量的无功功率。（3）产生谐波影响。（4）缺乏直流断路器。第二节输变电系统（三）直流输电的优点、缺点与应用第二节输变电系统3．直流输电的应用直流输电的应用主要在以下几个方面。（1）远距离大容量输电。（2）海底电缆送电。（3）交流电力系统之间的非同步联络。（4）向用电密集的大城市供电。

返回目录第二节输变电系统3．直流输电的应用第二节输变电系统第三节配电系统配电系统的基本概念1配电系统的结构2配电系统的运行特点3配电系统的开关设备4第三节配电系统配电系统的基本概念1配电系统的结构2配电系第三节配电系统一、配电系统的基本概念配电系统是处于电力系统末端，把发电系统或输变电系统与用户设备连接起来，向用户分配电能和供给电能的重要环节，包括配电变电站、高低压配电线路及接户线在内的整个配电网及其设备。配电系统电压的选择，一般随着电力系统的容量、负荷密度、对用户供给电能和分配电能的不同，而有不同的规定。配电系统常用的几个重要指标，简述如下：1．供电可靠率供电可靠率是指一年中对用户有效供电时间与总时间之比第三节配电系统一、配电系统的基本概念第三节配电系统2．网损率配电网在运行时，电流或功率通过输电线路和变压器要产生电能损耗。通常用网损率来衡量电能损耗的大小。网损率可定义为电力网的电能损耗量与总供电量的之比，通常用百分值表示为3．电压合格率电压合格率是指电力系统某点电压在统计时间内电压合格的时间占总时间的百分比。电压合格率有日电压合格率、月电压合格率、和年电压合格率之分。现在用的最多的是月电压合格率。第三节配电系统2．网损率第三节配电系统二、配电系统的结构由于使用的电压等级不同，配电系统的结构也有所不同。现我国城市配电系统的几种不同结构及其特点如下。1．以单一的10kV电压供电的配电网络2．以10kV和35kV电压供电的配电网络3．以10和110kV电压供电的配电网络4．将220kV电压引入市区的配电网络上述四种配电系统结构中，第1种情况是最基本的结构，第2、3、4种情况是第1种情况的扩大和发展。第三节配电系统二、配电系统的结构1．以单一的10kV电压供电的配电网络以单一的10kV电压供电的配电网络，大多数是在城市市区边缘建立具有35/10kV双绕组变压器的35kV变电站或具有110/35/10kV三绕组变压器的35kV变电站，由10kV电压对市区的开关站、配电室或者柱上式变压器送电，然后以10kV或380V（220V）电压对用户供电。在市郊，则以35kV、10kV及380V（220V）对用户供电。目前，我国大多数中、小城市的配电网络基本上均属这种形式。返回第三节配电系统1．以单一的10kV电压供电的配电网络第三节配电系统2．以10kV和35kV电压供电的配电网络以10kV和35kV电压供电的配电网络，除在市区边缘建立有35/10kV的双绕组变压器或110/35/10kV三绕组变压器的35kV或110kV变电站，以10kV和35kV对用户供电外，一般还在市区中心建立了具有35/10kV双绕组变压器的变电站，并分别以35kV和10kV及380V（220V）的电压向用户供电。目前我国一些较大的中等城市即属此类。返回第三节配电系统2．以10kV和35kV电压供电的配电网络第三节配电3．以10和110kV电压供电的配电网络这种配电网络，除如上述那样，在市区边缘建立具有35/10kV双绕组变压器或110/35/10kV三绕组变压器的变电站，以10kV向市区用户供电外，还通过110kV架空线路或电缆线路在市区内建立110/10kV直降式变压器的深引变电站，然后以10kV电压向用户供电。这种网络在国外大多用于特大城市的配电系统，在我国比较少，较典型的是武汉市城区配电网络是采用这种配电网络。返回第三节配电系统3．以10和110kV电压供电的配电网络第三节配电系统4．将220kV电压引入市区的配电网络将220kV电压引入市区，同时以10、35、110kV电压供电的配电网络。这种配电网络，实际上是上述（2）、（3）两种情况相结合的混合结构的发展。目前国内一些特大城市，如上海即属此类（上海还有23kV电压系统）。返回第三节配电系统4．将220kV电压引入市区的配电网络第三节配电系统三、配电系统的运行特点上述四种配电系统结构中，第4种情况则是第1、2、3种情况的综合形式，为一便于对各种情况的运行特点进行分析，现仅着重对第4种情况作一简要评述。1．供电方式对用户供电的方式有以下几种情况。（1）由市区周围或进入市区的变电站，分别以10kV、35kV或110kV电压的单回线路直接向用户供电的直馈线路方式。（2）由进入市区内的35/10kV变电站或110/10kV直降式变电站，以10kV电压向用户直接供电方式。（3）由市区周围或进入市区内的变电站，通过10kV配电室、开关站或单台公用配电变压器，以10kV或380V（220V）电压向用户供电方式。（4）由同一电压等级的两回线路向用户供电，但在正常情况下，一回线路运行、一回线路备用的方式。在此情况下，又有带自动投入装置、正常时备用回路带电的热备用方式，和不带自动投入装置、正常时备用回路不带电的由人工进行倒闸操作的冷备用方式。第三节配电系统三、配电系统的运行特点第三节配电系统（5）由同一电压等级的两回或两回以上的线路，同时向一个用户供电的双回线路或多回线路供电方式。（6）由线路两端分别连接在不同的变电站或不同的电源变压器上，对用户供电的单回线路双电源的供电方式。由环形回路向用户供电，开环运行的方式。（7）由不同电压等级的两回线路向用户供电，但在正常情况下，高电压等级的线路运行，低电压等级的线路备用的方式。由同一电压等级或不同电压等级的两回线路同时向用户供电，但在正常情况下分开运行，在故障或检修时互为备用的方式。（8）由两种不同电压等级的环形回路同时向用户供电，在正常情况下分开运行，故障或检修时互为备用的双重环形回路供电方式。（9）主干线以隔离开关或断路器分段操作，各分段又分别向不同用户供电，故障时可以分阶段进行处理的方式。（10）主干线以隔离开关或断路器分段操作，各分段又以联络断路器或线路与其他相邻回路相连接，故障时负荷可以通过倒闸操作，由相邻回路供电的多分割多联络的网形供电方式。第三节配电系统（5）由同一电压等级的两回或两回以上的线路，同时向一个用户供第三节配电系统2．配电变压器及对用户供电的影响（1）当由城市边缘的变电站以不同电压直接向用户供电时，接于直馈线路上的配电变压器是彼此独立的。配电变压器停运将直接对用户供电产生影响。（2）当通过引入市区内的配电变电站或配电室逐级降压，然后对用户供电时，上一级电压配电变压器的容量，一般包含着下一级电压配电变压器的容量。如上一级电压配电变压器停运，将引起下一级电压配电变压器的停运，各级配电变压器彼此是不独立的，用户供电所受的影响将随停运配电变压器电压等级的不同而不同。（3）当由一台高电压等级的配电变压器既作其低一级电压配电变压器的电源，又同时直接向该级电压用户供电时，如该配电变压器停运，则不仅直接影响该电压等级的用户，而且将影响其下一电压等级的用户。（4）当由几台高电压等级的配电变压器同时作为低一级电压的配电变压器的电源时，高一级电压配电变压器的停运，可能引起、也可能不引起低一级电压的配电变压器的停运，各配电变压器的相互关系是不稳定的。用户供电所受的影响也是不稳定的。第三节配电系统2．配电变压器及对用户供电的影响四、配电系统的开关设备配电网的开关设备种类繁多，不仅有断路器、负荷开关、熔断器，而且还有配电系统专用的重合器、分段器等。这里主要介绍配电系统重专有的重合器和分段器。(一)重合器1．重合器的定义及分类所谓重合器是一种具有控制及保护功能的自动化开关设备，它能够检测故障电流，在监测到故障电流后能在给定时间内开断故障电流，并能够进行给定次数的重合。重合器可按相数、控制方式、使用灭弧介质进行分类。重合器的主要技术参数有额定电压、额定电流、短路开断电流、动稳定和热稳定电流、灭弧介质、控制方式、典型操作顺序以及复位时间等。2．重合器的动作特性重合器的动作特性可以分为瞬时动作特性（又称快速动作特性）和延时动作特性（又称慢速动作特性）两种，通常采用时间-电流曲线关系来描述。

第三节配电系统四、配电系统的开关设备第三节配电系统第三节配电系统3．配电系统中采用重合器的优点（1）提高重合闸的成功率。统计表明，在配电网中有80-95%的故障属于暂时性故障。而重合器采用的是多次重合方案，这将会提高重合闸的成功率，减小非故障停电次数。（2）缩小停电范围。重合器多与分段器、熔断器配合使用，可以有效地隔离发生故障的线路，缩小停电范围。（3）提高自动化程度。重合器可按预先整定的程序自动操作，而且配有远动附件，可接收遥控信号，适于变电站集中控制和遥控，这将大大提高变电站自动化程度。（4）维修工作量小。重合器多采用SF6和真空作为灭弧介质，在其使用期间，一般不需保养和检修。实践表明，许多事故发生于开关检修之后，因此减小维修次数可提高设备的可靠性。（5）节省变电站的综合投资和运行费用。重合器可装设在变电站的构架和线路杆塔上，无需附加控制和操纵装置，故操作电源、继电保护屏、配电间皆可省去，因此基建面积可大大缩小，土建费用可大幅度降低。第三节配电系统3．配电系统中采用重合器的优点第三节配电系统(二)分段器分段器是一种与电源侧前级开关配合，在失压或无电流的情况下自动分闸的开关设备。分段器的关键部件是故障检测继电器。按工作原理的不同，分段器可以分为电压-时间型分段器和过流脉冲计数型分段器两种。电压-时间型分段器：它是根据加压、失压的时间长短来控制其动作的，失压后分闸，加压后合闸或闭锁。电压-时间型分段器有两个重要的参数需要整定。其一为X时限，另一个参数为Y时限，又称为故障检测时间。电压-时间型分段器既可用于辐射状网、树状网，又可用于环状网。过流脉冲计数型分段器：它通常与前级的断路器和重合器配合使用，它不能用于开断短路电流。但是在一段时间内，它能记忆前级开关设备开断故障电流动作次数。在预定的记录次数后，在前级的断路器和重合器将线路从电网中切除的无电流间隙内，过流脉冲计数型分段器分闸并达到隔离故障区段的目的。若未达到预定的动作次数，过流脉冲计数型分段器在一定的恢复时间后清零，并恢复到预先整定的初始状态，为下次故障做好准备。返回目录

第三节配电系统(二)分段器第四节电力系统负荷电压系统负荷的基本概念1电力系统负荷的用电特点2电力系负荷的表示方法3电力系统负荷特性及模型4第四节电力系统负荷电压系统负荷的基本概念1电力系统负荷的第四节电力系统负荷一、电压系统负荷的基本概念电力系统的发电负荷=供电负荷+发电厂的厂用电供电负荷=用电负荷+电力网功率损耗电力系统负荷的常用的分类方法有以下几种。1．按用电部门的属性划分2．按供电的可靠性划分3．按负荷的大小划分。第四节电力系统负荷一、电压系统负荷的基本概念第四节电力系统负荷1．按用电部门的属性划分工业用电、农业用电、交通运输用电和市政生活用电四大类。每一大类又可划分为若干小类。工业用电：重工业用电和轻工业用电。重工业用电又可细分为黑色冶金工业用电、有色冶金工业用电、机械工业用电、能源工业用电、化学工业用电等；轻工业用电也可细分为纺织工业用电、造纸工业用电、日用化工用电、医药工业用电等。农业用电：排灌用电、农副加工用电、农村照明用电等；交通运输：电气化铁路用电、城市电车交通用电等；市政生活用电：商业用电、街道照明用电、家庭生活用电及城市公共娱乐场所用电等。返回第四节电力系统负荷1．按用电部门的属性划分第四节电力系统负荷

2．按供电的可靠性划分长期以来，我国根据电力用户的重要性程度不同，将电力用户划分为三类，即一类负荷、二类负荷和三类负荷。一类负荷（亦称一级负荷）是关系到国民经济的命脉及人民的生命财产安全的用户，或者停电及突然停电对其造成的损失太大的用户，如城市水源、通信、冶炼、医院、重要的军政机关等。对这类用户供电必须保证高度的供电可靠性。一类负荷一般应由两个独立电源供电。若一级负荷容量不大，可采用蓄电池组、自备发电机等作为备用电源。二类负荷（亦称二级负荷），其在国民经济中的地位不如一类负荷重要，对其停电造成的经济损失虽然也不小，但还不是无可挽回的。在一般情况下，并不限制对这类用户的按计划供电，但在电力不足，或系统出现严重故障时，不得已也可中断对这类用户的供电。一般工业用电均属于二类负荷。对这类用户的供电，可以采用双回线路供电。对重要的二类负荷，双回线路应该引自不同的变压器，也可以两个独立电源供电。三类负荷（亦称三级负荷），是指不属于一类、二类的其它负荷，与人民的生命财产安全关系不大，对这类负荷中断供电带来的损失不大。当电力系统由于容量不足，或出现事故需要限制用电时，首先被拉闸的是这类负荷。因此，这类用户的供电可靠性是比较低的。一般将非农忙季节的农业用电，市政生活用电等列为第三类用户。返回第四节电力系统负荷2．按供电的可靠性划分第四节电力系统负荷3．按负荷的大小划分：分为最大负荷、平均负荷和最小负荷最大负荷（最高负荷、尖峰负荷）：

分为日最大负荷、月最大负荷和年最大负荷。年最大负荷是规划和预测极为重要的参数，它是决定系统装机规模、电源结构和投资规模的重要依据。

日最大负荷和月最大负荷也是重要参数，它们是编制电力系统日运行方式和年运行方式的主要依据。最小负荷（最低负荷、低谷负荷、基荷）分为日最小负荷、月最小负荷和年最小负荷。

是编制电力系统运行方式及确定相应的负荷特征的依据。平均负荷是指观察统计时段内负荷的平均值

分为日平均负荷、月平均负荷和年平均负荷。返回第四节电力系统负荷3．按负荷的大小划分：分为最大负荷、平第四节电力系统负荷二、电力系统负荷的用电特点分析掌握电力系统各主要用户的用电特点及其变化趋势，有助于规划、设计、运行与管理工作。1．农业用电在全社会电力消耗中的比重不大，目前大约为7%左右。就是季节性很强。2．工业用电工业负荷的比重在用电构成中居首位。工业负荷的大小与工业用户工作方式、工业行业特点、季节有紧密联系。工业用电量大，比较稳定。第四节电力系统负荷二、电力系统负荷的用电特点3．交通运输业用电包括铁路与公路的车站，航运码头及机场，航空站的动力、通风、通信用电以及电气铁路和电气运输机械的用电，交通运输、邮政设施用电等。全年时间内变化不大，占全社会用电量的2%左右。4．城乡居民生活用电包括照明用电和家用电器用。照明用电在日内变化较大，但照明负荷间的时差较小，同时率较高。照明负荷的大小与建筑面积、照明标准和采用的照明方式高度相关。照明负荷是在夜间和凌晨出现，形成所谓的灯峰，成了制约电力系统装机规模和电力系统运行方式的重要因素。

第四节电力系统负荷3．交通运输业用电第四节电力系统负荷第四节电力系统负荷三、电力系统负荷的表示方法电力系统的负荷分为有功负荷和无功负荷两类。有功功率靠改变发电机原动机的出力大小来调节，无功功率则通过改变发电机励磁电流的大小来调节。（一）负荷功率相应的三相复数功率视在功率S

（二）负荷曲线在某一段时间内用电负荷大小随时间变化的曲线称之为负荷曲线。1．日负荷曲线日有功负荷曲线除了用来表示负荷功率随时间变化的关系外，还可用来计算用户取用电能的大小。第四节电力系统负荷三、电力系统负荷的表示方法（一）负荷功第四节电力系统负荷在一昼夜内用户所消耗的总电能日平均负荷负荷率和最小负荷系数第四节电力系统负荷在一昼夜内用户所消耗的总电能日平均负第四节电力系统负荷2．年负荷曲线年最大负荷曲线是描述一年内每月（或每日）最大有功负荷随时间变化情况的曲线。这种年负荷曲线主要可用来制订发电机组的检修计划，并为新建或扩建发电厂的装机容量提供依据。曲线所围成的面积表示系统负荷全年的电能消耗量年最大负荷利用小时数：如果用户始终保持最大负荷值则经小时的电能损耗为全年电能损耗

，即小时后所消耗年最大负荷利用小时数的大小，在一定程度上反应了实际负荷在一年内的变化程度。第四节电力系统负荷2．年负荷曲线曲线所围成的面积表示系统第四节电力系统负荷四、电力系统负荷特性及模型（一）电力系统负荷特性基本概念综合负荷的功率一般是要随系统的运行参数（主要是电压和频率）的变化而变化的，反映这种变化规律的曲线或数学表达式称为负荷特性。负荷特性分为动态特性和静态特性。

动态特性反映电压和频率急剧变化时负荷功率随时间的变化静态特性则代表稳态下负荷功率与电压和频率的关系。当频率维持额定值不变时，负荷功率与电压的关系称为负荷的静态电压特性。当负荷端电压维持额定值不变时，负荷功率与频率的关系称为负荷的静态频率特性。负荷模型是指在电力系统分析计算中对负荷特性所作的物理模拟或数学描述。第四节电力系统负荷四、电力系统负荷特性及模型第四节电力系统负荷（二）负荷的静态特性及模型1．用多项式表示的负荷静态电压特性和频率特性2．用指数形式表示的负荷静态电压特性第四节电力系统负荷（二）负荷的静态特性及模型2．用指数形第四节电力系统负荷（三）负荷的动态特性及模型当电压以较快的速度大范围变化时，尤其是对电压稳定性问题（亦称负荷稳定性问题）的研究，对负荷模型的精度要求很高。经常把这种负荷看成由两部分组成，一部分采用静态模型，另一部分采用动态模型。负荷的动态特性主要由感应电动机的暂态特性决定。返回目录第四节电力系统负荷（三）负荷的动态特性及模型ThankYou!ThankYou华中科技大学电气与电子工程学院熊信银教授普通高等教育“十一五”国家级规划教材电气工程概论中国电力出版社华中科技大学普通高等教育“十一五”国家级规划教材电气工程概论84第三章电气设备的分类与系统

《电气工程概论》第三章电气设备的分类与系统

第三章电气设备的分类与系统发电系统1输变电系统2配电系统3电力系统负荷4第三章电气设备的分类与系统发电系统1输变电系统2配电系统第一节发电系统火力发电厂1水力发电厂2核能发电厂3风力发电4太阳能发电5其他能源发电6第一节发电系统火力发电厂1水力发电厂2核能发电厂3风力发第一节发电系统一、火力发电厂（简称火电厂）利用煤、石油或天然气作为燃料生产电能的工厂。能量转换过程：燃料的化学能→热能→机械能→电能。(一)火电厂的分类

（1）按燃料分：（2）按蒸汽压力和温度分：（3）按输出能源分：

①燃煤发电厂①中低压发电厂①凝汽式发电厂

②燃油发电厂②高压发电厂②热电厂

③燃气发电厂③超高压发电厂

④余热发电厂

④亚临界压力发电厂

“以垃圾及工业废料作为燃料”的发电厂：有利于环境保护，引人关注。

第一节发电系统一、火力发电厂（简称火电厂）（二）火电厂的电能生产过程我国火力发电厂所使用的燃料主要是煤，且主力电厂为凝汽式火力发电厂。凝汽式火力发电厂由三大主机（锅炉，汽轮机，发电机）及其辅助设备组成。第一节发电系统（二）火电厂的电能生产过程第一节发电系统（三）火电厂的主要系统

把煤中含有的化学能转变为电能的过程。可分为三个系统：1．燃烧系统

由运煤、磨煤、燃烧、风烟、灰渣等环节组成。2．汽水系统

由锅炉、汽轮机、凝汽器、除氧器、加热器等设备及管道构成，包括给水系统、循环水系统和补充给水系统。3．电气系统

包括发电机、励磁装置、厂用电系统和升压变电站等。第一节发电系统（三）火电厂的主要系统第一节发电系统（四）火电厂的特点与其他类型的发电厂相比有以下特点：（1）火电厂布局灵活，装机容量的大小可按需要决定。（2）火电厂的一次性建造投资少，仅为水电厂的一半左右。（3）火电厂耗煤量大，其生产成本比水力发电要高出3~4倍。（4）火电厂动力设备繁多，发电机组控制操作复杂，厂用电量和运行人员都多于水电厂，运行费用高。（5）大型发电机组由停机到开机并带满负荷需要几个到十余个个小时，并附加耗用大量燃料（6）火电厂担负急剧升降的负荷时，必须付出附加燃料消耗的代价，厂用电率增高。火电厂应当尽可能担负较均匀的负荷。（7）火电厂的各种排放物（如烟气、灰渣和废水）对环境的污染较大。第一节发电系统（四）火电厂的特点第一节发电系统（五）火电厂对环境的影响及防止措施生产时的污染排放主要是烟气污染物排放、灰渣排放和废水排放。

烟气中的粉尘、硫氧化物和氮氧化物经过烟囱排入大气，给环境造成很大的危害。

废水主要是通过废水处理系统加以净化或回收再利用。

粉尘排放控制主要是通过除尘器除尘，大容量发电机组通常采用静电除尘，效果较好。

硫氧化物的控制主要是采用烟气脱硫技术或在燃烧过程中加入适量的石灰石等碱性吸收剂来处理。第一节发电系统（五）火电厂对环境的影响及防止措施第一节发电系统二、水力发电厂（简称水电厂，水电站）把水的位能和动能转换成电能的工厂。生产过程从河流较高处或水库内引水，利用水的压力或流速冲动水轮机旋转，将水能转变成机械能，然后由水轮机带动发电机旋转，将机械能转换成电能。发电容量取决于水流的水位落差和水流的流量，即

因为水的能量与其流量和落差（水头）

成正比，

所以利用水能发电的关键是集中大量的水和造成大的水位落差第一节发电系统二、水力发电厂（简称水电厂，水电站）因为水的能量与其流量和落（一）水电厂的分类1．按集中落差的方式分（1）堤坝式水电厂。在河流中落差较大的适宜地段拦河建坝，形成水库，将水积蓄起来，抬高上游水位，形成发电水头。（2）引水式水电厂。（3）混合式水电厂。兼有堤坝式和引水式两种水电厂的特点。2．按径流调节的程度分（1）无调节水电厂。（2）有调节水电厂。第一节发电系统（一）水电厂的分类第一节发电系统（二）水电厂的特点

与火电厂和其他类型的发电厂相比有以下特点：（1）水能是可再生能源，本身并没有损耗，一般也不会造成水体污染。大型水库还能调节空气的温度和湿度，改善自然生态。（2）可综合利用水能资源。（3）水电厂的发电成本低，效率高。（4）运行灵活。由于水电厂设备简单，易于实现自动化，机组启动快。（5）水能可储蓄和调节。（6）水电厂建设和生产都受到河流的地形、水量及季节气象条件限制，因此发电量也受到水文气象条件的制约，有丰水期和枯水期之别，因而发电不均衡。（7）水电厂建设投资较大，工期较长。第一节发电系统（二）水电厂的特点 第一节发电系统（三）抽水蓄能电厂1．工作原理

抽水蓄能电厂是以一定水量作为能量载体，通过能量转换向电力系统提供电能。为此，其上、下游均需有水库以容蓄能量转换所需要的水量。第一节发电系统（三）抽水蓄能电厂第一节发电系统2．抽水蓄能电厂在电力系统中的作用（1）调峰。（2）填谷。（3）备用。（4）调频。（5）调相。（6）黑启动。（7）蓄能。3．抽水蓄能电厂的效益（1）容量效益（2）节能效益。（3）环保效益。（4）动态效益。（5）提高火电设备利用率。（6）对环境没有污染且可美化环境。第一节发电系统2．抽水蓄能电厂在电力系统中的作用3．抽水蓄能电厂的效益三、核能发电厂利用反应堆中核燃料裂变链式反应所产生的热能，再按火力发电厂的发电方式，将热能转换为机械能，再转换为电能，核反应堆相当于火电厂的锅炉。（一）核能发电厂的组成核岛：核系统和设备；

常规岛：常规系统和设备1．压水堆核电厂

最大特点是整个系统分成两大部分：一回路系统和二回路系统。两系统彼此隔绝，燃料元件的包壳破损只会使一回路水的放射性增加，而不致影响二回路水的品质，大大增加了核电站的安全性。第一节发电系统三、核能发电厂第一节发电系统压水堆核电厂由于以轻水作慢化剂和冷却剂，反应堆体积小，建设周期短，造价较低；加之一回路系统和二回路系统分开，运行维护方便，需处理的放射性废气、废液、废物少，因此在核电厂中占主导地位。第一节发电系统压水堆核电厂由于以轻水作慢化剂和冷却剂，反应堆体积小，建设周2．沸水堆核电厂堆芯产生的饱和蒸汽经分离器和干燥器除去水分后直接送入汽轮机做功。反应堆的功率主要由堆芯的含汽量来控制，因此在沸水堆中配备一组喷射泵。通过改变堆芯水的再循环率来控制反应堆的功率。由于沸水堆中作为冷却剂的水在堆芯中会产生沸腾，因此设计沸水堆时一定要保证堆芯的最大热流密度低于所谓沸腾的“临界热流密度”，以防止燃料元件因传热恶化而烧毁。第一节发电系统2．沸水堆核电厂第一节发电系统（二）核能发电厂的系统1．核岛的核蒸汽供应系统包括以下子系统：

（1）一回路主系统

（2）化学和容积控制系统

（3）余热排出系统（停堆冷却系统）

（4）安全注射系统（紧急堆芯冷却系统）

（5）控制、保护和检测系统为上述4个系统提供检测数据，并对系统进行控制和保护。第一节发电系统（二）核能发电厂的系统第一节发电系统2．核岛的辅助系统包括下以子系统：

（1）设备冷却水系统

（2）硼回收系统

（3）反应堆的安全壳及喷淋系统

（4）核燃料的装换料及贮存系统

（5）安全壳及核辅助厂房通风和过滤系统

（6）柴油发电机组，为核岛提供应急电源。第一节发电系统2．核岛的辅助系统第一节发电系统3．常规岛的系统

与火电厂的系统相似，它通常包括：（1）二回路系统（汽轮发电机系统）由蒸汽系统、汽轮发电机组、凝汽器、蒸汽排放系统、给水加热系统及辅助给水系统等组成；（2）循环冷却水系统（3）电气系统及厂用电设备第一节发电系统3．常规岛的系统第一节发电系统（三）核能发电厂的运行由于核电厂是由反应堆供热，与火电厂相比有以下新特点：（1）火电厂可以连续不断地向锅炉供给燃料；压水堆核电厂只能对反应堆堆芯一次装料，并定期停堆换料。（2）反应堆的堆芯内核燃料发生裂变反应释放核能的同时，也放出瞬发中子和瞬发射线。（3）反应堆在停闭后，运行过程中积累起来的裂变碎片和β、γ衰变，将继续使堆芯产生余热（又称衰变热），因此堆停闭后不能立即停止冷却，还必须把这部分余热排出去。（4）核电厂在运行过程中，会产生气态、液态和固态的放射性废物，对这些废物必须遵照核安全的规定进行妥善处理，以确保工作人员和居民的健康。（5）核电厂的建设费用高，但燃料所占费用较为便宜。为了提高核电厂的运行经济性，极为重要的是要维持高的发电设备利用率。第一节发电系统（三）核能发电厂的运行第一节发电系统四、风力发电风能是一种干净的可再生能源，同时风能储量十分丰富。我国风力资源丰富，尤其在西北、东北和沿海地区，有着建设风力发电厂（又称风力发电场）的天然优势。

目前已建造了一些风力发电场，有效地解决了地处偏远、居住分散牧民们的生产和生活用电。风能发电成本低；风能是清洁的能源和可以再生的能源，风力发电必将得到更大的发展。第一节发电系统四、风力发电第一节发电系统(一)风力发电机组风力发电机组主要由风轮机、传动变速机构、发电机等所组成。从能量转换观点来看，风力发电的能量转换过程为：空气动能旋转机械能电能，目前大中型水平轴风力发电机组是由风轮机、升速齿轮箱、发电机、偏航装置（对风装置）、控制系统、塔架等部件组成。第一节发电系统(一)风力发电机组第一节发电系统（二）风力发电的运行方式风力发电机组由风轮机和发电机及其控制系统组成

风轮机完成风能到机械能的转换；

发电机及其控制系统完成机械能到电能的转换。风力发电的运行方式

1.独立运行

2.并网运行第一节发电系统（二）风力发电的运行方式第一节发电系统1．独立运行

指机组生产的电能直接供给相对固定的用户的一种运行方式。（1）风力发电机组（简称风电机组）。（2）耗能负载。持续大风时，用于消耗风电机组发出的多余电能。（3）蓄电池组。由若干台蓄电池经串联组成的储存电能的装置。第一节发电系统1．独立运行第一节发电系统（4）控制装置。系统控制装置，主要功能是对蓄电池进行充电控制和过放电保护，同时对系统输入、输出功率起到调节与分配作用，以及系统赋予的其他监控功能。（5）逆变器。在需要用交流电时，将直流电转换为交流电的电力电子设备。（6）直流负载。以直流电为动力的装置或设备。（7）交流负载。以交流电为动力的装置或设备。风力发电系统可与其他动力能源联合使用，互为补充，如风力-柴油机发电系统联合运行，风力-太阳能电池发电联合运行等。第一节发第一节发电系统电系统2．并网运行

风力发电机组与电网连接，向电网输送电能的运行方式。是克服蓄能问题的最稳妥易行的运行方式。10kW以上直至兆瓦级的风力发电机组均可采用这种运行方式。第一节发第一节发电系统电系统2．并网运行（三）风力发电的特点（1）风能是干净的自然能源、可再生能源，不存在资源枯竭的问题。（2）风力发电是清洁的电能生产方式，不会造成空气污染。（3）风力发电机组建设工期短，投资规模灵活。（4）实际占地少。（5）中小容量发电机组，一般采用独立运行方式，发电机的输出电压都较低，要求负载离发电场不远，最好是就地使用。由于风能具有间歇性和不稳定性，风力发电必须和其他形式供电或储能方式结合。（6）大容量机组发电机为交流发电机，都是与利用其他能源的发电厂并联运行或并网运行。（7）风能的能量密度低，因此，在同样单机容量下，风力发电设备的体积大、造价高，最大单机容量也受到限制。（8）风力机组运转时发出噪声，金属叶片对电视机与收音机的信号会造成干扰，对环境有一定的影响。第一节发电系统（三）风力发电的特点第一节发电系统五、太阳能发电可再生能源，丰富，免费，无需开采和运输；清洁无污染；可以转换成多种其他形式的能量，应用范围广泛；

太阳能发电、太阳能热利用、太阳能动力利用、太阳能光化利用、太阳能生物利用和太阳能光利用等分为太阳热能发电和太阳光能发电（光伏发电）。（一）太阳能热发电将吸收的太阳辐射热能转换成电能的发电技术。包括两大类型：1.利用太阳能直接发电；

2.太阳热能间接发电（光-热-电）第一节发电系统五、太阳能发电第一节发电系统太阳能热发电分为两大类：集中式热发电厂;分散式小功率发电装置。1．塔式太阳能发电站第一节发电系统太阳能热发电分为两大类：集中式热发电厂;分散式小功率发电装2．柱面集热式太阳能发电站集热方式是横向线性，被加热工质沿聚焦线流动，比塔式的定日镜聚焦简便，不需建高塔，可以平面装置。一般直接用水做工质，水在集热器中受热后进入过热器，由过热器产生蒸汽送入汽轮机，即可带动发电机发电。第一节发电系统2．柱面集热式太阳能发电站第一节发电系统3．分散式太阳能发电装置分散式太阳能发电装置主要采用碟形抛物面聚光器，并在聚焦面上安装外热式斯特林发电机组。可独立运行;适合于无电或缺电地区作小型电源;一般功率为10~25kW，聚光镜直径约10~15m;成本很高，无法与集中式相比，现在已很少采用。第一节发电系统3．分散式太阳能发电装置第一节发电系统（二）太阳能光发电太阳能光发电是指不通过热过程直接将太阳的光能转换成电能的太阳能发电方式。分为光伏发电、光感应发电、光化学发电、光生物发电，其中光伏发电是太阳能光发电的主流。光伏发电是根据光生伏打效应原理，利用太阳能电池（光伏电池）将太阳能直接转化成电能。目前应用最广的太阳能电池是晶体硅太阳能电池。太阳能电池（光伏电池）发电系统一般由太阳能电池方阵、储能蓄电池组、充放电控制器、逆变器等设备组成。第一节发电系统（二）太阳能光发电第一节发电系统第一节发电系统太阳能电池（光伏电池）发电系统一般由太阳能电池方阵、储能蓄电池组、充放电控制器、逆变器等设备组成。第一节发电系统太阳能电池（光伏电池）发电系统一般由太阳能六、其他能源发电（一）地热发电利用地表深处的地热能来生产电能。生产过程：与火电厂相似，只是以地热井取代锅炉设备，将地热蒸汽从地热井引出，滤除其中的固体杂质后，由地热蒸汽推动汽轮机旋转，将地热能转换为机械能，带动发电机发出电能。（二）海洋能发电海洋能通常指海洋中所蕴藏的可再生的自然能源，主要为潮汐能、波浪能、海流能（潮流能）、海水温差能和海水浓度差能。海洋能的蕴藏量最大、分布广，是清洁的可再生能源。据估计这五种海洋能的理论可再生总量为788亿kW，技术允许利用功率为64亿kW。第一节发电系统六、其他能源发电第一节发电系统1．潮汐发电站潮汐能是指海水潮涨和潮落形成的水的势能，多为10m以下的低水头，平均潮差在3m以上就有实际应用价值。据计算，世界海洋潮汐能蕴藏约为27亿kW，若全部转换成电能，每年发电量可达1.2万亿kW·h。潮汐发电是利用海水涨潮、落潮中的动能和势能来发电的。2．波浪能发电波浪能电站是利用波浪的上下振荡、前后摇摆、波浪压力的变化，通过某种装置将波浪的能量转换为机械的、气压的或液压的能量，然后通过传动机构、气轮机、水轮机或油压马达驱动发电机发电的电站。3．海流能发电海流能是海水流动的动能，主要是指海底水道和海峡中较为稳定的海水流动的动能以及由于潮汐导致的有规律的海水流动的动能。海流发电的关键在于海流透平技术的开发。第一节发电系统1．潮汐发电站第一节发电系统4．海水温差能发电海水温差能是以热能形式出现的海洋能，是指海洋表层海水和深层海水之间水温之差的热能。海洋本身就具有天然、稳定的高温和低温两个热源，并在许多热带或亚热带海域终年形成20C左右的垂直海水温差。利用这一温差可以实现热力循环并发电，其系统构成与地下热水发电很相似。5．海水浓度差能发电海水浓度差能是以化学能形式出现的海洋能。海洋的咸水中含有各种矿物和大量的食盐，大海与陆地河口交界水域之间存在浓度差（又称盐度差）。世界各河口区的浓度差有kW，潜藏巨大能量潜力巨大。

返回目录第一节发电系统4．海水温差能发电第一节发电系统第二节输变电系统输变电系统组成1输变电系统接线2电气主接线3高电压直流输电4第二节输变电系统输变电系统组成1输变电系统接线2电气主一、输变电系统组成输变电系统是电力系统的重要组成部分，包括变电站和输电线路。发电厂生产的电能，经输变电系统，供给配电系统和用户。输变电系统由以下主要设备组成：变压器、输电线路、母线、开关电器、其他电器。第二节输变电系统一、输变电系统组成第二节输变电系统1．变压器

变压器是一种静止的电器。它利用电磁感应原理把一种交流电压转换成相同频率的另一种交流电压。变压器已在输变电系统中占据着极其重要的地位和发挥着极其重要的作用。2．输电线路

按电力线路的结构分为架空线路和电缆线路。3．母线

母线又称汇流排，是进线（电源）和出线（馈线）的中间环节，起着汇集和分配电能的作用。4．开关电器

开关电器是断开或接通电路的电气设备总称。5．其他电器

除了上述主要电气设备外，还应包括互感器、限流电抗器、并联电容器、避雷器等。第二节输变电系统1．变压器第二节输变电系统二、输变电系统接线电力系统接线有两种，即地理接线和电气接线。电气接线又分为一次接线和二次接线。输变电系统电气主接线按供电的可靠性可分为无备用接线和有备用接线两类。电力网络按职能可分为输电网络和配电网络。第二节输变电系统二、输变电系统接线第二节输变电系统三、电气主接线电气主接线的基本接线形式，可分为有汇流母线和无汇流母线两大类。（一）有汇流母线的接线进出线数量较多时，采用汇流母线作为中间环节，便于电能的汇集和分配，也便于连接、安装和扩建，使接线简单清晰，运行操作方便。第二节输变电系统三、电气主接线第二节输变电系统1．单母线接线单母接线具有简单、清晰、设备少的优点，但当母线故障或检修时，整个系统全部停电；断路器检修期间也必须停止该回路的供电，因此这种接线只适用于单电源的发电厂和变电站，且出线回路数少，用户对供电可靠性要求不高的场合。第二节输变电系统1．单母线接线第二节输变电系统2．单母线分段接线母线分段的目的是可以减少母线故障或检修时的停电范围（回路数）。当某一分段母线发生故障时，由自动装置先断开分段断路器QF1，保证正常分段母线上用户供电不中断，提高了供电可靠性。第二节输变电系统2．单母线分段接线第二节输变电系统3．单母分段带旁路母线接线加装旁路母线的目的，是检修进、出线断路器时，可以不中断该回路的供电第二节输变电系统3．单母分段带旁路母线接线第二节输变电系统4．双母线接线双母线接线具有供电可靠，调度灵活，又便于扩建，在我国大中型发电厂和变电站中广泛应用第二节输变电系统4．双母线接线第二节输变电系统5.双母线分段接线在220kV电压进出回路数较多时，也采用双母线四分段的接线，但不安装分段电抗器。第二节输变电系统5.双母线