1、国家级规划教材国家级规划教材第一章第一章 能源和发电能源和发电5 53 36 6第二章第二章 发电、变电和输电的电气部分发电、变电和输电的电气部分37377 77 7第三章第三章 常用计算的基本理论和方法常用计算的基本理论和方法7 78 816165 5第四章第四章 电气主接线及设计电气主接线及设计16166 62 25858第五章第五章 厂用电接线及设计厂用电接线及设计2 25959371371第六章第六章 导体和电气设备的原理与选择导体和电气设备的原理与选择372372506506第七章第七章 配电装置配电装置5 507075 54545目录目录国家级规划教材国家级规划教材第八章第八章 发
2、电厂和变电站的控制与信号发电厂和变电站的控制与信号第九章第九章 同步发电机的运行同步发电机的运行第十章第十章 电力变压器的运行电力变压器的运行5 546465795795805806 616166 61717697697国家级规划教材国家级规划教材第一节能源和电能第一节能源和电能一、物质、能量和信息一、物质、能量和信息第一章第一章 能源和发电能源和发电 能量和信息世界是由物质构成的，是客观存在的；能量是物质的属性，是一切物质运动的动力；信息是客观事物和主观认识相结合的产物，没有信息，物质和能量无从认识，也毫无意义。能量是物质的一种形态，既不能创造，也不能消灭，只能从一种形态转换到另一种形态，并
3、且能量转换必然遵守能量守恒定律。到目前为止，人类所认识的能量有如下形式：（1）机械能。国家级规划教材国家级规划教材（3）化学能。（4）辐射能。（5）核能。（6）电能。二、能源含义和能源分类二、能源含义和能源分类(一）能源含义一）能源含义 能源，顾名思义是能量的来源或泉源，即指人类取得能量的来源，包括已经开发可供直接使用的自然资源和经过加工或转换的能量来源，而尚未开发的自然资源称为能源资源。国家级规划教材国家级规划教材 (二）能源分类二）能源分类 （1）一次能源和二次能源 （2）常规能源和新能源 （3）可再生能源和非再生能源 （4）含能体能源和过程性能源 （5）清洁能源和非清洁能源 （1）煤炭
4、（2）水能资源 （3）其他能源 （4）电能三、三、能源资源能源资源 国家级规划教材国家级规划教材 电能与其他形式的能源相比，其特点有：（1）电能可以大规模生产和远距离输送 （2）电能方便转换和易于控制 （3）损耗小 （4）效率高 （5）电能在使用时没有污染，噪声小 四、电能四、电能国家级规划教材国家级规划教材按一次能源的不同发电厂分为：（1）火力发电厂 （2）水力发电厂 （3）核能发电厂 （4）风力发电厂 （5）地热发电厂 （6）太阳能发电厂 （7）潮汐发电厂 五、发电厂五、发电厂国家级规划教材国家级规划教材一、火电厂的分类一、火电厂的分类 按原动机分按原动机分 （1）凝汽式汽轮机发电厂 （2
5、）燃气轮机发电厂 （3）内燃机发电厂 （4）蒸汽-燃气轮机发电厂等。（1）燃煤发电厂 （2）燃油发电厂 （3）燃气发电厂 （4）余热发电厂 按燃料分按燃料分第二节第二节 火力发电厂火力发电厂国家级规划教材国家级规划教材 按蒸汽压力和温度分按蒸汽压力和温度分 （1）中低压发电厂，其蒸汽压力在3.92MPa、温度为450的发电厂，单机功率小于25MW （2）高压发电厂，其蒸汽压力一般为9.9MPa、温度为540的发电厂，单机功率小于100MW （3）超高压发电厂，其蒸汽压力一般为13.83MPa、温度为540/540的发电厂，单机功率小于200MW （4）亚临界压力发电厂，其蒸汽压力一般为16.7
6、7MPa、温度为540/540 的发电厂，单机功率为300MW直至1000MW不等；国家级规划教材国家级规划教材 （5）超临界压力发电厂，其蒸汽压力大于22.11MPa、温度为550/550的发电厂，机组功率为600MW、800MW及以上；（6）超超临界压力发电厂，其蒸汽压力为26.25MPa、温度为600/600的发电厂，机组功率为1000MW及以上；按输出能源分按输出能源分 （1）凝汽式发电厂，即只向外供应电能的发电厂，其效率较低，只有30%40%。（2）热电厂，即同时向外供应电能和热能的电厂，其效率较高，可达60%70%。国家级规划教材国家级规划教材二、火电厂的电能生产过程二、火电厂的电
7、能生产过程 火力发电厂的生产过程概括地说是把煤炭中含有的化学能转变为电能的过程，如图1-1所示的凝气式电厂，整个生产过程可分为三个阶段：（1）燃烧系统：燃料的化学能在锅炉燃烧中转变为热能，加热锅炉中的水使之变为蒸汽，称为燃烧系统；（2）汽水系统：锅炉产生的蒸汽进入汽轮机，冲动汽轮机的转子旋转，将热能转变为机械能，称为汽水系统；（3）电气系统：超由汽轮机转子旋转的机械能带动发电机旋转，把机械能变为电能，称为电气系统；国家级规划教材国家级规划教材图1-1凝汽式发电厂生产过程示意图国家级规划教材国家级规划教材（一）燃烧系统（一）燃烧系统 燃烧系统由运煤、磨煤、燃烧、风烟、灰渣等环节组成，其流程如图1
8、-2所示。图1-2 火电厂燃烧系统流程示意图国家级规划教材国家级规划教材 燃烧系统包括如下子系统：（1）运煤系统。（2）磨煤系统。（3）燃烧系统。（4）风烟系统。（5）灰渣系统。（二）汽水系统（二）汽水系统 火电厂的汽水系统由锅炉、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，如图1-3所示。国家级规划教材国家级规划教材图1-3 火电厂汽水系统流程示意图国家级规划教材国家级规划教材（三）电气系统（三）电气系统 发电厂的电气系统，包括发电机、励磁装置、厂用电系统和升压变电站等，如图1-4所示。图1-4 火电厂电气系统流程示意图国家级规划教材国家级规划教材
9、三、火电厂的特点三、火电厂的特点 （1）布局灵活，装机容量的大小可按需要决定。（2）一次性建造投资少，单位容量的投资仅为同容量水电厂的一半左右。（3）耗煤量大。（4）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）燃煤发电机组由停机到开机并带满负荷需要几小时到十几小时，并附加耗用大量燃料。（6）火电厂担负调峰、调频或事故备用，相应的事故增多，强迫停运率增高，厂用电率增高。（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。国家级规划教材国家级规划教材四、火电厂对环境的影响及处理措施四、火电厂对环境的影响及处理措施 火电厂生产时的污染排放主要是烟
10、气污染物排放、灰渣排放和废水排放，其中烟气中的粉尘、硫氧化物和氮氧化物经过烟囱排入大气，这些一次污染物通过在大气中的迁移、转化生成二次污染物，会给环境造成很大的危害。处理措施：（1）废水：净化，回收再利用（2）烟气：除尘，脱硫（3）灰渣：综合利用国家级规划教材国家级规划教材一、水电厂的分类一、水电厂的分类（一）按集中落差的方式分（一）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，这种开发模式称为堤坝式。由于水电厂厂房在水利枢纽中的位置不同，又分为坝后式和河床式两种型式。坝后式水电厂示意图如图1-6所示。河床式水电
11、厂示意图如图1-7所示。第三节第三节 水力发电厂水力发电厂国家级规划教材国家级规划教材图1-6坝后式水电厂示意图国家级规划教材国家级规划教材图1-7河床式水电厂示意图国家级规划教材国家级规划教材 （2）引水式水电厂。由引水渠道造成水头，用于河床坡度较大的高水头中小型水电厂。图1-8 引水式水电厂示意图国家级规划教材国家级规划教材 （3）混合式水电厂。在适宜开发的河段拦河筑坝，坝上游河段的落差由坝集中，坝下游河段的落差由有压力引水道集中，而水电厂的水头则由这两部分落差共同形成，这种集中落差的方式称为混合开发模式，由此而修建的水电厂称为混合式水电厂，它兼有堤坝式和引水式两种水电厂的特点。（二）按径
12、流调节的程度分（二）按径流调节的程度分 （1）无调节水电厂。（2）有调节水电厂。根据水库对径流的调节程度，又可将水电厂分为：日调节水电厂，年调节水电厂和多年调节水电厂。国家级规划教材国家级规划教材二、水电厂的特点二、水电厂的特点 （1）可综合利用水能资源。（2）发电成本低、效率高。（3）运行灵活。（4）水能可储蓄和调节。（5）水力发电不污染环境。（6）水电厂建设投资较大，工期较长。（7）发电不均衡。（8）给农业生产带来一些不利，还可能在一定程度破坏自然界的生态平衡。国家级规划教材国家级规划教材三、抽水蓄能电厂三、抽水蓄能电厂（一）工作原理（一）工作原理 抽水蓄能电厂是以一定水量作为能量载体，通
13、过能量转换向电力系统提供电能。图1-9 抽水蓄能电厂示意图国家级规划教材国家级规划教材（二）抽水蓄能电厂在电力系统中的作用（二）抽水蓄能电厂在电力系统中的作用 （1）调峰。（2）填谷。（3）事故备用。（4）调频。（5）调相。（6）黑启动。（7）蓄能。国家级规划教材国家级规划教材（三）抽水蓄能电厂的效益（三）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。国家级规划教材国家级规划教材一、核电厂的分类一、核电厂的分类（一）（一）压水堆核电厂压水堆核电厂 图1-10所示为压水堆核电厂的示意图。整个系统分成
14、两大部分，即一回路系统和二回路系统。一回路系统中压力为15MPa的高压水被冷却剂主泵送进反应堆，吸收燃料元件的释热后，进入蒸汽发生器下部的U形管内，将热量传给二回路的水，再返回冷却剂主泵入口，形成一个闭合回路。二回路系统的水在U形管外部流过，吸收一回路水的热量后沸腾，产生的蒸汽进入汽轮机的高压缸做功；高压缸的排汽经再热器再热提高温度后，再进入汽轮机的低压缸做功；膨胀做功后的蒸汽在凝汽器中被凝结成水，再送回蒸汽发生器，形成一个闭合回路。第四节第四节 核能发电厂核能发电厂国家级规划教材国家级规划教材图1-10 压水堆核电厂示意图国家级规划教材国家级规划教材（二）沸水堆核电厂（二）沸水堆核电厂 图1
15、-11所示为沸水堆核电厂的示意图。在沸水堆核电厂中，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。在沸水堆核电厂中反应堆的功率主要由堆芯的含汽量来控制。图1-11 沸水堆核电厂的示意图国家级规划教材国家级规划教材二、核电厂的系统二、核电厂的系统（一）核岛的核蒸汽供应系统（一）核岛的核蒸汽供应系统 核蒸汽供应系统包括以下子系统：（1）一回路主系统，包括压水堆、冷却剂主泵、蒸汽发生器和稳压器等。（2）化学和容积控制系统。（3）余热排出系统，又称停堆冷却系统。（4）安全注射系统，又称紧急堆芯冷却系统。（5）控制、保护和检测系统。国家级规划教材国家级规划教材（二）核岛的辅助系统（二）
16、核岛的辅助系统 核岛的辅助系统包括以下子系统：（1）设备冷却水系统，用于冷却所有位于核岛内的带放射性水的设备。（2）硼回收系统，用于对一回路系统的排水进行储存、处理和监测，将其分离成符合一回路水质要求的水及浓缩的硼酸溶液。（3）反应堆的安全壳及喷淋系统。（4）核燃料的装换料及储存系统，用于实现对燃料元件的装换料和储存。（5）安全壳及核辅助厂房通风和过滤系统。它的作用是实现安全壳和辅助厂房的通风，同时防止放射性外泄。（6）柴油发电机组，为核岛提供应急电源。国家级规划教材国家级规划教材（三）常规岛的系统（三）常规岛的系统 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，又称汽轮发电机
17、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。国家级规划教材国家级规划教材三、核电厂的运行三、核电厂的运行 核电厂的运行和火电厂相比有以下一些新的特点：（1）压水堆核电厂的反应堆，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、衰变，将继续使堆芯产生余热（又称衰变热）。（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。（5）核电厂的建设费用高，但燃料所占费用较为便
18、宜。国家级规划教材国家级规划教材第一节概述第一节概述一、电气设备一、电气设备第二章第二章 发电、变电和输电的电气部分发电、变电和输电的电气部分(一）一次设备一）一次设备 通常把生产、变换、输送、分配和使用电能的设备，如发电机、变压器和断路器等称为一次设备。它们包括：（1）生产和转换电能的设备。（2）接通或断开电路的开关电器。国家级规划教材国家级规划教材 （3）限制故障电流和防御过电压的保护电器。（4）载流导体。（5）互感器，包括电压互感器和电流互感器。（6）无功补偿设备。（7）接地装置。国家级规划教材国家级规划教材 对一次设备和系统的运行状态进行测量、控制、监视和起保护作用的设备，称为二次设备
19、。（1）测量表计，如电压表、电流表、频率表、功率表和电能表等，用于测量电路中的电气参数。（2）继电保护、自动装置及远动装置。（3）直流电源设备，包括直流发电机组、蓄电池组和整流装置等。（4）操作电器、信号设备及控制电缆。（二）二次设备（二）二次设备国家级规划教材国家级规划教材 一次电路：由一次设备，例如发电机、变压器、断路器等，按预期生产流程所连成的电路，称为一次电路，或称电气主接线；二次电路：由二次设备所连成的电路称为二次电路，或称二次接线。图2-1是具有两种电压（发电机电压及升高电压）大容量发电厂的电气主接线图。二、电气接线和装置二、电气接线和装置(一）电气接线一）电气接线 在发电厂和变电
20、站中，根据各种电气设备的作用及要求，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。国家级规划教材国家级规划教材图2-1火电厂的电气主接线图国家级规划教材国家级规划教材（二）配电装置（二）配电装置 配电装置按电气设备装设地点不同，可分为屋内配电装置和屋外配电装置。图2-1中，由断路器QF1和QF2，隔离开关QS1QS4，母线W1W3，电抗器L1和L2以及馈线WL1和WL2等，构成的配电装置，布置在屋内，称为屋内配电装置，又称发电机电压配电装置；而由断路器QF3QF5，相应的隔离开关，母线W4和W5以及出线WL3和WL4等，构成的配电装置，称为屋外配电装置，又称高压配电装置。国家级规划教材国
21、家级规划教材一、一、300MW300MW发电机组电气部分发电机组电气部分（一）电气主接线（一）电气主接线 300MW发电机组，采用发电机变压器单元接线，如图2-2所示。变压器高压侧，经引线接入220kV系统。第二节第二节 发电厂的电气部分发电厂的电气部分国家级规划教材国家级规划教材图2-2 300MW发电机组电气主接线图1发电机；2主变压器；3高压厂用变压器（为分裂绕组变压器）4电压互感器；5高压熔断器；6避雷器；7电流互感器；8中性点接地变压器国家级规划教材国家级规划教材 由图2-2可看出，300MW发电机组电气主接线具有下述特点：（1）发电机与主变压器的连接采用发电机变压器单元接线，无发电
22、机出口断路器和隔离开关。（2）在主变压器低压侧引接一台高压厂用变压器，供给厂用电。（3）在发电机出口侧，通过高压熔断器接有三组电压互感器和一组避雷器。（4）在发电机出口侧和中性点侧，每相装有电流互感器4只。（5）发电机中性点接有中性点接地变压器。（6）高压厂用变压器高压侧，每相装有电流互感器4只。国家级规划教材国家级规划教材 发电机和主变压器之间的连接母线及厂用分支母线均采用全连离相封闭母线。其具有以下优点：（1）供电可靠。（2）运行安全。（3）基本消除了母线周围钢构件的发热。（4）施工安装简便，运行维护工作量小。（二）主要电气设备（二）主要电气设备 （1）发电机。（5）高压熔断器。（2）主变
23、压器。（6）电流互感器。（3）高压厂用变压器。（7）发电不均衡。（4）电压互感器。（8）中性点接地变压器。国家级规划教材国家级规划教材二、二、600MW600MW发电机组电气部分发电机组电气部分(一）电气主接线一）电气主接线图2-3 600MW发电机组电气主接线图1发电机；2主变压器；3高压厂用变压器4高压公用变压器；5励磁变压器；6中性点接地变压器；7电压互感器；8熔断器；9高压避雷器国家级规划教材国家级规划教材 由图2-3可看出，600MW发电机组电气主接线具有下述特点：（1）发电机与主变压器的连接采用发电机变压器单元接线，发电机和主变压器之间没有断路器和隔离开关。（2）主变压器采用三相双
24、绕组变压器，低压侧绕组接成三角形，高压侧绕组接成星形。变压器高压侧中性点接地方式为直接接地。（3）在主变压器低压侧引接一台高压厂用变压器和一台高压公用变压器，供给厂用电。（4）在发电机出口侧，通过高压熔断器接有三组电压互感器和一组避雷器。（5）在发电机出口侧和中性点侧，每相装有电流互感器4只。（6）发电机中性点接有中性点接地变压器。国家级规划教材国家级规划教材 （7）高压厂用变压器高压侧，每相配置套管式电流互感器3只。（8）主变压器高压侧每相各配置套管式电流互感器3只，中性点配置电流互感器1只 （二）主要电气设备（二）主要电气设备 （1）发电机。（5）电流互感器。（2）主变压器。（6）中性点接
25、地变压器。（3）高压厂用变压器。（7）高压熔断器。（4）电压互感器。（8）避雷器。国家级规划教材国家级规划教材三、三、1000MW1000MW发电机组电气部分发电机组电气部分（一）电气主接线（一）电气主接线 1000MW发电机组，采用发电机变压器单元接线，如图2-4所示。变压器高压侧，经隔离开关和引线接入500kV系统，500kV侧采用一个半断路器接线方式。国家级规划教材国家级规划教材图2-4 1000MW发电机组电气主接线图1发电机；2主变压器；3、4高压厂用变压器；5励磁变压器；6中性点接地变压器；7、8电压互感器；9高压避雷器；10隔离开关；11电压互感器国家级规划教材国家级规划教材 由
26、图2-4可看出，1000MW发电机组电气主接线具有下述特点：（1）发电机与主变压器的连接采用发电机变压器单元接线，发电机和主变压器之间没有断路器和隔离开关，但在主母线上设有可拆连接点。（2）发电机出口主封闭母线上有接地刀闸，母线接地刀闸能承受主回路动、热稳定的要求。接地刀闸附近有观察接地刀闸位置的窥视孔。（3）主变压器采用三台单相双绕组油浸式变压器，低压侧绕组接成三角形，高压侧绕组接成星形。变压器高压侧中性点接地方式为直接接地。（4）在主变压器低压侧引接两台容量相同的高压厂用变压器，供给厂用电。国家级规划教材国家级规划教材 （5）在发电机出口主封闭母线有短路试验装置，主回路T接引至电压互感器柜
27、，通过高压熔断器接有三组三相电压互感器和一组避雷器。（6）在发电机出口侧和中性点侧，每相装有套管式电流互感器4只。（7）发电机中性点经隔离开关接有中性点接地变压器。（8）高压厂用变压器高压侧，每相配置套管式电流互感器3只。（9）主变压器高压侧每相各配置套管式电流互感器4只，中性点配置电流互感器2只。（二）主要电气设备（二）主要电气设备 （1）发电机。（2）主变压器。（3）高压厂用变压器。（4）电压互感器。（5）电流互感器。（6）中性点接地变压器。国家级规划教材国家级规划教材（三）超超临界发电机组的特点与问题（三）超超临界发电机组的特点与问题u 前述300MW发电机组为亚临界火力发电机组，600
28、MW发电机组为超临界火力发电机组，1000MW发电机组为超超临界火力发电机组。u 超超临界火力发电机组和常规发电机组相比，具有无可比拟的优越性。但是，发展超超临界机组，在设计和制造方面还有许多关键技术问题有待解决，例如开发新材料就是关键的问题。国家级规划教材国家级规划教材（一）数字化发电厂概念（一）数字化发电厂概念四、四、数字化发电厂数字化发电厂 数字化发电厂是采用数字方式映射的物理电厂，把庞大的发电厂通过数字0、1精确地表示在电脑的桌面上。也就是说，从电厂前期可行性研究、设计、基建开始，到生产运营、企业管理的全过程，全部采用数字描述和数字化存储。（二）数字化发电厂模式（二）数字化发电厂模式
29、数字化发电厂的模式有以下5种：（1）基于上层网络模式（信息网络）。（2）基于下层网络模式（FCS网络）。（3）基于控制网络模式（DCS网络）。（4）上中下网络合一模式（3层网络）。（5）数字化发电厂5层网络模型。国家级规划教材国家级规划教材 5层网络模型组成的数字化发电厂：（1）一次设备层。（2）DCS层：控制系统。本层为二次系统层。（3）SIS层：优化增值。（4）MIS层：高端信息。（5）Internet层：网络媒体。国家级规划教材国家级规划教材 （三）实现数字化发电厂的核心技术（三）实现数字化发电厂的核心技术 （1）采用成熟的FCS数字化仪表或装置。（2）发电厂“炉、机、电、辅”DCS一体
30、化控制和数字化升压站NCS。（3）数字化CCTV（工业）网络图像监视技术。（4）厂级运营优化增值服务技术。（5）信息层面的数字化高端应用。（6）系统工程、软件技术、流程技术和先进的计算机辅助设计（CAD）、三维技术（3D）等其它技术。国家级规划教材国家级规划教材一、高压交流输变电概述一、高压交流输变电概述 影响输电电压等级的发展主要有以下原因：由于大容量发电厂的建设地点远离负荷中心，如果采用低压输电，势必造成输送功率的巨大浪费和电能质量的下降，因此，提高输电电压等级就成为必然的选择。不同电压等级的输送功率和输送距离的关系如表2-1所示。（一）长距离输送电能（一）长距离输送电能第三节第三节 高压
31、交流输变电高压交流输变电国家级规划教材国家级规划教材电压等级电压等级（kV）输送功率输送功率（MW）输送距离输送距离（km）电压等级电压等级（kV）输送功率输送功率（MW）输送距离输送距离（km）10100.22202063302002008 8006006002003535210 050502050010 00015 50085085015011011010501501505075020002500500以上以上220220100500300300100100010004000400050005000500以上以上表2-1 不同电压等级的输送功率和输送距离 随着电力系统发电容量的增大，特别是
32、大型坑口电站和核电站的投产，虽然输电距离不长，但输送容量很大，也需要采用较高的电压等级。（二）大容量输送电能（二）大容量输送电能国家级规划教材国家级规划教材电压等级（电压等级（kV）导线截面（导线截面（mm2）输送容量（输送容量（MW）线损率（线损率（%）2202201 15702502502.752.753303302 22707007001.301.305005004 4570120012000.950.957507504 4570250025000.700.70 如果以输送每km每kW电力的线路造价作为单位造价，则在各级电压相应的经济输送容量范围内，线路的单位造价将随输送电压等级的升高而
33、降低。在相同的输送容量和距离的条件下，输电线的总损耗（包括电阻损耗和电晕损耗）随输电电压等级的升高而降低。如表2-2所示，750kV线路的线损率约为330kV线路的1/2。表2-2 电压等级与线损率的关系（三）节省基建投资和运行费用（三）节省基建投资和运行费用国家级规划教材国家级规划教材 此外，输送相同容量电力的线路走廊的宽度，也随着采用电压等级的升高而降低。走廊用地在线路总造价中所占比重较大（如美国本部地区500kV线路约占15%30%），为减少走廊占地费用，采用超高压输电也就在所难免。电力系统的发展，必然会打破历史形成的地方电力系统的疆域，逐渐连成大区域或跨区域的联合电力系统。为了增强电网
34、输送能力，提高系统的运行稳定性，大区电网间的连接多采用500kV或750kV超高压电压等级，甚至采用1150kV的特高压电压等级。（四）电力系统互联（四）电力系统互联 国家级规划教材国家级规划教材二、二、500kV500kV输变电系统输变电系统 目前，我国500kV变电站的电气接线一般采用双母线四分段带专用旁路母线和3/2断路器两种接线方式。如图2-5所示，两组母线W1和W2间有两串断路器，每一串的三组断路器之间接入两个回路引出线，如WL1、WL2，处于每串中间部位的断路器称为联络断路器（如QF12），由于平均每条引出线装设一台半断路器，故称为一台半断路器接线。（一）（一）500kV500kV
35、变电站电气主接线变电站电气主接线国家级规划教材国家级规划教材图2-5 500kV变电站电气主接线国家级规划教材国家级规划教材（二）（二）500kV500kV变电站主要电气设备变电站主要电气设备 500kV超高压变电站的主要电气设备有：（1）主变压器：500kV升压变压器和500kV自耦变压器。（2）断路器。（3）隔离开关。（4）电压互感器。（5）电流互感器。（6）避雷器。国家级规划教材国家级规划教材（三）并联高压电抗器和抽能并联高压电抗器（三）并联高压电抗器和抽能并联高压电抗器 （一）并联高压电抗器的作用：（1）限制工频电压升高。（2）降低操作过电压。（3）消除发电机带长线出现自励磁。（4）避
36、免长距离输送无功功率并降低线损。（5）限制潜供电流，有利于单相自动重合闸。（二）抽能并联高压电抗器：500kV并联电抗器及抽能系统，如图2-7所示。国家级规划教材国家级规划教材图2-7 500kV并联电抗器及抽能系统接线图国家级规划教材国家级规划教材（四）（四）串联电容器补偿 （一）基本原理：高压输电线路的静态稳定输送功率可由下式表示，即 当线路中安装有串联电容器补偿后，线路的静态稳定输送功率变为 在同一个相角差 的条件下，装有串联电容器补偿前后的稳定输送功率之比为其中，KC=XC/XL为补偿度，补偿度一般取在2560%左右。因此，采用串联电容器补偿可以大幅度地减低线路电抗，提高电力系统的运行
37、稳定性，也是提高远距离输电线路的输送能力的一种有效措施。国家级规划教材国家级规划教材 （二）串联电容器补偿装置的电气接线：（1）根据使用的目的不同：串联电容器补偿的型式有常规固定式串补、有可控制的串补和晶闸管控制串补。（2）对于固定式串补按照过电压保护方案和故障切除后要求串联补偿重投的时间，其电气线接一般有以下形式：单间隙串联补偿接线；双间隙串联补偿接线；单间隙串联补偿接线；双间隙串联补偿接线；国家级规划教材国家级规划教材图2-8 非线性电阻并带触发间隙的串联补偿接线国家级规划教材国家级规划教材 （三）串联补偿装置的主要设备：（1）电容器组。（2）非线性电阻器。（3）触发型火花间隙。（4）旁路
38、断路器。（5）阻尼回路。（6）电流互感器。国家级规划教材国家级规划教材 三、三、750kV超高压输变电示范工程超高压输变电示范工程图2-9 750kV输变电示范工程接线示意图国家级规划教材国家级规划教材四、四、1000kV特高压输变电试验示范工程特高压输变电试验示范工程 2006年8月19日，特高压试验示范工程1000kV晋东南南阳荆门工程正式奠基，这是我国首个特高压交流试验示范工程。该试验示范工程包括三站两线，起于山西长治境内的晋东南变电站，经河南南阳境内的南阳开关站，止于湖北荆门境内的荆门变电站，线路全长653.8km。系统额定电压为1000kV，最高运行电压1200kV，自然输送功率约5
39、00万kW。（一）（一）1000kV特高压试验示范工程规模 国家级规划教材国家级规划教材 （1）输送容量大，送电距离长。（2）工程投资省，节省土地资源，线路损耗低。（3）联网能力强。（4）可解决500kV电网短路电流超标问题。（5）特高压同步电网覆盖范围大，连接多个电源基地和负荷中心，潮流方式变化大，运行控制和安全稳定控制相对比较复杂，技术要求高。（二）（二）1000kV特高压电网的主要特点国家级规划教材国家级规划教材 （1）减少装机，节约投资。（2）降低燃煤成本。（3）降低短路电流，避免更换500kV断路器。（4）充分利用水电资源，减少弃水。（5）特高压输电将抑制电价上涨。（三）（三）特高压
40、输电具有良好的经济效益（四）（四）特高压输电将取得巨大的社会效益 （1）节约土地资源。（2）有利于煤炭资源的集约化开发和利用。（3）减少环境造成的经济损失，取得环保效益。（4）减轻铁路运输压力，有效缓解煤电运紧张的局面。国家级规划教材国家级规划教材第一节 正常运行时导体载流量计算一、概述一、概述第三章第三章 常用计算的基本理论和方法常用计算的基本理论和方法u 电气设备有电流通过时将产生损耗。长期发热，是由正常运行时工作电流产生的；短时发热，是由故障时的短路电流产生的。u 发热对电气设备的影响：（1）使绝缘材料的绝缘性能降低。有机绝缘材料长期受到高温作用，将逐渐老化，以致失去弹性和降低绝缘性能。
41、国家级规划教材国家级规划教材 （2）使金属材料的机械强度下降。当使用温度超过规定允许值后，由于退火，金属材料机械强度将显著下降。（3）使导体接触部分的接触电阻增加。u 最高允许温度：为了保证导体可靠地工作，须使其发热温度不得超过一定限值，这个限值叫作最高允许温度。按照有关规定：（1）导体的正常最高允许温度，一般不超过+70；在计及太阳辐射（日照）的影响时，钢芯铝绞线及管形导体，可按不超过+80来考虑；当导体接触面处有镀（搪）锡的可靠覆盖层时，允许提高到+85；当有银的覆盖层时，可提高到95。国家级规划教材国家级规划教材（2）导体通过短路电流时，短时最高允许温度可高于正常最高允许温度，对硬铝及铝
42、锰合金可取200，硬铜可取300。二、导体的发热和散热二、导体的发热和散热 导体的发热计算，根据能量守恒原理，（3-1）fltRQQQQ国家级规划教材国家级规划教材 单位长度（1m）的导体，通过母线电流IW（A）时，由电阻损耗产生的热量，可用下式计算 （3-2）导体的交流电阻 为 （3-3）式中：为导体的运行温度；Rac为1000m长导体在20的直流电阻；S为导体截面积。材料电阻率 与电阻温度导数见表3-1.（一）（一）导体电阻损耗的热量 QRacWRRIQ2w国家级规划教材国家级规划教材材料名称（-1）纯铝0.029000.00403铝锰合金0.037900.00420铝镁合金0.04580
43、0.00420铜0.017900.00385钢0.139000.004552(mm/m)t 导体的集肤效应系数Kf 与电流的频率、导体的形状和尺寸有关。矩形截面导体的集肤效应系数，如图3-1所示，图中f为电流频率。圆柱及圆管导体的集肤效应系数Kf 如图3-2所示。表3-1 电阻率 及电阻温度系数 t国家级规划教材国家级规划教材图3-1 矩形导体的集肤效应系数国家级规划教材国家级规划教材图3-2 圆柱及圆管导体的集肤效应系数 国家级规划教材国家级规划教材 吸收太阳辐射（日照）的能量会造成导体温度升高，凡安装在屋外的导体应考虑日照的影响。对于单位长度圆管导体，可用下式计算 （W/m）（3-4）对于
44、屋内导体，因无日照的作用，这部分热量可忽略不计。（二）（二）导体吸收太阳辐射的热量 Q t 由气体各部分发生相对位移将热量带走的过程，称为对流。由传热学可知，对流散热所传递的热量，与温差及散热面积成正比，即导体对流散热量 为 （W/m）（3-5）（三）对流散热量（三）对流散热量 Q L国家级规划教材国家级规划教材（1）自然对流散热。屋内自然通风或屋外风速小于0.2m/s，属于自然对流散热。空气自然对流散热系数，W/（m2）（3-6）单位长度导体的散热面积与导体的形状、尺寸、布置方式等因素有关。导体片（条）间距离越近，对流散热条件就越差，故有效面积应相应减小。几种常用导体的对流散热面积如图3-3
45、所示。图3-3 常用导体对流散热面积形式0.35lw01.5()国家级规划教材国家级规划教材 单条矩形导体对流散热面积为 l122()FAA/m)(m100021hA/m)(m100022bA 如图3-3(b)所示，二条矩形导体对流散热面积为10mm8mm6mmb212l122122(m/m)2.54(m/m)34(m/m)AFAAAA国家级规划教材国家级规划教材 如图3-3(c)所示，三条矩形导体对流散热面积为 当 如图3-3(d)所示，槽形导体对流散热面积：当100mmh200mm时，为212l212834(m/m),104()(m/m)mmAAbFmmAA2l1222(m/m)10001
46、000hbFAA2l122222(m/m)10001000hbFAA国家级规划教材国家级规划教材当 时，因内部热量不易从缝隙散出，平面位置不产生对流，故 如图3-3(e)所示，圆管导体对流散热面积为 （2）强迫对流散热。屋外配电装置中的管形导体，常受到大气中风吹的作用，风速越大，对流散热的条件就越好，因而形成强迫对流散热。强迫对流散热系数 a1为2l122(m/m)1000hFA2l(m/m)FD国家级规划教材国家级规划教材 （3-7）如果风向与导体不垂直，其值为 将式（3-7）乘以修正系数 后，代入式（3-5）中，即得强迫对流散热量为 （3-8）ulND0.65u0.13VDNvnBA)(s
47、inulw00.650()(sin)0.13()(sin)(W/m)nnwNQABDDVDABv 国家级规划教材国家级规划教材 热量从高温物体以热射线方式传给低温物体的传播过程，称为辐射。根据斯蒂芬波尔兹曼定律，导体向周围空气辐射的热量，与导体和周围空气绝对温度四次方差成正比，即导体辐射散热量 Qf为 （3-9）式中，为导体材料的相对辐射系数，见表3-2。（四）（四）导体辐射散热量Q f 44w0ff2732735.7(W/m)100100QF国家级规划教材国家级规划教材材 料辐射系数材 料辐射系数绝对黑体1.00氧化了的钢0.80表面磨光的铝0.040有光泽的黑漆0.82氧化了的铝0.200
48、.30无光泽的黑漆0.91氧化了的铜0.600.70各种颜色的油漆，涂料0.920.96表3-2 导体材料的黑度系数 Ff 为单位长度导体的辐射散热表面积。计算时参见图3-4国家级规划教材国家级规划教材图3-4 导体的辐射散热（a）单条矩形导体；（b）二条矩形导体国家级规划教材国家级规划教材图3-4（a）所示，单条矩形导体辐射散热表面积为 图3-4（b）所示，二条矩形导体内侧缝隙间的面积仅有一部分能起向外辐射作用。故二条矩形导体的辐射散热表面积为三条矩形导体的辐射表面积，可按二条导体相同理由求得 槽形导体的辐射散热表面积为国家级规划教材国家级规划教材（五）（五）导热散热量 根据传热学可知，导热
49、散热量 Qd 为 （3-10）圆管导体的辐射散热表面积为2f(m/m)FD 为导热系数W/（m）；Fd为导热面积（m2）；为物体厚度（m）；分别为高温区和低温区的温度（）。12、12dd(W)QF国家级规划教材国家级规划教材三、导体载流量的计算三、导体载流量的计算 工程上为了便于分析和计算，常把辐射散热量表示成与对流散热量相似的计算形式，用一个总散热系数 和总散热面积F来表示对流散热和辐射散热的作用，即lfww0()QQF 在导体升温过程中，导体产生的热量QR，一部分用于本身温度升高所需的热量QC，一部 分散失到周围介质中(Ql+Qf)。由此可写出热量平衡方程如下 （3-12）（3-11）（一
50、）（一）导体的温升过程lfww0()QQFRclf(W/m)QQQQ国家级规划教材国家级规划教材 设导体通过电流I 时，在t 时刻导体运行温度为 ，则其温升 ，在时间 dt 内的热量平衡微分方程为 （3-13）导体通过正常工作电流时，其温度变化范围不大，因此电阻R、比热容c及散热系数 均可视为常数。设t0时，初始温升 。当时间由0t时，温升由 ，对上式进行积分 2wddd(J/m)I R tmcFt2w2ww1dd()mctI RFF I RF k2w2ww01dd()tmctI RFFI RF ww0wkk0k国家级规划教材国家级规划教材 （3-14）由此可求得 （3-15）经过很长时间后
