第四章 电力系统及其自动化

1、u 一、电力系统的组成一、电力系统的组成 图图1 1u 一、电力系统的组成一、电力系统的组成 发电机把机械能转变为电能，电能经变压器和电力线路传送并分配发电机把机械能转变为电能，电能经变压器和电力线路传送并分配到用户，在那里经电动机、电炉、电灯等用电设备又将电能转变为机到用户，在那里经电动机、电炉、电灯等用电设备又将电能转变为机械能、热能、光能等。由这些生产、变换、传送、分配、消耗电能的械能、热能、光能等。由这些生产、变换、传送、分配、消耗电能的电气设备电气设备(发电机、变压器、电力线路及各种用电设备等发电机、变压器、电力线路及各种用电设备等)联系在一起组联系在一起组成的统一整体就是电力系统，

2、如图成的统一整体就是电力系统，如图1所示。所示。 与与“电力系统电力系统”一词相关的还有一词相关的还有“电力网电力网”和和“动力系统动力系统”。前者。前者指电力系统中除去发电机和用电设备外的部分；后者指电力系统和发指电力系统中除去发电机和用电设备外的部分；后者指电力系统和发电厂动力部分的总和。电厂动力部分的总和。 所以，电力网是电力系统的一个组成部分，而电力系统又是动力系所以，电力网是电力系统的一个组成部分，而电力系统又是动力系统的一个组成部分，三者的关系也示于图统的一个组成部分，三者的关系也示于图l中。中。u 二、发电厂二、发电厂发电厂是生产电能的核心，担负着把不同种类的一次能源转换成电能发

3、电厂是生产电能的核心，担负着把不同种类的一次能源转换成电能的任务。依据使用的一次能源不同，发电厂可分为许多类型。例如：的任务。依据使用的一次能源不同，发电厂可分为许多类型。例如：燃烧煤、石油、天然气发电的火力发电厂；燃烧煤、石油、天然气发电的火力发电厂；利用水力能发电的水力发电厂；利用水力能发电的水力发电厂；利用核能发电的核动力发电厂。利用核能发电的核动力发电厂。u 二、发电厂二、发电厂p 1、火力发电厂、火力发电厂火电厂的主要发电设备包括锅炉、汽轮机和发电机，其辅助设备有火电厂的主要发电设备包括锅炉、汽轮机和发电机，其辅助设备有冷凝器、给水加热器、各种水泵、磨煤机、除氧器、烟囱及各种量冷凝器

4、、给水加热器、各种水泵、磨煤机、除氧器、烟囱及各种量测与控制设备。凝汽式燃煤火电厂的生产过程如图测与控制设备。凝汽式燃煤火电厂的生产过程如图2所示。所示。 图图2 2 凝汽式火电厂生产过程示意图凝汽式火电厂生产过程示意图u 二、发电厂二、发电厂1、火力发电厂、火力发电厂原煤从煤矿运到电厂后，先存入原煤仓，随后由输煤皮带运进原煤斗，原煤从煤矿运到电厂后，先存入原煤仓，随后由输煤皮带运进原煤斗，从原煤斗落入球磨机中被磨成很细的煤粉，再由排粉机抽出，随同热从原煤斗落入球磨机中被磨成很细的煤粉，再由排粉机抽出，随同热空气送入锅炉的燃烧室进行燃烧。空气送入锅炉的燃烧室进行燃烧。燃烧放出的热量一部分被燃烧

5、室四周的水冷壁吸收，一部分加热燃烧燃烧放出的热量一部分被燃烧室四周的水冷壁吸收，一部分加热燃烧室顶部和烟道入口处的过热器中的蒸汽，余下的热量则被烟气携带穿室顶部和烟道入口处的过热器中的蒸汽，余下的热量则被烟气携带穿过省煤器、空气预热器传递给这两个设备内的水和空气。过省煤器、空气预热器传递给这两个设备内的水和空气。烟气经过除尘器净化处理，由吸风机导入烟囱，被排入大气。燃烧时烟气经过除尘器净化处理，由吸风机导入烟囱，被排入大气。燃烧时生成的灰渣和由除尘器收集下来的细灰，用水冲进冲灰沟排出厂外。生成的灰渣和由除尘器收集下来的细灰，用水冲进冲灰沟排出厂外。u 二、发电厂二、发电厂1、火力发电厂、火力发

6、电厂燃烧用的助燃空气，经送风机进入空气预热器中加热，加热后，一部燃烧用的助燃空气，经送风机进入空气预热器中加热，加热后，一部分被送往磨煤机作为干燥和运送煤粉的介质，大部分送入燃烧室参与分被送往磨煤机作为干燥和运送煤粉的介质，大部分送入燃烧室参与助燃。助燃。水、蒸汽是把热能转化成机械能的重要介质。净化后的给水，先送进水、蒸汽是把热能转化成机械能的重要介质。净化后的给水，先送进省煤器预热，继而进入汽包，由汽包降入水冷壁管中吸收燃烧室的热省煤器预热，继而进入汽包，由汽包降入水冷壁管中吸收燃烧室的热能后蒸发成蒸汽。蒸汽通过过热器时，再次被加热，变为高温高压的能后蒸发成蒸汽。蒸汽通过过热器时，再次被加热

7、，变为高温高压的过热蒸汽。过热蒸汽经主蒸汽管道进入汽轮机膨胀做功，推动汽轮机过热蒸汽。过热蒸汽经主蒸汽管道进入汽轮机膨胀做功，推动汽轮机转子转动，将热能转变为机械能。转子转动，将热能转变为机械能。做完功的蒸汽在凝结器中被冷却凝结成水。凝结水经除氧器去氧、加做完功的蒸汽在凝结器中被冷却凝结成水。凝结水经除氧器去氧、加热器加热后再用给水泵重新送入省煤器预热，便可作为工质继续循环热器加热后再用给水泵重新送入省煤器预热，便可作为工质继续循环使用。使用。u 二、发电厂二、发电厂p 1、火力发电厂、火力发电厂凝结器需要的冷却水由循环水泵送入，冷却水在凝结器中吸热之后，凝结器需要的冷却水由循环水泵送入，冷却

8、水在凝结器中吸热之后，流回冷却塔散热，然后，再经循环水泵供给凝结器。流回冷却塔散热，然后，再经循环水泵供给凝结器。 汽轮机转子转动带动发电机转子旋转，在发电机中又把机械能转换汽轮机转子转动带动发电机转子旋转，在发电机中又把机械能转换成电能。发电机发出的电能经过变压器升高电压后送入高压电力网。成电能。发电机发出的电能经过变压器升高电压后送入高压电力网。u 二、发电厂二、发电厂p 2、水力发电厂、水力发电厂 水力发电厂是利用河流所蕴藏的水力能资源来发电，水力能资源是水力发电厂是利用河流所蕴藏的水力能资源来发电，水力能资源是最干净、价廉的能源。水力发电厂的容量大小决定于上下游的水位差最干净、价廉的能

9、源。水力发电厂的容量大小决定于上下游的水位差(简称水头简称水头)和流量的大小。和流量的大小。因此，水力发电厂往往需要修建拦河大坝等水工建筑物以形成集中的因此，水力发电厂往往需要修建拦河大坝等水工建筑物以形成集中的较高水位差，并依靠大坝形成具有一定容积的水库，以调节河水流量。较高水位差，并依靠大坝形成具有一定容积的水库，以调节河水流量。根据地形、地质、水能资源特点等的不同，水力发电厂的形式是多种根据地形、地质、水能资源特点等的不同，水力发电厂的形式是多种多样的。多样的。p 2、水力发电厂、水力发电厂 水力发电厂的生产过程要比火力发电厂简单，如图水力发电厂的生产过程要比火力发电厂简单，如图3所示。

10、所示。 由拦河坝维持在高水位的水，经压力水管进入螺旋形蜗壳，推动水由拦河坝维持在高水位的水，经压力水管进入螺旋形蜗壳，推动水轮机转子旋转，将水能变为机械能。水轮机转子再带动发电机转子轮机转子旋转，将水能变为机械能。水轮机转子再带动发电机转子旋转，使机械能变成了电能。而做完功的水则经过尾水管排往下游。旋转，使机械能变成了电能。而做完功的水则经过尾水管排往下游。发电机发出的电，经变压器升压后由高压输电线送至用户。发电机发出的电，经变压器升压后由高压输电线送至用户。图图3 水电厂生产过程示意图水电厂生产过程示意图u 二、发电厂二、发电厂p 2、水力发电厂、水力发电厂 水利发电厂的水利发电厂的优势优势

11、：首先，水利发电厂的生产过程较简单，故所需的运行维护人员较少，首先，水利发电厂的生产过程较简单，故所需的运行维护人员较少，且易于实现全盘自动化。且易于实现全盘自动化。其次，水力发电厂不消耗燃料，故电能成本要比火力发电厂低得多。其次，水力发电厂不消耗燃料，故电能成本要比火力发电厂低得多。此外，水力机组的效率较高，承受变动负载的性能较好，故在系统中此外，水力机组的效率较高，承受变动负载的性能较好，故在系统中的运行方式较为灵活。水力机组启动迅速，在事故时能有力地发挥其的运行方式较为灵活。水力机组启动迅速，在事故时能有力地发挥其后备作用。后备作用。再者，随着水力发电厂的兴建往往还可以同时解决发电、防洪

12、、灌溉、再者，随着水力发电厂的兴建往往还可以同时解决发电、防洪、灌溉、航运等多方面的问题，从而实现河流的综合利用，使国民经济取得更航运等多方面的问题，从而实现河流的综合利用，使国民经济取得更大效益。大效益。水力发电厂的另一个优点是不像火力发电厂、核能发电厂那样存在环水力发电厂的另一个优点是不像火力发电厂、核能发电厂那样存在环境污染问题。境污染问题。u 二、发电厂二、发电厂p 2、水力发电厂、水力发电厂 水利发电厂的水利发电厂的劣势劣势：由于水力发电厂需要建设大量的水工建筑物，所以相对于火电厂来说，由于水力发电厂需要建设大量的水工建筑物，所以相对于火电厂来说，建设投资大，工期较长，使用劳力也较多

13、。建设投资大，工期较长，使用劳力也较多。特别是水库还将淹没一部分土地，给农业生产带来一定不利影响。特别是水库还将淹没一部分土地，给农业生产带来一定不利影响。水力发电厂的运行方式还受到气象、水文等条件的影响，有丰水期、水力发电厂的运行方式还受到气象、水文等条件的影响，有丰水期、枯水期之别，发电出力不如火电厂稳定，也给电力系统的运行带来一枯水期之别，发电出力不如火电厂稳定，也给电力系统的运行带来一定不利因素。定不利因素。u 二、发电厂二、发电厂p3、核能发电厂、核能发电厂 核能是一种新的能源，也是可望长期使用的能源。所以，自核能是一种新的能源，也是可望长期使用的能源。所以，自1954年年世界上第一

14、座核电厂投入运行以来，许多国家纷纷建设核电厂。核电世界上第一座核电厂投入运行以来，许多国家纷纷建设核电厂。核电厂建设的速度最快厂建设的速度最快 。核能发电的基本原理：核能发电的基本原理：核燃料在反应堆内产生核裂变，即所谓链式反应，释放出大量热能，核燃料在反应堆内产生核裂变，即所谓链式反应，释放出大量热能，由冷却剂由冷却剂(水或气体水或气体)带出，在蒸汽发生器中将水加热为蒸汽。然后，同带出，在蒸汽发生器中将水加热为蒸汽。然后，同一般火力发电厂一样，用蒸汽推动汽轮机，再带动发电机发电。冷却一般火力发电厂一样，用蒸汽推动汽轮机，再带动发电机发电。冷却剂在把热量传给水后，又被泵打回反应堆里去吸热，这样

15、反复使用，剂在把热量传给水后，又被泵打回反应堆里去吸热，这样反复使用，就可以不断地把核裂变释放的热能引导出来。核能发电厂与火力发电就可以不断地把核裂变释放的热能引导出来。核能发电厂与火力发电厂在构成上最主要区别是前者用核一蒸汽发电系统来代替后者的蒸汽厂在构成上最主要区别是前者用核一蒸汽发电系统来代替后者的蒸汽锅炉，所以核电厂中的反应堆又被称为原子锅炉锅炉，所以核电厂中的反应堆又被称为原子锅炉 。u 二、发电厂二、发电厂p 3、核能发电厂、核能发电厂核能发电厂的特点和问题：核能发电厂的特点和问题：核能发电厂的主要优点之一是可以大量节省煤、石油等燃料。核能发电厂的主要优点之一是可以大量节省煤、石油

16、等燃料。核能发电厂的另一个特点是燃烧时不需要空气助燃，所以核能电厂可核能发电厂的另一个特点是燃烧时不需要空气助燃，所以核能电厂可以建设在地下、山洞里、水下或空气稀薄的高原地区。以建设在地下、山洞里、水下或空气稀薄的高原地区。核能发电厂的主要问题是放射性污染。但随着科学技术的发展，将会核能发电厂的主要问题是放射性污染。但随着科学技术的发展，将会变得越来越安全变得越来越安全 。u 二、发电厂二、发电厂p 3、核能发电厂、核能发电厂 目前大多数商业运行的核电厂属于水堆型，包括压水堆、沸水堆和目前大多数商业运行的核电厂属于水堆型，包括压水堆、沸水堆和重水堆。正在研究开发中的有快中子增殖堆和高温气冷堆核

17、电厂。压重水堆。正在研究开发中的有快中子增殖堆和高温气冷堆核电厂。压水堆核电厂的构成和生产过程如图水堆核电厂的构成和生产过程如图4所示。所示。 (a) 压水堆核电厂压水堆核电厂 (b) 压水堆核电厂系统示意图压水堆核电厂系统示意图 图图4 核电厂核电厂u 二、发电厂二、发电厂p4、其他能源发电、其他能源发电新能源发电主要有风能发电、太阳能发电、地热能发电、潮汐能发电新能源发电主要有风能发电、太阳能发电、地热能发电、潮汐能发电等等 。 风力发电：风力发电是通过风力发电机组将风能转化成机械能，再风力发电：风力发电是通过风力发电机组将风能转化成机械能，再转化为电能转化为电能 。 太阳能发电：太阳能发

18、电方式主要可分为光热发电和光电发电两种太阳能发电：太阳能发电方式主要可分为光热发电和光电发电两种方式。光热发电是用反光镜集热产生蒸汽，再用汽轮机来发电；光电方式。光热发电是用反光镜集热产生蒸汽，再用汽轮机来发电；光电发电是用光电池直接把太阳能转化为电能发电是用光电池直接把太阳能转化为电能 。 地热能发电：通过热流体将地下热能携带到地上，经过专门的装置地热能发电：通过热流体将地下热能携带到地上，经过专门的装置将热能转换为电能将热能转换为电能 。 潮汐发电：利用潮汐具有的能量转变成机械能，再转化成电能潮汐发电：利用潮汐具有的能量转变成机械能，再转化成电能 。 此外还有生物能、波浪能、海洋温差能等。

19、此外还有生物能、波浪能、海洋温差能等。 从远景发展来看，还有聚变能、氢能等从远景发展来看，还有聚变能、氢能等 。u 三、输配电系统三、输配电系统p（一）三相交流输配电系统（一）三相交流输配电系统1、电力网的结构、电力网的结构 图图5 电力网结构电力网结构 电力网由电力网由输电网输电网和和配电网配电网组成。大型电力网的结构通常以电压等组成。大型电力网的结构通常以电压等级进行分层见图级进行分层见图5。u 三、输配电系统三、输配电系统p（一）三相交流输配电系统（一）三相交流输配电系统1、电力网的结构、电力网的结构输电网的作用输电网的作用： 输电网主要是将远离负载中心的发电厂的大量电能经过变压器升输电

20、网主要是将远离负载中心的发电厂的大量电能经过变压器升高电压，通过高压输电线，送到邻近负载中心的枢纽变电站。同时，高电压，通过高压输电线，送到邻近负载中心的枢纽变电站。同时，输电网还有联络相邻电力系统和联系相邻变电站的作用，或向某些输电网还有联络相邻电力系统和联系相邻变电站的作用，或向某些容量特大的用户直接供电。输电网的额定电压通常为容量特大的用户直接供电。输电网的额定电压通常为220750kV或或更高，它的结构与电力系统运行的安全性及经济性关系极大，是整更高，它的结构与电力系统运行的安全性及经济性关系极大，是整个电力系统的骨架或主干电网。个电力系统的骨架或主干电网。u 三、输配电系统三、输配电

21、系统p（一）三相交流输配电系统（一）三相交流输配电系统 1、电力网的结构、电力网的结构 配电网的作用配电网的作用： 配电网可分为高压、中压和低压配电网。高压配电网的电压一般配电网可分为高压、中压和低压配电网。高压配电网的电压一般为为35110 kV或更高，中压配电网的电压一般为或更高，中压配电网的电压一般为620kV，它们，它们将来自变电站的电能分配到众多的配电变压器，以及直接供应中将来自变电站的电能分配到众多的配电变压器，以及直接供应中等容量的用户，低压配电网的电压为等容量的用户，低压配电网的电压为380/220V，用于向数量很大，用于向数量很大的小用户供电的小用户供电 。 电力网的结构与电

22、压等级、电源和负载点的容量和数目、它们之电力网的结构与电压等级、电源和负载点的容量和数目、它们之间的地理位置以及可靠性要求等因素有关。间的地理位置以及可靠性要求等因素有关。u 三、输配电系统三、输配电系统1、电力网的结构、电力网的结构 放射式放射式a是一种最简单的电网结构，运行调度和控制最为方便，是一种最简单的电网结构，运行调度和控制最为方便，但单回线路供电可靠性不高。但单回线路供电可靠性不高。 链式链式b结构是放射式的扩展，但可靠性低于放射式。结构是放射式的扩展，但可靠性低于放射式。 环式环式c结构有较好的可靠性与经济性，但当某一线路退出运行后，结构有较好的可靠性与经济性，但当某一线路退出运

23、行后，电压质量可能较差。电压质量可能较差。 图图6 6 电力网基本结构电力网基本结构u 三、输配电系统三、输配电系统1、电力网的结构、电力网的结构 具有多个电源的电力网有具有多个电源的电力网有环式环式d 和和串链式串链式e两种常用的结构，两者两种常用的结构，两者均有很高的可靠性。均有很高的可靠性。 但多个闭环结构电力网的调度和控制但多个闭环结构电力网的调度和控制(包括继电保护包括继电保护)比较复杂，短比较复杂，短路电流水平也较高。输电网通常采用这两种结构或它们的组合，路电流水平也较高。输电网通常采用这两种结构或它们的组合，其中环式结构对各发电厂间联系较强，运行稳定性一般较好；串其中环式结构对各

24、发电厂间联系较强，运行稳定性一般较好；串链式结构对各发电厂间联系较弱，运行稳定性相对较差。链式结构对各发电厂间联系较弱，运行稳定性相对较差。 图图6 6 电力网基本结构电力网基本结构u 三、输配电系统三、输配电系统1、电力网的结构、电力网的结构 干线式干线式f投资最省但可靠性很差，只适用于负载密度小、可靠性要投资最省但可靠性很差，只适用于负载密度小、可靠性要求不高的配电网。求不高的配电网。 网格式网格式 g结构适用于负载密度很大，电压质量和可靠性要求很高结构适用于负载密度很大，电压质量和可靠性要求很高的城市配电网的城市配电网 。 图图6 6 电力网基本结构电力网基本结构u 三、输配电系统三、输

25、配电系统1、电力网的结构、电力网的结构 电力网结构的设计电力网结构的设计： （1）电力网结构对电力系统运行的安全性、经济性、电能质量以）电力网结构对电力系统运行的安全性、经济性、电能质量以及调度控制的方便性和灵活性等均有很大的影响。特别是主干网及调度控制的方便性和灵活性等均有很大的影响。特别是主干网络，要采用电气联系强的结构，包括采用较高的电压等级，以提络，要采用电气联系强的结构，包括采用较高的电压等级，以提高稳定性，保证各种运行方式下主干线路有足够的输电能力。同高稳定性，保证各种运行方式下主干线路有足够的输电能力。同时，要尽量简化结构，提高调度控制的方便性和灵活性，还要注时，要尽量简化结构，

26、提高调度控制的方便性和灵活性，还要注意限制短路电流水平。对于交流远距离输电线路，如果输电能力意限制短路电流水平。对于交流远距离输电线路，如果输电能力受到限制，还可考虑直流输电方案。当稳定性有问题或调度控制受到限制，还可考虑直流输电方案。当稳定性有问题或调度控制有困难或短路容量太大时，也可考虑应用直流联络线分隔交流电有困难或短路容量太大时，也可考虑应用直流联络线分隔交流电力网。力网。u 三、输配电系统三、输配电系统1、电力网的结构、电力网的结构 电力网结构的设计电力网结构的设计： （2）当稳定性有问题或调度控制有困难或短路容量太大时，也可）当稳定性有问题或调度控制有困难或短路容量太大时，也可考虑

27、应用直流联络线分隔交流电力网。对于低一级电压的电力网，考虑应用直流联络线分隔交流电力网。对于低一级电压的电力网，应力求采用简单的结构，实行分片供电，限制短路容量。同时，应力求采用简单的结构，实行分片供电，限制短路容量。同时，要避免高、低压线路经过变压器形成环网，以简化继电保护，加要避免高、低压线路经过变压器形成环网，以简化继电保护，加强稳定性。通常要针对具体的电力系统，提出若干个电力网结构强稳定性。通常要针对具体的电力系统，提出若干个电力网结构方案，逐个进行潮流、稳定、保护控制和短路电流研究以及经济方案，逐个进行潮流、稳定、保护控制和短路电流研究以及经济分析，经过技术经济比较，最后确定最佳的结

28、构。分析，经过技术经济比较，最后确定最佳的结构。u 三、输配电系统三、输配电系统 p（一）三相交流输配电系（一）三相交流输配电系 2、电力系统电压等级、电力系统电压等级 电力系统中的发电、输电、配电以及用电等设备都是按一定的标电力系统中的发电、输电、配电以及用电等设备都是按一定的标准电压设计和制造的，在这一标准电压下运行，设备的技术性能准电压设计和制造的，在这一标准电压下运行，设备的技术性能和经济指标将达到最好，这一标准电压称为额定电压。我国国家和经济指标将达到最好，这一标准电压称为额定电压。我国国家标准规定的电力网络的额定线电压为：标准规定的电力网络的额定线电压为：0.38、3、6、10、3

29、5、63、110、220、330、500、750（kV）。）。 电网电压及合理的电压系列选择是电网电压及合理的电压系列选择是个涉及面极广的综合性问题，个涉及面极广的综合性问题，除应考虑送电容量、距离、运行方式等多种因素外，还应根据动除应考虑送电容量、距离、运行方式等多种因素外，还应根据动力资源的分布及工业布局等远景发展情况，进行全面的技术经济力资源的分布及工业布局等远景发展情况，进行全面的技术经济比较。比较。 u 三、输配电系统三、输配电系统2、电力系统电压等级、电力系统电压等级 选择电力网电压等级的原则是选择电力网电压等级的原则是： （1）选定的电压等级应符合国家标准）选定的电压等级应符合国

30、家标准 。 （2）根据我国电力工业发展迅速的特点，电压等级不宜过多，）根据我国电力工业发展迅速的特点，电压等级不宜过多，以便减少变电重复容量，同一地区、同以便减少变电重复容量，同一地区、同电网内，应尽可能简化电网内，应尽可能简化电压等级。但电压级差也不宜太小。根据国外经验，电压等级。但电压级差也不宜太小。根据国外经验，110kV以下以下(或称电网配电电压等级或称电网配电电压等级)，电压差一般在，电压差一般在3倍以上；倍以上；110kV及以上及以上(或称电网输电电压等级或称电网输电电压等级)，电压差，电压差般在般在2倍左右倍左右 。 （3）我国现有电网的电压等级配置大致分为两类，即）我国现有电网

31、的电压等级配置大致分为两类，即110220500kV或或110330kV。220kV以下的电压等级的配置为以下的电压等级的配置为1063220kV及及1035110220kV两种系列两种系列 u 三、输配电系统三、输配电系统2、电力系统电压等级、电力系统电压等级 下表下表给出了电网额定电压与相应传输功率和传输距离的关系给出了电网额定电压与相应传输功率和传输距离的关系电力系统额定电压/kV输送方式传输功率/MW传输距离/km0.38架空线0.10.250.38电缆0.1750.353架空线0.11316架空线0.221036电缆3小于810架空线0.2320510电缆5小于1035架空线2105

32、020110架空线105015050220架空线100500300100330架空线2001000600200500架空线10001500850250750架空线20002500500以上u 三、输配电系统三、输配电系统3、变电站及其电气主接线、变电站及其电气主接线 什么是变电站？什么是变电站？ 变电站是电力网中的线路连接点，是用以变换电压、交换功率和变电站是电力网中的线路连接点，是用以变换电压、交换功率和汇集、分配电能的设施。变电站中有不同电压的配电装置，电力汇集、分配电能的设施。变电站中有不同电压的配电装置，电力变压器，控制、保护、测量、信号和通信设施，以及二次回路电变压器，控制、保护、测

33、量、信号和通信设施，以及二次回路电源等。有些变电站中还由于无功平衡、系统稳定和限制过电压等源等。有些变电站中还由于无功平衡、系统稳定和限制过电压等因素，装设有并联电容器组、并联电抗器、静止无功补偿装置、因素，装设有并联电容器组、并联电抗器、静止无功补偿装置、串联电容补偿装置、同步调相机等串联电容补偿装置、同步调相机等 。 变电站的分类变电站的分类： 按变电站在电力系统中的位置、作用及其特点划分，变电站的主按变电站在电力系统中的位置、作用及其特点划分，变电站的主要类型有要类型有枢纽变电站枢纽变电站、区域变电站区域变电站、地区变电站地区变电站、终端变电站终端变电站、用户变电站用户变电站和和地下变电

34、站地下变电站。变电站的名称通常是按其最高一级电。变电站的名称通常是按其最高一级电压来命名的，例如某压来命名的，例如某500kV变电站等变电站等 。 u 三、输配电系统三、输配电系统3、变电站及其电气主接线、变电站及其电气主接线 什么是变电站电气主接线？什么是变电站电气主接线？ 变电站的电气主接线是由变电站内的电气设备按照电能输送和分变电站的电气主接线是由变电站内的电气设备按照电能输送和分配的要求连接组成的电路。配的要求连接组成的电路。 什么是电气主接线图？什么是电气主接线图？ 电气主接线图用以表示电气设备相互之间的连接关系，以及本变电气主接线图用以表示电气设备相互之间的连接关系，以及本变电站电

35、站(或发电厂或发电厂)与电力系统的电气连接关系，通常以单线图表示。与电力系统的电气连接关系，通常以单线图表示。 主接线图中表示的主要电气设备有哪些？主接线图中表示的主要电气设备有哪些？ 发电机、电力变压器、断路器、隔离开关、电压互感器、电流互发电机、电力变压器、断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、母线、接地装置以及各种无功补偿装置等。感器、避雷器、母线、接地装置以及各种无功补偿装置等。u 三、输配电系统三、输配电系统3、变电站及其电气主接线、变电站及其电气主接线 常用的电气主接线方式有：常用的电气主接线方式有： 单母线接线，单母线接线， 单母线分段接线，单母线分段接线， 单母线分

36、段带旁路母线接线，单母线分段带旁路母线接线， 桥形接线，桥形接线， 双母线接线，双母线接线， 双母线分段接线，双母线分段接线， 双母线带旁路母线接线，双母线带旁路母线接线， 双母线分段带旁路母线接线，双母线分段带旁路母线接线， 一个半断路器接线，一个半断路器接线， 三分之四断路器接线，三分之四断路器接线， 双断路器接线，双断路器接线， 多角形接线等。多角形接线等。u 三、输配电系统三、输配电系统3、变电站及其电气主接线、变电站及其电气主接线 图图7 7 单母线接线单母线接线 图图8 桥型接线桥型接线 (a)内桥内桥 (b)外桥外桥u 三、输配电系统三、输配电系统3、变电站及其电气主接线、变电站

37、及其电气主接线 图图9 9 双母线分段接线双母线分段接线 图图10 双母线带旁路母线接线双母线带旁路母线接线 u 三、输配电系统三、输配电系统3、变电站及其电气主接线、变电站及其电气主接线 电气主接线中有时还包括发电厂或变电站的电气主接线中有时还包括发电厂或变电站的自用电部分自用电部分，常称作，常称作自用电接线自用电接线 。 电气主接线形式主要根据变电站或发电厂在电力系统中的地位和电气主接线形式主要根据变电站或发电厂在电力系统中的地位和作用予以选定，应满足电力系统的安全运行与经济调度的要求，作用予以选定，应满足电力系统的安全运行与经济调度的要求，根据规划容量、供电负载、电力系统短路容量、线路回

38、路数以及根据规划容量、供电负载、电力系统短路容量、线路回路数以及电气设备特点等条件加以确定，并应具有相应的可靠性、灵活性电气设备特点等条件加以确定，并应具有相应的可靠性、灵活性和经济性。和经济性。u 三、输配电系统三、输配电系统3、变电站及其电气主接线、变电站及其电气主接线 下面以单母线接线方式为例来说明断路器、刀闸等元件的操作原下面以单母线接线方式为例来说明断路器、刀闸等元件的操作原理，并举例说明发电厂及变电站的电气主接线理，并举例说明发电厂及变电站的电气主接线 。 （1）单母线接线）单母线接线 单母线接线如图，进线是电源，出线指线路，如单母线接线如图，进线是电源，出线指线路，如WL1，WL

39、2，WL1，WL1，进线和出线统称回路。，进线和出线统称回路。 汇流母线汇流母线W是进线和出线之间的中间是进线和出线之间的中间 环节，起汇集和分配电能的作用，进环节，起汇集和分配电能的作用，进 出线在母线上并列工作。每条线路一出线在母线上并列工作。每条线路一 般装有断路器般装有断路器QF，因为断路器具有灭，因为断路器具有灭 弧装置，可以断开、闭合负荷电流和弧装置，可以断开、闭合负荷电流和 故障电流。故障电流。 单母线接线单母线接线u 三、输配电系统三、输配电系统3、变电站及其电气主接线、变电站及其电气主接线 （1）单母线接线）单母线接线 断路器两侧装有隔离开关断路器两侧装有隔离开关QS，紧靠母

40、线侧的隔离开关称为母线隔，紧靠母线侧的隔离开关称为母线隔离开关，靠线路侧的称为线路隔离开关。隔离开关由于没有灭弧离开关，靠线路侧的称为线路隔离开关。隔离开关由于没有灭弧结构，不能开断负荷电流和短路电流。安装隔离开关的目的是在结构，不能开断负荷电流和短路电流。安装隔离开关的目的是在线路停运后用隔离开关隔开电源，这样当检修线路或断路器时，线路停运后用隔离开关隔开电源，这样当检修线路或断路器时，形成一个检修人员也能看见的、明显的形成一个检修人员也能看见的、明显的“断开点断开点”。这样万一断。这样万一断路器的合分闸指示器失灵，对检修人员也是安全的。路器的合分闸指示器失灵，对检修人员也是安全的。 QF1

41、靠发电机侧可以不装隔离开关，这样靠发电机侧可以不装隔离开关，这样QF1检修，发电机需停检修，发电机需停机。机。QS4又称接地刀闸，在隔离电源，检修线路或设备前将其合又称接地刀闸，在隔离电源，检修线路或设备前将其合上使线路与地等电位，防止忽然来电，确保检修时的人身安全。上使线路与地等电位，防止忽然来电，确保检修时的人身安全。u 三、输配电系统三、输配电系统3、变电站及其电气主接线、变电站及其电气主接线 （1）单母线接线）单母线接线 运行操作必须严格遵守操作顺序：运行操作必须严格遵守操作顺序： 如如WL1送电时，在送电时，在QS4断开的情况下，先合上断开的情况下，先合上QS2和和QS3，再投，再投

42、入断路器入断路器QF2；如欲停止对；如欲停止对WL1供电，须先断开供电，须先断开QF2，如线路或，如线路或断路器断路器QF2需检修，再断开需检修，再断开QS3和和QS2。待线路对方停电后，再。待线路对方停电后，再合上合上QS4接地刀闸接地刀闸 。 单母线接线的特点：单母线接线的特点： 单母线具有简单、清晰、设备少的优点，但当母线故障或检修或单母线具有简单、清晰、设备少的优点，但当母线故障或检修或隔离开关检修时，整个系统全部停电，因此这种接线只适用于单隔离开关检修时，整个系统全部停电，因此这种接线只适用于单电源的发电厂和变电所，且出线回路数少，用户对供电可靠性要电源的发电厂和变电所，且出线回路数

43、少，用户对供电可靠性要求不高的场合。对重要的供电用户一般采用双母线接线或者带旁求不高的场合。对重要的供电用户一般采用双母线接线或者带旁路的接线方式。路的接线方式。u 三、输配电系统三、输配电系统3、变电站及其电气主接线、变电站及其电气主接线 （2）发电厂及变电站的电气主接线举例）发电厂及变电站的电气主接线举例 图图11 11 大型火电厂电气主接线图大型火电厂电气主接线图u 三、输配电系统三、输配电系统3、变电站及其电气主接线、变电站及其电气主接线 （2）发电厂及变电站的电气主接线举例）发电厂及变电站的电气主接线举例 发电厂及变电站的电气主接线是由基本接线形式，再考虑一些因发电厂及变电站的电气主

44、接线是由基本接线形式，再考虑一些因素综合而成的。素综合而成的。 图图11是某大型火电厂的主接线。该厂装了是某大型火电厂的主接线。该厂装了6台台300MW大型机组，大型机组，发电机与双绕组变压器组成单元接线，分别与发电机与双绕组变压器组成单元接线，分别与220kV、500kV升升高电压母线连接，高电压母线连接，220kV侧采用具有专用旁路断路器的双母带旁侧采用具有专用旁路断路器的双母带旁母接线，母接线，500kV侧是一台半断路器接线，在两个升高电压间设有侧是一台半断路器接线，在两个升高电压间设有一台有载调压的联络变压器，其第三绕组作为厂用启动备用电源一台有载调压的联络变压器，其第三绕组作为厂用启

45、动备用电源 。 u 三、输配电系统三、输配电系统3、变电站及其电气主接线、变电站及其电气主接线（2）发电厂及变电站的电气主接线举例）发电厂及变电站的电气主接线举例 图图12 12 热电厂主接线图热电厂主接线图u 三、输配电系统三、输配电系统3、变电站及其电气主接线、变电站及其电气主接线 （2）发电厂及变电站的电气主接线举例）发电厂及变电站的电气主接线举例 图图12是一热电厂主接线，发电机电压母线采用双母分段，带分段是一热电厂主接线，发电机电压母线采用双母分段，带分段电抗器，每一分段接一台发电机，发电机电压等级可直接供近区电抗器，每一分段接一台发电机，发电机电压等级可直接供近区地方用户。发电机电

46、压母线上的剩余功率经两台三绕组变送入地方用户。发电机电压母线上的剩余功率经两台三绕组变送入35kV和和110kV系统，系统，35kV侧仅两进两出，故采用桥型接线。厂内侧仅两进两出，故采用桥型接线。厂内3号机采用单元接线与号机采用单元接线与110kV母线相连，使发电厂接线简单清晰。母线相连，使发电厂接线简单清晰。u 三、输配电系统三、输配电系统p（一）三相交流输配电系（一）三相交流输配电系 4、变电站的主要设施、变电站的主要设施 变电站的主要设施包括：变电站的主要设施包括： 配电装置，配电装置， 电力变压器，电力变压器， 控制设备，控制设备， 保护自动装置，保护自动装置， 通信设施，通信设施，

47、补偿装置等补偿装置等 。u 三、输配电系统三、输配电系统4、变电站的主要设施、变电站的主要设施 （1）配电装置配电装置： 它是交换功率和汇集、分配电能的电气装置的组合设施。它包括它是交换功率和汇集、分配电能的电气装置的组合设施。它包括有母线、断路器、隔离断路器、电压互感器、电流互感器和避雷有母线、断路器、隔离断路器、电压互感器、电流互感器和避雷器等。配电装置是按照变电站电气主接线的要求进行布置的，其器等。配电装置是按照变电站电气主接线的要求进行布置的，其布置方式有屋外式和屋内式两种，屋外式布置中又有中型、半高布置方式有屋外式和屋内式两种，屋外式布置中又有中型、半高型和高型等不同型式。型和高型等

48、不同型式。 610kV配电装置通常采用屋内式，配电装置通常采用屋内式， 35kV配电装置可以根据具体情况采用屋内式或屋外式，配电装置可以根据具体情况采用屋内式或屋外式， 110kV及以上配电装置通常采用屋外式。及以上配电装置通常采用屋外式。 在污秽地区或场地狭窄处，在污秽地区或场地狭窄处，110220kV配电装置则采用屋内式。配电装置则采用屋内式。气体绝缘金属封闭断路器设备气体绝缘金属封闭断路器设备(GIS)则同时具有占地少和防污秽等则同时具有占地少和防污秽等优点，它也有屋内式和屋外式两种。优点，它也有屋内式和屋外式两种。 u 三、输配电系统三、输配电系统4、变电站的主要设施、变电站的主要设施

49、 （2）电力变压器是变换电压的设备电力变压器是变换电压的设备： 它连接着不同电压的配电装置，习惯称为变电站的主变压器。它连接着不同电压的配电装置，习惯称为变电站的主变压器。 变压器的分类及应用：变压器的分类及应用： 凡降低电压向地区或用户供电的变压器称作降压变压器；凡降低电压向地区或用户供电的变压器称作降压变压器； 凡升高电压向电力网送电的变压器称作升压变压器。凡升高电压向电力网送电的变压器称作升压变压器。 变电站中有两种或三种电压的配电装置时，则分别采用双绕组或变电站中有两种或三种电压的配电装置时，则分别采用双绕组或三绕组变压器。三绕组变压器。 当不同电压配电装置之间需交换功率时，可以采用联

50、络变压器。当不同电压配电装置之间需交换功率时，可以采用联络变压器。联络变压器一般为自耦变压器或双绕组变压器，如果需要从联络联络变压器一般为自耦变压器或双绕组变压器，如果需要从联络变压器取得自用电电源时，则需采用三绕组变压器，从其低压绕变压器取得自用电电源时，则需采用三绕组变压器，从其低压绕组上引接自用电电源。变电站自用电源也可以直接从自耦变压器组上引接自用电电源。变电站自用电源也可以直接从自耦变压器的低压绕组上引接的低压绕组上引接 。u 三、输配电系统三、输配电系统4、变电站的主要设施、变电站的主要设施 （3）控制、测量、信号、保护和自动装置控制、测量、信号、保护和自动装置： 它们是保证电气设

51、备安全运行的监控和保护手段。它们是保证电气设备安全运行的监控和保护手段。 各种设施介绍：各种设施介绍： 控制控制，有一对一控制和选线控制等方式，其电源有强电，有一对一控制和选线控制等方式，其电源有强电(110220 V)和弱电和弱电(48V及以下及以下)之分。之分。 保护保护，有主设备保护和线路保护、母线保护几类。，有主设备保护和线路保护、母线保护几类。 测量测量，有常规测量和选择测量两类，可显示各种所需电气计量。，有常规测量和选择测量两类，可显示各种所需电气计量。 信号信号，有声响信号和灯光信号两种，也有强电和弱电之分。，有声响信号和灯光信号两种，也有强电和弱电之分。 自动装置，当电气设备出

52、现不正常运行情况时，自动装置及时自自动装置，当电气设备出现不正常运行情况时，自动装置及时自动完成保证安全运行的操作，例如备用电源自动投入装置和自动动完成保证安全运行的操作，例如备用电源自动投入装置和自动重合器等。重合器等。 u 三、输配电系统三、输配电系统4、变电站的主要设施、变电站的主要设施 （3）控制、测量、信号、保护和自动装置控制、测量、信号、保护和自动装置： 上述各种设施一般设在变电站主控制楼上述各种设施一般设在变电站主控制楼(室室)内。控制和保护设施均内。控制和保护设施均由变电站二次回路电源供电。二次回路电源包括有蓄电池直流电由变电站二次回路电源供电。二次回路电源包括有蓄电池直流电源

53、、复式整流电源、电容储能电源和交流二次电源几种。源、复式整流电源、电容储能电源和交流二次电源几种。220kV及以上变电站中采用蓄电池直流电源，及以上变电站中采用蓄电池直流电源，110kV及以下不重要的变及以下不重要的变电站中通常采用其他种类的二次回路电源电站中通常采用其他种类的二次回路电源 。u 三、输配电系统三、输配电系统4、变电站的主要设施、变电站的主要设施 （4）通信设施通信设施： 有微波通信、载波通信和光纤通信几种。有微波通信、载波通信和光纤通信几种。330kV及以上变电站中及以上变电站中通常设置微波通信、载波通信和光纤通信，通常设置微波通信、载波通信和光纤通信，220kV及以下变电站

54、及以下变电站中只设载波通信和光纤通信。在变电站中一般不建单独的通信楼，中只设载波通信和光纤通信。在变电站中一般不建单独的通信楼，通信设施放在主控制楼通信设施放在主控制楼(室室)的通信室内的通信室内 。 （5）补偿装置补偿装置： 电力网内无功功率要求就地平衡。为了平衡变电站供电范围内的电力网内无功功率要求就地平衡。为了平衡变电站供电范围内的无功功率，在变电站内装设并联电容器组或同步调相机；为了补无功功率，在变电站内装设并联电容器组或同步调相机；为了补偿远距离输电线路的充电功率，需要在变电站内装设并联电抗器；偿远距离输电线路的充电功率，需要在变电站内装设并联电抗器；为了增强系统稳定性，提高线路输电

55、能力，有时还需要在变电站为了增强系统稳定性，提高线路输电能力，有时还需要在变电站中装设串联电容器组。中装设串联电容器组。 u 三、输配电系统三、输配电系统p（二）直流输电系统（二）直流输电系统 直流输电的简单介绍：直流输电的简单介绍： 直流输电是以直流方式实现电能传输的技术。直流输电与交流输直流输电是以直流方式实现电能传输的技术。直流输电与交流输电相互配合，发挥各自的特长，构成现代电力传输系统。在以交电相互配合，发挥各自的特长，构成现代电力传输系统。在以交流输电为主的电力系统中，直流输电具有特殊的作用。除了在采流输电为主的电力系统中，直流输电具有特殊的作用。除了在采用交流输电有困难的场合必须采

56、用直流输电外，在电力系统中，用交流输电有困难的场合必须采用直流输电外，在电力系统中，它还能提高系统的稳定性，改善系统运行性能并方便其运行和管它还能提高系统的稳定性，改善系统运行性能并方便其运行和管理。直流输电有两端理。直流输电有两端(也称端对端也称端对端)直流工程、多端直流工程、背直流工程、多端直流工程、背靠背直流工程、交直流并联输电等类型靠背直流工程、交直流并联输电等类型 。 在发电和用电均为交流电的情况下，要进行直流输电，必须解决在发电和用电均为交流电的情况下，要进行直流输电，必须解决换流问题，即在送端需将交流电变换为换流问题，即在送端需将交流电变换为.直流电直流电(整流整流)，由直流输，

57、由直流输电线路送到受端，然后再将直流电变换为交流电电线路送到受端，然后再将直流电变换为交流电(逆变逆变)，送入受，送入受端交流电网使用。集成门极换相晶闸管端交流电网使用。集成门极换相晶闸管(IGTA)和碳化硅等新型半和碳化硅等新型半导体器件的开发，给直流输电技术的发展创造了更好的条件导体器件的开发，给直流输电技术的发展创造了更好的条件 。u 三、输配电系统三、输配电系统p（二）直流输电系统（二）直流输电系统 1、直流输电系统的构成、直流输电系统的构成 直流输电系统的一次电路主要由直流输电系统的一次电路主要由整流站整流站、直流线路直流线路和和逆变站逆变站三部三部分组成。送端与受端交流系统与直流输

58、电系统也有密切的关系，分组成。送端与受端交流系统与直流输电系统也有密切的关系，它们给整流器和逆变器提供实现换流的条件，同时送端电力系统它们给整流器和逆变器提供实现换流的条件，同时送端电力系统作为直流输电的电源提供所传输的功率，而受端则相当于负载，作为直流输电的电源提供所传输的功率，而受端则相当于负载，接受由直流输电送来的功率。接受由直流输电送来的功率。 直流输电的控制保护系统与交流输电不同，它是实现直流输电正直流输电的控制保护系统与交流输电不同，它是实现直流输电正常启动和停运、正常运行、运行参数的改变和自动调节以及故障常启动和停运、正常运行、运行参数的改变和自动调节以及故障处理和保护等必不可少

59、的组成部分。处理和保护等必不可少的组成部分。 此外，为了利用大地此外，为了利用大地(或海水或海水)为回路，大部分直流输电工程还有接为回路，大部分直流输电工程还有接地极和接地极引线。因此，直流输电系统由整流站、直流输电线地极和接地极引线。因此，直流输电系统由整流站、直流输电线路、逆变站、控制保护系统以及接地极及其引线等五部分组成路、逆变站、控制保护系统以及接地极及其引线等五部分组成 。u 三、输配电系统三、输配电系统p（二）直流输电系统（二）直流输电系统 2、直流输电的基本原理、直流输电的基本原理 图图13 13 直流输电基本原理简图直流输电基本原理简图 图图13是直流输电基本原理简图。它包括两

60、个换流站，直流输电线是直流输电基本原理简图。它包括两个换流站，直流输电线路及两端交流系统路及两端交流系统I和和。 当系统当系统I向系统向系统送电时，换流站送电时，换流站1运行于整流状态，把系统运行于整流状态，把系统I送来送来的三相交流电变换成直流电，经直流线路送到换流站的三相交流电变换成直流电，经直流线路送到换流站2。此时，换。此时，换流站流站2则运行于逆变状态，把直流电变换为三相交流电送入系统则运行于逆变状态，把直流电变换为三相交流电送入系统。u 三、输配电系统三、输配电系统2、直流输电的基本原理、直流输电的基本原理 直流输电电压和功率的调节直流输电电压和功率的调节： 直流输电两端的直流电压