电气主系统第一章绪论4版

发电厂电气主系统机械工业出版社第4版“电气”是由词根“电”和词根“气”构成的偏正式合成词，“电气”是指电性质的气；“气”在中国古代哲学中通常是指一种极细微的物质；中国古代的气学说与西方的电流体学说相似；东汉哲学家王充在《论衡》中已使用气学说解释电和磁的吸引现象；1851年来华传教士玛高温译述的《博物通书》可能是最早使用汉语术语“电气”的中文文献；（雷银照.电气词源考[J].电工技术学报.2007(04)）“电气”一词的来源，涵义？英语或日语？“电气”一词可能是根据中国古代对电的理解，对英语electricfluid的直译，是electricity的意译。“电气”=“电”，不指设备。“电气”指electrical，形容“电”或与电有关的事物(本身不带电，近年来有与electric通用的趋势)。“电器”是电路上的负载以及用来切换、变换、控制、检测、保护、调节电路的用具（electricappliance，

electric形容带电或有电的）。(具有某种功能，在制造厂内加工，集成)“电气设备”比“电器设备”的范畴大，包括与电有关的设施，导体等。“器”---器具：用具，工具。“器”---器物：各种用具的总称。“设备”---成套的器物(equipment)。“电气”在形容与电有关的事物常用，例如“电气工程”是研究电磁领域的客观规律及应用的学科，译为英语：Electricalengineering

。例如：高压电器是一门专讲各种高压电器原理与结构的课程。1.本课程的目的和任务前言

从“发电厂电气主系统”说起……实现将电能从发电机送到电网的电路称为发电厂电气主系统”发电厂电气主系统”从建设到发电运行，需要解决的问题：1)需要用到哪些电气设备？如变压器（变换电压）、断路器（切断电路）、隔离开关（隔离电路）、电压和电流互感器（测量）、导线（汇集电能或连接各设备）等。（开关电器和互感器的原理）2)这些电气设备如何连接？（电气主接线）4)发电厂自己也需要用电，如何设计？（厂用电）7)电气主系统的运行问题？(发电机、变压器的运行)5)这些电气设备如何安装？（配电装置）6)这些电气设备如何来控制？（二次接线）3)这些电气设备如何选择？电气设备会受到发热和电动力的作用，不同型号的设备耐受发热和电动力的能力不一样。(导体的发热与电动力、电气设备选择)本课程主要学习“发电厂电气部分”从建设到发电，需要解决的理论和技术问题，概括为：发电厂电气主系统(电气一次)的设计方法与运行理论。

“发电厂电气主系统”或“发电厂电气部分”是“电气工程及其自动化”专业的主要专业课程之一，是“电力系统及其自动化”方向的必修课程。

目的和任务：通过课堂讲授、多媒体教学、习题、课程设计以及生产实习等教学环节，使学生树立起工程观点，掌握发电厂和变电站电气主系统的设计方法与运行理论，并在分析、计算和解决实际工程问题能力等方面得到一定的训练。2.教材体系本教材的体系可分为两条线：(1)发电厂变电站电气主系统的设计方法与计算理论，包括电气主接线设计、厂用电设计、配电装置设计、电气设备发热电动力和选择计算理论。(2)发电厂变电站电气主系统的运行理论，包括电力变压器的运行、同步发电机的运行等。3.本课程的特点

内容杂乱，涉及的知识多；理论与实际联系紧密，涉及许多工程概念和电气设备，对于缺少工程实践的学生，学习感觉困难。4.课程内容说明本课程的主要教学内容是发电厂电气一次部分设计与变压器、发电机的运行。为了让学生掌握完整的知识体系，本课件覆盖了发电厂电气部分课程全部章节的主要内容，适合60学时左右教学计划使用。少学时可以不讲授“二次接线”、“发电机的运行”等内容。采用多媒体教学，是解决课时限制矛盾的有效途径，可以提高本课程的讲课效率与教学质量，图文并茂也深受学生欢迎。习题中有大量单项选择题。本课程的实验如采用实际一次设备，投资大、高电压危险且实现起来也有困难。为解决本课程的实验问题，本教材后附有自耦变压器运行和变压器并列运行的Matlab仿真实验以解决本课程实践性教学环节不易实施的难题。根据教学大纲和国网招聘考试大纲，大专类专业可以不讲授“自耦变压器的特点和运行方式”内容，专科实验可以选择变压器并列运行的实验3和实验4。如果学生参加各发电公司招聘考试，可选讲“发电机的运行”内容。第一章绪论2~4学时第二章开关电器和互感器的原理6学时第三章电气主接线10学时第四章厂用电6学时第五章导体的发热与电动力6学时第六章电气设备选择10学时第七章配电装置2学时第九章变压器的运行6学时第十章发电机的运行6学时第八章二次接线6学时5.讲课参考顺序与各章参考学时（前面8章40~50学时）

（后面2章10~12学时）

34电气设备的类型及原理 35电气主接线的形式、特点及倒闸操作 36限制短路电流的方法 37电气设备的选择 38配电装置的类型及特点 39变压器的运行分析 40自耦变压器的特点和运行方式 国家电网招聘考试本科生电气设备及主系统考试大纲 25电气设备的类型及原理 26电气主接线的形式、特点及倒闸操作 27限制短路电流的方法 电气设备的选择 配电装置的类型及特点 30变压器的运行分析 国家电网招聘考试专科生电气设备及主系统考试大纲 特高压交直流输电技术也是国家电网招聘考试考点 与其它教材相比，本教材对特高压直流输电技术进行了全面，详细介绍。 第一章绪论第二节发电厂和变电站电气设备简述

第一节发电厂和变电站的基本类型本章计划学时：2~3学时第三节

直流输电及换流站第一章绪论总装机容量和年发电量:

我国自1882年有电力以来至1949年底，经过67年的发展，装机容量只达到185万kW，年发电量43亿kW·h，分别居世界第21位和第25位。

电力发展和应用的程度，是衡量国民经济发展水平和社会现代化水平高低的重要标志之一。电力发展必须超前国民经济的增长。年份总装机容量发电量200551718万kW24975亿kWh201096641万kW42278亿kWh2015152121万kW56938亿kWh2019第一节发电厂和变电站的基本类型

目前我国最大的汽轮发电机组容量为110万kW，安装在新疆农六师煤电有限公司(世界最大135万kW)；

最大的水轮发电机组容量为100万kW，安装在白鹤滩水电站(世界最大80万kW)

；

最大的核电发电机组容量为175万kW，安装在广东台山核电站(世界最大175万kW)

。该机组采用EPR三代核电技术，一期2台已建成并在广东台山核电站运行。

最高交流输电电压为1000kV(世界上最高为1000kV)，如山西长治晋东南1000kV变电站—河南南阳1000kV变电站---湖北荆门1000kV变电站特高压试验示范工程，第一期1000kV输电线路一回，全长645km，晋东南和荆门各一组3×100万kVA变压器,可以输送5台60万kW发电机的发出的功率300万kW。晋东南变电站最终变压器容量3×3×100万kVA。我国电力工业的之最(技术水平)：荆门变电站最终变压器容量2×3×100万kVA。电压等级为1000kV/500kV/110kV。1000kV为双母线双断路器接线，出线10回，500kV为3/2接线，出线10回，110kV为单母线接线，接无功补偿装置。南阳1000kV开关站装设并联高压电抗器，容量为3×240Mvar。1000kV特高压的优点：可以节省占地面积，钢材，线路损耗为500kV线路损耗的1/4。输送距离在同样容量下是500kV的4倍。改运煤为输电，降低发电成本，缓解电煤运输紧张的局面。

我国最大的水力发电厂，也是世界上最大的水力发电厂是三峡水力发电厂，装有26台单机容量为70万kW的水轮发电机组，另有地下6台单机容量为70万kW，厂用2台单机容量为5万kW的水轮发电机组，总装机容量2250万kW，年均发电量847亿kW·h的水轮发电机组。三峡大坝采用混凝重力坝，坝高185m，坝长(轴线长)2309m，坝顶总长3035m，总投资约2039亿。

我国最大的火力发电厂是内蒙古大唐托克托火电厂，装机容量672万kW(8×60万kW+2×30万kW+2×66万kW)

。

我国最大的核能发电厂是岭澳核电厂，装机容量398万kW（2×99+2×100万kW）。

最高直流输电电压为±1100kV,2018年我国建成世界上首条±1100kV特高压直流输电线路工程:昌吉-古泉（准东-皖南)±1100kV特高压直流输电线路工程。

这些都说明我国电力工业已进入大机组、大电厂、大电网、超高压、高度自动化的发展时期和向跨大区联网、进入全国联网的新阶段。东北:东三省及部分内蒙华中:河南、湖北、湖南、江西华北:北京、天津、山西、河北及部分内蒙华东:上海、江苏、浙江、安徽西北:陕西、甘肃、青海、宁夏川渝:四川、重庆南方电网:广东、广西、云南、贵州山东、福建、海南、乌鲁木齐和拉萨5个独立的省级电网

我国电力体制的改革:建立电力市场,实行厂网分开、主辅分离、输配分开、竞价上网。主要的大型发电企业（厂）有：中国华能集团公司（华能国际）、中国华电集团公司（华电国际）、中国大唐集团公司（大唐发电）、中国国电集团公司（国电电力）、国家（原中国）电力投资集团公司（国家电投）等。大型供电企业（网）有：国家电网公司和南方电网公司（广东、广西、云南、贵州）。辅业公司有：中国电力工程顾问集团公司、中国水电工程顾问集团公司、中国水利水电建设集团公司和中国葛洲坝集团公司等四家。

一次能源是指直接由自然界采用的能源，如：煤、石油、天然气、水利资源、核原料等。

二次能源是由一次能源经加工转换而获得的另一种形态的能源，如电力、煤气、蒸汽、焦碳等。一、发电厂的基本类型

发电厂是把各种一次能源转换成二次能源，即电能的场所。按照发电厂所消耗一次能源的不同，发电厂有：1.火力发电厂：以煤炭、石油、天然气等为燃料。⑴凝汽式火电厂:只生产电能，热效率低，仅为30~40%。浙江玉环4×100万kW火电厂图1-1某600MW超超临界机组风烟、制粉系统流程示意图图1-2某600MW机组汽水系统⑵热电厂:既生产电能又生产热能。热电厂的热效率高达60~70%。

⑶燃气轮机发电厂：燃气轮机与汽轮机工作原理相似，所不同的是燃气轮机的工质是高温高压的气体而不是蒸汽。工质一般用天然气，也可以是用清洁煤技术将煤炭转化成的清洁煤气等。2．水力发电厂水电厂：将水的位能和动能转换成电能的发电厂，也称水电站。水电站的类型可以分为：(1)堤坝式:一般河流水位的落差沿河流是分散的，为提高落差就需要在河流的上游修建拦河坝，将水积蓄、提高水头，进行发电。通常这类水电站又细分为坝后式和河床式两种。

图1-3燃气—蒸汽联合循环发电原理图坝后式水电站:发电机厂房建在坝后，全部水头的压力由坝体承受，水库的水由压力水管引入厂房，推动水轮发电机发电。图1-2坝后式水电站示意图

长江三峡水电站三峡水电站效果图

长江三峡水电站坝长2309m，坝高185m，水头175m，总库容393亿立方米，总装机容量1820万kW

，年发电量847亿KW·h；库区将淹没耕地36万亩，淹没城镇129座，需安置迁移人口113万；电站于93年起步，首批机组于2003年10月发电，以后每年投产4台机组（2800MW），2009年全部机组建成投产。三峡电站发出的强大电力将送往华中、华东地区和广东省。电站将引出15条超高压交流输电线路，其中3条线路通过换流站将交流电转换成直流电后，再通过500kＶ直流输电线路，2条送往华东、1条送往广东。三峡双线五级船闸

三峡船闸全长6.4公里，可通过万吨级船队，单向年通过能力5000万吨。船闸主体段闸首和闸室分南北两线，每线船闸主体段由6个闸首和5个闸室组成，每个闸室长280米、宽34米。而船闸人字门是名副其实的“天下第一门”，单扇门宽20.2米，高38.5米，厚度3米，面积有两个篮球场那么大，重达850多吨。葛洲坝27孔泄洪闸葛洲坝水电站

葛洲坝水电站是长江干流上修建的第一座大型水电工程，是三峡工程的反调节和航运梯级。电站始建于1970年，共有机21台机组，总装机容量271.5万千瓦，年发电量157亿度。电站以500kV和220kV输电线路并入华中电网，并通过500kV直流输电线路向距离1000km的上海输电120万千瓦。三峡水电厂水轮发电机机房（70万kW）东方电机厂自主研发的70万千瓦水电机组核心部件——转轮70万千瓦水电机组核心部件——转子70万千瓦水电机组核心部件——转子图1-3河床式水电站示意图河床式水电站:发电机厂房和挡水堤坝连成一体，厂房也起挡水作用。由于厂房修建在河床中，故称河床式。图1-4引水式水电站示意图3．抽水蓄能电站抽水蓄能电站是利用电力系统负荷低谷时的电能将下水库的水抽到上水库，在电力系统负荷高峰期再放水下来发电的水电站，又称为蓄能式水电站。抽水蓄能电站是一种特殊形式的水电站。⑵引水式水电站:建在山区水流湍急的河道上或河床坡度较陡的地段，由引水渠道提供水头，一般不需要修建堤坝，或只修低堰，适用于水头比较高的情况。抽水蓄能电站具有水轮机-发电机和电动机-水泵两种可逆的工作方式：(1)夜晚或周末低负荷时，抽水蓄能电站的机组作为电动机运行，利用电力系统富余的电能将下库的水抽到上库，以位能的形式将电能储存起来，起到填谷的作用。(2)在电力系统的峰荷期间，抽水蓄能电站的机组又作为发电机运行，将上库的水放下来通过水轮机发电，用以担任电力系统峰荷中的尖峰部分，即起到调峰作用。图1-5抽水蓄能电站示意图

由于抽水蓄能电站的机组具有起停灵活、迅速、跟踪负荷变化的能力强等特点，除了调峰填谷外，还适合承担调频和为电力系统提供事故备用、调相（可相应减少系统需要配置的无功补偿设备）及系统瓦解时作为恢复电网的黑启动电源等功能。

抽水蓄能电站对保证电网安全稳定运行有重要作用，还可以使电网总体燃料得以节省。

我国的丰宁抽水蓄能电站是世界上最大的抽水蓄能电站，它位于河北省丰宁满族自治县境内，总装机容量360万千瓦。

抽水蓄能电站将低谷时电力系统富余的低价值电能转变为电网高峰时期的高价值电能。获取售电差价。

广州抽水蓄能电站为目前我国第2大的抽水蓄能电站，是为大亚湾核电站安全经济运行而建设的配套工程，同时还承担着广东、香港电网的调峰填谷和事故备用的任务。电站总装机总装机容量2.4GW（8×300MW），分两期建设，每期4台，设计水头535m，电站一期工程于1989年5月25日开工且1993年6月29日1号机投产，二期工程于1994年9月12日开工，至2000年3月14日8号机投产。

核电厂发电的原理与火电厂相似，都要有一个热源，将水加热成蒸汽，进而推动汽轮机旋转并带动发电机转动而发出电能。不同的是核电厂所用的热源不是煤或石油，它的热源是原子核的裂变能。4．核电厂

核电是一种安全清洁的能源，利用它可以大大地节约煤和减少污染。一个1000MW的火电厂一天燃烧的煤是9600t，而相应1000MW的核电厂，一天只要3.3kg的U235，同样容量的电厂其用燃料量竟相差300万倍。5．新能源发电

太阳能发电、风力发电、地热发电、潮汐发电、生物质能发电及垃圾电厂等。

图1-8压水堆核电厂的示意图

大亚湾核电站位于深圳市东部大亚湾畔，为我国目前最大的核电站。大亚湾核电站是我国引进国外资金、设备和技术建设的第一座大型商用核电站。核电站安装有两台单机容量为900MW的压水堆反应堆机组。1987年8月7日工程正式开工，1994年2月1日和5月6日两台机组先后投入商业营运。大亚湾核电站每年发电量超过100亿度，其中七成电力供应香港，三成电力供应广东电网。

秦山核电站位于东海之滨美丽富饶的杭州湾畔，是中国第一座依靠自己的力量设计、建造和运营管理的压水堆核电站，总装机容量2×300MW。1985年3月动工，1991年12月首次并网发电。它的建成使我国成为继美、英、法、前苏联、加拿大、瑞典之后世界上第七个能够自行设计、建造核电站的国家。秦山核电站主控制室秦山核电站汽轮机房

太阳能发电太阳能发电有光发电和热发电两种方式。

太阳能光发电这种发电方式不通过热过程而直接将太阳的光能转换成电能，其中光伏电池是一种主要的太阳能光发电形式，也叫光伏发电。光伏发电是利用光生伏特效应，当用适当波长的光照射到半导体材料上时，半导体材料吸收光能后两端产生电势，利用此原理，用半导体材料做成太阳能电池，可以将照射在它上面的太阳光直接变换成电能，它是目前太阳能发电的发展方向。硅是目前太阳能电池应用最多的材料，包括单晶硅电池、多晶硅电池、非晶硅薄膜电池等。单晶硅电池转换效率最高，已达16%~19%（晴天太阳辐射功率密度，我国为1000W/m2，每平方米单晶硅电池可以发出160W~180W的功率），但其生产成本高，价格贵；多晶硅电池转换效率可以达到15%~18%；非晶硅薄膜电池转换效率较低，为8%~10%，但其原材料丰富，生产过程无毒，能耗低，无污染，成本远远低于晶体硅太阳能电池。

由于光伏系统发出的是直流电，如果要为交流负载供电，必须配备逆变器将其转换成交流电(380V)。独立（离网）光伏系统需要配置蓄电池，将有日照时发出的多余电能储存起来，供晚间或阴雨天使用。并网光伏系统与电网相连，有日照时发出的电供给用户使用，如有多余，可以输入电网，在晚间或阴雨天则由电网向用户供电。

太阳能热发电

这种发电方式是将吸收的太阳辐射热能直接转换成电能，也叫光热发电。目前应用较多的太阳能光热发电有槽式、塔式光热电站。槽式太阳能热发电系统是利用槽型抛物面聚光反射镜加热其上方集热管中的导热油，再利用导热油加热锅炉产生蒸汽，驱动汽轮机带动发电机组发电；塔式太阳能光热发电是在很大面积的场地上整齐地布置大量的定日镜(反射镜)阵列，每台定日镜都配备有跟踪系统，准确地将太阳光反射集中到一个高塔顶部的吸热器上，吸热器就像锅炉一样能将吸收的光能转换成热能，再将吸热器中的热量通过换热装置加热水产生过热蒸汽，送到汽轮机作功发电。塔式太阳能光热发电站一直是太阳能光热发电站的主要发展方向。2018年12月在我国甘肃敦煌建成了目前我国装机容量最大的100兆瓦级熔盐塔式光热电站，它的吸热塔高260米、可24小时连续发电。该电站镜场总反射面积达140多万平方米，每当阳光普照大地，1.2万多面定日镜就会将万束光线反射集中到吸热塔顶部的吸热器上，见图1-10，对3万吨熔盐（由60%的硝酸钠和40%的硝酸钾混合而成）进行加热使其融化，融化盐的温度能达到565摄氏度。高温的液态盐流入高温熔盐罐中，部分热熔盐进入蒸汽发生器换热将水变成过热蒸汽，驱动汽轮发电机组发电；另一部分热熔盐存储在高温熔盐罐中，为日落后满负荷发电积蓄能量。释放部分热量后温度降低的熔盐，流入低温熔盐罐中，再进入吸热塔顶部的吸热器吸热。汽轮机中做过功的蒸汽被冷却水冷却后再进入蒸汽发生器加热成过热蒸汽。图1-10熔盐塔式光热电站的示意图光伏发电的缺点是电能储存难度大且成本高，电能不稳定，难以持续发电。与光伏发电相比，熔盐塔式光热电站的最大优点在于，可24小时连续、稳定、灵活调控的发电，保证电网的电压和频率稳定，与现有火电厂和电网系统有更好的兼容性。太阳能发电——光伏发电将风能转换成电能的发电方式称谓风力发电。风能属于再生能源，又是一种过程性的能源，无法直接储存，还具有随机性，所以对风能的应用技术上比较复杂。图1-８是风力发电装置的示意图。由此图可以看出风力发电机生产过程的简单描述。

风力发电图1-8风力发电装置的示意图1—风力机2—升速齿轮箱3—发电机4—改变方向的驱动装置5—底板6—塔架7—控制和保护装置8—基础9—电缆线路10—配电装置达板城风力发电厂装机容量7.23万千瓦。

地球本身是个大热库，地热资源遍布世界各地。仅地表10公里以内就有可供开采的热能，地热能的储量很大，它的总量大约是煤炭的一亿七千万倍。但是，目前世界上实际能利用的地热资源很少，主要限于蒸汽田和热水田，这两者统称为地热田。地热电站是清洁的能源。它的发电成本比水电和火电都低，而且地热发电后排出的热水还可以供采暖、医疗、提取化学物质等利用，所以目前地热发电发展很快。

地热发电

羊八井电厂是我国最大的地热电厂，总装机容量为25.18MW，水温约150℃，担负拉萨地区50%的供电任务。电站由5眼地热井供水，单井产量为75～160立方米／小时。羊八井地热电厂

羊八井地热温泉

潮汐发电

利用潮汐的落差推动水轮机而发电称之为潮汐发电。即在海湾或河流入海口处筑起堤坝，涨潮时蓄水，高潮时关闭。退潮时形成足以使水轮机工作的落差时才开始放水，将蓄水放出，驱动水轮发电机发电。

潮汐发电示意图二、变电站的基本类型

变电站起着变换和分配电能的作用。从发电厂送出的电能一般经过升压远距离输送，再经过多次降压后才供给用户使用，所以电力系统中的变电站的数量多于发电厂，变压器的容量约是发电机容量的7~10倍。按变电站在电力系统中的地位和作用,一般可分为枢纽变电站、区域变电站、地区变电站、终端变电站和用户变电站等，另外还有开关站和串补站。1.枢纽变电站枢纽变电站是处于枢纽位置、汇集多个电源和联络线或连接不同电力系统的重要变电站。(1)枢纽变电站在电力系统中的主要作用和功能是:1)汇集分别来自若干发电厂的输电主干线路，并与电网中的若干关键点连接，同时还与下一级电压的电网相连接；2)作为大、中型发电厂接入最高一级电压电网的连接点；3)几个枢纽变电站与若干输电主干线路组成主要电网的骨架；4)作为相邻电力系统之间互联的连接点；5)作为下一级电压电网的主要电源。2.区域变电站(1)区域变电站是向数个地区或大城市供电的变电站。在电力网最高电压等级的变电站中，除少数为枢纽变电站外，其余均为区域变电站。它将远处的电能转送到负荷中心，同时降压后向当地和临近地区供电。

区域变电站发生事故时将造成大面积停电，因此对其上高压电气主接线的可靠性要求较高。(2)区域变电站电压等级一般为330、500、750kV。(3)区域变电站一般装设两台主变压器，主变压器的型式选择同系统枢纽变电站。(4)区域变电站常规设调相机或静止补偿装置。

枢纽变电站发生事故将破坏电力系统的运行稳定性，使相连接的电力系统解列，并造成大面积停电。(2)枢纽变电站电压等级一般为220~1000kV。(3)枢纽变电站一般装设两台主变压器，也可装设3~4台主变压器。(4)枢纽变电站低压侧通常连接并联电容器、并联电抗器或静止补偿装置等无功设备。3.地区变电站(1)地区变电站是向一个地区或大、中城市供电的变电站。地区变电站靠近负荷中心，以受电为主，有些也是终端变电站，因此高压电气主接线尽量采用断路器较少的简易接线。为提高供电可靠性，当本地区内有若干变电站时，可以采用正常时分区供电、事故时互为备用的方式。地区变电站要求有两个电源向其供电，两个电源通常从区域变电站和地区发电厂引接，也可以从同一电源的不同母线段上引接。

全站停电只影响本地区或城市的用电。(2)地区变电站一般电压等级多为110kV和220kV。它通常从110kV和220kV的电网受电，降压至35kV或66kV及以下电压后向电力负荷供电。(3)地区变电站一般为两台主变压器。(4)地区变电站一般不装设调相机或静止无功补偿装置。有些企业也在变电站内装有旨在提高功率因数的并联电容器补偿装置。

4.终端变电站终端变电站是处于电力网末端，包括分支线末端的变电站。有时特指采用变压器-线路单元、不设高压侧母线、不设高压断路器的变电站。终端变电站接线简单占地少、投资省。高压侧电压多为110

kV或者更低(如35

kV)，经过变压器降压为6～10

kV电压后直接向用户送电。

其全站停电的影响只是所供电的用户，影响面较小。6.开关站在远距离输电线路中间，用断路器将线路分段断开的接受电能并分配电能的工程设施。开关站与变电站的区别在于：①没有主变压器；②进出线属同一电压等级；③站用电的电源引自站外其他高压或中压线路。5.用户变电站用户变电站是向工矿企业，交通、邮电部门，医疗机构和大型建筑物等较大负荷或特殊负荷供电的变电站。它从电力网受电降压后直接向用户的用电设备供电。高压侧电压多为110

kV及以下。

开关站的主要功能是：(1)将长距离输电线路分成若干段，以降低工频过电压水平和操作过电压水平；(2)当线路发生故障时，由于在开关站的两侧都装设了断路器，所以仅使一段线路被切除，缩小了事故范围，且系统阻抗增加不多，因此提高了系统的稳定性；(3)长距离的超/特高压交流输电,空载时线路末端电压随线路长度增加而增高，因无功补偿的需要,全段需分段并设开关站.

变电站:输入电压等级在35kV及以上，有主变压器，有电压改变的叫变电站;

配电房：如果10kV进380kV以下低压出，就是配电房;

开闭所或开关站：接受电能并分配电能的供配电设施只有同一电压等级，没有变压器，10kV电压等级的，就是开闭所；35kV及以上电压等级的，叫开关站。

没有断路器或负荷开关的叫电缆分接箱，电缆直接进出，用于小容量和用电可靠性不高的场所。三、交流输电与电力系统的互联

由于大容量发电厂一般有大量功率需要远距离输送，如果采用较低电压输电，输电线路的电阻损耗会造成输送功率的巨大浪费，因此，提高输电电压等级就成为必然的选择（功率一定时，电压等级越高，电流越小，输电线路的电阻损耗越小）。

交流电网电压等级范围的划分为380V为低压；3kV~20kV为中压；35kV~220kV为高压；330kV~750kV为超高压；1000kV及以上为特高压。

但是电压等级越高电气设备绝缘费用也越大，因此要根据输送功率和距离等选择合适的电压等级。

输电线路是发电厂向外输送电力至变电站和负荷的不可缺少的设施，由它们构成的电力系统规模越大，抵抗事故能力越强，承受冲击负荷的能力越强，对提高供电可靠性和保证电能质量越有利。发展联合电力系统，有很大的优越性，很多问题都可以迎刃而解。第二节发电厂和变电站电气设备简述

1．电气一次设备

直接生产、转换和输配电能的设备称为电气一次设备。一、主要电气设备它们主要有以下几种：

建设联合电力网，联接各大煤电、大水电、大核电、大可再生能源发电基地和主要负荷中心，将大大有利于优化电网的电源结构，实现更大范围内的能源资源优化配置，有利于实现“西电东送”和“北电南送”，有利于进行电力系统经济调度，实现水电、核电与火电互补，尽量多发水电和核电，尽量少发火电，减少燃煤消耗，节约煤炭资源，从而降低电能成本，提高运行的经济性。同时还能降低二氧化碳CO2、烟尘等有害气体的排放，减轻环境污染。(1)生产和转换电能的设备如发电机、电动机、变压器等，它们是直接生产和转换电能的最主要的电气设备。(2)接通或断开电路的开关电器为满足运行、操作或事故处理的需要，将电路接通或断开的设备，如断路器、隔离开关、接触器、熔断器等。(3)限制故障电流和防御过电压的电器如用于限制短路电流的电抗器和防御过电压的避雷器、避雷针、避雷线等。(4)接地装置用来保证电力系统正常工作的工作接地或保护人身安全的保护接地，它们均与埋入地中的金属接地体或接成接地网的接地装置连接。(5)载流导体电气设备必须通过载流导体按照生产和分配电能的顺序或者说按照设计要求连接起来，常见的载流导体如母线、架空线、电力电缆等。(6)补偿装置如调相机、电力电容器、消弧线圈、并联电抗器等。它们分别用来补偿系统的无功功率、补偿小电流接地系统中的单相接地电容电流、吸收系统过剩的无功功率等。(7)仪用互感器如电压互感器和电流互感器，它们将一次回路中的高电压和大电流变成低电压和小电流，供给测量仪表和继电保护装置用。2．电气二次设备

对电气一次设备进行测量、控制、监视和保护用的设备，称为电气二次设备。它们主要有：(1)测量仪表如电压表、电流表、功率表、电能表等，它们用以测量一次回路的运行参数。

(2)继电保护及自动装置它们用以迅速反应电气故障或不正常运行情况，并根据要求切除故障、发出信号或作相应的调节。

(3)直流设备直流设备主要用于供给保护、操作、信号以及事故照明等设备的直流供电，它们有直流发电机组、蓄电池、硅整流装置等，(4)控制和信号设备及其控制电缆控制设备是指对断路器进行手动或自动的开、合操作控制的设备。信号设备有光字牌信号、反映断路器和隔离开关位置的信号、主控制室的中央信号等。控制电缆是连接二次设备的电缆。(5)绝缘监察装置用以监察交流和直流系统的绝缘状况。二、电气接线

电气一次设备根据工作要求和它们的作用，按照一定顺序连接起来而构成的电路称为电气主接线又叫一次回路、一次接线或电气主系统。

二次设备连接成的电路称为二次回路、二次接线或二次系统。

电气主接线表示出电能的生产、汇集、转换、分配关系和运行方式，是运行操作、切换电路的依据。

二次接线表示出继电保护、控制与信号回路和自动装置的电气连接以及它们动作后作用于一次设备的关系。

用国家规定的图形和文字符号将一次回路和二次回路绘制成的电路图或电气接线图，称为电气主接线图（常绘制成单线图）和电气二次接线图。

三、配电装置

配电装置是以电气主接线为主要依据，由开关设备、保护设备、测量设备、母线以及必要的辅助设备组成的接受和分配电能的装置。

配电装置是电气主接线的物理实体，具体实现电气主接线功能的重要装置。

按照电气设备的安装地点、电压等级和组装方式的不同，配电装置有着不同的分类方法，这些将在后续章节中详细介绍。第三节直流输电及换流站经多年来特高压直流输电工程的建设，我国已成为世界上直流输电电压最高、容量最大、发展最快的国家。2018年我国建成世界上首条±1100kV特高压直流输电线路工程:昌吉-古泉（准东-皖南)±1100kV特高压直流输电线路工程。它起于新疆昌吉准东五彩湾(昌吉)换流站，止于安徽宣城皖南(古泉)换流站，全长约3324.143km，额定输送容量1200万kW。到2019年底，国家电网公司已建成10条超高压和特高压直流输电工程。

一、直流输电系统的结构

直流输电系统由整流站、直流线路、逆变站组成。

换流站是指在高压直流输电系统中，为了完成将交流电变换为直流电或者将直流电变换为交流电的转换，并达到电力系统对于安全稳定及电能质量的要求而建立的直流输电设施。将交流电变换为直流电的换流站称为整流站，将直流电变换为交流电的换流站称为逆变站。

在现代直流输电系统中，只有输电环节是直流电，发电系统和用电系统仍然是交流电。在输电线路的送端，交流系统的交流电经换流站内的换流变压器送到整流器，将高压交流电变为高压直流电后送入直流输电线路。直流电通过输电线路送到受端换流站内的逆变器，将高压直流电又变为高压交流电，再经过换流变压器将电能输送到交流系统。

直流输电系统单极系统、双极系统和背靠背直流输电系统三种类型。1.单极直流输电系统单极运行方式分为单极金属回线和单极大地回线两种运行方式。单极系统是由整流侧换流器、直流线路、逆变侧换流器、接地极线及相关设备构成能够完成直流传输的所有设备。在单极大地回线运行方式中，利用一个极的输电线路和大地构成直流侧的单极回路，在该运行方式中，两端换流站均需接地，大地作为一根导线。在单极金属回线运行方式中，利用低绝缘的导线代替单极大地回线方式中的大地回线。由于单极系统运行的可靠性和灵活性均不如双极系统好，双极两端中性点接地方式运行方式灵活、可靠性高，实际工程中大多数直流输电工程都采用此接线方式。双极两端换流器中性点接地方式（简称双极方式）的正负两极通过输电线路相连，两端换流器的中性点接地。实际上它可看成是两个独立的单极大地回路方式。正负两极在地回路中的电流方向相反，地中电流为两极电流之差值。双极对称运行时，地中无电流流过，或仅有少量的不平衡电流流过，通常小于额定电流的1％。因此，在双极对称方式运行时，可消除单极大地回线运行方式由于地中电流所引起的电腐蚀等问题。

2.双极直流输电系统双极系统有双极两端中性点接地方式、双极一端中性点接地方式和双极金属中性线方式三种类型。

3.背靠背直流输电系统

背靠背直流系统是无直流输电线路的两端直流输电系统，它主要用于两个异步运行（不同频率或频率相同但异步）的交流电力系统之间的联网或送电，也称为异步联络站。如果两个被联电网的额定频率不相同（如50Hz