电气工程概论第3章电气设备的分类与系统课件.ppt

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1、华中科技大学华中科技大学电气与电子工程学院电气与电子工程学院熊信银熊信银 教授教授普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电气工程概论电气工程概论中国电力出版社中国电力出版社第三章第三章 电气设备的分类与系统电气设备的分类与系统 电气工程概论电气工程概论电气设备电气设备第三章第三章 电气设备的分类与系统电气设备的分类与系统发电系统发电系统1 1输变电系统输变电系统2 2配电系统配电系统3 3电力系统负荷电力系统负荷4 4电气设备电气设备第一节 发电系统火力发电厂火力发电厂1 1水力发电厂水力发电厂2 2核能发电厂核能发电厂3 3风力发电风力发电4 4太阳能发电太阳能

2、发电5 5其他能源发电其他能源发电6 6电气设备电气设备第一节第一节 发电系统发电系统v一、火力发电厂（一、火力发电厂（简称火电厂简称火电厂）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：燃料的化学能能量转换过程：燃料的化学能热能热能机械能机械能电能。电能。v(一一)火电厂的分类火电厂的分类 （1 1）按燃料分：）按燃料分：（2 2）按蒸汽压力和温度分：）按蒸汽压力和温度分：（3 3）按输出能源分：）按输出能源分：燃煤发电厂 中低压发电厂 凝汽式发电厂 燃油发电厂 高压发电厂 热电厂 燃气发电厂 超高压发电厂 余热发电厂 亚临界压力发电厂

3、“以以垃圾及工业废料作为燃垃圾及工业废料作为燃料料”的发电厂的发电厂：有利于环境保护有利于环境保护，引人关注引人关注。电气设备电气设备v（二）火电厂的电能生产过程（二）火电厂的电能生产过程v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。v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 发电系统电气设备电气设备v（三）火电厂的主要系统（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 1燃烧系统燃烧系统 由运煤、磨煤、燃烧、风烟、灰渣等环节组成。2 2汽水系统汽水系统 由锅炉、汽轮机、凝汽器、除氧器、加热器等设备及管道构

4、成，包括给水系统、循环水系统和补充给水系统。3 3电气系统电气系统 包括发电机、励磁装置、厂用电系统和升压变电站等。第一节 发电系统电气设备电气设备v（四）火电厂的特点（四）火电厂的特点 与与其他类型的发电厂相比有以下特点：其他类型的发电厂相比有以下特点：（1 1）火电厂布局灵活，装机容量的大小可按需要决定。）火电厂布局灵活，装机容量的大小可按需要决定。（2 2）火电厂的一次性建造投资少，仅为水电厂的一半左右。）火电厂的一次性建造投资少，仅为水电厂的一半左右。（3 3）火电厂耗煤量大，其生产成本比水力发电要高出）火电厂耗煤量大，其生产成本比水力发电要高出3434倍。倍。（4 4）火电厂动力设备

5、繁多，发电机组控制操作复杂，厂用电量和运行）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。人员都多于水电厂，运行费用高。（5 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，）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并附加耗用大量燃料（6 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，）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。厂用电率增高。火电厂应当尽可能担负较均匀的负荷。（7 7）火电厂的各种排放物（如烟气、灰渣和废水）对环

6、境的污染较大。）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。第一节第一节 发电系统发电系统电气设备电气设备v（五）火电厂对环境的影响及防止措施（五）火电厂对环境的影响及防止措施v生产时的污染排放主要是烟气污染物排放、灰渣排放和废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水排放。烟气烟气中的粉尘、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

7、来处理。第一节第一节 发电系统发电系统电气设备电气设备v二、水力发电厂（简称水电厂，水电站）二、水力发电厂（简称水电厂，水电站）v把水的位能和动能转换成电能的工厂。把水的位能和动能转换成电能的工厂。生产过程生产过程 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。v发电容量发电容量 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）因为水的能量与其流量和落差（水头）成正比，成正比，所以利用水能发电的关键是集中大量的水和造成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大的水位落差第一节

8、第一节 发电系统发电系统电气设备电气设备v（一）水电厂的分类（一）水电厂的分类v1 1按集中落差的方式分按集中落差的方式分（1 1）堤坝式水电厂）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 2）引水式水电厂）引水式水电厂。（3 3）混合式水电厂）混合式水电厂。兼有堤坝式和引水式两种水电厂的特点。v2 2按径流调节的程度分按径流调节的程度分（1 1）无调节水电厂。）无调节水电厂。（2 2）有调节水电厂。）有调节水电厂。第一节第一节 发电系统发电系统电气设备电气设备v（二）水电厂的特点（二）水电厂的特点 与火电厂和其他类型的发电厂相比

9、有以下特点：与火电厂和其他类型的发电厂相比有以下特点：（1 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）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。型水库还能调节空气的温度和湿度，改善自然生态。（2 2）可综合利用水能资源。）可综合利用水能资源。（3 3）水电厂的发电成本低，效率高。）水电厂的发电成本低，效率高。（4 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。）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 5）水能可储蓄和调节。）水能可储蓄和调节。（6 6）水电厂建设和生产

10、都受到河流的地形、水量及季节气象条件限制，因）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。电不均衡。（7 7）水电厂建设投资较大，工期较长。）水电厂建设投资较大，工期较长。第一节第一节 发电系统发电系统电气设备电气设备v（三）抽水蓄能电厂（三）抽水蓄能电厂1 1工作原理工作原理 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

11、要系统提供电能。为此，其上、下游均需有水库以容蓄能量转换所需要的水量。的水量。第一节第一节 发电系统发电系统电气设备电气设备v2 2抽水蓄能电厂在电力抽水蓄能电厂在电力系统中的作用系统中的作用（1 1）调峰。）调峰。（2 2）填谷。）填谷。（3 3）备用。）备用。（4 4）调频。）调频。（5 5）调相。）调相。（6 6）黑启动。）黑启动。（7 7）蓄能。）蓄能。v3 3抽水蓄能电厂的抽水蓄能电厂的效益效益（1 1）容量效益）容量效益（2 2）节能效益。）节能效益。（3 3）环保效益。）环保效益。（4 4）动态效益。）动态效益。（5 5）提高火电设备利）提高火电设备利用率。用率。（6 6）对环境

12、没有污染）对环境没有污染且可美化环境。且可美化环境。第一节第一节 发电系统发电系统电气设备电气设备v三、核能发电厂三、核能发电厂v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。v（一）核能发电厂的组成（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 发电系统电气设备电气设备压水堆核电厂压水堆核电

13、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 发电系统电气设备电气设备v2沸水堆核电厂v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。v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。v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 发电系统电气设备电气设备v（二）核能

14、发电厂的系统（二）核能发电厂的系统v1 1核岛的核蒸汽供应系统核岛的核蒸汽供应系统 包括以下子系统：（1 1）一回路主系统）一回路主系统 （2 2）化学和容积控制系统）化学和容积控制系统 （3 3）余热排出系统）余热排出系统（停堆冷却系统停堆冷却系统）（4 4）安全注射系统）安全注射系统（紧急堆芯冷却系统紧急堆芯冷却系统）（5 5）控制、保护和检测系统）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 发电系统电气设备电气设备v2 2核岛的辅助系统核岛的辅助系统 包括下以子系统：包括下以子系统：（1 1）设备冷却水系统）设备冷却水系统 （2 2）硼回收系统）硼回

15、收系统 （3 3）反应堆的安全壳及喷淋系统）反应堆的安全壳及喷淋系统 （4 4）核燃料的装换料及贮存系统）核燃料的装换料及贮存系统 （5 5）安全壳及核辅助厂房通风和过滤系统）安全壳及核辅助厂房通风和过滤系统 （6 6）柴油发电机组，为核岛提供应急电源。）柴油发电机组，为核岛提供应急电源。第一节第一节 发电系统发电系统电气设备电气设备v3 3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 1）二回路系统）二回路系统（汽轮发电机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 2）循环冷却水系统）循环冷却水系统（3 3）电

16、气系统及厂用电设备）电气系统及厂用电设备第一节第一节 发电系统发电系统电气设备电气设备v（三）核能发电厂的运行（三）核能发电厂的运行 由于核电厂是由反应堆供热，由于核电厂是由反应堆供热，与与火电厂相比有以下新特点：火电厂相比有以下新特点：（1 1）火电厂可以连续不断地向锅炉供给燃料）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。堆堆芯一次装料，并定期停堆换料。（2 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）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。中子和瞬发射线。（3 3）反

17、应堆在停闭后，运行过程中积累起来的裂变碎片和）反应堆在停闭后，运行过程中积累起来的裂变碎片和、衰变，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冷却，还必须把这部分余热排出去。（4 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）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。民的健康。（5 5）核电厂的建设费用高，但燃料所占费用

18、较为便宜。为了提高核电厂）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。的运行经济性，极为重要的是要维持高的发电设备利用率。第一节第一节 发电系统发电系统电气设备电气设备v四、风力发电四、风力发电v风能是一种干净的可再生能源，同时风能储量十分丰富。风能是一种干净的可再生能源，同时风能储量十分丰富。v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。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

19、、居住分散牧民们的生产和生活用电。v风能发电成本低风能发电成本低；v风能是清洁的能源和可以再生的能源，风能是清洁的能源和可以再生的能源，v风力发电必将得到更大的发展。风力发电必将得到更大的发展。第一节第一节 发电系统发电系统电气设备电气设备v(一一)风力发电机组风力发电机组v风力发电机组主要由风轮风力发电机组主要由风轮机、传动变速机构、发电机、传动变速机构、发电机等所组成。从能量转换机等所组成。从能量转换观点来看，风力发电的能观点来看，风力发电的能量转换过程为：空气动能量转换过程为：空气动能旋转机械能旋转机械能电能，电能，v目前大中型水平轴风力发目前大中型水平轴风力发电机组是由风轮机、升速电机

20、组是由风轮机、升速齿轮箱、发电机、偏航装齿轮箱、发电机、偏航装置（对风装置）、控制系置（对风装置）、控制系统、塔架等部件组成。统、塔架等部件组成。第一节第一节 发电系统发电系统电气设备电气设备v（二）风力发电的运行方式（二）风力发电的运行方式v风力发电机组由风轮机和发电机及其控制系统组成风力发电机组由风轮机和发电机及其控制系统组成 风轮机风轮机完成风能到机械能的转换；发电机及其控制系统发电机及其控制系统完成机械能到电能的转换。v风力发电的运行方式风力发电的运行方式 1.1.独立运行独立运行 2.2.并网运行并网运行第一节第一节 发电系统发电系统电气设备电气设备1 1独立运行独立运行 指机组生产

21、的电能直接供给相对固定的用户的一种运行方式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。v（1 1）风力发电机组（简称风电机组）。）风力发电机组（简称风电机组）。v（2 2）耗能负载。）耗能负载。持续大风时，用于消耗风电机组发出的多余电能。v（3 3）蓄电池组。）蓄电池组。由若干台蓄电池经串联组成的储存电能的装置。第一节第一节 发电系统发电系统电气设备电气设备v（4 4）控制装置。）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。v（5 5）逆变器。）逆变器。在需要用交流电时，将直流电转换为交流

22、电的电力电子设备。v（6 6）直流负载。）直流负载。以直流电为动力的装置或设备。v（7 7）交流负载。）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-柴柴油机发电系统联合运行，风力油机发电系统联合运行，风力-太阳能电池发电联合运行等。太阳能电池发电联合运行等。第一节第一节 发发第一节第一节 发电系统发电系统电系统电系统2并网运行并网运行 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。是克服蓄能问题的最稳妥

23、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。以上直至兆瓦级的风力发电机组均可采用这种运行方式。电气设备电气设备（三）风力发电的特点（三）风力发电的特点（1 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。）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 2）风力发电是清洁的电能生产方式，不会造成空气污染。）风力发电是清洁的电能生产方式，不会造成空气污染。（3 3）风力发电机组建设工期短）风力发电机组建设工期短，投资规模灵活。投资规模灵活。（4 4）实际占地少。）实际占地少。（5 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

24、都）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。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 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）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。联运行或并网运行。（7 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）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，

25、最大单机容量也受到限制。积大、造价高，最大单机容量也受到限制。（8 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）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。成干扰，对环境有一定的影响。第一节第一节 发电系统发电系统电气设备电气设备v五、太阳能发电五、太阳能发电v可再生能源，丰富，免费，无需开采和运输可再生能源，丰富，免费，无需开采和运输；v清洁无污染清洁无污染；v可以转换成多种其他形式的能量，应用范围广泛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

26、等v分为太阳热能发电和太阳光能发电（光伏发电）。分为太阳热能发电和太阳光能发电（光伏发电）。v（一）太阳能热发电（一）太阳能热发电v将吸收的太阳辐射热能转换成电能的发电技术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：包括两大类型：1.1.利用太阳能直接发电利用太阳能直接发电；2.2.太阳热能间接发电太阳热能间接发电（光光-热热-电电）第一节第一节 发电系统发电系统电气设备电气设备v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。v1塔式太阳能发电站第一节第一节 发电系统发电系统电气设备电气设备v2 2柱面集热式太阳能发电站柱面集热式太阳能发电站v集热方式是横向线性，被

27、加热工质沿聚焦线流动，比塔式的定日镜聚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，不焦简便，不需需建高塔，可以平面装置。一般直接用水做工质，水在集建高塔，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。发电机发电。第一节第一节 发电系统发电系统电气设备电气设备v3分散式太阳能发电装置v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。v可独立运行;v适合于无电或缺电地区作小型电源;v一般功率为1025kW，聚光镜直

28、径约1015m;v成本很高，无法与集中式相比，现在已很少采用。第一节 发电系统电气设备电气设备v（二）太阳能光发电v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。v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。v目前应用最广的太阳能电池是晶体硅太阳能电池。v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 发电系统电气设备电气设备第一节 发电系统v太阳能电池（光伏电池）发电系统一般由太阳能电池方

29、阵、储能太阳能电池（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、逆变器等设备组成蓄电池组、充放电控制器、逆变器等设备组成。电气设备电气设备v六、其他能源发电六、其他能源发电v（一）地热发电（一）地热发电v利用地表深处的地热能来生产电能。利用地表深处的地热能来生产电能。v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。v（二）海洋能发电（二）海洋能发电v海洋能通常指海洋中所蕴藏的可再生的自然能源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

30、、海流能（潮流能）、海水温差能和海水浓度差能。v海洋能的蕴藏量最大、分布广，是清洁的可再生能源。v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 发电系统电气设备电气设备v1 1潮汐发电站潮汐发电站v潮汐能是指海水潮涨和潮落形成的水的势能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。v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kWh。v潮汐发电是利用海水涨潮、落潮中的动能和势能来发电的。v2 2波浪能发电波浪能发电v波浪能电站是利用波浪的上下振荡、前后摇摆、波

31、浪压力的变化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。v3 3海流能发电海流能发电v海流能是海水流动的动能，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。v海流发电的关键在于海流透平技术的开发。第一节第一节 发电系统发电系统电气设备电气设备v4 4海水温差能发电海水温差能发电v海水温差能是以热能形式出现的海洋能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是指海洋表层海水和深

32、层海水之间水温之差的热能。之间水温之差的热能。v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。v5 5海水浓度差能发电海水浓度差能发电v海水浓度差能是以化学能形式出现的海洋能。海水浓度差能是以化学能形式出现的海洋能。v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）。v世界各河口区的浓度差有 kW，潜藏巨大能量潜力巨大。返回目录返回目录第一节第一节 发电系统发电系统电气设备电气设备第二节第二节 输变电系统输变电系统输变电系统组成输

33、变电系统组成1 1输变电系统接线输变电系统接线2 2电气主接线电气主接线3 3高电压直流输电高电压直流输电4 4电气设备电气设备v一、输变电系统组成一、输变电系统组成v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。v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。第二节第二节 输变电系统输变电系统电气设备电气设备v1 1变压器变压器 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。v2 2输电线路输电

34、线路 按电力线路的结构分为架空线路和电缆线路。v3 3母线母线 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。v4 4开关电器开关电器 开关电器是断开或接通电路的电气设备总称。v5 5其他电器其他电器 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。第二节第二节 输变电系统输变电系统电气设备电气设备v二、输变电系统接线二、输变电系统接线v电力系统接线有两种，即地理接线和电气接线。电力系统接线有两种，即地理接线和电气接线。v电气接线又分为一次接线和二次接线。电气接线又分为一次接线和二次接线。v输变电系统电气主接线按供电的可靠性可分为无

35、备用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。和有备用接线两类。v电力网络按职能可分为输电网络和配电网络。电力网络按职能可分为输电网络和配电网络。第二节第二节 输变电系统输变电系统电气设备电气设备v三、电气主接线三、电气主接线v电气主接线的基本接线形式，可分为有汇流母线和无汇流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。母线两大类。v（一）有汇流母线的接线（一）有汇流母线的接线v进出线数量较多时，采用汇流母线作为中间环节，便于电进出线数量较多时，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，使接线简单能的汇集和分配，也便

36、于连接、安装和扩建，使接线简单清晰，运行操作方便。清晰，运行操作方便。第二节第二节 输变电系统输变电系统电气设备电气设备v1 1单母线接线单母线接线v单母接线具有简单、清晰、单母接线具有简单、清晰、设备少的优点，但当母线设备少的优点，但当母线故障或检修时，整个系统故障或检修时，整个系统全部停电；断路器检修期全部停电；断路器检修期间也必须停止该回路的供间也必须停止该回路的供电，因此这种接线只适用电，因此这种接线只适用于单电源的发电厂和变电于单电源的发电厂和变电站，且出线回路数少，用站，且出线回路数少，用户对供电可靠性要求不高户对供电可靠性要求不高的场合。的场合。第二节第二节 输变电系统输变电系统

37、电气设备电气设备v2 2单母线分段接线单母线分段接线v母线分段的目的是可以母线分段的目的是可以减少母线故障或检修时减少母线故障或检修时的停电范围（回路数）。的停电范围（回路数）。当某一分段母线发生故当某一分段母线发生故障时，由自动装置先断障时，由自动装置先断开分段断路器开分段断路器QF1QF1，保证，保证正常分段母线上用户供正常分段母线上用户供电不中断，提高了供电电不中断，提高了供电可靠性。可靠性。第二节第二节 输变电系统输变电系统电气设备电气设备v3 3单母分段带单母分段带旁路母线接线旁路母线接线v加装旁路母线的加装旁路母线的目的，是检修进、目的，是检修进、出线断路器时，出线断路器时，可以不

38、中断该回可以不中断该回路的供电路的供电第二节第二节 输变电系统输变电系统电气设备电气设备v4 4双母线接线双母线接线v双母线接线具有供电双母线接线具有供电可靠，调度灵活，又可靠，调度灵活，又便于扩建，在我国大便于扩建，在我国大中型发电厂和变电站中型发电厂和变电站中广泛应用中广泛应用第二节第二节 输变电系统输变电系统电气设备电气设备v5.5.双母线分段接线双母线分段接线v在在220kV220kV电压进出回路数较电压进出回路数较多时，也采用双母线四分段多时，也采用双母线四分段的接线，但不安装分段电抗的接线，但不安装分段电抗器。器。第二节第二节 输变电系统输变电系统电气设备电气设备v6双母线带旁路母

39、线接线第二节第二节 输变电系统输变电系统电气设备电气设备v7一台半断路器的接线v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。第二节第二节 输变电系统输变电系统电气设备电气设备v（二）无汇流母线的电气主接线二）无汇流母线的电气主接线v无汇流母线的接线，使用的断路器数量较少，结构简单。无汇流母线的接线，使用的断路器数量较少，结构简单。v1 1单元接线单元接线第二节第二节 输变电系统输变电系统扩大的单元接线扩大的单元接线电气设备电气设备v2 2桥形接线桥形接线v当只有两台变压器和两条输电线路时，可采用桥形接线。按照跨接当只有两台变压器和两条输电线路时，可

40、采用桥形接线。按照跨接于两条线路之间的断路器（如于两条线路之间的断路器（如QF3QF3）的位置，桥形接线可分为内桥形）的位置，桥形接线可分为内桥形接线和外桥形接线。接线和外桥形接线。第二节第二节 输变电系统输变电系统电气设备电气设备v3 3角形接线角形接线第二节第二节 输变电系统输变电系统电气设备电气设备v四、高压直流输电四、高压直流输电v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v（一）基本原理（一）基本原理v直流输电的基本原理如图所示。系统A向系统B输送电

41、力时，换流站1作整流站运行，换流站2作逆变站运行。第二节第二节 输变电系统输变电系统电气设备电气设备v（二）高压直流输电系统的主要电气设备（二）高压直流输电系统的主要电气设备v（1 1）换流器。）换流器。v（2 2）换流变压器。）换流变压器。v（3 3）平波电抗器。）平波电抗器。v（4 4）无功补偿装置。）无功补偿装置。v（5 5）滤波器。）滤波器。v（6 6）直流断路器。）直流断路器。v（7 7）交直流避雷器。）交直流避雷器。v（8 8）直流互感器。）直流互感器。v（9 9）控制及保护设备。）控制及保护设备。第二节第二节 输变电系统输变电系统电气设备电气设备v（三）直流输电的优点、缺点与应用

42、（三）直流输电的优点、缺点与应用v1 1直流输电的优点直流输电的优点v（1）线路造价低、年运行费用省。v（2）没有交流输电的运行稳定问题。v（3）能限制短路电流。v（4）调节速度快，运行可靠。v2 2直流输电的缺点直流输电的缺点v（1）直流换流站比交流变电站的投资大、运行费用高。v（2）消耗大量的无功功率。v（3）产生谐波影响。v（4）缺乏直流断路器。第二节第二节 输变电系统输变电系统电气设备电气设备v3 3直流输电的应用直流输电的应用v直流输电的应用主要在以下几个方面。直流输电的应用主要在以下几个方面。v（1）远距离大容量输电。v（2）海底电缆送电。v（3）交流电力系统之间的非同步联络。v（

43、4）向用电密集的大城市供电。返回目录返回目录第二节第二节 输变电系统输变电系统电气设备电气设备第三节第三节 配电系统配电系统配电系统的基本概念配电系统的基本概念1 1配电系统的结构配电系统的结构2 2配电系统的运行特点配电系统的运行特点3 3配电系统的开关设备配电系统的开关设备4 4电气设备电气设备第三节第三节 配电系统配电系统一、配电系统的基本概念一、配电系统的基本概念v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。v配电系统电压的选择，一般随着电力系统的容量、负荷密度

44、、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 1供电可靠率供电可靠率 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电气设备电气设备第三节第三节 配电系统配电系统2 2网损率网损率v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。v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 3电压合格率电压合格率v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。v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。电气设备

45、电气设备第三节第三节 配电系统配电系统二、配电系统的结构二、配电系统的结构v由于使用的电压等级不同，配电系统的结构也有所不同。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。现我国城市配电系统的几种不同结构及其特点如下。1 1以单一的以单一的10kV10kV电压供电的配电网络电压供电的配电网络2 2以以10 kV10 kV和和35 kV35 kV电压供电的配电网络电压供电的配电网络3 3以以1010和和110 kV110 kV电压供电的配电网络电压供电的配电网络4 4将将220 kV220 kV电压引入市区的配电网络电压引入市区的配电网络v上述四

46、种配电系统结构中，第上述四种配电系统结构中，第1 1种情况是最基本的结构，种情况是最基本的结构，第第2 2、3 3、4 4种情况是第种情况是第1 1种情况的扩大和发展。种情况的扩大和发展。电气设备电气设备1 1以单一的以单一的10kV10kV电压供电的配电网络电压供电的配电网络v以单一的以单一的10kV10kV电压供电的配电网络，大多数是在电压供电的配电网络，大多数是在城市市区边缘建立具有城市市区边缘建立具有35/10kV35/10kV双绕组变压器的双绕组变压器的35kV35kV变电站或具有变电站或具有110/35/10kV110/35/10kV三绕组变压器的三绕组变压器的35kV35kV变电

47、站，由变电站，由10 kV10 kV电压对市区的开关站、配电电压对市区的开关站、配电室或者柱上式变压器送电，然后以室或者柱上式变压器送电，然后以10 kV10 kV或或380V380V（220V220V）电压对用户供电。在市郊，则以）电压对用户供电。在市郊，则以35 35 kVkV、10 kV10 kV及及380V380V（220V220V）对用户供电。目前，我）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国大多数中、小城市的配电网络基本上均属这种形式。形式。v返回返回第三节第三节 配电系统配电系统电气设备电气设备2 2以以10 kV10 kV和和35 kV35 kV电压供电

48、的配电网络电压供电的配电网络v以以10 kV10 kV和和35 kV35 kV电压供电的配电网络，除在市区电压供电的配电网络，除在市区边缘建立有边缘建立有35/10 kV35/10 kV的双绕组变压器或的双绕组变压器或110/35/10 110/35/10 kVkV三绕组变压器的三绕组变压器的35 kV35 kV或或110 kV110 kV变电站，以变电站，以10 10 kVkV和和35 kV35 kV对用户供电外，一般还在市区中心建立对用户供电外，一般还在市区中心建立了具有了具有35/10 kV35/10 kV双绕组变压器的变电站，并分别双绕组变压器的变电站，并分别以以35 kV35 kV和

49、和10 kV10 kV及及380V380V（220V220V）的电压向用户供）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。电。目前我国一些较大的中等城市即属此类。v返回返回第三节第三节 配电系统配电系统电气设备电气设备3 3以以1010和和110 kV110 kV电压供电的配电网络电压供电的配电网络v这种配电网络，除如上述那样，在市区边缘建立这种配电网络，除如上述那样，在市区边缘建立具有具有35/10 kV35/10 kV双绕组变压器或双绕组变压器或110/35/10 kV110/35/10 kV三绕三绕组变压器的变电站，以组变压器的变电站，以10 kV10 kV向市区用户供电外，向

50、市区用户供电外，还通过还通过110 kV110 kV架空线路或电缆线路在市区内建立架空线路或电缆线路在市区内建立110/10 kV110/10 kV直降式变压器的深引变电站，然后以直降式变压器的深引变电站，然后以10 10 kVkV电压向用户供电。这种网络在国外大多用于特电压向用户供电。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。武汉市城区配电网络是采用这种配电网络。v返回返回第三节第三节 配电系统配电系统电气设备电气设备4 4将将220 kV220 kV电压引入市区的配电网络电压引入市区的配