浙江水利水电学院
《发电厂电气部分》课程简介
《发电厂电气部分》课程介绍
一、课程目标
课程总目标就是通过课堂学习、课程设计、实验、实训等各个教学环节，使学生了解现代电力生产的过程及特点，知道新理论、新技术、新设备在电力系统中的应用，树立起工程观点，能把在课堂上学到的知识运用到实际工作中去，通过课程着重培养学生具有发电厂及电力系统运行值班岗位、检修岗...
课程负责人
郑晓丹，1966年生，浙江杭州人。1988年毕业于浙江大学电力系统及其自动化专业，获工学学士学位。年10月在杭州大昌合资汽车服务有限公司技术部工作，年2月在杭州电子元件厂产品研发部工作，任助理工程师，1995年2月至今在浙江水利水电专科学校（今年学校从大专升格为学院）任教，从助教、讲师、副教授直至教授。具有国家职业技能鉴定中心水利水电施工考评员资格，任电力教研室主任，为水利部示范专业建设负责人。
近年来主要从事发电厂电气部分方面的教学、研究工作，多次获优秀教学奖。主持国家精品课程《发电厂电气部分》的建设，主编浙...&
发电厂电气部分
ISBN：978-7-03-
主编：郑晓丹
科学出版社
发电厂电气部分
ISBN：978-7-51-
主编：姚春球
中国电力出版社
还有谁在学这门课：
主办单位：高等教育出版社有限公司&&&&&&&&京ICP备号-2&&&&&&京公网安备-2
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天厂220kV开关站墙面整治(二次采购)采购公告
天厂220kV开关站墙面整治(二次采购)采购公告
招标文件下载
信息发布日期：
招标编号：1024加入日期：截止日期：招标业主：中国南方电网有限责任公司调峰调频发电公司地 区：贵州省内 容：天厂***kV开关站墙面整治(二次采购)公开询价采购公告
（采购编号：****************）
********************天生桥水力发电总厂就天厂***kV开关站墙面整治(二次采购)向国内公开询价采购，凡有意报价的单位均可领取采购文件。
一、项目说明
&招标公告正文
天厂220kV开关站墙面整治(二次采购)公开询价采购公告
（采购编号：1024）
中国南方电网有限责任公司调峰调频发电公司天生桥水力发电总厂就天厂220kV开关站墙面整治(二次采购)向国内公开询价采购，凡有意报价的单位均可领取采购文件。
一、项目说明
项目名称：天厂220kV开关站墙面整治(二次采购)
项目地点：天厂220kV开关站
采购人：天生桥水力发电总厂水工水情中心
采购服务单位：天生桥水力发电总厂计划发展部
监督投诉机构：天生桥水力发电总厂监察审计部
二、项目概况、采购范围及标包划分
1、项目概况：
天生桥二级电站厂房220kV开关站墙面乳胶漆、墙裙于建设以来未系统的进行处理，导致大范围出现砂浆结合层、乳胶漆及墙裙开裂、脱落及发黄变色、漏水等缺陷，同时开关站内照明电线等各种低压线路老化严重，布置杂乱，给巡检人员的人身安全、设备运行安全造成隐患。本项目整治内容为对天厂厂房220kV开关站墙面、天棚装饰层进行全面处理、对变形缝安装变形缝装置，对照明电线等低压线路、各种管路重新规化布置治理。
2、采购范围：
1、220kV开关站墙面、天花面原表面装饰铲除、重新刮腻子，表面采用抗污专用硅涂料装饰；
2、变形缝装置安装；
3、墙脚采用石材作踢脚线；
4、通风孔、穿墙套管墙洞安装装饰面板；
5、低压线路改造：规划整理更换墙面各种管线，电缆槽及电缆桥架更换安装；
6、照明灯具更换安装。
3、与标包划分：
本项目分为1个标的、1个标包。
4、计划工期：50天
三、资金来源
四、资格审查相关要求
（一）本次采购采用资格后审。
（二）资格要求
通用资格：
(1)中华人民共和国境内注册合法运作的法人或其他组织，具有独立承担民事责任的能力、独立承担采购项目的能力和独立履行合同的能力
(2)提供有效期内的营业执照、组织机构代码证、税务登记证；已经办理“三证合一”的报价人只需提供“统一社会信用代码”的营业执照复印件
(3)若在南方电网公司范围内出现过重大问题，且被南方电网公司或调峰调频发电公司暂停投标资格的，在报价前必须已通过南方电网或调峰调频发电公司的验证并恢复投标资格（暂停和恢复投标资格以南方电网或调峰调频发电公司正式发文为准）
(4)同一法定代表人的企业或有隶属关系（母公司、全资子公司及其控股公司）的企业只允许一家参与，报价人提供关联企业情况说明
(5)不接受联合体投标
(6)具有在有效期内的安全生产许可证。
(7)具有建筑工程施工总承包二级及以上资质或建筑装修装饰工程专业承包二级及以上资质。
五、采购文件的获取
1、本项目采购人通过南方电网公司阳光电子商务平台（登录网址：www.）实施电子化采购报价。凡有意参加报价者，请于日09时28分58秒至日16时00分00秒下载加盖调峰调频发电公司招标专用电子章的电子版采购文件，过期无法购买。
2、注意事项：
(1) 供应商在购买采购文件前需完成注册登记并审核通过，供应商要为注册登记预留足够的时间，由于报价人自身原因，截至采购文件发售时间尚未完成注册登记审核造成无法及时进行采购文件购买后果由报价人承担。
(2) 供应商必须在报价截止日期前完成数字证书的办理，供应商要为数字办理预留足够的时间，由于报价人自身原因造成无法投标报价的，由报价人承担责任。
(3) 按国家电子招标投标法有关规定和电子交易平台技术要求，凡有意参加投标报价者，需先行完成系统登记注册和审核（具体见日网站发布的南方电网公司供应商登记公告），并办理供应商数字证书（办理流程见网站下载中心数字证书办理指南），为避免耽误采购文件购买及投标报价，请在采购文件发售截至时间前2天完成供应商登记（提交登记信息时请选择“调峰调频发电公司”为审核单位），审核通过后，供应商凭申请的账号、密码登陆电商系统购买采购文件，并在购买标书5日内办理数字证书。
供应商登记咨询电话：020-0-
工程类承包商登记咨询电话：020-
电商系统操作咨询电话：020-0-
数字证书办理咨询电话：400-666-3999
电话咨询时间：周一至周五 上午8:30-12:00,下午14:00-17:00
3、采购文件工本费：不收取
六、报价文件的递交
1、通过南方电网公司阳光电子商务平台（www.）递交电子报价文件，并以此为准。
须同时提交1份纸质版报价文件。（通过电子商务系统投标客户端生成的文件打印。）以及从电子商务系统上面完成报价后下载的报价文件的电子版U盘和光盘各1份（该项目不需要提供报价文件的电子版U盘和光盘）。纸质报价文件必须签字盖章，并密封递交。
2、报价文件以包为单位递交。
（1）电子报价文件开始递交时间：从采购文件开始发售时间起即可在南方电网阳光电子商务平台提交报价文件。
（2）纸质版报价文件开始递交时间：报价文件递交截止时间前半小时开始递交。
（3）报价文件递交截止时间：日09时00分00秒
（4）纸质版报价文件递交地点（该项目可以邮寄递交）：贵州省兴义市北京路1号天生桥水力发电总厂生产调度综合大楼805室
3、报价文件不予受理的情况：
（1）逾期送达或未送达指定地点的。
（2）未通过正规渠道获取采购文件的报价人，所提交的报价文件。
（3）如有报价保证金要求，且报价人未缴纳报价保证金。
（4）通过采购文件规定以外的方式递交报价文件的。
（5）在报价截止时间前，未能在南方电网阳光电子商务平台完成电子版报价文件传输递交的，或者未按照指定地点送达纸质版报价文件的。
（6）报价人未按要求对报价文件进行填写、密封、标识等的。
1、本次采购采取公开询价采购方式，公告在南方电网公司阳光电子商务平台（www.）发布，采购公告将明确对报价人的资格要求、发售采购文件的日期和地点等事宜。
2、未能通过资格后审的报价文件将视同无效报价，不再进入价格评审阶段，由此发生的一切费用和后果自负。
3、无论是否通过资格后审，提交的报价文件均不予退还。
八、业务咨询方式
联系地址：贵州省兴义市北京路1号
采购服务单位联系人：文剑宇
联系电话：
九、监督和投诉
报价人和其他利害关系人认为本次采购活动违反法律、法规和规章规定的，有权向有关行政监督部门投诉。
监督机构：天生桥水力发电总厂监察审计部
举报电话：
举报邮箱：
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　京公网安备66发电厂电气部分(第四版)课件
&&&&发电厂电气部分 目录第一章 能源和发电 第二章 发电、变电和输电的电气部分 第三章 常用计算的基本理论和方法 第四章 电气主接线及设计 第五章 厂用电接线及设计 第六章 导体和电气设备的原理与选择 第七章 配电装置 5～36 37～77 78～165 166～258 259～371 372～506507～545“十一五”&&&&国家级规划教材发电厂电气部分第八章 发电厂和变电站的控制与信号 第九章 同步发电机的运行第十章 电力变压器的运行546～579580～616 617～697“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分第一章 能源和发电第一节能源和电能一、物质、能量和信息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。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（3）化学能。 （4）辐射能。 （5）核能。 （6）电能。二、能源含义和能源分类(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。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分(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三、能源资源（1）煤炭（2）水能资源 （3）其他能源 （4）电能“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分四、电能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“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分五、发电厂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“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分第二节 火力发电厂一、火电厂的分类 按原动机分 （1）凝汽式汽轮机发电厂（3）内燃机发电厂（2）燃气轮机发电厂（4）蒸汽-燃气轮机发电厂等。按燃料分 （1）燃煤发电厂 （3）燃气发电厂 （2）燃油发电厂（4）余热发电厂“十一五”国家级规划教材发电厂电气部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16.77mpa、温度为540 /540℃ 的发电厂，单机功率为300mw直至1000mw不等；“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（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 （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% 。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分二、火电厂的电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；“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分图1-1凝汽式发电厂生产过程示意图“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（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1-2所示。 图1-2 火电厂燃烧系统流程示意图“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分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。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分图1-3 火电厂汽水系统流程示意图“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（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“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分三、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。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分四、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“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分第三节 水力发电厂一、水电厂的分类 （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。河床式水电厂示意图如图1-7所示。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分图1-6坝后式水电厂示意图“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分图1-7河床式水电厂示意图“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（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“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（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。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分二、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。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分三、抽水蓄能电厂（一）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。 图1-9 抽水蓄能电厂示意图“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（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。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（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。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分第四节 核能发电厂一、核电厂的分类 （一）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。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分图1-10 压水堆核电厂示意图“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（二）沸水堆核电厂图1-11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“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分二、核电厂的系统 （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。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（二）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。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（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。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分三、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宜。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分第二章 发电、变电和输电的电气部分第一节概述一、电气设备 (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。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（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。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（二）二次设备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。（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。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分二、电气接线和装置(一）电气接线在发电厂和变电站中，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。 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。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分图2-1火电厂的电气主接线图“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（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qs1~qs4，母线w1~w3，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qf3~qf5，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。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分第二节 发电厂的电气部分一、300mw发电机组电气部分 （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。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分图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“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分由图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。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分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。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（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）高压熔断器。 （6）电流互感器。 （7）发电不均衡。 （8）中性点接地变压器。发电厂电气部分二、600mw发电机组电气部分 (一）电气主接线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； 图2-3 600mw发电机组电气主接线图7—电压互感器；8—熔断器； 9—高压避雷器“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分由图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。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（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 （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。（7）高压熔断器。 （8）避雷器。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分三、1000mw发电机组电气部分 （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。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分图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发电厂电气部分由图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。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（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，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。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（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。发电厂电气部分（三）超超临界发电机组的特点与问题
前述300mw发电机组为亚临界火力发电机组，600mw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。 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。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分四、数字化发电厂 （一）数字化发电厂概念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。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分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。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（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。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分第三节 高压交流输变电一、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：（一）长距离输送电能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。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分表2-1 不同电压等级的输送功率和输送距离电压等级 （kv） 10 35 110 220输送功率 （mw） 0.2~2 2~10 10~50 100~500输送距离 （km） 20~6 50~20 150~50 300~100电压等级 （kv） 330 500 750 1000输送功率 （mw） 200~800 00~00输送距离 （km） 600~200 850~150 500以上 500以上（二）大容量输送电能随着电力系统发电容量的增大，特别是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。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（三）节省基建投资和运行费用如果以输送每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电压等级（kv）220 330 500 750导线截面（mm2） 输送容量（mw）1×570 2×270 4×570 4×570 250 700 线损率（%）2.75 1.30 0.95 0.70“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分此外，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。（四）电力系统互联电力系统的发展，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 。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分二、500kv输变电系统 （一）500kv变电站电气主接线目前，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。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分图2-5 500kv变电站电气主接线“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（二）500kv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。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（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。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分图2-7 500kv并联电抗器及抽能系统接线图“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（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eu p sin
xl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p在同一个相角差eu sin
xc 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“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分其中，kc=xc/xl为补偿度，补偿度一般取在25~60%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。 （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；“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分③ 单间隙串联补偿接线；④ 双间隙串联补偿接线；图2-8 非线性电阻并带触发间隙的串联补偿接线“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（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）旁路断路器。 （5）阻尼回路。 （6）电流互感器。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分三、750kv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“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分四、1000kv特高压输变电试验示范工程 （一）1000kv特高压试验示范工程规模日，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500万kw。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（二）1000kv特高压电网的主要特点（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。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（三）特高压输电具有良好的经济效益（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。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（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。发电厂电气部分第三章 常用计算的基本理论和方法第一节 正常运行时导体载流量计算一、概述 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。 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。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（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。
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℃。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（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，对硬铝及铝锰合金可取200℃，硬铜可取300℃。二、导体的发热和散热导体的发热计算，根据能量守恒原理，qr
q f（3-1）“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（一）导体电阻损耗的热量 qr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qr
i rac2 w导体的交流电阻 为（3-2）（3-3） 式中：w 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.“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分表3-1 电阻率
及电阻温度系数 材料名称t (
mm2 /m)0.029000.80 0.00 t（℃-1）0.004030.20 0.55纯铝铝锰合金 铝镁合金 铜 钢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。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分图3-1 矩形导体的集肤效应系数“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分图3-2 圆柱及圆管导体的集肤效应系数“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（二）导体吸收太阳辐射的热量 q t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） 对于屋内导体，因无日照的作用，这部分热量可忽略不计。 （3-4）（三）对流散热量 q l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）“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（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， l
0 )0.35[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所示。图3-3 常用导体对流散热面积形式“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分单条矩形导体对流散热面积为fl
(m 2 /m) 1000 b a2
(m 2 /m) 1000如图3-3(b)所示，二条矩形导体对流散热面积为 6mm
2 a1 (m 2 /m)
4 a2 (m 2 /m)
4 a (m 2 /m) 2
1“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分如图3-3(c)所示，三条矩形导体对流散热面积为 当 8mm 3 a1
4 a2 (m 2 /m)
10mm 4( a1
a2 ) (m 2 /m)
如图3-3(d)所示，槽形导体对流散热面积： 当100mm&h&200mm时，为b
2&&&&当h&200mm时，为(m 2 /m) h
1000 (m 2 /m)“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分当 时，因内部热量不易从缝隙散出，平面位置不产生对流，故 h
如图3-3(e)所示，圆管导体对流散热面积为(m 2 /m)fl
d(m 2 /m)（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“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分nu
d（3-7）0.65 vd
如果风向与导体不垂直，其值为
) n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nu ql
v 0.65 ( w
) n ] (w/m) （3-8）“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（四）导体辐射散热量q f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 273
式中，(w/m) （3-9）为导体材料的相对辐射系数，见表3-2。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分表3-2 导体材料的黑度系数辐射系数 0.80 0.82 0.91材 料 绝对黑体 表面磨光的铝 氧化了的铝 氧化了的铜辐射系数 1.00 0.040 0.20～0.30 0.60~0.70材 料 氧化了的钢 有光泽的黑漆 无光泽的黑漆各种颜色的油漆，涂 0.92~0.96 料ff 为单位长度导体的辐射散热表面积。计算时参见图3-4“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分图3-4 导体的辐射散热 （a）单条矩形导体；（b）二条矩形导体“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分图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“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分圆管导体的辐射散热表面积为ff
d（五）导热散热量根据传热学可知，导热散热量 qd 为(m2 /m)1
为物体厚度（m）； 1、2(w)（3-10）℃）]； fd为导热面积（m2）；
为导热系数[w/（m· 分别为高温区和低温区的温度（℃）。“十一五”国家级规划教材ql
0 ) f发电厂电气部分三、导体载流量的计算 （一）导体的温升过程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ql
0 ) f（3-11）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qr
qf(w/m)（3-12）“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分设导体通过电流i 时，在t 时刻导体运行温度为
w ，则其温升
时间 dt 内的热量平衡微分方程为
0 ，在i 2 r d t
w 均可视为常数。(j/m)（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mc 1 dt
2 d( i 2 r
w f设t＝0时，初始温升
0。当时间由0→t时，温升由k ，对上式进行积分mc
w f 0 kt“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分i 2 r
w f mc t ln 2
w f k i 2r
e w f（3-14）w fmc由此可求得w fmct)
ket（3-15） ，故稳定温升为经过很长时间后 t ，导体的温升亦趋于稳定值
w f（3-16）导体的发热时间常数tr mc w f（3-17）“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分升温过程表达式
k et trt tr（3-18）上式说明升温的过程是按指数曲线变化，大约经过t=(3~4) tr时间， 便趋近稳定温 升 ，如图3-5所示。图3-5 导体温升的变化曲线“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（二）导体的载流量根据稳定温升公，可计算导体的载流量，即i 2 r
qf则导体的载流量为（3-19）i w f ( w
qf r(a)（3-20）对于屋外导体，计及日照时导体的载流量为ql
qt i r a（3-21）“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分第二节 载流导体短路时发热计算一、导体短路时发热过程载流导体短路时发热计算的目的：确定短路时导体的最高温度
，它不应超过所h规定的导体短时发热允许温度。当满足这个条件时则认为导体在流过短路电流时具有 热稳定性。 短路时导体的发热过程如图3-6所示。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分图3-6 短路时均匀导体的发热过程导体短路时发热有下列特点： （1）短路电流大，持续时间短，导体内产生的热量来不及向周围介质散布，可认为“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分在短路电流持续时间内所产生的全部热量都用来升高导体自身的温度，即认为是一 个绝热过程。 （2）短路时导体温度变化范围很大，它的电阻和比热容不能再视为常数，而应为 温度的函数。 根据短路时导体发热的特点，在时间 内，可列出热平衡方程式2 ikt r d t
(j)（3-22）r
m s l (kg)c
)“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分导体短路时发热的微分方程式2 ikt 0 (1
d （3-22）整理后得c
1 2 ikt d t
对上式两边求积分（3-23）1 s2tk0i dt 2 ktc0 m0 1
d （3-24）“十一五”国家级规划教材[j /(
m 4 )]发电厂电气部分短路电流热效应 为2 qk
ikt d t (a2
s) 0 tk（3-25）式（3-24）右端积分c0
0 m [ 2 ln(1
m 4 )]h c0
0 m [ 2 ln(1
h ]00“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分于是式（3-24）可写成1 qk
aw 2 s所示。图中横坐标是a值，纵坐标是 图3-7（3-26）为了简化aw和ah的计算，已按各种材料的平均参数作成
f (a) 曲线，如图3-7 值。
f (a) 的曲线“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分二、短路电流热效应 qk 的计算由电力系统短路计算可知，短路全电流瞬时值 的表达式为ik t
2i pt cos t
inp0etk tk 0 0t ta(a) t ta（3-27）2 qk
( 2 i pt cos t
inp 0 e 2 2
inp 0 e 0 0 tk tk
2t ta)2 d tdt（3-28） qp
s)“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（一）短路电流周期分量热效应qp 的计算对于短路电流周期分量热效应 ，可采用辛卜生法进行计算。即abf ( x) d x ba [( y0
yn 1 )] （3-29） 3n2 a 在计算周期分量热效应时，代入 f ( x )
tk 。当取n =4 时，则 y
y3 2 2 2 2 y2
i tk / 4 , y2
i tk / 2 , y3
i 3tk / 4 , y4
i tk 为了进一步简化，可以认为 2。可得2 qp
0 tktk i 2
10 i t2 / 2
i t2 k k 12 (a
s)2（3-30）“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（二）短路电流非周期分量热效应 qnp 的计算由式（3-28）可得qnp
i e0 2 np0 tk
k ta ta ta 2 d t
e ta )( 2 i & ) 2 2 2 2t 2t ta (1
e2 tk ta（3-31）) i 2
s)如果短路电流切除时间 t k& l s，导体的发热主要由周期分量来决定，在此情况下， 则非周期分量的影响可略去不计，即qk
s)“十一五”国家级规划教材i
28ka发电厂电气部分表3-3 非周期分量的等效时间t t(s)短路点 发电机出口及母线 发电机升高电压母线及出线、发 电机电压电抗器后 变电站各级电压母线及出线 ≤0.1s 0.15 0.08 0.05 ＞0.1s 0.20 0.10 0.05“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分第三节 载流导体短路时电动力计算一、计算电动力的方法 （一）毕奥—沙瓦定律法如图3-8所示，处在磁场中的导体l（单位为m），通过电流i（单位为a），根据毕—沙瓦定律可知，导体单元长度dl上所受的电动力df为d f
dl (n)根据式（3-32），载流导体2在dl上所受的电动力(3-32)f
dl (n)0l（3-33）“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分图3-8 磁场对载流导体的电动力电气设备在正常状态下，由于流过导体的工作电流相对较小，相应的电动力也较 小。而在短路时，特别是短路冲击电流流过时，电动力可达到很大的数值,当载流导 体和电气设备的机械强度不够时，将会产生变形或损坏。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（二）两条平行导体间的电动力计算设两条平行细长导体长度为l，中心距离为a，两条导体通过的电流分别为 i 1和 i 2，且二者方向相反，如图3-9所示。当l&&a和a&&d（d为导体直径）时，可以认为导体中的电流集中在各自的轴线上流过。 图3-9 两平行细长载流导体间的电动力“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分为了利用式（3-33）来确定两条载流导体间的电动力，可以认为一条导体处在另一 条导体的磁场里。设载流导体1中的电流 i1在导体2处所产生的磁感应强度为根据式（3-32），载流导体2在dl上所受的电动力i1i2 sin
d l (n) a 由于导体2与磁感应强度 的方向垂直，故b =90°，
=1，作用在载流导体2全 sin 1 df
2 107长上的电动力f
2 1070li1i2 ii d l
2 107 1 2 l (n) a a（3-34）“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分当考虑截面的因素时，常乘以形状系数k（形状系数表示实际形状导体所受的电动力与细长导体电动力之比）。这样，实际电动力为f
2 107 kl i1i2 (n) a（3-35）形状系数k，已绘成曲线。对于矩形导体，如图3-10所示。k是b b 。图中表明 h &1，即导体竖放时，k＜1；当 hab ＝1，即导体截面为正方形时，k≈1。当 增大时（即加大导体间的净距），k趋 hb ab 近于1；当 ≥2，即导体间的净距等于或大于截面周长时，k=1，可以不考虑截 hb面形状对电动力的影响，直接应用式（3-34）计算两母线间的电动力。 对于圆形、管型导体，形状系数k=1。b &1，即导体平放时，k&1；当 hb ab 和 的函数 hb h“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分对于槽形导体，在计算相间和同相条间的电动力时，一般均取形状系数k≈1。 图3-10 矩形截面形状系数曲线“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分二、三相导体短路时的电动力 （一）电动力的计算如不计短路电流周期分量的衰减，三相短路电流为i(3) a(3) ib(3) ic
i m [sin(t
i m [sin(t
e ta sin( a
i m [sin(t
t ta（3-36）三相短路时，中间相（b相）和外边相（a、c相）受力情况并不相同，如图3-11 所示。下面分别进行叙述。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（1）作用在中间相（b相）的电动力。假设电流的方向如图3-11（a）所示，中间相受到两个边相（a、c相）的作用力fba 和fbc ，即fb
2 107l (3) (3) (3) (3) (ib ia
ib ic ) a图3-11 对称三相短路时的电动力 （a）作用在中间相（b相）的电动力； （b）作用在外边相（a相或c相）的电动力“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分将短路电流算式（3-36）代入上式，经三角公式变换后，得2t l 2
(3-37)（2）作用在外边相（a相或c相）的电动力。外边相如a相，受到b相和c相的作 用力分别为 和 ，故fa
10 7 l (3) (3) (3) (3) (ia ib
0.5ia ic ) a2t l 2 3 3 3
e a 8 8 4 6
t（3-38）3 3
“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分由式(3-38)可知， fa由四个分量组成：①不衰减的固定分量，如图3-12(a)所示；②按时间常数ta/2 衰减的非周期分量，如图3-12(b)所示；③按时间常数ta 衰减的工频分量，如图3-12(c)所示；④不衰减的二倍工频分量，如图3-12(d)所示。这四部分之和 为fa ，如图3-12(e)所示。 图3-12 三相短路时a相电动力的各分量及其合力“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（二）电动力的最大值工程上常用到电动力的最大值。先求外边相（a相或c相）和中间相（b相）电动力 的最大值，然后进行比较。
fa 的最大值出现在固定分量和非周期分量之和为最大的瞬间，此时 cos
= 6 1 ，故2a 6 (2n
1) ，n=1，2，…。由此可得
a =75°， 255°等，此角称为临界初相角。4
fb 的最大值出现在非周期分量为最大的瞬间，此时
1, 2 , 故临界初相角为75°,165°,255°等。 2a
3“十一五”国家级规划教材fb发电厂电气部分将临界初相角分别代入电动力表示式（3-38）和（3-37），一般取ta =0.05s，可得2t l 2 3 3
2 107 i m (
e a 8 83 2 3 e 4t
0.05（3-39）cos t 3 cos 2t ) 42t t
2 107 i m ( e
3e 0.05 cos t
cos 2t ) （3-40） a 2 2fa 和 fb的变化曲线，如图3-13所示。“十一五”国家级规划教材t将发电厂电气部分图3-13 三相短路时电动力变化曲线 (a)中间相 fa ；(b)外边相 fb在 短 路 发 生 后 最 初 半 个 周 期 ， 短 路 电 流 的 幅 值 最 大 ， 此 t =0.01s ， 冲 击(3) 流 ish
1.82 i m 。代入式（3-39）和（3-40），便可分别得a相及b相的最大电动力“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分tfamaxfbmaxl (3) 2 （n）
1.616 10 [ish ] a 7 l (3) 2
1.73 10 [ish ] (n) a7（3-41）（3-42）比较此二式可知 fbmax
famax ，故计算最大电动力时应取b相的值。再进一步比较两相短路和三相短路时的电动力。i
( 2) 3 由于 ，故两相短路时的冲击电流为
(3) i(2) ish 3 (3) ish 。当二相导体中流过 2此冲击电流时，其最大电动力为l (2) l
l 2 (2) （3-43） fmax
2 107 [ish ]2
1.5 107 ish (n)
( 2) f 最后，比较 famax 、 bmax 和 fmax ，三个电动力中，仍以 fbmax为最大，故遇到求最大2电动力时，应取fmaxl 2
1.73 10 ish a7(n)（3-44）“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分t（三）导体振动时动态应力导体具有质量和弹性，组成一弹性系统。当受到一次外力作用时，就按一定频率在其平衡位置上下运动，形成固有振动，其振动频率称为固有频率。由于受到摩擦和阻尼作用，振动会逐渐衰减。若导体受到电动力的持续作用而发生振动，便形成 强迫振动。由图3-12(c)、(d)可知，电动力中有工频和二倍工频两个分量。如果导体 的固有频率接近这两个频率之一时，就会出现共振现象，甚至使导体及其构架损坏， 所以在设计时，应避免发生共振。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分导体的振动过程，可按结构动力学中具有分布质量的梁那样来处理。如机械阻尼 略去不计，导体在电动力作用下运动微分方程为4 y 2 y ej 4
f (t ) x t上式表明，电动力 f(t) 被弹性力（左边第一项 ej项 m2 y t 2( 3-45 )4 y x 4）及惯性力（左边第二）所平衡。如果把硬导体看成多跨的连续梁，其一阶固有频率为f1
nf l2 ej m( 3-46 )式中， l为绝缘子跨距（m）； n f为频率系数，根据导体连续跨数和支撑方式而 异，其值如表3-4所示。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分表3-4 导体在不同固定方式下的频率系数 值 跨数及支承方式 单跨、两端简支 1.57单跨、一端固定、一端简支，两等跨、简支 单跨、两端固定，多等跨简支单跨、一端固定、一端活动2.45 3.560.56导体发生振动时，在导体内部会产生动态应力。对于动态应力的考虑，一般是采 用修正静态计算法，即在最大电动力 fmax上乘以动态应力系数 （为动态应力与静态应力之比值），以求得实际动态过程中动态应力的最大值。动态应力系数 与固 有频率的关系，如图3-14所示。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分图3-14 动态应力系数 由图3-14可见，固有频率在中间范围内变化时， &1，动态应力较大；当固有频
率较低时， &1；而固有频率较高时， ≈1。对屋外配电装置中的铝管导体，取
=0.58。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分为了避免导体产生危险的共振，对于重要的导体，应使其固有频率在下述范围以外：
单条导体及一组中的各条导体 35~135hz； 多条导体及引下线的单条导体 35~155hz； 槽形和管形导体 30~160hz。如果固有频率在上述范围以外，可取 =1。若在上述范围内，则电动力便应乘上动态应力系数 ，于是fmaxl 2
1.73 10 ish
a7(n)（3-47）“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分第四节 电气设备及主接线的可靠性分析对电气主接线进行可靠性分析计算的目的，主要是： （1）通过设备的可靠性数据来分析计算电气主接线的可靠性，作为设计和评价电 气主接线的依据； （2）对不同主接线方案进行可靠性指标综合比较，提供计算结果，作为选择最优 方案的依据； （3）对已经运行的主接线，寻求可能的供电路径，选择最佳运行方式； （4）寻找主接线的薄弱环节，以便合理安排检修计划和采取相应对策； （5）研究可靠性和经济性的最佳搭配等。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分一、基本概念 （一）可靠性的含义元件、设备和系统在规定的条件下和预定时间内，完成规定功能的概率。对电气主接线来讲，也就是在规定的额定条件下和预定的时间内（例如一年）完成预期功能状况的概率。衡量主接线完成功能和丧失功能的判据可能是保证某回路或某 若干回路供电连续性的概率、保证发电出力的概率、保证母线电能质量的概率等。判 据越多，越接近工程实际情况，其可靠性计算也越复杂。判据的选择应根据电厂容量 大小、重要程度、与电力系统连接方式以及经济效益等实际情况权衡而定。目前，在 设计主接线时，多以保证连续供电和发电出力的概率作为可靠性计算的判据。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（二）电气设备的分类从可靠性观点看，电力系统中使用的设备（元件）可分为两类：可修复元件和不可 修复元件。 ①可修复元件：如果设备经过一段时间工作后，发生了故障，经过修理能再次恢复到 原来的工作状态，这种设备就称为可修复元件，例如断路器、变压器等设备。 ②不可修复元件：如果设备工作一段时间后，发生了故障不能修理，或者虽能修复但 不经济，这种设备就称为不可修复元件，例如电容器、电灯泡等。（三）电气设备的工作状态电气设备的工作状态，基本上可分为运行状态（工作或待命）和停运状态（故障或 检修）两种。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分据统计一个可修复元件的寿命过程流程图，可通过图3-15来表示。其中“1”表示 运行状态，“0”表示停运状态，持续工作时间tu和持续停运时间td 都是随机变量， 元件运行一段时间tu1 后，随机地发生故障，为恢复其功能进行修理，经 时间td1后又 投入运行，整个元件的寿命处在“运行”、“停运”两种状态的交替之中，是一个循环过程。图3-15可修复元件的状态变化图“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分二、可靠性的主要指标 （一）不可修复元件的可靠性指标（1）可靠度。一个元件在预定时间t内和规定条件下执行规定功能的概率，称为可靠度，记作r(t)。相反，不可靠度用f(t)表示。它们都是时间的函数。元件的可靠度是用概率表示的。设总共有n个相同元件，运行 t 时间以后，已有 nf(t)个元件损坏，还剩 ns(t)个元件完好，则有ns (t ) nf (t )
1 n n或r(t )
ns (t ) n (t ) , f (t )
f n n（3-48）“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分r(t )
f (t )t 当 t =0时，r(t) =1；r
0。这说明元件在开始运行时是完好的，可靠度 r(0)
1 ， 但在工作无穷大时间以后，元件必然发生故障（失效），故 r()
0 ， 表示可靠度在时间上如何从1向0减小的情况，如图3-16所示。 图3-16 可靠度和不可靠度“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（2）不可靠度。不可靠度函数 表示元件在小于或等于预定时间t发生故障的概率。当 t=0时，r(t)=1 ，f(t)=0 ；t时，r(t)=0 ，f(t)=1 。f (t ) d f (t ) d r(t )
dt dt（3-49）f( t ) 是不可靠度 f( t ) 对时间 t 的一阶微分，表示单位时间内发生故障的概率，称 为故障密度函数，所以f (t )
f (t ) d t0t（3-50）“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（3）故障率。故障密度函数 f(t) 与可靠度函数 r(t)的比，称为故障率函数 (t ) 。它 表示元件已正常工作到时刻t ，在t 时刻以后的下一个时间间隔 △t 内发生故障的条件 概率，即f (t ) 1 d r(t ) d
ln r(t ) r(t ) r(t ) d t dt由复合函数微分法则（3-51）d 1 d r(t ) ln r(t )
dt r(t ) d tf (t ) f (t ) 1 d r(t )
f (t ) r(t ) d t (t ) （3-52）r(t )
( t )d tt（3-53）“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分图3-17 设备的典型故障率曲线 （a）－早期故障期；（b）－偶发故障期； （c）－耗损故障期； —规定故障率“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分根据设备的寿命，故障率 (t ) 大致分为三个阶段。 第一阶段：早期故障期。 第二阶段：偶发故障期。 第三阶段：耗损故障期。电力系统的主要设备如发电机、变压器、断路器及输电线路等，都是可修复元件，通过定期检修可以使它们长期工作在偶发故障期，其故障率
(t ) 就具有浴盆曲线中的 偶发故障期的特点， (t ) 与时间无关，为一常数，即 (t )
常数“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分因此，对电力系统和电气设备而言r (t )
e t（3-54）f(t )
t （3-55）f (t )
e一个共同特点，即都按时间呈指数分布。 t（3-56）由此可见，电力系统和电气设备的可靠度函数、不可靠度函数和故障密度函数都有“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（4）平均无故障工作时间。当f (t )
e t呈指数分布，且故障率 (t )tu
f (t ) d t0
t（3-57） 为常数时，有 （3-58）1tu
t e0dt （二）可修复元件的可靠性指标（1）可靠度。可靠度r(t) 是指元件在起始时刻正常运行条件下，在时间区间[0、t] 不发生故障的概率，对可修复元件主要集中在从起始时刻到首次故障的时间。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（2）不可靠度。不可靠度 f(t) 又称失效度，是指元件在起始时刻完好条件下，在 时间区间 [0、t] 发生首次故障的概率。元件在时刻 t 有r(t )
1故障密度 f(t) 是指元件在[t、t+ ]期间发生第一次故障的概率，即d f (t ) d r(t ) f (t )
dt dt（3）故障率。故障率
(t ) 是元件从起始时刻直至时刻t完好条件下，在时刻t以后 单位时间里发生故障的次数。 平均故障率
为故障次数
年数（3-59）“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（4）修复率。元件由停运状态转向运行状态，主要靠修理，表示修理能力的指标 是修复率 (t ) 。修复率表示在现有检修能力和维修组织安排的条件下，平均单位时间 内能修复设备的台数。 （5）平均修复时间。平均修复时间（mean time to repair）简记mttr，亦称平均 停运时间，用符号td 表示，为设备每次连续检修所用时间的平均值，是元件连续停运 时间 td 随机变量的数学期望。当修复率为常数，修复时间td 服从指数分布时 ttd
e0dt 1（3-60）平均停运时间=故障停运小时数 故障次数“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（6）平均运行周期。可修复元件的平均故障间隔时间（mean time between failure ）简化为mtbf，或称为平均运行周期，用符号ts表示，则ts
td（7）可用度。可用度又称可用率、有效度，常用符号a表示，是指稳态下元件或系 统处于正常运行状态的概率。 设备在长期运行中，由于其寿命处于“运行”与“停运”两种状态的交迭中，则可 用度应为tu tu
1（3-61）“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（8）不可用度。不可用度又称不可用率、无效度，常用符号a 表示，是可用度的对立事件，它是指稳态下元件或系统失去规定功能而处于停运状态的概率。a
（3-62）元件的不可用度常用一个无量钢的因数来表示，称为强迫停运率（forced outagerate）简记for，即 for=强迫停运时间
100 % 运行时间
强迫停运时间（3-63）（9）故障频率。故障频率表示设备在长期运行条件下，每年平均故障次数，用符号f 表示，为平均运行周期ts 的倒数，即f 1 1
（3-64）“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（三）电气主接线的可靠性指标主接线的可靠性指标用某种供电方式下的可用度、平均无故障工作时间、每年平均 停运时间和故障频率等表示。三、电气主接线的可靠性分析计算① 网络法：网络法是假定系统每一元件只有两种状态（运行和停运）为前提，根据 系统运行方式及各元件的失效模式绘出逻辑图，建立可靠性数学模型，通过数值计 算求得可靠性指标。 ② 状态空间法：状态空间法是建立在马尔科夫模型基础上，在处理复杂系统或网络时 ，具有较大的灵活性，目前广泛应用于计算电力系统的可靠性。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（一）串联系统图3-18 电路与串联系统框图 (a) 电容器的并联；(b) （a）图的串联逻辑图；(c) 串联系统；(d) 等效系统“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分图3-18(c)、（d）分别表示由n个元件组成的串联系统和其等效系统。依概率乘法定律，串联系统的可靠度rs 为rs
rii 1n（3-65）当各元件故障率为常数时，则rs
i ti 1 n（3-66） estn s
ii 1（3-67）“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分上式表明，串联系统的可靠度等于各元件可靠度的乘积，而串联系统的故障率等于各元件故障率之和。而且串联系统的可靠度比其中任何一元件的可靠度都小，也就是 系统的可靠度要低于最弱元件的可靠度。 串联系统的平均寿命 tus 和元件的平均寿命tu i (i
1, 2, , n)有如下的关系（3-68）tus 1 1 t i 1 u in对可修复元件组成的系统，要同时考虑故障率
和修复率 时，经推导得出可用度的时间函数 a(t) 为 。当 和 均为常数a(t )
)t（3-69）“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分当 t=0 时，a(t)=1 ； t 时，有a(t )
（3-70）应用a(t )
1 的关系，求得 a (t ) 的关系a (t )
n对可修复元件组成的串联系统，串联系统的可用度 as 为as
ii（3-71）“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（二）并联系统凡在一个系统中，若所有元件都发生故障时才构成系统故障，这种系统称为并联系 统，由 个元件组成的并联系统如图3-20所示。图3-20 并联系统框图 (a)并联系统 (b)等效系统“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分若各元件的可靠度为 ri (i
1,2 n) ，则各元件的不可靠度 fi
ri ，由于所 有元件都发生故障时系统才发生故障，则系统的不可靠度为fs
fi并联系统的可靠度i 1nrs
ri )i 1n（3-72）并联系统的平均寿命tus
rs (t ) d t
r(t )}]d t0 0 i 1n当各元件故障率相等，tus 1 1 1 1 1
2 3“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分上式表明，并联系统的寿命比单个元件的寿命长，增加并联元件的个数能增加系统的寿命，但随着并联元件个数的增加，系统寿命增加的程度变小。 对于可修复元件组成的并联系统，其系统的不可用度为各并联元件不可用度的乘积as
ss（3-74）系统未修复的概率为各元件未修复概率的乘积，即e其中 s t ei 1n i te i ti 1n（3-75）s
ii 1n“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（三）串－并联系统串－并联混合系统是由串联系统和并联系统综合组成的系统。其系统可靠度计算方 法，是将系统分解成若干个串、并联的子系统，然后按照先后顺序，分别计算各子系 统的可靠度，最后计算系统的可靠度。（四）复杂结构的割集法如图3-22所示的桥形网络，是典型的非串－并联系统（简称复杂结构）。由图3-22 可见，图中没有简单的串－并联系统。对这类网络有多种有效的分析方法，如条件概 率法，割集法和树图法等。现以割集法为例，对该网络进行分析。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分最小割集：其是指只要集合中的任何一个元件没有失效，就不会造成系统失效的一种割集。这个定义表明，最小割集中的所有元件都必须处于失效状态才能造成系统失 效。利用这一定义即可得到图3-22桥形网络的最小割集，如表3－6所示。 图3-22 桥形网络 表3-6 桥形网络的最小割集最小割 割集中的 最小割集 割集中的 集编号 元件 编号 元件 1 2 ab cd 3 4 aed bec“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分将表3-6中的最小割集组合构成图3-23所示的等效可靠性框图。在这里，由于同一 元件出线在多个最小割集中，不能直接应用串联系统的概率计算公式，而需应用“并 ”集的原理处理。设第i 个最小割集用c i 表示，最小割集用(ci ) p 靠度 s
为 表示 ，则系统不可s
cn ) （3-76）图3-23 桥形网络的最小割集等效可靠性框图“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分第五节 一、技术经济分析的内容 (一）财务评价和国民经济评价 财务评价是从企业角度根据国家现行财税制度和现行价格，分析测算工程项目的 经济效益和费用，考察项目的获利能力、清偿能力及外汇效果等财务状况，以判别 建设工程项目财务上的可行性。
国民经济评价是从国家整体角度考察工程项目的效益和费用，计算分析项目给国 民经济带来的净效益，评价项目经济上的合理性。技术经济分析“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分 财务评价与国民经济评价的主要区别： （1）分析问题的角度不同。 （2）效益与费用的含义和计算范围不同。 （3）使用价格不同。 （4）主要参数不同。(二）不确定性分析不确定性分析是分析可变因素以测定工程项目或设计方案可承担风险的能力。经济分析时采用的数据多为预测或估算的，具有不同程度的不确定性，故需要分析其变化对评价指标的影响，并且预测工程项目可能承担的风险能力。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分(三）方案比较 方案比较常用的方法有：最小费用法、净现值法、内部收益率法，抵偿年限法 等。二、技术经济分析的基本原则1．多方案比较的原则2．可比性原则（1）满足需要上可比 （2）价格指标上可比。 （3）时间上可比。 （4）消耗费用上可比。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分3．综合利用效益原则 4．国民经济效益原则 5．企业经济效益原则6．不确定性分析原则三、常用的技术经济分析方法(一）最小费用法（1）费用现值法。pw
i n t 1 tt（3-77）“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分（2）计算期不同的费用现值法。pw1
t 1 n1i1 c1'
i tt（3-78） i 1
' pw 2
（3-79） t
（3）年费用比较法。 i 1
m mn m '
n（3-80）（3-81）（3-82）i 1
i n1“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分(二）净现值法净现值是用折现率将项目计算期内各年的净效益折算到工程建设初期的现值之和。 净现值率是反映该工程项目的单位投资取得的效益的相对指标，它是净效益现值与投资现值之比。enpv
i tt 1 n（3-83） （3-84）enpvr
enpv / i p“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分(三）内部收益率法（1）内部收益率法。n ci
0t 1（3-85）（2）差额投资内部收益率法。ci
irr t t 1n 0 （3-86）(四）抵偿年限法静态差额投资回收期i 2
' ' c1
c2' c1'
i1（3-87）静态差额投资收益率（3-88）“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分四、方案的经济比较项目(一）综合总投资综合总投资i主要包括变压器综合投资，开关设备，配电装置综合投资以及不可预见的附加投资等。a
a为不明显的附加费用比例系数，如基础加工、电缆沟道开挖费用等，220kv取70，110kv取90。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分(二）运行期的年运行费用年运行费用c
2 i年损耗电能△a 随变压器类型不同而异，分别叙述如下：(3-90)（1）双绕组变压器。n台同类型、容量双绕组变压器并联运行时，其年损耗电能计算式为（2）三绕组变压器。n台同容量、类型三绕组变压器并联运行时，其年损耗电能计算式为 s
sn 2(3-91)1 a
k q1k 1max
2max (3-92) 1k n“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分第四章电气主接线及设计第一节电气主接线设计原则和程序一、对电气主接线的基本要求 (一）可靠性分析电气主接线的可靠性时，要考虑发电厂和变电站在系统中的地位和作用、用 户的负荷性质和类别、设备制造水平及运行经验等诸多因素。 (1)发电厂或变电站在电力系统中的地位和作用。 (2)负荷性质和类别。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分(3)设备的制造水平。(4)长期实践运行经验。主接线可靠性的基本要求通常包括以下几个方面： 断路器检修时，不宜影响对系统供电； 线路、断路器或母线故障时以及母线或母线隔离开关检修时，尽量减少停运出线 回路数和停电时间，并能保证对全部ⅰ类及全部或大部分ⅱ类用户的供电；
尽量避免发电厂或变电站全部停电的可能性；
大型机组突然停运时，不应危及电力系统稳定运行。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分(二）灵活性灵活性包括以下几个方面： (1)操作的方便性。(2)调度的方便性。(3)扩建的方便性。(三）经济性经济性主要从以下几方面考虑： （1）节省一次投资。 （2）占地面积少。 （3）电能损耗少。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分二、电气主接线的设计程序发电厂和变电站基本建设的程序一般分为：初步可行性研究、可行性研究、初步 设计、施工图设计等四个阶段。 电气主接线设计在各阶段中随着要求、任务的不同，其深度、广度也有所差异， 但总的设计原则、方法和步骤基本相同。其设计步骤和内容如下：1．对原始资料分析（1）工程情况 （2）电力系统情况 （3）负荷情况 （4）环境条件 （5）设备供货情况“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分2．主接线方案的拟定与选择 3．短路电流计算和主要电气设备选择 4．绘制电气主接线图 5．编制工程概算“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分第二节 主接线的基本接线形式主接线的基本形式，就是主要电气设备常用的几种连接方式，它以电源和出线为主体。由于各个发电厂或变电站的出线回路数和电源数不同，且每路馈线所传输的功率也不一样，因而为便于电能的汇集和分配，在进出线数较多时(一般超过4回)， 采用母线作为中间环节，可使接线简单清晰，运行方便，有利于安装和扩建。而与 有母线的接线相比，无汇流母线的接线使用电气设备较少，配电装置占地面积较小， 通常用于进出线回路少，不再扩建和发展的发电厂或变电站。 有汇流母线的接线形式可概括地分为单母线接线和双母线接线两大类。 无汇流母线的接线形式主要有单元接线、桥形接线和角形接线。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分一、单母线接线及单母线分段接线(一）单母线接线 图4—1所示为单母线接线，其供电电源在发电厂是发电机或变压器，在变电站是变压器或高压进线回路。图4—1 单母线接线“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分每条回路中都装有断路器和隔离开关，紧靠母线侧的隔离开关称作母线隔离开，靠近线路侧的隔离开关称为线路隔离开关。由于断路器具有开合电路的专用灭弧装置，可以开断或闭合负荷电流和开断短路电流，故用来作为接通或切断电路的控制电器。若馈线的用户侧没有电源时，断路器通往用户的那一侧，可以不装设线路隔离开关。但是由于隔离开关费用不大，为了阻止过电压的侵入或用户启动自备柴油发电 机的误倒送电，也可以装设。
若电源是发电机，则发电机与其出口断路器之间可以不装隔离开关，因为该断路器的检修必然在停机状态下进行；但有时为了便于对发电机单独进行调整和试验，也可以装设隔离开关或设置可拆连接点。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分 qe是线路隔离开关的接地开关，用于线路检修时替代临时安全接地线。当电压 在110kv及以上时，断路器两侧的隔离开关和线路隔离开关的线路侧均应配置接地 开关。此外，对35kv及以上的母线，在每段母线上亦应设置1～2组接地开关或接地器，以保证电器和母线检修时的安全。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分 倒闸操作:发电厂和变电所电气设备有运行、备用和检修三种工作状态。由于正 常供电的需要或故障的发生，而转换设备工作状态的操作称为“倒闸操作”。倒闸 操作正确与否，直接影响安全运行。 倒闸操作“五防”① 防止带负荷拉合隔离开关 ② 防止带地线合隔离开关 ③ 防止带电挂接地线 ④ 防止误拉合断路器⑤ 防止误入带电间隔“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分 根据qf和qs的作用不同，在倒闸操作中必须保证正确的操作顺序。以投切线 路wl1为例，顺序如下：切除wl2（断电）顺序拉开qf2 → qs22 → qs21 投入wl2（送电）顺序合上 qs21 → qs22 → qf2“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分 可以发现，基本的操作原则是：操作qs必须是在qf断开的时候进行；投入qs 时，从电源侧往负荷侧合上qs；退出qs时，从负荷侧往电源侧拉开qs。
为了防止误操作，除严格按照操作规程实行操作票制度外，还应在隔离开关和相应的断路器之间，加装电磁闭锁、机械闭锁或电脑钥匙。 单母线接线优点是：接线简单，操作方便、设备少、经济性好，并且，母线便 于向两端延伸，扩建方便。同时，qs隔离开关不作为操作电器，仅用作隔离电压。
单母线接线缺点是：①可靠性差。母线或母线隔离开关检修或故障时，所有回 路都要停止工作，也就是要造成全厂或全所长期停电。②调度不方便，电源只能并列运行，不能分列运行，并且线路侧发生短路时，有较大的短路电流。 接线形式：一般只用在出线回路少，并且没有重要负荷的发电厂和变电站中。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分(二）单母线分段接线 单母线分段接线如图4—2所示。单母线用分段断路器qfd进行分段，可以提高 供电可靠性和灵活性； 图4—2 单母线分段接线“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分 对重要用户可以从不同段引出两回馈电线路，由两个电源供电；当一段母线发 生故障，分段断路器自动将故障段隔离，保证正常段母线不间断供电，不致使重要 用户停电；两段母线同时故障的几率很小，可以不予考虑。在可靠性要求不高时，亦可用隔离开关分段，任一段母线故障时，将造成两段母线同时停电，在判别故障后，拉开分段隔离开关，完好段即可恢复供电。
通常，为了限制短路电流，简化继电保护，在降压变电站中，采用单母线分段 接线时，低压侧母线分段断路器常处于断开状态，电源是分列运行的。为了防止因 电源断开而引起的停电，应在分段断路器qfd上装设备用电源自动投入装置，在任一分段的电源断开时，将qfd自动接通。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分 分段的数目，取决于电源数量和容量。段数分得越多，故障时停电范围越小， 但使用断路器的数量亦越多，且配电装置和运行也越复杂，通常以2～3段为宜。
该接线适用于：中、小容量发电厂和变电站的6～10kv接线中。但是，由于这种接线对重要负荷必须采用两条出线供电，大大增加了出线数目，使整个母线系统可靠性受到限制，所以，在重要负荷的出线回路较多、供电容量较大时，一般不予采 用。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分二、双母线接线及双母线分段接线(一） 双母线接线双母线接线有两组母线，并且可以互为备用，如图4-3所示。每一电源和出线的回路，都装有一台断路器，有两组母线隔离开关，可分别与两组母线连接。两组母线之间的联络，通过母线联络断路器(简称母联断路器)qfc来实现。 图4—3 双母线分段接线“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分有两组母线后，使运行的可靠性和灵活性大为提高。其特点如下： (1)供电可靠。 通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断；一组母线故障后，能迅速恢复供电。检修任一回路的母线隔离开关时，只需断开此隔离开关所属的一条电路和与此隔离开关相连的该组母线，其他电路均可通过另一 组母线继续运行;“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分上述所有操作均涉及到“倒母线”，其操作步骤必须正确。例如：欲检修工作母 线，可把全部电源和线路倒换到备用母线上。其步骤是：其一，先合上母联断路器 两侧的隔离开关，再合母联断路器qfc，向备用母线充电，这时，两组母线等电位。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分其二，为保证不中断供电，按“先通后断”原则进行操作，即先接通备用母线上 的隔离开关，再断开工作母线上的隔离开关。其三，完成母线转换后，再断开母联 断路器qfc及其两侧的隔离开关，即可使原工作母线退出运行进行检修。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分(2)调度灵活： 各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应电力系统中 各种运行方式调度和潮流变化的需要；通过倒换操作可以组成各种运行方式。① 当母联断路器断开，一组母线运行，另一组母线备用，全部进出线均接在运行母线上，即相当于单母线运行。 ② 两组母线同时工作，并且通过母联断路器并联运行，电源与负荷平均分配在两 组母线上，即称之为固定连接方式运行。这也是目前运行中最常采用的运行方式， 它的母线继电保护相对比较简单。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分③ 有时为了系统的需要，亦可将母联断路器断开 (处于热备用状态)，两组母线同 时运行。此时，这个电厂相当于分裂为两个电厂各向系统送电，这种运行方式常用 于系统最大运行方式时，以限制短路电流。双母线接线还可以完成一些特殊功能。例如：用母联与系统进行同期或解列操作；当个别回路需要单独进行试验时(如发电机或线路检修后需要试验)，可将该回路单 独接到备用母线上运行；当线路利用短路方式熔冰时，亦可用一组备用母线作为熔 冰母线，不致影响其他回路工作等。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分(3)扩建方便： 向双母线左右任何方向扩建，均不会影响两组母线的电源和负荷自由组合分配， 在施工中也不会造成原有回路停电。 由于双母线接线有较高的可靠性，广泛用于：出线带电抗器的6～10kv配电装置；35～60kv出线数超过8回，或连接电源较大、负荷较大时；110～220kv出线数为5回及以上时。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分(二）双母线分段接线 为了缩小母线故障的停电范围，可采用双母线分段接线，如图4-4所示。用分段 断路器将工作母线分为 w 段和w段，每段工作母线用各自的母联断路器与备用母线w2相连，电源和出线回路均匀地分布在两段工作母线上。图4—4 双母线分段接线“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分 双母线分段接线比双母线接线的可靠性更高。当一段工作母线发生故障后，在 继电保护作用下，分段断路器先自动跳开，而后将故障段母线所连的电源回路的断 路器跳开，该段母线所连的出线回路停电；随后，将故障段母线所连的电源回路和 出线回路切换到备用母线上，即可恢复供电。这样，只是部分短时停电，而不必全部短期停电。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分 双母线分段接线较多用于220kv配电装置，当进出线数为10~14回时，采用三分 段（仅一组母线用断路器分段），15回及以上时，采用四分段（二组母线均用断路 器分段）；同时在330～500kv大容量配电装置中，出线为6回及以上时，一般也采 用类似的双母线分段接线。 在6～10kv配电装置中，当进出线回路数或母线上电源较多，输送和通过功率较大时，为限制短路电流，以选择轻型设备，并为提高接线的可靠性，常采用双母线 三或四分段接线，并在分段处加装母线电抗器。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分三、带旁路母线的单母线和双母线接线(一）单母线分段带旁路母线的接线（1）单母线分段带专用旁路断路器的旁路母线接线图4-5 单母线分段带专用旁路断路器的旁路母线接线“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分接线中设有旁路母线 wp、旁路断路器qfp及母线旁路隔离开关qspⅰ、qspⅱ、 qspp，此外在各出线回路的线路隔离开关的外侧都装有旁路隔离开关qsp，使旁 路母线能与各出线回路相连。在正常工作时，旁路断路器qfp以及各出线回路上的 旁路隔离开关qsp，都是断开的，旁路母线wp不带电。“十一五”国家级规划教材发电厂电气部分通常，旁路断路器两侧的隔离开关处于合闸状态，即qspp于合闸状态，而 qspⅰ