第一章概述5～71第二章載流導(dǎo)體的發(fā)熱和電動(dòng)力72～126第三章滅弧原理及主要開(kāi)關(guān)電器127～215第四章電氣主接線及設(shè)計(jì)216～357第五章廠用電接線及設(shè)計(jì)358～470第六章導(dǎo)體和電氣設(shè)備的原理與選擇471～576第七章配電裝置577～627目錄第一章概述5～71第二章載流導(dǎo)體的發(fā)熱和電動(dòng)力72～121第八章發(fā)電廠和變電站的控制與信號(hào)第九章同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行第十章電力變壓器的運(yùn)行628～674675～710711～791第八章發(fā)電廠和變電站的控制與信號(hào)第九章同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行第2第一節(jié)電力工業(yè)發(fā)展概況一、我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展簡(jiǎn)況第一章概述1882年7月26日，上海電氣公司在上海成立，安裝了一臺(tái)以蒸汽機(jī)帶動(dòng)的直流發(fā)電機(jī)，并正式發(fā)電，從電廠到外灘沿街架線，供給照明用電，這是我國(guó)的第一座火電廠。這與世界上第一座火電廠——于1875年建成的法國(guó)巴黎火車(chē)站電廠相距僅7年，與美國(guó)的第一座火電廠——舊金山實(shí)驗(yàn)電廠相距3年，與英國(guó)的第一座火電廠——倫敦霍爾蓬電廠同年建成，說(shuō)明當(dāng)年我國(guó)電力建設(shè)和世界強(qiáng)國(guó)差距并不大。第一節(jié)電力工業(yè)發(fā)展概況一、我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展簡(jiǎn)況第一章概述3從1882年7月上海第一臺(tái)發(fā)電機(jī)組發(fā)電開(kāi)始到1949年新中國(guó)成立，在60多年中經(jīng)歷了辛亥革命、土地革命、抗日戰(zhàn)爭(zhēng)和解放戰(zhàn)爭(zhēng)，這時(shí)期電力工業(yè)發(fā)展遲緩，全國(guó)發(fā)電設(shè)備的總裝機(jī)容量184.86萬(wàn)kW（當(dāng)時(shí)占世界第21位），年發(fā)電量?jī)H43.1億kW·h（當(dāng)時(shí)占世界第25位），人均年占有發(fā)電量不足10kW·h。新中國(guó)成立后，電力工業(yè)有了很大的發(fā)展，尤其是1978年以后，改革開(kāi)放、發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)的正確決策和綜合國(guó)力的提高，使電力工業(yè)取得了突飛猛進(jìn)、舉世矚目的輝煌成就。到1995年末，全國(guó)年發(fā)電量已達(dá)到10000億kW·h，僅次于美國(guó)而躍居世界第2位；全國(guó)發(fā)電設(shè)備總裝機(jī)容量達(dá)2.1億kW，當(dāng)時(shí)居世界第3位。截至2013年底，全國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到12.5億kW，首次超越美國(guó)位居世界第1位。從電力生產(chǎn)情況看，全年發(fā)電量達(dá)到5.35萬(wàn)億kW·h，同比增長(zhǎng)7.5%。全國(guó)火電機(jī)組供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗321g/kW·h，提前實(shí)現(xiàn)國(guó)家節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃目標(biāo)，煤電機(jī)組供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗繼續(xù)居世界先進(jìn)水平。從1882年7月上海第一臺(tái)發(fā)電機(jī)組發(fā)電開(kāi)始到41972年建成了我國(guó)第一條超高壓330kV輸電線路，由甘肅劉家峽水電廠到陜西關(guān)中地區(qū)。2005年9月，我國(guó)第一個(gè)超高壓750kV輸變電工程（官?gòu)d至蘭州東）正式投入運(yùn)行，這是我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展史上一個(gè)新的里程碑。2006年8月19日，我國(guó)特高壓試驗(yàn)示范工程1000kV晉東南—南陽(yáng)—荊門(mén)工程正式奠基。2014年7月，溪洛渡左岸—浙江金華±800kV特高壓直流輸電工程正式投運(yùn)。該工程在世界上首次實(shí)現(xiàn)單回直流工程800萬(wàn)kW連續(xù)運(yùn)行和840萬(wàn)kW過(guò)負(fù)荷輸電運(yùn)行，創(chuàng)造了超大容量直流輸電的新紀(jì)錄。目前，我國(guó)最大的火電機(jī)組容量為110萬(wàn)kW（新疆農(nóng)六師煤電有限公司二期工程），最大的水電機(jī)組容量為80萬(wàn)kW（向家壩水電站），最大的核電機(jī)組容量為175萬(wàn)kW（臺(tái)山核電站）；最大的火力發(fā)電廠裝機(jī)容量為540萬(wàn)kW（內(nèi)蒙古托克托電廠，8×60萬(wàn)+2×30萬(wàn)kW），最大的水力發(fā)電廠裝機(jī)容量為2250萬(wàn)kW（三峽電廠，32×70萬(wàn)+2×5萬(wàn)kW），最大的核電發(fā)電廠裝機(jī)容量為380萬(wàn)kW（大亞灣——嶺澳核電站，2×90萬(wàn)+2×100萬(wàn)kW），最大的抽水蓄能廠裝機(jī)容量為240萬(wàn)kW（廣東抽水蓄能電廠，8×30萬(wàn)kW）。1972年建成了我國(guó)第一條超高壓330kV輸5二、電力系統(tǒng)發(fā)展前景為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)和人民生活供給充足、可靠、優(yōu)質(zhì)、廉價(jià)的電能，是電力系統(tǒng)的基本任務(wù)。節(jié)能減排，“一特四大”，實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化，西電東送，南北互供，發(fā)展聯(lián)合電力系統(tǒng)，是我國(guó)電力工業(yè)的發(fā)展方向，也是一項(xiàng)全局性的龐大系統(tǒng)工程。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，還有很多事要做，且依賴(lài)于各方面相關(guān)技術(shù)的全面進(jìn)步。如下為相關(guān)的技術(shù)與目標(biāo)。1.節(jié)能減排，世紀(jì)之約2.做好電力規(guī)劃，加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)3.電力工業(yè)現(xiàn)代化4.聯(lián)合電力系統(tǒng)5.電力市場(chǎng)6.IT技術(shù)7.潔凈煤發(fā)電技術(shù)8.綠色能源的開(kāi)發(fā)和利用二、電力系統(tǒng)發(fā)展前景為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)和人民生6第二節(jié)發(fā)電廠類(lèi)型一、電能與發(fā)電廠電能是由一次能源經(jīng)加工轉(zhuǎn)換而成的能源，稱(chēng)為二次能源。電能與其他形式的能源相比，其特點(diǎn)有：

（1）電能可以大規(guī)模生產(chǎn)和遠(yuǎn)距離輸送

（2）電能方便轉(zhuǎn)換和易于控制

（3）損耗小

（4）效率高

（5）電能在使用時(shí)沒(méi)有污染，噪聲小總之，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電能的應(yīng)用不僅影響到社會(huì)物質(zhì)生產(chǎn)的各個(gè)側(cè)面，也越來(lái)越廣泛地滲透到人類(lèi)生活的每個(gè)層次。電氣化在某種程度上成為現(xiàn)代化的同義語(yǔ)，電氣化程度已成為衡量社會(huì)物質(zhì)文明發(fā)展水平的重要標(biāo)志。第二節(jié)發(fā)電廠類(lèi)型一、電能與發(fā)電廠電能是由一次能源7發(fā)電廠將各種一次能源轉(zhuǎn)變成電能的工廠。按一次能源的不同發(fā)電廠分為：（1）火力發(fā)電廠（2）水力發(fā)電廠

（3）核能發(fā)電廠

（4）風(fēng)力發(fā)電廠

（5）地?zé)岚l(fā)電廠

（6）太陽(yáng)能發(fā)電廠

（7）潮汐發(fā)電廠發(fā)電廠將各種一次能源轉(zhuǎn)變成電能的工廠。8二、火力發(fā)電廠（一）火電廠的分類(lèi)按原動(dòng)機(jī)分

（1）凝汽式汽輪機(jī)發(fā)電廠（2）燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電廠（3）內(nèi)燃機(jī)發(fā)電廠（4）蒸汽-燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電廠等。

（1）燃煤發(fā)電廠（2）燃油發(fā)電廠（3）燃?xì)獍l(fā)電廠（4）余熱發(fā)電廠按燃料分二、火力發(fā)電廠（一）火電廠的分類(lèi)（1）凝汽式汽9按蒸汽壓力和溫度分

（1）中低壓發(fā)電廠，其蒸汽壓力在3.92MPa、溫度為450℃的發(fā)電廠，單機(jī)功率小于25MW（2）高壓發(fā)電廠，其蒸汽壓力一般為9.9MPa、溫度為540℃的發(fā)電廠，單機(jī)功率小于100MW

（3）超高壓發(fā)電廠，其蒸汽壓力一般為13.83MPa、溫度為540/540℃的發(fā)電廠，單機(jī)功率小于200MW（4）亞臨界壓力發(fā)電廠，其蒸汽壓力一般為16.77MPa、溫度為540/540℃的發(fā)電廠，單機(jī)功率為300MW直至1000MW不等；按蒸汽壓力和溫度分（1）中低壓發(fā)電廠，其蒸汽壓10

（5）超臨界壓力發(fā)電廠，其蒸汽壓力大于22.11MPa、溫度為550/550℃的發(fā)電廠，機(jī)組功率為600MW、800MW及以上；

（6）超超臨界壓力發(fā)電廠，其蒸汽壓力為26.25MPa、溫度為600/600℃的發(fā)電廠，機(jī)組功率為1000MW及以上；按輸出能源分

（1）凝汽式發(fā)電廠，即只向外供應(yīng)電能的發(fā)電廠，其效率較低，只有30%~40%。

（2）熱電廠，即同時(shí)向外供應(yīng)電能和熱能的電廠，其效率較高，可達(dá)60%~70%。（5）超臨界壓力發(fā)電廠，其蒸汽壓力大于22.11MPa、11

火力發(fā)電廠的生產(chǎn)過(guò)程概括地說(shuō)是把煤炭中含有的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^(guò)程，如圖1-1所示的凝氣式電廠，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程可分為三個(gè)階段：

（1）燃燒系統(tǒng)：燃料的化學(xué)能在鍋爐燃燒中轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，加熱鍋爐中的水使之變?yōu)檎羝?，稱(chēng)為燃燒系統(tǒng)；

（2）汽水系統(tǒng)：鍋爐產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)，沖動(dòng)汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，稱(chēng)為汽水系統(tǒng)；（3）電氣系統(tǒng)：超由汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，把機(jī)械能變?yōu)殡娔?，稱(chēng)為電氣系統(tǒng)；（二）火電廠的電能生產(chǎn)過(guò)程火力發(fā)電廠的生產(chǎn)過(guò)程概括地說(shuō)是把煤炭中含12“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材圖1-1凝汽式發(fā)電廠生產(chǎn)過(guò)程示意圖“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材圖1-1凝汽式發(fā)電廠生產(chǎn)過(guò)程示意圖131.燃燒系統(tǒng)

燃燒系統(tǒng)由運(yùn)煤、磨煤、燃燒、風(fēng)煙、灰渣等環(huán)節(jié)組成，其流程如圖1-2所示。圖1-2火電廠燃燒系統(tǒng)流程示意圖1.燃燒系統(tǒng)燃燒系統(tǒng)由運(yùn)煤、磨煤、燃燒、風(fēng)煙、14

燃燒系統(tǒng)包括如下子系統(tǒng)：

（1）運(yùn)煤系統(tǒng)。（2）磨煤系統(tǒng)。（3）燃燒系統(tǒng)。（4）風(fēng)煙系統(tǒng)。（5）灰渣系統(tǒng)。2.汽水系統(tǒng)

火電廠的汽水系統(tǒng)由鍋爐、汽輪機(jī)、凝汽器、除氧器、加熱器等設(shè)備及管道構(gòu)成，包括給水系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)和補(bǔ)充給水系統(tǒng)，如圖1-3所示。

燃燒系統(tǒng)包括如下子系統(tǒng)：2.汽水系統(tǒng)15圖1-3火電廠汽水系統(tǒng)流程示意圖圖1-3火電廠汽水系統(tǒng)流程示意圖163.電氣系統(tǒng)

發(fā)電廠的電氣系統(tǒng)，包括發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁裝置、廠用電系統(tǒng)和升壓變電站等，如圖1-4所示。

圖1-4火電廠電氣系統(tǒng)流程示意圖3.電氣系統(tǒng)發(fā)電廠的電氣系統(tǒng)，包括發(fā)電機(jī)17(三)火電廠的特點(diǎn)

（1）布局靈活，裝機(jī)容量的大小可按需要決定。

（2）一次性建造投資少，單位容量的投資僅為同容量水電廠的一半左右。

（3）耗煤量大。（4）動(dòng)力設(shè)備繁多，發(fā)電機(jī)組控制操作復(fù)雜，廠用電量和運(yùn)行人員都多于水電廠，運(yùn)行費(fèi)用高。

（5）燃煤發(fā)電機(jī)組由停機(jī)到開(kāi)機(jī)并帶滿負(fù)荷需要幾小時(shí)到十幾小時(shí)，并附加耗用大量燃料。

（6）火電廠擔(dān)負(fù)調(diào)峰、調(diào)頻或事故備用，相應(yīng)的事故增多，強(qiáng)迫停運(yùn)率增高，廠用電率增高。

（7）火電廠的各種排放物（如煙氣、灰渣和廢水）對(duì)環(huán)境的污染較大。(三)火電廠的特點(diǎn)（1）布局靈活，裝機(jī)容量的大小可18(四)火電廠對(duì)環(huán)境的影響及處理措施火電廠生產(chǎn)時(shí)的污染排放主要是煙氣污染物排放、灰渣排放和廢水排放，其中煙氣中的粉塵、硫氧化物和氮氧化物經(jīng)過(guò)煙囪排入大氣，這些一次污染物通過(guò)在大氣中的遷移、轉(zhuǎn)化生成二次污染物，會(huì)給環(huán)境造成很大的危害。處理措施：（1）廢水：凈化，回收再利用（2）煙氣：除塵，脫硫（3）灰渣：綜合利用(四)火電廠對(duì)環(huán)境的影響及處理措施火電廠生產(chǎn)時(shí)的污染排19(一)水電廠的分類(lèi)1.按集中落差的方式分

（1）堤壩式水電廠。在河流中落差較大的適宜地段攔河建壩，形成水庫(kù)，將水積蓄起來(lái)，抬高上游水位，形成發(fā)電水頭，這種開(kāi)發(fā)模式稱(chēng)為堤壩式。由于水電廠廠房在水利樞紐中的位置不同，又分為壩后式和河床式兩種型式。壩后式水電廠示意圖如圖1-6所示。河床式水電廠示意圖如圖1-7所示。三、水力發(fā)電廠(一)水電廠的分類(lèi)1.按集中落差的方式分（20圖1-6壩后式水電廠示意圖圖1-6壩后式水電廠示意圖21圖1-7河床式水電廠示意圖圖1-7河床式水電廠示意圖22

（2）引水式水電廠。由引水渠道造成水頭，用于河床坡度較大的高水頭中小型水電廠。圖1-8引水式水電廠示意圖（2）引水式水電廠。圖1-8引水式水電廠示23

（3）混合式水電廠。在適宜開(kāi)發(fā)的河段攔河筑壩，壩上游河段的落差由壩集中，壩下游河段的落差由有壓力引水道集中，而水電廠的水頭則由這兩部分落差共同形成，這種集中落差的方式稱(chēng)為混合開(kāi)發(fā)模式，由此而修建的水電廠稱(chēng)為混合式水電廠，它兼有堤壩式和引水式兩種水電廠的特點(diǎn)。2.按徑流調(diào)節(jié)的程度分

（1）無(wú)調(diào)節(jié)水電廠。

（2）有調(diào)節(jié)水電廠。根據(jù)水庫(kù)對(duì)徑流的調(diào)節(jié)程度，又可將水電廠分為：日調(diào)節(jié)水電廠，年調(diào)節(jié)水電廠和多年調(diào)節(jié)水電廠。（3）混合式水電廠。在適宜開(kāi)發(fā)的河段攔河筑壩，24(二)水電廠的特點(diǎn)

（1）可綜合利用水能資源。

（2）發(fā)電成本低、效率高。

（3）運(yùn)行靈活。

（4）水能可儲(chǔ)蓄和調(diào)節(jié)。（5）水力發(fā)電不污染環(huán)境。

（6）水電廠建設(shè)投資較大，工期較長(zhǎng)。

（7）發(fā)電不均衡。

（8）給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)一些不利，還可能在一定程度破壞自然界的生態(tài)平衡。(二)水電廠的特點(diǎn)（1）可綜合利用水能資源。25(三)抽水蓄能電廠1.工作原理

抽水蓄能電廠是以一定水量作為能量載體，通過(guò)能量轉(zhuǎn)換向電力系統(tǒng)提供電能。圖1-9抽水蓄能電廠示意圖(三)抽水蓄能電廠1.工作原理抽水蓄能電廠是262.抽水蓄能電廠在電力系統(tǒng)中的作用

（1）調(diào)峰。

（2）填谷。

（3）事故備用。

（4）調(diào)頻。（5）調(diào)相。

（6）黑啟動(dòng)。（7）蓄能。2.抽水蓄能電廠在電力系統(tǒng)中的作用273.抽水蓄能電廠的效益

（1）容量效益。

（2）節(jié)能效益。

（3）環(huán)保效益。

（4）動(dòng)態(tài)效益。（5）提高火電設(shè)備利用率。

（6）對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染且可美化環(huán)境。

3.抽水蓄能電廠的效益（1）容量效益。28（一）核電廠的分類(lèi)1.壓水堆核電廠

圖1-10所示為壓水堆核電廠的示意圖。整個(gè)系統(tǒng)分成兩大部分，即一回路系統(tǒng)和二回路系統(tǒng)。一回路系統(tǒng)中壓力為15MPa的高壓水被冷卻劑主泵送進(jìn)反應(yīng)堆，吸收燃料元件的釋熱后，進(jìn)入蒸汽發(fā)生器下部的U形管內(nèi)，將熱量傳給二回路的水，再返回冷卻劑主泵入口，形成一個(gè)閉合回路。二回路系統(tǒng)的水在U形管外部流過(guò)，吸收一回路水的熱量后沸騰，產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)的高壓缸做功；高壓缸的排汽經(jīng)再熱器再熱提高溫度后，再進(jìn)入汽輪機(jī)的低壓缸做功；膨脹做功后的蒸汽在凝汽器中被凝結(jié)成水，再送回蒸汽發(fā)生器，形成一個(gè)閉合回路。四、核能發(fā)電廠（一）核電廠的分類(lèi)1.壓水堆核電廠圖1-1029圖1-10壓水堆核電廠示意圖圖1-10壓水堆核電廠示意圖302.沸水堆核電廠

圖1-11所示為沸水堆核電廠的示意圖。在沸水堆核電廠中，堆芯產(chǎn)生的飽和蒸汽經(jīng)分離器和干燥器除去水分后直接送入汽輪機(jī)做功。在沸水堆核電廠中反應(yīng)堆的功率主要由堆芯的含汽量來(lái)控制。圖1-11沸水堆核電廠的示意圖2.沸水堆核電廠圖1-11所示為沸水堆核電廠31（二）核電廠的系統(tǒng)1.核島的核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)

核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)包括以下子系統(tǒng)：（1）一回路主系統(tǒng)，包括壓水堆、冷卻劑主泵、蒸汽發(fā)生器和穩(wěn)壓器等。（2）化學(xué)和容積控制系統(tǒng)。（3）余熱排出系統(tǒng)，又稱(chēng)停堆冷卻系統(tǒng)。（4）安全注射系統(tǒng)，又稱(chēng)緊急堆芯冷卻系統(tǒng)。（5）控制、保護(hù)和檢測(cè)系統(tǒng)。（二）核電廠的系統(tǒng)1.核島的核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)322.核島的輔助系統(tǒng)

核島的輔助系統(tǒng)包括以下子系統(tǒng)：（1）設(shè)備冷卻水系統(tǒng)，用于冷卻所有位于核島內(nèi)的帶放射性水的設(shè)備。（2）硼回收系統(tǒng)，用于對(duì)一回路系統(tǒng)的排水進(jìn)行儲(chǔ)存、處理和監(jiān)測(cè)，將其分離成符合一回路水質(zhì)要求的水及濃縮的硼酸溶液。（3）反應(yīng)堆的安全殼及噴淋系統(tǒng)。（4）核燃料的裝換料及儲(chǔ)存系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)燃料元件的裝換料和儲(chǔ)存。（5）安全殼及核輔助廠房通風(fēng)和過(guò)濾系統(tǒng)。它的作用是實(shí)現(xiàn)安全殼和輔助廠房的通風(fēng)，同時(shí)防止放射性外泄。（6）柴油發(fā)電機(jī)組，為核島提供應(yīng)急電源。2.核島的輔助系統(tǒng)核島的輔助系統(tǒng)包括以下333.常規(guī)島的系統(tǒng)

常規(guī)島的系統(tǒng)與火電廠的系統(tǒng)相似，它通常包括：（1）二回路系統(tǒng)，又稱(chēng)汽輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，由蒸汽系統(tǒng)、汽輪發(fā)電機(jī)組、凝汽器、蒸汽排放系統(tǒng)、給水加熱系統(tǒng)及輔助給水系統(tǒng)等組成。（2）循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。（3）電氣系統(tǒng)及廠用電設(shè)備。3.常規(guī)島的系統(tǒng)常規(guī)島的系統(tǒng)與火電廠的34（三）核電廠的運(yùn)行

核電廠的運(yùn)行和火電廠相比有以下一些新的特點(diǎn)：

（1）壓水堆核電廠的反應(yīng)堆，只能對(duì)反應(yīng)堆堆芯一次裝料，并定期停堆換料。

（2）反應(yīng)堆的堆芯內(nèi)，核燃料發(fā)生裂變反應(yīng)釋放核能的同時(shí)，也放出瞬發(fā)中子和瞬發(fā)射線。

（3）反應(yīng)堆在停閉后，運(yùn)行過(guò)程中積累起來(lái)的裂變碎片和、衰變，將繼續(xù)使堆芯產(chǎn)生余熱（又稱(chēng)衰變熱）。

（4）核電廠在運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)的放射性廢物。（5）核電廠的建設(shè)費(fèi)用高，但燃料所占費(fèi)用較為便宜。（三）核電廠的運(yùn)行核電廠的運(yùn)行和火電廠相35第三節(jié)變電站類(lèi)型變電站是電力系統(tǒng)中變換電壓、接受和分配電能、控制電力的流向和調(diào)整電壓的電氣設(shè)施。在電力系統(tǒng)中變電站是輸電和配電的集結(jié)點(diǎn)。一、變電站的分類(lèi)（一）按變電站在電力系統(tǒng)中的地位和作用分類(lèi)（1）樞紐變電站（2）中間變電站（3）區(qū)域（地區(qū)）變電站（4）企業(yè)變電站（5）末端（用戶）變電站第三節(jié)變電站類(lèi)型變電站是電力系統(tǒng)中變換電壓36（二）按變電站建筑形式和電氣設(shè)備布置方式分類(lèi)（1）戶內(nèi)變電站（2）半戶內(nèi)變電站（3）戶外變電站（三）其他分類(lèi)（1）按變電站供電對(duì)象的差異，分為城鎮(zhèn)變電站、工業(yè)變電站和農(nóng)業(yè)變電站；（2）按變電站是否有人正常運(yùn)行值班，分為有人值班變電站和無(wú)人值班變電站；（3）按變電站圍護(hù)結(jié)構(gòu)不同，分為土建變電站和箱式變電站。（二）按變電站建筑形式和電氣設(shè)備布置方式分類(lèi)37二、新型變電站簡(jiǎn)介（一）數(shù)字化變電站1.含義和結(jié)構(gòu)數(shù)字化變電站是由智能化一次設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備在IEC61850通信協(xié)議基礎(chǔ)上分層構(gòu)建，能夠?qū)崿F(xiàn)智能設(shè)備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站。數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在物理上可分為兩類(lèi)，即智能化的一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備；在邏輯結(jié)構(gòu)上可分為三個(gè)層次，分別為過(guò)程層、間隔層、站控層。2.主要特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)特點(diǎn)：（1）變電站傳輸和處理的信息全數(shù)字化；（2）過(guò)程層設(shè)備智能化；（3）統(tǒng)一的信息模型，包括數(shù)據(jù)模型和功能模型；（4）統(tǒng)一的通信協(xié)議，數(shù)據(jù)無(wú)縫交換；（5）高質(zhì)量信息，具有可靠性、完整性、實(shí)時(shí)性；（6）各種設(shè)備和功能共享統(tǒng)一的信息平臺(tái)。二、新型變電站簡(jiǎn)介（一）數(shù)字化變電站38優(yōu)點(diǎn)：（1）各種功能共用統(tǒng)一的信息平臺(tái)，避免設(shè)備重復(fù)投入；（2）測(cè)量準(zhǔn)確度高、無(wú)飽和、無(wú)電流互感器二次開(kāi)路；（3）二次接線簡(jiǎn)單；（4）光纖取代電纜，電磁兼容性能優(yōu)越；（5）信息傳輸通道都可自檢，可靠性高；（6）管理自動(dòng)化。（二）智能變電站

智能變電站是指采用先進(jìn)、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動(dòng)完成信息采集、測(cè)量、控制、保護(hù)、計(jì)量和監(jiān)測(cè)等基本功能，并可根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動(dòng)等高級(jí)功能的變電站。1.智能設(shè)備智能設(shè)備是指附加了智能組件的高壓設(shè)備。智能組件通過(guò)狀態(tài)感知元件和指令執(zhí)行元件，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)的可視化、控制的網(wǎng)絡(luò)化和信息互動(dòng)化，為智能電網(wǎng)提供最基礎(chǔ)的功能支撐。優(yōu)點(diǎn)：（1）各種功能共用統(tǒng)一的信息平臺(tái)，避免392.智能變電站高級(jí)應(yīng)用功能（1）設(shè)備狀態(tài)可視化。（2）變電站智能告警在線處理專(zhuān)家系統(tǒng)。（3）變電站事故信息綜合分析輔助決策系統(tǒng)。（4）智能變電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與優(yōu)化控制。（5）與智能電網(wǎng)其他節(jié)點(diǎn)的互動(dòng)。2.智能變電站高級(jí)應(yīng)用功能40三、直流輸電換流站（一）換流站簡(jiǎn)介在輸電系統(tǒng)的送端需要將交流電轉(zhuǎn)換為直流電（此過(guò)程稱(chēng)為整流），經(jīng)過(guò)直流輸電線路將電能送往受端；而在受端又必須將直流電轉(zhuǎn)換為交流電（此過(guò)程稱(chēng)為逆變），然后送到受端的交流系統(tǒng)中去，供用戶使用。在這個(gè)系統(tǒng)的送端進(jìn)行整流變換的地方稱(chēng)為整流站，而在受端進(jìn)行逆變變換的地方稱(chēng)為逆變站，兩者統(tǒng)稱(chēng)為換流站。（二）背靠背換流站背靠背換流站作為高壓直流輸電工程的一種特殊換流方式，將高壓直流輸電的整流站和逆變站合并在一個(gè)換流站內(nèi)，在同一處完成將交流變直流，再由直流變交流的換流過(guò)程，其整流和逆變的結(jié)構(gòu)、交流側(cè)的設(shè)施與高壓直流輸電完全一樣。三、直流輸電換流站（一）換流站簡(jiǎn)介41背靠背換流站具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）換流站的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，比常規(guī)換流站的造價(jià)低15%~20%。（2）控制系統(tǒng)響應(yīng)速度更快。直流側(cè)的故障率很低，從而使保護(hù)得到了簡(jiǎn)化。（3）在運(yùn)行中可方便地降低直流電壓和增加直流電流來(lái)進(jìn)行無(wú)功功率控制或交流電壓控制，以提高電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。（4）在實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)非同步聯(lián)網(wǎng)時(shí)，可不增加被聯(lián)電力系統(tǒng)的短路容量，從而避免了由此所產(chǎn)生的需要更換開(kāi)關(guān)等問(wèn)題；可利用直流輸送功率的可控性，方便地實(shí)現(xiàn)被聯(lián)電力系統(tǒng)之間的電力和電量的經(jīng)濟(jì)調(diào)度；此外，可方便地利用直流輸送功率的快速控制來(lái)進(jìn)行電力系統(tǒng)的頻率控制或阻尼電力系統(tǒng)的低頻振蕩，從而提高了電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。（5）由于直流側(cè)電壓較低，有利于換流站設(shè)備的模塊化設(shè)計(jì)。采用模塊化設(shè)計(jì)可進(jìn)一步降低換流站的造價(jià)，縮短工程的建設(shè)周期，提高工程運(yùn)行的可靠性。背靠背換流站具有以下優(yōu)點(diǎn)：42（一）一次設(shè)備

通常把生產(chǎn)、變換、輸送、分配和使用電能的設(shè)備，如發(fā)電機(jī)、變壓器和斷路器等稱(chēng)為一次設(shè)備。它們包括：

（1）生產(chǎn)和轉(zhuǎn)換電能的設(shè)備。

（2）接通或斷開(kāi)電路的開(kāi)關(guān)電器。第四節(jié)發(fā)電廠和變電站電氣部分概述一、電氣設(shè)備、接線和裝置（一）一次設(shè)備通常把生產(chǎn)、變換、輸送、分配和使用電43

（3）限制故障電流和防御過(guò)電壓的保護(hù)電器。

（4）載流導(dǎo)體。（5）互感器，包括電壓互感器和電流互感器。

（6）無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備。（7）接地裝置。（3）限制故障電流和防御過(guò)電壓的保護(hù)電器。44對(duì)一次設(shè)備和系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量、控制、監(jiān)視和起保護(hù)作用的設(shè)備，稱(chēng)為二次設(shè)備。（1）測(cè)量表計(jì)，如電壓表、電流表、頻率表、功率表和電能表等，用于測(cè)量電路中的電氣參數(shù)。

（2）繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置及遠(yuǎn)動(dòng)裝置。（3）直流電源設(shè)備，包括直流發(fā)電機(jī)組、蓄電池組和整流裝置等。（4）操作電器、信號(hào)設(shè)備及控制電纜。（二）二次設(shè)備對(duì)一次設(shè)備和系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量、控制、監(jiān)視和起保45一次電路：由一次設(shè)備，例如發(fā)電機(jī)、變壓器、斷路器等，按預(yù)期生產(chǎn)流程所連成的電路，稱(chēng)為一次電路，或稱(chēng)電氣主接線；二次電路：由二次設(shè)備所連成的電路稱(chēng)為二次電路，或稱(chēng)二次接線。圖1-12是具有兩種電壓（發(fā)電機(jī)電壓及升高電壓）大容量發(fā)電廠的電氣主接線圖。（三）電氣接線在發(fā)電廠和變電站中，根據(jù)各種電氣設(shè)備的作用及要求，按一定的方式用導(dǎo)體連接起來(lái)所形成的電路稱(chēng)為電氣接線。一次電路：由一次設(shè)備，例如發(fā)電機(jī)、變壓器、斷路器等，按46圖1-12火電廠的電氣主接線圖圖1-12火電廠的電氣主接線圖47（四）配電裝置

配電裝置按電氣設(shè)備裝設(shè)地點(diǎn)不同，可分為屋內(nèi)配電裝置和屋外配電裝置。圖1-12中，由斷路器QF1和QF2，隔離開(kāi)關(guān)QS1~QS4，母線W1~W3，電抗器L1和L2以及饋線WL1和WL2等，構(gòu)成的配電裝置，布置在屋內(nèi)，稱(chēng)為屋內(nèi)配電裝置，又稱(chēng)發(fā)電機(jī)電壓配電裝置；而由斷路器QF3~QF5，相應(yīng)的隔離開(kāi)關(guān)，母線W4和W5以及出線WL3和WL4等，構(gòu)成的配電裝置，稱(chēng)為屋外配電裝置，又稱(chēng)高壓配電裝置。（四）配電裝置配電裝置按電氣設(shè)備裝設(shè)地點(diǎn)不同，可分為48（一）300MW發(fā)電機(jī)組電氣部分1.電氣主接線300MW發(fā)電機(jī)組，采用發(fā)電機(jī)－變壓器單元接線，如圖1-13所示。變壓器高壓側(cè)，經(jīng)引線接入220kV系統(tǒng)。二、發(fā)電廠電氣部分（一）300MW發(fā)電機(jī)組電氣部分1.電氣主接線30049圖1-13300MW發(fā)電機(jī)組電氣主接線圖1—發(fā)電機(jī)；2—主變壓器；3—高壓廠用變壓器（為分裂繞組變壓器）4—電壓互感器；5—高壓熔斷器；6—避雷器；7—電流互感器；8—中性點(diǎn)接地變壓器圖1-13300MW發(fā)電機(jī)組電氣主接線圖1—發(fā)電機(jī)；50

由圖1-13可看出，300MW發(fā)電機(jī)組電氣主接線具有下述特點(diǎn)：

（1）發(fā)電機(jī)與主變壓器的連接采用發(fā)電機(jī)－變壓器單元接線，無(wú)發(fā)電機(jī)出口斷路器和隔離開(kāi)關(guān)。

（2）在主變壓器低壓側(cè)引接一臺(tái)高壓廠用變壓器，供給廠用電。

（3）在發(fā)電機(jī)出口側(cè)，通過(guò)高壓熔斷器接有三組電壓互感器和一組避雷器。

（4）在發(fā)電機(jī)出口側(cè)和中性點(diǎn)側(cè)，每相裝有電流互感器4只。（5）發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接有中性點(diǎn)接地變壓器。

（6）高壓廠用變壓器高壓側(cè)，每相裝有電流互感器4只。

由圖1-13可看出，300MW發(fā)電機(jī)組電氣主接線具有51

發(fā)電機(jī)和主變壓器之間的連接母線及廠用分支母線均采用全連離相封閉母線。其具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）供電可靠。

（2）運(yùn)行安全。

（3）基本消除了母線周?chē)摌?gòu)件的發(fā)熱。

（4）施工安裝簡(jiǎn)便，運(yùn)行維護(hù)工作量小。

發(fā)電機(jī)和主變壓器之間的連接母線及廠用分支母線均采522.主要電氣設(shè)備（1）發(fā)電機(jī)。（5）高壓熔斷器。

（2）主變壓器。

（6）電流互感器。（3）高壓廠用變壓器。（7）發(fā)電不均衡。（4）電壓互感器。

（8）中性點(diǎn)接地變壓器。

2.主要電氣設(shè)備（1）發(fā)電機(jī)。53（二）600MW發(fā)電機(jī)組電氣部分1.電氣主接線圖1-14600MW發(fā)電機(jī)組電氣主接線圖1—發(fā)電機(jī)；2—主變壓器；3—高壓廠用變壓器4—高壓公用變壓器；5—?jiǎng)?lì)磁變壓器；6—中性點(diǎn)接地變壓器；7—電壓互感器；8—熔斷器；9—高壓避雷器（二）600MW發(fā)電機(jī)組電氣部分1.電氣主接線圖1-1454由圖1-14可看出，600MW發(fā)電機(jī)組電氣主接線具有下述特點(diǎn)：（1）發(fā)電機(jī)與主變壓器的連接采用發(fā)電機(jī)－變壓器單元接線，發(fā)電機(jī)和主變壓器之間沒(méi)有斷路器和隔離開(kāi)關(guān)。

（2）主變壓器采用三相雙繞組變壓器，低壓側(cè)繞組接成三角形，高壓側(cè)繞組接成星形。變壓器高壓側(cè)中性點(diǎn)接地方式為直接接地。（3）在主變壓器低壓側(cè)引接一臺(tái)高壓廠用變壓器和一臺(tái)高壓公用變壓器，供給廠用電。（4）在發(fā)電機(jī)出口側(cè)，通過(guò)高壓熔斷器接有三組電壓互感器和一組避雷器。

（5）在發(fā)電機(jī)出口側(cè)和中性點(diǎn)側(cè)，每相裝有電流互感器4只。

（6）發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接有中性點(diǎn)接地變壓器。

由圖1-14可看出，600MW發(fā)電機(jī)組電氣主接線具有下55（7）高壓廠用變壓器高壓側(cè)，每相配置套管式電流互感器3只。

（8）主變壓器高壓側(cè)每相各配置套管式電流互感器3只，中性點(diǎn)配置電流互感器1只

2.主要電氣設(shè)備

（1）發(fā)電機(jī)。（5）電流互感器。（2）主變壓器。（6）中性點(diǎn)接地變壓器。（3）高壓廠用變壓器。（7）高壓熔斷器。（4）電壓互感器。（8）避雷器。

（7）高壓廠用變壓器高壓側(cè)，每相配置套管式電流互感器56（三）1000MW發(fā)電機(jī)組電氣部分1.電氣主接線1000MW發(fā)電機(jī)組，采用發(fā)電機(jī)－變壓器單元接線，如圖1-15所示。變壓器高壓側(cè)，經(jīng)隔離開(kāi)關(guān)和引線接入500kV系統(tǒng)，500kV側(cè)采用一個(gè)半斷路器接線方式。（三）1000MW發(fā)電機(jī)組電氣部分1.電氣主接線1057圖1-151000MW發(fā)電機(jī)組電氣主接線圖1—發(fā)電機(jī)；2—主變壓器；3、4—高壓廠用變壓器；5—?jiǎng)?lì)磁變壓器；6—中性點(diǎn)接地變壓器；7、8—電壓互感器；9—高壓避雷器；10—隔離開(kāi)關(guān)；11—電壓互感器圖1-151000MW發(fā)電機(jī)組電氣主接線圖1—發(fā)電機(jī)；58由圖1-15可看出，1000MW發(fā)電機(jī)組電氣主接線具有下述特點(diǎn)：（1）發(fā)電機(jī)與主變壓器的連接采用發(fā)電機(jī)－變壓器單元接線，發(fā)電機(jī)和主變壓器之間沒(méi)有斷路器和隔離開(kāi)關(guān)，但在主母線上設(shè)有可拆連接點(diǎn)。（2）發(fā)電機(jī)出口主封閉母線上有接地刀閘，母線接地刀閘能承受主回路動(dòng)、熱穩(wěn)定的要求。接地刀閘附近有觀察接地刀閘位置的窺視孔。（3）主變壓器采用三臺(tái)單相雙繞組油浸式變壓器，低壓側(cè)繞組接成三角形，高壓側(cè)繞組接成星形。變壓器高壓側(cè)中性點(diǎn)接地方式為直接接地。（4）在主變壓器低壓側(cè)引接兩臺(tái)容量相同的高壓廠用變壓器，供給廠用電。

由圖1-15可看出，1000MW發(fā)電機(jī)組電氣主接線59（5）在發(fā)電機(jī)出口主封閉母線有短路試驗(yàn)裝置，主回路T接引至電壓互感器柜，通過(guò)高壓熔斷器接有三組三相電壓互感器和一組避雷器。（6）在發(fā)電機(jī)出口側(cè)和中性點(diǎn)側(cè)，每相裝有套管式電流互感器4只。（7）發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)隔離開(kāi)關(guān)接有中性點(diǎn)接地變壓器。（8）高壓廠用變壓器高壓側(cè)，每相配置套管式電流互感器3只。（9）主變壓器高壓側(cè)每相各配置套管式電流互感器4只，中性點(diǎn)配置電流互感器2只。

（5）在發(fā)電機(jī)出口主封閉母線有短路試驗(yàn)裝置，主回路T602.主要電氣設(shè)備

（1）發(fā)電機(jī)。（2）主變壓器。（3）高壓廠用變壓器。（4）電壓互感器。

（5）電流互感器。

（6）中性點(diǎn)接地變壓器。2.主要電氣設(shè)備（1）發(fā)電機(jī)。61（四）超超臨界發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)與問(wèn)題前述300MW發(fā)電機(jī)組為亞臨界火力發(fā)電機(jī)組，600MW發(fā)電機(jī)組為超臨界火力發(fā)電機(jī)組，1000MW發(fā)電機(jī)組為超超臨界火力發(fā)電機(jī)組。

超超臨界火力發(fā)電機(jī)組和常規(guī)發(fā)電機(jī)組相比，具有無(wú)可比擬的優(yōu)越性。但是，發(fā)展超超臨界機(jī)組，在設(shè)計(jì)和制造方面還有許多關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題有待解決，例如開(kāi)發(fā)新材料就是關(guān)鍵的問(wèn)題。（四）超超臨界發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)與問(wèn)題前述30062三、500kV交流變電站電氣部分

目前，我國(guó)500kV變電站的電氣接線一般采用雙母線四分段帶專(zhuān)用旁路母線和3/2斷路器兩種接線方式。如圖1-16所示，兩組母線W1和W2間有兩串?dāng)嗦菲?，每一串的三組斷路器之間接入兩個(gè)回路引出線，如WL1、WL2，處于每串中間部位的斷路器稱(chēng)為聯(lián)絡(luò)斷路器（如QF12），由于平均每條引出線裝設(shè)一臺(tái)半斷路器，故稱(chēng)為一臺(tái)半斷路器接線。（一）500kV變電站電氣主接線三、500kV交流變電站電氣部分目前，我國(guó)500k63圖1-16500kV變電站電氣主接線圖1-16500kV變電站電氣主接線64（二）500kV變電站主要電氣設(shè)備

500kV超高壓變電站的主要電氣設(shè)備有：

1.主變壓器：500kV升壓變壓器和500kV自耦變壓器。

2.斷路器。

3.隔離開(kāi)關(guān)。

4.電壓互感器。

5.電流互感器。

6.避雷器。

（二）500kV變電站主要電氣設(shè)備500kV超65四、直流輸電換流站電氣部分（一）換流站電氣主接線換流站電氣主接線有兩種：一種由換流單元串聯(lián)而成，另一種由換流單元并聯(lián)而成。圖1-17所示為兩端雙極直流輸電系統(tǒng)電氣主接線圖。圖1-17中換流變壓器2和換流器3組成一個(gè)換流單元4，由兩個(gè)換流單元4串聯(lián)組成串聯(lián)換流單元5。由換流站接地電極12與串聯(lián)換流單元5、平波電抗器9組成換流站的極設(shè)備，簡(jiǎn)稱(chēng)極。對(duì)接地電極電位為正的稱(chēng)為正極，為負(fù)的稱(chēng)為負(fù)極。直流輸電系統(tǒng)兩端的換流站7各包括換流站極設(shè)備6和極的交流濾波器1、直流濾波器10以及一端接地電極12。直流輸電線路有兩根導(dǎo)線分別與換流站的正、負(fù)極相連，稱(chēng)其中每根輸電線為直流輸電線路11。直流輸電線路把整流站的一個(gè)極和逆變站相同極性的一個(gè)極連接起來(lái)，形成極連接,由極連線再加上兩端的接地電極12和大地回流電路。這便構(gòu)成兩端單極直流輸電系統(tǒng)。如果再把另一個(gè)相反極性的兩端單極直流輸電系統(tǒng)包括進(jìn)來(lái)，則成為兩端雙極直流輸電系統(tǒng)。四、直流輸電換流站電氣部分（一）換流站電氣主接線66圖1-17兩端雙極直流輸電系統(tǒng)電氣主接線圖1—交流濾波器；2—換流變壓器；3—換流器；4—換流單元；5—串聯(lián)換流單元；6—極設(shè)備；7—換流站；8—極連接；9—平波電抗器；10—直流濾波器；11—直流輸電線路；12—接地電極圖1-17兩端雙極直流輸電系統(tǒng)電氣主接線圖67圖1-18是圖1-17所示換流站中1個(gè)極較為詳細(xì)的電氣主接線圖。圖1-18換流站1個(gè)極的電氣主接線圖1—交流濾波器組；2—換流變壓器；3—同步調(diào)相機(jī)；4—避雷器；5—高頻阻塞器；6—換流橋；7—旁路隔離開(kāi)關(guān)；8—平波電抗器；9—直流濾波器組；10—直流沖擊波吸收電容器；11—直流電壓互感器；12—直流電流互感器；13—接地電極；14—直流輸電線路；15—電力電容器組；16—交流斷路器圖1-18是圖1-17所示換流站中1個(gè)極較為詳細(xì)的電氣主接線68（二）電氣設(shè)備直流輸電系統(tǒng)中的主要電氣設(shè)備：（1）換流器（2）換流變壓器（3）交流斷路器（4）直流斷路器（5）交流濾波器（6）直流濾波器（7）直流平波電抗器（8）無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備（9）直流輸電線路（10）接地電極（二）電氣設(shè)備直流輸電系統(tǒng)中的主要電氣設(shè)備：69第一節(jié)概述第二章載流導(dǎo)體的發(fā)熱和電動(dòng)力

電氣設(shè)備有電流通過(guò)時(shí)將產(chǎn)生損耗。長(zhǎng)期發(fā)熱，是由正常運(yùn)行時(shí)工作電流產(chǎn)生的；短時(shí)發(fā)熱，是由故障時(shí)的短路電流產(chǎn)生的。發(fā)熱對(duì)電氣設(shè)備的影響：

（1）使絕緣材料的絕緣性能降低。有機(jī)絕緣材料長(zhǎng)期受到高溫作用，將逐漸老化，以致失去彈性和降低絕緣性能。

第一節(jié)概述第二章載流導(dǎo)體的發(fā)熱和電動(dòng)力電氣設(shè)備有電70

（2）使金屬材料的機(jī)械強(qiáng)度下降。當(dāng)使用溫度超過(guò)規(guī)定允許值后，由于退火，金屬材料機(jī)械強(qiáng)度將顯著下降。（3）使導(dǎo)體接觸部分的接觸電阻增加。

最高允許溫度：為了保證導(dǎo)體可靠地工作，須使其發(fā)熱溫度不得超過(guò)一定限值，這個(gè)限值叫作最高允許溫度。按照有關(guān)規(guī)定：（1）導(dǎo)體的正常最高允許溫度，一般不超過(guò)+70℃；在計(jì)及太陽(yáng)輻射（日照）的影響時(shí)，鋼芯鋁絞線及管形導(dǎo)體，可按不超過(guò)+80℃來(lái)考慮；當(dāng)導(dǎo)體接觸面處有鍍（搪）錫的可靠覆蓋層時(shí)，允許提高到+85℃；

當(dāng)有銀的覆蓋層時(shí)，可提高到95℃。（2）使金屬材料的機(jī)械強(qiáng)度下降。當(dāng)使用溫度超過(guò)規(guī)定允許值71（2）導(dǎo)體通過(guò)短路電流時(shí)，短時(shí)最高允許溫度可高于正常最高允許溫度，對(duì)硬鋁及鋁錳合金可取200℃，硬銅可取300℃。（2）導(dǎo)體通過(guò)短路電流時(shí)，短時(shí)最高允許溫度可高于正常最高允許72第二節(jié)導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱

導(dǎo)體的發(fā)熱計(jì)算，根據(jù)能量守恒原理，（2-1）在發(fā)電廠和變電站中，母線（導(dǎo)體）大都采用硬鋁或鋁錳、鋁鎂合金制成。無(wú)論正常情況下通過(guò)工作電流，或短路時(shí)通過(guò)短路電流，母線都要發(fā)熱。為使母線發(fā)熱溫度不超過(guò)最高允許溫度，需了解發(fā)熱過(guò)程，并進(jìn)行分析計(jì)算。第二節(jié)導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱導(dǎo)體的發(fā)熱計(jì)算，根據(jù)能量守73

單位長(zhǎng)度（1m）的導(dǎo)體，通過(guò)母線電流IW（A）時(shí)，由電阻損耗產(chǎn)生的熱量，可用下式計(jì)算（2-2）導(dǎo)體的交流電阻

為（2-3）式中：為導(dǎo)體的運(yùn)行溫度；Rac為1000m長(zhǎng)導(dǎo)體在20℃的直流電阻；S為導(dǎo)體截面積。材料電阻率與電阻溫度導(dǎo)數(shù)見(jiàn)表2-1.1.導(dǎo)體電阻損耗的熱量

QR單位長(zhǎng)度（1m）的導(dǎo)體，通過(guò)母線電流IW（A）時(shí)，由74材料名稱(chēng)（℃-1）純鋁0.029000.00403鋁錳合金0.037900.00420鋁鎂合金0.045800.00420銅0.017900.00385鋼0.139000.00455

導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)Kf與電流的頻率、導(dǎo)體的形狀和尺寸有關(guān)。矩形截面導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)，如圖2-1所示，圖中f為電流頻率。圓柱及圓管導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)Kf如圖2-2所示。表2-1電阻率

及電阻溫度系數(shù)

材料名稱(chēng)（℃-1）純鋁0.029000.00403鋁錳合金075圖2-1矩形導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)圖2-1矩形導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)76圖2-2圓柱及圓管導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)

圖2-2圓柱及圓管導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)77

吸收太陽(yáng)輻射（日照）的能量會(huì)造成導(dǎo)體溫度升高，凡安裝在屋外的導(dǎo)體應(yīng)考慮日照的影響。對(duì)于單位長(zhǎng)度圓管導(dǎo)體，

可用下式計(jì)算

（W/m）

（2-4）

對(duì)于屋內(nèi)導(dǎo)體，因無(wú)日照的作用，這部分熱量可忽略不計(jì)。2.導(dǎo)體吸收太陽(yáng)輻射的熱量

Qt

由氣體各部分發(fā)生相對(duì)位移將熱量帶走的過(guò)程，稱(chēng)為對(duì)流。由傳熱學(xué)可知，對(duì)流散熱所傳遞的熱量，與溫差及散熱面積成正比，即導(dǎo)體對(duì)流散熱量

為

（W/m）

（2-5）3.對(duì)流散熱量

QL吸收太陽(yáng)輻射（日照）的能量會(huì)造成導(dǎo)體溫度升高，凡安裝78（1）自然對(duì)流散熱。屋內(nèi)自然通風(fēng)或屋外風(fēng)速小于0.2m/s，屬于自然對(duì)流散熱。空氣自然對(duì)流散熱系數(shù)，

[W/（m2·℃）]（2-6）

單位長(zhǎng)度導(dǎo)體的散熱面積與導(dǎo)體的形狀、尺寸、布置方式等因素有關(guān)。導(dǎo)體片（條）間距離越近，對(duì)流散熱條件就越差，故有效面積應(yīng)相應(yīng)減小。幾種常用導(dǎo)體的對(duì)流散熱面積如圖2-3所示。圖2-3常用導(dǎo)體對(duì)流散熱面積形式（1）自然對(duì)流散熱。屋內(nèi)自然通風(fēng)或屋外風(fēng)速小于0.2m/s，79單條矩形導(dǎo)體對(duì)流散熱面積為

如圖2-3(b)所示，二條矩形導(dǎo)體對(duì)流散熱面積為單條矩形導(dǎo)體對(duì)流散熱面積為如圖2-3(80

如圖2-3(c)所示，三條矩形導(dǎo)體對(duì)流散熱面積為

當(dāng)

如圖2-3(d)所示，槽形導(dǎo)體對(duì)流散熱面積：

當(dāng)100mm<h<200mm時(shí)，為

當(dāng)h>200mm時(shí)，為如圖2-3(c)所示，三條矩形導(dǎo)體對(duì)流散熱面積為81當(dāng)

時(shí)，因內(nèi)部熱量不易從縫隙散出，平面位置不產(chǎn)生對(duì)流，故

如圖2-3(e)所示，圓管導(dǎo)體對(duì)流散熱面積為

（2）強(qiáng)迫對(duì)流散熱。屋外配電裝置中的管形導(dǎo)體，常受到大氣中風(fēng)吹的作用，風(fēng)速越大，對(duì)流散熱的條件就越好，因而形成強(qiáng)迫對(duì)流散熱。

強(qiáng)迫對(duì)流散熱系數(shù)

a1為（2）強(qiáng)迫對(duì)流散熱。屋外配電裝置中的管形導(dǎo)體，常受到大氣中風(fēng)82（2-7）如果風(fēng)向與導(dǎo)體不垂直，其值為將式（2-7）乘以修正系數(shù)

后，代入式（2-5）中，即得強(qiáng)迫對(duì)流散熱量為（2-8）

83

熱量從高溫物體以熱射線方式傳給低溫物體的傳播過(guò)程，稱(chēng)為輻射。根據(jù)斯蒂芬—波爾茲曼定律，導(dǎo)體向周?chē)諝廨椛涞臒崃浚c導(dǎo)體和周?chē)諝饨^對(duì)溫度四次方差成正比，即導(dǎo)體輻射散熱量

Qf為

（2-9）

式中，為導(dǎo)體材料的相對(duì)輻射系數(shù)，見(jiàn)表2-2。

4.導(dǎo)體輻射散熱量Qf

熱量從高溫物體以熱射線方式傳給低溫物體的傳播過(guò)程，稱(chēng)84材

料輻射系數(shù)材

料輻射系數(shù)絕對(duì)黑體1.00氧化了的鋼0.80表面磨光的鋁0.040有光澤的黑漆0.82氧化了的鋁0.20～0.30無(wú)光澤的黑漆0.91氧化了的銅0.60~0.70各種顏色的油漆，涂料0.92~0.96表2-2導(dǎo)體材料的黑度系數(shù)

Ff為單位長(zhǎng)度導(dǎo)體的輻射散熱表面積。計(jì)算時(shí)參見(jiàn)圖2-4材料輻射系數(shù)材料輻射系數(shù)絕對(duì)黑體1.00氧化了的鋼085圖2-4導(dǎo)體的輻射散熱（a）單條矩形導(dǎo)體；（b）二條矩形導(dǎo)體圖2-4導(dǎo)體的輻射散熱86圖2-4（a）所示，單條矩形導(dǎo)體輻射散熱表面積為

圖2-4（b）所示，二條矩形導(dǎo)體內(nèi)側(cè)縫隙間的面積僅有一部分能起向外輻射作用。故二條矩形導(dǎo)體的輻射散熱表面積為三條矩形導(dǎo)體的輻射表面積，可按二條導(dǎo)體相同理由求得

槽形導(dǎo)體的輻射散熱表面積為圖2-4（a）所示，單條矩形導(dǎo)體輻射散熱表面積為三條矩形導(dǎo)體875.導(dǎo)熱散熱量

根據(jù)傳熱學(xué)可知，導(dǎo)熱散熱量

Qd為

（2-10）圓管導(dǎo)體的輻射散熱表面積為

為導(dǎo)熱系數(shù)[W/（m·℃）]；Fd為導(dǎo)熱面積（m2）；為物體厚度（m）；

分別為高溫區(qū)和低溫區(qū)的溫度（℃）。5.導(dǎo)熱散熱量根據(jù)傳熱學(xué)可知，導(dǎo)熱散熱量88

工程上為了便于分析和計(jì)算，常把輻射散熱量表示成與對(duì)流散熱量相似的計(jì)算形式，用一個(gè)總散熱系數(shù)

和總散熱面積F來(lái)表示對(duì)流散熱和輻射散熱的作用，即

在導(dǎo)體升溫過(guò)程中，導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量QR

，一部分用于本身溫度升高所需的熱量QC

，一部

分散失到周?chē)橘|(zhì)中(Ql+Qf)。由此可寫(xiě)出熱量平衡方程如下

（2-12）（2-11）一、導(dǎo)體的溫升過(guò)程第三節(jié)導(dǎo)體的長(zhǎng)期發(fā)熱及其載流量的計(jì)算工程上為了便于分析和計(jì)算，常把輻射散熱量表示成與對(duì)流散89

設(shè)導(dǎo)體通過(guò)電流I時(shí)，在t時(shí)刻導(dǎo)體運(yùn)行溫度為

，則其溫升

，在時(shí)間dt內(nèi)的熱量平衡微分方程為

（2-13）

導(dǎo)體通過(guò)正常工作電流時(shí)，其溫度變化范圍不大，因此電阻R、比熱容c及散熱系數(shù)

均可視為常數(shù)。

設(shè)t＝0時(shí)，初始溫升

。當(dāng)時(shí)間由0→t時(shí)，溫升由

，對(duì)上式進(jìn)行積分

設(shè)導(dǎo)體通過(guò)電流I時(shí)，在t時(shí)刻導(dǎo)體運(yùn)行溫度為90d（2-14）由此可求得

（2-15）經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間后

，導(dǎo)體的溫升亦趨于穩(wěn)定值

，故穩(wěn)定溫升為

（2-16）導(dǎo)體的發(fā)熱時(shí)間常數(shù)

（2-17）

91升溫過(guò)程表達(dá)式（2-18）

上式說(shuō)明升溫的過(guò)程是按指數(shù)曲線變化，大約經(jīng)過(guò)t=(3~4)Tr時(shí)間，

便趨近穩(wěn)定溫升

，如圖2-5所示。圖2-5導(dǎo)體溫升

的變化曲線升溫過(guò)程表達(dá)式92二、導(dǎo)體的載流量

根據(jù)穩(wěn)定溫升公，可計(jì)算導(dǎo)體的載流量，即

（2-19）

則導(dǎo)體的載流量為

（2-20）對(duì)于屋外導(dǎo)體，計(jì)及日照時(shí)導(dǎo)體的載流量為

（2-21）

二、導(dǎo)體的載流量根據(jù)穩(wěn)定溫升公，可計(jì)算導(dǎo)體的載流量，93三、大電流導(dǎo)體附近鋼構(gòu)件的發(fā)熱隨著發(fā)電機(jī)組容量的加大，導(dǎo)體的電流也相應(yīng)增大，導(dǎo)體周?chē)霈F(xiàn)強(qiáng)大的交變電磁場(chǎng)，使其附近鋼構(gòu)件中產(chǎn)生很大的磁滯和渦流損耗，鋼構(gòu)件因此而發(fā)熱。如果鋼構(gòu)件是閉合回路，其中尚有環(huán)流存在，發(fā)熱還會(huì)增多。當(dāng)導(dǎo)體電流大于3000A時(shí)，附近鋼構(gòu)件的發(fā)熱不容忽視。鋼構(gòu)件溫度升高后，可能使材料產(chǎn)生熱應(yīng)力而引起變形，或使接觸連接損壞?；炷林械匿摻钍軣崤蛎洠赡苁够炷涟l(fā)生裂縫。為了減少鋼構(gòu)件損耗和發(fā)熱，常采用下面一些措施：（1）加大鋼構(gòu)件和導(dǎo)體之間的距離，使磁場(chǎng)強(qiáng)度減弱，因而可降低渦流和磁滯損耗（2）斷開(kāi)鋼構(gòu)件回路，并加上絕緣墊，消除環(huán)流（3）采用電磁屏蔽。在磁場(chǎng)強(qiáng)度H最大的部位套上短路環(huán)，利用短路環(huán)中感應(yīng)電流的去磁作用以降低導(dǎo)體的磁場(chǎng)，如圖2-6所示；或在導(dǎo)體與鋼構(gòu)件之間安置屏蔽柵，柵中的電流亦可使磁場(chǎng)削弱三、大電流導(dǎo)體附近鋼構(gòu)件的發(fā)熱隨著發(fā)電機(jī)組容94圖2-6短路環(huán)屏蔽圖1—導(dǎo)體；2—短路環(huán)；3—鋼構(gòu)件圖2-7分相封閉母線1—母線；2—外（4）采用分相封閉母線。如圖2-7所示，每相母線分別用鋁質(zhì)外殼包住，外殼上的渦流和環(huán)流能起雙重屏蔽作用，殼內(nèi)和殼外磁場(chǎng)均大大降低，從而使附近鋼構(gòu)件的發(fā)熱得到較好改善。圖2-6短路環(huán)屏蔽圖圖2-7分相封閉母線（4）采用分相封閉母95第四節(jié)短路時(shí)導(dǎo)體的發(fā)熱及其最高溫度的計(jì)算一、導(dǎo)體短路時(shí)發(fā)熱過(guò)程載流導(dǎo)體短路時(shí)發(fā)熱計(jì)算的目的：確定短路時(shí)導(dǎo)體的最高溫度

，它不應(yīng)超過(guò)所規(guī)定的導(dǎo)體短時(shí)發(fā)熱允許溫度。當(dāng)滿足這個(gè)條件時(shí)則認(rèn)為導(dǎo)體在流過(guò)短路電流時(shí)具有熱穩(wěn)定性。短路時(shí)導(dǎo)體的發(fā)熱過(guò)程如圖2-8所示。第四節(jié)短路時(shí)導(dǎo)體的發(fā)熱及其最高溫度的計(jì)算一、導(dǎo)體短路時(shí)發(fā)熱96

導(dǎo)體短路時(shí)發(fā)熱有下列特點(diǎn)：

（1）短路電流大，持續(xù)時(shí)間短，導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的熱量來(lái)不及向周?chē)橘|(zhì)散布，可認(rèn)為圖2-8短路時(shí)均勻?qū)w的發(fā)熱過(guò)程導(dǎo)體短路時(shí)發(fā)熱有下列特點(diǎn)：圖2-8短路時(shí)均勻?qū)w97

在短路電流持續(xù)時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的全部熱量都用來(lái)升高導(dǎo)體自身的溫度，即認(rèn)為是一個(gè)絕熱過(guò)程。

（2）短路時(shí)導(dǎo)體溫度變化范圍很大，它的電阻和比熱容不能再視為常數(shù)，而應(yīng)為溫度的函數(shù)。

根據(jù)短路時(shí)導(dǎo)體發(fā)熱的特點(diǎn)，在時(shí)間

內(nèi)，可列出熱平衡方程式

（2-22）在短路電流持續(xù)時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的全部熱量都用來(lái)升高導(dǎo)體98導(dǎo)體短路時(shí)發(fā)熱的微分方程式

整理后得

（2-23）

對(duì)上式兩邊求積分（2-24）

導(dǎo)體短路時(shí)發(fā)熱的微分方程式99短路電流熱效應(yīng)為（2-25）式（2-24）右端積分

式中

短路電流熱效應(yīng)為100

于是式（2-24）可寫(xiě)成

（2-26）

為了簡(jiǎn)化Aw和Ah的計(jì)算，已按各種材料的平均參數(shù)作成曲線，如圖2-9所示。圖中橫坐標(biāo)是A值，縱坐標(biāo)是值。圖2-9的曲線于是式（2-24）可寫(xiě)成為了簡(jiǎn)化Aw和101二、短路電流熱效應(yīng)

Qk的計(jì)算

由電力系統(tǒng)短路計(jì)算可知，短路全電流瞬時(shí)值

的表達(dá)式為

（2-27）

（2-28）二、短路電流熱效應(yīng)Qk的計(jì)算由電力系統(tǒng)短路計(jì)算1021.短路電流周期分量熱效應(yīng)Qp的計(jì)算

對(duì)于短路電流周期分量熱效應(yīng)

，可采用辛卜生法進(jìn)行計(jì)算。即

（2-29）

在計(jì)算周期分量熱效應(yīng)時(shí)，代入

，

。當(dāng)取n=4時(shí)，則

，為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化，可以認(rèn)為

?？傻?/p>

（2-30）

1.短路電流周期分量熱效應(yīng)Qp的計(jì)算對(duì)于短路電流周103

由式（2-28）可得

（2-31）2.短路電流非周期分量熱效應(yīng)

Qnp的計(jì)算

如果短路電流切除時(shí)間

tk>ls，導(dǎo)體的發(fā)熱主要由周期分量來(lái)決定，在此情況下，則非周期分量的影響可略去不計(jì)，即

由式（2-28）可得2.短路電流非周期分量熱效應(yīng)Qn104短路點(diǎn)T(s)≤0.1s＞0.1s發(fā)電機(jī)出口及母線0.150.20發(fā)電機(jī)升高電壓母線及出線、發(fā)電機(jī)電壓電抗器后0.080.10變電站各級(jí)電壓母線及出線0.050.05表2-3非周期分量的等效時(shí)間T短路點(diǎn)T(s)≤0.1s＞0.1s發(fā)電機(jī)出口及母線0.150105一、計(jì)算電動(dòng)力的方法

如圖2-10所示，處在磁場(chǎng)中的導(dǎo)體L（單位為m），通過(guò)電流i（單位為A），根據(jù)畢—沙瓦定律可知，導(dǎo)體單元長(zhǎng)度dl上所受的電動(dòng)力dF為

(2-32)

根據(jù)式（2-32），載流導(dǎo)體2在dl上所受的電動(dòng)力

（2-33）

1.畢奧—薩伐爾定律法第五節(jié)短路時(shí)導(dǎo)體電動(dòng)力的計(jì)算一、計(jì)算電動(dòng)力的方法如圖2-10所示，處在磁場(chǎng)中的導(dǎo)106圖2-10磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)體的電動(dòng)力

電氣設(shè)備在正常狀態(tài)下，由于流過(guò)導(dǎo)體的工作電流相對(duì)較小，相應(yīng)的電動(dòng)力也較小。而在短路時(shí)，特別是短路沖擊電流流過(guò)時(shí)，電動(dòng)力可達(dá)到很大的數(shù)值,當(dāng)載流導(dǎo)體和電氣設(shè)備的機(jī)械強(qiáng)度不夠時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生變形或損壞。圖2-10磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)體的電動(dòng)力電氣設(shè)備在正常狀1072.兩條平行導(dǎo)體間的電動(dòng)力計(jì)算

設(shè)兩條平行細(xì)長(zhǎng)導(dǎo)體長(zhǎng)度為L(zhǎng)，中心距離為a，兩條導(dǎo)體通過(guò)的電流分別為i1和i2

，且二者方向相反，如圖2-11所示。當(dāng)L>>a和a>>d（d為導(dǎo)體直徑）時(shí)，可以認(rèn)為導(dǎo)體中的電流集中在各自的軸線上流過(guò)。

圖2-11兩平行細(xì)長(zhǎng)載流導(dǎo)體間的電動(dòng)力2.兩條平行導(dǎo)體間的電動(dòng)力計(jì)算設(shè)兩條平行細(xì)長(zhǎng)導(dǎo)體長(zhǎng)度108為了利用式（2-33）來(lái)確定兩條載流導(dǎo)體間的電動(dòng)力，可以認(rèn)為一條導(dǎo)體處在另一條導(dǎo)體的磁場(chǎng)里。設(shè)載流導(dǎo)體1中的電流

i1在導(dǎo)體2處所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為

根據(jù)式（2-32），載流導(dǎo)體2在dl上所受的電動(dòng)力

由于導(dǎo)體2與磁感應(yīng)強(qiáng)度

的方向垂直，故

=90°，

=1，作用在載流導(dǎo)體2全長(zhǎng)上的電動(dòng)力

（2-34）為了利用式（2-33）來(lái)確定兩條載流導(dǎo)體間的電動(dòng)力，109

當(dāng)考慮截面的因素時(shí)，常乘以形狀系數(shù)K（形狀系數(shù)表示實(shí)際形狀導(dǎo)體所受的電動(dòng)力與細(xì)長(zhǎng)導(dǎo)體電動(dòng)力之比）。這樣，實(shí)際電動(dòng)力為

（2-35）

形狀系數(shù)K，已繪成曲線。對(duì)于矩形導(dǎo)體，如圖3-10所示。K是

和

的函數(shù)。圖中表明

<1，即導(dǎo)體豎放時(shí)，K＜1；當(dāng)

>1，即導(dǎo)體平放時(shí)，K>1；當(dāng)

＝1，即導(dǎo)體截面為正方形時(shí)，K≈1。當(dāng)

增大時(shí)（即加大導(dǎo)體間的凈距），K趨近于1；當(dāng)

≥2，即導(dǎo)體間的凈距等于或大于截面周長(zhǎng)時(shí)，K=1，可以不考慮截面形狀對(duì)電動(dòng)力的影響，直接應(yīng)用式（2-34）計(jì)算兩母線間的電動(dòng)力。

對(duì)于圓形、管型導(dǎo)體，形狀系數(shù)K=1。當(dāng)考慮截面的因素時(shí)，常乘以形狀系數(shù)K（形狀系數(shù)表示實(shí)110

對(duì)于槽形導(dǎo)體，在計(jì)算相間和同相條間的電動(dòng)力時(shí)，一般均取形狀系數(shù)K≈1。

圖2-12矩形截面形狀系數(shù)曲線對(duì)于槽形導(dǎo)體，在計(jì)算相間和同相條間的電動(dòng)力時(shí)，一般均111二、三相導(dǎo)體短路時(shí)的電動(dòng)力1.電動(dòng)力的計(jì)算

如不計(jì)短路電流周期分量的衰減，三相短路電流為

三相短路時(shí)，中間相（B相）和外邊相（A、C相）受力情況并不相同，如圖2-13所示。下面分別進(jìn)行敘述。（2-36）