泸州职业技术学院 电气设备一次部分 1

发电厂及变电站电 气 设 备

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 2

本课程是“发电厂及电力系统”专业的一门主干专业课，具有实践性强、应用性广的特点。通过本课程的学习，可使学生深入了解发电厂及变电站电气一次部分的基本理论，具有电气运行、安装、检修的能力，为学习后续专业课、强化职业技能、增强工作能力打下坚实基础。 主要介绍了发电厂及变电站电气一次部分的知识。全书共 10章，内容包括：绪论；电力系统中性点的运行方式；电弧及电气触头的基本理论；电气设备及载流导体；电气主接线；自用电接线；配电装置；接地装置；电气设备选择和电气总布置。

本课程特点

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 3

本课程学习内容

1 、理论学习电站（变电站）2、课程设计电站（变电站）

从认识电站、学习电站到设计电站。

电气设备一次部分 4泸州职业技术学院

学时安排预习、复习查资料按时完成作业

学习要求

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 5

第 1章 绪论

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 6

教 学 要 求 了解我国电力工业发展概况 掌握电力系统的基本概念 了解发电厂、变电站的常见类型 了解常用电气设备 掌握额定电压的确定方法

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 7

复习旧课：回顾已经学习过的基础课程 重 点：电力系统，发电厂的基本概念 难 点：电能质量（额定电压的确定方法）

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 8

目录：

§1-1 电力工业发展概况及前景

§1-2 电力系统基本概念

§1-3 电气设备概述及额定参数

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 9

§1-1 电力工业发展概况及前景

电气设备一次部分 10泸州职业技术学院

§1-1 电力工业发展概况及前景

1.1.1 电的发明：

1831 年（英）法拉第→电磁感应→右手螺旋定则→电力系统

世界上第一座发电厂是 1875 年巴黎北火车站建成，直流发电机，做照明用。

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 11

§1-1 电力工业发展概况及前景 1.1.2 电能优点 :

①易于将其它形式的能转化为电能，且为清洁的二次能源。②便于远距离输送（输电线路、电缆）③电能集中，分配自由④速度快（ 30万 km/s ），能量大，能做到约时停送电

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 12

§1-1 电力工业发展概况及前景

1.1.3 电力系统发展方向：

大容量

超高压

远距离

电气设备一次部分 13泸州职业技术学院

§1-1 电力工业发展概况及前景1.1.4 我国电力工业的发展：

我国第一座火电 12KW——上海（ 1882 年）第一座水电 2×240KW——昆明滇池石龙坝（ 1912 年）1882 ～ 1949 年： 185 万千瓦、 43亿千瓦时，居 25位、进口设备、集中沿海。 110kV线路 2条共 72万 kW 。1949 ～ 1978 年： 5712 万 kW 、 2566亿千瓦时，分别居 8 、7位。1978 ～ 1995 年：总装机容量突破 2 亿千瓦； 1996年居第二位；2000 年总装机容量突破 3 亿千瓦； 2004 年 6 月全国装机已突破 4 亿 kW ， 2004 年上半年全国发电量共计 9908.51 亿 KWh。福建为 306.9 亿 KWh。

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 14

§1-1 电力工业发展概况及前景

在建工程：三峡水电站 26×70万 KW ，多年平均年发电量 840 亿 kW·h。云南小湾水电站 6×70万 KW广西龙滩水电站 7×60 万 KW向家坝水电站 500 万 KW

三 峡 工 程三峡：瞿塘峡、巫峡、西陵峡坝址：湖北宜昌三斗坪工期： 15年总投资： 954.6 亿元人民币

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 15

§1-1 电力工业发展概况及前景

发展趋势：

大机组、大电厂、大容量、超高压、大电网、高自动化。

位于雅鲁藏布江的墨脱水电站，经查勘研究，其装机容量可达 4380 万 kW ， 多年平均年发电量 2630 亿 kW·h。

2003－ 2010 年：新增装机 45217 万千瓦，年均 5490 万千瓦，预估年均投资额 6588 亿元，总投资额 46446亿元

2010－ 2020 年：新增装机 88775 万千瓦，年均实际新增 7546万 KW，预估年均投资为 9055 亿元，总投资 90550 亿元

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 16

§1-1 电力工业发展概况及前景

全国水电装机达到 8301 万 kw火电达到 25314 万 kw核电达到 210 万 kw风力和新能源发电达到 37万kw

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 17

§1-1 电力工业发展概况及前景

我国已有运行核电机组 9台和在建机组 2台，运行机组装机容量达到 7010兆瓦，约占全国发电总装机容量的 1.63%；核电厂的累计发电量为 438 亿千瓦时，占全国总发电量的 2.3%。连云港田湾核电站核电站为４台１００万千瓦级压水堆核电机组，分两期建设，一期建设规模为二台机组，目前一台机组已投入运行。

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 18

§1-1 电力工业发展概况及前景

长江三峡工程是世界上最大的电站 （总装机容量为 18200MW ）

广州抽水蓄能电站是世界最大的抽水蓄能电站 （总装机容量为 240 万 kw）

西藏的羊卓雍湖水电站是世界上海拔最高的电站

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 19

§1-1 电力工业发展概况及前景

三峡工程介绍 长江三峡工程采用“一级开发，一次建成，分期蓄水，连续移民” 方案。大坝为混凝土重力坝，坝顶总长 3035米，坝顶高程 185米，正常蓄水位 175米，总库容 393 亿立方米，其中防洪库容221.5 亿立方米。每秒排沙流量为 2460立方米，排沙孔分散布置于混凝土重力坝段和电站底部。泄洪坝段每秒泄洪能力为 11万千瓦，年平均发电量 849 亿度。左岸的通航建筑物，年单向通过能力 5000 万吨。双线五级船闸，可通过万吨级船队；单线一级垂直升船机，可快速通过 3000吨级的客货轮。 长江三峡工程竣工后，将发挥防洪、发电、航运、养殖、旅游、保护生态、净化环境、开发性移民、南水北调、洪水灌溉等十大效益，是世界上任何巨型电站都无法比拟的！

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 20

葛洲坝工程介绍 三峡工程的实验坝——葛洲坝水利枢纽位于长江三峡末端的宜昌市境内，距上游的三峡水利枢纽 38公里。 葛洲坝水利枢纽工程自 1970 年 12月 30日动工兴建，于 1988年 12月 10日全面竣工。坝线长 2606.5米，坝高 53.8米，总库容15.8 亿立方米。每秒最大泄洪量 110000立方米。发电装机 21台，总装机容量 271.5 万千瓦，年均发电量 157 亿度。其电送上海、河南、湖南、武汉等地。通航建筑物年单向通过能力超过 5000 万吨。工程建设总投资 48.48 亿元人民币。 葛洲坝水力发电厂。自 1981 年 7月第一台机组并网发电以来，截至 1994 年 5月已累计发电 1430余亿度，创产值 120 亿元人民币。 葛洲坝水利枢纽，是座凡调解三峡水利枢纽尾水流态、改善两坝区间江段航运条件的梯级。三峡水利枢纽竣工后，葛洲坝水利发电厂的保证出力将提高 43 亿千瓦。所以，三峡水利枢纽和葛洲坝水利枢纽是一对风雨同舟的孪生兄弟。

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 21

§1-1 电力工业发展概况及前景

1.1.5 四川内的大型水电站 ：二滩水电站： 330 万 KW金沙江的溪落渡电站： 1080 万 KW向家坝水电站： 500 万 KW1 、 1、 6 水电站的型号： 大型水电站： 25万 KW 及以上中型水电站： 2.5 ～ 25 万 KW小型水电站： 2.5 万 KW以下

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 22

§1-1 电力工业发展概况及前景

1.1.7 我国小水电发展的特点 ： 1 、分布各地的、规模虽小但具有优越经济指标的小水力资源的广泛存在，是我国小水电发展的得天独厚的能源基础。 2 、分散在广大农村和乡镇的电力用户是我国小水电的天然般配的负荷。这些总量很大但相当分散的负荷由小水电就地供电式就近补充，可减轻国家大电网的负担，减小电能的远距离输配电设备的容量，改善电网的潮流分布。 3 、发展小水电可以充分利用当地的人力、物力和财力，只需国家给予适当扶持，便能事半功倍，迅速建成投产，取得相对投资小，收益快的效果。

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 23

§1-1 电力工业发展概况及前景

1.1.7 我国小水电发展的特点 ： 4 、小水电具有综合利用得当优势。尤其与水利灌溉关系密切。因此不仅在举办上要办电治水统筹规划，在经营管理上也常有“以电养水”和“以电促农”等问题。故我国的小水电常与水利灌溉和农副业经济等同步发展，相互促进。

目前我国的小水电还较普遍地存在一些弱点、缺点。主要有：多系径流发电，调节性能差，加上农村负荷的不均衡性，

丰水——枯水和峰荷——谷荷矛盾大；机组容量和系统容量相对偏小，供电稳定性和可靠性偏低；

电网结构脆弱；通讯调度设施差；技术力量薄弱；管理水平等。

缺点

返回

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 24

§1-2 电力系统基本概念

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 25

§1-2 电力系统基本概念

1.2.1 电力系统 ：

图 1-1 电力系统、动力系统、电力网示意图

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 26

电网

电站 电站 电站

水坝矿山 油井

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 27

电力系统：由发电厂、升压变电所、输电线路、降压变电所及电 力用户所组成的统一整体。

电力系统 =发电厂 +变电所 +输电线路 +用户动力系统：电力系统加上带动发电机转动的动力装置构成的整体

动力系统 =电力系统 +动力装置电力网：由各类升压变电所、输电线路、降压变电所组成的电能 传输和分配的网络。

电力网 =变压 +输电线路 +用户

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 28

§1-2 电力系统基本概念

1 、定义：把其他形式的一次能源转变成二次能源的一种特殊工厂2、分类：

1.2.2

按能源分：

水力发电厂

火力发电厂

核能发电厂

风力发电厂

潮汐发电厂

其他发电厂

按集中落差分：

堤坝式、引水式、混合式

按运行方式分：

有调节、无调节（径流式）、抽水蓄能式电站

按厂房结构与位置分：

坝后式、坝内式、河床式、地下式

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 29

§1-2 电力系统基本概念

按发电厂的规模和供电范围分： 地方发电厂

区域性发电厂

自备专用发电厂

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 30

§1-2 电力系统基本概念3 、水力发电厂：利用水的落差（水头 H）、流量（ Q）

水流的位能（动能） 机械能 电能

优点：生产过程简单、易于实现自动化、成本低、无污染 。缺点：建设投资大、工期长、受气候、水文条件影响大， 分丰水期和枯水期。

电气设备一次部分 31泸州职业技术学院

§1-2 电力系统基本概念3 、水力发电厂：

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 32

§1-2 电力系统基本概念4 、火力发电厂：利用燃料（煤、石油、天然气）燃烧使汽轮机转动

燃料的化学能（燃烧） 机械能 电能

优点：建设投资小、工期短、受气候、水文条件影响小， 不分丰水期和枯水期。缺点：生产过程复杂、成本高、对环境污染大。分为： 凝汽式发电厂（专供发电）：热能利用率 30% ～ 40

%

热电厂（发电兼供热）：热能利用率 70% ～ 60%

热能

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 33

§1-2 电力系统基本概念4 、火力发电厂：

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 34

§1-2 电力系统基本概念5 、核能发电厂：利用铀 (或钚）在反应堆核裂变

原子核裂变释放的热能 机械能 电能

优点：消耗燃烧少；燃烧时不需要空气助燃 ；容量越大越经济缺点：开停机复杂、有放射性污染。

如：浙江秦山核电站 （ 2*60 万 kw ） 广东大亚湾核电站（ 2*90 万 kw ） 阳江核电站 （ 2*90 万 kw ）

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 35

§1-2 电力系统基本概念5 、核能发电厂：

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 36

§1-2 电力系统基本概念6、潮汐发电厂：利用海水的涨潮和退潮能量来发电的发电站。潮汐能是地球在自转过程中，海水受月流重力牵引产生的。还有小部分潮汐是受太阳引力牵引形成的。海水涨落的周期为12小时 25分钟，同时在海底造成三角流。世界最大的潮汐发电站：法国北部 LaRance河， Pe=240MW世界最高的潮汐发电站：加拿大 Fundy高达 39 英尺 Pe=20MW世界首座海底潮汐发电站：挪威北部 Kvalsund Pe=300KW（无生态污染，无噪音、不占地）投资 1亿美元。

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 37

§1-2 电力系统基本概念6、潮汐发电厂：

潮汐能 机械能 电能

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 38

§1-2 电力系统基本概念7 、风力发电厂：

风能 机械能 电能

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 39

§1-2 电力系统基本概念8 、抽水蓄能发电厂：利用夜间用电低谷时或丰水期的剩余电力，使水轮机以水泵工作，将下游的水抽回到水库内积蓄，以便峰荷或枯水期时发电的。

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 40

§1-2 电力系统基本概念1.2.3 变电站：变电站是汇集电源、升降电压和分配电力的场所，是联系发电厂和用户的中间环节。按其变压分：升压、降压按其地位和作用分：

•枢纽变电站： 330KV及以上•中间变电站： 330KV～ 220KV•地区变电站： 220 KV～ 110KV•企业变电站： 35KV～ 220KV•终端变电站： 10～ 110KV

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 41

§1-2 电力系统基本概念1.2.4 电力网：由各类升压变电所、输电线路、降压变电所组成的电能传输和分配的网络。按供电范围、输送功率和电压等级分：

按电压等级电力网分：•低压（ 1kV及以下）•高压（ 1 ～ 330kV）•超高压（ 330 ～ 1000kV）•特高压（ 1000kV 以上）

地方电力网： 110KV及以下（ 10KV及以下→配电网）

区域电力网： 110KV 以上

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 42

§1-2 电力系统基本概念1.2.5 电力系统的优越性（ 1）提高了电力网运行的可靠性（ 2）提高了供电的稳定性（ 3）提高了发电的经济性1.2.6 电力系统运行的特点及运行要求 1. 特点：（ 1）生产、分配、输送、再分配具有同时性； （ 2）正常输电过程和故障过程都非常迅速；（ 3）电力系统的地区性特点较强，组成情况不尽相同；（ 4）电能生产与国民经济、人民生活的关系密切。

§1-2 电力系统基本概念2. 基本要求：（ 1）保证供电的安全可靠性：减少事故率（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类负荷）（ 2）保证电能质量（波形、频率、电压）：随时调频、调压（ 3）保证足够的发电功率和发电量（ 4）保证电力系统运行的稳定性（ 5）保证电力系统运行的经济性

线路额定电压

正常运行电压允许变化范围

35kv及以上

±5%Ue

10kv及以下

±7%Ue

低压照明及农业用电

(+5%～ -10%)Ue

运行情况 允许频率偏差

正常运行中小容量电网 ±0.5Hz

大容量电网 ±0.2Hz

事故运行30秒以内 ±1Hz

15秒以内 ±1.5Hz

绝对不允许 -4Hz

表 1-2 系统电压允许偏差

表 1-1 系统频率允许偏差

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 44

§1-2 电力系统基本概念

频率主要取决于有功功率的平衡电压主要取决于无功功率的平衡可通过调频、调压和无功补偿等措施来保证频率和电压的稳定。电力系统的供电电压（或电流）的波形为严格的正弦波形。

返回

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 45

§1-3 电气设备概述及额定参数

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 46

§1-3 电气设备概述及额定参数 1.3.1 主要电气设备 1 ．一次设备 : 直接参与生产、输送和分配电能的电气设备。能量转换的设备： 发电机 G（ F）、变压器 T（ B）、电动机 M（ D）接通和开断电路的开关设备：断路器 QF（ DL）、隔离开关 QS（ G）、熔断器 FU（ RD）、负荷开关 Q（ FK ）交换电路电气量，隔离高压的设备：电压互感器 PT、 TV（ YH）、电流互感器 CT、 TA（ LH）载流导体：母线 WB（ M）、绝缘子和电缆 W限制电流和防止过电压的设备：电抗器 L（ DK ）、避雷器 FV（ BL）

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 47

§1-3 电气设备概述及额定参数1.3.1 主要电气设备 2 ．二次设备：对电气一次设备的工作状况进行监测、控制和保护的辅助性电气设备。

用于反映不正常工作状态：继电器、信号装置、保护单元、 PLC 测量电气参数的设备：仪表、示波器、录波器 控制及自动装置：控制开关，同期及自动装置 连接电路的导体：控制电缆、小母线、连接线 交流不间断电源： UPS

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 48

§1-3 电气设备概述及额定参数1.3.1 主要电气设备 3 ．直流设备：供电给电站内继电保护装置、自动装置、信号装置、断路器控制回路及事故照明用的直流电源设备。

整流设备蓄电池组充电装置

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 49

§1-3 电气设备概述及额定参数 1.3.2 电气设备的额定参数 用以表明电气设备在一定条件下的长期工作最佳运行状态的特征量的值叫做额定参数。主要有额定电压、额定电流和额定容量。 1．额定电压：是按长期正常工作时具有最大经济效果所规定的电压。为使电气设备实现标准化和系列化生产，国家规定了标准电压系列如表1-3所示。

（ 1）我国交流电网标准额定电压 Ue（ KV）0.22 、 0.38 （低压）3、 6、 10、 35 、 60 、 110 、 220 （高压）

330 、 500 （超高压） 750 、 1075 （特高压）

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 50

§1-3 电气设备概述及额定参数

1.3.2 电气设备的额定参数：表1-3

(2)用电设备的额定电压 =电力网的额定电压：即 U 用 .e=Ue

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 51

§1-3 电气设备概述及额定参数

1.3.2 电气设备的额定参数：表1-3

(3)发电机的额定电压 :图1-2

可直配发电机（≯ 100MW ）

Ｕ G.e＝ 1.05Ｕ e （ 0.4 、 6.3 、 10.5 ）。不可直配发电机（＞ 100MW ）

13.8 、 15.75 、 18 、 20kV 等四种。

汽轮机中非标准电压

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 52

§1-3 电气设备概述及额定参数

1.3.2 电气设备的额定参数：表1-3 (4)变压器的额定电压：图1-2

一次绕组（相当于用户） ①不与发电机直接相连（降压变） Ｕ T1.e＝Ｕ e ②与发电机直接相连（升压变、厂变） Ｕ T1.e＝Ｕ G.e＝ 1.05Ｕ e

二次绕组（相当于电源）系指空载值 ①Ｕ d％≥ 7.5或高压侧为 35kV及以上

Ｕ T2.e＝ 1.10Ｕ e ②Ｕ d％＜ 7.5或高压侧为 35kV 以下或短线路

Ｕ T2.e＝ 1.05Ｕ e

KV3.6

%5.225.38

KV3.6

%5.2235

升压变压器

降压变压器

53

表 1-3 我国交流电力网和电气设备的额定电压（ kv）

用电设备额定电压与电力网额定电压

发电机额定电压

变压器额定电压 原边绕组

副边绕组 接电力网 接发电机

0.23 0.22 0.23 0.230.40 0.38 0.40 0.40

3 3.15 3 3.15 3.15及 3.3 6 6.3 6 6.3 6.3及 6.6 10 10.5 10 10.5 10.5及 11 - 13.8 - 13.8- 15.75 - 15.75- 18 - 18- 20 - 2035 35 38.560 60 66110 110 121220 220 242330 330 363 500 500 550750 750 8251075 1075 1182

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 54

§1-3 电气设备概述及额定参数1.3.2 电气设备的额定参数： 2. 额定电流：是指周围介质在额定环境温度时，其绝缘和载流导体及其连接的长期发热温度不超过极限值所允许长期通过的最大电流值。

我国采用的周围介质额定温度：（ 1）电力变压器和大部分电器（如 QF、 QS、 TA、 TV）的额定周围空气温度为 400C。（ 2）敷设在空气中的母线、电缆和绝缘导线为 250C。（ 3）埋设在地下的电力电缆的额定泥土温度为 250C 。

+450C I<Ie如某变压器： +400C→I=Ie +250C I>Ie

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 55

§1-3 电气设备概述及额定参数1.3.2 电气设备的额定参数： 3.额定容量：周围介质在额定环境温度时，电气设备长期发热温度不超过极限值所允许长期通过的最大容量。

视在功率 Se（伏安）：有功功率 Pe(瓦 )：无功功率 Qe( 乏 )：

•变压器 Se：•发电机 Pe：•电动机 Pe：

eee IUS 3

cos3 eee IUP sin3 eee IUQ

)(3 KVAIUS eee

)(cos3 KWIUP eee

)(cos3 KWIUP eee

返回

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 56

第一章 作业

1-1 什么是发点厂、变电站、电力系统及电力网 ?1-2 试述火电厂、水电厂、核电厂的基本生产过程及其特点 ?1-3 电力系统有哪些优越性 ?电力系统运行要满足哪些基本

要求 ?1-4 电能质量的主要指标是什么 ?1-5 什么是一次设备和二次设备 ?它们各自包含哪些内容 ?1-6 一次设备的额定电压是如何规定的 ?1-7 试确定图示电力系统用电设备、发电机和变压器的额定

电压（变压器用额定电压比的形式表示）。图中所示电压为电力网额定电压。

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 57

121/6.3KV

6.3/0.4KV

110/38.5KV

35/6.6KV 6KV

6KV

35/11KV

35/11KV

10/0.4KV

220V 380V

6.3KV

泸州职业技术学院 电气设备一次部分 58