发电厂电气主系统课程
《发电厂电气主系统》是电气测控类电力系统运行与控制方向本科生的一门重要技
术专业必修课，是一门理论与实际紧密结合并对学生进行工程训练的主干专业课。
通过本课程的教学，学生应熟练掌握单母线、双母线、3/2、桥形、单元等典型接线的运行特征与分析方法，以及电气一次设备的工作原理与选择校验方法，掌握大中型
发电厂、变电站的电气主系统设计与运行的基本理论与基本技能，了解新理论、新技术、
新产品在发电厂电气主系统中的应用，具备分析解决工程实际问题的初步能力。为后续
专业课程的学习及以后从事设计、运行、科研工作，奠定必要的理论基础。
火力发电厂的生产流程、单母线、双母线、3/2、桥形、单元等典型接线的运行特征，电气一次设备（如断路器、隔离开关、互感器等）的工作原理、运行要求
及选择与校验方法，二次接线图有关基本知识（如屏后接线图、相对编号法），断路器
的控制方式与工作原理。
电气主接线设计理论、实际工程用的操作票的填写、电动机自启动校验、
互感器的误差分析、中央信号装臵的工作原理等。
启发式、探究式、案例式等教学方法相结合，并采用多媒体教学。
总课时：60课时，其中：理论课54课时，实验6课时。
本课程为考试课，采用闭卷考试方式。
熊信银.《发电厂电气部分》.中国电力出版社.第三版.2004.
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第0章 绪论
发电厂电气主系统 05级电力方向本科
电力工业在国民经济
中的地位，我国电力的发展
概况，电力工业的发展前讲授、3课时 景，本课程的主要内容和学
习方法。
通过本章的教学，要求学生掌握我国电力工业的发展概况及目前的发
展方针，对电力生产和运行方面的知识有一个基本的了解和认识，为后续
章节内容的学习提供感性认识，为今后学习专业课打下一定的基础。
我国电力工业的目前发展方针
1、电力工业在国民经济中的地位：20分钟
2、我国电力的发展概况：25分钟
3、电力工业的发展前景：45分钟
4、本课程的主要内容和学习方法：25分钟
5、小结：20分钟
采用启发式、案例式教学方法
1、中国电力报
2、2007年、2008年《中国电力》杂志
3、熊信银.《发电厂电气部分》.中国电力出版社.第三版.2004.
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电是能量的一种
表
关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf
现形式，电力已成为工农业生产不可缺少的动力，并广泛应用到
一切生产部门和日常生活方面。电力工业在国民经济占有十分重要的地位，而且电力必
须先行。主要表现在：
在制订计划时，电力的发展速度要求比国民经济增长速度高１.６个百分点左右，即：电力消费弹性系数＝电力增长率／国民生产总值增长率>１。
2000年，电力增长率为6.3％，国民生产总值增长率为8.9％，电力消费弹性系数为0.71，未能满足经济发展的需要。
2004年,电力增长率为14.6％，国民生产总值增长率为9.3％，电力消费弹性系数为1.57,满足经济发展的需要
要点：１）生产特点所决定的【发、供、用同时进行】。
２）联网。
西欧１１国互联电网，东欧７国互联电网，毗邻国家加拿大与美国也互联电网，我
国有南方电网公司、国家电网公司两大电网公司。
【南方电网公司】：包括云南、贵州、广东、广西、海南等五省，正在建设〒8００kV直流输电。
【国家电网公司】：包括东北、西北、华北、华中、华东等六个跨省电网，并实现
了华中和华东两个区域电网非同期联网【〒５００kV直流输电，全长1070km】。
【华中电网】：包括湖南、湖北、江西、河南等四省，８３年５月联网。
3
年份 1949 1980 1985 1990 1995 2000 2004 2010 2020 项目 预测数据 实 际 数 据
4.47
美：50年代 发电装机容
6() 9() 英：60年代 0.0185 0.6050 0.85 1.38 2.17 3.193 8量（10kW） 法：70年代
西：80年代
发电量43 3006 3950 6212 10096 13685 21870 33600 61100 8（10kW.h）
装机容量居21 8 5 4 3 2 2 2 2 世界序位
人均发电装0.004 0.061 0.092 0.121 0.179 0.252 0.339 0.52 0.92 机(kW)
人均占有发9.6 305 422 536 830 1080 1682 2500 4300 电量(kW.h)
发电量年均 14.7 6.3 10.5 10.2 6.3 14.6 8 6.4 增长率(%)
GDP年均增 7 16.3 8.9 9.3 7.5 6 长率(%)
电力消耗弹 1.5 0.63 0.71 1.57 1.14 1.07 性系数
上世纪80年代初,我国提出了经济发展分两步走的目标,2000年达到小康水平,人均GDP值为1000＄；以后再经过30至50年，达到中等发达国家水平，即人均GDP值为4000＄。所谓中等发达国家，就是指1984年西班牙人均国民生产总值为4400＄那样的国家。根据上述经济发展目标，电力部门制定出我国电力系统发展出的长远目标是：发
电装机容量2000年3亿kW、2010年6亿kW、2020年9亿kW。
由上表可以看出，我国电力工业的发展速度是相当快的，但与技术先进的发达国家
相差较远，２００4年，人均电力为0.3kW，２０2０年，人均电力为0.6kW，该指标相当于美国但我们还有很大的挖掘潜力，因为电力是一种二次能源，我国的一次能源（如煤、水力等）比较丰富，
水力资源居世界首位。
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,
,
,
,
,
,
,
目前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。
三峡工程于９２年４月全国人民代表大会通过，９３.7.27《中央新闻》报道：三峡工程正式开工，移民１００万，施工年限１７年，第一期工程发电年限１１年（即２
００３年发电，已有６台机组投产发电），静态总投资９００多亿人民币，动态总投资
2039亿人民币，三峡总装机１８２０万kW（６〓７０），最大单机７０万kW（世界上最大），年均发电量847亿kW.h，是世界上最大的发电厂，坝顶高１８５m。五级船闸【世界之最，大船走楼梯，小船坐电梯】。
葛洲坝水电站：７０年１２月开始动工兴建，８８年１２月全部完工（位于湖北宣
昌市，华中电网），它把长江分成大江、二江、和三江，大江、二江主要用于发电，三
江用于渡船，坝长２６００多米，总装机２７１.５万kW，２２万伏、５０万伏开头站、
５０万伏直流换流站各一个，总投资人民币计划１０亿元，实际４８亿。
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：厂网分开【五大发电公司：大唐、华能、华电、国电、国投；两大电
网公司：南方电网公司和国家电网公司】，竞价上网，实现高度自动化，西电东送，南
北互供，走向联合电力系统。为了实现这一目标，依赖于以下各方面相关技术的全面进
步。
原因：?电能生产的特点：发、变、送、配和用电同时进行；?电网的结构和电源
的布局，直接影响到电力系统运行的稳定性、经济性、电能质量未来的发展。
举例：2003年8月14日，美国东北部和加拿大东部联合电力系统发生了大面积停
电事故。
工业要现代化，作为基础和先行的电力工业，更要实现现代化。
（1）向高电压、大系统发展：系统容量在（4—8）亿kW，交流输电电压为500、750【2005年，已在西北电网建成】和1150kV，直流为〒500 kV和〒750 kV。
（2）向大电厂、大机组发展
（3）实现高度自动化：建立安全监测和经济调度系统，实行功率和频率的自动调
整，火电厂实行单元集中控制，水电厂和变电站实行无从值班和远方集中控制。
一次能源组成：煤占５９％，水占４０％，油汽占１％。
水力蕴藏量约６.８亿kW，经济可开发容量为3.78亿kW,年发电量可达１.９万亿度。
水力资源居世界首位（人均占有量相当于世界平均值的1/4），已开发的少【截止到2004年9月，水电装机突破了1亿kW大关，但开发率仅为24％，大大低于发达国家（50—7０％）】。
水力资源主要在黄河上游、长江支流、红水河流域等【西南、西北地区】。“西
电东送”工程。
?成本低，但大型工程投资大，建设同期长。
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原因：
运行费用较低，可装在负荷中心［１kg铀相当于
标准
excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载
煤2700吨］ 235
在自然能源的短缺的缺电地区建设核电厂，可以缓和交通运输的矛盾，改善电力
供求平衡。
运行经验告诉我们：电力系统容量愈大，调度运行就愈能合理和优化，经济效益就
愈好，应变事故能力就愈强。具体来说有如下五个方面的优点：
?错峰效益 利用时差，错开高峰负荷。
?提高供电可靠性，减少系统备用容量。
?有利于安装大容量机组 最大单机容量?10%系统总容量
?有利于经济调度
?调峰能力互相支援
电力市场：既是电能生产与运营的组织、指挥、控制和管理中心，也是电能商品集
中交易与结算的场所
原因：?由于形成国家、外资、地方等多家办电的局面，存在一个如何协调投资各
方的利益分配就成了一个非常重要的问题，为此，建立电力市场，给每个参与投资成员
以平等竞争的机会，创造一个公平竞争的环境。?由于电能具有垄断性和发、供、用电
的同时性两个特点，因而制定电价的理论与一般商品不同，电价过低，一是影响电力工
业的发展，二是影响电力生产；电价过高，将影响其他工业的发展，甚至影响社会稳定。
电价模型：以市场经济为指导，应能考虑各种因素及其变化随时修改，并能接受政
府部门与社会的监督。
IT技术在电力工业中的应用，目前取得的成功集中在两个方面：一是各类电气设备
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的微机化，二是电力系统各类复杂计算由计算机自动完成。
目前比较成功的有下述几个热点：
?SCADA----数据采集与监控系统
?EMS------能量管理系统
?DMS------分布式管理系统
?MIS------信息处理管理系统
系统集成可以说刚刚起步，未来会有更广阔的发展空间。
谐波已成为一大公害，对电力系统的安全、稳定、经济运行造成极大的影响，必须
要进行治理，如有源滤波器等。
煤作为能源，在国民经济发展中做出了巨大的贡献，但在开发与利用过程中，也带
来了一系列环境污染问题，危及生态平衡与人类的生存环境。
主要污染物：粉尘、硫氧化物、氮氧化物及二氧化碳等。
洁净煤发电技术是指：在最大限度地发挥煤作为发电能源的潜能，同时实现最少的
污染物排放，达到煤的高效、清洁利用和发电。
关键技术如下：
?煤炭利用前的净化处理技术
?煤炭燃烧过程中的洁净燃烧技术----改进煤粉的燃烧方式
?烟气净化技术-----脱硫技术、脱氮技术
?煤的转化-----煤的汽化和液化
绿色能源：是指通过特定的发电设备，将风能、太阳能、生物质能、海洋能和地热
能等可再生能源转换得来的能源，其最大特点是生产过程中不排放或很少排放对环境有
害的废气和废水等污染物。
我国的风能十分丰富，10m高度层总储量为32.26亿kW，可开发的有2.53亿kW，
我国从20世纪80年代中期开始，到2002年底建成30多个风电场，装机容量44万kW。
湖南省：湘西龙山八面山风力发电规划装机10万kW，邵阳南山风力发电规划装机2万kW。
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太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富【我国陆地年接收的太阳能射
总量，相当于2.4万亿吨标煤】，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。
本课程是电气工程及其自动化本科专业----电力系统与运行方向的一门主干专业课。通过课堂讲授、电化教学、实习及毕业设计等教学环节，使学生树立工程观点，了
解发电、变电和输电的电气部分及新理论、新技术和新设备在电力系统中的应用，熟练
掌握电力生产的过程、电气部分设计以及电气运行方面的知识。
发电厂的电气主系统可用如下简图来描述【见图1所示】
地区负荷
升压变压器发电机（） 主变 发电机电压升高电压远方用户配电装置配电装置
厂用高压变压器（） 厂用高变
厂用电
配电装置
厂用负荷
图1 发电厂生产过程简图 主要内容：
电气主接线理论：?3、4章（）
厂用电理论：?5章
电气设备选择及校验理论：?3、6章（）
配电装臵理论：?7章
发电厂和变电站的控制与信号理论：?8章（）
本课程实践性强，内容多而杂，因此，要求同学们在课堂上专心听讲，认真做好笔
记，在现实生活中多观察，多动手，勤思考，然后用自己所学的知识去分析问题、解决
问题。
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邵阳学院电气工程系
1、设想到月亮上建太阳能发电厂，能量如何送到地球上来？
2、分析目前电力工业的发展状况。
1、2007年、2008年中国电力报。
2、2007年、2008年的《中国电力》杂志。
3、网上查找有关电力建设方面的最新成果。
4、熊信银.《发电厂电气部分》.中国电力出版社.第三版.2004.
（学生反映、经验教训、改进措施）：
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第1章 能源和发电
发电厂电气主系统 05级电力方向本科
(1)能源和电能
(2)火力发电厂
(3)水力发电厂 讲授、3课时
(4)核能发电厂
(5)新能源发电厂简介
通过本章的教学，要求学生熟练掌握火力发电厂、水力发电厂生产流
程和生产特点,了解能量、能源和电能的有关基本概念，能源的分类，电能
的特点。具备初步的电力生产和运行管理方面的基本知识。
重点：火力发电厂的生产流程。
难点：火力发电厂动力部分的工作原理。
1、能源和电能：25分钟
2、火力发电厂：45分钟
3、水力发电厂：35分钟
4、核能发电厂：10分钟
5、新能源发电厂简介：20分钟
采用启发式、案例式教学方法
1、熊信银.《发电厂电气部分》.中国电力出版社.第三版.2004. 2、2007年、2008年《中国电力》杂志
3、中国电力报
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物质、能量和信息是构成客观世界和三大基础，到目前为止，人类所认识的能量有
如下六种形式：
?机械能
?热能
?化学能
?辐射能
?核能
?电能
能源：是能量的来源或泉源，能源形式多样，有如下几种分类方法。
自然界中现成存在，可直接取用。
如煤、石油、水能、风能、太阳能等 1、按获得的方法分
指由一次能源经过加工而转换成的
另一种形态的能源。
2、按被利用的程度分 常规能源：已经被人们广泛利用的能源
新能源：用新发展的技术开发，并采用先进的方法加以广
泛利用的能源。
3、按能否再生分 可再生能源：不断再生并有规律地得到补充的能源
非再生能源：随人类的利用而越来越少，总有枯竭之时的能源。 4、按能源本身的性质分 含能体能源：可以直接储存的能源，如煤、石油等。
过程性能源：无法直接储存的能源，如水能、风能等 1、煤炭【非再生能源】
我国煤炭资源储量较丰富，而且质量优良，分布面广，品种也很齐全。据预测资料
4可知，埋深在1000m深度内的煤炭总资源量达2.67〓10亿吨，主要分布在新疆、内蒙
古自治区、山西和陕西等省区。
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2、水力资源
4我国水能资源蕴藏量6.76亿kW，年发电量5.92〓10亿kW.h，可开发量为3.78亿
kW，居世界首位，主要集中在西南地区。
3、其它资源
（1）石油：地质储量68.1亿吨，
43（2）天然气：总资源量达38〓10亿m，主要分布在中部和西部地区。【西气东送工程】
（3）铀：地球上的铀储量有限，已探明的仅500万吨。我国的铀储量可供4000万
kW核电厂运行30年。
电能被视为与空气和水一样重要，如果没有了电，现代文明社会将不复存在。它与
其它形式的能源相比，具有如下特点：
1、便于大规模生产和远距离输送；
2、可简便地转换成另一种形式的能量；
3、用电容易控制，可实现自动化和远动化操作；
4、损耗小，效率高，经济效益好。
5、无气体和噪声污染。
发电厂是“生产”电能的工厂，它将其它的一次能源转换为电能。按输入一次能源
形式及转换过程的不同，可将发电厂分为下列四类：
火力发电厂
水力发电厂
原子能发电厂（又称核电厂）
新能源发电厂 风力发电厂
太阳能发电厂
地热发电厂
潮汐发电厂
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火力发电厂简称火电厂，指用煤【包括油和天然气】为燃料的发电厂。其能量转换
过程：
锅炉汽轮机发电机化学能,,,,热能,,,,,机械能,,,,,电能
按输出能源的形式可分下列两种：
?凝汽式火电厂： 只向外供应电能的发电厂。
?热电厂： 同时向外供应电能和热能的发电厂。【它除了对外供电外，还要利用
在汽轮机中做功后的蒸汽，对近区企业及城市供热，实现热、电联产。热效率可达60-70%，
位于市区或近郊。在汽轮机中间抽汽。】
【以凝汽式火电厂为例】
整个生产过程可分为三个系统：（1）燃烧系统：燃料的化学能在锅炉中燃烧转变为
热能，加热锅炉中的水使之变为蒸气。（2）汽水系统：蒸汽进入汽轮机，冲动汽轮机旋
转，将热能转变为机械能。（3）电气系统：汽轮机带动发电机转动，把机械能变为电能。
1、燃烧系统【见图1-1所示】
它由运煤、磨煤、燃烧、风烟、灰渣等系统组成。
冷
空输煤皮带气
送风机煤经斗烟空气预热器囱煤
排磨热空气热向煤空大除尘器机气气引风机
锅炉煤粉排粉风机细
灰
炉渣至灰场冲灰水
冲灰沟灰渣泵
图1-1 火电厂燃烧系统流程示意图
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1 运煤系统 煤从煤场 储煤场
输煤皮带 2 磨煤系统 煤经过筛选后从储煤场 原煤仓
粗粉分离器
煤斗 磨煤机 细粉 旋风分离器粗粉
煤粉仓
可调给粉机排粉风机 3 燃烧系统 细粉从煤粉仓 一次风管 炉堂
4 风烟系统 冷风 送风机 空气预热器 磨煤机
炉堂 过热器 省煤器 空气预热器 除尘器
引风机 烟囱 大气
5 灰渣系统 细灰 炉渣 冲灰沟 灰场灰渣泵
2、汽水系统【见图1-2所示】
它包括给水系统、循环、水系统和补充给水系统。
汽水系统电气系统
过热蒸汽
汽轮机发电机主变压器主母蒸汽过线热器
泛中间再汽厂用变锅炉热器
给生水水省煤器断路器水处理设备凝汽器冷补充隔离开关给水却除水氧厂用高压母线器高压加低压加凝结给水泵热器热器水泵
图1-2 火电厂汽水系统流程及电气系统图
3、电气系统【见图1-2所示】
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（1）火电厂布局灵活，装机容量的大小可按需要决定。
（2）火电厂的一次性建造投资少，仅为同容量水电厂的一半左右。
（3）火电厂耗煤量大。
（4）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。
（5）机动性较差。大型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，
乃至几十小时，并附加耗用大量燃料。
（6）热效率低，只有32—40%。
（7）在电力系统中主承担基荷。
（8）火电厂对空气和环境的污染大。
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水力发电厂：是利用水的动能和势能作为动力的发电厂，其能量转换过程：
水轮机发电机水能,,,,机械能,,,,电能
1、按集中落差的方式分类【根据水力枢纽布臵的不同】，可分为下列三种：
?堤坝式水电厂：在河床上修建拦河坝，将水积蓄起来，抬高水位形成发电水头。
根据厂房布臵的位臵，又分坝后式【厂房建在坝的后面，厂房不承受上游水压，如三峡
水电站，厂房采用全封闭式结构】和河床式【厂房代替一部分坝体，如葛洲坝水电站】
两种。
?引水式水电站：由引水渠道造成水头，一般不需修坝【适用于水头很高的情况】。
?混合式水电厂：它兼有堤坝式和引水式两种水电站的特点。
2、按径流调节的程度分类
?无调节水电厂：库容很小，出力的变化，主要取决于天然来水流量，往往是枯水
季节水量不足，出力很小，而洪水期流量很大，产生弃水。
?有调节水电厂：库容较大，能按照发电用水要求对天然来水量进行调节。【有日
调节、月调节、季调节、年调节和年调节多水电厂之分】
1）可综合利用水能资源【航运、灌溉等】。
2）发电成本低，效率高。
3）运行灵活，启、停迅速。适用于用作调频、调峰。
4）水能可储蓄和调节。
5）水力发电不污染环境，相反，还可改善自然生态。
6）投资大（单位kW），且建设周期长。
7）位于山区，地形复杂。
8）设备利用率低。调峰电站为1500-3000小时/年。
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是一种特殊电站，水工建筑具有上库与下库，既有水轮机组，又有电动水泵机组，
低谷负荷时蓄水【作为用户】，高峰负荷时发电【作为发电厂】，主要用于调峰。
1）调峰。
2）填谷。在低谷负荷时，可使火电机组不必降低出力（或停机）和保持在热效率
较高的区间运行，从而节省燃料，并提高电力系统运行的稳定性。
3）事故备用。
4）调相。
1）降低电力系统燃料消耗。 2）提高火电设备利用率。
3）可作为发电成本低的峰荷电源。 4）对环境没有污染且可美化环境。 5）可用于蓄能。
核电厂，是利用反应堆中核燃料裂变链式反应所产生的热能，再按火电厂的发
电方式，将热能转变为机械能，再转变为电能，它的核反应堆相当于火电厂中的锅
炉。
1、压水堆核电厂
2、沸水堆核电厂
1、核岛系统
2、常规岛系统
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包括太阳能发电 、风力发电、地热发电、潮汐发电、生物质能发电及垃圾电厂等。
1、太阳能发电
?太阳能热发电：它是将吸收的太阳辐射热能转换成电能的装臵，其基本组成与常
规火力电厂相似。
?太阳能光发电：太阳能光发电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。
是把照射到太阳能电池上的光直接变换成电能的一种发电形式，它是目
前太阳能发电研究的方向。
2、风力发电
将风能转换成电能的发电方式称为风力发电。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
风力发电装臵的示意图。由此图可以看出风力发电机生产过程的简单描述。
3、地热发电
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。
4、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。
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邵阳学院电气工程系
见书P27：1-3，1-4，1-5
1、熊信银.《发电厂电气部分》.中国电力出版社.第三版.2004. 2、2007年、2008年的《中国电力》杂志。
3、网上查找有关电力建设方面的最新成果。
（学生反映、经验教训、改进措施）：
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第2章
发电厂电气主系统 05级电力方向本科
(1)概述：电气设备的作用
与分类，电气主接线和装置。
(2)发电厂的电气部分：介
绍300MW和600MW发电机组的主
要电气设备。
讲授、3课时 (3)高压交流输变电简介：
主要讲述500kV变电站中用到
的主要电气设备与工作原理。
(4)高压直流输电简介：直
流输电的原理及优缺点。
通过本章的学习，要求学生对高压交流输电的主接线形式和所用的电
气设备的特点有一个比较完整的认识和了解，对直流输电有一个初步的认
识。
重点：电气一次设备的功能、电气主接线的定义。
难点：500kV变电站电气主接线所使用主要设备的工作原理与特点。
1、概述：45分钟
2、发电厂的电气部分：35分钟
3、高压交流输变电：35分钟
4、高压直流输电简介：20分钟
采用启发式、案例式教学方法
1、熊信银.《发电厂电气部分》.中国电力出版社.第三版.2004. 2、2007年、2008年《中国电力》杂志
3、中国电力报
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根据电气设备的作用不同，可将电气设备分为两类：
1、一次设备：生产、变换、输送、分配和使用电能的设备
（1）生产和转换电能的设备。如发电机（G）、变压器（T）、电动机（M）
（2）接通或断开电路的开关电器。如断路器（QF）、隔离开关（QS）、熔断器（FU）
等。
（3）限制故障电流和防御过电压的设备。如电抗器、避雷器（针）等。
（4）接地装臵。
（5）载流导体。
电气二次设备:对一次设备进行测量、控制、监视和保护用的设备
（1）仪用互感器。如TA、TV等
（2）测量仪表
（3）继电保护及自动控制
（4）直流电源
（5）操作电源、信号设备及控制电缆
电气接线和电气装臵：在发电厂和变电站中，各种电气设备必须用导体按一定的要
求连成一个整体，并与必要的辅助设备一起安装，构成通路，实现发供电。
1、电气接线
根据各种电气设备的作用及要求，按一定方式用导体连接起来所
形成的电路。
?电气主接线（又称一次接线和电气主系统）：由一次设备按预期生产流程所连成
的接受和分配电能的电路。
它代表了发电厂或变电所电气部分主体结构及各种运行方式，是电力系统网络结构
的重要组成部分，它直接影响运行的可靠性、灵活性和经济性，并对设备选择、继电保
护的配臵以及控制方式的拟定都有决定性作用。
22
?电气二次接线：由二次设备所连成的电路。
2、电气主接线图
用的设备文字和图形符号并按，详细地表示电气设备或成套装臵
的全部基本组成和连接关系的。
3、配电装臵
（1）配电装臵：根据主接线的要求，由开关设备、母线、保护和测量设备以及必
要的辅助设备和建筑物组成的整体，其作用是接受和分配电能。 （2）按安装地点分类：
?屋内配电装臵：10kV
?屋外配电装臵：220kV
?电能的传输过程，母WL3WL4架空出线
线的作用：汇集和分配电
母线 能。
220kVW5?主接线形式 W4
10kV：双母线分段接线QF3QF4QF5电缆出线WL2WL1（工作母线分成两段），以
T1T2T3进一步提高供电可靠性。 L1L2
220kV：双母线接线。
?断路器（QF）：具有W310kVW1W2
灭弧装臵，能接通和断开电抗器 QF2QF1
负荷电流及短路电流。
G3L3G1G2
隔离开关（QS）：没图2-1 火电厂的电气主接
有灭弧装臵，不能开闭5A
以上的电流，主要用于检修时隔离电源。
?电抗器（L）：限制短路电流。
23
我国电力系统中，发电机单机容量不断增长，300MW的机组已成为系统中的主力，600MW的机组已逐步进入一些大型电力系统。
1、电气主接线【图见书图2-2所示】
（1）采用发电机----双绕组变压器单元接线【发电厂附近无地区负荷】，无发电机
出口断路器和隔离开关【机组容量大，目前还不能生产合符要求的断路器和隔离开关】。
（2）采用全连分相封闭母线【消除了母线附近钢构的发热和减少了母线电动力；
提高了供电可靠性；运行安全；运行维护工作量小】
（3）主变低压侧引接一台分裂低压绕组变压器，供给厂用电。
（4）发电机中性点接有中性点接地变压器，用来限制电容电流。
2、主要电气设备参数【图见P31】
注有2处错误：
200.10.1200.10.1 1）电压互感器：JDZJ-20，变比 应为 ////333333
2）高压熔断器：RN4-20型，额定电流20kA，应为
与300MW发电机组电气部分基本相同
24
1、为什么要采用高压交流输电？
2、我国330kV及以上超高压输电情况简介
3、500kV变电站电气主接线及主要电气设备
4、500kV及以上系统与220kV及以下系统在系统接线、功能、补偿方式有何异同点？
一、为什么要采用高压交流输电？
1、长距离输送电能
由于大容量发电厂的建设地点一般远离负荷中心，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【线损增加】，因此，提高电压等级就成为必然的
选择。
注：不同电压等级输电线路的经济输送容量和输送距离的关系见表2-1所示【见书P34】
2、大容量输送电能
随着电力系统发电容量的增大，特别是大型坑口火电厂和核电厂的投产，虽然输电
距离不长，但输送容量很大，也需要采用较高电压的电压等级。
3、节省基建投资和运行费用
以输送每千米每千瓦电力的线路的造价作为单位造价，则在经济输送容量范围内，
线路的单位造价及线路走廊的宽度将随输电电压等级的升高而降低。
4、电力系统互联
联网，可以增强电网输送能力，提高系统运行的稳定性和经济性。
【见书P34--35】
1、第一条330kV线路于1972年建成（甘肃泰安变电站至陕西省汤峪变电站），为后
来的500kV输变电工程打下了基础
2、第一条500kV线路于1981年建成（河南的平顶山变电站至武汉的凤凰山变电站），
25
现在我国已形成以500kV电压等级为骨干网架。
3、第一条750kV线路于2005年底建成（西北官亭至兰州东），为今后的1000~1200kV
输变电工程打下了基础。
500kV变电站是电力系统的枢纽站，在电力系统工程中地位极为重要，其安全可靠
运行将直接影响整个系统的安全稳定运行。因此，对500kV变电站供电可靠性要求较高。目前，我国500kV变电站的电气主接线一般采用双母线四分段带专用旁路母线和3/2两种接线形式。
如图2-4所示【见书P36】，采用3/2接线，同时采用了交叉布臵，进一步提高了供
电可靠性。发电机与变压器组成单元接线，并采用全连分相封闭母线。
每台发电机设臵容量为56MVA、电压为的厂用高压变压器【由于厂用负荷大，厂用高压负荷由有两种电压等级供电】。厂用变压器的容量除满足预测
厂用最大负荷外，留有10%的容量供负荷扩充用。
500kV变电站配电装臵采用中型布臵，断路器采取三列式布臵。
1、主变压器
500kV变压器的主要特点是电压等级高、传输容量大，对变压器的设计和工艺要求
也很高。一般多采用三相变压器，也可采用三台单相变压器组成三相变。
2、断路器
1）主要作用是：?正常情况下，合、分和控制电路；?电力系统发生事故时，自动
切除短路电流，以保证电力系统正常运行。
2）按采用的灭弧介质可分：
油断路器
真空断路器
空气断路器
断路器：具有灭弧能力强、开断容量大、熄弧特性好等特点，因而在超高压SF6
输电网中普遍使用，到目前为止，我国500kV系统全部使用SF断路器。 6
3、隔离开关
1）主要作用：?设备检修时，隔离电压；?倒换电源操作，改变运行方式。
26
2）特点：没有灭弧装臵，不能合分5A以上的电流，但具有明显断口。
4、电压互感器
主要作用：把高电压变成标准的低电压【（100V）线电压】，供测量、继电保护、监视等各种设备和仪表用。
现代电力系统中，电压互感器一般可做成四绕组式，这样一台电压互感器可集上述
三种用途于一身。电压互感器分为电磁式和电容式两大类，目前在500kV电力系统中，大量使用的都是电容式电压互感器【电容做为载波通信用】。
5、电流互感器
主要作用：把大电流变成标准的小电流【5A、1A】，供测量、继电保护、监视等各种设备和仪表用。
6、避雷器
是保护电气设备免遭雷电入侵波危害的设备。当雷电冲击波沿线路传入变电站，超
过避雷器保护水平时，避雷器首先放电，使电气设备受到保护。
按发展的先后，避雷器有五种：
保护间隙避雷器
管型避雷器
阀型避雷器
磁吹阀式避雷器
氧化锌避雷器：具有无间隙、无续流、残压低等优点，目前500kV系统中广泛采用。
7、并联高压电抗器和抽能并联高压电抗器
超高压【500kV及以上】交流输电线路【采用分裂导线，输电距离长】由于存在对
地电容有大量的容性充电功率【如100km长的500kV线路容性无功约为100~120Mvar，
为同样长度220kV线路的6~7倍】。引起线路末端电压升高【容升效应】，危及电网的安
全运行。
装设并联高压电抗器的目的：吸收线路上的容性无功，防止引起电压升高。装设抽
能并联高压电抗器同时还能为500kV变电站提供站用电源。
1）并联高压电抗器的主要作用：
并联电抗器的容量QL?限制工频电压升高。补偿度：。补偿度一般选在60%左右。 空载长线电容无功QC
?降低操作过电压。
27
?消除发电机带长线路出现自励磁。【电容电流的助磁作用使发电机电压不断升高，
有可能达到额定电压的1.5~2倍】
?避免长距离输送无功并降低线损。【500kV线路无功损耗小，且送端往往是大型发
电厂，电源本身还有一定数量的无功，若不采取措施，一方面就可能远距离输送无功，
造成电压质量降低，有功损耗增加；另一方面，送端的无功大部分被线路消耗掉，并不
能得到利用。因而装设并联高压电抗器正好能吸收容性无功，使无功能就地平衡。】
?限制潜供电流，有利于单相重合闸。【见图2-2所示，A由于导线间存在分布电容，
会从健全相感应出静电耦合电压；B导线间的互感
影响，健全相的负荷电流在故障相感应出电磁感应
电压。故障相有这两个电压叠加，经相对地的电容
可使故障点维持几十安的接地电流，称为潜供电
流，影响单相重合闸的成功率。】
2）抽能并联高压电抗器
除具有并联高压电抗器的基本功能以外，还具有向变电站提供站用电源的功能【6kV抽能系统见书P41】。
8、串联电容器补偿
（1）基本原理
EUEU高压输电线路的静态输送功率：，静态稳定极限工率： sin,P,P,XXLL
EU当线路安装有串联电容补偿后，线路的静态输送功率： sin,P,X,XLC
在同一相角差（相同）的条件下，装有串联补偿前后的稳定输送功率之比为：,
X1L, X,X1,KLCC
XC其中，为补偿度，一般取25%~60%左右。因此，采用串联电容器补偿不仅K,CXL
可以提高电力系统运行的稳定性，而且也是提高远距离输电线路的输送能力的一种有效
措施。
（2）串联电容器补偿装臵的电气接线
串联电容器补偿装臵的电气接线方式与三个因素有关：?与电网结构及其使用目的
有关；?与该装臵采用的过电压保护
方案
气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载
有关；?与系统发生故障被切除后要求装臵重
28
投的时间有关。
串联电容器补偿装臵的型式有三种：?常规固定式串补；?有控制的串补；?晶闸
管控制串补。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，其电气化接线一般有以下四种形式：
1）单间隙串联补偿接线；
2）双间隙串联补偿接线；
3）非线性电阻串联补偿接线；
4）非线性电阻并带触发间隙的串联补偿接线。
下面以非线性电阻并带触发间隙的串联补偿接线【见图2-3所示】为例进行说明：
?当线路发生区外故障时，由于故障
电流产生的能量不大，由非线性电阻器R1
QS1QS2QS3【R1?0】导通，并吸收区外故障电流所TA21TA22R1TA2
产生的能量；故障切除后，R1立即恢复正
常，实现串补装臵重投的目的【F2TA1TA3CCL
】。 TA6R2
TA5F1?当线路发生区内故障时，由于故障
TA4
电流大，将在串联电容器组的两端产生高
QF
图2-3 非线性电阻并带触发间隙的串联补偿接线电压，故障电流产生的能量也很大，放电
间隙F1将瞬时触发击穿，短接电容器组C和R1；同时，旁路断路器QF快速闭合，使间隙F1尽快灭弧。
注：阻尼电抗器L和阻尼电阻R2的作用是，当放电间隙F1放电导通时或旁路断路器合闸时，电容器放电电流的频率较高，流过阻尼电抗器L时产生的电压也较高，该电压使小间隙F2击穿，将阻尼电阻器R2接入回路，迅速减小电容器的放电电流，减轻了
电容器组、F1、QF的负担。当电容器组放电结束后，仅有工频电流流过时，小间隙F2
熄弧切断阻尼电阻器，使工频电流只流过阻尼电抗器。
（3）串联补偿装臵的主要设备【见书P43--45】
29
1、直流输电的发展概况【见教材P46】
2、直流输电的优越性
3、直流输电目前存在的主要问题
4、直流输电工作原理简介
（1）线路造价低、年运行费用省。
交流输电线路要用三根导线；而直流输电线路只要两根导线，当采用大地和海水作
回路时，只要一根线即可。直流输电没有集肤效应，功率损耗约比交流电路少1/3。
（2）没有运行稳定问题。
由于直流输电没有电抗，就不存在系统稳定问题。用直流输电连接两个交流系统，
不受距离的限制，两端交流系统不需要同步运行，各自的电压、频率、相角与对侧无关。
（3）能限制短路电流。
直流系统的定电流控制将快速地把短路电流限制在额定电流值。 （4）调节速度快，运行可靠。
通过换流器能快速调整有功和实现潮流翻转【功率方向改变】。 （1）换流装臵价格昂贵。
（2）消耗大量的无功。
（3）产生谐波影响。交流侧和直流侧均产生谐波电压和谐波电流。 （4）缺乏直流断路器。
30
基本原理见图2-4所示。系统1向系统2输送电力时，换流站1作为整流站运行，换流站2作为逆变站运行，它们加在直流线路上的电压分别是U和U，由此可知线d1d2
,UUd1d2,路直流电流： IdR
Id
换流换流变压器1变压器2整逆流U变d1d2器器U
交流电力换流站1直流线路换流站2交流电力
系统1（） 整流站 （） 逆变站 系统2
直流输电系统
图2-4 直流输电基本原理
直流线路和交流线路不同，它只能输送有功功率，而不能输送无功功率。
一个换流站既可以作整流站也可以作逆变站运行。直流输电系统通过调节换流器的
触发控制角，将两端换流站的直流电压极性同时反向，当U大于U时，就实现了输d2d1送功率的翻转，而线路上。
整流：将交流变为直流
逆变：将直流变为交流
1、换流站电气主接线
两种方式：
换流单元串联而成：目前广泛采用。
换流单元并联而成：需要考虑均流，现在已很少使用。
【见书P49图示2-9所示】为两端双极直流输电系统主接线【换流单元串联】。【见
书P50图示2-10所示】换流站1个极的电气主接线图。
2、电气设备
直流输电系统是由整流站、直流线路、逆变站组成。其中整流站和逆变站的主要设
备基本相同。当输出功率可逆时，一个换流站既可以作为整流站，又可以作为逆变站运
行。下面介绍最主要的一些设备功能：
31
1)换流器：将交流变为直流，或将直流逆变为交流。是由晶闸管组成，每个晶闸管
的额定电压1.5kV，额定电流1200A。
2)交流滤波器：一般采用谐振电路型式，一方面吸收交流系统中的高次谐波，另一
方面，还为换流站提供一部分工频的无功功率。
3)直流滤波器：吸收直流系统中的高次谐波。
4)平波电抗器：通常为空心干式电抗器，其主要作用是，?抑制直流过电流的上升
速度；?减少直流侧的交流脉动分量；?小电流时保持电流连续；?防止逆变器换相失
败。
5)接地电极：大多数采用大地作为中性导线，接地电阻很小，一般在0.1Ω左右。
【见书P51-53】
32
邵阳学院电气工程系
见书P54：2-1，2-4，2-10
1、熊信银.《发电厂电气部分》.中国电力出版社.第三版.2004. 2、2007年、2008年的《中国电力》杂志。
3、网上查找有关电力建设方面的最新成果。
（学生反映、经验教训、改进措施）：
33
第3章 常用计算的基本理论和方法
发电厂电气主系统 05级电力方向本科
(1)导体的载流量和运行温
度计算。
(2)载流导体短路时发热计
算。
讲授、6课时 (3)载流导体短路时电动力
计算。
(4)主接线的技术经济比
较。
本章是属于本课程的基本理论知识教学内容之一，是电气设备选择与
校验的基础。通过本章的学习，要求学生熟练掌握载流导体的发热和电动力理论及导体载流量和运行温度的计算方法，对电气设备及电气主接线的
可靠性分析和技术经济分析的理论与方法有一般的了解与认识。具备电气
设计、计算分析的初步能力。
重点：?长期发热、短时发热的特点及计算目的、方法；?短时热脉冲的计算。
难点：主接线的技术经济比较。
1、导体的载流量和运行温度计算：90分钟
2、载流导体短路时发热计算：90分钟
3、载流导体短路时电动力计算：45分钟
4、主接线的技术经济比较：45分钟
采用启发式、案例式教学方法，并使用多媒体教学手段。 [1] 熊信银.《发电厂电气部分》.中国电力出版社.第三版.2004. [2]郭永基.可靠性工程原理.清华大学出版社,2002. [3]孙春顺.电力系统可靠性分析.长沙理大学(自编),2003.
34
1、两种工作状态
1）正常工作状态：电压和电流都不会超过额定值，导体和电器能够长期安全经济
地运行。
2）短路工作状态：系统发生故障，I??，U??，此时，导体和电器应能承受短
时发热和电动力的作用。
2、所有电气设备在工作中，会产生各种功率损耗，其损耗有：
1）电阻损耗：导体本身存在电阻。 它们都以热量的形
式表现出来，使导2）介质损耗：绝缘材料在电场作用下产生的。 体的温度升高。
3）涡流和磁滞损耗：铁磁物质在强大的交变磁场中。
3、发热对电气设备的影响
1）机械强度下降：T?，会使材料退火软化。
2）接触电阻增加：T过高，接触连接表面会强烈氧化，使接触电阻进一步增加。
3）绝缘性能降低：长期受高温作用，将逐渐变脆和老化，使用寿命大为缩短。
4、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的数值。按照工作状态，
它又可分为下述两种：
1）正常最高允许温度θ：对裸铝导体，θ=+70?，当接触面镀锡时，θ=+85? alalal
2）短时最高允许温度θ：θ >θ，因为短路电流持续时间短。硬铝θ=200?,spspalsp硬铜θ=300?。sp
5、发热的分类
按流过电流的大小和时间，发热可分为：
1）长期发热：由正常工作电流引起的发热。
2）短时发热：由短路电流引起的发热，导体短路时间很小，但I很大。Q仍然很发k多，且不易散出，另外，还要受到电动力的作用。
1、发热：主要来自电阻损耗和太阳日照热量。
1）导体电阻损耗的（热量）功率Q R
35
单位长度导体通过电流I时，所发出的热量，可按下式计算： W
2Q,IR （W/m) RWac
[1，(,20)],,,tw式中：（Ω/m） R,,KacfS
2）太阳日照的（热量）功率Q t
凡要装在屋外的导体，均应考虑日照的影响。
Q=EAF(w/m) tttt
）W式中：E----太阳辐射功率密度（W/m)（ E,1000t2tm
A----导体的吸收率，对铝导体As=0.6 t
2F----单位长度导体受太阳辐射的面积（m/m）,对于圆管导体Fs=D(D:导体直t
径，m)
2、热量的传递过程（散热）
1)对流Q：气体各部分相对位移将热量带走的过程 l
对流换热Q： l
Q,,(,,,)F（W/m） llw0l
由于对流条件不同，可分为自然对流散热（风速小于0.2m/s）和强迫对流散热两种
情况。
2)辐射Q：热量从高温物体，以热辐射方式传至低温物体的传播过程。辐射换热量： f
44 （W/m） Q,5.7,{[(273，,)/100],[(273，,)/100]}F0fwf
2F式中，,-导体材料的辐射系数；-导体的辐射换热面积（m/m）。 r
3、导热Q d
固体中由于晶格振动和自由电子运动，使热量由高温区传至低温区。或在气体中，
由于分子不停地运动，使热量从由高温区传至低温区，称为导热。
,,F,(,)d12Q,(W) d,
式中，----导体的导热面积[W/（m〃c）]; ----物体厚度 ,,
2F----导体的导热面积[M]； θ,θ----高低温区温度 12d
导体内部由于温度处处相同，没有导热，另外，由于空气的导热系数很少，可
以忽略不计。因此，Q=0 d
36
1、导体的温升过程
导体的温度由起始温度（θ）开始上升，经过一段时间后达到稳定温度（θ）。kw
导体所产生的热量（Q），一部分用于本身温度升高所需的热量（Q），另一部分散失到Rc周围的介质中（Q+Q）。 lf
根据热平衡方程式：
Q=Q+Q+Q【暂不考虑日照Q的影响】 （1） Rclf t
Q，Q,,(,,,)F （W/m）【复合换热】 lfw0
,式中，：导体运行的实际温度；：总放热系数；F：单位长度的总放热面积。 ,w
在dt时间内，温度变化为d。则 ,
2,IRdt=mcd+F(-)dt (J/m) ,,,w0
,由于导体通过正常工作电流，温度变化范围不大，因此，R、C及可视为常数，设
,,,温升为，即=-，则有d= d，上式可变为： ,,,0
2,,,IR= mcd/ dt+F (2) w
(2)式为一阶常系数微分方程。
,,初始条件:t=0，=(起始温升)= -,,kk0
tt,,TTtt解得： ,,,(1,e)，,ewk
,式中，T=mc/F-----发热时间常数； t
2,,, = IR/F----稳定温升。【t??，一般t=(3-4)T，稳定温度，=+=+ ,,,tw00www
2,IR/F】 w
2、导体的载流量
限制导体（或其它电气设备）长期工作电流的根本条件：
(),,,wpal
在环境温度下，使电气设备的稳定温度正好为允许温度，即使=的电流，称,,,0wal为该环温下的允许电流，记为I（） ,0al
，QQ(,),,,Flfal0, I（）= (3) ,0alRR
对于屋外导体，计及日照影响时的允许电流
37
，,QQQ(,),,,Flfsal0, I（）= (4) ,0alRR
,,在制造
规范
编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载
确定的标准环境温度及标准冷却方式=下，电气设备的容许电,NN
流称为额定电流I，即I=I（）即： ,0NNal
,(,,,)FNalN I= (5) NR
工程上往往以额定参数作为已知量来计算实际运行允许量（（3）或（4）/（5））
(,),,,0al,I,KKI I（）= ,0alNa,N(,),,,NalN
,(一般,1)式中，K= 散热方程式修正系数； a,N
,,,0alK= 环境温度修正系数 θ,,,alN
I?I（） ,0maxal
,1)求导体的载流量，此时 ==70(没有特殊说明时) ,alW
,,,设 求 I,2000A，,,25C，,,70C，现,,30CI(30)NNal0al
70,30解： I(30),，2000,1885.6Aal70,25
2)求导体的正常发热温度，此时应知道实际运行的I,wmax
,,,,,30CI,1600AI,2000A，,,25C，,,70C，0max设 NNal
,,,58.8求 WW
3)求导体的截面积S
3、提高允许电流的方法
(1)减小导体电阻R（R=ρ*L/S）
1）采用ρ小的材料
2）减少接触电阻，接触面镀银，搪锡等
3）增大S（但S不宜太大，要考虑集肤效应的影响） (2)增大散热面积F
F与导体的几何形状有关。在相同的S下，圆柱形外表表面最小，矩形、槽形外表
面较大，管形母线内表面，只有在母线开槽或强迫冷却时，才起放热作用。
38
,(3)提高放散系数
1）采用强迫冷却，对20000A以上的大电流母线，可强迫水冷和风冷；
2）合理布臵导体，可提高自然放热系数；
3）导体表面涂漆，可提高辐射散热能力。
屋内母线，能增加I，并以此识别相序，黄（A），绿（B），红（C）；屋外母线，为减少对太阳辐射的吸收，不应涂漆，而保留其光亮表面。
随着机组容量的加大，导体电流也相应增大，导体周围出现了强大的交变磁场，使
附近钢构中产生很大的磁滞、涡流损耗，钢构因而发热。当导体电流大于3000A时，发热就不能忽视。
1、钢构发热的最高允许温度
1）人可触及的钢构为70?；
2）人不可触及的钢构为100?；
3）混凝土中的钢筋为80?。
2、减少钢构损耗和发热的措施
1）加大钢构和导体之间的距离【B?但增加占地面积】。
2）断开闭合回路，并加上绝缘垫，以消除环流【对防雷不利】
3）采用电磁屏蔽【加装短路环，见图3-1所示】
1
23
H（无短路环）
H（有短路环）ABC
图3-2 分相封闭母线图3-1 短路环屏蔽图 1-导体；2-短路环；3-钢构
4）采用分相封闭母线【见图3-2所示】。每相母线分别用铝质外壳包住，外壳上的
涡流和环流起双重屏蔽作用，壳内壳外磁场大大降低。另外，还能提高供电可靠性。
39
热稳,h
定校验的根本条件是：导体短时发热最高温度不得超过短时最高允许值。即? ,,,sphsp
从短路开始（）到短路被切除（）这段时间内，导体的温度从初始值很快上,ttwkw
升到最大值。【见图3-3所示】 ,h
特点：?发热时间短（0.15秒--8秒），生θ
θh产的热量来不及向周围介质散布，即全部用来使
导体温度升高，基本上是绝热过程。?温度变化
范围大，R、C不能视为常数。
热平衡方程式：Q=Q (w/m) Rc
02t 在dt时间内：IRdt=mCdθ (J/m) θktθθ0ttkw
式中，I；短路全电流 图3-3 短路时均匀导体的发热过程kt
,R=ρ（1+θ）l/s θ0
C=C（1+βθ） θ0
m=ρsl m
代入并化简得：
12 I,(1，,,)dt,,C(1，,,)d,kt0m02S
，2C,101,,m ,Idt()d,2kt，S,1,,0
对上式两边同时积分：t由(=0) 0——>t（短路切除时间） tkw
θ由开始温度θ——>最终温度θ wh
,tkhC,11,,，2m0Idt()d,, kt2,,S,1,,，0,0w
C,,,,,,0mh[ln(1，,,)，,],A,A= ,hw2w,,,0
写成一般形式：
,,,,4C,m0A=[ln(1+)+,] [J/(。m)] ,,,2,,,0
,C,,,上式表明，对于材料一定的导体来说，， ，，，均为常数，其A值00m只与温度有关。即A=f（），对于不同的导体它们之间的关系已绘成了曲线，实际应,,
40
用只要查图就可以了【见书P70图3-13】。
tk2与短路电流产生的热量成正比；称为短路电流热效应，用Q表示。所以： IdtKkt,0
11， A,Q，AQ,A,AhkwKhw22sS
,h
,,,1、由已知（如不知则通常取正常运行时最高允许值），【见书P70】在图3-13wwal
上查出A w
Q2、由A由及计算所得的求出A whk
3、由A在曲线上查得 ,hh
Qk
Q由于短路电流变化复杂，工程上常采用近似计算法来计算有两种方法： k
1、等值时间法
采用短路稳态电流I及等效发热时间t实施代?eq2Ikt
换的计算方法，其物理意义如下：
tk22Q,Idt,It 2,kkteq,0I,
而I=I(周期分量)+i（非周期分量） ktpnp
ttkk222Idt,(I，i)dt ktpnp,,00 0ttteqkttkk2222,Idt，idt= It+ It ??pnp图3-4 等值时间的意义pnp,,00
式中t 、t ---分别为周期分量，非周期分量的等值时间。 pnp
t=t+t eqpnp
(1)周期分量等值时间t的确定 p
tk12Idt因：t= =ψ(I，t) ppkp,20 I,
令 β″=I″/ I （衰减特性系数）：反应短路电流的变化规律 ?
t=f(β″,t) 【见书P71图3-15】 pk
s?若t?5,可根据t及β″直接查曲线及t值 kkp
ss?若t＞5，可以认为5以后的I已达到稳态值I，故 ?kkt
t=t(5)+( t-5) ppk
41
s式中，t（5）：表示在t=5时曲线上查得的t值。 pkp(2)非周期分量等值时间t的确定 np
t1k2t,idt npnp2,0I ,
-t/Ta因i=I″e (T:衰减时间常数，一般取T=0.05s) 2npaa代入积分得：
,2t,tkk2T”2”a0.025 t =Tβ(1- e)=0.05β(1- e) npa
?当t?1s, 略去非周期分量.即t=0. knp
2”?当0.1?t＜1s ,取t=0.05β. kjf
?当t＜0.1s, 应按上式精确计算。 k
【注：P72中例3-3可略讲】
2、实用计算法【辛卜生法】
t,Ta短路全电流有效值为： I,2Icos,t，iektptnp0
I:式中，对应于时间t的短路电流周期分量的有效值 pt
"ii:短路电流非周期分量的起始值，=2I np0np0
T,0.05T:衰减时间常数，一般取 aa
ttt2,kkkTa222Ta代入得： Q,Idt,Idt，(1,e)i,Q，Qkktptnppnp0,,200
(1)求周期分量的热效应 Qp
对于任意曲线的定积分，可采用辛卜生法
2ktt2"22kQ,Idt,(I，10I，I) kkppttt,0122(2)求非周期分量的热效应 Q np
t2k,22""Ta Q,T(1,e)I,TInpa
式中，T----非周期分量等效时间，其值可查书P73表3-3所示。
当t>1s时，发热主要由周期分量决定，即可不计非周期分量的影响。 k
【注：P73中例3-4可略讲】
42
载流导体位于磁场中，要受到磁场力的作用，这种力称为电动力。当系统发生短路
时，因短路电流很大，电动力也很大，如机械强度不够，将使导体变形或损坏。因此，
需对电动力进行计算分析。
计算两导体间的电动力可以不考虑导体截面大小形状BB12
的影响，而视为集中在导体的中心线上（a<
2.4万kW时，采用双母线分段接线，并在母线分段处加装电抗器。具体选
择时，还应详细分析地区用户和电网的情况。
（二）发电机电压母线上发电机台数的确定【对地区性发电厂来说】
82
由功率平衡来确定：
1、若发电厂的总装机容量P接近或小于发电机电压母线上的总负荷P时，则发总负总需将全部发电机接地机压母线上；
2、若P>P时，则接在机压母线上的发电机容量，应尽可能保证其全部用户的发总负总
供电【并考虑远期发展】，其余发电机可按单元接线接入升高电压母线。
（三）升高电压母线的接线方式设计
升高电压一般在35kV及以上，是用来与系统联系和给远方用户供电，其接线与系
统的接线、远方用户的重要程度、负荷大小、出线回路数等因素有关。
1、大、中型发电厂的升高电压母线接线，由于联接的进出线回路数比较多，为了
运行的灵活与供电可靠，通常采用单母线分段或双母线接线。
2、对于电压在220kV以上的母线接线，由于出线回路数一般比较少而输送容量大，
趋向于多角形、3/2接线。
3、考虑断路器检修，不影响对用户的供电，可增设旁路母线。
（四）主变型号、台数、容量的确定【见书P121第三节】
1、主变容量、台数的确定原则
主变的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装臵的结构，它的确定是：除依据
传递容量的基本原始资料外，还应根据5--10年发展规划、输送功率大小、馈线回路数、
电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择。如容量选得过大，
台数过多，增加投资、占地、电能损耗。如容量选得过少，将可能“封锁”发电机的剩
余功率的输出或者会满足不了变电所负荷的需要，这在技术上是不合理的。
1）应按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷
后，留有10%的裕度来确定。即主变的容量与发电机的容量配套即可
?机端负荷最小时，发电机全部安全满发，并扣除厂用负荷，能将发电厂的剩余功
率【有功和无功】送入系统。
?接在机端母线上的最大一台发电机检修或故障时，主变应能从系统倒送功率，保
证机端最大负荷的需要。【负荷可能的增加,主变允许的过载能力】
?若机压母线上接有两台及以上主变时，当其中容量最大的一台因故退出运行时，
其它台主变在允许正常过负荷范围内【一般考虑过负荷能力15%】，应保证输送剩余功率的70%以上。
83
?对水电比重较大的系统，应考虑经济运行【中、小火电机组的高成本面临“竞价
上网”的约束，“以热定电”的中、小热电厂】。
?在各种不同运行方式下，网络间的功率交换。
?联络变容量一般不应小于接在两种电压母线上最大一高中
台机组的容量。
?联络变为了布臵和引线方便，通常只选一台，在中性
点接地方式允许的条件下，以选自耦变压器为宜。
联络变
?一般应按5--10年规划负荷来选择。
?对重要变电所，应考虑一台主变停运时,其余主变在允厂用备用电源
许过负荷范围内，应满足I类和II类负荷的供电。 图2-19 联络变接线
?对一般变电所，当一台主变停运时，其余主变容量应能满足全部的70-80%。
主变台数与电压等级、接线形式、传输容量以及和系统的联系有密切关系。
?与系统有强联系的大、中型发电厂和变电所，在一种电压等级下，主变应不小于
两台。【一般为两台】
?对弱联系的中、小型电厂和低压侧电压为6-10kV的变电所，或与系统联系只是备用性质时，可只装一台。
: ?变压器是一种静止电器，可靠性高,使用寿命为20年，不必考虑另设专用备用变压器；?按以上原则确定变压器容量后，最终应选用最靠近的国家系列标准规格
(R8,R10系列)的变压器。
如图4-20所示,为某发电厂简化的主接线T1T2
图,机压母线上的负荷：P1=P2=P，Pmax=40MW，P1P2
Pmin=30MW。两台主变T1、T2完全相同，功率
因素为0.8，正常允许过载能力为15%，试确定厂厂用用两台主变理论上的容量值。 电电2G3G1G1G：50MW，2G、3G：25MW
图4-20 某发电厂主接线简图
84
属于地区性发电厂机压母线上发电机的容量确定问题，根据其容量确定原则，可得：
P(50，2，25)，0.9,30，230剩maxs1,,,,18.75(MVA) 2cos,2，0.81.6
P2，40,2，25，0.935倒maxs2,,,,21.875(MVA) 2cos,2，0.81.6
P，0.7[(50，2，25)，0.9,30，2]，0.721剩maxs3,,,,22.826(MVA) 1.15，cos,1.15，0.80.92
变压器理论上的容量,{s1,s2,s3},22.826(MVA) max
2、主变型式选择原则
(1)相数的确定【选单相变还是三相变】
因为单相变压器组相对来说，投资大，占地多，运行损耗也比较大，同时，配电装臵结构复
杂，但是由于制造、运输等条件限制，可选用单相变，也可选用两台小容量三相变取代
一台大容量三相变。
应通过技术经济比较确定。
(2)绕组数的确定
当发电厂如以两种升高电压级向用户供电或与系统连接时,可采用双绕组、三绕组
变，也可采用自耦变。
?当最大机组容量为12.5万kW及以下
的发电厂，多采用三绕组变【见图4-21所
示】。因为一台三绕组变的价格及所使用的图（a）一台三绕组变图（b）两台双绕组变
图4-21 变压器绕组数选择比较辅助设备，与相应的两台双绕组变相比都较
少。但是，当两种升高电压的负荷相差很大，如一个绕组传送功率小于变压器额定容量
的15%时，应选用两台双绕组变。
?对于最大机组为20万kW以上的发电厂，一般采用双绕组变加联络变更为合理。
1）机组容量大，短路电流大，若采用三绕组变，则发电机出口QF选择困难。2）三绕组变由于制造上的原因，中压侧不留分接头，只作死抽头，不利于高、中压侧
的调压和负荷分配。
85
?在110kV及以上中性点直接接地系统中，凡需选用三绕组变的场所，均可优先选
用三绕组自耦变。因为它损耗小，体积小，效率高，但限制短路电流的效果较差，变比
不宜过大。
(3)接线组别的确定【
变压器三绕组的接线组别必须和系统电压相位一致，否则，不能并列运行。我国电
力系统:
110kV及以上电压系统:变压器三绕组都采用“YN”。即三相星形接线，中性点直接接地。
35kV系统：采用“Y”连接，其中性点多通过消弧线圈接地。
35kV以下高压电网:变压器三相绕组都采用“D”连接,即三角形接法。
常规式：Y/D-11、Y/Y/D-12-11。三次谐波(零序分量)有通路，但对同期并网带来困难。
全星形：Y/Y-12、Y/Y/Y-12-12。同期并网时,相位一致比较方便，另外，零序阻抗大，限制单相短路电流有利，但是，三次谐波无通路，引起正弦波电压畸变，对通讯发
生干扰，同时也对继电保护有影响。
(4)调压方式的确定
分为有载和无载调压，【见书P124】。
有载调压变：可以在不停电的情况下调节分接头，调整范围可达20%。但结构复杂，
价格较贵，只在以下情况才予以选用：
1)接于出力变化大的发电厂的主变，特别是潮流方向不固定,且要求主变副边电压维持在一定的水平。
2)既要向系统输送功率，又可能从系统倒送功率，具有可逆工作特点的联络变，且
要求母线电压恒定时。
注：发电厂的主变中很小采用有载调压变。
(5)冷却方式的选择【见书P124】
技术比较和经济计算比较
86
邵阳学院电气工程系
见书P134： 4-2、4-3、4-8、4-10或4-11题，另补充教材外作业题1-2个。
[1] 熊信银.《发电厂电气部分》.中国电力出版社.第三版.2004. [2]范锡普.《发电厂电气部分》.水利电力出版社.第二版.1995
[3]国家电力公司东北公司.《电力工程师手册》（上下卷）.中国电力出版社.2002.
（学生反映、经验教训、改进措施）：
87
第5章 厂用电接线及设计
发电厂电气主系统 05级电力方向本科
(1)概述。
(2)厂用电接接线的设计原
则和接线接线形式。 讲授：6课时 (3)厂用变压器的选择。
(4)厂用电动机的选择和自
启动校验。
通过本章的教学，要求学生熟练掌握厂用电率、厂用负荷分类以及厂
用系统接线原则等基本概念，掌握厂用电系统供电电压的合理确定，厂用
电源的正确引接、厂用变压器的选择方法和电动机自启动校验方法，了解
各种类型电厂的厂用电系统接线的特点。从工程观点出发，培养学生厂用
电系统设计的一般能力。
重点：?厂用电源的设置原则、引接方式及引接要求，?火力发电厂的
厂用电接线，按炉分段原则，?电动机自启动校验。
难点：?电动机自启动校验；?厂用电系统设计。 1、概述：45分钟(1课时)
2、厂用电接接线的设计原则和接线接线形式：2课时 3、不同类型发电厂的厂用电接线：10分钟 4、厂用变压器的选择：35分钟
5、厂用电动机的选择和自启动校验：2课时 采用启发式、案例式教学方法
[1]熊信银.《发电厂电气部分》.中国电力出版社.第三版.2004. [2]范锡普.《发电厂电气部分》.水利电力出版社.第二版.1995 [3]国家电力公司东北公司.《电力工程师手册》（上下卷）.中国电力出版
社.2002.
88
1、什么叫厂用电？
为保证发电厂正常运行而装设的用电设备的总耗电量。
2、厂用电率
厂用电耗电量占同一时期发电厂全部发电量的百分数。即：
Scos,cavK,，100% pPN
Scos,式中，----厂用计算负荷；----厂用电平均功率因素，一般取0.8; cav
P----发电机的额定功率。 N
Kp是发电厂的主要运行经济指标之一，它与电厂类型、机械化和自动化程度、燃
料种类、燃烧方式及蒸汽参数等因素有关。凝汽式:Kp=5-8%；热电厂:Kp=8-10%；水电厂:Kp=0.3-2%。
厂用电从系统的角度来说，它是非常重要的负荷。但就厂用电本身来说，按其用电
设备的作用和突然供电中断时造成危害的程度，可分为以下四种:
?I类负荷
凡短时(0.5秒以内)停电(包括手动操作恢复供电)会造成设备损坏、危及人身安全、主
机停运的负荷。如:火电厂:给水泵，凝结水泵等；水电厂:调速器、润滑油泵等。即使电压下降或消失，也不与电源断开，必须保证自启动。通常，它们都有两套设备互为备
用，分别接到两个独立的电源上，并加装备用电源自投装臵。
?II类负荷
允许短时停电(几秒至几分钟)，恢复供电后，不致造成生产混乱的厂用负荷。如:火电厂的工业水泵、疏水泵等。一般它们均由两段母线供电，并采用手动切换。
?III类负荷
较长时间停电(几个小时)，不会直接影响生产，仅造成生产上不方便的负荷。如:中央修配厂、试验室，通常由一个电源供电。
?事故保安负荷
89
在P单?20万kW 的大容量发电厂，自动化程度比较高，要求在事故停机过程中及
停机后一段时间内，仍必须保证供电，否则，引起主设备损坏，重要自动控制失灵或危
机人身安全的负荷。
直流保安负荷：如发电机直流润滑油泵，由蓄电池供电。
交流保安负荷：如实时控制用的电子计算机等，由快速柴油发电机，外部引接的可
靠的电源或蓄电池的逆变装臵供电。
?不间断供电负荷：要求在正常或事故停机过程中及停机后一段时间内，需要连续
供电并具有恒频恒压特性的负荷。如实时控制用的计算、热工保护、自动装臵等。
随着电厂类型的不同，厂用电的重要程度也有较大的差异，火电厂一般都应装设两
台以上的厂用高压变和厂用低压变，而水电厂和变电所则只设厂用低压变。厂用负荷的
供电网络，统称为厂用电系统。
【见书P136】
厂用电接线除应满足正常运行安全、可靠、灵活、经济和检修、维护方便等一般要
求外，还应满足(五个方面):
二、【见书P136--137】
其设计原则基本上与主接线的设计相同。主要有：?应保证对厂用负荷的可靠和连
续供电，使主机安全运转；?接线应能灵活地适应正常、事故、检修等各种运行方式的
要求；?厂用电源的对应供电性，本机、炉的厂用负荷由本机组供电；?还应适当注意
其经济性和发展的可能性并积极慎重地采用新技术、新设备；?在设计厂用系统接线时，
还应考虑厂用电的电压等级、中性点接地方式及厂用电源的引接等问题。
考虑因素有三:
90
1、发电机额定电压
2、厂用电动机的电压
?大容量的电动机采用低压供电时，额定电流大，导线截面大，体积大，成本高，
不经济。
?小容量电动机采用高压供电时，绝缘水平要求高，价格较高，磁路较长，损耗增
加，效率也较低。
电动机的容量与电压的关系见书P63表3-1所示，我们应当采用表中推荐电压较为
合理。
3、厂用电网络的供电可靠性要求
高压供电网络的电压，需进行技术经济论证(3kV、6kV、10kV)【见书P137】。低压0.38/0.22kV。
实践经验表明：
火电厂 ：?发电机单机容量小于60MW，且发电机出口电压为10.5kV时，应采用3kV；?当发电机单机容量在100-300MW时，应采用6kV；?当发电机单机容量在300MW以上时，宜采用10kV、3kV两种电压作为厂用高压。
水电厂：通常只设0.38/0.22kV一种厂用等级，动力与照明共用的三相四线制系统
供电。但是坝区和水利枢纽，常另设坝区变压器。
小容量的发电厂或变电所：只设0.38/0.22kV一种等级。
1、高压厂用电系统中性点接地方式【3kV、6kV、10kV】
接地方式的选择与接地容性电流的大小有关。其接地有如下三种形式：
?中性点不接地方式：适用于单相接地容性电流小于10A的厂用电系统。其特点是，当厂用系统发生单相接地时，三相线电压基本对称，接地相的对地电压降低【理想值为
0】，非接地相的对地电压升高【理想值到线电压】，可以带病运行2个小时【供电可靠性高】。
?中性点经高电阻接地方式：适用于单相接地容性电流小于10A的厂用电系统。可以抑制单相接地故障时健全相的过电压倍数不超过额定相电压的2.6倍。常采用二次侧接电阻的配电变接地方式，当发生单相接地故障时，，有
91
利于馈线的零序保护动作。
?中性点经消弧线圈接地方式：适用于单相接地容性电流大于10A的大机组厂用电系统。
2、低压厂用电系统的中性点接地方式【380/220V】
?中性点经高电阻接地方式：可以防止由于熔断器一相熔断所造成的电动机两相运
转，提高了厂用电系统的运行可靠性。600MW机组单元厂用电400V系统广泛采用。
?中性点直接接地方式：适用于动力与照明共用的三相四线制系统，但供电可靠性
较低，发生单相接地时，动作于跳闸。
1、设臵原则
在发电厂中，为了保证厂用电供电的可靠，除设臵有正常工作电源外，还应设臵备
用电源。对P单?200MW的发电厂，还应设臵启动和事故保安电源。
2、工作电源及其接线方式
1) 引接要求:?供电可靠；?容量满足负荷的要求；?不应少于两个。
2)其引接原则:
(1)高压厂用工作电源【有三种】
应从发电机回路引接，其引接方式与电气主接线形式有关。
?当有机压母线时，应从各母线段引接，供给接在该母线段的机组的厂用负荷【见
图5-1所示】
图（a）图（b）图（c）图（d）
图5-1 工作电源的引接方式
(a)、(b)从发电机电压母线引接；(c)从主变低压侧引接；(d)从发电机出口或主变低压侧引接
92
?单元接线时，应从主变低压侧引接，供给本机组的厂用负荷。
?扩大单元接线时，应从发电机出口或主变低压侧引接。
【注:P发?125MW，一般在厂用分支上装设QF，P发?200MW，厂用分支不装设QF，而采用分相封闭母线。】
(2)低压厂用工作电源(380 V /220V)
一般由高压厂用母线上取得。
3、备用电源及其引接方式
1)引接要求: ?独立性；?足够的供电容量。
2)其引接方式【有二种，见图5-2所示】:
高中系统
分裂低压联络变绕组变
工备作用备用电源备用电源备用电源电电源源
图（a）图（b）图（c）
图5-2 备用电源的引接方式
(a)从与工作电源不同的分段上引接；(b)从与系统连接的最低
一级电压母线上引接；(c)由联络变的第三绕组引接
?当有机压母线时，由与工作电源不同的分段上引接。
?当无机压母线时，由与电力系统连接的最低一级电压母线上引接【投资大,但供电可靠性较高】，或由联络变的第三绕组引接。
3)备用电源的两种设臵方式:
?明备用:专门设臵一台备用变压器(或线路)，它的容量应等于它所代替的厂用工
作变中容量最大的一台的容量。在大型电厂，特别是火电厂，由于每台机组厂用负荷较
大，常采用明备用【配臵原则见下表所示】。
6台及以下设1台备用变 8台及以下设1台备用变 一般电厂 6台以上设2台备用变 8台以上设2台备用变
5台及以下设1台备用变 8台及以下设1台备用变 机、炉、电单元控制 5台以上设2台备用变 8台以上设2台备用变
2台设1台备用变 200MW以上机组电厂 每2台设1台备用变 3台以上设2台备用变
93
?暗备用(互为备用)：不另设专用的备用变(或线路)，而将每台工作变的容量加大。正常工作时，每台工作变在欠载下运行，当任一台工作变因故被切除后，其厂用负荷由
完好的工作变承担。
4、启动电源
对P单?200MW的大型机组，考虑全厂首次启动而设臵的电源。
?由与电力系统连接的最低一级电压母线上引接，或由联络变的第三绕组引接。
?从外部引接。
5、事故保安电源【有交流和直流之分】
?可的外部独立电源；
?蓄电池组；
?快速柴油发电机。
通常都采用单母线分段接线形式.
1、按炉分段
为提高厂用电系统的供电可靠性，高压厂用母线按锅炉的台数分成若干独立工作
段。其优越性：即便于运行、检修，又能使故障局限在一机一炉,不致过多的干扰正常运行机炉，同时可以减小厂用系统的短路电流。
2、各段上的负荷分配
1)同一机炉或在生产过程上相互有关的电动机和其他用电设备应接在同一分段上，
同一机炉自用机械有两套互为备用，则应接在不同分段上。
2)全厂公用负荷，可根据要求，设臵公用段。
3)当锅炉容量在400t/h时，由于辅设容量大，每台锅炉可用两段母线供电。【如图
5-2(b)所示】
3、低压厂用母线一般也可按锅炉分段，由相应的高压厂用母线供电。
【见书P142--147】
94
1、原、副边额定电压与外接电源电压和厂用网络电压相一致；
2、容量必须满足厂用负荷的要求。
为了正确选择厂用变的容量，首先对厂用主要用电设备及其特性应有所了解【即进
行厂用负荷统计】，然后在此基础上，按照主机满发的要求及厂用电母线按炉分段原则，
进行容量选择。厂用负荷与机炉类型、容量、燃料种类和供水条件等因素有关。
P148表5-1中列出了火电厂的厂用主要负荷，以供参考。
将负荷按使用时间和使用机率分类：
1、经常：每天都要使用的电动设备。
2、不经常：只在检修、事故或在机炉起停过程中使用的电动设备。
3、连续：每次带负荷运行时间在2小时以上者。
4、短时：每次带负荷运行时间在10分钟到2小时以内者。
5、断续：每次使用从带负荷到空载或停止，反复周期性地工作，其每一个周期不
超过10分钟者。
1、计算原则
【见书P148】
2、计算方法
（1）换算系数法 厂用负荷
图5-3 厂用负荷 S=?(kp)
式中 K----换算系数,一般取表5-2中的数据【见书P150】；
P----电动机的计算功率(kW)，【具体计算见书P150-151】；
S----厂用分段上的计算负荷(kVA)。
（2）轴功率法
Pmax S,K，S,,mL,cos,
95
1、额定电压
原、副边额定电压与外接电源电压和厂用网络电压相一致。
2、台数和型式
当只有6kV一种电压等级时【高压厂用】：?可选一台全容量的分裂低压绕组变压
器；?选用两台50%容量的双绕组变压器。
当只有10kV、3kV两种电压等级时【高压厂用】：用两台50%容量的三绕组变压器。
3、厂用变压器的容量
容量必须满足厂用负荷的要求。
1)高压工作变
?当为双绕组【见图5-4(a)所示】
S,1.1S，S STHLT
S-----高压厂用计算负荷之和。 H
高压
S-----低压厂用计算负荷之和。 LSSHSSH?当选用分裂低压绕组变压器时【见图
低压5-4(b)所示】
高压绕组容量： S,S,S,1tscrSLSL图(a) 双绕组变图(b) 分裂低压绕组变S,S分裂绕组容量： ts2c图5-4 厂用变容量选择
SS,1.1S，SS式中，：厂用变压器分裂绕组计算负荷，；：分裂绕组两分支重复ccHLr计算负荷。
KS,S2）低压工作变的容量： ,L
K式中，：变压器的温度修正系数，随地区而异，装于屋外或由屋外进风的小间,
K,0.9,,,,0.97K,1内的变压器，，由主厂房进风的小间内的变压器，。 ,,
3）厂用高（低）压备用变或启动变的容量：
应与它所代替的工作变中最大一台的容量相同。
4、厂用变压器的阻抗
为限制厂用系统的短路电流厂用变压器的阻抗要求比一般动力变压器的阻抗大【阻
抗电压的百分数大于10%】。一般采用分裂低压绕组的变压器。
选择实例见书P152【例5-1】
96
1、厂用机械的负载转矩特性分类【可分两类】
? 恒转矩负载特性：负载转矩与转速无关，如磨煤机，输煤皮带等。
? 具有非线性上升的负载转矩特性：负载转矩与转速有关，如风机、油泵等。
2、运动方程
d, M,M,Jemdt
1、型式选择
?异步电动机
结构简单，运行可靠，操作维护方便，广泛采用。但启动电流大，转矩与端电压的
平方成正比，调速困难。
?直流电动机
调速方便，启动转矩大。但制造工艺复杂，成本高，维护量大。因此，只有要求在
很大范围内调速及当厂用交流电源消失后仍要求工作的设备才选择直流电动机。
?同步电动机
对电压波动不十分敏感，并装有自动励磁装臵，在电压降低时，仍维持其运行的稳
定性。但结构复杂，启动控制较麻烦。因此，只有对反复、重载启动或需要小范围内调
速的机械才采用。
2、容量选择
P,P Ns
?电压应与供电系统电压一致。
?转速应符合被拖动设备的要求或通过变速传动机构与之适应。
1、什么叫惰行？转速下降的过程。
2、什么叫自启动？
97
启动电流大，导致：?厂用母线电压降低，降低了供电可靠性；?使电动机发热严
重。因此，必须进行自启动校验。
3、自启动分类
1）失压自启动：运行中突然出现事故，电压下降，当事故消除，电压恢复时形成
的自启动。
2）空载自启动：备用电源空载状态时，自动投入失去电源的工作段所形成的自启
动。
3）带负荷自启动：备用电源已带一部分负荷，又自动投入失去电源的工作段所形
成的自启动。
厂用工作电源一般仅考虑失压自启动，而厂用备用电源（启动电源）应考虑上述三
种情况的自启动。
4、自启动过程中厂用母线电压最低允许值【见书158表5-4所示】
注：对于高压厂用母线，失压或空载自启动时取上限值【高温高压电厂65，中压电
厂60】，带负荷自启动时取下限值【高温高压电厂70，中压电厂65】。
5、电动机自启动校验
1）电压校验
（1）单台电动机或成组电动机自启动情况【厂用高压母线下没有低压工作变的情
况，见图5-5所示】
?假设成组电动机在电压消失或下降时全部处于制动状态，电压恢复后，同时自启
动。
?忽略外电路中所有元件的电阻。 主母线U*0
?系统电源视为无穷大电源。 I
*x*tTG?基准值：变压器低压侧的额定容量，厂用
U*1电电网额定电压。 厂用母线mx*x,m U,U,1,0M1M2M3x，x,,tm
图5-5 厂用电动机群自启动接线U计算的值大于表5-4中所对应的值时，及等值电路图,1则自启动满足要求。
U式中，：电源电压标么值，对于电抗器取1，普通调压变取1.05，有载调压变取1.1。 ,0
98
U%kx：变压器电抗标么值， ,tx,1.1t,100
【解释：变压器的额定电压=1.05电网额定电压
22%%%UUUUU网2nntKKK】 /1.051.1x,，,，,，,t100100100SSntnt
S1tx：参与自启动电动机群的总等效标幺电抗，,。 x,m,mKSavm,
K,2.5K：平均自启动电流倍数，对备用电源快速切换时（小于0.8秒），，avav
K,5慢速切换时（大于0.8秒），。 av
Pm,S：参与自启动的电动机容量之和，。 ,，，，,SSS？？Sm,mn,12,cos,
所以
UUU*0*0*0 (1) ,,,U*1xKSxKPx*tavm,*tavm,*t，1，，11xSS,cos,*mtt
（2）高低压厂用变压器串联自启动母线电压校验【见图5-6所示】
S假设厂用高压母线已带有非电动机负荷，自启动过程中继续运行，其它假设与上0
述相同。【以高压厂用变低压侧的额定容量、厂用网络额定电压为基准】
U*0I*t1Sxt1*t1St1
U*1III高压*2*0*1xxx*0*t2*1
SSSSS10t2t210SU*2S01低压S
x*2
SSS222图(a) 双绕组变图(b) 分裂低压绕组变图(c) 自启动等效电路
图5-6 高低压串联自启动容量校验 ?高压母线电压校验
自启动时通过厂用高压变压器的电流：
I,I，I，I t*1*1*2*0
USS1*11t1I,,KUx,式中，， *11*1,1KSxS*1t111
99
USS11*22tI,,KUx， ,*22*2,2KSxS*2t122
US*10S11tI,,KUx， , *00*1,0KSxS*0t100
S2KUKK,1其中，、K、K----0、1、2负荷支路的电动机自启动电流倍数，且，0012*22St1
项所占比重很小，可以略去。将上述各式代入可得：
SSUU,U10*1*0*1I,KU，U,KS，S,() *t11*1*1110SSSxt1t1t1*t1
SSxU10*t1*1U,U,KU，U,KS，S()所以 *0*11*1*1110SSSt1t1t1
P1又 S,1,cos,11
故 UU*0*0U,,*1P1，xS1*t1*H(K，S)x10*t1,,cos111，St1
P1K，S10S,cos,KPS式中，----高压厂用母线的合成负荷标幺值。 01111*HS,,，*HS,Scos,St11t11t1
S当采用分裂绕组变压器时，高压绕组容量为，分裂绕组容量为S，即 1N2N
P1K，S10S,cos,KP01111 S,,，*HS,Scos,S2N12N12N
SU%2NK x,1.1，，,t1100S1N
?低压母线电压校验
S2U,U,Ix,KUx *1*2*2*t22*2*t2St2
P2又 S,2,cos,22
代入电压关系式，可得
UU *1*1U,,*2P1，xS2*t2*LKx2*t2,,cos221，St2
100
式中，----低压厂用母线合成负荷标幺值： S*L
P2K2,cos,KP2222 S,,*LS,Scos,t22t22
U%k x,1.1,t2100
对已求得的U及U，应分别不低于厂用母线在自启动时的电压最低允许值。 *1*2
2）自启动允许容量校验
由(1)式可知，电动机自启动时厂用母线上的电压：?与变压器的容量和电抗有关；
SK?与和有关。因此，若把厂用最低允许自启动电压当作已知值，校验最大允许m,av
自启动电动机的总容量，则由(1)式变形可得：
StS,(U,U)， ,m*0*1KxUav*t*1
(U,U),cos,*0*1P,，S (2) tm,允许KxUav*t*1
注:上式的两大功能:
PSxU?由已知及校验，此时，取规定值，校验自启动容量。若t*t*1m,允许
P,P，则自启动满足要求，反之，不满足要求。 m,允许m,实际
S,SPU?校验或选择厂用变的容量。此时，取实际值，取规定值。若，m,*1t理论t实际
则自启动满足要求，反之，不满足要求。
3）改善自启动条件的方法【见书P162】
4）说明
KK,5,(,、,)cos,(cos,、cos,)在、、不知的情况下，可取，,，cos,,0.8。 avav1212
【见书P161，例5-2略讲】
【】
101
邵阳学院电气工程系
见书P167： 5-4、5-7、5-9、5-10题。
[1]熊信银.《发电厂电气部分》.中国电力出版社.第三版.2004. [2]范锡普.《发电厂电气部分》.水利电力出版社.第二版.1995 [3]国家电力公司东北公司.《电力工程师手册》（上下卷）.中国电力出版社.2002.
（学生反映、经验教训、改进措施）：
102
第6章 导体和电气设备的原理与选择（重点）
发电厂电气主系统 05级电力方向本科
(1)电气设备选择的一般条
件。
(2)高压断路器和隔离开关
的原理与选择。
理论讲授：7课时 (3)互感器的原理及选择。
习题课：1课时 (4)限流电抗器的选择。 参观设备模型：2课时 (5)高压熔断器的选择。
(6)裸导体的选择。
(7)导体、绝缘子和套管的
选择。
本章是本课程的重点内容之一，是前面所学基本理论、基本知识在工
程上的具体应用，是发电厂和变电所电气部分设计的主要内容之一。对理
论推导繁杂的内容如“断路器开断短路电流的物理过程”因教学时数有限，
作为选学内容。
通过本章的教学，要求学生熟练掌握电气一次设备（如断路器、隔离
开关、互感器、电抗器等）工作原理、特性、选择与校验方法，掌握裸导
体的选择方法，了解电缆、绝缘子和套管的选择方法。
重点：?电气一次设备通用选择条件，?断路器、电抗器、TA、TV的
选择校验方法，?电弧的产生与熄灭方法，交流电弧的熄灭关键与条件，
?互感器工作特点及运行要求。
难点：?TA、TV的误差分析；?TA的10%误差曲线。 1、电气设备选择的一般条件：45分钟(1课时)
2、高压断路器和隔离开关的原理与选择：2课时（含习题讲解） 3、互感器的原理及选择：2课时
4、限流电抗器的选择：20分钟
5、高压熔断器的选择：25分钟
6、裸导体的选择：1课时
7、导体、绝缘子和套管的选择：1课时
采用启发式、探究式、案例式相结合的教学方法 [1]熊信银.《发电厂电气部分》.中国电力出版社.第三版.2004. [2]范锡普.《发电厂电气部分》.水利电力出版社.第二版.1995 [3]华孝敏.《电工及电气设备》.水利电力出版社.1995.
103
1、额定电压
工程上通常采用下列条件：
U>=U【U:电气设备所在电网的额定电压】 NNsNs
2、额定电流
目的：使电气设备的正常最高温度不超过长期发热的最高允许温度。
,电气设备的额定电流I是指在额定环境温度下，电气设备的长期允许电流。 N0
应满足 I>=I Nmax
,,,al I= ,I,KIalN,N,,,al0
【I见书P168】 max
3、按当地环境条件校核
在选择电器时，还应考虑电器安装地点的环境条件，如气温、风速、海拔高度等环
境条件超过一般电器的使用条件时，应向制造部门提出要求或采取相应的措施。
1、热稳定校验【承受热效应的能力】
2满足：It>=Q tk
2、动稳定校验【承受机械效应的能力】
满足：i>= i或I >=I esshessh
下列几种情况下可不简化短路校验：【参见书P169】
3、短路电流计算条件
(1)容量与接线
按本工程最终容量计算，并考虑发展【5—10年】；其接线应采用可能发生最大短路电流的正常接线方式。
(2)短路类型
一般按系统最大运行方式下三相短路电流校验，若其它短路较三相短路严重时，则
按最严重的短路情况校验。
104
(3)计算短路点
在计算电路中，同电位的各短路点的短路电流值相等，但通过各支路的短路电流将
随短路点的位臵不同而不同。
原则：选择通过导体和电器的短路电流为最大的那些点作为短路计算点。
方法：在被选择的设备两端分别取短路点，看
哪一点流过电器的短路电流为最大。
K6举例：如图6-1所示
K5
?发电机、变压器回路的断路器： ,K8It,,,
IQF1，K1:，K2：，选K2。 I，Ig2tg1K3K7
,,,K4QF4QF3QF3，K1: ，K3：，要进行比较才能I，IIg1g2tK1QF5
确定。 QF1QF2K2
?母线联络断路器QF5：选K4 ,,
IIg1g2?带电抗出线回路中的电器校验，如断路器
图6-1 短路计算点的选择QF4，选择K8【为什么？】
,,,,?母线：应在严重的短路下校验。应选K1或K4：I,I，I，I kg1g2t4、短路计算时间
(1)校验热稳定的短路电流计算时间t k
t=保护动作时间（t）+断路器的全开断时间（t）(t=t+t) kprbrbr inat：一般取后备保护动作时间。 pr
t =固有分闸时间（t）+熄弧时间（t） brina
(2)开关电器的开断计算时间t: br
t=主保护动作时间（t）+断路器的固有分闸时间（t） brprlint：一般取0.05~0.06s或0s 。 prl
105
1、电弧的危害性
烧坏电气设备并将事故扩大。
2、电弧的特点
质量轻，温度高，是一种气体导电现象。
+3、电弧的形成 静触头
用开关电器切断有电流通过的线路时，只要电源电压大于10—20V，弧柱
电流大于80—100mA，在开关电器的动、静触头间就会出现电弧，如图
-动触头6-2所示。此时，触头虽已分开，但电路中的电流还在继续流通，只有
电弧熄灭，电路才能真正开断。【其形成可分为如下四个过程】 V
图 6-2 电弧（1）强电场发射
当开关动、静触头分离初瞬，开距S很小，虽然外施电压U不高，但电场强度E
6 （E=U/S）很大。当其值超过3〓10V/m时，阴极表面的自由电子被强行拉出。【这是产
生电弧的最根本的条件】
（2）碰撞游离
自由电子的强电场作用下，加速向阳极运动，沿途撞击中性粒子，使之游离出自由
电子和正离子，链琐反应，由此形成电流。【绝缘介质被击穿】
（3）热电子发射
电弧形成后，弧隙温度迅速升高【可达数千度甚至上万度】，此时熔化金属触头依
靠高温而发射电子。
（4）热游离
高温下的中性粒子不规则的热运动速度很高，是以在其彼此碰撞时游离出大量带电
粒子。【（3）、（4）使电弧继续炽热的燃烧，高温是维持电弧燃烧的主要原因】
4、电弧在燃烧过程中，存在互为相反的两种过程：
(1)游离过程：产生自由电子过程。
(2)去游离过程：电弧中发生游离的同时，还进行着使带电粒子减少的去游离过程，
即：减少自由电子的过程。
5、去游离过程的两种形式
106
(1)复合：正、负粒子相互中和变成中性粒子的现象。
(2)扩散：指带电粒子从电弧内部逸出而进入周围介质中去的现象。有：?浓度扩
散；?温度扩散。
6、电弧燃烧的三种状态
若游离过程>去游离过程，则电弧会剧烈燃烧
若游离过程=去游离过程，则电弧会稳定燃烧
若游离过程<去游离过程，则电弧最终会熄灭
1、交流电弧的特性
交流电弧的两大特点：?过零自然熄灭；?动态的伏安特性。
交流电流的瞬时值不断地随时间变化，由于热惯性【弧柱的受热升温或散热降温都
有一个过程，跟不上快速变化的电流】对应于相同电流瞬时值处，电流下降段的温度高
于上升段的温度，即电阻值低于上升段电阻，从而使在每一半周期内有电压波形呈前高
后低的马鞍形状态。【伏安特性曲线见书P172图6-1所示，A点燃弧电压，B点熄弧电压。】
交流电弧周期性变化，每半周要自然过零一次，如图6-3所示：
（1）过零前瞬间t1时刻，i??T??去游离加强。
（2）过零时t2时刻，i=0 ? T???去游离进一步加强，t2tt1t电弧瞬时熄灭。
图6-3 交流电弧的特性（3）过零后t3时刻，电弧是否重燃，取决于弧隙介质强
度的恢复U(t)和弧隙电压的恢复U(t)。 dr
．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
2、交流电弧的熄灭条件
电弧瞬时熄灭后，开关断口出现两个过程:
（1）弧隙介质绝缘强度的恢复过程（以U(t)表示） d
处决于QF的灭弧装臵的结构和灭弧介质的性质，随QF型式而异【见书P172图6-2
所示】。
——起始介质强度（150-250V）【见书P173图6-3所示】
这是因为在电弧过零之前，弧隙充满着电子和正离子，当电流过零后，
弧隙的电极极性发生改变，弧隙中的电子立即向新的阳极运动，而比电子质量一千多倍
107
的正离子则基本未动，从而形成弧隙间电子与正离子不平衡，便在新阴极附近呈现正电
荷离子层，其电导很低，显示出一定的介质强度，约在0.1—1us的暂短时间内有150—250V起始介质强度。这种近阴极效应特性特别对交流低压电器的熄弧有利【灭弧
栅原理】。
（2）弧隙电压恢复过程（以U表示） r(t)
电弧自然过零后，电路施加于弧隙的电压，将从不大的熄弧电压逐渐增长，一直恢
复到电源电压，它与线路参数、负荷性质等有关。
由于实际电路中，有电容、电感存在，使 i 与u相位不同，U可能是周期性变化，r(t)也可能是非周期性变化。
Udt
UU> U r(t)dtr(t)
3、高压开关电器熄灭交流电弧的基本方法【见书P173】
1）利用灭弧介质
SF6、真空、氢气
2）采用特殊金属材料作灭弧触头
铜、钨合金或银钨合金。
3）利用气体或油吹动电弧
冷却绝缘介质降低电弧的温度，消弱热发射和热游离，另一方面，吹弧，可以拉长
电弧，增大冷却面，强行迫使弧隙中游离介质的扩散。有纵吹、横吹两种方式。
4）采用多断口熄弧
5）提高断路器触头的分断速度，迅速拉长电弧
RLQFRLKi
ii12GUUrUC0crCGTQFK
图(c) 等效电路图(a) 短路电路图(b) 电路模型,r为QF两端的并联电阻
图6-4 断路器开断短路电流
U1、电弧两端电压的恢复过程 r
U如图6-4所示，为电弧电流过零时，电源电压瞬时值，由于过渡过程时间很短，0
一般不会超过几百微秒，可用直流是电源来代替，其数值与短路故障类型有关，R、L、
108
C为电路参数。并假设电源为中性点接地的发电系统，由此可得二阶常系数微分方程：
2duduLRccLC，(RC，)，(，1)u,U co2dtrdtr
U根据特征方程的根，分三种情况进行讨论：?实根，或非周期性过程，其恢Ucr
dUrrU复电压的最大值不会超过，恢复电压的上升速度为；?一对共扼虚根，|,U0t,00dtL
2Uuu或周期性振荡过程，其恢复电压的最大值可达，恢复电压的上升速度为0ch
dUrU；?实数重根，或U非周期性过程（临界状态）。【详细分析见书|,4fUcrav00dt
P174-178】
*2、降低恢复电压上升速度和熄弧过电压的措施
?断路器断口并联小电阻【见书P177】
1L r,2C
?断路器断口并联电容——均压电容
在高压断路器中，常采用多个灭弧装臵串联的积木式结构，形成多断口断路器，每
一个断口在开断过程中承受的电压不一样，影响到整个断路器的灭弧性能。
KCCQQU21U
UU12UUU12CCQQ
CCCQ0QCCCCUU00
图(c) 有均压电容断口电压分布计算图(a) 断路器中电容分布图(b) 断口电压分布计算
图6-5 断路器断口并联电容
C，C2Qo 图5-4（b）所示： U,U,U(设C,C)1Qo2C，C3Qo
C，C1Qo ,,UUU2C，C23Qo
图5-4（c）所示：设C+C>>C 则 QO
109
C，C，C()1Qo ,,UUU1C，C，C2()2Qo
(C，C)1Q ,,UUU22()2C，C，CQo
其中，C：断路器断口电容； C ：断路器对地电容。 QO
1、种类和型式选择【见书P178-P179表6-1所示】
油断路器（分多油式和少油式两种）特点：利用变压器油进行灭弧，其灭弧性能与
短路电流的大小有关（属于自能式断路器），由于存在火灾和爆炸的危险性，属于淘汰
产品。但油断路器价格低廉，运行维护经验丰富，目前只在电压等级在220kV及以下的系统其供电可靠性要求不高或在经费比较困难时，才采用油断路器。3-220kV：一般选少油式QF，35kV：一般选多油式QF【因为多油式QF成套性较好，内部配有TA】
压缩空气断路器：已经淘汰。
SF断路器（外能式断路器）：利用惰性气体SF进行灭弧，灭弧性能好，免检产品66
可以连续运行十五年不需要检修。目前在35kV及以上系统中广泛采用，一般情况下，
选用普通式SF断路器，在供电可靠性要求高场合，可选用GIS全封闭式组合电器。 6
真空断路器（外能式断路器）：利用真空进行灭弧，灭弧性能好，免检产品可以连
续运行十五年不需要检修。目前在35kV以下系统中广泛采用。
2、额定电压选择
满足：U?U（U电器设备所在电网的额定电压） NNSNS
3、额定电流选择
满足：I?I Nmax
4、开断电流选择I Nbr
额定开断电流I：是指在电网的额定电压下，能开断的短路电流的有效值，它是Nbr
表明断路器触头和灭弧系统熄灭短路电流的能力。
I应不小于其触头实际开断瞬间(t)的短路全电流的有效值I ，即:I?I brNbrKNbrK
110
t,br,T22aI,I，(2I''e) kpt
式中，I：开断瞬间短路电流周期分量有效值，当开断时间小于0.1 秒时，忽略周期分pt
Ta量的衰减，有I =I”。 ,0.05spt,
I 应按最严重的短路类型计算。由于QF开断单相短路的能力比开断三相的能k
(1)(3)力大15%以上，即I=1.15I ，因此，只有单相短路比三相短路电流大15%以上时，NbrNbr才按单相接地短路校验。
【说明：对同一系统在同一地点发生故障
(1)IK单相接地短路：
3(2)(2)(3)I I,IKKK两相相间短路： 2
(3)IK三相短路：
(1)(3)IIKK有可能大于，特别是在中性点直接接地系统中】
说明几点：
?对中慢速QF：t?0.1S ，非周期分量衰减较多，可以不考虑。故按 br
I?I（I”）来选择。 Nbrpt
?快速保护的快速断路器：t<0.1S，则按 br
tbr,"0.025 来选择 I,1，2eINbr
5、短路关合电流的选择
满足：i?i Nclsh
6、热稳定校验
2满足：It?Q tk
7、动稳定校验
满足：i?i essh
隔离开关由于不要分、合电流，所以选择和校验项目与断路器相比无需进行开断电
流和短路关合电流的校验。
111
【】 如图6-6所示：已知系统侧电抗x =0.2165(其准容量Sd=100MVA)，*s
系统等值机容量为Ss=400MVA，发电机主保护动作时间Ss
t=0.05S，后备保护动作时间t=3.9S，度校验QF1是否满足要pr1pr2K210kV
求？ QF1
K1【注：室内最高环境温度θ=+40?，QF1的型号为：SN-10o10U=10.5kVNP222=25MWN?/2000，I=43.3kA，I*t=43.3*4(kA*S)，i=130kA，t=0.06S，tNbresincosφ=0.8
图6-6 某发电厂接线简图t=0.06S。】 a
（1）计算短路点：应选K1点
PN（2）求I: maxI,1.05,1804(A)max3Ucos,N
（3）短路电流持续时间：t=3.9+0.06+0.06=4.02>1s k
（4）求I”，I，（K1）（通过QF1的I）; ?k
S400s短路计算电抗： xx,,0.2165,0.866**sS100d
400"查计算曲线的：，I,1.2082，,26.6(kA)3，10.5
400400； I,1.3422，,29.5(kA)I,1.3518，,29.7(kA)2.014.023，10.53，10.5
（5）开断计算时间： t=0.05+0.06=0.11s br
所以应按I?I”来选择 rNb
"（6） i,1.92I,2.69，26.6,71.6(kA)sh
（7）计算Q K
t2222k Q,Q,(26.6，10，29.5，29.7),3448[(kA),s]kp12
比较结果如下：
计算数据 SN-10III/2000 10U 10kV U10kV NsN I 1804A I 2000A maxNI” 26.6 kA I 43.3kA Nbri 71.6kA i 130 kA shNcl
22Q 3448 I*t 43.3*4=7499 tK
i 71.6kA i 130kA shes
112
电力系统中使用的互感器可分电流互感器、电压互感器两种，它是一次系统和二次
系统的联络元件。其作用是：
1、使二次系统的设备与高压部分隔离，且互感器的二次侧均接地，从而保证了设
备和人身的安全。【一次、二次的联络元件】
v100V2、将一次回路的高电压和大电流变为二次回路标准的低电压（100或）3和小电流（5A或1A），使测量仪表和保护装臵标准化、小型化。
3、取得零序电流、电压分量供反应接地故障的继电保护装臵使用。
,,,,1 I,(I，I，I)0ABC3
,,,,1 U,(U，U，U)0AdBdCd3
基本结构与变压器相同，并按变压器原理工作。
1、工作原理【相当于变压器在短路情况下运行】
高压侧串接于电网之中，仍然遵循变压器的工作原理。其工作特点：
1)原边匝数很少，K（=N/N）<<1;K=I/I?1/K iN12N1N2N
2)付边负载阻抗很小（电流线圈），因此，原边电流只取决于原边负荷电流，不因
付边负荷的变化而变化；
3)原边被视为恒流源，付边不容允许开路。
2、误差
由于TA(CT)本身存在励磁损耗、磁饱和现象及运行工况的影响，使一次侧电流和二
次电流的规算值在数值上和相位上均有误差，即测量有误差【图见书P183图6-8所示】
1)电流误差f【幅值误差】 i
KI,IIN,IN212211if,，100%,，100% iIIN11
2)相位误差
指旋转180度的二次侧电流（或电压）相量与一次电流（或电压）相量的相角之差，
并规定二次侧相量超前于一次侧相量时，角误差为正，反之为负。
113
3、准确级和额定容量
1)准确级
指在规定的二次负荷变化范围内，一次电流为额定值时，电流误差的最大值【见书
P184-185表6-3、6-4所示】
2)额定容量
由于误差与负荷有关，所以，同一台电流互感器对应于不同的准确级就有不同的容
量， ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
2S=IZ【由于额定二次电流为标准值，有的厂家常提供电流互感器的Z】 2N2N2N2N
4、运行要求
1)付边严禁装设熔断器，其原因：
?付边短路时并不造成过电流；
?当熔断器因制造或安装质量差，长期振动可能造成误断，另一方面运行人员也可
能误切除而造成付边开路。
2)付边严禁开路
付边开路情况下，原边（IN+IN=IN）电流将全部用来励磁（由正常甚小的IN11220101
骤增为IN），铁芯迅速饱和，磁通波φ畸变为矩形波，而E=dφ/dt。因此，二次绕组112在磁通过零瞬间产生很高的尖顶波电势，其值可达数千伏甚至上万伏，严重危及工作人
员的安全和设备的绝缘，同时，还会引起铁芯和绕组过热。
5、TA的选择
（1）种类和型式选择
1)按地点分：户内式：20kv及以下
户外式：35kv及以上
2)按安装方式分：穿墙式：装在墙壁或金属结构的孔中
支持式：安装在平面或支柱上
装入式：变压器或多油QF油箱内的套管中
3)按绝缘方式分：有干式、浇注式、油浸式三种。
4)按一次绕组的匝数分：单匝和多匝式【当一次电流小于400A，应选多匝式，以提高准确度】。
注：弱电控制二次侧额定电流选1A，强电控制选5A。
（2）一次回路额定电压和额定电流的选择
114
应满足：U?UI?I NNs N1max
I N1
（3）准确级和额定容量的选择
为了保证测量仪表的准确度，互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级。其
原则：
1)当同一台TA二次回路接有不同准确级的仪表时，那么，应按相应最高级别来确
定TA的准确级【应举例说明】。
2)为了保证互感器的准确度，互感器二次侧所接负荷应不大于该准确级所规定的额
22定容量。即：S=IZ?S=I Z，并以最大负荷相为准。 2N2N2N22N2L
Z：包括测量仪表的电流线圈电阻r、继电器电阻r、连接导线电阻r和接触电阻2Larel
r。Z =r+r+ r +r c2lareLc
r、r：可查产品目录；r=0.1欧姆 arec
?求出r；?确定导线的计算长度L，它与TA的接线方式有关【见书P186图6-9LC
3L所示，单相接线：L=2L；三相星形接线：L=L；两相不完全星形接线：L=】；?CCC
确定截面S。
（4）热稳定校验
22满足：I?Q或(KI)?Q(热稳定时间t=1) tKtN1KK：热稳定倍数，K=I/ I。 tttN1
（5）动稳定校验
1)内部动稳定：
满足：i ?i或 2IK,iessh1Nessh
iesK：动稳定倍数， K,eses2I1N
2)外部动稳定（瓷绝缘）
L,72 F,0.5，1.73，10，i(N)alsha
举例：见书P187例6-2
115
目前，电力系统广泛应用的电磁式电压互感器和电容式电压互感器两种。
1、电磁式电压互感器
（1）工作原理特点
与变压器相同，相当于变压器在开路情况下运行。
1）容量很小，类似一台小容量变压器；
2）高压侧并联于电网之中，原边匝数很多，K（=N/N）>>1； N12
3）二次负荷阻抗【电压线圈】很大，二次侧阻抗变化不会影响一次侧输入电压。
4）原边被视为恒压源，付边不允许短路。
额定变比K：K=U/U=K，已标准化。 uuN1N2N
（2）TV（PT）的误差【见书P188图6-11】
1)电压误差f u
KU,Uu21，100% f= uU1
2)相位误差
指旋转180度的二次侧电压相量与一次电压相量的相角之差，并规定二次侧相量超
前于一次侧相量时，角误差为，反之为负。
（3）TV的准确级和容量
1)准确级
指在规定的一次电压和二次负荷变化范围内，负荷功率因素为额定值时，电压误差
的最大值【见书P189表6-6所示】。
2)额定容量
由于误差与负荷有关，所以，同一台电压互感器对应于不同的准确级就有不同的容
量，通常额定容量是指对应最高准确级的容量。
3)最大容量
是按在最高工作电压下长期工作容许发热条件确定的容量。
（4）TV的结构
油浸式TV结构，目前有两种型式：?普通式：其结构基本上与变压器相同，相当
于一台小容量的变压器，用于35kV及以下电压等级。6-10kV可做成三相式，这时铁芯必须做成五柱型式，而不能采用三柱型式。?串级式：可视为电感分压式，110kV及以
116
上电压互感器都制成串级式，其特点是，绕组和铁芯采用分级绝缘，以简化绝缘结构，
绕组和铁芯放在瓷套中，可减小重量和体积。
（5）运行要求
1)付边必需装设熔断器；
2)付边严禁短路。
2、电容式电压互感器
随着电力系统输电电压的增高，电磁式电压互感器的体积越来越大，成本随之升高，
因此研制了电容式电压互感器。目前我国500kV电压互感器只生产电容式。
除具有电压互感器的作用以外，还可兼作耦合电容器，与电力系统载波机相连，作
高频载波通讯用，在220kV及以上电力系统广泛采用。
3、电压互感器的选择
（1）种类和型式选择
1）在6--35kV屋内配电装臵中一般采用油浸式或浇注式TV，20kV及以下可以采用三相式TV【因为三相式TV投资省】，但只选用三相式五柱式TV【如JSJW】，不能采用三相式三柱式TV。其原因：
?小电流系统特点：发生一相接地，线电压仍然对称，接地相电压降低，非接地相
电压升高，没有短路电流，可以运行两个小时，但需对系统的绝缘情况进行监视。
?小电流系统要求：要监视相对地的电压（绝缘情况）和取得零序电压分量。要求
TV原边必须接成Y形，且中性点必须接地。
?三相三柱式TV的工作特点【见图6-7所示】：当系ABC统发生单相金属性接地时，如A相：U=0, U=U，3φAdBdIIIB0A0C0
3U=U，U=U，将在电压互感器中产生零序电流?零φφCd0
序磁通（φ， φ，φ）在铁芯中没有通路，只能通过气A0B0C0
隙或外壳形成闭合通路，由于磁阻很大，故零序电流比正
图6-7 三相三柱式电压互感器常励磁电流大许多倍，而使电压互感器过热损坏。【即三相
三柱式TV不能测量相对地的电压，必须采用三相五柱式TV】
2）110--220kV配电装臵母线上装设的TV，通常选用串级式电磁式TV，出线上多选用电容式TV。
3）500kV配电装臵，全部采用电容式TV，且TV具有三个二次绕组，即两个主二次绕组和一个辅助二次绕组【开口三角】。
117
（2）一次额定电压和二次额定电压的选择
根据电网电压和二次回路电压选择。
1）TV的接线
?单相接线:用于测量相间或相对地的电压
?V—V接线:用于测量三个相间电压，但不能测量相电压
?三个单相三绕组TV组成Y， y， d11接线，或Y，y， d11【二次侧星形绕NnN组中性点不直接接地，而采用相b接地】
既可测线、相电压，又可测零序电压，在6—330kV系统中采用。二次侧的额定线电压为100V，相电压100V/，开口三角形在原边发生金属性单相接地时为100V【每3
,,,,1一相为0.1/3kV】。系统零序电压： U,(U，U，U)0AdBdCd3
1中性点直接接地系统：【发生金属性单相接地短路故障】 U,U0,3
10.1变比： U/,U/0.1kV,,33
U,U中性点非直接接地系统：【发生金属性单相接地短路故障】 0,
0.1变比： U/kV,3
装设熔断器的作用
电压互感器付边装设熔断器以保护其自身不因付边短路而损坏，在可能的情况
下，原边也应装设熔断器，以保护高压电网不因互感器的高压绕组或引线故障危及
一次系统的安全。
?低压侧（二次侧）必须装设FU
?35kV及以下TV原边也应装设FU，110kV及上TV，由于高压FU制造比较困难，
价格昂贵，另一方面，110kV及以上配电装臵工作可靠【相距大】，因此，通常不设FU，
只设QS。
高压侧 当U?110kV 不装 N
当U<110kV 可装N
?原边也应装设QS，以便TV检修。检修时，还需拔除付边熔断器，以免其它低压
经二次回路串入该TV付边后经TV升压到原边伤人。
（3）容量和准确级选择
118
同一台TV工作在不同的准确级，便有不同的额定容量，首先应根据二次负荷的要
求确定TV工作在哪个准确级，然后再确定其额定容量【同TA】。
TA、TV在选择方法上有何不同？为什么？
TA需要按正常工作条件选择，同时需要按短路工作条件校验。TV只需按正常工作条件选择。
应满足测量、保护、同期和自动装臵的要求；保证在运行方式改变时，保护装臵不
失压，同期点两侧都能方便地取压。
1、电压互感器
（1）母线：6-220kV电压等级，每组主母线的三相上应装设TV。
（2）线路：当需要监视和检测线路QF外侧有无电压，供同期和自动重合闸使用，
该侧装一台单相TV
（3）发电机：一般在出口处装2--3组，一组（?/Y）接线，用于自动调节励磁装臵；一组（Y/y/?接线）供测量仪表、同期、和继电保护使用；当二次负荷太大时，Nn
可增设一组不完全星形的TV。大、中型【50MW及以上】发电机中性点常设一单相TV，
用于100%定子接地保护。
2、TA的配臵原则
（1）每条支路的电源侧应装设足够数量的TA，供该支路测量、保护使用。
（2）发电机出口配臵一组TA，供发电机自动调节励磁装臵使用。
（3）配备差动保护的元件，应在元件各端口配臵TA，【具体配臵在《继保》课程中讲述】
随着输电电压等级的提高，传统的互感器结构复杂，其成本也越高，测量误差也增
大。
新型互感器大致可分两类：?电子式互感器；?光电式互感器。
119
满足 U?UI?I NNS Nmax
x%= x*100% L*L
x：以电抗器自身额定电压、额定电流为基准的电抗标幺值 *L
（一）普通电抗器
1、选择原理
按出线首端短路电流的I”不大于出线（轻型）QF的额定开断电流来选择，即 INbr
?I”。 【注：采用标幺值计算，其基准值：U（电网平均额定电压）、I，见图6-7所dd示】
XT
KU2
L''xx*,QF*,φU1LxUU1remaxI
x*LcU2bdφGImax
图(a) 接线原理图图(b) 短路时等效图图(c) 正常运行时的电压矢量图
图6-7 普通电抗器的选择与校验
设电源至短路点前的系统电抗标么值为x，则 x= I/I” 【此处电源电压标么值*Σ*Σd为1】
UUUIU"ddddd xI,,,,x/,,*"""I3I3x3I3Id,
'x设电源至电抗器前的系统电抗标么值为 *,
'x,x,x **,*,L
再将此电抗换算成以电抗器本身额定参数为基准的百分电抗。 化简得：
IIU'dNd (1) %,(,)，100%xx*L,''IIUdN
120
【说明：首先按I”= I初选电抗，然后再按实际电抗验算】 Nbr
2、母线残压校验
?Ure%?60-70%
"UII3''N ?Ure%= xx%,%,60,70%LLIIU3NNN
3、正常运行时，电压损失校验：即?U?5%
,,,
U,U，jIxmax12L
IxUUbdbc3sin,,Lmax12U,%,，100%,，100%,，100%,UUUUN111
UII3sinsin,,Nmaxmaxxx,%,%,5%LLUII3NNN
（二）分裂电抗器【见图6-8所示】
1、选择原理
,原理与普通电抗器相同，可按(1)式计3U
算，但因分裂电抗器产品系按单臂电抗x%3L1,fxL12,,(1，f)xLx%x%算出，所以应进行换算。与的关系,,L1LII12UU2112(1，f)xL??与电源连接和限制那一侧短路电流有关。 （a）分裂电抗器接线图(b)等值电路
?仅当3侧有电源，1或2侧短路时： 图6-8 分裂电抗器等值电路
x%,x% L1L
?3侧无电源，1或2侧有电源，1或2侧短路时：
1 x%,x%L1L2(1，f)
?1和2侧有电源，3侧短路或三侧均有电源3侧短路时：
2 x%,x%L1L(1,f)
ff,0.5式中，为耦合系数，如无厂家资料，
2、正常运行时，电压损失很小，不需要校验。
3、电压波动校验
正常运行时，要求两臂母线的电压波动不大于母线额定电压的5%。如母线?段电压
为：
U,U,3xIsin,，3xfIsin,1L111L122
121
Ux%1NL因为 代入可得： x,，1L1003IN
II12 U,U,x,f%%%(sin,sin,)L1112IINN
I,0.3II,0.7I式中，、为?、?段母线上负荷电流，如无负荷资料，可取，；II1N2N12
,、,为为?、?段母线上负荷功率因素角，一般可取。 cos,,0.821
同理，如母线?段电压为：
II21 U,U,x,f%%%(sin,sin,)L2121IINN
2满足 It?Q；i?i tKessh
例6-4【见书P198】可根据情况讲解
熔断器是最简单的保护电器，它用来保护电气设备免受过载和短路电流的损害。【高
压熔断器与高压接触器配合，广泛应用于300—600MW大型火电机组的6kV厂用系统，
称为“F-C”回路】
1、选型
根据安装条件和用途选择。
2、按额定电压选择
1）对于一般的FU、按U?U选择 NNS
2）对于充填石英砂有限流作用的FU，只能按U=U选择【有截流作用，产生过NNS
电压】
3、按额定电流选择
1）熔管的额定电流I选择：I?I NftNftNfs
2）熔体的额定电流I选择 Nfs
电力变压器：I=KI(K：可靠系数) Nfsmax
122
电力电容器：I=KI (K：可靠系数) NfsNc
4、开断电流校验
1）对于没有限流作用的熔断器：I=I Nbrsh
2）对于有限流作用的熔断器：I=I” 【为什么？】 Nbr
5、选择性校验【保护配合问题，选择性动作】
1）保护特性曲线
t熔体的熔断时间t与通过熔体的电流I的关系曲线，R
即为保护特性曲线【厂家给定】。
如图6-9所示，其左方逼近的电流称为最小熔断电
流I,熔体的额定电流I=0.8I【即为可靠不熔断电minNmin
流】。
I 2)使用时应注意两点：【保护配合问题】 RImin
图6-9 熔断器的保护特性曲线?熔断特性离散性很大。即在同一电流下的熔断时
间有较大的误差【与制造、安装水平有关】，一般应考虑50%的时间误差。
?熔断时间随电流的增加而减少。不同额定电流熔体熔断的时差也随之减少，因此
要考虑上下级保护的熔断时间的正确配合。
?配合原则：在下级出现最大短路电流的情况下，上级时间应为下级时间的3倍。
举例：如图6-10所示系统
tFU31：FU2FU22：FU3
FU1K2
t1
t2K1IRIK2图(a) 熔断器配置图图(b) 保护范围配合
图6-10 熔断器保护特性曲线的应用
在K1处，FU1熔断；在K2处，按理FU2应先熔断，怎样才能保证呢？考虑熔断时
间50%的误差。在该电流下，上级熔断时间应为下级熔断时间的3倍【t=3t】，即：考12虑t减少50%，t增大50% 0.5t-1.5t?0。 1212
123
1、材料：铜ρ小，强度大，抗腐蚀性强，但价格较贵。
铝ρ=1.7--2ρ铜，密度小，价廉，广泛采用。
2、截面类型：
2 矩形：散热条件好，但集肤效应大，单条矩形截面面积?1250mm,一般用于35kV
及以下电流在4000A及以下的配电装臵中。
槽形：机械强度好，载流量大，集肤效应小，但施工工艺复杂，一般用于4000-8000A
的配电装臵中。
管形：机械强度高，集肤效应小，电晕放电电压高，可用于电压在110kV及以上的
配电装臵中。
软导体：有钢芯铝绞线、组合导线、分裂导线等。
3、敷设方式：
导体的散热和机械强度与导体的布臵方式有关。矩形导体有竖放【散热较好，载流
量大，但机械强度较低】和横放【则与前者相反】两种形式。
1、对汇流母线及较短导体（其长度小于20米）：应按长期发热允许电流选择其截面。
,,,al应满足 I?KI K,maxal,,,al0
式中，K-综合修正系数【见附表3P344】。
2、其他导体【年负荷利用小时数大，传输容量大】:其截面一般按经济电流密度选择，可使年计算费用最低。
?经济电流密度J：与材料及最大负荷年利用小时数有关【见书P201图-17所示】。
?选择截面:应满足S=I/J max
1）应尽量选择接近上式计算的标准截面
2）按经济电流密度选择的导体还应按长期发热进行校验。
汇流母线为何不按经济电流密度选择其截面？ 要点：1）汇流母线每一处的电流密度不一样；
124
2）若按最大电流密度来选择，将增加投资。
电压在110kV及以上裸导体，可按晴天不发生全面电晕条件校验。
满足：U>U crmax
根据前面所讨论的短时发热有关的理论，由热稳定决定的导体最小截面。
1由 得 Q,A,Akhw2S
QKQKkfkf S,,minAAC,hw
式中，C：热稳定系数【见书P202表6-9所示】
应满足：S?S 实min
求Q时，t应取主保护动作时间与断路器全分闸时间之和。 KK
保证导体动稳定的根本条件：σ(截面最大计算应力) ?σ(截面允许应力)。 maxal
工程上常以控制最大跨距（相邻两支持绝缘间的中心距）来保证导体的动稳定性。
1、矩形导体应力计算
1）单条矩形导体构成母线的应力计算【σ=σ】 maxph
假设导体为自由支承在绝缘
上的多跨距、匀载荷的梁【见图
4-5所示】，在电动力作用的作用lll
下，导体所受到的最大弯矩M 图6-11 应力计算
22fllph2,8 （N〃M） M,,1.73，i，10sh10a
【注：f单位长度导体上所受的电动力，l、a 的单位为m，i单位为A】 phsh
当跨距数等于2时，导体所受到的最大弯矩为
2flphM （N〃M） ,8
导体最大相间计算应力：
σ=M/W 【W：抗弯截面系数，见书P202】 ph
125
根本条件应满足：σ?σ phal
工程上常根据材料最大允许应力来控制最大跨距（相邻两支持绝缘子间的中心距）
来保证导体的动稳定性。即
W10,al (m) l,maxfph
若l?l ，则动稳定性满足要求。 实max
2）多条矩形导体构成母线的应力计算
特点：增加了同相各条间的作用应力σ【见bl
衬垫图6-12所示】,这时动稳定性的根本条件为： b2b
σ=σ+σ?σ 或σ?σ=σ-σ lmaxphbalphx-xalbllbbb
图6-12 双条矩形导体（竖放）俯视图σ：相间作用应力允许值； x-xσ：相间作用应力最大值【计算方法同上】。 ph
W10,xx,?绝缘子间跨距校验工程条件为： (M) l,maxfph若l?l ，则动稳定性满足要求。 实max
所以与单条导体不同之点：在于需做条间作用应力σ的计算【具体计算方法略，b
见书P203】。
2flbb ,,b12W
f：同相各条间单位长度导体作用力，它与每相条数有关，2条时b
11 2,82,9f,2.5ki，10，3条时，f,8(k，k)i，10，条间中心距为2b, b12shb1213shbbl：两衬垫之间的距离（一般为30---50cm） b
12()W,,,alph?衬垫之间的距离校验工程条件为： l,bmaxfb
若l?l ，则动稳定性满足要求。 b实bmax
2、槽形导体应力计算
计算方法同矩形导体
【见书P205的例6-5可略讲】
126
【自学，见书P206】
额定电压 U?U NNS
额定电流 KI?I Nmax
2热稳定 It?Q tK
动稳定 F?0.6F c0de说明：
1、按额定电流选择穿墙套管
,,,al满足 I?KI 【K= 温度修正系数】 ,(:设计环境温度)maxNe,,,ale
对于母线型穿墙套管，因本身无导体，不必按此项选择和校验热稳定。 2、对于穿墙套管的热稳定校验
2满足 It?Q tK
I----热稳定电流,t式中，查产品目录 ,t-----热稳定时间（一般取4)秒,
3、动稳定校验
根本条件F?0.6F code
式中，F：作用于绝缘子和套管端部的等效计算力。 co
F：绝缘子和套管端部能承受的最大弯曲破坏力。 de
0.6：安全系数。
【见图6-13所示】： Fmaxh/2FcobF*H= F*H (力矩平衡) max1c0
所以 F=H* F/H （H=H+b+h/2） HHc01max11
-72故 F=K*1.732*l*i*10/a (N) (K=H/H) c0sh1图6-13 绝缘子受力示意图
127
邵阳学院电气工程系
见书P210： 6-1、6-2、6-3、6-7题。
[1]熊信银.《发电厂电气部分》.中国电力出版社.第三版.2004. [2]范锡普.《发电厂电气部分》.水利电力出版社.第二版.1995 [3]华孝敏.《电工及电气设备》.水利电力出版社.1995.
（学生反映、经验教训、改进措施）：
128
第7章 配电装置
发电厂电气主系统 05级电力方向本科
(1)概述。 1、理论讲授：2课时
(2)配电装置的最小安2、参观配电装臵实验室 全净距。
3、在实习当中，根据具体(3)屋外配电装置分
情况和实例进行就地教学 类。
本章主要采用电化教学或在生产实习过程中实地教学，课堂教学只讲
清配电装置有关的基本概念。本章要求学生对配电装置具有一定的感性知
识的基础上，讲授确定屋内外配电装置的最小安全净距的依据，配电装置
的选型和设计原则，以及各种配电装置的特点。通过配电装置的实例指导
学生阅读进出线断面图、平面布置图及屋内6-10kV二层和屋外中型布置图。
通过本章的学习，要求学生熟练掌握最小安全净距的意义、各种配电
装置的特点，掌握平面图、断面图的识图方法。
重点：?最小安全净距的确定；?配电装置的特点与设计原则。
难点：平面图、断面图的识图方法
1、概述：25分钟
2、配电装置的最小安全净距：1课时
3、屋外配电装置分类：20分钟
采用启发式、案例式教学方法
[1]熊信银.《发电厂电气部分》.中国电力出版社.第三版.2004. [2]范锡普.《发电厂电气部分》.水利电力出版社.第二版.1995 [3]国家电力公司东北公司.《电力工程师手册》（上下卷）.中国电力出版
社.2002.
129
配电装臵是发电厂和变电所的重要组成部分。它是按主接线的要求，由开关设备、
保护和测量电器、母线装臵和必要的辅助设备构成，用来接受和分配电能的装臵。
【见书P211】
?保证运行安全可靠；
?便于操作、巡视和检修；
?保证工作人员的安全；
?力求提高经济性；
?具有扩建的可能。
1、按设备装臵地点可分：
屋外型：1）土建工程量和费用较小，建设周期短；2）扩建比较方便；3）相邻设备之间距离较大，便于带电作业；4）占地面积大；5）受外界空气影响，设备运行条件
较差，须加强绝缘；6）外界气象变化时对设备维修和操作有影响。一般情况：35kV及以上装臵宜采用屋外型，如有特殊情况…
屋内型：1）房屋建筑投资较大；2）由于允许安全净距较小可以分层布臵，故占地
面积小；3）维修、巡视和操作在室内进行，不受天气影响；4）外界污秽空气对电气设备影响较小，可减少维修工作量。一般来说：10kV及以下的配电装臵宜采用屋内型。
2、按组装方式可分：
装配式：电气设备在现场进行组装。（屋外型配电装臵）
成套式：制造厂预先将开关电器、互感器等安装成套，然后运至安装地点。【高压
开关柜、屋内型配电装臵】
130
对于敞露在空气中的配电装臵，在各种间隔距离中，最基本的是带电部分对接地部
分之间和不同相带电部分之间的最小安全净距A和A值【A值】。在这一距离下，无论12是正常最高工作电压或者出现内外部过电压，都不会使空气间隙击穿。
1、A值：
与电极的形状，冲击电压波形，过电压及其保护水平和环境等因素有关。
1）过电压
? 大气过电压（雷电过电压）：作用时间在几十秒以内。
? 内部过电压
操作过电压：作用时间在0.001-0.1s
谐振过电压：作用时间在0.5-1s
220kV及以下配电装臵，大气过电压起主要作用，330kV及以上配电装臵，内部过电压起主要作用。
2）确定方法
?可以通过计算确定【参考高电压、电力工程设计手册】；
?查电力工程设计手册或教科书
2、B值
1)B1=A1+75（?）【见图7-1所示】
图7-1 B值计算示例图
主要是指导体对栏栅及导体对运输设备的距离。一般运行人员手臂误入栏栅时，手
131
臂长度不大于75?；设备运输时的摆动大于75?。
2)B1=A1+10（?）
3、C值
1)C1=A+250（?）【见图7-2所示】 1
主要是指人举手后，手和带电导体间距不小
于A值所要求的距离。一般运行人员举手后总1
高度为230?，另考虑变电所实际坡度的施工
误差和积雪等情况共为250?【屋外配电装臵】。
2)C2=A+250（?）【屋内配电装臵】 1
图7-2 C值计算示例图
4、D值=A+200（?）【见图7-3所示】 1
??
E
图7-4 E值计算示意图图7-3 D值计算示例图
主要是指平行的不同时停电检修的无遮栏裸导体之间的距离。
200?=（检修工具和人的活动范围）+（风偏角）+（适当补裕度）。
5、E值=A+400（?）【见图7-4所示】 1
通向屋外的出线套管至屋外通道路面的距离。
对于屋外屋内配电装臵的安全净距书上有两个表【见书P214表7-1、7-2所示】，我们搞设计可以作为参考，但是还要考虑一些实际情况和具体情况。
132
根据电气设备和母线布臵的高度，屋外配电装臵可分下列几类：
把所有电器安装在同一水平面内，并装在一定高度的基础上，使带电部分对地保持
必要的高度，以便工作人员能在地面安全地活动，母线所在水平面稍高于电器所在的水
平面。目前得普遍采用。
把母线和电器分别安装在几个不同高度的水平面上，并重叠布臵。如果仅将母线与
断路器、TA等重叠布臵，则称为半高型。由于能节约大量占地面积，目前得到广泛的应
用。
把母线的电器分别安装在几个不同高度的水平面上，并重叠布臵。凡是将一组母线
与另一组母线重叠布臵的，称为高型配电装臵。（注：检修不方便）
电器设备直接放在地面基础上，母线布臵的高度也很低，为了保证安全距离，设备
周围加装围栏，目前仅用于地震强度较高地区的110kV配电装臵。
间隔：某一进出线或TV、FZ中所有设备所占的区域
间隔宽度,110kV: 8m；35kV：5m；220kV:13m【硬母线】。
133
邵阳学院电气工程系
见书P240： 7-1、7-2、7-6题。
[1]熊信银.《发电厂电气部分》.中国电力出版社.第三版.2004. [2]范锡普.《发电厂电气部分》.水利电力出版社.第二版.1995 [3]国家电力公司东北公司.《电力工程师手册》（上下卷）.中国电力出版社.2002.
（学生反映、经验教训、改进措施）：
134
第8章 发电厂和变电所的控制与信号（重点）
发电厂电气主系统 05级电力方向本科
(1)发电厂和变电所的
控制方式。
(2)二次回路接线图。 理论讲授：8课时 (3)断路器的传统控制
方式。
(4)传统的中央信号。
本章是本课程的重点内容之一。从介绍发电厂或变电所二次控制回路及断路器的控制与信号回路入手，培养学生阅读二次接线图的基本能力。
通过本章的学习，要求学生熟练掌握发电厂或变电站的控制方式、二
次接线图有关的理论、相对编号法、断路器的控制方式与工作原理及“防
跳”措施，掌握中央信号动作原理，了解变电站自动化数据通信技术。
重点：?屏后接线图、相对编号法；?断路器的控制方式与工作原理。
难点：中央信号装置的工作原理。
1、发电厂和变电所的控制方式：25分钟
2、二次回路接线图：110分钟
3、断路器的传统控制方式：135分钟
4、传统的中央信号：90分钟
采用启发式、案例式教学方法
[1]熊信银.《发电厂电气部分》.中国电力出版社.第三版.2004. [2]范锡普.《发电厂电气部分》.水利电力出版社.第二版.1995 [3]国家电力公司东北公司.《电力工程师手册》（上下卷）.中国电力出版
社.2002.
135
目前，我国火电厂的控制方式可分为，从宏观分： ? 主控制室控制方式，?单元控制室的控制方式（机、炉、电集中控制方式）；从微观分：?模拟信号测控方式，?
数字信号测控方式。但发展方向是集中控制和数字化监控。
1、主控制室控制方式
单机容量为10万kW以下的火电厂，一般采用主控制室控制方式。全厂的主要电气
设备都在这里进行控制，锅炉设备、汽机设备则分别安排在锅炉车间、汽机车间进行控
制。
主控制室为全厂的控制中心，因此，要求监视方便、操作灵活，能与全厂进行联系
【见书P241图8-1所示】。
单元控制室的控制方式机、炉、电集中控制方式
单机容量为20万kW及以上的大型机组，将机、炉、电的主要设备集中在一个单元
控制室控制。
现代大型火电厂，为了提高热效率，趋向采用亚临界或超临界高压高温的机组。单
元集中控制有如下优点：
1）在滑参数起停过程中，锅炉负荷较小，燃烧不稳定，要求汽机控制蒸汽量与锅
炉配合，因此，只有采用集中控制，才能保证安全快捷地启停和获得更好的经济效益。
2）正常运行中，能够顺利地调节负荷。
3）如遇事故情况，能迅速进行判断和协同处理，以便尽快消除故障。
4）便于利用微机控制
1、值班员控制方式：自动化程度低。
2、无人值班的远方遥控方式：自动化程度高。
【按控制电源电压的高低分：强电控制和弱电控制】
136
1、二次回路
?定义：由二次设备所组成的回路
,电流回路,交流回路,,电压回路,,
控制回路,
,?分类： 监测回路,
,保护回路,信号回路,
,调节回路,
2、二次接线图
?定义：用二次设备特定的图形符号和文字符号，表示二次设备相互连接的电气接
线图【国际通用的图形符号和文字符号，见书P243-244表8-1、8-2所示，表8-1中有
错误】。
?分类：
归总式原理接线图
展开接线图
安装接线图
见图8-1所示其特点：
1、各元件在图中用整体形式来表示，并且相互联系的交流回路与直流回路都综合在一
起。
2、各设备之间的联系按照实际的连接顺序画出。
3、直观，并且与有关的一次设备画在一起，容易了解它们之间的相互关系和作用。便
于形成清晰而完整的概念。
4、元件较多时，接线相互交叉，显得零乱、复杂，实际使用时常感不便。因此，仅在
解释动作原理时，才用这种图。
137
6–10kV
QS
SB
QFQFYT
信号
KA2KSKTKA1KCO
KA1KA2KTKSKCO
XJ
ABCXB
TAaTAc
图8-1 6–10kV线路过电流保护原理接线图
TAaKA1相过流交TAc流KA2相过流回
路公共线
控制电源小母线
熔断器1FU2FUKTKA1相过流
KA2相过流直
过流KTKSKCO流保护XB出口
KCOQF自跳回YT动闸回手路路动SBKS去信号回路
至信号
图8-2 6–10kV线路过电流保护展开图 1、特点：
1）各元件被分解成若干部分，它们在图中不位于一起，而是分散在有关的回路中。 2）元件线圈和触点等都应按规定的文字符号加以注明，以便看出元件的功能。 3）任一条回路是由按钮、触点、线圈等依电流通过的方向，由左至右，由上而下顺序
138
排列起来，最后构成完整的展开图。
2、展开方法
1）交、直流回路分开；
2）电压、电流回路分开；
3）控制回路与信号回路分开。
3、举例，将上述归总式原理图【图8-1】展开
由上分析可知：
?接线清晰、易于阅读，便于了解整套装臵的动作原理；
?在图中，表示出了线圈和触头的端子号及导线的回路编号，在图的右侧，尚有文字说
明回路的作用，可进一步帮助了解回路的动作过程。因此，在实际工作中用及最多。
线圈不带电或断路器处于跳闸位臵时，其触点所处的状态。
用来作为设备制造、现场安装的实用二次接线图。也是运行、调试、检修的主
要图纸。
1、屏面布臵图【控制屏、保护屏】
1）控制屏【见书P247图8-5】
要求：
?在屏面下部布臵表征一次回路的模拟图。
?相同安装单位的原理布臵应尽量一样。
?操作设备一般与其安装单位的模拟接线相对应，操作方向与全厂一致。
?不同的电压等级的模拟母线应涂以不同的颜色以示区别。
2）保护屏【见书P247图8-6】
要求：
?满足调试、检修、监视等工作的需要，并注意排列对称整齐，各屏应横向一致
?屏前每个继电器下设标题框，用于标注元件的文字符号【与原理图中符号相同】
2、屏后接线图
表明了屏内各二次设备引出端子之间的连接情况，以及设备与端子排的连接情况。包
括：?屏内元件接线图；?端子排图---输入与输出连接关系图。是现场安装不可缺少的图
纸。其内容有五个方面：
（1）设备编号【包括四个方面内容】
139
为了避免混淆，屏上所有设备都有不同的编号，其内容有：
?设备的文字符号：如 电流继电器，用“KA”，电压继电器，用“KV”
?设备所属安装单位的编号：
：是指一个屏上属于某一次回路或同类型回路的全部二次设备的总称。如屏上．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
有两条线路的二次设备。第一线路的二次设备叫做I安装单位；第二条线路的二次设备叫做
II安装单位。
设备安装单位编号?设备的顺序号：即将一个安装单位的设备，
设备顺序号
按照屏上的顺序，从右至左【从屏背看】，从上至
I2
下依次编号。 KA2同类设备顺序号
?同类型设备的顺序号：若一个安装单位中
设备文字符号
有几个相同的设备，须将同类型的设备编上顺序图8-3 设备编号示意图
号。【举例见图8-3所示】
：元件编号由制造厂编定
（2）回路编号
为了便于安装，二次回路的每一段都应加以编号。【参考有关书籍】
（3）元件端子的名称【编号】：由三部分组成
?所属安装单位号
?元件顺序号【即设备顺序号】
?接线端子编号【由元件制造厂注明】
（4）端子排编号【注：每片端子编号仅有安装单位号和端子号组成】
凡屏内设备与屏外设备相连时，都要通过一些专门的接线端子，这些端子组合在起来，
便称为端子排，位于屏的左右两侧。【图见书P249图8-7所示】
：同一屏上不同安装单位之间的联络，也必须通过两安装单位的端子排完成。
【终端端子】：标上安装单位的编号和名称。下面的端子，在图上皆
画成3格，中间一格注明端子排的顺序号，其一侧列出屏内元件端子的名称及回路编号，另
一侧通常只标以引出回路的编号。
【这样可节约导线，又利用安装和检查】
?交流电流回路：接在试验端子中，将端子中部的连接由螺钉拧出，电流回路自动接通。
?交流电压回路; ?信号回路；?直流回路；?其他回路；?转换回路。
6、7、8号为连接端子，这些了解一下相互连接起来，构成通路。
140
安装单位名称端子排顺序号安装单位编号
终端端子
元件端子名称元件端子名称
回路编号回路编号
试验端子
｝
至小母线或电阻连接端子
｝
一般端子
BCJ
转换回路
终端端子电缆编号
至控制屏
（5）设备接线的编号
在安装接线图中，设备之间并不是以线条直接连接，而采用相对编号，即在每个元件的．．．．．．．
接线端子旁写上与其连接的对方元件端子的名称。甲编上乙的号，乙编上甲的号，两端相互．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
呼应。 ．．．
例1 如下图示
A相TAC相TA13
W
例8-1 相对编号法应用举例 例2 【见书P249 图8-7所示】
141
断路器的控制回路的接线方式较多，按监视方式可分灯光监视回路和音响监视回路
两种。
1、QF的合、跳闸线圈的热容量是按短时通过额定电压设计的，因此，控制电路应实现
操作后自动切断电路【串入QF的辅助触点】，以免烧坏线圈。
2、应具有反映QF的位臵状态信号，并区别进入该状态的方式，手动或自动操作【灯光：
闪光、平光】。
3、断路器既能在远方由控制开关进行手动合闸或跳闸，又能在自动装臵和继电保护作
用下自动合闸或跳闸。
4、对控制回路及电源是否完好，应能进行监视。
5、具有防止QF多次合、跳闸的“防跳”装臵。
1、控制部件
由三部分组成：?控制元件；?中间放大元件；?操动机构。
（1）控制元件
发出合、跳闸命令，SA开关【封闭式LW2系列，有六个位臵，见书P251】。
SA开关手柄有六种位臵：预备合闸、合闸、合闸后
预备跳闸、跳闸、跳闸后 其中：合闸状态SA5-8接通
不能自保持
跳闸状态SA6-7接通
（2）中间放大元件
因QF的合闸电流甚大，一般为50-500A，因此，不能直接用SA开关直接操作，必须通
过合闸接触器（KM）进行放大，并由单独的合闸电源供电。跳闸线圈所需的电流不大，约为
2-8A，可以直接用SA开关接通跳闸线圈YT。
（3）操作机构：有三种
电磁式：35kV及以下QF
弹簧式【压缩空气】：
142
液压式：110kV及以上QF
2、控制回路和信号回路
图8-4为灯光监视的电磁操作机构断路器的控制回路和信号回路，其工作原理分析如下：
【：常态，设备不带电或断路器处于断开位臵时，触点所处于的状态】
（1）手动合闸
合闸前：QF处于断开位臵，HG（绿灯）亮 ?说明QF确实在断开位臵
?说明合闸回路完好 【+（控制电源小母线）?FU1?SA11-10?HG?QF1（断路辅助常闭触点）?KM?FU2?-，HG亮，但KM不动作】
将SA开关顺时针转到“预备合闸”位臵时，SA9-10通，SA11-10断开，让HG改接到闪光母线M100（+）上，HG发闪光，提醒操作人员核对操作是否有误。
再将SA开关顺时针转45度到“合闸”位臵时，SA5-8通，KM启动?合闸线圈YC通电?推动操作机构合闸。
合闸成功后，操作人员放开操作手柄，回到“合闸后”位臵，SA16-13通，断路器的辅助触点相继切换，合闸回路断开，HR【红灯发平光】亮，表示合闸成功。
M100(+)
小母线及熔断器FU1FU2
K1KCF1KCF自 动合跳合KCF2SA闸QF1KM手 动85回路绿灯HG1011跳闸闪光信号109
129
合闸闪光信号1514
1314跳闸红灯HR回手动跳闸1316路YT跳防KCFQF276保护联动R1KCF3
合闸线圈回路KCO
FU4FU3KMYCKM事故跳闸音响+-
QF3R2SASAM70817-7003191
图8-4 灯光监视的控制回路和信号回路
（2）自动合闸
143
在自动合闸装臵【自动重合闸装臵、自动准同期并列或自同步并列装臵】出口触点K1闭合，短接SA5-8，实现自动合闸。根据不对应原理【断路器在合闸位臵，而SA在跳闸后的位臵，SA14-15通】，HR发闪光，提醒运行人员去调整SA手柄的位臵。
（3）手动跳闸
跳闸前，QF处于合闸位臵，HR亮 ?说明QF确实在合闸位臵
?说明跳闸回路完好
【+（控制电源小母线）?FU1?SA16-13?HR?KCF?QF2（断路辅助常开触点）?YT?FU2?-，HR亮，但YT不动作】
将SA开关逆时针转到“预备跳闸”位臵时，SA13-14通，SA16-13断开，让HG改接到闪光母线M100（+）上，HR发闪光，提醒操作人员核对操作是否有误。
再将SA开关转至“跳闸”位臵，SA6-7通，YT通电，动作跳闸。
跳闸成功后，操作人员放开操作手柄，回到“跳闸后”位臵，SA11-10通，断路器的辅助触点相继切换，跳闸回路断开，HG【绿灯发平光】亮，表示跳闸成功。
（4）自动跳闸
继电保护动作，KCO【保护出口J】闭合，启动YT跳闸，此时HG发闪光，表示自动跳闸。
由于事故跳闸，还应发出音响，SA1-3和SA19-17接通，使事故音响信号小母线M708与信号电源负极【-700】接通，启动事故信号装臵发出音响。
：串入辅助触点作用：?实现控制回路短时通电；?切断电流，以保护SA触点不被烧坏。
（5）防“跳跃”措施
在合闸过程中，如遇永久性短路故障【尤其是重合闸】，因而保护出口J【KCO】动作，使QF跳闸，若SA开关未复归或其触点SA5-8被卡住以及自动投入装臵的触点被卡住时，合
闸回路又接通，使QF合闸。合闸后，由于永久性故障，QF又跳闸，多次循环往复，会使QF烧坏，事故扩大。所以要进行“防跳”。
防跳装臵有“电气防跳”和“机械防跳”两种，35kV及以上的QF，常采用“电气防跳”，图8-4中，KCF为防跳继电器，只有两个线圈：
?电流线圈：KCF(I)启动线圈，与YT串联。
?电压线圈：KCF(V)自保持线圈，通过KCF1常开触点与KM串联。
144
在合闸过程中，如遇永久性故障，合闸后，在KCO作用下，使QF跳闸。同时，接通KCF的电流线圈，KCF2断开，切断合闸回路。KCF1闭合，若此时触点【SA5-8，K1】等被卡住，致使KCF的电压线圈带电，使KCF保持在动作位臵，直到SA5-8或K1接点断开为止。
KCF3的作用：防止KCO的触点被烧坏。因为在自动跳闸时，KCO的触点要能较断路器的辅助触点QF2先断开，以致可能被电弧烧坏。
1、为什么合闸过程中，要经过中放环节，才允许合闸？
2、QF的合、跳闸回路应该是按短时通电来设计的，即操作完成后，应迅速自动断
开合闸或跳闸回路，以免烧坏线圈，本装臵中是怎样考虑的？【注：靠按钮瞬时接通，
QF的辅助触点】
3、QF的位臵信号有哪些？【HR亮：合，HG亮：分】
1、音响监视的断路器控制回路和信号回路
跳合闸回路共用控制开关手柄中的信号灯，其工作原理与灯光监视的断路器控制回
路相似，区别是：用合闸位臵继电器代替了红灯，用跳闸位臵继电器代替了绿灯，这两
个继电器所在回路之一接通时，其常开触点将闭合信号灯所在回路。
优点：信号灯的数量减半，可以采用暗屏运行，适用于进出线较多的厂（站）。
缺点：不如双灯直观，且限用于三相同时动作的断路器的控制系统。
2、分相操作的断路器控制回路
综合重合闸：线路发生单相接地时只跳单相，然后重合单相，若不成功，再跳三相，
其他故障跳三后重合三相【在中性点直接地系统中】。因此，需要装设分相操作的断路
器。对控制电路的要求：既能实现手动三相操作，又能实现自动单相或三相跳闸和合闸。
回路中增加了三相合闸继电器和三相跳闸继电器，将三相合跳闸命令部分与单相合
跳闸回路部分开，且每相均设单独的合闸跳闸回路。
3、传统的弱电控制回路【见书P256--258】
100V强电控制：直流220V或110V，交流100V或；5A 3
100V弱电控制：直流48V、24V或12V，交流100V或；1A或0.5A 3
145
对于被控对象不多的发电厂和变电所：大都采用一个控制开关控制一个对象的强电
一对一控制方式。
当控制对象较多时，宜采用弱电控制，弱电控制可分：
?弱电小开关一对一控制
?弱电按钮或开关选线控制【有触点】
?弱电无触点选择控制
?弱电编码选线控制
特点：?可减少控制室的面积，节约投资；?制造工艺要求较高。
在发电厂和变电所中，为了及时掌握电气设备的工作状态，须用信号显示当时的情
况。
光字牌：指明事故的性质和地点
光信号 信号 灯光：发闪光，表明事故跳闸
音响信号：引起运行人员注意
中央信号装臵：是对全厂主要电气设备的信号进行集中监控的装臵，安装在主控制
室的中央信号屏上。
中央信号包括：事故信号【电笛响】和预告信号【电铃响】。
位臵信号：包括断路器的位臵信号和隔离开并的位臵信号。指示设备的运行状态，如开
关电器的通、断状态。
对于隔离开关：一般在35kv以上时，才装位臵信号，常用MK-9装臵
垂直：合闸 成
45?角：分闸
对于断路器：红灯亮表示合闸位臵，绿灯亮表示断开位臵。
其他信号：如指挥信号、联系信号和全厂信号等。这些信号是全厂公共的可根据实
际需要装设。
当主设备发生重大事故时，相应断路器便跳闸，同时发出闪光信号和音响信号【蜂
146
鸣器发出音响】，其动作过程分析如下：
1、事故音响信号的启动【见图8-5所示】
?接收事故脉冲信号；?将启动回路与音响信号回路分开。 +700M708-700
FU如系统出现事故跳闸
RSA1QF1SA1后，其断路器的常闭触点闭173191U
合，而SA仍处于合闸后的位RSA2QF2SA2173191K臵，【如QF1事故跳闸】其?
?SA1-3、SA19-17闭合，事故RSAnQFnSAn173191音响信号母线【M708】与信
图8-5 中央事故信号的启动回路
号电源负极【-700】接通，致使脉冲变流器U的一次侧将出现一个阶跃性的直流电流，在U的二次侧感应出一个与之相对应的尖峰脉冲电流，使执行元件K动作后，再启动后续回路发出音响。
当U的一次侧电流达到稳定值后，二次侧感应电动势即消失，K可能返回，也可能不返回，视所用的冲击继电器的类型而定。不论K返回与否，音响信号将靠自保持回路
的作用继续发出，直到出现解除命令为止，音响停止，K返回，自保持解除。
将相应的断路器的控制开关板至“跳闸后”的位臵。
当前次发出的音响信号被解除，而相应的启动回路尚未复归时，若第二台断路器QF2又自动跳闸，则在M708与-700之间又并联一条启动回路，变流器U的一次侧电流又增大，二次侧又感应出尖峰脉冲电流，使K再次动作。
?极化型继电器CJ系列：已经淘汰。
?干簧型继电器ZC系列：
?半导体型的BC系列：
中央信号装臵正在被计算机监控系统所取代。
2、由ZC-23构成的中央事故音响信号装臵
1)启动
当发生事故跳闸时?干簧继电器KRD动作?其常开触点闭合?接通出口继电器KC?
147
最上面的触点使KC自保持
最下面的触点接通时间继电器KT1，实现定时【5秒】
中间的触点启动蜂鸣器HAU发出音响
2)解除
?自动解除
KT1的延时闭合瞬时断开的常开触点闭合?接通KC1?KC1的常闭触点断开?使KC失
电?其三个常开触点全部返回?音响信号停止。
?手动解除【提前解除】
按下按钮SB3，可提前解除音响，其动作过程同前。
+700M708-700小母线CFU1FU2熔断器311V2
R1SB1试验按钮816U
冲击V1K1继电器
KRD事故信KC号回KC210音响解路KRDKC1SB3除按钮19
614HAU蜂鸣器KC513KT1自动解除音响回路KC2
KT1KC1
电源监视KVS1
图8-6 由ZC-23构成的中央事故音响信号电路
3)试验
SB1为事故信号试验按钮，需要试验，只需要按下SB1即可，其动作过程与前述完全相同。
在运行中出现危及安全的异常情况时，如变压器过负荷，电压回路断线等情况时，
应发出预告信号，提醒值班人员注意，进行适当处理。 预告信号装臵见书P261图8-13、14所示。
148
邵阳学院电气工程系
见书P271： 8-2、8-3、8-4、8-5、8-7题。
[1]熊信银.《发电厂电气部分》.中国电力出版社.第三版.2004. [2]范锡普.《发电厂电气部分》.水利电力出版社.第二版.1995 [3]国家电力公司东北公司.《电力工程师手册》（上下卷）.中国电力出版社.2002.
（学生反映、经验教训、改进措施）：
149
《发电厂电气主系统》教学大纲
课程代码： 121202204
课程英文名称： Electricity Main System of Power Plant
课程性质：专业方向必修课
适用专业：电气工程及其自动化（本科）-----电力系统运行与控制方向
总学时数： 64 其中：讲课学时：56 实验学时： 8 总学分数：3.5
编写人：罗庆跃 编写时间：2007.9
一、课程简介
（一）课程教学目的与任务
本课程的主要教学目的与任务是：通过课堂讲授、实验及实习等教学环节，使学生树立工程观
点，初步掌握发电厂电气主系统的设计方法，并在计算、分析和解决工程问题的能力方面得到训练，
为后续专业性课程的学习及以后从事设计、运行、科研工作，奠定必要的理论基础。
（二）课程教学的总体要求
《发电厂电气主系统》是电气测控类电力系统运行与控制方向本科生的一门重要技术专业必修
课，是一门理论与实际紧密结合并对学生进行工程训练的主干专业课。通过本课程的教学，学生应
熟练掌握电气一次设备的工作原理及选择校验方法，掌握大中型发电厂、变电站的电气主系统设计
与运行的基本理论与基本技能，了解新理论、新技术、新产品在发电厂电气主系统中的应用，具备
分析解决工程实际问题的初步能力。
（三）课程的基本内容
本课程以发电厂电气部分为主，着重讲授发电、变电和输电的电气主系统的构成、设计和运行
的基本理论和计算方法，相应地介绍主要电气设备的原理和性能。其基本内容包括：绪论，能源和
发电，发电、变电和输电的电气部分，常用计算的基本理论和方法，电气主接线及设计，厂用电接
线及设计，电气设备的原理与选择，配电装置，发电厂和变电站的控制与信号。
（四）先修课程及后续课程
先修课程：《电路》、《电机学?》、《电机学?》、《电力系统稳态分析》、《电力系统暂态分析》
本课程是一门涉及面广的专业必修课。学生学习本课程应在《电路》、《电机学?》、《电机学?》、
《电力系统分析》讲授完毕的基础上进行。在本课程课堂讲授前应进行一次认识实习或参观，使学
生对电力生产过程有一个概略的感性认识。
1、《电路》，要求学生通过学习，必需熟练掌握：?电路的基本理论，?电路的暂态过程。
2、《电机学?》、《电机学?》，要求学生通过学习，必需熟练掌握：?变压器原理及一般等效电
路图、参数，?同步、异步电动机的特点、参数及拖动控制方法，?同步发电机的工作原理、参数。
3、《电力系统分析》，要求学生通过学习，必需熟练掌握：?元件的标幺值的换算及归算方法，
?电力系统发生各种短路时短路电流的计算，?发电机的暂态运行过程。
后续课程：《电力系统继电保护》、《电力系统自动装置》、《高电压技术》
150
二、课程教学总体安排
（一）学时分配建议表
学时分配建议表
各教学环节的学时分配 课 程 内 容 讲 课 习题课 实 验 设 计
绪论 3
能源和发电 3
发电、变电和输电的电气部分 4 1
常用计算的基本理论和方法 8
电气主接线及设计 12 2 4
厂用电接线及设计 6
导体和电气设备的原理与选择校验 6 2 2
配电装置 2 1
发电厂和变电站的控制与信号 8
总计（学时） 52 4 8
（二）推荐教材及参考书目
1、教材
熊信银.《发电厂电气部分》.中国电力出版社.第三版.2004.
2、参考书目
[1] 范锡普.《发电厂电气部分》.水利电力出版社.第一版.1987.
[2] 牟道槐.《发电厂变电站电气部分》.重庆大学出版社.1995.
[3] 刘永俭.《发电厂电气部分》.华中理工大学出版社.1993.
[4] 华孝敏.《电工及电气设备》.水利电力出版社.1995.
[5] 范锡普.《发电厂电气部分》.水利电力出版社.第二版.1995
[6] 国家电力公司东北公司.《电力工程师手册》（上下卷）.中国电力出版社.2002. （三）课程考核方式
1、考核方式：本课程为考试课，采用闭卷考试方式。
2、成绩构成：课堂考勤10%；课外作业10%；实验20%；期末考试
占60%。 三、课程教学内容及基本要求
（一）绪论（3 学时）
1、教学目的与要求
通过本章的教学，要求学生掌握我国电力工业的发展概况及目前的发展方针，对电力生产和运
行方面的知识有一个基本的了解和认识，为后续章节内容的学习提供感性认识，为今后学习专业课
打下一定的基础。
2、教学重点：我国电力工业的目前发展方针。
3、教学方法：使用多媒体教学手段，采用案例式教学方法。 4、教学主要内容
电力工业在国民经济中的地位，我国电力的发展概况，电力工业的发展前景，本课程的目的和
151
任务。
（二）能源和发电（3学时）
1、教学目的与要求
通过本章的教学，要求学生熟练掌握火力发电厂、水力发电厂生产流程和生产特点,了解能量、
能源和电能的有关基本概念，能源的分类，电能的特点。具备初步的电力生产和运行管理方面的基
本知识。
2、教学重点与难点
（1）教学重点：火力发电厂的生产流程。
（2）教学难点：火力发电厂动力部分的工作原理。
3、教学方法：使用多媒体教学手段，采用启发式教学方法。
4、教学主要内容
(1)能源和电能：能源的分类及含义，电能应用的优越性。
(2)火力发电厂的生产流程和特点。
(3)水力发电厂的生产流程和特点。
(4)核能发电厂的生产特点。
(5)新能源发电厂的生产特点简介。
5、学生练习：结合教学内容，布置思考题2-3题。
（三）发电、变电和输电的电气部分（4学时）
1、教学目的与要求
通过本章的学习，要求学生对高压交流输电的主接线形式和所用的电气设备的特点有一个比较
完整的认识和了解，对直流输电有一个初步的认识。
2、教学重点与难点
（1）教学重点：电气一次设备的功能、电气主接线的定义。
（2）教学难点：500kV变电站电气主接线所使用主要设备的工作原理与特点。
3、教学方法：使用多媒体教学手段，采用启发式、探究式教学方法。
4、教学主要内容
(1)概述：电气设备的作用与分类，电气主接线和装置。
(2)发电厂的电气部分：介绍300MW和600MW发电机组的主要电气设备。
(3)高压交流输变电简介：主要讲述500kV变电站中用到的主要电气设备与工作原理。
(4)高压直流输电简介：直流输电的原理及优缺点。
5、学生练习：布置问答题3-4个
（四）常用计算的基本理论和方法（8学时）
1、教学目的与要求
本章是属于本课程的基本理论知识教学内容之一，是电气设备选择与校验的基础。通过本章的
学习，要求学生熟练掌握载流导体的发热和电动力理论及导体载流量和运行温度的计算方法，对电
气设备及电气主接线的可靠性分析和技术经济分析的理论与方法有一般的了解与认识。具备电气设
计、计算分析的初步能力。
2、教学重点与难点
152
（1）教学重点：?长期发热、短时发热的特点及计算目的、方法。?短时热脉冲的计算。
（2）教学难点：主接线可靠性的定量计算方法。
3、教学方法：采用启发式、探究式教学方法，并使用多媒体教学手段。
4、教学主要内容
(1)概述：电流的热效应和机械效应，发热对电气设备的影响，允许温度。
(2)导体的发热与散热功率计算。
(3)导体的长期发热计算：长期工作允许电流的确定及提高长期工作允许电流的方法。
(4)导体的短时发热计算：短路时最高发热温度的计算，短时热脉冲的计算，热稳定。
(5)短路时平行载流导体间的电动力的计算，动稳定。
(6)主接线可靠性分析简介：基本概念，可靠性主要指标，计算方法等。
(7)技术经济分析简介：技术经济分析的基本原则及分析方法。
5、学生练习：布置思考题2个、
计算题
一年级下册数学竖式计算题下载二年级余数竖式计算题 下载乘法计算题下载化工原理计算题下载三年级竖式计算题下载
2个。
（五）第四章：电气主接线及设计（18学时，其中实验4课时）
1、教学目的与要求
本章是本课程的重点内容之一。通过本章的教学，要求学生熟练掌握电气主接线的基本要求、
运行特征分析方法、设计原则和一般步骤，以及操作票的填写、防误操作措施、安全措施等。从工
程观点出发，了解电气主接线的设计与评价应考虑的基本问题和着眼点。具备电气主接线设计、运
行特征分析、操作票填写的初步能力。
2、教学重点与难点
（1）教学重点：单母线接线、双母线接线、一个半断路器接线、桥形接线、单元接线等电气主
接线形式的运行基本特点，检修操作票。
（2）教学难点：?实际工程用的操作票的填写；?电气主接线初步设计的方法、步骤。
3、教学方法：采用启发式、案例式教学方法，并安排习题课和课堂讨论
4、教学主要内容
(1)对电气主接线的基本要求。
(2)主接线的典型接线形式：单母线（分段和不分段，带或不带旁路母线）；双母线（带或不带
旁路母线）；桥形（内桥、外桥）；单元接线；一个半断路器接线。
(3)发电厂、变电站的主变选择（型式、台数和容量）。
(4)限制短路电流的方法。
(5)典型发电厂和变电所主接线特点：火电厂、水电厂、枢纽变电所等。
(6)主接线的设计原则和步骤。
5、学生练习：结合工程实际，布置思考题2个、主接线分析与设计题3-5个。
（六）厂用电接线及设计（6学时）
1、教学目的与要求
通过本章的教学，要求学生熟练掌握厂用电率、厂用负荷分类以及厂用系统接线原则等基本概
念，掌握厂用电系统供电电压的合理确定，厂用电源的正确引接、厂用变压器的选择方法和电动机
自启动校验方法，了解各种类型电厂的厂用电系统接线的特点。从工程观点出发，培养学生厂用电
系统设计的一般能力。
153
2、教学重点与难点
（1）教学重点：?厂用电源的设置原则、引接方式及引接要求，?火力发电厂的厂用电接线，
按炉分段原则，?电动机自启动校验。
（2）教学难点：?电动机自启动校验；?厂用电系统设计。
3、教学方法：采用启发式、案例式教学方法，并使用多媒体教学手段。
4、教学主要内容
(1)概述：厂用电的重要性，厂用负荷的分类，厂用电率。
(2)厂用电接线的设计原则及接线形式：对厂用电接线的要求；厂用电供电电压的确定；厂用电
源的引接方式；按炉分段原则。
(3)厂用变压器的选择。
(4)厂用电动机的选择和自启动校验。
5、学生练习：布置思考题2个，计算题1-2个
（七）高压电气设备原理与选择校验（10学时，其中实验2课时）
1、教学目的与要求
本章是本课程的重点内容之一，是前面所学基本理论、基本知识在工程上的具体应用，是发电
厂和变电所电气部分设计的主要内容之一。对理论推导繁杂的内容如“断路器开断短路电流的物理
过程”因教学时数有限，作为选学内容。
通过本章的教学，要求学生熟练掌握电气一次设备（如断路器、隔离开关、互感器、电抗器等）
工作原理、特性、选择与校验方法，掌握裸导体的选择方法，了解电缆、绝缘子和套管的选择方法。
2、教学重点与难点
（1）教学重点：?电气一次设备通用选择条件，?断路器、电抗器、TA、TV的选择校验方法，?电弧的产生与熄灭方法，交流电弧的熄灭关键与条件，?互感器工作特点及运行要求。
（2）教学难点：?TA、TV的误差分析；?TA的10%误差曲线。
3、教学方法：采用启发式、探究式教学方法，并使用多媒体教学手段。
4、教学主要内容
(1)电气设备选择的一般条件：按正常工作条件选择，按短路条件校验。
(2)高压断路器和隔离开关的原理与选择，电弧原理及灭弧方法。
(3)互感器的工作原理及选择：电流互感器和电压互感器的工作原理、误差、型式、接线、配置
原则及选择举例。
(4)限流电抗器的选择。
(5)高压熔断器的选择。
(6)导体、绝缘子和套管的选择。
5、学生练习：布置分析思考题2-3个
（八）配电装置（2学时）
1、教学目的与要求
本章主要采用电化教学或在生产实习过程中实地教学，课堂教学只讲清配电装置有关的基本概
念。本章要求学生对配电装置具有一定的感性知识的基础上，讲授确定屋内外配电装置的最小安全
净距的依据，配电装置的选型和设计原则，以及各种配电装置的特点。通过配电装置的实例指导学
154
生阅读进出线断面图、平面布置图及屋内6-10kV二层和屋外中型布置图。
通过本章的学习，要求学生熟练掌握最小安全净距的意义、各种配电装置的特点，掌握平面图、
断面图的识图方法。
2、教学重点与难点
（1）教学重点：?最小安全净距的确定；?配电装置的特点与设计原则。
（2）教学难点：平面图、断面图的识图方法
3、教学方法
采用启发式、探究式教学方法。参观配电装置实验室和观看录象带，在生产实习当中，根据具
体情况和实例进行就地教学。
4、教学主要内容
(1)概述：配电装置的作用、分类及特点。
(2)配电装置的安全净距的确定。
(3)屋外配电装置的分类及特点。
5、学生练习：布置思考题2个
（九）发电厂和变电所的控制与信号（8学时）
1、教学目的与要求
本章是本课程的重点内容之一。从介绍发电厂或变电站二次控制回路及断路器的控制与信号回
路入手，培养学生阅读二次接线图的基本能力。
通过本章的学习，要求学生熟练掌握发电厂或变电站的控制方式、二次接线图有关的理论、相
对编号法、断路器的控制方式与工作原理及“防跳”措施，掌握中央信号动作原理，了解变电站自
动化数据通信技术。
2、教学重点与难点
（1）教学重点：?屏后接线图、相对编号法；?断路器的控制方式与工作原理。
（2）教学难点：中央信号装置的工作原理
3、教学方法：采用启发式、探究式教学方法，并使用多媒体教学手段。
4、教学主要内容
(1)发电厂和变电站的控制方式。
(2)二次回路接线图：归总式原理接线图、展开接线图、安装接线图。
(3)断路器的传统控制方式：灯光监视和音响监视的控制回路及信号回路。
(4)传统的中央信号系统。
(5)变电站自动化数据通信技术。
5、学生练习：布置思考题2-3个。
四、实验要求
（一）实验的目的与要求
《发电厂电气主系统》是电气工程及其自动化专业电力系统运行与控制方向的必修专业课，
是一门理论与实际紧密结合并对学生进行工程训练的主干专业课。
因此，根据本课程的特点，要求学生独立完成规定的实验项目。在通过课堂讲授有一定理论的
155
基础上，对发电厂的主要电气一次设备如断路器、TA、TV、发电机、变压器、汽轮机、锅炉的内部
构造、性能、用途及电能生产的整个流程有一个比较完整的认识，对发电厂、变电所的运行方面的
基本知识和操作票的填写及配电装置布置型式、特点、作用有一个比较全面的了解，以进一步深化、
理解和巩固所学专业理论知识。
（二）实验项目名称、学时分配表
（1）参观发电厂生产流程模型 发电厂生产 10 1 2 验证性 （2）参观220kV配电装置模型 必开 流程认知实验 （3）参观主要电气设备模型
（1）熟悉仿真系统的工作原理
（2）调整仿真对象的主接线运行方式， 倒母线操2 2 2 验证性 设置初始条件 必开 作实验 （3）写出操作票程序，并在仿真系统
上预演通过
（1）根据仿真对象的电气主接线的形
式，分析运行方式，自选操作任务
2 3 操作票实验 2 验证性 （2）设置初始条件 必开
（3）写出并优化操作票程序，在仿真
系统上通过
（1）指导教师任意设置故障
2 4 故障分析实验 2 验证性 （2）学生根据故障现象，分析故障原因 必开
（3）中央信号试验
（三）考核方式
实验考核分以实际操作表现及实验报告质量两方面进行综合评定，其中实际操作表现占50%，
实验报告占50%。实验学时占课程总学时比例为12.5%，课程实验成绩占课程总成绩的20%。实验成绩分优秀、良好、中等、及格、不及格五个等次。
实际操作表现成绩按下面5条进行考核评定：
（1）做好实验内容的预习，写出预习报告；
（2）了解实验设备的正确使用方法；
（3）认真记录实验现象并分析实验结果；
（4）实验方法正确，原理分析准确；
（5）实验过程中，具有严谨的学习态度和认真、踏实、一丝不苟的科学作风。
156
浙公网安备 33021202002483