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电力系统


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dianlixitong 电力系统 power system
  由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一 次能源通过发电动力装置转化成电能,再经输电、变电和配电将电能供应到各用户。为实现这一功 能,电力系统在各个环节和不同层次还具有相应的信息与控制系统,对电能的生产过程进行测量、调 节、控制、保护、通信和调度,以保证用户获得安全、经济、优质的电能(图1)。

  电力系统的出现,使电能得到广泛应用,推动了社会生产各个领域的变化,开创了电力时代,出现 了近代史上的第二次技术革命。20世纪以来,电力系统的大发展使动力资源得到更充分的开发,工业布 局也更为合理,使电能的应用不仅深刻地影响着社会物质生产的各个侧面,也越来越广地渗透到人类日 常生活的各个层面。电力系统的发展程度和技术水准已成为各国经济发展水平的标志之一。   发展简况? 最早的电力系统是简单的住户式供电系统,由小容量发电机单独向灯塔、轮船、车 间等照明供电。白炽灯的发明,使电能的应用进入千家万户,从而出现了中心电站式供电系统,如1882 年T.A.爱迪生在纽约主持建造了珍珠街电站。它装有6台直流发电机,总容量为900马力(约670千 瓦),用110伏电压供给电灯照明(开始时,近1300盏灯)。19世纪90年代初,三相交流输电研究成功, 随之,三相感应电动机及交流功率表也先后研制成功,推动了电力系统的发展。1895年在美国尼亚加拉 建成了复合电力系统,这是早期交流电力系统的代表。它装有单机容量为5000马力的交流水力发电机, 用二相制交流2.2千伏向地区负荷供电,又用三相制交流11千伏输电线路与巴伐洛电站相连,还使用了变 压器和交直流变换器将交流电变为100~230伏直流电,供应照明、化工、动力等负荷。尼亚加拉电力系 统的成功,结束了长达10年的关于直流输电(以爱迪生为代表)与交流输电(以G.威斯汀豪斯为代 表)方案之争。交流电力系统可以提高输电电压,增加装机容量,延长输电距离,节省导线材料,具有 无可争辩的优越性。交流输电地位的确定,成为电力系统大发展的新起点。   进入20世纪后,人们普遍认识到扩大电力系统规模可以在能源开发、工业布局、负荷调整、安全与 经济运行等方面带来显著的社会经济效益。于是,以电力负荷的增长、发电机单机容量的增大和输电 电压的提高为基础,电力系统的规模迅速发展。发达国家的动力、冶炼、化工、轻工、生活用电等电力 总负荷平均每10年增加一倍。70年代,火力发电的单机容量已达到130万千瓦,水力发电的单机容量达 73万千瓦,核电站的最大单堆电功率达 130万千瓦。输电电压等级的提高是扩大电力系统规模的主要技 术手段和必然途径。从20世纪初开始出现110千伏输电电压,到80年代许多国家普遍建立了500~765千伏 超高压输电的电力系统。1150千伏和 1500千伏特高压输电也已进入试验或试运行阶段。50年代以 来,电力电子技术的进步,使直流输电技术获得新生,实现了高压和超高压直流输电,配合交流输电 组成交直流混合系统,改进了电力传输和系统互联的功能。   经过一个多世纪的发展,许多国家都建成了总装机容量数亿千瓦的区域性大电力系统,并且在本国 或跨国间互联,例如英、法、德、意电力系统互联,加拿大与美国电力系统互联,苏联与东欧国家电力系 统互联等。苏联还在全国范围建立起统一电力系统,东西延伸7000公里,南北延伸3000公里,覆盖了大 约1000万平方公里的领土。从19世纪80年代的住户电站到20世纪80年代的联合电力系统,电力系统已经 成为现代社会的能源动脉和基础产业,并且仍在继续发展和提高。   中国的电力系统从50年代以来迅速发展。到1991年底,电力系统装机容量为14600万千瓦,年发电量 为6750亿千瓦时,均居世界第4位;220千伏输电线路达46056公里,330千伏输电线路3817公里。装机容量 超过1500万千瓦以上的有东北、华北、华东、华中等 4个大区的电力系统。各大区电力系统之间已开始 互联,逐步形成全国范围的联合电力系统。全国各级调度中,已经有约60个程度不同地建立了电力系统 监控系统,其中投入运行的在线计算机约70台,省级调度管辖的远动装置约1200台。此外,1989年中国 台湾省电力系统的装机容量达1659万千瓦,年发电量769亿千瓦时,345千伏输电线路1192公里。   系统构成? 电力系统的主体结构有电源(水电站、火电厂、核电站等发电厂),变电所 (升压变电所、负荷中心变电所等),输电、配电线路和负荷中心。各电源点还互相联接以实现不同地 区之间的电能交换和调节,从而提高供电的安全性和经济性。输电线路与变电所构成的网络通常称电力 网络。电力系统的信息与控制系统由各种检测设备、通信设备、安全保护装置、自动控制装置以及监控 自动化、调度自动化系统组成。电力系统的结构应保证在先进的技术装备和高经济效益的基础上,实 现电能生产与消费的合理协调。其典型结构如图2。

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  根据电力系统中装机容量与用电负荷的大小,以及电源点与负荷中心的相对位置,电力系统常采用 不同电压等级输电(如高压输电或超高压输电),以求得最佳的技术经济效益。根据电流的特征,电力 系统的输电方式还分为交流输电和直流输电。交流输电应用最广。直流输电是将交流发电机发出的电能 经过整流后采用直流电传输。   由于自然资源分布与经济发展水平等条件限制,电源点与负荷中心多处于不同地区。由于电能目前 还无法大量储存,输电过程本质上又是以光速进行,电能生产必须时刻保持与消费平衡。因此,电能的 集中开发与分散使用,以及电能的连续供应与负荷的随机变化,就成为制约电力系统结构和运行的根本 特点。   系统运行? 指系统的所有组成环节都处于执行其功能的状态。电力系统的基本要求是保证安全 可靠地向用户供应质量合格、价格便宜的电能。所谓质量合格,就是指电压、频率、正弦波形这 3个主 要参量都必须处于规定的范围内。电力系统的规划、设计和工程实施虽为实现上述要求提供了必要的物 质条件,但最终的实现则决定于电力系统的运行。实践表明,具有良好物质条件的电力系统也会因运行 失误造成严重的后果。例如,1977年7月13日,美国纽约市的电力系统遭受雷击,由于保护装置未能正确动 作,调度中心掌握实时信息不足等原因,致使事故扩大,造成系统瓦解,全市停电。事故发生及处理 前后延续25小时,影响到900万居民供电。 据美国能源部最保守的估计,这一事故造成的直接和间接损 失达3.5亿美元。60~70年代,世界范围内多次发生大规模停电事故,促使人们更加关注提高电力系统的 运行质量,完善调度自动化水平。   电力系统的运行常用运行状态来描述,主要分为正常状态和异常状态。正常状态又分为安全状态和 警戒状态,异常状态又分为紧急状态和恢复状态。电力系统运行包括了所有这些状态及其相互间的转移 (图3)。

  各种运行状态之间的转移,需通过控制手段来实现,如预防性控制,校正控制和稳定控制,紧急控 制,恢复控制等。这些统称为安全控制。   电力系统在保证电能质量、安全可靠供电的前提下,还应实现经济运行,即努力调整负荷曲线, 提高设备利用率,合理利用各种动力资源,降低煤耗、厂用电和网络损耗,以取得最佳经济效益。   安全状态? 指电力系统的频率、各点的电压、各元件的负荷均处于规定的允许值范围,并且, 当系统由于负荷变动或出现故障而引起扰动时,仍不致脱离正常运行状态。由于电能的发、输、用在任 何瞬间都必须保证平衡,而用电负荷又是随时变化的,因此,安全状态实际上是一种动态平衡,必须通 过正常的调整控制(包括频率和电压──即有功和无功调整)才能得以保持。   警戒状态? 指系统整体仍处于安全规定的范围,但个别元件或局部网络的运行参数已临近安全 范围的阈值。一旦发生扰动,就会使系统脱离正常状态而进入紧急状态。处于警戒状态时,应采取预防 控制措施使之返回安全状态。   紧急状态? 指正常状态的电力系统受到扰动后,一些快速的保护和控制已经起作用,但系统中 某些枢纽点的电压仍偏移,超过了允许范围;或某些元件的负荷超过了安全限制,使系统处于危机状 况。紧急状态下的电力系统,应尽快采用各种校正控制和稳定控制措施,使系统恢复到正常状态。如果 无效,就应按照对用户影响最小的原则,采取紧急控制措施,使系统进入恢复状态。这类措施包括使系 统解列(即整个系统分解为若干局部系统,其中某些局部系统不能正常供电)和切除部分负荷(此时系 统尚未解列,但不能满足全部负荷要求,只得去掉部分负荷)。在这种情况下再采取恢复控制措施,使 系统返回正常运行状态。   系统调度? 电力系统需要依靠统一的调度指挥系统以实现正常调整与经济运行,以及进行安全 控制、预防和处理事故等。根据电力系统的规模,调度指挥系统多是分层次建立,既分工负责,又统一 指挥、协调,并采用各种自动化装置,建立自动化调度系统。   系统规划? 电能是二次能源。电力系统的发展既要考虑一次能源的资源条件,又要考虑电能需

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求的状况和有关的物质技术装备等条件,以及与之相关的经济条件和指标。在社会总能源的消耗中,电 能所占比例始终呈增长趋势。信息化社会的发展更增加了对电能的依赖程度。以美国为例,1920~1970年 期间,电能占能源总消耗的比例由11%上升到26%,90年代将超过40%。为满足用户对电能不断增长的需 要,必须在科学规划的基础上发展电力系统。电力系统的建设不仅需要大量投资,而且需要较长时间。 电能供应不足或供电不可靠都会影响国民经济的发展,甚至造成严重的经济损失;发电和输、配电能力 过剩又意味着电力投资效益降低,从而影响发电成本。因此,必须进行电力系统的全面规划,以提高发 展电力系统的预见性和科学性。   制定电力系统规划首先必须依据国民经济发展的趋势(或计划),做好电力负荷预测及一次能源 开发布局,然后再综合考虑可靠性与经济性的要求,分别作出电源发展规划、电力网络规划和配电 规划。   在电力系统规划中,需综合考虑可靠性与经济性,以取得合理的投资平衡。对电源设备,可靠性指标 主要是考虑设备受迫停运率、水电站枯水情况下电力不足概率和电能不足期望值;对输、变电设 备,可靠性指标主要是平均停电频率、停电规模和平均停电持续时间。大容量机组的单位容量造价 较低,电网互联可减少总的备用容量。这些都是提高电力系统经济性需首先考虑的问题。   电力系统是一个庞大而复杂的大系统,它的规划问题还需要在时间上展开,从多种可行方案中进行 优选。这是一个多约束条件的具有整数变量的非线性问题,远非人工计算所能及。60年代以来出现的系 统工程理论,以及计算技术的发展,为电力系统规划提供了有力的工具。   负荷预测? 是制订电力系统规划的重要基础。它要求预先估算规划期间各年需要的总电能和最 大负荷,并预测各负荷点的地理位置。预测方法有按照地区、用途(工业、农业、交通、市政、民用 等)累计的方法和宏观估算方法。后者就是考虑电力负荷与国民生产总值的关系,电力负荷增长率与经 济增长率的关系,按时间序列由历史数据估算出规划期间电力负荷的增长。由于负荷预测中不确定因素 很多,因此,往往需采用多种方法互相校核,最后由规划者作出决策。   能源布局? 可用于发电的一次能源主要有河流的水力、化石燃料(煤、石油、天然气)和核燃料 等。一次能源的规划决定于各种能源的储量及开发条件。水力资源属再生能源,一般讲具有发电成本低的 特点,但建造周期长。水力资源和大型水利枢纽的开发方案是发电、灌溉、航运、水土保持及生态环境效 益综合平衡的结果。许多国家的电力系统在发展初期是优先发展水电,形成“水主火从”的局面。20世 纪50年代末,发达国家中条件较好的水力资源已经充分开发,逐渐转为“火主水从”的局面。在火电开 发中,以煤为燃料占主要地位。发达国家用于发电的煤炭约占煤炭总消费量的50%以上。利用天然气和 石油为燃料的火电厂也占一定比例。70年代世界性石油危机后,以核燃料为动力的发电站得到了较快的 发展。   电源规划? 主要是根据各种发电方式的特性和资源条件,决定增加何种形式的电站(水电、火 电、核电等),以及发电机组的容量与台数。承担基荷为主的电站,因其利用率较高,宜选用适合长期运 行的高效率机组,如核电机组和大容量、高参数火电机组等,以降低燃料费用。承担峰荷为主的电站, 因其年利用率低,宜选用启动时间短、能适应负荷变化而投资较低的机组,如燃汽轮机组等。至于水电 机组,在丰水期应尽量满发,承担系统基荷;在枯水期因水量有限而带峰荷。   由于水电机组的造价仅占水电站总投资的一小部分,近年来多倾向于在水电站中适当增加超过保证 出力的装机容量(即加大装机容量的逾量),以避免弃水或减少弃水。对有条件的水电站,世界各国均 致力发展抽水蓄能机组,即系统低谷负荷时,利用火电厂的多余电能进行抽水蓄能;当系统高峰负荷 时,再利用抽蓄的水能发电。尽管抽水-蓄能-发电的总效率仅2/3,但从总体考虑,安装抽水蓄能机组比 建造调峰机组还是经济,尤其对调峰容量不足的系统更是如此。   电网规划? 在已确定的电源点和负荷点的前提下,合理选择输电电压等级,确定网络结构及输 电线路的输送容量,然后对系统的稳定性、可靠性和无功平衡等进行校核。   配电规划? 确定配电变电站的容量和位置、配电网络结构、配电线路导线截面选择、电压水平 与无功补偿措施,以及可靠性校验等。   信息与控制?  电力系统中的信息与控制子系统是实现电力系统信息传递的神经网络。它使电力 系统具有可观测性与可控性,从而保证电能生产与消费过程的正常进行,以及在事故状态下的紧急处 理。从电力系统诞生之日起,信息与控制子系统就是电力系统必不可少的组成部分,它在不同水平上的 完善和发展,才使电能的广泛应用成为现实。   电力系统信息与控制子系统的进步,保证了电能质量,提高了电力系统安全运行水平,改善了劳动条 件,提高了劳动生产率,还为电力系统的经营决策提供有力支援,从概念上、方法上对电力系统运行分析 和经营管理赋予新的内容。   功能? 信息与控制子系统的作用主要在保证电力系统安全、稳定、经济地运行。它执行以下 3项 任务。①正常运行状态的监测、记录,正常操作与调整(自动维持频率和电压等);②异常状态及事故状态 下的报警、保护、紧急控制及事故记录;③运行管理,进行短期负荷预测,制定发电计划,实现经济调 度等。   组成与运行? 20世纪50年代以来,随着通信技术与控制理论的发展,以及电子计算机和微电子 技术的应用,电力系统的信息与控制逐步向以计算机网络为标志的综合调度自动化方向发展。电力系统

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调度自动化计算机系统的基本组成如图4。由被控端(发电厂、变电所)采集各种运行信息(包括开关 量、模拟量和数字量),经转换后由通道(数据传输系统)传送到调度端,再由调度 端计算机接受数据,经过处理后,或进行显示监测,或进行记录制表,或作出控制决 策,再由通道传送到被控端进行操作、控制。由于电力系统结构复杂,地域广阔,一 般采用分级、分层调度控制。图5是一个二层控制系统的示例。

  研究与开发?  电力系统的发展是研究开发与生产实践相互推动、密切结合的过程,是电工理 论、电工技术以及有关科学技术和材料、工艺、制造等共同进步的集中反映。电力系统的研究与开发, 还在不同程度上直接或间接地对于信息、控制和系统理论以及计算技术起了推动作用。反过来,这些科 学技术的进步又推动着电力系统现代化水平的日益提高。   从19世纪末到20世纪20、30年代,交流电路的理论、三相交流输电理论、分析三相交流系统的不 平衡运行状态的对称分量法、电力系统潮流计算、短路电流计算、同步电机振荡过程和电力系统稳 定性分析、流动波理论和电力系统过电压分析等均已成熟,形成了电力系统分析的理论基础。随着系 统规模的增大,人工计算已经远远不能适应要求,从而促进了专用模拟计算工具的研制。20世纪20年 代,美国麻省理工学院电机系首次研制成功机械式模拟计算机──微分仪,后来改进成为电子管、继电 器式模拟计算机,以后又研制成直流计算台和网络分析仪,成为电力系统研究的有力工具。50年代以来, 电子计算机技术的发展和应用,使大规模电力系统的精确、快速计算得以实现,从而使电力系统分析的 理论和方法进入一个崭新的阶段。   在电力系统的主体结构方面,燃料、动力、发电、输变电、负荷等各个环节的研究开发,大大提高 了电力系统的整体功能。高电压技术的进步,各种超高压输变电设备的研制成功,电晕放电与长间隙 放电特性的研究等,为实现超高压输电奠定了基础。新型超高压、大容量断路器以及气体绝缘全封闭式 组合电器,其额定切断电流已达100千安, 全开断时间由早期的数十个工频周波缩短到1~2个周波,大 大提高了对电网的控制能力,并且降低了过电压水平。依靠电力电子技术的进步实现了超高压直流输电。 由电力电子器件组成的各种动力负荷,为节约用电提供了新的技术装备。   超导电技术的成就展示了电力系统的新前景。30万千瓦超导发电机已经投入试运行,并且还继续研 制容量为百万千瓦级的超导发电机。超导材料性能的改进会使超导输电成为可能。利用超导线圈可研 制超导储能装置。动力蓄电池和燃料电池等新型电源设备均已有千瓦级的产品处于试运行阶段,并正逐步 进入工业应用,这些研究课题有可能实现电能储存和建立分散、独立的电源,从而引起电力系统的重大变 革。   在各工业部门中,电力系统是规模最大、层次很复杂、实时性要求严格的实体系统。无论是系统规 划和基本建设,还是系统运行和经营管理,都为系统工程、信息与控制的理论和技术的应用开拓了广阔 的园地,并促进了这些理论、技术的发展。针对电力系统的特点,60年代以来在电力系统运行的安全分 析与管理中,在电力系统规划和设计中,都广泛引入了系统工程方法,包括可靠性分析及各种优化方 法。电子技术、计算机技术和信息技术的进步,使电力系统监控与调度自动化发展到一个新的阶段,并 在理论上和技术上继续提出新的研究课题。   参考书目  W.D.Stevenson, Elements of Power System Analysis ,McGraw-Hill Book Company,NewYork,1982.  陈珩著:《电力系统》,电力工业出版社,北京,1982。
高景德?张芳榴

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fadian 发电 power generation
  利用发电动力装置将水能、石化燃料(煤、油、天然气)的热能、核能以及太阳能、风能、地热 能、海洋能等转换为电能,以供应国民经济各部门和人民生活之需。电能是现代社会生产和生活的重要 物质基础。20世纪以来,随着各国工业化的发展,对电力的需求几乎稳定地每10年增加 1倍。能否提供 大量廉价而优质、可靠的电能,直接关系各国经济发展的进程。发电在电力工业中处于中心的地位, 决定着电力工业的规模,也影响到电力系统中输电、变电、配电等各环节的发展。   电能生产的特点? 电能目前还不能大量(指工业规模)储存,因此电能生产的特点是生产与 消费具有同时性。为了保证供电的连续性与可靠性,电力总是集中地进行生产,并通过输变电系统在广 阔的地域内把众多的发电厂和各类用户连接成电力系统,以加强相互调节。   为了生产廉价的电力,必须寻求长期稳定的能源,研究和改进能量转换技术及电能生产工艺,建造大 容量的发电机组和大型发电厂,以降低单位容量的造价和电能生产的成本。   发电形式及其地位? 到20世纪80年代末,主要的发电形式是水力发电、火力发电和核能 发电。其他能源发电形式虽然有多种,但规模都不大。3种主要形式所占的地位因各国能源资源的构成不 同而异。美、苏、英、意、中国等国以火力发电为主,其发电量在总发电中所占比重为70%以上。日、 德的火电所占比重在60%以上。挪威、瑞典、瑞士、加拿大等国则以水力发电为主,其中挪威、瑞士的 水力发电量均占总发电量的90%左右,加拿大超过70%,瑞典也超过60%。芬兰和南斯拉夫则水电与火 电各占一半。法国以核电为主,其发电量占总发电量的70%以上。中国的水力资源虽然丰富,但受经 济、技术等因素所限,水电只占总发电的20%左右。就全世界范围而言,在1980~1986年间,火电所占比 重由70.2%逐年下降至63.7%,水电所占比重由21.3%降至20.3%,而核电所占比重则逐年上升,由 8.2%升至15.6%(见表)。这一趋势反映出,随着石化燃料的短缺,核能发电越来越受到重视。

王世缨

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huoli fadian 火力发电 thermal electric generation
  利用煤、石油、天然气等固体、液体、气体燃料燃烧时产生的热能,通过发电动力装置转换成电 能的一种发电方式。火力发电所用燃料以煤炭为最多,约占50%以上。根据现有统计资料,地球上的化 石燃料也以煤炭为最多,约为7.6×1012吨,接近石油的70倍。中国的煤炭资源丰富,1990年产煤10.9亿 吨,其中发电用煤仅占12%。火力发电仍有巨大潜力。   简史? 最早的火力发电是1875年在法国巴黎北火车站的火电厂实现的。这座火电厂安装直流发 电机,给附近照明供电。随后,美国、俄国、英国也相继建成火电厂。1886年,美国建成第一座交流发 电厂。1891年,英国电灯公司的火电厂安装第一台带有凝汽器的发电机组,容量100千瓦,热效率大为提 高。1882年,中国上海建成一座装有12千瓦直流发电机的火电厂(乍浦路火电厂),为电灯供电。进 入20世纪,随着电照明和电力传动等推广,社会对电能的需要促进了火力发电的迅速发展,表现为火电 机组的容量不断增大。1901年,瑞士勃朗-鲍威利有限公司制成第一台5000千瓦汽轮发电机,1902年 达到15000千瓦。1912年,美国西屋电气公司制成25000千瓦机组,到1925年出现了10万千瓦机组。50 年代中期,各国陆续投运30~60万千瓦火电机组。1973年以后,世界最大火电机组为130万千瓦。随着单 机容量增大,火电厂规模扩大,热效率大为提高。每千瓦的建设投资和发电成本也不断降低。到80年代后 期,世界最大火电厂是日本的鹿儿岛电厂,容量为440万千瓦。中国大陆最大的火电厂是谏壁电厂 (162.5万千瓦)。   到80年代末,火力发电仍是最重要的发电方式。世界上绝大多数国家的电力生产仍以火电为主。全 世界火电装机容量约占总装机容量的65.6%。中国的火电成本低,到1990年,火力发电占总发电量的 72%。在今后30年发展规划中,火电比重将长期保持在70%左右,火力发电对中国经济的发展仍将起重 要作用。   类型? 按其作用分,有单纯供电的和既发电又供热的(热电联产的热电厂)两类。按原动机 分,主要有汽轮机发电、燃气轮机发电、柴油机发电(其他内燃机发电容量很小)。按所用燃料分,主 要有燃煤发电、燃油发电、燃气(天然气)发电。垃圾发电(见垃圾电站)、沼气发电(见沼气电 站)以及利用工业锅炉余热发电等。为了提高经济效益,降低发电成本,保护大城市和工业区的环 境,火力发电应尽量在靠近燃料基地的地方进行,利用高压输电或超高压输电线路把强大电能输往负 荷中心。热电联产方式则应在大城市和工业区实施。   流程? 火力发电的流程依所用原动机而异。在汽轮机发电方式中,其基本流程是先将燃料送进 锅炉,同时送入空气,锅炉注入经过化学处理的给水,利用燃料燃烧放出的热能使水变成高温、高压蒸 汽,驱动汽轮机旋转作功而带动发电机发电(见图)。热电联产方式则是在利用原动机的排汽(或专门 的抽汽)向工业生产或居民生活供热。在燃气轮机发电方式中,基本流程是用压气机 将压缩过的空气压入燃烧室,与喷入的燃料混合雾化后进行燃烧,形成高温燃气进入 燃气轮机膨胀作功,推动轮机的叶片旋转并带动发电机发电。在柴油机发电中,基本流程是用喷油泵和 喷油器将燃油高压喷入汽缸,形成雾状,与空气混合燃烧,推动柴油机旋转并带动发电机发电。   效率? 火力发电中,燃料蕴藏的能量只有一部分能转换为电能,其余的通过各种途径损耗掉,包 括锅炉的损耗,汽轮机的损耗,排汽的损耗,发电机的损耗,管道系统的损耗等。到80年代,世界最好 的火电厂也只能把40%左右的热能转换为电能,大型供热电厂的热能利用率也只能达到60~70%。这种 把热能转换为电能的百分比就是火电厂的发电效率。各类火电厂的发电效率如表。

  火力发电系统? 根据火力发电的生产流程,其基本组成包括燃烧系统、 汽水系统(燃气轮机发 电和柴油机发电无此系统,但这二者在火力发电中所占比重都不大)、电气系统、控制系统。   ①燃烧系统:主要由锅炉的燃烧室(即炉膛)、送风装置,送煤(或油、天然气)装置、灰渣排放 装置等组成。主要功能是完成燃料的燃烧过程,将燃料所含能量以热能形式释放出来,用于加热锅炉里 的水。主要流程有烟气流程、通风流程、排灰出渣流程等。对燃烧系统的基本要求是:尽量做到完全燃 烧,使锅炉效率≥90%;排灰符合标准规定。   ②汽水系统:主要由给水泵、循环泵、给水加热器、凝汽器、除氧器、水冷壁及管道系统等组 成。其功能是利用燃料的燃烧使水变成高温高压蒸汽,并使水进行循环。主要流程有汽水流程、补给水

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流程、冷却水流程等。对汽水系统的基本要求是汽水损失尽量少;尽可能利用抽汽加热凝结水,提高给 水温度。   ③电气系统:主要由电厂主结线、汽轮发电机、主变压器、配电设备、开关设备、发电机引出线、 厂用结线、厂用变压器和电抗器、厂用电动机、保安电源、蓄电池直流系统及通信设备、照明设备等 组成。基本功能是保证按电能质量要求向负荷或电力系统供电。主要流程包括供电用流程、厂用电流 程。对电气系统的基本要求是供电安全、可靠;调度灵活;具有良好的调整和操作功能,保证供电质 量;能迅速切除故障,避免事故扩大。   ④控制系统:主要由锅炉及其辅机系统、汽轮机及其辅机系统、发电机及电工设备、附属系统组 成。基本功能是对火电厂各生产环节实行自动化的调节、控制,以协调各部分的工况,使整个火电厂安 全、合理、经济运行,降低劳动强度,提高生产率,遇有故障时能迅速、正确处理,以避免酿成事故。 主要工作流程包括汽轮机的自起停、自动升速控制流程、锅炉的燃烧控制流程、灭火保护系统控制流 程、热工测控流程、自动切除电气故障流程、排灰除渣自动化流程等。   环境问题? 火力发电过程中,排出大量烟气、灰渣,发出噪声等,都会对环境造成污染(见火 电厂污染)。因此,在选择火电厂的厂址时,应充分考虑火力发电引起的环境问题。一般规定,新建、 扩建和改建的火电厂工程,在初步可行性研究阶段,应进行环境影响分析,提出环境影响报告书。在初 步设计阶段,还应提出防治环境污染和有关工业卫生的设计文件。防治污染的设施应与主体工程同时设 计、施工和投产。火电厂环境影响分析评价,一般分大气环境、水体、噪声和其他环境影响,如对土 壤、生物和人体健康的影响等。对有超高压(330~765千伏)升压站和超高压输电线路出线的电厂,还应 考虑电磁噪声和电晕对无线电、电视等的干扰以及出线走廊内线路下静电场对人体和其他设施的影响 (电磁污染)。环境影响分析评价的具体内容,一般包括现状的调查和评价、污染产生的影响及防治措 施等。   参考书目  董树屏、李天铎编:《热能转换及利用》,机械工业出版社,北京,1985。 郑体宽编:《火力发电 厂》,水利电力出版社,北京,1986。
董树屏?刘益东

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shuili fadian 水力发电 hydroelectric generation
  把天然水流蕴藏的力学能转换成电能的发电方式。是水能利用的主要形式。天然水流所蕴藏的力学 能称为水力资源,是人类可以利用的重要能源之一。在自然状态下,河川水流的这种潜在能量以克服摩 擦、冲刷河床、挟带泥沙等形式消耗掉。兴建水电站可利用这部分能量。1878年在德国建成世界上第一 座水电站。此后,1880年制成了冲击式水轮机,1918年制成了轴流式转桨水轮机,1957年制成了斜流式 水轮机,并开始出现可逆式抽水蓄能机组。尤其是在第二次世界大战以后,随着机械制造业和超高压 输电技术的发展,世界各国的水力资源得到大力开发。80年代最大的水轮发电机的单机容量已超过了70 万千瓦,最大的水电站装机容量已达1050万千瓦。   原理及特点?  由于天然水流有着明显的季节性,而大量的电能又是无法贮存的,因此,开发河 川水电一般都必须首先把天然河川水流的潜在能量蓄集起来,然后再根据用电需要对其进行时间上的再 分配。另外,也只有把河川水流的能量蓄集起来,才便于完成水能到电能的集中转换,如图所示。河面 上A、B两点的水位差H称为河段Ⅰ~Ⅱ的落差。 如在Ⅱ断面附近筑坝拦水并兴建电 站,则Ⅰ~Ⅱ河段的落差就被集中到电站附近。这一集中的落差称为水电站的水头, 其物理意义为电站上、下游单位质量水体的势能差。它由河川水流的动能转换而来。 通过压力水管向水轮发电机组供水,水轮机接收水流的能量并将其转变成自身旋转的 机械能,然后再带动发电机旋转,完成力学能到电能的转换。当供水量为Q米3/秒),水的密度为ρ≈1000 千克/米3,考虑到102千克力?米/秒=1千瓦,则水轮发电机组的输入功率为:Nh=9.81QH(千瓦)。由 于在整个能量转换过程中不可避免地存在着各种能量损失,因此水电站的输出功率N最后可按下式估算:

N=9.81QHη(千瓦)
上式称为水力发电或水能利用基本方程式。式中η为水力发电的效率。大型水电站η高达90%以上。   水力发电有如下特点。   ①能源的再生性。由于水流按照一定的水文周期不断循环,从不间断,因此水力资源是一种再生能 源。所以水力发电的能源供应只有丰水年份和枯水年份的差别,而不会出现能源枯竭问题。但当遇到特 别的枯水年份,水电站的正常供电可能会因能源供应不足而遭到破坏,出力大为降低。   ②发电成本低。水力发电只是利用水流所携带的能量,无需再消耗其他动力资源。而且上一级电站 使用过的水流仍可为下一级电站利用。另外,由于水电站的设备比较简单,其检修、维护费用也较同容 量的火电厂低得多。如计及燃料消耗在内,火电厂的年运行费用约为同容量水电站的10倍至15倍。因此 水力发电的成本较低,可以提供廉价的电能。   ③高效而灵活。水力发电主要动力设备的水轮发电机组,不仅效率较高而且启动、操作灵活。它可 以在几分钟内从静止状态迅速启动投入运行;在几秒钟内完成增减负荷的任务,适应电力负荷变化的需 要,而且不会造成能源损失。因此,利用水电承担电力系统的调峰、调频、负荷备用和事故备用等任 务,可以提高整个系统的经济效益。   ④工程效益的综合性。由于筑坝拦水形成了水面辽阔的人工湖泊,控制了水流,因此兴建水电站一 般都兼有防洪、灌溉、航运、给水以及旅游等多种效益。另一方面,建设水电站后,也可能出现泥沙淤 积,淹没良田、森林和古迹等文化设施,库区附近可能造成疾病传染,建设大坝还可能影响鱼类的生活和 繁衍,库区周围地下水位大大提高会对其边缘的果树、作物生长产生不良影响。大型水电站建设还可能 影响流域的气候,导致干旱或洪水。特别是大型水库有诱发地震的可能。因此在地震活动地区兴建大型 水电站必须对坝体、坝肩及两岸岩石的抗震能力进行研究和模拟试验,予以充分论证。这些都是水电开 发所要研究的问题。   ⑤一次性投资大。兴建水电站土石方和混凝土工程巨大;而且会造成相当大的淹没损失,须支付巨 额移民安置费用;工期也较火电厂建设为长,影响建设资金周转。即使由各受益部门分摊水利工程的部分 投资,水电的单位千瓦投资也比火电高出很多。但在以后运行中,年运行费的节省逐年抵偿。最大允许 抵偿年限与国家的发展水平和能源政策有关。抵偿年限小于允许值则认为增加水电站的装机容量是合理 的。   分类与组成?  集中河流落差的方法称为水能开发方式或水电站开发方式。水电站按开发方式分 为下列 3种基本类型。①堤坝式电站:利用筑坝壅水集中河流落差,形成电站水头。②引水式水电站: 当河道坡降较大时,利用沿河岸兴建的坡降较缓的引水渠道或隧洞引水,经过一段距离后,引水渠或隧洞 出口与原河道之间就集中了一定落差,以此造成水电站的水头。③混合式电站:电站的一部分水头靠筑 坝壅水形成,另一部分水头靠引水渠道或引水隧洞形成。   通过水库的调蓄,对天然来水在时间上进行重新分配称为河川径流调节。按照调节方式和调节能力

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又可将水力发电站分为以下5种类型。①径流式水电站:又称无调节电站。电站的出力完全取决于河川 径流量的大小,对天然水流(河川径流)无调节能力。为了充分发挥设备的效益,径流式水电站多在负 荷曲线的基荷部分工作。②日调节电站:把一天之内大部分时段的来水量蓄存起来供负荷紧张时应用, 24小时完成一个循环。③周调节电站:把每周休息日的来水量蓄存起来分配到其他各工作日使用,一周 完成一个循环。④年调节电站:把丰水季节的多余水量蓄存下来供枯水季节使用,一年完成一个循环。 ⑤多年调节电站:把丰水年的多余水量蓄存下来分配到枯水年使用,其循环周期是不固定的,往往长达 多年。具有多年调节能力的电站同时也可进行年调节、周调节和日调节。   此外,水力发电还包括潮汐能发电(见潮汐电站)、波浪能发电(见海洋能电站)和抽水蓄能发 电(见抽水蓄能电站)等几种特殊开发方式。   各类水电站均由水工建筑物、厂房、发电动力装置、电工一次系统、电工二次系统等组成(见水电 站)。这些组成部分中大坝是主要的壅水建筑,它拦蓄水流,形成发电用水库,以储存水能,供发电 用。其他组成部分都围绕主厂房配置,完成电能的安全、正常生产和输出。
王世缨

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ciliuti fadian 磁流体发电 magnetohydrodynamic power generation
  利用热离子气体或液态金属等导电流体与磁场相互作用,把热能直接转换成为电能的发电方式。提 高热效率是热能利用的基本技术要求。常规火力发电需将燃料的热能通过汽轮机先转换成机械能,然 后再带动发电机发出电能。磁流体发电可以直接将热能转换为电能,这样就允许采用更高的入口温度 (1000~3000K),提高了热效率,同时又免去了高温高速旋转运动的汽轮机装置。磁流体发电还可以与 常规火力发电组成联合循环的运行方式,使综合热效率提高到50~60%,为能源利用带来巨大经济效 益。磁流体发电还能减少大气污染,节省冷却用水,因而成为许多国家积极研究的一种发电方式。   基本原理? 当导电流体垂直横越磁场B时,在垂直于磁场和电流运动的方向上将出现电场 E。此 电场构成电动势,连接负载就可以引出电流而获得电功率。法拉第电磁感应定律仍是磁流体发电的 基本原理,只是在磁场中运动的固体导体为导电流体所代替。   热离子体或液态金属等导电流体都属于等离子体,其特性由等离子体物理学来描述。导电流体与磁 场的相互作用规律,则由磁流体力学(MHD)方程来表达。磁流体发电中,导电流体单位体积的功率输出We 可由下式表示:

We=συ2B2K(1-K)
式中σ为导电流体即等离子体的电导率,υ为等离子体的运动速度,B为磁场的磁通密度,K为电负载系 数。典型的数据是σ=10~20姆/米,B=5~6特,υ=600~1000米/秒,K=0.7~0.8,We在25~150兆 瓦/米3的范围内。   系统构成? 磁流体发电装置由下列4个基本部分构成(见图)。

  ①燃烧室:通过矿物燃料与氧气或压缩预热空气的燃烧产生高温等离子体,达到磁流体发电所要求 的温度。   ②通道:在此通道内等离子体以高速穿过磁场,感应出电动势,再由镶在通道两侧壁上的电极引出 直流电流。   ③磁场:用高性能的磁铁或超导磁体产生,作用在等离子体上。   ④工质:即工作气体。通常使用矿物燃料(煤、石油、天然气)的燃烧气体、惰性气体或碱金属蒸 气。当使用燃烧气体时,为了获得足够的电离度,需掺入少量添加剂,又称为“种子”。一般采用碳酸钾 作添加剂。添加量约为总质量流的1%,这样会使气体温度在3000K以下即可获得足够的电导率。对于单 原子气体,用铯作添加剂可以使运行温度降低到 1500K。液态金属流体是在蒸汽或流体流中射入液态金 属而形成的液相工质。   装置类型? 按照工质在装置中一次使用还是循环连续使用,磁流体发电装置分为开环和闭环两 种类型。   ①开环装置:工质(包括种子)在燃烧室中燃烧产生高温等离子体,通过排气喷嘴高速释放,在磁 场作用下经过通道感应出电动势,然后排出。   磁流体开环发电装置可以作为一级前置装置,与火力发电机组联合循环运行。将磁流体发电排出的 余气供给辅助蒸汽发生器产生高温蒸汽,用它驱动汽轮发电机组,使热能得到充分的利用。   经过二级开发以后的排气,再由净化装置将种子回收,还利用其中的硫和氮制成硫酸和硝酸,最后 排放到大气中。   ②闭环装置:基本工作过程与开环装置类似,只是工质不被排放,而是在系统中反复循环使用。这 类装置宜于用原子裂变反应堆作热源,其工质可以是惰性气体或液态金属-蒸气的混合物。闭环装置设计 温度较低,使用液态金属工质时设计温度可以更低(1500~2000℃),主要应用于军事和空间技术。金属 (锂)蒸气的闭环磁流体发电已在航天工程中使用。   进展? 燃烧矿物燃料的开环磁流体发电是主要研究方向,许多试验装置已经给出了磁流体发电过 程的工程数据,技术上最先进的磁流体发电装置是苏联莫斯科北郊的U-25装置。它是一个用天然气作燃 料的开环装置,已经发出20.5兆瓦的额定功率,并且送入莫斯科电网。苏联正在建造 75兆瓦磁流体-蒸 汽联合循环发电的试验电站,还计划建造580兆瓦的磁流体发电站。美国成功地验证了直接燃煤的磁流体 发电装置。由阿夫柯?埃夫勒特研究所研制的18兆瓦磁流体发电机已经为空军阿诺德试验中心的风洞提

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供电力。日本一台具有 5特磁场的超导磁体试验性磁流体发电装置已在运行。英国、法国、中国等国也 都开展了研究工作。中国与美国合作,1984年成功地进行了一座小型磁流体-蒸汽动力联合循环模拟电 站的试验。   磁流体发电要达到工业应用的阶段,还需解决许多技术问题,例如更经济适用的工质,可在高温下 持续工作的通道和电极,以及性能良好、造价低廉的超导磁体等,以提高可靠性和经济性。
张芳榴?王毓东

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dianqiti fadian 电气体发电 electro-gas-dynamic power generation
  利用气流的动能,将其中的带电粒子从低电位区推向高电位区,以直接转换为电能的一种发电方 式。   电气体发电装置主要由产生带电粒子的电极、绝缘气体通道和收集极 3个部分组成。带电粒子由针 状电极产生。在针极附近局部电场增强,发生电晕放电,电子进入电极,而正离子则被气流带动进入 绝缘通道,再由收集极收集,供负载使用。   电气体发电装置没有旋转部件,结构简单,不需要冷却水,能量转换效率可达50%以上,这些都是 相对于汽轮发电机组的优点。电气体发电电压比较高,电流比较小,目前仅应用于小功率发电的场所, 如用作航天飞行器电火箭发动机的电源、静电喷漆、静电除尘等。   电气体发电的逆过程,也就是使带电气体在电场中加速,吸收电场的能量,然后喷射出去,可以应 用于制造飞行器的电气体动力推进器等。
杨津基

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relizi fadian 热离子发电 thermal ion to power generation
  利用金属表面热电子发射现象提供电能的一种发电方式。加热某种金属材料达到一定温度后,金属 中的电子获得足够的动能,可以克服金属表面“势垒”的障碍,摆脱金属原子核的束缚,逸出金属表面 而进入外部空间。此现象是T.A.爱迪生在1878年发现的,称为爱迪生效应。这就是热离子发电的基本 原理。   热离子发电装置由发射器和收集器两个基本部件组成。两者由一个小空间分隔开。发射器经加热后 逸出电子,电子通过中间空间到达收集器,并在发射器和收集器之间形成电位差。接通外部负载,就成 为低压直流电源。   加热发射极的电源可以有多种形式,例如矿物燃料、核能、太阳能等。热离子发电的转换效率是由 理想的热机卡诺效率所决定,发射器和收集器的温度相当于进出口温度。转换效率约为15~25%,功率 密度可达50瓦/平方厘米。为了提高效率就要求将发射器的温度提高到1200~1600℃,发射器需长期运行 在高温环境下,这样就增加了装置的复杂性。收集器需克服由于氧化而导致的失效。同时还需减少发射器 与收集器之间的热交换,以达到最佳转换效率。   热离子发电容量较小,效率较低,还存在许多问题妨碍商业应用。当前主要在研究以核燃料为热 源,用于星际考察等空间技术的热离子发电装置。
张芳榴

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fengli fadian 风力发电 wind power generation
  利用风能作原动力驱动风轮发电机组发电(见风力电站)。

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taiyangneng fadian 太阳能发电 solar power generation
  利用光电效应将太阳能转换为电能。是一种很有前途的发电方式(见太阳能电站)。
刘益东

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haiyangneng fadian 海洋能发电 ocean energy generation
  利用海洋所蕴藏的能量发电。海洋的能量包括海水动能(包括海流能、波浪能等)、表层海水与深 层海水之间的温差所含能量、潮汐的能量等(见潮汐电站、海洋能电站)。
刘工

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zhaoqi fadian 沼气发电 marsh gas generation
  以沼气作燃料进行的火力发电(见沼气电站)。
张芳榴

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laji fadian 垃圾发电 garbage to power generation
  利用焚烧城市垃圾产生的热能发电。属火力发电的一种,也是处理城市垃圾的一种综合治理措施 (见垃圾电站)。
桂太康

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dire fadian 地热发电 geothermal generation
  利用地下热水或蒸汽作一次能源进行发电(见地热电站)。
刘工

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gaowen yanti fadian 高温岩体发电 thermal rock to power generation
  利用地表深层高温干岩体所含的热量发电(见高温岩体电站)。
王工

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yure fadian 余热发电 waste heat generating
  利用生产过程中多余的热能转换为电能的技术。其原理与火力发电相同。携带余热较多的是生产中 排出的废烟气、废汽、废液、废渣等。余热发电不仅可节约能源,还有利于环境保护。   余热发电的重要设备是余热锅炉,又称废热锅炉。它是利用废气、废液等各种工质中的热或可燃质 作为热源,加热工质产生蒸汽。若只利用余热,则无需燃烧设备;若利用可燃质,则需设置特殊燃烧设 备。余热锅炉设计时,通常按工质和流程的特点以及废气特性(包括流量、温度、成分、含灰量、压力 等参数)合理布置受热面。其中流量和温度是确定锅炉容量的主要判据。由于余热种类繁多,余热锅炉 的结构型式也有多种,并与一般锅炉差异较大。又因工质温度不高,故余热锅炉体积大,金属耗量多。 对于高压排放工质,锅炉结构中还包括能承受相应压力的烟道和烟室。为适应各种排放工质特性,余热 锅炉常采用自然循环方式。也有辅助循环汽包锅炉和直流锅炉。   用于发电的余热主要有高温烟气余热、化学反应余热、废气、废液、低温余热、工质多余压差等。   高温烟气余热发电  利用工厂生产中产生的大量高温烟气、煤气等发电。如水泥厂用于焙烧 水泥熟料的回转窑中,有大约900℃的高温烟气从烟囱排出。若在烟囱前安置一废热锅炉,即可利用高温 烟气加热工质产生蒸汽,用以发电;冶金厂中用来加热金属锭的加热炉,其排烟温度约700℃,也可装一 废热锅炉,用于回收烟气中的余热发电;钢铁厂的高炉在生产中产生大量煤气,这些煤气除用作原生产过 程的燃料外,多余煤气可通过工业锅炉用于发电。   化学反应余热发电  硫酸厂在生产硫酸过程中有大量的反应热,如硫铁矿焙烧炉出口炉气温度 达850~950℃。可设置余热锅炉用于回收余热发电。通常每生产一吨硫酸约可回收余热2.7×109J。   废气、废液发电  炭黑厂尾气中有一定量无法回收的炭黑,可设置一废热锅炉,通过燃烧这 种尾气生产蒸汽用于发电。造纸厂纸浆生产过程中常排放大量含碱的废液,专烧这种废液的喷射炉可生 产蒸汽用于发电。   低温余热发电  余热源的温度低于200℃时,要回收这部分余热需采取特殊的方法。用于低温余 热发电的动力工质为低沸点物质,如正丁烷,氟里昂等。   多余压差发电  有些生产过程中所需的蒸汽由地区热力网供给,热力网蒸汽压力高,而生产用 汽的压力较低,可以让蒸汽先经过汽轮发电机组发电后,再用于原生产过程。又如涤纶厂在涤纶原料生 产过程中产生高压废气,可将其引入尾气膨胀汽轮发电机组发电。此外,高炉煤气在炉顶的压力较高,也 可先经过膨胀汽轮发电机组发电后再送至煤气用户使用。
苏涛?朱明善

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shudian 输电 electric power transmission
  电能的传输。是电力系统整体功能的重要组成环节。发电厂与电力负荷中心通常都位于不同地 区。在水力、煤炭等一次能源资源条件适宜的地点建立发电厂,通过输电可以将电能输送到远离发电厂 的负荷中心,使电能的开发和利用超越地域的限制。与其他能源输送方式相比较,输电具有损耗小、效 益高、灵活方便、易于调节控制、减少环境污染等优点。输电还可以将不同地点的发电厂相连接,形成电 力系统,并且进一步实现系统互联。输电是电能利用的优越性的重要体现,是工业化、现代化社会的能源 动脉。输电技术的发展是推动电力系统规模增长的重要基础。   输电线路? 输电是用变压器将发电机发出的电能升压后,再经断路器等控制设备接入输电线 路来实现。按结构形式,输电线路分为架空输电线路和地下线路。架空输电线路由线路杆塔、导线、 绝缘子等构成,架设在地面之上。地下线路主要是使用电缆,敷设在地下(或水域下)。架空线路架 设及维修比较方便,成本也较低,但容易受到气象和环境(如大风、雷击、污秽等)的影响而引起故 障,同时还有占用土地面积,造成电磁干扰等缺点。地下线路没有上述架空线路的缺点,但造价高,发 现故障及检修维护等均不方便。用架空线路输电是最主要的方式。地下线路多用于架空线路架设困难的 地区,如城市或特殊跨越地段的输电。   输电种类? 按照输送电流的性质,输电分为交流输电和直流输电。19世纪80年代首先成功地 实现了直流输电。但由于直流输电的电压在当时技术条件下难于继续提高,以致输电能力和效益受到限 制。19世纪末,直流输电逐步为交流输电所代替。交流输电的成功,迎来了20世纪电气化社会的新时 代。目前广泛应用三相交流输电,频率为50赫(或60赫)。20世纪60年代以来直流输电又有新发展,与 交流输电相配合,组成交直流混合的电力系统。   输电电压等级?  输电的基本过程是创造条件使电磁能量沿着输电线路的方向传输。线路输电能 力受到电磁场及电路的各种规律的支配。以大地电位作为参考点(零电位),线路导线均需处于由电源所 施加的高电压下,称为输电电压。   输电线路在综合考虑技术、经济等各项因素后所确定的最大输送功率,称为该线路的输送容量。 输送容量大体与输电电压的平方成正比。因此,提高输电电压是实现大容量或远距离输电的主要技术手 段,也是输电技术发展水平的主要标志。   从发展过程看,输电电压等级大约以两倍的关系增长。当发电量增至4倍左右时,即出现一个新的更 高的电压等级。通常将 220千伏及以下的输电电压称为高压输电,330~765千伏等级的输电电压称为超 高压输电,1000千伏及以上的输电电压称为特高压输电。表中列出了输电电压与输送容量、输送距离 的大致范围。提高输电电压,不仅可以增大输送容量,而且会使输电成本降低、金属材料消耗减少、线路 走廊利用率增加。至1987年止,世界上已经使用的交流输电电压达到 765千伏。1150千伏的特高压交流输 电已经有工业性试验。已建成的最大的直流输电工程,其输电电压为±750千伏,输送距离2400公里,设 计输送容量为600万千瓦。

张芳榴

2003-1-4

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tegaoya shudian 特高压输电 ultra-high voltage power transmission
  使用1000千伏及以上的电压等级输送电能。特高压输电是在超高压输电的基础上发展的,其目的 仍是继续提高输电能力,实现大功率的中、远距离输电,以及实现远距离的电力系统互联,建成联合 电力系统。   特高压输电具有明显的经济效益。据估计,1条1150千伏输电线路的输电能力可代替5~6条500千伏线 路,或3条750千伏线路;可减少铁塔用材三分之一,节约导线二分之一,节省包括变电所在内的电网造价10 ~15%。1150千伏特高压线路走廊约仅为同等输送能力的 500千伏线路所需走廊的四分之一,这对于 人口稠密、土地宝贵或走廊困难的国家和地区会带来重大的经济和社会效益。   1000千伏电压等级的特高压输电线路均需采用多根分裂导线,如8、12、16分裂等,每根分裂导线 的截面大都在600平方毫米以上,这样可以减少电晕放电所引起的损耗以及无线电干扰、电视干扰、可 听噪声干扰等不良影响。杆塔高度约40~50米。双回并架线路杆塔高达90~97米。许多国家都在集中 研制新型杆塔结构,以期缩小杆塔尺寸,降低线路造价。前苏联、美国、意大利、日本等国家都已经着 手规划和建设1000千伏等级的特高压输电线路,单回线的传输容量一般在600~1000万千瓦。例如,前苏联 正加紧建设埃基巴斯图兹、坎斯克-阿钦斯克、秋明油田等大型能源基地,已经有装机容量达640万千瓦的 火电厂,还规划建设装机容量达2000万千瓦的巨型水电站以及大装机容量的核电站群。这些能源基地 距电力负荷中心约有1000~2500公里,需采用1150千伏、±750千伏直流,以至1800~2000千伏电压输 电。前苏联已建成1150千伏长270公里的输电线路,兼作工业性试验线路,于1986年开始试运行,并继续 兴建长1236公里的1150千伏输电线路,20世纪末将形成1150千伏特高压电网。美国邦维尔电力局所辖电 力系统预计20世纪末将有60%的火电厂建在喀斯喀特山脉以东地区,约有3200万千瓦的功率需越过这条 山脉向西部负荷中心送电,计划采用1100千伏电压等级输电。每条线路长约300公里,输送容量约1000万 千瓦。意大利计划用1000千伏特高压线路将比萨等沿地中海地区的火电厂和核电站基地的电力输送到北 部米兰等工业区。日本选定1000千伏双回并架特高压输电线路将下北巨型核电站的电力输送到东京,线 路长度600公里,输送容量1000万千瓦。这些特高压输电线路均计划于20世纪90年代建成。   中国幅员辽阔,可开发的水力资源的三分之二分布在西北和西南地区,煤炭资源大部分蕴藏在西北 地区北部和华北地区西部,而负荷中心主要集中在东部沿海地区。由于电力资源与负荷中心分布的不均 匀性,随着电力系统的发展,特高压输电的研究开发亦将会提上日程。
张芳榴

2003-1-4

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chaogaoya shudian 超高压输电 extra-high voltage power transmission
  使用超高电压等级输送电能。超高电压是指 330千伏至765千伏的电压等级,即330(345)千伏、400 (380)千伏、500(550)千伏、765(750)千伏等各种电压等级。超高压输电是发电容量和用电负荷增长、 输电距离延长的必然要求。超高压输电是电力工业发展水平的重要标志之一。随着电能利用的广泛发 展,许多国家都在兴建大容量水电站、火电厂、核电站以及电站群,而动力资源又往往远离负荷中 心,只有采用超高压输电才能有效而经济地实现输电任务。超高压输电可以增大输送容量和传输距离, 降低单位功率电力传输的工程造价,减少线路损耗,节省线路走廊占地面积,具有显著的综合经济效益 和社会效益。另外,大电力系统之间的互联也需要超高压输电来完成。超高压输电的使用范围大致如 表所列。若以220千伏输电指标为100%,超高压输电每公里的相对投资、每千瓦时电输送百公里的相对 成本以及金属材料消耗量等,均有大幅度降低,线路走廊利用率则有明显提高(图1~4)。

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  1952年瑞典首先建成了380千伏超高压输电线路,由哈什普龙厄到哈尔斯贝里,全长620公里,输送功 率45万千瓦。1956年,苏联从古比雪夫到莫斯科的400千伏线路投入运行,全长1000公里,并于1959年升 压至 500千伏,首次使用500千伏输电。1965年加拿大首先建成735千伏的输电线路。1969年美国又实现 765千伏的超高压输电。在直流输电方面,苏联于1965年建成±400千伏的超高压直流输电线路,此后美 国、加拿大等国又建成±500千伏直流输电线路。中国第一条±500千伏直流输电线路──葛上线──于 1989年投入运行。1985年苏联建成±750千伏线路,从埃基巴斯图兹到坦波夫,输送距离2400公里,输 送功率600万千瓦,是世界上规模最大的超高压直流输电。   实现超高压输电需要解决以下许多技术课题:①超高压运行条件下空气及其他介质的绝缘强度特 性研究。②输电线路及输电设备绝缘配合与绝缘水平的合理设计。③过电压(包括内部过电压和外部 过电压)预测及防护。④解决保持同步发电机并列运行的稳定性问题。⑤各种运行方式下的调压和无功 功率补偿。⑥超高压输电线路引起的电磁环境干扰,如电晕放电造成的无线电干扰、电视干扰、可听 噪声干扰,以及地面电场强度对人体影响等。目前超高压输电技术已经成熟,并为许多国家普遍采用。   中国于1972年首先应用了330千伏输电,1981年又首次建成500千伏输电线路。截至1987年,已建成超 高压输电线路5000多公里,并逐步形成以500千伏输电为骨干的超高压电力系统。
张芳榴

2003-1-4

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zhiliu shudian 直流输电 D.C.electrical power transmission
  以直流电流传输电能。人们对电能的应用和认识是首先从直流开始的。法国物理学家和电气技师M. 德普勒于1882年将装设在米斯巴赫煤矿中的 3马力直流发电机所发的电能,以1500~2000伏直流电压, 送到了57公里以外的慕尼黑国际博览会上,完成了第一次输电试验。此后在20世纪初,试验性的直流输 电的电压、功率和距离分别达到过125千伏、20兆瓦和225公里。但由于采用直流发电机串联获得高压直 流电源,受端电动机也是用串联方式运行,不但高压大容量直流电机的换向困难而受到限制,串联运行 的方式也比较复杂,可靠性差,因此直流输电在近半个世纪的时期里没有得到进一步发展。20世纪50年 代,高压大容量的可控汞弧整流器研制成功,为高压直流输电的发展创造了条件;同时电力系统规模的 扩大,使交流输电的稳定性问题等局限性也表现得更明显,直流输电技术又重新为人们所重视。1954年 瑞典本土和哥德兰岛之间建成一条96公里长的海底电缆直流输电线,直流电压为±100千伏,传输功率为 20兆瓦,是世界上第一条工业性的高压直流输电线。50年代后期可控硅整流元件的出现,为换流设备的制 造开辟了新的途径。30年来,随着电力电子技术的进步,直流输电有了新的发展。到80年代世界上已 投入运行的直流输电工程共有近30项,总输送容量约2万兆瓦,最长的输送距离超过1千公里。并且还 有不少规模更大的工程正在规划设计和建设中。   直流输电系统  主要由换流站(整流站和逆变站)、直流线路、交流侧和直流侧的电力滤波 器、无功补偿装置、换流变压器、直流电抗器以及保护、控制装置等构成(见图)。其中换流站是直流 输电系统的核心,它完成交流和直流之间的变换。

  特点  直流输电与交流输电相比有以下优点:①当输送相同功率时,直流线路造价低,架空线 路杆塔结构较简单,线路走廊窄,同绝缘水平的电缆可以运行于较高的电压;②直流输电的功率和 能量损耗小;③对通信干扰小;④线路稳态运行时没有电容电流,没有电抗压降,沿线电压分布较平稳, 线路本身无需无功补偿;⑤直流输电线联系的两端交流系统不需要同步运行,因此可用以实现不同频率 或相同频率交流系统之间的非同步联系;⑥直流输电线本身不存在交流输电固有的稳定问题,输送距离 和功率也不受电力系统同步运行稳定性的限制;⑦由直流输电线互相联系的交流系统各自的短路容量 不会因互联而显著增大;⑧直流输电线的功率和电流的调节控制比较容易并且迅速,可以实现各种调 节、控制。如果交、直流并列运行,有助于提高交流系统的稳定性和改善整个系统的运行特性。   直流输电的发展也受到一些因素的限制。首先,直流输电的换流站比交流系统的变电所复杂、造价 高、运行管理要求高;其次,换流装置(整流和逆变)运行中需要大量的无功补偿,正常运行时可达直 流输送功率的40~60%;换流装置在运行中在交流侧和直流侧均会产生谐波,要装设滤波器;直流输电 以大地或海水作回路时,会引起沿途金属构件的腐蚀,需要防护措施。要发展多端直流输电,需研制高 压直流断路器。   应用  直流输电目前主要用于:①远距离大功率输电;②联系不同频率或相同频率而非同步运行 的交流系统;③作网络互联和区域系统之间的联络线(便于控制、又不增大短路容量);④以海底电缆 作跨越海峡送电或用地下电缆向用电密度高的大城市供电;⑤在电力系统中采用交、直流输电线的并列 运行,利用直流输电线的快速调节,控制、改善电力系统的运行性能。   随着电力电子技术的发展,大功率可控硅制造技术的进步、价格下降、可靠性提高,换流站可用率 的提高,直流输电技术的日益成熟,直流输电在电力系统中必然得到更多的应用。当前,研制高压直流 断路器、研究多端直流系统的运行特性和控制、发展多端直流系统、研究交直流并列系统的运行机理和 控制,受到广泛的关注。   许多科学技术学科的新发展为直流输电技术的应用开拓着广阔的前景,多种新的发电方式──磁流 体发电、电气体发电、燃料电池和太阳能电池等产生的都是直流电,所产生的电能要以直流方式输 送,并用逆变器变换送入交流电力系统;极低温电缆和超导电缆也更适宜于直流输电,等等。今后的电 力系统必将是交、直流混合的系统。
陈寿孙

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jiaoliu shudian 交流输电 A.C.electrical power transmission
  以交流电流传输电能。19世纪80和90年代,人们逐渐掌握了多相交流电路原理,创造了交流发电 机、变压器、感应电动机以及交流功率表等计量仪器,确立了三相制。由于采用交流电,各个不同电 压之间的变换、输送、分配和使用都便于实现,并且和当时的直流输电技术比较,更加经济和可靠。因 此,以1895年美国尼亚加拉复合电力系统为代表,确立了交流输电的主导地位,并发展成今天规模巨大 的电力系统。   交流输电技术的发展是以增加输送容量、扩大输送距离和提高输电线路电压等级为标志的。从19 世纪90年代的 1万伏左右电压、输送几十公里距离、几千千瓦功率发展到现今765千伏电压、超过1千公 里的输送距离、200万千瓦以上的功率。并且正在研究 1150和1500千伏的特高压电压等级输电。其中 1150千伏输电已有工业性试验线路运行。除了765千伏最高实际应用的电压外,还广泛采用35、66、 110、230、287、330、400、500千伏电压,不同的国家规定了自己的额定电压等级,以适应不同距离、 不同输送功率的要求。与各额定电压等级相适应的输送距离和输送功率见表。

  在330千伏及以上的架空交流输电线路上,为了充分利用导线的材料,减少电晕损耗和电晕干扰,降低 线路电感,增大线路电容,降低线路波阻抗(反映输电线路电磁特性的一个综合参数)从而增大线路的 自然功率,输电线采用分裂导线的结构。80年代后期,苏联开始研究紧凑型的输电线路结构,以期进 一步大幅度降低波阻抗,提高线路的自然功率。   由交流输电线路联结起来的电力系统有以下的特征:①要求所有的发电机保持同步运行并且有足够 稳定性;②要求合理的无功分布和补偿来保证系统的电压水平;③对邻近的通信线路的危险影响和干扰 比较严重。这些固有特征在超高压以上的交流输电中更加显著,成为发展交流输电必须解决的重要技术 课题。 765千伏以上电压等级的交流输电,对环境和生态的影响也成为人们严重关切的问题。
陈寿孙

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jiakong shudian xianlu 架空输电线路 overhead line
  用绝缘子将输电导线固定在直立于地面的杆塔上,以传输电能的输电线路(见图)。架空线路由导 线、架空地线、绝缘子串、杆塔、接地装置等部分组成。导线承担传导电流的功能, 必须具有足够的截面以保持合理的通流密度。导线都是处在高电位。为了减小电晕放 电引起的电能损耗和电磁干扰,导线还应具有较大的曲率半径。超高压输电线路,由 于输送容量大,工作电压高,多采用分裂导线(即用多根导线组成一相导线。2分 裂、3分裂或 4分裂导线使用最多。特高压输电线路则采用6、8、10或12分裂导 线)。架空地线(又称避雷线)主要用于防止架空线路遭受雷闪袭击所引起的事故, 它与接地装置共同起防雷作用。绝缘子串是由单个悬式绝缘子串接而成,需满足绝缘 强度和机械强度的要求。主要根据不同的电压等级来确定每串绝缘子的个数,也可以 用棒式绝缘子串接。对于特殊地段的架空线路,如污秽地区,还需采用特别型号的绝 缘子串。杆塔是架空线路的主要支撑结构,多由钢筋混凝土或钢材构成,根据机械强度和电绝缘强度的 要求进行结构设计。   与地下输电线路相比较,架空线路建设成本低,施工周期短,易于检修维护。因此,架空线路输电 是电力工业发展以来所采用的主要输电方式。通常所称的输电线路就是指架空输电线路。通过架空线路 将不同地区的发电站、变电站、负荷点连接起来,输送或交换电能,构成各种电压等级的电力网络或配电 网。   架空线路暴露在大气环境中,会直接受到气象条件的作用,必须有一定的机械强度以适应当地气温 变化、强风暴侵袭、结冰荷载以及跨越江河时可能遇到的洪水等影响。同时,雷闪袭击、雨淋、湿雾以 及自然和工业污秽等也都会破坏或降低架空线路的绝缘强度甚至造成停电事故。架空线路还存在电磁环 境干扰问题。这些因素都必须在架空线路的设计、运行和维护中加以考虑。   架空线路所经路径要求有足够的地面宽度和净空走廊,或称线路走廊。高压和超高压架空线路以 及城市供电用架空线路,由于土地利用、自然环境和城市建筑等条件的限制,不易开辟线路走廊,常常 给线路建设带来困难,成为发展架空输电线路的一项障碍。一些工业发达的国家多采用同杆并架的方 式,即将相同或不同电压等级的输电线路架设在同一杆塔上,以节省线路走廊。
欧阳道庚?张芳榴

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jueyuanzi 绝缘子 insulator
  用于支持带电导体并使其绝缘的电器元件。一般由绝缘件(如瓷件)和金属附件(如钢脚、铁帽、法 兰等)用胶合剂胶合或机械卡装而成。绝缘子在电力系统中应用很广,一般属于外绝缘,在大气条件下工 作。架空输电线路、发电厂和变电所的母线和各种电气设备的外部带电导体均须用绝缘子支持,并使 之与大地(或接地物)或其他有电位差的导体绝缘。   分类? 绝缘子通常分为可击穿型和不可击穿型。按应用场合又分为线路绝缘子和电站、电器绝缘 子。常用绝缘子基本形式见图。其中用于线路的可击穿型绝缘子有针式、蝶形、盘形悬式,不可击穿型 有横担和棒形悬式。用于电站、电器的可击穿型绝缘子有针式支柱、空心支柱和套 管,不可击穿型有棒形支柱和容器瓷套。   性能? 绝缘子的基本性能包括电气、机械和热性能。此外,还有耐环境和耐老 化等性能。当绝缘子电压等级提高时,其尺寸和重量也相应增加,但电气和机械性能 并不按比例提高,耐热急变性能下降。因此,电压等级高的绝缘子制造起来比较困 难。   ①电气性能:沿着绝缘表面发生的破坏性放电称为闪络,闪络特性是绝缘子的主 要电气性能。对于不同电压等级,绝缘子的耐受电压要求各不相同,其指标有工频 干、湿耐压、雷电冲击耐压、雷电冲击截波耐压、操作冲击耐压等。为避免在运行中 击穿,绝缘子的击穿电压高于闪络电压。在出厂试验中,可击穿型的瓷绝缘子一般经 过火花试验,即加高压使绝缘表面发生频繁的火花,维持一定时间,看是否被击穿。 某些绝缘子还需经过电晕试验,无线电干扰试验,局部放电试验和介质损耗试验等。 高海拔地区绝缘子,因空气密度下降而使电气强度下降,因此,其耐受电压换算到标 准大气条件时应相应提高。污秽绝缘子受潮时的闪络电压大大低于其干、湿闪络电压, 因此,污秽地区须加强绝缘或采用耐污型绝缘子,其爬电比距(爬电距与额定电压之比值)应较正常型 高。直流绝缘子与交流绝缘子相比较,其电场分布较差,又有吸附污粒和电解作用,闪络电压较低,一般 要求有特殊的结构设计和更大的爬电距离。   ②机械性能:绝缘子在运行中常受到导线的重力和张力、风力、覆冰重量、绝缘子自重、导线振 动、设备操作机械力、短路电动力、地震和其他机械力的作用。有关标准对机械性能规定有严格的要 求。   ③热性能:户外绝缘子要求有耐受温度急变的能力。例如瓷绝缘子要求经几次冷热循环而不开裂。 绝缘套管因有电流通过,其零部件和绝缘件的温升以及容许短时电流值均须符合有关标准的规定。
刘其昶

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jiakong dixian 架空地线 overhead ground lead
  保护架空输电线路免遭雷闪袭击的装置。又称避雷线。简称地线。输电线路跨越广阔的地域,在 雷雨季节容易遭受雷击而引起送电中断,成为电力系统中发生停电事故的主要原因之一。安装架空地 线可以减少雷害事故,提高线路运行的安全性。架空地线是高压输电线路结构的重要组成部分。高压及 超高压变电所占地面积广,要求防直击雷的区域大,安装避雷针会有困难,因而有时也采用架空地线 保护,架空地线都是架设在被保护的导线上方(见图)。在线路上方出现雷云对地面放电时,雷闪通道 容易首先击中架空地线,使雷电流进入大地,以保护导线正常送电。同时,架空地线 还有电磁屏蔽作用,当线路附近雷云对地面放电时,可以降低在导线上引起的雷电感 应过电压。架空地线必须与杆塔接地装置牢固相连,以保证遭受雷击后能将雷电流可 靠地导入大地,并且避免雷击点电位突然升高而造成反击。   重要的输电线路一般采用两根架空地线以将被保护的导线全部置于它的保护范围 内。此范围通常用保护角α来表示。α角是指架空地线与最外侧的导线所处的平面和 架空地线垂直于地面的平面之间所构成的夹角。一般取α≤20°~30°即认为导线已 经可以受到保护。   架空地线由于不负担输送电流的功能,所以不要求具有与导线相同的导电率和导 线截面,通常多采用钢绞线组成。线路正常送电时,架空地线中会受到三相电流的电 磁感应而出现电流,因而增加线路功率损耗并且影响输电性能。有些输电线路还使用良导体地线,即用 铝合金或铝包钢导线制成的架空地线。这种地线导电性能较好,可以改善线路输电性能,减轻对邻近通 信线的干扰。   架空地线经过适当改装还可兼用作通信通道,为此,已研制出新型架空地线复合型光导纤维电缆, 使它具有避雷、通信等多种功能。
张芳榴

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fenlie daoxian 分裂导线 bundled conductor
  超高压输电线路为抑制电晕放电和减少线路电抗所采取的一种导线架设方式。即将每相导线由几 根直径较小的分导线组成,各分导线间隔一定距离并按对称多角形排列(如图)。每相分导线的数目称 为分裂导线数,相邻两分裂导线之间的距离称为裂相距离。超高压输电线路分裂导线 数一般为3~4。   与单根导线相比,分裂导线附近的电磁场分布发生了变化,每相电荷分布在该相 的各根分导线上,这样就等效于加大了该相导线的半径,减小了导线表面电荷密度,因 而降低导线表面电场强度,从而抑制电晕放电。图中所示为不同分裂导线周围的电场 分布。各分裂导线直径分别为5、3.6、2.9、2.5厘米;裂相距离为45厘米; 离地面高 度为20米。   分裂导线不仅能抑制电晕放电,还会减小线路电抗,加大线路电容,从而降低线路的波阻抗(见自 然功率),提高输电线路的自然功率,有利于电力系统运行的稳定性,因而在超高压输电线路中得以 广泛采用。
高玉明

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xianlu ganta 线路杆塔 poles and towers of transmission line
  架设输电导线的刚性支撑结构。为避免电晕放电以及感应静电场对人的危险,高压和超高压输 电线路所用杆塔必须有足够的高度,杆塔上架设的各根输电线之间还须隔开相当的距离(见图)。

  分类? 线路杆塔可按结构材料、使用功能和结构型式分类。   ①按结构材料可分为木结构、钢结构、铝合金结构和钢筋混凝土结构杆塔几种。木结构杆塔因强度 低、寿命短、维护不便,并且受木材资源限制,在中国已经被淘汰。钢结构有桁架与钢管之分。格子形 桁架杆塔应用最多,是超高压以上线路的主要结构。铝合金结构杆塔因造价过高,只用于运输特别困难 的山区。钢筋混凝土电杆均采用离心机浇注,蒸汽养护。它的生产周期短,使用寿命长,维护简单,又能 节约大量钢材。采用部分预应力技术的混凝土电杆还能防止电杆裂纹,质量可靠。中国使用最多,占世 界首位。   ②按结构形式可分为自立塔和拉线塔两类。自立塔是靠自身的基础来稳固的杆塔。拉线塔是在塔头 或塔身上安装对称拉线以稳固支撑杆塔,杆塔本身只承担垂直压力。这种杆塔节约钢材近40%,但是拉 线分布多占地,对农林业的机耕不利,使用范围受到限制。由于拉线塔机械性能良好,能抗风暴袭击和 线路断线的冲击,结构稳定,因而电压越高的线路应用拉线塔越多。加拿大魁北克在735千伏线路上又新 创出一种悬链塔,经济效益很好。各国在研究1000千伏以上线路时,多以这种塔型为主要对象。   ③按使用功能可分为承力塔、直线塔、换位塔和大跨越高塔。按同一杆塔所架设的输电线路的回路 数,还可分为单回、双回和多回路杆塔。承力塔是输电线路上最重要的结构环节。它分段设立,将导线 的耐张绝缘子串锚挂在塔上,承担两侧导线、地线的挂线张力和事故时的不平衡拉力。这种杆塔便于分 段施工,可制约运行中发生事故的范围。承力塔又可分为耐张塔、转角塔和终端塔。直线塔是线路上用 得最多的结构。它只承担导线、地线的悬挂作用以及气象荷载。直线塔的技术设计数据是决定全线路杆 塔经济指标的关键。换位塔是实现导线换位,以使输电线路参数平衡的杆塔。中国以60~80公里为一个 整循环换位段(有的国家有200公里不换位的线路)。大跨越高塔(见图)指跨越通航的江河的大跨度高 塔。这样可以避免在江河中安装铁塔所带来的一系列不便(如设计复杂、基础施工费用大、工期长 等),通常设计双回路跨越线路。世界上 220千伏、档距在1000米以上的大跨越约90处,中国有10处。 中国在跨越塔中最先采用钢筋混凝土烟囱式塔型(武汉跨长江和汉江的跨越塔),耗钢指标低,运行维 修方便。以后又采用钢管塔(南京跨长江,高193.5米)、拉线钢结构塔(黄埔跨珠江,高190米)。

  杆塔基础? 输电线路沿线水文地质条件变化很大,因地制宜选用基础形式非常重要。基础类型 有两大类:现场浇制和预制。浇制基础按塔型、地下水位、地质和施工方法又分为原状土基础(有岩石 基础和掏挖基础)、爆扩桩和灌注桩基础,以及普通混凝土或钢筋混凝土基础。预制基础有电杆用的底 盘、卡盘和拉线盘,有铁塔用的各种类型装配式预制混凝土基础和金属基础;还有预制∮300~∮550管

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桩。基础抗上拔和抗倾覆的理论计算,各国正在按不同的基础形式和不同土质条件分别研究处理,使之 更加合理可靠而经济。
欧阳道庚

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xianlu zoulang 线路走廊 right-of-way
  架空输电线路的路径所占用的土地面积和空间区域。架空输电线路将导线安装在杆塔上以实现电 力传输。杆塔基础需占用土地。为了保证线路绝缘强度和避免对人身及地面建筑等物体的触电危险, 以及防止静电场对导线及附近的人造成生理和生态危害,处于高电压下的导线周围,还需保持必要的净 空间区域。高压架空输电线路在大地表面会产生感应静电场,为将这种静电感应电场强度减弱到不致危 及人身安全的程度,导线必须要求悬挂在应有的高度上。线路正常运行时,尤其在发生短路故障时,导 线电流的磁场会对邻近电力或电信系统产生电磁感应,需使导线与之保持足够距离以减小这种电磁感 应。以上这些要求,都构成了确定线路走廊时所应当考虑的条件。   随着输电线路电压等级的提高,线路走廊的范围显著扩大。例如,单回500千伏超高压输电线路,杆 塔高度一般均达30米,线路走廊宽度约达45米。因此,占用线路走廊成为发展架空输电线路的困难之 一。当架空线路需跨越建筑物和居民稠密区,崇山峻岭,森林江河,以及环境美化等地区时,解决线路 走廊问题就更为突出。   节省线路走廊是线路设计的一项基本要求。架空线路采用双回或多回并架,提高输电电压等级,采 用紧凑型线路,都可节省线路走廊以获得经济效益和社会效益。
张芳榴

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diwen dizu dianlan shudian 低温低阻电缆输电 low temperature and lowresistance cable transmission
  利用低温条件下高纯度铝或铜的电阻大幅度降低、散热能力大大提高的特点而开发的大容量输电技 术。铝在温度为77开的液氮中,其电阻率只为常温下的十分之一左右;若采用液氢冷却,电阻率还能进 一步降低。与常温下的一般电力电缆相比,导线在液氢或液氮冷却下,既降低了导线的热损耗,又增加 了散热能力,因而传输容量大为增加。额定电压为 110千伏以上的低温低阻电缆,输送容量可达5000 兆伏安以上。   低温低阻电缆输电系统的主要部分除了电缆本身以外,还包括低温冷却系统以及电缆的端头和套管 等。低温低阻电缆可采用液氮冷却,与超导电缆的液氦冷却系统相比,液氮冷却系统装置要简单得多, 费用也大为降低。低温低阻电缆输电可能是向液氮温区超导输电发展的过渡性技术。   低温低阻电缆还要有良好的电绝缘和热绝缘。可采用真空、液氮浸渍的合成纤维纸或电缆纸、带包 聚合薄膜、固体塑料作为电绝缘。液氮本身加上固体支撑亦可作为电绝缘。热绝缘可采用真空或真空多 层绝热、真空粉末或塑料泡沫绝热。其中塑料泡沫和真空粉末绝热比较简单,常用于液氮冷却的低温低 阻电缆。   电缆可做成可挠性、半可挠性和刚性 3种形式。导线及其电绝缘为可挠性的、而绝热管道为刚性的 低温电缆称作半可挠性的。目前比较趋向于半可挠性的低温低阻电缆。   几种典型的电缆结构如图所示。在图a的结构中真空兼做电绝缘和热绝缘;图b和图c的结构都属于液 氮浸渍的带包热绝缘加上塑料泡沫的热绝缘。

  通常把导线做成管状,冷却介质在导线内部流动,提高散热效果。冷却介质在三相中可以采用不同的 流动方向,自成回路;亦可以三相沿一个方向流动,另设管道作为回路。
吴维韩

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dixia shudian 地下输电 undergroud power transmission
  将导线敷设在地下以传输电能。在城市居民区或需跨越河流、海峡等架设架空输电线路有困难的 地区,经过技术、经济和环境保护等各种因素的综合比较,多采用地下线路输电。   实用的地下输电线路是电力电缆,包括利用SF6气体绝缘和环氧树脂间隔棒支撑导线的管道充气电 缆。20世纪70年代以来,出现了低温低阻电缆输电。随着超导技术的进步,对超导输电也在积极进 行研究。地下输电线路的敷设方式有直埋式、隧道式和暗沟式等。路径选择需考虑路上设施和交通状 况,已有的地下埋设物,以及地质、水位等条件,使线路总长度尽可能短。   电缆的输送容量主要由容许电流决定。容许电流又受电缆绝缘体容许温度的限制。容许温度指当 电流通过电缆时,因电阻损耗、介质损耗、基础温度等综合作用而引起的导体温升不得超过电缆绝缘 体所能承受的温度。工程设计时需根据长时间通电、短时间通电和短路等三种工作状况分别予以计算。 为提高容许电流,电力电缆多采用油、水或空气进行强制冷却。   与架空输电线路相比,电缆线路的主要优点是不占用线路走廊。又由于电缆埋设在地下,不受大 气环境等自然条件的影响,运行比较安全。但投资费用高,电缆在运行中会受到大地电流的电磁感应, 还会发生化学腐蚀,不易判断故障位置等,对此均需采取相应的技术措施。   电缆用于交流输电时,由于电容电流较大,输送容量和传输距离都受到一定限制,需采用无功补偿 装置,因而增加了投资。用于直流输电则经济效益较高。1954年瑞典首先建成戈特兰岛100千伏直流电 缆线路,全长96公里,输送容量2万千瓦。1961 年英法两国在英法海峡联建一条±100千伏、65公里的电 缆线路。1965年新西兰在库克海峡建成新西兰南北岛±250千伏、609公里的直流输电线路,其中有39公 里电缆线段。1984年加拿大建成两条525千伏交流电缆线段,长度分别为30公里和8公里。中国广州黄棠 线有220千伏充油电缆3.12公里,还有上海跨黄浦江的220千伏电缆和浙江舟山110千伏直流电缆线路, 500千伏交流电缆已在锦州董家变电所试运行。
欧阳道庚

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chaodao shudian 超导输电 superconducting transmission
  利用超导体在临界温度下失去电阻转变成超导态的原理而研制和开发的输电技术。超导输电的输 送容量远远超过传统的架空输电线路和充油电缆输电线路,也大于充气(如充 SF6气体)输电管道和

低温低阻电缆输电。超导输电系统的主要部分包括超导电缆(见图)、低温冷却系统以及超导电缆的
端头和套管等。

  临界电流密度高,临界磁场强度大的超导体才适合制作电力电缆。当电流密度、磁场强度或温度 超过其临界值时,超导态转变为正常态,即失超。为此把超导体与起稳定作用的铜或铝构成复合超导 体。超导体承载传输电流,铜或铝金属导体承载失超电流。   超导输电可采用交流或直流,交流超导输电有微量的能量损耗。   较长时期里超导体的临界温度在20K以下,所以各国所设计和研制的超导电缆一般均采用液氦冷却。 液氦冷却系统技术要求比较复杂,成本亦比较高。   除了超导体外,超导电缆的主要部分还应包括电绝缘和热绝缘。对电绝缘要求在低温下有足够的耐 电强度,极小的介质损耗,并具有一定的柔软性。通常可采用真空、液氦浸渍的塑料薄膜带包绝缘, 亦可用液氦本身加上固体支撑作为电绝缘。   为了防止周围环境的热量传入深冷下的电缆内部,超导电缆包括其端头都应具有高绝热效能的热绝 缘。一般可采用高真空、真空粉末或真空多层热绝缘结构。为了进一步降低辐射漏热,可采用一个或多 个屏蔽层,一般用液氦冷却作为一个中间屏蔽层。   超导电缆的结构通常采用同轴方式,由两个或多个超导同轴圆柱组成。图示为单回路三相(a)以及双 回路六相(b)交流超导电缆的结构示意图,每相均由双层同轴超导体组成,中间设有电绝 缘层。超导电缆采用同轴结构的原因在于要提高超导电缆的工作电流需采取措施屏蔽 这些电流产生的磁场,而同轴结构只在超导体层之间存在磁场。其次,超导输电不要 求很高的电压就可以传输很大的容量,但交流超导输电受到静态稳定的限制,同轴结 构减小了线路的电感,可以使静态稳定极限大幅度增加。   研制液氮温区内临界电流密度高的超导体给发展超导输电提供新的前景,因为液氮冷却系统的技术 比液氦系统简单,成本也低得多。
吴维韩

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biandian 变电 transformation
  在电力系统中,通过一定设备将电压由低的等级转变为高等级(升压)或由高的等级转变为低的 等级(降压)。变电是电力系统中不可缺少的重要环节。   电力系统中,作为电源的发电机,其额定电压一般在(15~20)千伏以下。电能用户的用电器具的额定 电压随用电器具的不同而异,有(3~15)千伏的高压用电设备和110伏、220伏、380伏等低压用电设备。 能的输送和分配却要在不同于发电机、用电器具额定电压的电压等级下进行。例如输电的电压有765千 伏、500千伏、(220~110)千伏、(35~60)千伏等,配电的电压有(35~60)千伏、(3~10)千伏等。所 以,电力系统是由许多不同电压等级的部分组成的。变电就是把这些不同等级的电压进行变换、把电力系 统的各个不同电压等级部分联接起来的中间环节。例如要把一个远方发电厂生产的电能送给用户,首先要 在发电厂将发电机的额定电压转变为(35~220)千伏及以上的输电电压(升压变电所),经过输电线在负 荷中心把输电电压转变为地方电网的电压(降压变电所),再在用户进一步转变成用电器具的额定电压 (用户变电所或配电变压器)。   实现变电的场所称为变电所,其主要设备有变压器、开关设备(断路器和隔离开关)、避雷 器、互感器等一次设备和继电保护、通信设施等二次设备。
陈寿孙

2003-1-4

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fuhe guanli 负荷管理 load management
  用经济的、技术的和行政的手段来控制电力系统负荷的增长速度及调整电力系统的负荷曲线求得 最佳经济效益。根据各国多年的统计,电力负荷以每年百分之几到百分之十几的速度在增长,而且有些 负荷系数又很低,最大负荷与最小负荷的差别非常悬殊,因此单靠增加发电设备来满足负荷增长的需 要,对整个国民经济来说是极不合理的。20世纪70年代以来世界各国都发生能源短缺的现象,各国的电 力公司基本建设的投资也十分短缺,随着电力系统规模不断扩大,电力基本建设的速度也愈来愈缓慢。 因此从整个国民经济来考虑,有计划地指导和控制电力负荷的增长速度,指导负荷的调整,限制某些负 荷在系统尖峰负荷时用电,尽量减小尖峰负荷的数值,使系统综合负荷曲线更平坦,充分发挥已有发 电设备及供电设备的利用率,这就是负荷管理的目的。   负荷管理的措施有经济的、技术的和行政的。   经济措施? 主要是采用分部电价的办法,将系统尖峰负荷的电价提高到低谷负荷时的电价的几 倍以上,尽量鼓励用户不在高峰负荷时用电,将可以移动的负荷放在后半夜低谷负荷时使用。另外还有 规定各个负荷的最高用电量,对超过部分提高电价。   技术措施? 主要是使电力系统联网。电力系统联网的规模愈大,系统各部分的最大负荷就愈不 会在同一时刻出现,有一个错峰效应。这样可以充分利用整个电力系统的发电设备的容量,起削峰填谷 的作用。另一个措施是在系统出现类峰负荷时自动切除一些不重要的负荷(例如有的国家有大量的电加 热水的负荷,大工厂的修理车间的负荷等)或者将其移至其他时间用电。这种切负荷可以直接控制某一 个大用户内部某一个车间或某一个大容量的用户设备。电力系统只要发一个信号就可以同时切除不同地 点的一批负荷。在西欧常用的方法是音频控制,即用音频信号叠加在输电线路或配电线路上,直接送到用 户切除某一部分事先规定好的负荷。在美国则多用无线电控制的方法来切除系统中的某一批负荷。这些 都是简易遥控的方式。中国的供电部门已开始试用音频控制的方法。   行政措施? 大力宣传及推动节电措施;实行计划用电,对各个用户限定全月(或年)的用电量 及允许的最大功率;错开大工厂的上班时间;工厂实行轮休日制度;在某些企业中推行深夜上班的制 度;要求工厂在系统尖峰负荷时安排检修等等。工业发达国家由于空调使用较为普遍,夏季的尖峰负荷 大于冬季尖峰负荷,因而希望将夏季休假安排在夏季尖峰负荷时,以降低系统的尖峰负荷。
王世缨

2003-1-7

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butongshi xishu 不同时系数 unsimultaneous coefficient
  表示电力系统中各类负荷最大值出现时间不同的程度的参数。在电力系统中整理负荷数据,计算

系统综合负荷曲线
时常用到不同时系数。   电力系统内的各类负荷,分别按其不同的特性而变动,达到最大负荷的时间通常也是不相同的。将 各类负荷的最大负荷直接相加之和称为系统合计最大负荷。而系统综合负荷曲线中的最大负荷是考虑了 各类负荷的最大值不同时出现而计算出来的,称之为合成最大负荷。这两个最大负荷之比就称之为不同 时系数。即

  不同时系数总是大于1。这个系数的数值愈大,表示发电设备的利用程度愈高。各个电力系统因其规 模、负荷构成比例及季节的不同,不同时系数也各不相同,一般在1~1.6之间变动。而每一个电力系统 在不同季节具有相对稳定的不同时系数。因此根据历史的负荷数据计算出的不同时系数,可以用到以后 负荷预测的计算中去,即可由预测的系统合计最大负荷推算出系统合成最大负荷的数值(即系统综合负 荷曲线上的最大负荷)。
王世缨

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xitong zonghe fuhe quxian 系统综合负荷曲线 system synthetical load curve
  电力系统中所有电力负荷的总和在一天中随时间变化的曲线。电力系统的运行调度、规划设计不 仅需要掌握各个负荷点的负荷变动情况,更需要掌握整个系统的负荷变化情况,以便安排在什么时候开多 少台发电机(对运行调度来说),在什么时候需要增设新的发电机(对规划设计来说)。系统综合负荷曲 线是由各个地区的各类负荷叠加而得到的。尽管各类负荷曲线中有的有较大的变化幅度,但系统的综合负 荷曲线呈比较平坦的形状,因为各个负荷的最大值不会都在同一时刻出现。因此系统综合负荷曲线中的最 大负荷一定小于各个负荷曲线中的最大负荷的总和。各个电力系统中因各类负荷构成的比例不同,有的 系统综合负荷曲线中会出现两个高峰,有的会出现3个高峰(见日负荷曲线)。   整个综合负荷曲线可分为尖峰负荷、低谷负荷和基荷。它们处于曲线的不同部位。   尖峰负荷? 系统综合负荷曲线中在几个高峰附近变化幅度较大的那一部分负荷,简称峰荷。峰 荷反映电力系统负荷最重的一段时刻,这时系统中的所有发电机都必须开动起来。但峰荷的持续时间是 比较短的,一般在1天24小时中只占 2~3小时或5~6小时。一个电力系统中的峰荷愈大,意味着必须装 设更多容量的发电机。其中有一部分发电机的利用效率不高,一天只需要开动几个小时,而开、停机的 次数却比较频繁。这样在经济上是很不合理的,因为多装机加重了电力系统基本建设投资,开停机频繁 增加了运行费用。因此电力系统应尽量调整负荷,使峰荷愈小愈好。在进行电力系统设计规划时应考虑 选用造价低而运行费用稍高的发电机组来带峰荷,这种机组称为调峰机组(如燃气轮机发电机组)。电力 系统调度中则常分配经济性能较差(即发电成本高)的火电机组来带峰荷,或者分配在枯水期的水电机 组来带峰荷。这样充分利用水电机组的容量又不消耗太多的水量,使电力系统的发电成本最低。   低谷负荷? 系统综合负荷曲线上处于最小负荷附近的那一部分负荷。电力系统处于低谷负荷运 行时是电力系统负荷最轻的那一段时刻,有相当一部分发电机必须停下来处于备用状态。大量机组处于 备用状态对电力系统来说也是很不经济的。因此电力系统调度的任务是调整负荷,尽量压低峰荷,使那 部分负荷转移到低谷处来填平低谷,使整个负荷曲线更为平坦。   腰荷? 系统综合负荷曲线中处于中间一段的负荷。这时电力系统负荷变动幅度不大。电力系统调 度常分配系统中经济性能(指发电成本)不是最好的火电机组来带腰荷,或者因受水量控制不能全天24 小时满发的水电机组来带腰荷,担负一部分系统负荷的变动。   基荷? 处于系统综合负荷曲线中最下部的那一部分负荷。带基荷运行的发电机组全天24小时满 发,平稳运行,不承担负荷调整的任务。电力系统调度常分配经济性能最好(即发电成本最低)的火电机 组带基荷运行。另外,核电机组只有在带平稳负荷的条件下运行最经济、最安全,因此也带基荷运行, 不承担负荷调整的任务。
王世缨

2003-1-7

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rifuhe quxian 日负荷曲线 daily load curve
  电力负荷在1天24小时内变化的曲线。 负荷的变动与供电设备输出的功率直接有关。由于电工设 备都能经受得住瞬时的过负荷,因此对瞬时的过负荷,除特殊情况外,一般不予重视,而只需考虑某一 时间内的平均负荷。这一时间通常取15分钟、30分钟或一小时。以这一时间内的平均电功率作为该时间 段的负荷功率,用有功功率(千瓦)来表示。有特殊需要时也可以作负荷无功功率(千乏)的日负荷曲 线或视在功率(千伏安)的日负荷曲线。这样常用的日负荷曲线是作成阶梯形的曲线,而不是作成光滑 的或锯齿形的曲线。   不同行业的有功功率日负荷曲线差别很大。三班制连续生产的重工业(如钢铁冶炼业等),曲线很平 坦,最小负荷达最大负荷的85% (图1)。一班制生产的轻工业(如食品工业等)负荷,曲线变化幅度较 大,最小负荷为最大负荷的13~14%(图2)。农业负荷中,农产品加工每天用电仅12小时;但在夏季出 现的农业排灌负荷,却有相当平坦的日负荷曲线。市政及居民生活负荷曲线的特点是有明显的照明用电 高峰(图3)。

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王世缨

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fuhe quxian 负荷曲线 load curve
  电力系统中各类电力负荷随时间变化的曲线。是调度电力系统的电力和进行电力系统规划的依 据。电力系统的负荷涉及广大地区的各类用户,每个用户的用电情况很不相同,且事先无法确知在什么 时间、什么地点、增加哪一类负荷。因此,电力系统的负荷变化带有随机性。人们用负荷曲线记述负荷 随时间变化的情况,并据此研究负荷变化的规律性。   负荷曲线的横坐标是时间,纵坐标一般是有功功率,因此通常的负荷曲线是有功功率负荷曲线 (图 1上的曲线P)。然而负荷从电力系统中取用的不仅是有功功率,同时还取用无功功率。电力系统的调度 不仅调度发电机的有功功率,有时还要调度发电机、同步调相机及电容器等的无功 功率,因此还有一个无功功率的负荷曲线(图1上的曲线Q)。   负荷曲线中的最大值称为最大负荷(P ),最小值称为最小负荷(P )。这两个数 据是分析电力系统负荷特性的重要数据。由负荷曲线也可以计算出用户消耗电能的多 少。一天中负荷消耗的电量 (千瓦小时),即日负荷曲线P下面的这一块面积

(图1)。   负荷系数? 一日(月、年)内的平均负荷与最大负荷之比称为日(月、年)负荷系数。平均负 荷是指某一时期(日、月、年)内的负荷功率的平均值。负荷系数是小于 1的数值。各类负荷的负荷系 数也不相同。有色金属冶炼、钢铁、化工、造纸等连续生产的产业,负荷系数均在90%以上,纺织、 机 械制造等产业的负荷系数约为60%。 不同地区在不同季节负荷系数也有变动,约为70~80%。   负荷曲线分类? 负荷曲线有日负荷曲线、月(或年)负荷曲线。负荷曲线还可以按各类大负荷作 出,可以按一个地区作出,也可以综合成全电力系统综合负荷曲线。电力系统进行日调度所用的是系统 综合负荷曲线。   在电力系统的设计、规划中除了需要使用日负荷曲线外,还需要编制年最大负荷曲线和年持续负荷 曲线。   年最大负荷曲线表示从年初到年末逐日(或旬或月)的电力系统综合最大负荷的变化情况 (图2)。 可用它来安排全年的机组检修计划。如果一年四季中每季取一个典型的日负荷曲线, 由年最大负荷曲线也可以计算出全年需要的电量。由预测的逐年的年最大负荷曲线可 以有计划地安排扩建或新建发电厂来满足负荷增长的需要。   年持续负荷曲线是以电力系统全年负荷的大小及其持续运行小时数的顺序排列作 出的曲线 (图3)。曲线中的A1点反映了一年内负荷超过P1的累积时间共有t1小时。可 用它来编制电力系统的发电计划并进行可靠性计算。根据年持续负荷曲线也可以计算 出全年负荷消耗的电量 。

王世缨

2003-1-7

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gonglü yinshu de tigao 功率因数的提高 increase of power factor
  功率因数是反映电力系统的负荷特性的一个特征量。它的大小关系到电力系统的供电效率及用 电设备的用电特性。功率因数小则表则无功功率大,而无功功率大在电力系统中会引起电压波动,并造 成输电线中功率损耗增大。所以,提高功率因数有着重大的经济效益。其基本途径是就地供给负荷所需 的无功功率,从而减少流经输电线路和变电设备的无功功率(见无功功率补偿)。至于改善用电的功率 因数的主要方法则有:提高用电设备的功率因数和用户设置无功电源。   提高用电设备的功率因数? 电动机、变压器在空载和轻载运行时的功率因数都很低,因 此在确定这些设备的容量或确定生产工艺时,应考虑尽量减少空载运行时间、避免上述设备处于轻载运 行状态。由于异步电动机的功率因数较低,同步电动机的功率因数可以调整,必要时还可向其他用电 设备提供无功功率。因此,在技术经济可能的条件下,选用交流同步电动机。   用户设置无功电源? 大多数用电设备都需用无功功率,如果全部或部分的无功功率由用户的 无功电源来提供(称为无功补偿),用户的视在功率就等于或接近有功功率,即用电功率因数得到了改 善。通常用户使用的无功电源是静电电容器,一般分成若干组,根据需要可部分投入运行或全部同时运 行。其控制方式有:①按时间控制。根据预测的负荷曲线,决定在不同的时间自动投入不同的补偿容 量;②按功率因数控制。实时测量用户的功率因数,并与整定值进行比较,然后自动投入相应的补偿容 量;③按无功功率控制。实时测量用户的无功功率,并与整定值进行比较,然后自动投入相应的补偿容 量。对于用电大户,也有采用同期调相机作为无功电源的,可以提供较多无功功率,但其运行和维护不 便。   在一些大型工厂中,负荷可能经常急剧变化,上述无功电源及其控制方式由于响应时间较慢而达不 到使用要求。目前,又发展了几种快速实时动态无功补偿电源,如饱和电抗器式静止型动态无功补偿装 置、高阻抗变压器式静止型动态无功补偿装置等。
张志竞?周荣光

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fuhe texing 负荷特性 load characteristic
  电力负荷从电力系统的电源吸取的有功功率和无功功率随负荷端点的电压及系统频率变化而改变 的规律。   特性分类? 负荷功率随负荷点端电压变动而变化的规律,称为负荷的电压特性;负荷功率随电 力系统频率改变而变化的规律,称为负荷的频率特性;负荷功率随时间变化的规律,称负荷的时间特 性。但一般习惯上把负荷的时间特性称为负荷曲线(有日负荷曲线、年负荷曲线等),而把负荷的电 压特性和负荷的频率特性统称为负荷特性。   反映负荷点电压(或电力系统频率)的变化达到稳态后负荷功率与电压(或频率)的关系,称为负 荷的静态特性;反映负荷点电压(或电力系统频率)急剧变化过程中负荷功率与电压(或频率)的关 系,称为负荷的动态特性。   负荷功率又分为有功功率和无功功率。这两种功率的变化规律差别很大。将上述各种特征相组合, 就确定了某一种特定的负荷特性,例如有功功率静态频率特性、无功功率静态电压特性等。   电力系统的负荷的主要成分是异步电动机、同步电动机、电热电炉、整流设备、照明设备等。在 不同负荷点,这些用电设备所占的比重不同,用电情况不同,因而负荷特性也不同。   特性模型? 负荷特性对电力系统的运行特性影响很大。例如,研究电力系统的暂态稳定性,采 用不同的负荷特性可以得出不同的结论。因此,在电力系统的分析计算中采用有一定精度的负荷模型是 很重要的问题。   到80年代为止,建立负荷模型有两种指导思想:一种是把负荷看成大量个别用电设备的集合,先求 得每种类型用电设备的典型特性,经综合后得出综合的负荷特性;另一种是把综合负荷看作一个整体, 用实验方法在现场实测负荷模型的参数。但是,由于影响负荷功率的因素很多,例如地区的生活水平、 生活习惯、气候条件、资源情况等,都直接关系负荷功率的变化,这就造成负荷组成和负荷对功率需求 有很大的随机性;再加上电力系统中现场实验和测量的困难,使得负荷模型的建立成为电力系统研究中 的难题。   负荷特性模拟方法? 在电力系统的分析计算中,模拟负荷特性的方法一般有以下4种。   ①用恒定阻抗(或恒定功率、恒定电流)模拟负荷。这是最粗略的模拟方法,因而只适合某些近似 计算。但因为这种方法比较简单,所以应用较为广泛。   ②用负荷的静态特性模拟负荷。这种方法比用恒定阻抗(或恒定功率、恒定电流)模拟负荷要精确一 些。它实质上是恒定阻抗、恒定电流、恒定功率3 种简单形态按一定比例的组合。一般在动态稳定和潮 流计算中可以采用这种模拟方法。   ③考虑感应电动机机械暂态过程的典型综合负荷动态特性的负荷模型。因为感应电动机(见异步电 动机)是电力系统负荷的主要成分,因此在暂态稳定计算中,往往采用这种负荷模型考虑感应电动机在暂 态过程中其滑差变化对稳态等值电路阻抗值的影响。   ④考虑感应电动机机电暂态过程的典型综合负荷动态特性的负荷模型。这是比较精确的负荷模型。 它既考虑感应电动机的机械暂态过程,又考虑电动机的电磁暂态过程。
周荣光

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dongli fuhe 动力负荷 power load
  将电能转换成机械能以用于电力传动的负荷。是冶金、采矿、化工、纺织、造纸和机械制造等工业 部门及电气化铁路、起重装卸部门的最重要的动力源。随着工业的迅速发展,在节省人力方面的努力以 及传动技术的发展,动力负荷的应用领域愈来愈多,范围愈来愈广。动力负荷在电力系统的负荷中约占 60%以上。   动力负荷的传动主要靠电动机。一种是用交流电动机传动,大量应用的是异步电动机。这种传动 方式简单、方便、成本低。大容量的电动机也有采用同步电动机的。一种是用直流电动机传动,需要 经过大功率硅整流器与硅晶闸管整流后供电,主要用于对传动速度调节要求比较高的场合。控制和电子 技术的发展及微处理机的大量应用,使交流异步电动机也可具有较好的调速性能。   利用交流异步电动机传动的动力负荷不仅取用有功功率,同时还取用大量的无功功率,负荷的功率 因数较低,尤其是在大电动机传动小的工作负荷时,功率因数更低。这将使电力系统增加无功功率的负 担并导致线路电压损失和功率损耗的增加。一般应就地安装无功功率补偿设备进行补偿。   供电电压的波动将影响电动机的转矩和被传动机械的转速。对于交流电动机,当供电电压低于额定 电压的70%时,电动机将制动。当供电电压恢复时,电动机再起动时将从电网中吸取大量的无功电流。 当系统发生短时故障后电压恢复时,若大量电动机同时起动,需要吸取大量的无功电流,将使系统电压 难以恢复。因此应在部分电动机上装设欠压释放装置,当系统电压恢复时,分批进行起动。   按照电动机传动的机械特性不同,交流异步电动机传动的动力负荷具有不同的频率特性。负荷取用 的有功功率有的与频率成正比关系(如机械加工、输运机等),有的与频率成2~3次方关系(如风机, 带反压的给水泵等)。系统频率的变化将严重影响被传动机械的出力。
王世缨

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dianli fuhe 电力负荷 power system load
  电力系统中所有用电设备所耗用的功率。简称负荷。在电力系统中,发电机的发电与负荷用电是 一个统一的整体。在维持电力系统的频率不变(即额定为50赫或60赫)的条件下,每一时刻发电机发出 的功率总是与负荷取用的功率和在输电、变电、配电过程中的功率损耗相平衡的。如果不平衡,电力 系统的频率就不能维持恒定,接在电力系统中的发电机和电动机就要加速(发电大于用电)或者减速 (发电小于用电)。电力系统的负荷是随时变动的,因此,电力系统必须随时调整发电机的出力使之相 平衡,以保持电力系统频率不变。   负荷因其用途或供电条件等的不同,有各种分类方法。世界各国因管理体制及电价政策上的差别, 负荷分类方法也有所不同。中国主要是按产业分类和按用途分类。按产业分类,可分为:①工、矿业负 荷;②农业负荷;③交通运输负荷;④市政及居民负荷(其中包括一般商业负荷)。按用途分类,可分 为:①照明负荷;②电力负荷。电力负荷根据能量转换的不同,又可分为动力负荷、电热负荷、电解 负荷及整流负荷。此外,在规划和设计中,按照对供电可靠性的要求不同,还分为一类负荷、二类负 荷、三类负荷。其中一类负荷对供电可靠性的要求最严格。具体的划分标准由各国电力管理部门制订的 规程规定。   在某一地区的全部负荷中,各类负荷用电量所占的比例因产业结构、人口密度等而不同。各类负荷 的用电量由全月、全年或某个时段的实际需求量求出,构成在全部负荷用电量中所占的比例。一般说 来,各类负荷的用电量有不同的特点,并受各种条件的影响而发生变化。居民生活用电随人口增长、变 动及生活水平情况而变化;工业、交通运输及商业负荷则反映经济发展的情况。美国各类负荷用电量所 占的比例1970年以来的实测值大致为:工业用电占41%,生活用电占24%,商业用电占20%, 其他损耗及 杂项占15%。中国目前居民的家用电器拥有的平均水平还比较低,因此居民生活用电所占的比例还不到 10%。工业用电的比例目前占70%左右。   各类负荷有不同的特性。按产业分类的各类负荷主要表现在一天之内的用电量分配有较大差别,可 以用负荷曲线来表示。按用途分类的各类负荷不仅表现在负荷曲线上有差别,有的负荷主要取用有功 功率;有的负荷除取用有功功率外还要取用无功功率。在功率因数上有较大差别。   70年代以来,世界能源短缺,而负荷用电却不断增长。如果仅靠增加发电设备来满足负荷用电增加 的需要,必然需要大量的基本建设投资。因此各国都在考虑用经济的、技术的及行政的手段来控制负荷 用电的增长速度,调整负荷的用电时间,以减轻电力供应的紧张状态。   照明负荷? 将电能转换成光供人们照明使用的负荷。电能转换成光主要通过辐射过程,以电磁 波的形式,辐射和传播能量。在波长约为380~760nm的范围内,它可以使人的眼睛产生光亮的感觉。照 明负荷的主要形式有白炽灯、荧光灯、各种气体放电灯及其他光源。   对电力系统来说,照明负荷的光源本身主要取用的是有功功率,光源的辅助设备取用一部分无功功 率。因此照明负荷有较高的功率因数。照明负荷的电压特性较软,这是指随着供电电压的变化所取用的 功率有较大变化。对白炽灯来说,电压的升高将使灯的使用寿命明显降低,因此要求供电电压大体维持 额定。从负荷曲线来看,除大建筑物采用人工采光,白天也需照明外,大部分的照明负荷集中在晚上 18:00~22:00时。此外,照明负荷的大小受天气影响较大。   电热负荷? 将电能转换成热能的负荷。由于电加热能得到2000℃以上的高温,能进行彻体加 热,加热温度易于控制,清洁而无废气及残余物,因而广泛用于冶炼、熔化、热处理、食品加工、纤维 制品及油漆干燥等工业领域,也广泛用于民用炊事、取暖、空调等方面。电加热方式主要有电阻加热、 电弧加热、感应加热、介质加热、红外线加热及其他特殊加热方法。   除电阻加热、红外线加热主要取用有功功率外,电弧加热、感应加热等都要取用无功功率。电弧加 热取用的无功功率随弧电流的大小有较大的变化。炼钢电弧炉由于电弧长度不断变动,电弧电流的大小 也随时间不断发生不规则的变动,这将引起供电电压较大的不规则变动。如果由同一变电所母线同时供 电弧炉和一般用户的照明用电,则将引起照明的闪变,必须采取补偿措施。   食品加工、民用取暖和电热水器等大都采用单相电源。三相负荷分配不均匀时将对电力系统引起不 均衡负荷。用电加热水耗电量大,但可以储存,一般用电价政策鼓励人们在系统低谷负荷(见系统综 合负荷曲线)时使用。   电解负荷? 用电解化学反应方法进行工业生产所需的负荷。电解水能得到纯氧及氢,氢的最大 用途是作为合成氨的原料;电解食盐水是制造氯、氢及碱的重要方法;干式冶炼所得的粗金属纯度较 差,经电解后可得到高纯度的金属与贵金属;铝、镁、钠等金属的生产也主要靠电解。所以电解是工业 生产的一个不可缺少的方面。   电解工业是耗电量极大的工业。电能消耗的费用占产品成本的很大比重。电解槽本身的能量转换效 率较低,往往只有25~50%。因此使用廉价的电能是发展电解工业的关键问题。世界各国的电解工业平 均有50%以上是依靠廉价的水力资源发出的电能。因此电解工业的布局也应尽量靠近水力资源,以避免

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等)整流以供电力传动等方 面应用的大功率负荷。用于直流调压和直流电机传动的斩波控制,交流调压调功,异步电动机定子电 压控制,可逆运转切换控制,无换向器电动机及稳压稳频装置等。   由于采用可控整流,交流侧电压与电流不同,因此整流负荷的功率因数较低而且是变动的。当控制 角α 大时,功率因数很低,需由系统提供大量的无功功率,必须就地进行补偿,以避免在配电线路中大 量传送无功功率。另外整流负荷取用的交流电流为非正弦波,其中含有大量的谐波,这些谐波在电力系 统的设备中引起附加的发热、振动、噪声、干扰等,也会引起电容器的损坏,应设法加以抑制(见高次 谐波抑制)。直流侧谐波还对通信线路产生干扰,应增加整流相数或装设直流滤波器加以防止。晶闸 管的开关时间为数微秒以下,为此产生无线电频带(0.6~1.6MHz)内的干扰波, 也应采取抑制措施。
王世缨

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peidian 配电 power distribution
  电力系统中直接与用户相连、并向用户分配电能的环节。配电系统由配电变电所、高压配电线路 (即1千伏及以上电压)、配电变压器、低压配电线路(1千伏以下电压)以及相应的控制保护设备组成。 通常将配电变电所到用户入户线以前的部分称为配电系统。   配电系统中常用的供电方式有:①三相三线制;②带中性线的三相四线制;③三相二线一地制;④ 单相二线制;⑤直流配电。各种配电方式及其主要应用场合列于表中。

  一次配电网络? 从配电变电所引出线到配电所(或配电变电所)入口之间的网络。在中国又称 高压配电网络。电压一般为6~10千伏。城市多使用10干伏配电,随着负荷密度的增加,配电容量的增 长,配电电压有提高的趋势。如日本巳逐渐使用20千伏作为配电电压。中国部分地区也在试行20千伏配 电方案。   由配电变电所引出的一次配电线路的主干部分称为干线。由干线分出的部分称作支线。支线上接有 配电变压器。一次配电网络普遍使用的接线方式有放射式和环式两种。前者是指配电干线及支线以放射 状向其所辖范围供电;后者则是两条配电线路在供电区域内构成环形。显然,无备用的放射式接线投资 少,但可靠性较低。为了减少故障停电范围,通常装设分段开关将线路适当地分段。环式线路上也装有 联络开关,正常时开环运行。   二次配电网络? 由配电变压器次级引出线到用户入户线之间的线路、元件所组成的系统。又称 低压配电网络。其接线方式除了放射式与环式外,在城市中重要用户可采用双回线接线,用电负荷密度 高的市区则往往采用网格式。这种网络是由多条一次配电干线供电,通过配电变压器(又称网络变压 器)降压后,经低压熔断器与二次配电网相连(见图)。由于二次系统中相邻的配电变压器初级接到不 同的一次配电干线,避免了因一次配电线故障而导致市中心区停电。

  配电线路? 配电线路按结构分有架空线路和地下电缆。中国现有的城市和农村配电系统大多是 架空结构,采用钢筋混凝士杆和铝绞线或钢心铝绞线;新建旅游城市和大城市中心区、新建居民小区则广 泛使用地下电缆。   城市低压配电网络中,架空线路与沿街树木因碰触引起停电、触电事故时有发生,为此可以将低压 架空裸导线改为架空电缆或架空绝缘线。   参考书目  Turan G nen, Electric Power Distribution System Engineering ,McGraw-Hill,New York,1986.
蔡君华

2003-1-4

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huanliuzhan 换流站 commutation station
  在高压直流输电(HVDC)中,实现交流电和直流电相互变换的技术装置(见图)。将交流电变换成 直流电的技术装置称为整流站,将直流电变换成交流电的技术装置称为逆变站。事实上,只要采用适当 的控制手段,整流和逆变两者的运行是可逆的。这种可逆运行称为翻转。换流站是直流输电的中心环 节,是联接交流电力系统和直流输电的枢纽。也可以将整流和逆变的装置统一设置在一个换流站内, 以实现两个不同频率的交流电力系统之间的联接。

  换流站的主要设备有:换流阀、换流变压器、控制调节系统、保护系统、平波电抗器、交流滤波 器、直流滤波器、避雷器等。   由换流变压器和换流阀组成的换流装置是换流站的核心。换流阀有早期的汞弧换流阀和近代的晶闸 管换流阀。50年代末以来,可控硅技术的迅速发展,使单个元件容量增大,可靠性提高,价格逐步降 低、无逆弧故障,维护检修方便,占地面积小。70年代晶闸管换流阀已经代替汞弧阀。   换流站的控制调节和保护系统实现下列功能:停、送直流功率,控制电力潮流的方向,调节潮流的 数量和其他电气参量,处理和限制换流阀非正常运行和交、直流系统干扰所造成的影响,保护换流站的 设备,以及监测换流站的各种参量。换流站及直流输电系统的运行性能和安全可靠程度与控制调节系统 的性能和可靠程度密切相关,对整个电力系统的运行也有重要的影响。所以换流站的控制调节和保护系 统是换流站的智能部分,其发展趋向是采用微机技术。
陈寿孙

2003-1-4

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kaiguanzhan 开关站 switching station
  在远距离输电线路中间,用断路器将线路分段断开的工程设施。又称中间开关站或开闭所。开关站 与变电所的区别在于:①没有主变压器;②进出线属同一电压等级;③站用电的电源引自站外其他高压 或中压线路。   开关站的主要功能是:①将长距离输电线路分成若干段,以降低工频过电压水平和操作过电压水 平;②当线路发生故障时,由于在开关站的两侧都装设了断路器,所以仅使一段线路被切除,系统阻抗 增加不多,因此提高了系统的稳定性,增加了远距离输电线路的输送容量;③发生故障时只切除一段 故障线路,缩小了事故范围。   开关站通常应用于超高压远距离输电线路中。
蓝增珏

2003-1-4

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fengbishi biandiansuo 封闭式变电所 gas isolate substation
  由六氟化硫全封闭组合电器装备的变电所。六氟化硫全封闭组合电器(GIS)是由断路器、负荷 开关、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线、出线套管、电缆终端等电器元件组成。按照 变电所主接线的要求,把上述有关的电器元件组装在接地的金属外壳内。外壳内充有六氟化硫(SF6)气 体(表压为0.4~0.5MPa),作为全封闭组合电器的绝缘介质和灭弧介质。   电压等级为170kV及以下的SF6全封闭组合电器采用共箱式结构,三相的电器元件放在同一个接地的 钢壳中。电压等级更高的 SF6全封闭组合电器一般采用分箱式结构,电器元件分相装在3 个接地的钢壳 内。但有些SF6全封闭组合电器中,母线采用共箱式结构,其他电器元件则采用分箱式安装。 SF6全封闭 组合电器一般用于户内,也可在户外使用。   封闭式变电所有以下几个特点:①由SF6全封闭组合电器装备的变电所和常规电器装备的变电所相 比,占地面积和空间随着额定电压的增加而显著减小。中国设计的桥形接线的 SF6全封闭组合电器的变 电所和常规电器变电所的布置面积和体积的比较(以同级电压的常规电器变电所户外布置作为100%计 算)见表。   500kV 全封闭组合电器变电所占地面积为常规电器变电所的1.2~2%。因此,SF6全封闭组合电器特 别适用于大城市场地拥挤地区的变电所、地下变电所,以及山区地势险峻的水电站。   ②SF6全封闭组合电器运行可靠性高。 据国际大电网会议的调查,SF6全封闭组合电器的事故率为 0.1~0.2次/站?年,比常规电器低一个数量级。

  ③SF6全封闭组合电器重量轻,可以整体运输。一个运输单元通常是一个出线间隔(及其控制柜), 运到现场后安装方便。   ④SF6全封闭组合电器检修周期长。 除操作机构外,一般都能做到20~25年不检修。   ⑤SF6 全封闭组合电器的带电部分(套管出线除外)全部密封在接地的金属外壳内,不受外界环境 (如高海拔,冰、霜、雨、雪,工业污秽)的影响。SF6全封闭组合电器布置重心低,抗地震能力大,适 宜用在高烈度地震的地区。   ⑥SF6全封闭组合电器以SF6气体作为绝缘与灭弧介质。SF6气体化学性能稳定,不会燃烧,使电器设 备的防火问题得到完满的解决。SF6全封闭组合电器噪声小,对无线电信号也不产生干扰。   ⑦SF6全封闭组合电器密封面多,为了满足年漏气率0.5~1%的要求, 密封面的加工精度要求很高; 由于外形尺寸小,材料的选用,零部件的加工要求都很严格,因此SF6全封闭组合电器的价格很高。根据80 年代的技术经济条件,只有电压等级高于420kV时,SF6全封闭组合电器的价格才有可能低于常规电器。但 若把工程费用、土地费用和运行维护费用考虑在内,则在 123/145kV变电所中选用SF6全封闭组合电器也 将是经济的。
张节容

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biandiansuo 变电所 substation
  电力系统中对电能的电压和电流进行变换、集中和分配的场所(见图)。为了保证电能的质量以 及设备的安全,在变电所中还进行电压调整、潮流控制以及输配电线路和主要电工设 备的保护。变电所通常指独立的电力变电所及电气铁路变电所,不包括各种发电厂的 厂用变电所。   分类? 变电所的分类方法有多种,可以按布置方式、用途、电压等级和它在电 力系统中的地位等分类。按布置方式可分为户外式、户内式、封闭式、移动式几大 类。按户内布置又可分为地上变电所和地下变电所。按用途可分为电力变电所和电气铁路用变电所,前 者又可分为输电变电所、配电用变电所和变频所。按电压等级可分为中压变电所(60千伏及以下)、高压 变电所(110~220)千伏、超高压变电所(330~765)千伏和特高压变电所(1000千伏及以上)。按其在 电力系统中的地位可分为枢纽变电所、中间变电所和终端变电所。   组成? 变电所主要由主接线,主变压器,高、低压配电装置,继电保护和控制系统,所用电和直 流系统,远动和通信系统、必要的无功功率补偿装置和主控制室等组成。其中,主接线、主变压器、高 低压配电装置属于一次系统,继电保护和控制系统、直流系统、远动和通信系统等属于二次系统。   主接线? 变电所的最重要组成部分。它主宰着变电所的功能、建设投资、运行质量、维护条件和 供电可靠性。一般分为单母线、双母线、一个半断路器接线和环形接线几种基本形式。在这些基础上, 还可按主母线和分段的数量、旁路的设置、一串结构中断路器多少、变压器回路是否直接联到母线等 因素,派生出一些类似的主接线。   ①单母线:一种最简单的主接线形式。所需设备和占用空间少,因而投资少,适用于中小城市和110 千伏及以下变电所。为提高可靠性和便于检修,常用分段开关装置分成若干个区段。   ②双母线:由两组规格相同的母线组成。变电所的进出线和主变压器都通过各自的一个断路器和两 组隔离开关分别与任一组母线相联接。这种双母线接线是运用最广泛的主接线。对于母线电压较高, 进出线回路很多,供电可靠性要求高的大容量变电所,需采用三母线主接线,或者采用双母线多分段主 接线。   ③一个半断路器接线:变电所每两个主要元件(如变压器与线路或线路与线路)与 3个断路器和相 应的隔离开关,串接在两组主母线之间,每个元件或回路平均由一个半断路器来控制开或合。这种主接 线的基本特点是,任一母线或3个断路器中任何一个需检修,都可随时退出运行,而不影响回路的供电或 受电。其可靠性高于双母线。   ④环形接线:又称多角形接线。变电所内所有断路器和相应的隔离开关与母线串接成一个封闭环 形,在每两个断路器之间,引接进出线路或变压器。   继电保护与控制? 变电所的继电保护分为系统保护和元件保护两类。前者指输电线路保护和 母线保护,后者指变压器保护、电抗器保护及无功补偿装置保护。它们都经历了单个机电式继电器保 护、电磁式组合继电器保护、分离元件晶体管保护、集成电路保护以及计算机式保护等的发展过程。此 外,微波保护、光纤保护等各种新型保护已开始在220千伏、500千伏系统中采用。   变电所的控制方式一般可分为直接控制和选控两大类。直接控制方式采用一对一的控制按钮,优点 是操作简单,直观性强;缺点是控制装置占地面积较大。直接控制又分为强电控制和弱电控制两种。对 于控制对较多的变电所,如果采用直接控制方式,则控制盘数量太多,控制监视面太大,已经不能满足 运行要求,此时需采用选控方式。选控方式具有控制容量大、控制集中、控制屏占地面积较小等优点; 缺点是直观性较差,中间转换环节多。   其他组成部分? 包括在正常运行和检修时给变电所的电工设备、机械设备供电的所用电系统; 给变电所的继电保护、自动化、信号装置、通信装置、电气设备的操作回路和事故照明提供直流电的直 流系统;为了满足电力系统各种运行方式下电压调整和对无功功率的需要而装设的可调分头的变压器和 无功功率补偿装置;为了满足变电所与调度所之间的通信联系而装设的通信和远动装置。变电所的通信 分为电力线载波通信和微波通信。   变电所总体布置?  直接关系到变电所的建设投资和生产运行、检修的方便与否。通常按变 电、配电装置和进出线方向的相互关系分为对侧出线、垂直出线和并列出线3种基本方式。   ①对侧出线:主变压器布置在变电所的中间位置,高低压配电装置分别在它的两侧,朝着相反的方向 进出线。这是应用得最广泛的一种布置方式,适用于进出线走廊互相平行的变电所。   ②垂直出线:主变压器和高低压配电装置的相对位置和对侧出线相同,只是高低压进出线方向互相 垂直。适用于进出线走廊相互垂直的各种变电所。   ③并列出线:各级配电装置并排布置在一侧,进出线都在同一方向,而主变压器布置在另一侧。这 种方式仅适用于地形比较特殊、出线走廊受到严格限制的变电所。   设备选择与所址选择?  变电所的先进性、经济性和可靠性,在很大程度上取决于设备的性能

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及其合理配置。变电所主变压器的选择应遵循:①一般变电所装设2~3台(组)主变压器,对110~220 千伏级,当仅有一个电源时,亦可只装1台;②330千伏及以下,主变压器一般采用三相变压器,容量按 投入 5~10年的预期负荷选择;③在装有2台及以上主变压器的变电所中,当一台断开时,其余主变压器 的容量应能满足一级和二级负荷的需要;④具有3种电压的变电所,如通过主变压器各侧绕组的功率均达 到该变压器额定容量的15%以上,或低压侧虽无负荷但需装设无功补偿设备时,均宜选用三绕组变压 器;⑤选用变压器接线组别时,应综合考虑继电保护、通信干扰和系统发展的因素。变电所高压断路器 的选择原则是:①6~220千伏级,一般可用少油断路器;②110~220千伏级,当少油断路器不能满足开断 容量或开断时间要求时,宜选用六氟化硫断路器(SF6断路器);③330~500千伏级,应采用SF6断路器, 高寒地区可采用SF6混氮式断路器或空气断路器。超高压避雷器的选择应符合限制内过电压的要求。隔离 开关选型应适合设备布置方式和当地环境条件、气象条件(地震烈度、空气污秽等级、覆冰厚度、风速 等)。   变电所所址选择除应考虑尽量靠近电网枢钮点或负荷中心外,还应考虑:①不占或少占农田;②便 于出线,尽量避免输电线路相互交叉,以及出线走廊对通信和信号线造成的危险与干扰;③地震问题(地 区标准烈度8度及以上地区一般不宜建设大型变电所)、空气污秽条件以及噪声、静电感应对周围造成的 环境问题。
蓝增珏

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dianli xitong yunxing 电力系统运行 operation of power system
  电力系统的所有组成环节执行其功能,即电能生产、变换、传输、分配和利用的过程。   电力系统的运行状态可以分成正常状态和异常状态两种。正常状态又可分为安全状态和警戒状态; 异常状态又分成紧急状态和恢复状态。电力系统的运行包括了所有这些状态及其相互间的转移,如图所 示。

  安全状态? 系统的频率、各节点的电压、各元件的负荷均处于规定的允许值范围内,并且一般 的小扰动不致使运行状态脱离正常运行状态。由于目前电能尚不能大量存贮,任何瞬间必须保证发电、 输电、用电之间的平衡,而用电负荷又随时会发生变化,所以正常安全状态实际上始终处于一个动态的 平衡之中,必须进行正常的调整,包括频率和电压,即有功功率和无功功率的调整。   警戒状态? 系统整体仍处于安全的范围内,但个别元件或地区的运行参数已临近安全范围的边 缘,扰动将使运行进入紧急状态。对处于警戒状态的电力系统应该采取预防控制,使之进入安全状态。   紧急状态? 正常运行状态的电力系统遭到扰动(包括负荷的变动和各种故障),电源和负荷之 间的功率平衡遭到破坏而引起系统频率和节点电压超过了允许的偏移值,或元件的负担超过了安全运行 的限制值,系统处于危机中。对处于紧急状态下的电力系统,应该采取各种校正控制和稳定控制措施, 使系统尽可能回复到正常状态。近来有人把紧急状态进一步分为耐受性危机(它允许持续几秒到几十分 钟)和稳定性危机(它允许持续时间一般不超过10秒钟)。这种细分有利于针对不同的危机采取不同的 控制措施。   恢复状态? 这时电力系统已被解列成若干个局部系统,其中有些系统已经不能保证正常地向用 户供电,但其他部分可以维持正常状态;或者系统未被解列,但已不能满足向所有的用户正常供电,已 有部分负荷被切除。当处于紧急状态下的电力系统不能通过校正和稳定控制回复到正常状态时,应按对 用户影响最小的原则采取紧急控制措施,使之进入恢复状态。然后根据情况采取恢复控制措施,使系统 回复到正常运行状态。   安全控制? 预防性控制、校正控制、稳定控制、紧急控制和恢复控制都以提高电力系统安全性 为目标,所以统一称为安全控制。   由于供电中断和电能质量的低劣会给国民经济和人民生活带来严重影响,所以电力系统的运行必须 安全可靠、保证电能质量和求取最大的经济性。   为了提高电力系统的安全可靠性,要求系统有一定的备用容量以满足负荷变动和事故的需要;要求 合理配置无功功率电源;要求设备处于健康的状态,系统具有一定的稳定性储备,并配备各种必要的安 全措施和装置。   交流电力系统的频率、电流和电压的正弦波形,以及各节点的电压幅值是电能质量的 3个基本指 标。为了保证电能质量,必须采取电压调整、频率调整和抑制谐波的措施。   电力系统调度? 电力系统在保证安全可靠和电能质量的前提下,还应力求调整负荷,提高设备 利用率,合理利用各种能源资源,实施经济运行,降低煤耗、厂用电和网络损耗,以取得最大的经济 效益。   由于电力系统本身的特点:集中的发电和分散的用电,电力系统分布于广阔的地域而发、送、用之 间的功率又要求严格的瞬时平衡,因而电力系统的运行需要统一而分级、分层的调度管理,需要一个和 电能传输、分配系统相平行的信息采集、传输和处理的通信系统,以实现正常的调整和各种安全、经济 的控制。
陈寿孙

2003-1-7

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zidong chonghezha 自动重合闸 auto-reclosing
  一种广泛应用于输电和供电线路上的有效反事故措施。即当线路出现故障,继电保护使断路器跳 闸后,自动重合闸装置经短时间间隔后使断路器重新合上。在大多数情况下,线路故障是暂时性的(如 雷击、风害等),断路器跳闸后线路的绝缘性能(绝缘子和空气间隙)能得到恢复,再次重合能成功, 从而可继续供电,这样就显著提高了电力系统供电的可靠性。少数情况属永久性故障,继电保护动作 后,自动重合闸装置不再动作。   一般情况下,线路故障跳闸后重合闸越快,效果越好。重合闸允许的最小间隔时间(断路器跳闸到 断路器触头再次闭合的时间)受断路器操作机械动作时间、断路灭弧去电离时间及故障点空气去电离时 间的限制,一般为0.15~0.5秒。线路额定电压越高,绝缘去电离时间越长。   自动重合闸装置多数为三相一次重合闸,即三相同时动作,重合一次;少数为三相二次重合闸。对 于单侧供电线路,只需装设普通三相一次重合闸;双侧供电线路,需装设检查同期自动重合闸;高压远 距离输电线路多采用单相自动重合闸,所以故障按相跳闸再按相重合。根据电力系统结构和运行要求, 有些需采用综合重合闸,即单相故障时,单相跳闸并重合;多相故障时,三相跳闸,然后三相重合。自动 重合闸的成功率依电压等级、线路结构、主要故障类型、气象条件等变化而定,据中国电力部门统计, 一般可以达到60~90%。   用电系统中另一种广泛应用的反事故措施是备用电源自动投入。即当工作电源因故障而被切除时, 自动将备用电源迅速投入运行,从而保证了供电的连续性。备用电源的投入时间应当愈短愈好。它主要 取决于开关合闸所需的时间,约为0.2~0.5秒。备用电源自动投入所需增加的投资很小,而其维持正常 供电带来的经济效益却甚大,所以在用电系统中得到广泛的应用。
沈善德

2003-1-7

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weiji jidian baohu 微机继电保护 microcomputer relay protection
  应用微型计算机或微处理机构成的继电保护。1965年已开始计算机保护的研究工作,但由于在价 格、计算速度和可靠性方面的原因,发展缓慢。70年代初、中期,大规模集成电路技术的飞速发展,微 型计算机和微处理机问世,价格大幅度下降,计算速度不断加快,可靠性也大为提高,微机继电保护的 研制随之出现高潮,到70年代后期已趋于实用。   结构与工作原理? 微机继电保护的基本构成如图1所示。

  微机继电保护的输入信号是电力系统的模拟量,而计算机只能对数字量进行计算和判断,因此由 电力系统经电压互感器和/或电流互感器输入的模拟量必先经过预处理,其过程如图2所示。

  继电保护在大部分情况下取用输入信号中的基波模拟量。根据采样定理,如被测信号频率(或要求 保留的最高次谐波频率)为f0,则采样频率fδ必须大于2f0,否则由采样值不可能拟合还原成原来的曲 线。对于那些大于0.5fδ频率的谐波分量,必须在进入采样器之前,利用模拟式低通滤波器(前置模拟滤 波)将其滤掉。   由于输入信号常常有多个,故设置多路转换器将输入模拟信号逐个交与A/D变换器转化成数字量。这 些数字量应在存储器中按先后顺序排列,以便后续功能处理程序取用。   为了保证计算机计算和判断的正确,实现以某种频率的正弦电量为基础的继电保护原理,必须将经 A/D变换后的数字量再经一次滤波。由于数字滤波器精度高、可靠而且调整灵活,通过时分复用可使装 置简化,因此微机保护中普遍采用数字滤波器。数字滤波器本身可理解为一个计算程序或算法,它将代 表输入信号的数字时间序列转换为代表输出信号的数字时间序列,使信号按照预定的形式变化。微机继 电保护中应根据电力系统信号的特点和保护原理的要求设计、选择相应的数字滤波器。数学滤波器的主 要性能指标是频域特性、时延和计算量。   算法问题? 对离散和量化的数字式采样序列,用数学运算方法实现故障量的测量,这就是微机 保护的算法问题。要求运算精度满足保护的实际需要,同时计算时间又尽可能短。微机继电保护的研究 初期,一些算法是基于被采样的电压、电流均系纯正弦波的,为此应将输入信号进行预处理。稍后,相 继提出傅里叶算法和沃尔什函数算法。它们假定输入信号中含有非周期分量、基波和高次谐波。这些算 法本身具有很强的滤去高次谐波的功能,因此无需另设数字滤波器,但对非周期分量必须采取其他措 施。由于电力系统中大量应用铁磁非线性元件,输电线路分布电容和串联、并联电容,以及电压互感 器、电流互感器的暂态特性等因素的影响,使微机继电保护输入信号中还含有许多随机高频分量,它们 起着干扰或噪声的作用。对此,可采用最小二乘曲线拟合算法或对计算结果采取平滑措施。上述种种算 法都是先算出电压、电流的大小和相位,然后根据保护的动作判据作进一步的运算,最终实现其保护 功能。也有一些算法将电量运算与保护动作判据运算直接结合在一起,例如用离散值直接实现的方向阻 抗继电器的算法。   优点与应用前景?  由于计算机的优越存储能力,可以方便地得到保护需要的故障分量并准确 地予以保持,这是模拟式保护装置难以达到的。由于计算机的强大运算能力,可以实现一些以往模拟式 保护装置无法实现的复杂保护动作特性、自适应性的定值或特性改变以及良好的自检功能。同常规继电 保护相比,微机继电保护的抗电磁干扰能力较弱,因此,它的广泛应用受到一定的限制。应用微机继电 保护时,应特别注意解决好电磁兼容性问题。
王维俭

2003-1-7

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zaibo baohu 载波保护 carrier protection
  为了在远距离输电线上实现差动保护,必须将线路一端的电气量传送到另一端,广泛采用的方法 之一是利用高压输电线本身作通道,以50~300kHz的高频电流相互传送两侧电气量,这就是载波保护。 又称高频保护。载波保护应在被保护线路两端配置收、发信机。当收信机收到的信息是保护装置发出跳 闸命令的必要条件时,则称为允许跳闸式(简称允许式);当收信机收到信息就不允许发出跳闸命令时 称为闭锁跳闸式(简称闭锁式)。   控制发信的元件除应有方向性外,其正向保护范围小于被保护线路全长者称为欠范围式;反之若正 向保护范围大于被保护线路全长者则称为超范围式。   按照保护所取用的判别量,载波保护又可分为方向比较、相位比较和电流差动3种保护方式。   方向比较式载波保护  比较被保护线路两端各自看到的故障方向,以综合判断是区内或区外 故障。以阶段式距离保护及零序电流保护为基础构成的方向比较式载波保护简单方便,运行性能较 好,如有与通信部门共用通道的有利条件时,宜广泛采用。中国普遍用电力线载波通道,宜用闭锁跳闸 式。这种方式的载波保护在区外故障时,若通道出毛病,保护将误动,因此提高通道运行的可靠性和经常 监视其完好性的问题十分重要。由于各种方向比较式载波保护在非全相运行时均可能误动,因此非全相 运行的短路故障必须由其他保护装置切除。    相位比较式载波保护  比较被保护线路两端电流的相位以判断是区内或区外故障。这种保护 简单、可靠,系统振荡时不会误动作,十分适宜于中、短线路上使用。对于电力线载波通道,宜采用单 频制收发信机构成的半波比相式。为了避免区外故障转换时引起的误动作,应连续正确比相两次才发跳 闸命令。为保证三相短路时可靠跳闸,对于中、长线路,起动元件宜采用相电流突变量元件。当被保护 线路采用单相重合闸时,应考虑在发生同名相断线接地故障或者负荷较重的中、长线路在非全相运行期 间发生单相接地故障时,保护可能拒动的问题。对于长线路的相位比较式载波保护,比相元件闭锁角整 定为

式中 l为线长公里数。而电动势领先一侧的收信机收到的两侧高频信号相位差可达

从而造成该保护的相继动作区。对于330kV及以上的长线路,这种保护方式往往不得不增设电容电流补偿 回路,使保护装置复杂化。   电流差动式载波保护  以被保护线路两端电流矢量(大小和相位)的关系作为保护动作的判 据。当用二次电缆直接联系两侧电流时就是导引线保护(见差动保护)。
王维俭

2003-1-7

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chadong baohu 差动保护 differential protection
  比较被保护设备各端口电流的大小和(或)相位的继电保护。当被保护设备在正常运行或外部短 路以及系统振荡时,由于被保护设备各端口电流之和等于零,所以差动保护不会误动作;而在被保护设 备本身发生内部短路时,各端口电流之和将等于总短路电流,差动保护将灵敏动作。   为实现差动保护,就必须在被保护设备各端口装设电流互感器(见互感器),并敷设长度与被保护 设备相应的二次电缆,这就极大地限制了差动保护在超高压远距离输电线上的应用。中国110~220kV输 电线应用差动保护限制在5~7km,称为导引线保护;对于更长的超高压输电线差动保护,采用高频载 波通道来联系线路两端的电气量,称为载波保护。为了简化保护装置和节省二次电缆,超高压输电线 的导引线保护和载波保护通常均先将三相电流和(或)电压经对称分量滤序器变换为单相的对称分量 电流和电压。为了导引线本身的安全和导引线保护装置的可靠,还应装设导引线的过电压保护和断线 监视装置。   电力系统中除输电线路外的其他电工主设备(如发电机、变压器、电抗器、电动机、母线 等),由于它们的延伸长度不大,一般不超过几百米,很适合采用差动保护作为它们的主保护。因此差 动保护成为电工主设备广泛应用的一种继电保护装置。   原理和特性? 以两端口的被保护设备为例,定义各端口电流夒M、夒N的正向为由端口流向被保 护设备,如图1所示。

图中

icd=iM+iN icd为差动电流,它使差动保护动作。与此相应有 izd=iM-iN izd为制动电流,它使差动保护抑制动作。
  广泛采用的差动继电器具有比率制动特性(图2), 为最小动作电流;izd0为比率制动特性的拐点 电流;idz为继电器的动作电流,它随制动电流izd 的大小而变化;差动保护动作区为图中 的阴影部分。   外部短路或系统振荡时,夒M=-夒N,iM=-iN,相应有制动电流izd=2iM很大,差动电 流icd≈0,保护不动作。内部短路时izd较小,icd 很大,保护灵敏动作。   母线保护? 母线差动保护的突出问题是外部故障时故障支路电流特别大,相应 的电流互感器严重饱和,而其他非故障支路的电流互感器饱和较轻,从而可能出现很大的不平衡电流而 造成保护误动作。为此母线差动保护要求所有支路的电流互感器具有同一变比,且有足够饱和倍数。一 种行之有效的方案是改用电压型差动保护,即采用高阻抗的电压继电器作为差动保护的检测元件,只要 适当选取电流互感器二次回路阻值和饱和电压值,就可做到既不误动又不拒动。这种电压型差动保护虽 然允许电流互感器饱和,但仍必须要求全部互感器变比相同,在实用上受到限制。一种允许互感器变比 不同的母线保护方案是相位差动保护,即利用内部短路时各分支电流接近同相,外部短路时故障分支电 流与非故障分支电流几乎相差180°的相位关系,构成只比较相位不比较幅值的差动保护。这一方案不能 用于一个半开关接线或多角形母线。   变压器保护? 由于变压器的各侧绕组之间存在磁的耦合关系,使得它的差动保护与其他主设备 的差动保护有很大不同,即在变压器无内部故障的情况下,Icd 等于励磁电流,不为零,特别是当空投变 压器时,会呈现极大的励磁涌流,这就容易使变压器差动保护误动作。目前用于防止励磁涌流作用下保 护误动的方法主要有以下3种。   ①利用涌流中常常含有大量非周期分量,即采用速饱和变流器来阻挡励磁涌流流入执行元件。此方

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法的缺点是三相变压器空投时往往有一相涌流无非周期分量,此时必须以提高整定电流的方法来防止误 动,这就降低了灵敏度;同时由于内部故障电流中也有非周期分量,所以这种保护的动作速度也不快。   ②基于单相变压器励磁涌流中二次谐波/基波之比不小于17%,采用二次谐波制动方案。但研究表 明,三相变压器励磁涌流中往往有一相或二相涌流的二次谐波成分小于15%。为此,采用“三相涌流中 任一相二次谐波/基波之比大于15%时就立即闭锁三相差动保护”的办法。   ③基于励磁涌流波形的间断角一定大于 60°的原理,构成间断角原理的变压器差动保护。   鉴于现代超高压远距离输电系统的分布电容和静止补偿装置的影响,使变压器差动保护区内短路时 也具有较大成分的频率接近二次谐波的电流,使防止空投涌流下误动的问题更加困难。利用变压器铁心 励磁特性来区分短路电流和励磁涌流将为微机变压器保护的构成提供新的可能性。
王维俭

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juli baohu 距离保护 distance protection
  用电压与电流的比值(即阻抗)构成的继电保护。又称阻抗保护。它的动作行为反映保护安装处到 短路点距离的远近。与电流保护和电压保护相比,距离保护的性能受系统运行方式的影响较小。   当短路点距保护安装处近时,其量测阻抗小,动作时间短;当短路点距保护安装处远时,其量测阻抗 大,动作时间就增长,这样保证了保护有选择性地切除故障线路。距离保护的动作时间 (t)与保护安装处 至短路点距离(l)的关系t=f(l),称为距离保护的时限特性。为了满足继电保护速动性、选择性和灵敏性 的要求,目前广泛采用具有三段动作范围的时限特性。三段分别称为距离保护的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段,它们分 别与电流速断、限时电流速断及过电流保护相对应。   距离保护的第Ⅰ段是瞬时动作的,它的保护范围为本线路全长的80~85%;第Ⅱ段与限时电流速断相 似,它的保护范围应不超出下一条线路距离第Ⅰ段的保护范围,并带有高出一个△t的时限以保证动作的 选择性;第Ⅲ段与过电流保护相似,其起动阻抗按躲开正常运行时的负荷参量来选择,动作时限比保护范 围内其他各保护的最大动作时限高出一个△t。   装置构成? 一般情况下,距离保护装置由以下4种元件组成。①起动元件:在发生故障的瞬间起 动整套保护,并可作为距离保护的第Ⅲ段。起动元件常取用过电流继电器或低阻抗继电器。②方向元 件:保证保护动作的方向性,防止反方向故障时保护误动作。方向元件可取用单独的功率方向继电器, 也可取用功率方向继电器与距离元件结合构成方向阻抗继电器。③距离元件:距离保护装置的核心部 分。它的作用是量测短路点至保护安装处的距离。一般采用阻抗继电器。④时限元件:配合短路点的远 近得到所需的时限特性,以保证保护动作的选择性。一般采用时间继电器。   阻抗继电器? 阻抗继电器的类型很多,实现原理也不尽相同。最常用的有全阻抗继电器、方向 阻抗继电器、具有偏移特性的阻抗继电器等。它们的起动特性在阻抗复平面上是一个圆(见图)。圆的大 小根据整定值调整继电器得到。当阻抗继电器量测到的阻抗落在圆内时,继电器起 动;当量测到的阻抗落在圆外时,继电器不动。   阻抗继电器的动作特性除圆以外还有直线特性、割线特性、平行四边形特性等。   用作相间故障的距离保护一般采用0°接线,接入阻抗继电器的电量为同名相的两 相电压差与两相电流差,即妧AB与夒A-夒B(妧BC与夒B-夒C,妧CA与夒C-夒A)。量测到的是至故障点的线路 正序阻抗,与距离成正比。对于长距离输电线路的距离保护的起动元件,为了得到较好的避越负荷的能 力,送电端的阻抗继电器可采用-30°接线方式,即接入电量为妧AB与-夒B;受电端的阻抗继电器可采用 +30°接线,即接入电量为妧AB与夒A。   用作接地短路的距离保护要考虑零序电流引起的电压降落,必须采用零序补偿。接入阻抗继电器的电 量应为同名相电压与同名相电流加零序补偿,即妧A与夒A+3k夒0。式中k为线路每相相间互感阻抗与正序 阻抗之比,I0为零序电流。   任何距离继电器均需克服机械阻力或阈电压才能动作,所以输入继电器的电流不能太小。输入继电 器的电流较小时,继电器的起动阻抗将下降,使距离继电器的实际保护范围缩短,这将影响到与相邻线 路距离元件的配合,甚至引起非选择性动作。为把起动阻抗的误差限制在一定范围内,规定了精确工作电 流 这一指标。当输入电流等于 时,继电器的起动阻抗下降到整定值的90%;当输入电流大于 时,就可保证起动阻抗的误差在10%以内。因此精确工作电流 愈小,则继电器愈灵敏。   对于方向阻抗继电器,在近处发生短路时存在电压死区,即继电器拒绝动作。为了改善它的动作性 能,常采用极化回路以消除电压死区。   当系统发生振荡时,靠近系统振荡中心处的距离保护所测得的电压很低、电流很大,即阻抗很小。 为避免在系统振荡时距离保护装置误动作,应加设振荡闭锁装置。在电压互感回路断线时也将造成距离 保护误动作,也应增设闭锁元件。
王维俭

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电工

电工 〔综合〕 〔电工发展史〕 〔电工基本理论〕 电工材料 电磁测量 电器 电机 电力电子技术 电力系统 〔系统组成〕 发电 输电 变电 配电 电力网络 电力负荷 电力系统运行 〔正常运行〕 电力系统故障 〔紧急状态〕 电力系统安全控制 继电保护 电流保护 电压保护 功率方向保护 距离保护 差动保护 载波保护 微机继电保护 自动重合闸 〔稳定控制〕 解列 电力系统调度 电力系统规划 电力系统信息与控制 绝缘配合 高电压技术 〔用电〕 〔发电动力系统〕

.../tmfl.cbs?dbmenu=T2&count=6&key1=&key2=1&key3=779&key4=840&key5=865&key 003-1-7 2

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dianya baohu 电压保护 voltage protection
  利用电压的过低或过高所构成的继电保护,分别称为低电压保护和过电压保护。电力系统运行电 压是电能质量的重要指标,当它偏离额定电压超过一定限度时,可能破坏系统的稳定运行,影响工厂产品 的数量和质量,还可能造成用电设备的损坏。   水轮发电机组或大型汽轮发电机在突然甩负荷而转速上升时,或者由于励磁调节系统失灵和运行 人员失误,将产生危及绝缘安全的过电压,必须装设过电压保护。   电动机长时间在低电压条件下运转,将因电流过大而烧坏,为此电动机常装设低电压保护。   小接地电流系统发生接地故障时必然出现零序电压,利用此特征构成零序过电压接地保护。   利用不对称短路或不对称运行时出现的负序电压特征构成的负序过压继电器,与单相低压继电器、 三相过流继电器配合,组成灵敏度较高的复合电压起动的过电流保护装置。   发电机低励和失磁故障特征之一是三相电压同时降低,为此有三相低压保护继电器。   为了提高母线差动保护的可靠性,常用低压继电器作为辅助元件。   为了提高电流速断保护的灵敏度,由过流继电器和低压继电器共同组成电流电压联锁速断保护。
王维俭

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dianliu baohu 电流保护 current protection
  利用电力系统短路或异常工况下电流增大的特征所构成的继电保护。最原始形态的继电保护── 熔断器就是一种电流保护。最简单的电流保护是反映相电流的三阶段式,即电流速断保护、限时电流速 断保护和定时限过电流保护。   为了提高电流保护的灵敏度,对于不对称相间短路故障可采用负序电流保护;对于大接地电流系统 的接地短路故障,广泛采用零序电流保护(见对称分量法)。   短路电流越大,故障越严重,继电保护动作跳闸应越快。电流保护动作时间与电流大小有关时称 为反时限过电流保护,它具有动作时间和电流大小成反比的特性,被广泛用于保护电动机,可有效防止 保护在电动机起动过程中的误动作。为了充分发挥设备潜力,大型发电机和变压器的过负荷保护宜采 用这种反时限特性。为防止负序电流灼伤发电机转子,也应采用反时限特性的负序电流保护。   过电流继电器与低电压继电器配合,可构成低压闭锁过流保护,能适当提高电流保护灵敏度。   对于多侧电源电网,为了电流保护的选择性,一般需增设功率方向继电器。   小接地电流系统的接地保护,有反应稳态五次谐波零序电流的,也有反应暂态零序电流首半波极性 的。主要目的是为了解决选择性问题,以便在发生接地故障时,能迅速选出故障点,并将故障线段切 除。   系统运行方式的变化,对电流保护的运行性能影响很大。电流保护主要用于35kV及以下的电网。
王维俭

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jidian baohu 继电保护 relay protection of power system
  研究电力系统故障和危及安全运行的异常工况,以探讨其对策的反事故自动化措施。因在其发展 过程中曾主要用有触点的继电器来保护电力系统及其元件(发电机、变压器、输电线路、母线等)使 之免遭损害,所以沿称继电保护。   电力系统继电保护的基本任务是:当电力系统发生故障或异常工况时,在可能实现的最短时间和最 小区域内自动将故障设备从系统中切除,或者给出信号由值班人员消除异常工况的根源,以减轻或避免 设备的损坏和对相邻地区供电的影响。   简史? 19世纪的最后25年里,作为最早的继电保护装置熔断器已开始应用。电力系统的发展, 电网结构日趋复杂,短路容量不断增大,到20世纪初期产生了作用于断路器的电磁型继电保护装置。 虽然在1928年电子器件已开始被应用于保护装置,但电子型静态继电器的大量推广和生产,只是在50年 代晶体管和其他固态元器件迅速发展之后才得以实现。静态继电器有较高的灵敏度和动作速度、维护简 单、寿命长、体积小、消耗功率小等优点,但较易受环境温度和外界干扰的影响。1965年出现了应用计 算机的数字式继电保护。大规模集成电路技术的飞速发展,微处理机和微型计算机的普遍应用,极大地推 动了数字式继电保护技术的开发,目前微机数字保护正处于日新月异的研究试验阶段,并已有少量装置 正式运行。   基本性能? 继电保护的正确工作不仅有力地提高电力系统运行的安全可靠性,并且正确使用继 电保护技术和装置,还可能在满足系统技术条件的前提下降低一次设备的投资。继电保护为完成其功能, 必须具备以下5个基本性能。   ①安全性:继电保护装置应在不该动作时可靠地不动作,即不应发生误动作现象。   ②可靠性:继电保护装置应在该动作时可靠地动作,即不应发生拒动作现象。   ③快速性:继电保护装置应能以可能的最短时限将故障部分或异常工况从系统中切除或消除。   ④选择性:继电保护装置应在可能的最小区间将故障部分从系统中切除,以保证最大限度地向无故 障部分继续供电。   ⑤灵敏性:表示继电保护装置反映故障的能力。通常以灵敏系数klm表示。灵敏系数有两种表达方 式,即反映故障参量上升的保护灵敏系数,klm=保护区内金属性短路时故障参量的最小计算值/保护的动 作参量;反映故障参量下降的保护灵敏系数,klm=保护的动作参量/保护区内金属性短路时故障参量的最大 计算值。   继电保护须具备的 5个性能彼此紧密联系。在选择保护方案时,还应注意经济性。所谓经济性,不 仅指保护装置的设备投资和运行维护费,还必须考虑由于保护装置不完善而发生误动或拒动时对国民经 济所造成的损失。   分类? 继电保护可按以下4种方式分类。   ①按被保护对象分类,有输电线保护和主设备保护(如发电机、变压器、母线、电抗器、电容器等 保护)。   ②按保护功能分类,有短路故障保护和异常运行保护。前者又可分为主保护、后备保护和辅助保 护;后者又可分为过负荷保护、失磁保护、失步保护、低频保护、非全相运行保护等。   ③按保护装置进行比较和运算处理的信号量分类,有模拟式保护和数字式保护。一切机电型、整流 型、晶体管型和集成电路型(运算放大器)保护装置,它们直接反映输入信号的连续模拟量,均属模拟 式保护;采用微处理机和微型计算机的保护装置,它们反应的是将模拟量经采样和模/数转换后的离散数 字量,这是数字式保护。   ④按保护动作原理分类,有过电流保护、低电压保护、过电压保护、功率方向保护、距离保 护、差动保护、高频(载波)保护等。   系统保护? 实现继电保护功能的设备称为继电保护装置。虽然继电保护有多种类型,其装置也各 不相同,但都包含着下列主要的环节:①信号的采集,即测量环节;②信号的分析和处理环节;③判断环 节;④作用信号的输出环节。以上所述仅限于组成电力系统的各元件(发电机、变压器、母线、输电线 等)的继电保护问题,而各国电力系统的运行实践已经证明,仅仅配置电力系统各元件的继电保护装 置,还远不能防止发生全电力系统长期大面积停电的严重事故。为此必须从电力系统的全局和整体出 发,研究故障元件被相应继电保护装置动作而切除后,系统将呈现何种工况,系统失去稳定时将出现何 种特征,如何尽快恢复系统的正常运行。这些正是系统保护所需研究的内容。系统保护的任务就是当大 电力系统正常运行被破坏时,尽可能将其影响范围限制到最小,负荷停电时间减小到最短。   大电力系统的安全稳定运行,首先必须建立在电力系统的合理结构布局上,这是系统规划设计和运 行调度工作中必须重视的问题。在此基础上,系统保护的合理配置和正确整定,同时配合系统安全自动 装置(如解列装置、自动减负荷、切水轮发电机组、快速压汽轮发电机出力、自动重合闸、电气制

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动等),达到电力系统安全运行的目的。   鉴于机、炉、电诸部分构成电力生产中不可分割的整体,任一部分的故障均将影响电力生产的安 全,特别是大机组的不断增加和系统规模的迅速扩大,使大电力系统与大机组的相互影响和协调问题成 为电能安全生产的重大课题。电力系统继电保护和安全自动装置的配置方案应考虑机、炉设备的承受能 力,机、炉设备的设计制造也应充分考虑电力系统安全经济运行的实际需要。   为了巨型发电机组的安全,不仅应有完善的继电保护装置,还应积极研究和推广故障预测技术,以 期实现防患于未燃,进一步提高大机组的安全可靠性。   参考书目  王梅义、蒙定中等编:《高压电网继电保护运行技术》,电力工业出版社,北京,1981。  王维俭、侯炳蕴著:《大型机组继电保护理论基础》,电力工业出版社,北京,1983。
王维俭

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dianli xitong anquan kongzhi 电力系统安全控制 security control of power system
  为保证电力供应的不间断性而设置的控制系统和装置及采取的控制策略和措施。它与电力系统的 运行状态密切相关,包括预防控制、校正控制、稳定控制、紧急控制、恢复控制以及继电保护。   预防控制? 为防止电力系统越出正常运行状态而设置的装置和采取的策略、措施。包括随时将 测得的量与安全运行的目标值进行比较,并向运行人员提供必要信息,这称为安全监视;根据当时的运 行状态进行事故预想和模拟,检查系统的安全性,这称为安全分析;若安全分析的结果表明系统不够 安全,则向运行人员发出警报并提示或直接执行必要的措施,诸如切换负荷、改变系统结构、调整发电 机出力和潮流、分配后备出力、布置解列点和改变安全稳定装置及保护的整定值等。   校正控制? 为使电力系统的频率异常、电压异常和线路、变压器过负荷返回正常值而设置的装 置和采取的控制策略、措施。造成频率异常是因为系统有功功率不平衡。使频率恢复正常的主要手段是 调整发电机出力和调整负荷,包括合理配置汽轮发电机的热备用、水轮发电机组的调相运行和发电运 行的切换、水轮发电机和燃气轮机发电机组的自动起动、抽水蓄能机组的抽水和发电运行的切换,以 及在系统中合理配置按频率减裁、切除负荷等装置。造成电压异常的主要原因是系统无功功率不平衡或 无功功率分布不合理。使电压恢复正常的主要手段是调整系统的无功功率及其分布,包括发电机和调相 机的励磁控制、静止无功补偿器的控制、并联电容的投切、带负荷可调变压器分头的调整以及按电压 切除负荷的措施等。为了消除变压器和线路的过负荷,应该根据造成过负荷的原因采取相应的措施,如 投入备用设备,改变运行方式和潮流分布,直到切除负荷。   稳定控制? 为防止系统中发电机失步,防止系统失去稳定或提高系统运行稳定性,也就是使系 统从紧急状态恢复进入正常状态而设置的装置和采取的控制策略、措施。包括发电机的快速励磁控制和 附加励磁调节(电力系统稳定器)、汽轮发电机的汽门快关和控制、电阻制动控制、联锁切除发电机 和切除负荷、串联电容的强制补偿控制、并联无功补偿设备的控制以及直流输电的功率控制等。   紧急控制? 当系统已经失去稳定,出现振荡,为了尽量缩小影响范围、减少损失而设置的装置和 采取的控制策略、措施。包括发电机的再同期控制和解列控制。发电机的再同期控制是当发电机失去同 步后,暂时不切除发电机,通过减小原动机的输入功率、适当的励磁控制,使系统经过短时间的异步运 行重新恢复同步。解列控制是当系统失去同步后无法恢复同步时,将失去同步的发电机群之间的电联系 切断,从而使系统分成两个或两个以上的系统而各自独立运行,消除振荡。它是最终解决系统振荡、防 止事故扩大的重要措施。   恢复控制? 通过对电力系统紧急状态采取紧急控制后,事故已被抑制,振荡已被平息,系统可 能已解列为若干个子系统,有些发电机、负荷、线路已被断开,这时系统处于恢复状态,为了使系统恢 复到正常状态而采取的一系列有秩序的控制和操作称为恢复控制。它包括再启动、负荷的投入、区域内 电厂的并列、区域间的并联、联络线的投入等等。   进展? 现代电力系统的安全控制,正在发展以在线运行的计算机为核心的分层分布式控制。它由 局部控制、区域控制和中央控制 3个层次组成。各个层次有自己的功能又相互联系协调,以共同完成上 述的各种安全控制措施。
陈寿孙

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dianli xitong zhendang 电力系统振荡 power system oscillation
  一般指电力系统受到扰动或调节控制的诱发,由本身的电磁特性和机械特性而产生的一种动态过 程,表现为电力系统中发电机的转速、并列运行的发电机间的相对角度、系统的频率、母线上的电 压、支路中的电流和功率产生波动、偏离正常值,振荡中心的电压有大幅度的跌落。不衰减和增幅的振 荡会破坏电力系统的正常运行,甚至损坏电工设备,导致系统的崩溃。所以通过分析,掌握电力系统的 动态特性,采取措施,预防发生振荡,抑制和消除已发生的振荡,是保证电力系统安全运行的重要内 容。   电力系统振荡与电力系统稳定密切相关。根据电力系统稳定与否,分同步振荡和非同步振荡。如 果系统是稳定的,则系统在受到扰动以后,产生的振荡将在有限的时间内衰减,进而达到新的平衡的运 行状态,称为同步振荡。如果系统是不稳定的,则系统受到扰动后产生的振荡将导致系统中发电机同步 运行的破坏,进而过渡到非同步运行状态,这种振荡称为非同步振荡。其特征是系统将不能保持同一个 频率,并且所有的电参量和机械量的波动明显地偏离额定值。非同步振荡会对电力系统的安全产生严重 的威胁,必须采取调节控制措施。在采取措施后可能再同步成功,即系统重新过渡到同步振荡而最后达 到新的平衡状态。也可能再同步不成功,则必须进而采取措施将系统不同步的几部分分解开来,以结束 非同步振荡。   在现代发电机组容量日益增大、电网规模日趋扩大、调节控制手段日益增多的电力系统中,还存在 以下两种形式的振荡:   ①低频振荡。由于系统中发电机组的电联系相对薄弱,阻尼特性很弱,因而在快速励磁调节的作用 下产生负阻尼,系统受到扰动后发生长时间不衰减的振荡。现代电力系统中遇到的这种振荡,频率范围 常在0.1~2.5赫。   ②次周期振荡。由于大型发电机组(长轴)的机械参数和电设备的电磁参数相互匹配而产生的频率 略低于同步频率的振荡。   实际电力系统中,振荡事故的发生往往可能是上述几种振荡的交替发生。例如,1974年 5月28日中 国西北330千伏超高压电力系统发生的振荡事故,先是在220千伏线路发生短路跳闸甩负荷,随后造成330 千伏线路同步振荡,失去同步约3秒,造成非同步振荡约10秒,再同步成功后,又进入同步振荡,而后衰 减到新的稳态运行方式,全过程约30秒。
郑美特

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Pinlü bengkui 频率崩溃 frequency co11apse
  由于频率恶性下降造成的电力系统严重事故。电力系统正常运行时,包括负荷和各环节损耗在内 的功率消耗与发电机的功率输出相平衡,频率保持恒定(中国为50赫)。当发电功率和功率消耗之间发 生很大的功率缺额时,频率就要降低。当发电厂的备用容量已全部动用出来,按频率降低切除部分用户 的措施不及时,火电厂厂用电辅助机组因频率下降而出力不足,造成锅炉供水、给煤量和送风量减少, 锅炉蒸汽压力下降,汽轮机的出力降低使频率再降低,达到临界频率(在工频为50赫的系统中,约为38 ~45赫)后,锅炉给水中断,切除机组,此时电力系统更缺少有功功率,导致恶性循环,频率急剧下降, 造成电力系统的全部瓦解,并使大部分用户、甚至全部用户停电,即为频率崩溃。频率降低还可能使负荷 节点的无功功率需求增加和发电机无功功率出力降低,从而导致电力系统电压崩溃。   为了防止频率崩溃,可采取以下损失最小的措施:①尽可能动用电力系统中的热备用容量。②合理配 置自动低频减载装置,使频率降低时有足够的速度和切除量。③水电站由于调节系统惯性大,在频率降 低时可以采用加快带负荷装置,不用调速器的缓冲元件。对于静止状态的水轮发电机组采用低频自起 动。④在燃气轮机和柴油机等可快速起动的机组上采用低频自起动装置。⑤解列部分电力系统以保证主 系统的频率恢复正常。
郑美特

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dianya bengkui 电压崩溃 voltage collapse
  由电压恶性下降造成的电力系统严重事故。电力系统正常运行时,电源的无功功率输出与负荷的 无功功率消耗及网络无功损耗相平衡。若电源或无功功率补偿容量发生缺额时,负荷端电压被迫降 低,当电压降低到某个临界值后,电压值持续不断地下降而不能恢复,即为电压崩溃。电压崩溃将使该地 区的所有负荷被迫停电,甚至可能扩大为系统几部分之间的失去同步,导致非同步振荡,造成全系统的 事故,损失更多负荷。对某一节点发电机和负荷的无功功率与节点电压的关系曲线QG-U和QLD-U(见 图)。它们有两个交点a和b。a点是稳定点,能承受小的扰动;b点是不稳定点。在a点运行 时, 在b点运行时, 临界情况是 对应于此点的电压为临界

电压Ucr。在a点运行,无功功率QLD>QG,将使电压恢复到Ua;在b点运行,QLD>QG,将 使电压更加降低,恶性循环,电压崩溃。在临界点若QLD<QG,则将使电压上升到a点才能 平衡。   防止电压崩溃的措施有:①在规划设计时配备足够的无功功率补偿电源,达到分 层分区基本平衡;②在发生无功功率缺额时,应充分利用发电机和调相机的事故过负 荷能力,采用强励装置和自动励磁调节器;③将可供投切的静电电容器和可控静止补偿器投入运行;④ 必要时应切除部分负荷,或按低电压自动切除负荷。
杨恩惠?郑美特

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dianli xitong wending 电力系统稳定 power system stability
  电力系统在正常运行时,经受干扰而不发生非同步运行、频率崩溃和电压崩溃的能力。这种抗 干扰的能力是电力系统保证正常运行必须具备的。从狭义的观点看,电力系统稳定单指不发生非同步运 行,不管电力系统中联接多少台发电机,联网地域有多大(全省、跨省区、跨国家),都要求在经受干扰时 所有交流同步发电机保持同步运行。从广义的观点看,电力系统稳定研究的范围还包括电力系统稳定 破坏后,电力系统进入非同步运行状态,而后在满足一定条件下再同步成功,又恢复同步运行的全过 程,电力系统的这种能力称为综合稳定。为了便于应用现代数学方法和计算工具进行电力系统的计算分 析,和在实际运行中更确切地检验电力系统稳定运行的水平并采取提高稳定的措施,把电力系统稳定分 为静态稳定,暂态稳定和动态稳定三类。   静态稳定? 电力系统受到小干扰后不发生自激振荡和非周期性的失步,自动恢复到起始运行状 态的能力。常用小振荡法分析静态稳定以确定电力系统的稳定性和输送功率极限,检验在给定运行方式 下的稳定储备。   稳定判据? 在小干扰的条件下,电力系统的稳定决定于发电机转子的动力特性,可用转子的运 动方程描述

式中J 为旋转质量的惯量矩;

为转子的角速度;ΔM为作用在转子上的过剩转矩;MT为原动机力 ,式中 sin δ为

矩;Me为电磁转矩。同步发电机的电磁转矩与它的有功功率成正比,

电磁功率,它与系统电压Us、发电机电动势Eq及功角δ(δ为Us与Eq之间的相位角)的正弦函数成正比,与 发电机电抗Xq及系统联系总阻抗Xs之和成反比。如果用有功功率对功角的函数关系,可画成一正弦函数 曲线(见图),在图中还可以画一平行横坐标的直线Pr,它被称为原动机功率曲线。由Pe和Pr在图中构成 的功角特性曲线的两个平衡点a和b可以看出,如果小干扰引起δ偏离a点,则在过剩功率 作用下仍可返回初始状态a,在b点则不能返回。因而称a点为稳定点,b点为不稳定 点。从稳定理论分析和图中可以得到过剩功率与功角 △δ的符号相反,则系统是稳定 的, 即可作为实用判据, 将如图中虚线所示的余弦函数曲

线。输电系统的功率极限也就是图中 点。因而静态稳定储备的计算式可写为

的点所对应于功角特性sin δ=90°的顶

式中P

为输电系统的静态稳定极限输送功率,Pe0为设计(计算)所取运行方式下的输电功率,为保持电

力系统运行,要有足够的静稳定储备,通常要求Kp≥15~20%(正常运行方式和正常检修运行方式),或

Kp≥10%(事故后运行方式和特殊运行方式)。
  小振荡法? 列出发电机转子运行方程并线性化(多台发电机将有多组线性化的微分方程),与 网络方程联立求解,即可根据全系统微分方程组的特征方程判别系统静态的稳定性。现代计算数学的进 展和大型高速计算机的进步,为线性微分方程组的特征根求解提供了十分有效的方法。它可以在时域 (在时间坐标)内进行稳定分析。按照全系统积分方程(矩阵形式) 凧=AX

2003-1-7

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的特征方程式丨A-λI丨=0,求出全部特征根λ。再根据λ的性质,判别系统在受到小干扰后振荡的特性 和稳定的程度。式中A为系数参数矩阵,X为系统变量,凧为X的导数矩阵,I为单位矩阵。特征根的性质和稳 定的判别见表。

  提高稳定的措施? 提高静态稳定的措施有:①改善电力系统结构,使发电机与系统的联系紧 密,如发电机直接升压到高压电网,而不经过几级变压器接入电力网络;长距离输电线路串联补偿电容 器和中点并联补偿。②发电机和同步调相机加装自动励磁调整器,如采用强力自动励磁调整器。③在 全系统各枢纽点安装足够的无功功率补偿设备以保持系统电压。④调度人员密切控制各发电机运行的 角度(如小于60°)和各中枢点电压,保持足够的有功和无功功率的储备。   暂态稳定? 电力系统受到大干扰后,各同步电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来运行 方式的能力。通常指保持第一或第二个振荡周期不失步。暂态稳定的判据是电力系统遭受每一次大扰动 (如短路、切除故障、切除线路、切机等)后,引起电力系统机组之间的相对功角 δ增大,在经过第一 个最大值后作同步的衰减振荡,系统中枢点电压逐步恢复。暂态稳定计算分析的目的,是在规定运行方 式和故障形态下,对系统稳定性进行校验,并对继电保护和自动装置以及各种措施提出相应的要求。   暂态分析计算普遍应用时域模拟方法。即列出电力系统包括各元件在内的数学模型(表现为对时间 的微分方程),再采用数值解法求出各状态量的时间特性,然后根据暂态稳定判据进行分析。这种方法 对于大型多机电力系统来说,所需的计算工作量很大,即使应用现代大型计算机仍然耗费机时较多。80 年代以来,正在发展以李雅普诺夫直接法为基础的暂态能量函数的方法来直接分析电力系统暂态稳定 性。这种方法不仅能快速给出是否稳定的判断,并能给出稳定度的数量指标。   提高暂态稳定的措施有:①用快速保护和快速断路器把故障切除时间减少到0.1~0.15秒之内; ② 将故障限制在故障区段内;③用自动重合闸尽快恢复网络结构;④自动切除水轮发电机组和快速关上 汽轮机的汽门,以减少加速能量;⑤采用线路故障联动切机或切除其他线路,以防止连锁反应而扩大事 故;⑥采用电气制动和控制补偿设备;⑦控制负荷功率(如炼铝厂),切除部分负荷,以及控制直流线 路的功率等。   动态稳定? 电力系统受到小干扰或大干扰后,在自动调节和控制装置的作用下,保持长过程的 运行稳定性的能力。   动态稳定计算分析的方法有两种:①在小干扰下可采用特征值分析的方法,如同静态稳定,只是增 加调节系统的微分方程式。多机电力系统由于方程阶次高,还可推导出特征向量,以判断应对哪台机、 哪个环节采取何种措施。②数值解的方法,如同暂态稳定,同样是增加调节系统的微分方程。数值解法 用隐式积分法(梯形法,简单迭代法);对于大干扰的动态稳定的故障形态和地点选择与暂态稳定相同; 对于小干扰的动态稳定,可以在某些稳定较弱的节点上,加一个很大的阻抗(R+jX=999999+j999999),然 后进行数值解。若得到功角摇摆是增幅振荡或非周期扩散,则是不稳定。在小干扰的条件下,特征值分 析法和数值解法两种计算结果可以互相对照。   提高动态稳定的措施有:①对于网络结构不合理的系统,应增加线路回路数,发电机接入高压主网 以增强系统联系;②对于网络结构一定的情况下,合理配置电力系统稳定器,改善大型发电机快速励磁 调节系统的参数和特性;③控制直流线路的功率,以提高并列运行的交流线路的动态稳定性等。   参考书目  王梅义、蒙定中等著:《高压电网继电保护运行技术》,电力工业出版社,北京,1981。  李文沅:《电力系统安全经济运行──模型与方法》,重庆大学出版社,重庆,1989。
郑美特

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duanlu rongliang 短路容量 short-circuit capacity
  反映电力系统某一供电点电气性能的一个特征量。定义为

(兆伏安)式中IK为该供电点发生三相短路故障时的短路电流,单位为千安。UN为该点正常运行故障前 的相间电压,电位为千伏。若UN、IK取标幺值U壨和I壦,则该点短路容量的标幺值为

由于U壨接近于1,所以W壦的倒数即该供电点的短路阻抗标幺值为

  首先,短路容量是对电力系统的某一供电点而言的,反映了该点的某些重要性能:①该点带负荷的 能力和电压稳定性;②该点与电力系统电源之间联系的强弱;③该点发生短路时,短路电流的水平。其 次,短路容量也和整

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