目录 第二版前言 第一章电力系统的基本概念 第一节电力系统中电源的构成 1 第二节动力系统与电力系统 7 第三节电力系统的负荷 9 第四节电力系统运行的特点及要求 12 第五节电力系统的电压等级 13 第六节我国电力工业的发展简史 15 第二章电力系统的接线方式 18 第一节 电力网的接线… 18 第二节 发电厂和变电所的电气主接线 20 第三节 电力系统中性点的运行方式 31 第四节 直流输电 34 第三章电气设备及配电装置 42 第一节 同步发电机的运行 42 第二节 电力变压器的运行 45 第三节 高压断路器 50 第四节 隔离开关和电抗器 54 第五节断路器的控制与信号接线 57 第六节各类配电装置… 59 第四章电力系统元件的电气参数及等值电路 69 第一节电力线路的结构……… 69 第二节电力线路的电气参数及等值电路 75 第三节电力变压器的电气参数及等值电路 81 第四节发电机、电抗器、负荷的参数及等值电路 86 第五节电力系统的等值电路…… 88 第五章简单电力系统的潮流计算 103 第一节电力系统潮流计算和分析的基本内容 103 第二节辐射形网络的潮流计算 113 第三节两端供电网的潮流计算 121
第四节环形网络中的潮流计算 127 第五节电力网络潮流的调整控制 132 第六节远距离输电的稳态运行特性 138 第六章复杂电力系统潮流的计算机算法 143 第一节复杂电力网络的数学模型 143 第二节 功率方程、节点分类及约束条件 147 第三节高斯—塞德尔迭代法潮流计算 150 第四节牛顿一拉夫逊法潮流计算 156 第五节P-Q分解法潮流计算 172 第七章电力系统有功功率的最优分配与频率调整 179 第一节 概述 179 第二节发电机组的耗量特性 183 第三节电力系统有功功率的最优分配 184 第四节电力系统负荷及电源的频率静态特性 198 第五节电力系统的频率调整 203 第八章电力系统的无功功率与电压调整 214 第一节电力系统无功功率的平衡 214 第二节电力系统无功功率的经济分布 219 第三节电力系统的电压调整 223 第九章电力系统静态稳定 244 第一节基本概念…… 244 第二节同步发电机组的机电特性 245 第三节简单电力系统的静态稳定 253 第四节负荷的静态稳定 255 第五节用小干扰法分析简单电力系统的静态稳定 260 第六节调节励磁对电力系统静态稳定的影响 263 第七节多机电力系统静态稳定的近似分析 271 第八节提高电力系统静态稳定的措施 277 第十章电力系统暂态稳定 281 第一节概述 281 第二节简单电力系统暂态稳定的分析与计算 282 第三节自动调节系统对暂态稳定的影响 295 第四节复杂电力系统暂态稳定的计算 297 第五节提高电力系统暂态稳定的措施 300 参考文献………………… 307
第一章电力系统的基本概念 能源是社会生产力的重要基础。随着社会生产的不断发展,人类使用的能源不仅在数 量上越来越大,在品种及构成上也有了很大变化。 18世纪蒸汽机的发明使人们掌握了把热能转变成机械能的技术,导致了具有划时代 意义的工业革命。电能出现以后,由于它具有能量间转换容易、输送方便、控制灵活以及 洁净、经济等优点,从19世纪70年代开始已由电动机械逐步取代了蒸汽机,使人类社会 进入了电气化的新时期,促使生产力得到空前的发展。如今,电能已成为工业、农业、国 防、交通等国民经济各部门不可缺少的动力,成了改善和提高人们物质、文化生活的重要 因素,并且一个国家电力工业的发展水平已是反映其国民经济发达程度的重要标志之 第一节电力系统中电源的构成 煤炭、石油、天然气、水利等随自然界演化生成的动力资源是能量的直接提供者,称 为一次能源。电能是由一次能源转换而成,称为二次能源。 发电厂是生产电能的核心,担负着把不同种类的一次能源转换成电能的任务。依据使 用的一次能源的不同,发电厂被分成许多类型。例如:燃烧煤、石油、天然气发电的火力 发电厂,利用水能发电的水力发电厂,利用核能发电的核动力电厂等。目前全世界的电源 构成中,火力发电设备容量占的比重最大,超过70%,水力发电设备容量约占20%,核 能发电设备容量则不足10%,火力发电是主要的发电方式。 火力发电消耗的煤、石油、天然气是几亿年形成的矿物资源,它们不仅是能量的提供 者,还是很珍贵的化工原料。为了节约这些有多种用途的重要资源,除了积极发展水力发 电、核动力发电之外,还正在开发新的能源。如潮汐发电、地热发电、太阳能发电、风力 发电等方面都取得了有成效的进展。目前全世界的地热发电设备容量已达到200多万 kw,潮汐发电厂的单机容量也达到20万kW,我国也投产了容量较大的潮汐电厂,利用 太阳能、风能的小容量试验电厂近年也投入了运行。除了传统的发电方式外,为了提高能 源资源的利用率,正在开展新型发电方式的研究,比较引人注意的有磁流体发电机、燃料 电池等。当然,用新能源发电和新的发电方式在技术上尚不成熟,在经济上花费也太昂 贵,因此尚不能与传统的发电方式媲美。但是,随着技术的不断进步和能源资源构成的不 断改变,它们必将逐步被用于生产。 、火力发电厂 火力发电厂分为燃烧煤,燃烧石油和天然气的电厂,欧美国家燃油电厂较多,但受世 界石油危机和油价波动等影响,建设燃煤电厂的数量也日趋增多。从目前我国能源资源的 实际构成情况以及为了发挥资源的最佳经济效益出发,一般不建燃油电厂,而尽量发展燃 煤电厂和水电厂
火电厂又可分为凝汽式火电厂和热电厂,凝汽式火电厂是单一生产电能的火电厂,而 热电厂是既生产电能、又向用户提供热能。热电厂由于供热距离不能很远,一般建在邻近 热负荷的地区,容量也不大。凝汽式火电厂则可建在燃料基地,称为坑口电厂。 下面以燃煤电厂为例,阐明火电厂的生产过程和使用的主要设备。图1-1为一个凝汽 式火电厂生产过程示意图。 原煤从煤矿运到电厂后,先进人原煤仓,随后由输煤皮带运进原煤斗,从原煤斗落入 球磨机中被磨成很细的煤粉,再由排粉机抽出,随同热空气送人锅炉的燃烧室进行燃烧。 燃烧放出的热量一部分被燃烧室的水冷壁吸收,一部分加热燃烧室顶部和烟道人口处的过 热器中的蒸汽,余下的热量则被烟气携带穿过省煤器、空气预热器传递给这两个设备内的 水和空气。烟气经过除尘器净化处理,由吸风机导入烟囱,并被排入大气。燃烧时生成的 灰渣和由除尘器收集下来的细灰,用水冲进灰沟排出厂外。 燃烧用的助燃空气,经送风机进入空气预热器中加热,加热后,一部分被送往磨煤机 作为干燥和运送煤粉的介质,大部分送入燃烧室参与助燃。 水、蒸汽是把热能转化成机械能的重要工质。净化后的给水,先送进省煤器预热,继 而进入汽包后再降入水冷壁管中吸收燃烧室的热能后蒸发成蒸汽。蒸汽通过过热器时再次 被加热,变为高温高压的过热蒸汽,以后经主蒸汽管道进人汽轮机膨胀做功,推动汽轮机 转子转动将热能转变为机被能。做完功的蒸汽在凝结器中被冷却凝结成水,凝结水经除氧 器去氧,加热器加热后再用给水泵重新送人省煤器预热,以便作为工质继续循环使用。 凝结器需要的冷却水由循环水泵送入,冷却水在凝结器中吸热以后,流回冷却塔散 热,然后,再进入循环水泵。 汽轮机转子转动带动发电机转子旋转,在发电机中把机械能转换成电能。发电机发出 的电能经过变压器升高电压后送入高压电力网。 在凝汽式火力发电厂中,由于做过功的蒸汽(称为乏汽)中仍含有热量,被凝结成水 时,这些热量基本上被循环水带出变成热损失,因而这种类型电厂效率不高,先进的电厂 其效率也不过37%~40%,凝汽式火力发电厂生产过程见图1-1。 热电厂效率较高,可达60%~70%,但是受热负荷等条件的限制,建热电厂的数量 有限。提高凝汽式电厂效率的有效途径是尽量采用高温度、高压力的蒸汽参数和大容量的 汽轮机一发电机组。 二、水力发电厂 由于水能不仅是价廉的能源,又是一种用之不竭的可再生能源,因此建设水力发电 厂,用水的位能发电,可给国民经济带来巨大效益。 水电厂的发电容量(功率)P与河流上、下游的水位差(落差)H和水的流量Q成 正比,可用下式表示 P=9.81n QH 式中P发电容量,kW; Q—水流量,m3/s; H——水的落差,m;
过热蒸 过热器 下给厂 省煤器 轮机器 发电机 热空气 预热器 的磁机 凝结水桌给水泵 冲灰沟 送往灰场 图-1凝汽式火电厂生广过程示意图 7—水轮机组的效率 为了充分利用水能,人们针对河流的自然条件建造适合于河流特点的水工建筑物,以 期能得到尽可能大的水的落差。按集中落差方式不同,水电厂的开发方式分为堤坝式、引 水式及混合式三类。 堤坝式水电厂是用拦河筑坝方式建成水库以维持高水位。堤坝式水电厂又可分为坝后 式和河床式两种型式。 坝后式水电厂单独筑坝,坝身高,水位也高,厂房建在坝后,不承受水压,如图1-2 所示。坝后式在我国应用较多,如三门峡、刘家峡、白山、丹江口等水电厂均属此类。 河床式水电厂适用于河床平缓地区,由于落差小,将厂房和坝建在一起,构成拦河建 筑物的一个组成部分。葛洲坝水电厂、西津电厂属于这一类。 在河流上游,当河床坡度较大时,宜于修建隧洞和渠道以获取最大落差,利用这种方 式修建的水电厂称为引水式水电厂如图1-3所示。引水式水电厂不建坝或只建低坝,该坝 只起壅水作用,落差靠引水渠道或隧洞形成 根据河流特点也可建造兼有堤坝式和引水式两种特点的水电厂,称为混合式水电厂 无论哪一类水电厂,均是通过压力水管把水引入水轮机的螺旋形蜗壳,推动水轮机转 子旋转,带动发电机转动,把机械能变为电能。由上可见,水电厂的生产过程远比火力发 电厂简单。 有时根据自然条件将河流分成若干段,每段各自建立水电厂,上游的水发电后放入下 游,供下游各水电厂继续发电,这种电厂称为梯级水电厂 有些水电厂在下游增设一个大的储水池,白天电力系统负荷处于高峰时电厂发电,并 把发过电的水存人储水池,夜间低负荷时把储水池内的水再抽回水库,这一过程是把电能