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第一章 绪论
自学练习
1-1 动力系统、电力系统及电力网各由哪些部分组成？ 1-2 电能生产的主要特点是什么？对电力系统有哪些要求？ 1-3 简述衡量电能质量的主要指标及其重要意义？
1-4 为什么要规定电力系统额定电压？发电机、 变压器和电力系统额定电压之间有联系 吗？为什么？
1-5 简述电力系统中性点接地方式及其作用。
练习解答
1-1 答：动力系统由电力系统和发电厂的动力部分组成，其中发电厂动力部分是指火力 发电厂的锅炉、汽轮机和水力发电厂的水库、水轮机以及核动力发电厂的反应堆等。电力系 统是由发电厂内的发电机、电力网内的变压器和输电线路以及用户的各种用电设备， 按照一
定的规律连接而组成的统一整体。电力网由变电站和不同电压等级输电线路组成的网络。 1-2 答：电能生产的主要特点是：（1）电能不能大量存储；（2）过渡过程十分短暂；（3） 电能生产与国民经济各部门和人民生活有着极为密切的关系；（4）电力系统的地区性特点较 强。
对电力系统的要求包括：（1）保证供电可靠； （2）保证良好的电能质量； （3）为用户提 供充足的电力； （4）提高电力系统运行经济性。
1-3 答：衡量电能质量的主要指标有电压、频率和波形。
电压：电压质量对各类用电设备的安全经济运行都有直接的影响。当电压降低时，白炽 灯的发光效率和光通量都会急剧下降；而当电压升高时，白炽灯的使用寿命将会缩短。对电 动机来说，当电压降低时，电动机的转矩将显著减小，以致转差增大，使得定子电流和转子 电流都显著增大，引起电动机的温度升高，甚至可能烧毁电动机。反之，当电压过高时，对 于电动机、变压器一类具有励磁铁心的电气设备而言，铁心磁通密度将增大以致饱和，励磁 电流和铁耗都大为增加，致使电机过热， 效率降低，波形畸变， 甚至可能导致发生谐波谐振。
对电热装置来说，其消耗的功率也与电压的平方成正比，过高的电压将损坏设备，过低的电 压则达不到所需要的温度。对计算机、电视、广播、通讯、雷达等设备来讲，它们对电压质 量的要求更高。电子设备中的各种半导体器件、集成电路、磁芯装置等的特性，对电压都极 其敏感，电压过高或过低都将使其特性严重变差影响正常工作。
频率：频率的偏差同样会影响电力用户的正常工作。对于电动机来说，频率降低将使电 动机的转速下降，从而使生产率降低，并影响电动机的使用寿命；反之，频率增高将使电动 机的转速上升， 增加功率消耗， 使经济性降低。 特别是某些对转速要求较严格的工业部门 （如
纺织、造纸等），频率的偏差将严重影响产品质量，甚至产生大量废品。另外，频率偏差对 发电厂本身将产生更为严重的影响。例如， 火力发电厂内锅炉的给水泵和风机之类的离心式
机械， 当频率降低时其出力将急剧下降， 从而迫使锅炉的出力大为减少， 甚至引起紧急停炉，
这样势必进一步减少系统发电出力，导致系统频率进一步下降。另外，在频率降低的情况下 运行时，汽轮机叶片将因振动加大而产生裂纹，或断掉，缩短汽轮机的使用寿命。如果系统 频率急剧下降的趋势不能及时得到制止，势必造成恶性循环以致整个系统发生崩溃。此外， 频率的变化还将影响到电钟的正确运行以及计算机、自动控制装置等电子设备的准确工作 等。
波形：当电源波形不是标准的正弦波形时，必然包含着多种高次谐波分量，这些谐波分 量的出现将影响电动机的效率和正常运行， 还可能使系统发生谐波谐振而危害电气设备的安
全运行，例如由于谐波电流放大或谐振过电压烧坏变电站中无功补偿电容器的事故时有发 生。此外，谐波分量还将影响电子设备的正常工作并造成对通信线路的干扰，以及其它不良 后果等。
1-4 答：对一个国家来说，不可能建设一条输电线路就确定一个电压等级。因为那样会 造成设备通用性差，备用设备增加，网络连接和管理都困难。因此，为了使电力系统和电气 设备制造厂的生产标准化、系列化和统一化，电力系统的电压等级应有统一的标准。世界上 每个国家都根据本国的技术经济条件，规定自己的电压等级标准。 该电压等级标准称为电力
系统额定电压，又称为电力网额定电压或线路额定电压。
发电机、变压器与电力系统的额定电压之间有联系。这是因为发电机、变压器和输电线 路的阻抗上将产生电压损耗。因此，为了保证设备在偏离其额定电压允许值的范围内工作， 在同一电力系统的额定电压下，电气设备的额定电压值是不相同的。一般规定：电力线路的 额定电压和电力系统的额定电压相等；发电机的额定电压比电力系统的额定电压高5%；变 压器一次侧绕组额定电压应等于电力系统的额定电压， 对于直接和发电机连接的变压器一次
侧绕组额定电压应等于发电机的额定电压； 变压器二次侧绕组额定电压较电力系统额定电压
高 10%，若变压器阻抗较小，内部电压降落也较小，其二次侧绕组直接与用电设备相连接， 或电压特别高的变压器，其二次侧绕组额定电压才规定较电力系统额定电压高 5%。 1-5 答：我国电力网目前所采用的中性点接地方式主要有 4 种：不接地，经消弧线圈接 地，直接接地和经电阻接地等。中性点接地的作用是为了保证电气设备在正常或发生故障情 况下可靠工作而采取的接地措施。
第二章 发电系统 自学练习
2-1 人类所认识的能源形式有哪些？并说明其特点。
2-2 能源分类方法有哪些？电能的特点及其在国民经济中的地位和作用？ 2-3 火电厂的分类，其电能生产过程及其特点？ 2-4 水电厂的分类，其电能生产过程及其特点？ 2-5 火电厂的电能生产过程及其特点？
2-6 抽水蓄能电厂在电力系统中有什么作用和功能？ 练习解答
2-1 答：到目前为止，人类所认识的能量有如下形式。
（1）机械能。它包括固体和流体的动能、势能、弹性能及表面张力能等。其中动能和 势能是人类最早认识的能量，称为宏观机械能。
（2）热能。它是由构成物体的微观原子及分子振动与运动的动能，其宏观表现为温度 的高低，反映了物质原子及分子运动的强度。
（3）化学能。它是物质结构能的一种，即原子核外进行化学反应时放出的能量。利用
最普遍的化学能是燃烧碳和氢，而这两种元素正是煤、石油、天然气等燃料中最主要的可燃 元素。
（4）辐射能。它是物质以电磁波形式发射的能量。如地球表面所接受的太阳能就是辐 射能的一种。
（5）核能。它是蕴藏在原子核内部的粒子间相互作用而释放的能。释放巨大核能的核 反应有两种，即核裂变反应和聚变反应。
（6）电能。它是和电子流动与积累有关的一种能量，通常是由电池中的化学能转换而 来的，或是通过发电机将机械能转换得到的；反之，电能也可以通过电灯泡转换为光能，通 过电动机转换为机械能，从而显示出电做功的本领。
2-2 答：能源按获得的方法分为一次能源和二次能源；按被利用的程度分为常规能源和 新能源；按能否再生分为可再生能源和非再生能源； 按能源本身的性质可分为含能体能源和
过程性能源。
电能与其他形式的能源相比，其特点有：（1）便于大规模生产和远距离输送；（2）方便 转换和易于控制；（3）损耗小；（4）效率高；（5）无气体和噪声污染。
电消除了黑夜对人类生活和生产劳动的限制，大大延长了人类用于创造财富的劳动时 间，改善了劳动条件，丰富了人们的生活。在现代文明中，电被视为与空气和水一样重要， 这不仅是因为电可以使愉快的家庭晚餐和谐，使电视机成为生活中不可缺少的部分， 而且可
使电气火车奔驰，让工厂机器轰轰转动。可以想象，如果没有了电能，现代文明社会将不复 存在。随着科学技术的发展，电能的应用不仅影响到社会物质生产的各个侧面，也越来越广 泛地渗透到人类生活的每个层次。电气化在某种程度上成为现代化的同义语，电气化程度已 成为衡量社会物质文明发展水平的重要标志。
2-3 答：火力发电厂按燃料分可分为燃煤发电厂、燃油发电厂、燃气发电厂、余热发电 厂等，此外还有利用垃圾及工业废料作为燃料的发电厂；按蒸汽压力和温度分可分为中低压 发电厂、高压发电厂、超高压发电厂、亚临界压力发电厂及超临界压力发电厂；按原动机分 可分为凝汽式汽轮机发电厂、燃气轮机发电厂、内燃机发电厂和蒸汽－燃气轮机发电厂等； 按输出能源分可分为凝汽式发电厂和热电厂； 按发电厂总装机容量的多少分可分为小容量发
电厂、中容量发电厂、大中容量发电厂及大容量发电厂。 火力发电厂的生产过程如下：
原煤由产地运到火电厂的卸煤间或储煤场， 经筛分机械和破碎机械将大块煤打碎并除去 铁件和木块， 由输煤皮带送到锅炉车间的原煤斗。 为使煤能在锅炉内迅速而有效地燃烧， 大、
中型发电厂多采用悬浮式燃烧的锅炉——煤粉炉， 需将煤块磨制成煤粉。原煤斗中煤由给煤
机送入磨煤机，磨制成煤粉。在排粉风机的抽吸作用下，煤粉与热空气一起经煤粉燃烧器喷 入炉膛，燃烧放热。燃烧需要的空气由送风机压入空气预热器中预热，一部分热空气引入磨 煤机对原煤进行干燥，并作为输送煤粉的介质，大部分直接经燃烧器送入炉膛助燃。炉膛内 煤粉燃烧产生的高温烟气，在引风机的抽吸作用下， 在锅炉本体的∩形烟道内，依次经炉膛，
水冷壁，过热器，再热器，省煤器，空气预热器，逐步将热能传递给工质（水或水蒸汽）， 成为低温烟气，最后被进入除尘器内净化，除尘，再经引风机，烟卤，向大气排放。炉膛下 部渣斗内的灰渣和除尘器收集到的细灰，经冲灰沟，由灰渣泵加压，经管道输送到储灰场。 汽包内的水经锅炉外下降管，下联箱进入布置在炉膛四周内壁上的水冷壁管，吸收火焰 热量后，使水汽化，成为汽水混合物、上升、再次进入汽包。由汽包内的汽水分离装置，将 汽、水分离。分离出的蒸汽，流经炉内的过热器，加热成高温高压过热蒸汽，再经主蒸汽管 道送入汽轮机高压缸膨胀做功。 做过功的蒸汽经中间再热管道返回锅炉本体内的再热器，再
次加热，提高蒸汽的参数后，进入汽轮机的中低压缸继续做功。在做功过程中，多次从汽缸 内抽出部分蒸汽，回热加热“锅炉的给水”，大部分做完功的乏汽进入凝汽器，并在那里冷 却，凝结成水。所需冷却水来之于江湖上游或冷却水池，由循环水泵引入。凝汽器中的凝结 水，又经凝结水泵加压，低压（回热）加热器升温，除氧器加热并除去水中氧气，再由给水 泵加压，经高压（回热）加热器，省煤器不断使“给水”吸热升温，又进入汽包。 上述循环，重复进行，由汽轮机带动发电机组，源源不断地生产出电能。 火电厂与水电厂和其他类型的发电厂相比，具有以下特点： （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，仅为水电厂的一半左右。火电厂建造工期短，例如， 2×300MW 发电机组，工期为 3～4年。发电设备年利用小时数较高，约为水电厂的 1.5 倍 左右。
（3）火电厂耗煤量大，目前发电用煤约占全国煤炭总产量的 50%左右，加上运煤费用 和大量用水，其生产成本比水力发电要高出 3～4 倍。
（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）大型发电机组由停机到开机并带满负荷需要几个到十余个小时，并附加耗用大量 燃料。例如，一台 12×10 4 kW 发电机组启、停一次耗煤可达 84t 之多。
（6）火电厂担负急剧升降的负荷时，必须付出附加燃料消耗的代价。例如，据统计某 电网火电平均煤耗约0.4kg/kW·h，而参与调峰煤耗将增至 468～511g/kW·h，平均增加 22%~29%。
（7）火电厂担负调峰、调频或事故备用，相应的事故增多，强迫停运率增高，厂用电 率增高。据此，从经济性和供电可靠性考虑，火电厂应当尽可能担负较均匀的负荷。 （8）火电厂对空气和环境的污染较大。
2-4 水力发电厂的分类，其电能生产过程及其特点？
答：按集中落差的方式水电厂可分为堤坝式水电厂、引水式水电厂和混合式水电厂，堤 坝式可分为坝后式和河床式两种型式； 按径流调节的程度水电厂可分为无调节水电厂和有调
节水电厂；根据水库对径流的调节程度，又可将水电厂分为日调节水电厂、年调节水电厂和 多年调节水电厂。
水力发电厂的基本生产过程是： 从河流较高处或水库内引水，利用水的压力或流速冲动 水轮机旋转，将水能转变成机械能，然后由水轮机带动发电机旋转，将机械能转换成电能。 水电厂与火电厂和其他类型的发电厂相比，具有以下特点：
（1）可综合利用水能资源。除发电以外，还有防洪、灌溉、航运、供水、养殖及旅游 等多方面综合效益，并且可以因地制宜，将一条河流分为若干河段，分别修建水利枢纽，实 行梯级开发。
（2）发电成本低、效率高。利用循环不息的水能发电，节省大量燃料。因不用燃料，