风电场变电站的电气设备
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一、单相接地故障
中性点不接地系统的单相接地时的电路图
2.1 中性点不接地的三相系统
当W相完全接地时，故障相的对地电压为零，即：U• wk 0
则有：
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U wk U n U n
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U n U w
非故障相U相和V相的对地电压分别为：
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U uk U u U n U u U w
第一章 绪论
第一节 第二节 第三节 第四节 本章小结 思考练习
我国电力工业发展简况 发电厂和变电站概述 发电厂变电站电气设备概述 电气设备的主要参数
1.1 我国电力工业发展简况
电力是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。电能有许多优点: 首先, 它可简便地转换成另一种形式的 能量。例如, 电动机, 是将电能转换成机械能, 拖动各种机械; 又如我们 日常使用的电灯, 是将电能转换为光能, 满足照明需要。其次, 电能经 过高压输电线路, 可输送很远的距离, 供给远方使用。另外, 许多生产 部门利用电能进行控制, 更容易实现自动化, 提高产品质量和经济效益。
变电站是联系发电厂和用户的中间环节,起着变换和分配电能的作用。
电力系统原理接线图
1.2 发电厂和变电站概述
变电站根据它在系统中的地位，可分为下列几类： 1枢纽变电所 2中间变电所 3地区变电所 4终端变电所
三峡水电站
伊泰普水电站
溪洛渡水电站
火电厂
火电厂
秦山核电站
大亚湾核电站
风电厂
太阳能发电
IC U IC V 3CU Ph
此时三相对地电容电流之和不再等于零，大地中有容性 电流流过，并通过接地点形成回路，接地电流 ：
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IC (I CU I CV )
单相接地电容电流的实用计算为：
IC
U (L1 35L2 ) 350
式中：IC—接地电容电流，A； U—系统的线电压，kV；
L1—架空线路的总长度，km； L2—电缆线路的总长度，km。
接地电流小于30A而大于5～10A时，有可能产生一种 周期性熄灭与复燃的间歇性电弧，将引起过电压，其幅 值可达2.5～3倍的相电压，这个过电压对于正常电气绝 缘来说应能承受，但当绝缘存在薄弱点时，可能发生击 穿而造成短路，危及整个电网的安全。
2.1 中性点不接地的三相系统
单相接地故障时，由于线电压保持不变，对电力用户没 有影响，用户可继续运行，提高了供电可靠性。 为防止由于接地点的电弧及伴随产生的过电压，引起故 障范围扩大，在这种系统中必须装设交流绝缘监察装置， 当发生单相接地故障时，立即发出绝缘下降的信号，通 知运行值班人员及时处理。 电力系统的有关规程规定：在中性点不接地的三相系统 中发生单相接地时，允许继续运行的时间不得超过2ｈ， 并要加强监视。 系统中电气设备和线路的对地绝缘必须按能承受线电压 考虑设计，从而相应地增加了投资。
我国各地资源分布和经济发展很不平衡: 从一次能源分布看, 水能资源 主要集中于西部和西南部地区, 可开发容量占全国83% , 煤炭资源集 中在于华北和西北部地区, 占全国80% ; 从各地区发展和电力消费水 平看, 中部和东部沿海地区经济总量占全国82% , 电力消费占78% ,而 西部地区则分别只占18%和22%。这种资源和经济发展的不平衡客观 上要求必须加快全国联网, 推动西电东送和南北互供, 以促进全国范围 内的资源优化配置。早在1989 年, 就已形成了7 个跨省电网: 东北电 网、华北电网、华东电网、华中电网、西北电网、西南电网、南方互 联电网(含香港电网和澳门电网) 。在经历了从省网发展到大区电网的 积累后, 跨大区电网互联工程大步推进。1989 年9 月, 华中华东电网 之间的±500 kV 超高压直流输电工程( 1 .2 GW)投入运行, 在中国首 次实现非同步跨大区联网。“ 十五”期间全国联网取得实质性进展。 2005年前后, 将以三峡工程为中心, 以华中电网为依托, 向东西南北四 个方向辐射, 建设四个方向的联网和输电线路, 同时不断扩大北中南三 个主要西电东送通道规模。届时, 除新疆、西藏、海南、台湾外, 全国 互联电网格局基本形成。
2.1 中性点不接地的三相系统
适用范围
（１）3～10kV钢筋混凝土或金属杆塔的架空线路 构成的系统和所有35kV、66kV系统，不直接连接 发电机的系统；当接地电流IC＜10A时；
（２）3～10kV非钢筋混凝土或非金属杆塔的架空 线路构成的系统，电压为3kV时，接地电流IC＜ 30A；电压为6kV时，接地电流IC＜20A；
坝后式水电厂 1—坝;2—压力水管;3—厂房
河床式水电厂 1—进水口;2—厂房;3—溢流坝
1.2 发电厂和变电站概述
引水式
引水式水电厂 1—堰;2—引水渠;3—压力水管;4—厂房
1.2 发电厂和变电站概述
抽水蓄能电厂
抽水蓄能电厂 1—压力水管;2—厂房;3—坝
1.2 发电厂和变电站概述
3核电厂
压水堆核电厂发电方式示意图 1—核反应堆;2—稳压器;3—蒸汽发生器; 4—汽轮发电机组;5—给水加热器;6—给水泵;7—主循环泵 4其它发电方式 利用其他一次能源发电的, 有风力发电、潮汐发电、地热发电、太阳 能发电等。此外, 还有直接将热能转换成电能的磁流体发电等。
1.2 发电厂和变电站概述
2.变电站
中国风能资源非常丰富, 尤其是西北、东北和沿海地区。 为此, 中国有关部门已作出规划,到2005 年中国风力发电 装机总量将达到100 万kW, 到2010 年将达到400 万kW, 到2020 年将达到2 000 万kW, 届时在全国电力能源结构 中的比例将占到2%。
1.1 我国电力工业发展简况
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非故障相的对地电压升高到线电压，即升高为相电压的 倍3。
系统三相的线电压仍保持对称且大小不变。因此，对接于线电压 的用电设备的工作并无影响，无须立即中断对用户供电。
2.1 中性点不接地的三相系统
Ｗ相接地时，W相对地电容被短接，Ｗ相的对地电容电流 为零。未接地U、V相的对地电容电流的有效值为：
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பைடு நூலகம்
U ud U u U n U u
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各相导线对地的电容相等并等于C，正常时各相对地电容电流的有效值 也相等，且有 ICU＝ICV＝ICW＝ωCUph
中性点不接地系统的正常运行情况时的相量图
2.1 中性点不接地的三相系统
思考题
1 . 我国电力工业发展的方针是什么? 2 . 发电厂、变电所的类型有哪些? 各有什么特点? 3 . 哪些设备属于一次设备? 其功能是什么?
第二章 电力系统中性点的运行方式
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 本章小结 思考练习
中性点不接地的三相系统 中性点经消弧线圈接地的三相系统 中性点直接接地的三相系统 中性点经阻抗接地的三相系统 主变压器和发电机中性点接地方式
1.3 发电厂和变电站电气设备概述
3． 主要电气设备 母线：汇总接受和分配电能的装置。 断路器、隔离开关：断路器是用来接通和断开电路。隔离开关不能用于接 通或断开有负荷电流的电路，因其无灭弧装置，作用是使需要停电设备与 带电部分可靠地隔开。 互感器：把一次电路的高电压和大电流变换为二次设备所需要的低电压和 小电流，同时实现了一次与二次的隔离。 电容器：补充系统无功功率缺额的电气设备。
中性点有效接地包括中性点直接接地和中性点经小阻 抗接地的系统，因发生单相接地时接地电流很大，故 又称为大接地电流系统。
2.1 中性点不接地的三相系统
一、正常运行情况
中性点不接地系统的正常运行情况时的电路图
2.1 中性点不接地的三相系统
电力系统正常运行时，一般认为三相系统是对称的，若三相导线经过完 全换位，则各相的对地电容相等，相对地电压分别为：
火电站中装机容量最大的为福建漳州后石电厂, 为360 万 kW。水电站装机容量最大的是在建的三峡水电站, 为1 820 万kW。核电站中装机容量最大的为广东岭澳核电站, 为198万kW。新能源的开发方面, 中国电力企业联合会的 统计显示, 经过近10 年以年均55%的快速增长后, 至2003 年底, 中国内地已建成的风力电厂达40 个, 风力发电机组 达1 042 台, 累计装机总容量为56 .7 万kW。300 MW 火 力机组已成为我国主力发电机组, 目前我国已具备600 MW 级及以上容量火力发电机组的设备制造能力, 单机容 量为600 MW 机组的电厂目前已开始相继投建。
发电厂变电站电气设备
发电厂变电站电气设备
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 第十二章 第十三章 第十四章
绪论 电力系统中性点的运行方式 电弧及电气触头的基本知识 低压电器 熔断器 高压开关电器 互感器 母线、电力电缆及绝缘子 电力电容器和电抗器 电气主接线 自用电接线 配电装置 接地装置 电气设备的选择
电力工业应满足国民经济发展的需要, 因此, 在国民经济中保持电力工 业适度的超前发展是十分必要的。
中国经济的持续快速发展大大推动了电力行业的发展。“十五” （ 2001～2005 年） 后期至2020 年, 中国电力工业将进入一个新的发 展时期, 全国电力装机容量将会实现大幅增长。截至2003 年底, 中国 电力装机容量达到3 .8 亿kW, 预计到2005 年将达到4 .5 亿kW 以上, 2010年将达到6 .5 亿kW 左右, 2020 年将达到9 .5 亿kW 左右。
中性点不接地系统发生单相接地故障时产生的影响：
单相接地时，在接地处有接地电流流过，会引起电弧， 此电弧的强弱与接地电流的大小成正比。
当接地电流不大时，交流电流过零时电弧将自行熄灭， 接地故障随之消失，电网即可恢复正常运行；
当接地电流超过一定值时，将会产生稳定的电弧，形成 持续的电弧接地，高温的电弧可能损坏设备，甚至可能 导致相间短路，尤其在电机或电器内部发生单相接地出 现电弧时最危险；
电力系统中性点是三相绕组作星形连接的变压器和发 电机的中性点。
电力系统中性点与大地间的电气连接方式，称为电力 系统中性点接地方式（即中性点运行方式）。
电力系统中性点的运行方式，可分为中性点非有效接 地和中性点有效接地两大类。
中性点非有效接地包括中性点不接地、中性点经消弧 线圈接地和中性点经高电阻接地的系统，当发生单相 接地时，接地电流被限制到较小数值，故又称为小接 地电流系统；
太阳能风能互补发电
返回
1.3 发电厂和变电站电气设备概述
1． 主要电气设备 一次设备：直接生产和输配电能的设备称为一次设备。 二次设备：对一次设备的工作进行监察测量和控制保护的辅助设备成为二 次设备。 2． 电气主接线 一次设备连成的电路称为电气主接线或一次电路（主电路）。 二次设备连成的电路成为二次电路（副电路）。 电路图是用一定的图形符号描绘成三线图或单线图，主接线图通常画成单 线图。 几种典型的主接线（单母线、双母线、桥式接线、单元接线）
1.2 发电厂和变电站概述
一、发电厂
发电厂是把各种一次能源转换成电能的工厂。 1火力发电厂 燃料的化学能—蒸汽的热能—机械能—电能
火电厂布置图 1—煤场;2—锅炉房;3—汽机房; 4—主控制室;5—办公楼;6—烟囱;7—屋外高压配电装置
1.2 发电厂和变电站概述
2水力发电厂 堤坝式（坝后式、河床式）
2.1 中性点不接地的三相系统
中性点不接地系统的单相接地时的相量图
当发生不完全接地时，即通过一定的电阻接地时，接地 相的相对地电压大于零而小于相电压，未接地相的对地电 压大于相电压而小于线电压，中性点电压大于零而小于相 电压，线电压仍保持不变，此时的接地电流要比完全接地 时小一些。
2.1 中性点不接地的三相系统
目前中国百万千瓦以上的水、火、核电站的总数已达到107 座, 比 2000 年初增加27 座。中国已形成以大型发电厂和高效大容量发电机 组为骨干的电力生产体系。进入21 世纪的中国电力工业发展已步入 了大电网、大机组、高参数、超高压和自动化、信息化及全国联网的 新阶段。
1.1 我国电力工业发展简况
中性点不接地系统的单相接地时的电路图
2.1 中性点不接地的三相系统
当W相完全接地时，故障相的对地电压为零，即：U• wk 0
则有：
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非故障相U相和V相的对地电压分别为：
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第一章 绪论
第一节 第二节 第三节 第四节 本章小结 思考练习
我国电力工业发展简况 发电厂和变电站概述 发电厂变电站电气设备概述 电气设备的主要参数
1.1 我国电力工业发展简况
电力是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。电能有许多优点: 首先, 它可简便地转换成另一种形式的 能量。例如, 电动机, 是将电能转换成机械能, 拖动各种机械; 又如我们 日常使用的电灯, 是将电能转换为光能, 满足照明需要。其次, 电能经 过高压输电线路, 可输送很远的距离, 供给远方使用。另外, 许多生产 部门利用电能进行控制, 更容易实现自动化, 提高产品质量和经济效益。
变电站是联系发电厂和用户的中间环节,起着变换和分配电能的作用。
电力系统原理接线图
1.2 发电厂和变电站概述
变电站根据它在系统中的地位，可分为下列几类： 1枢纽变电所 2中间变电所 3地区变电所 4终端变电所
三峡水电站
伊泰普水电站
溪洛渡水电站
火电厂
火电厂
秦山核电站
大亚湾核电站
风电厂
太阳能发电
IC U IC V 3CU Ph
此时三相对地电容电流之和不再等于零，大地中有容性 电流流过，并通过接地点形成回路，接地电流 ：
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IC (I CU I CV )
单相接地电容电流的实用计算为：
IC
U (L1 35L2 ) 350
式中：IC—接地电容电流，A； U—系统的线电压，kV；
L1—架空线路的总长度，km； L2—电缆线路的总长度，km。
接地电流小于30A而大于5～10A时，有可能产生一种 周期性熄灭与复燃的间歇性电弧，将引起过电压，其幅 值可达2.5～3倍的相电压，这个过电压对于正常电气绝 缘来说应能承受，但当绝缘存在薄弱点时，可能发生击 穿而造成短路，危及整个电网的安全。
2.1 中性点不接地的三相系统
单相接地故障时，由于线电压保持不变，对电力用户没 有影响，用户可继续运行，提高了供电可靠性。 为防止由于接地点的电弧及伴随产生的过电压，引起故 障范围扩大，在这种系统中必须装设交流绝缘监察装置， 当发生单相接地故障时，立即发出绝缘下降的信号，通 知运行值班人员及时处理。 电力系统的有关规程规定：在中性点不接地的三相系统 中发生单相接地时，允许继续运行的时间不得超过2ｈ， 并要加强监视。 系统中电气设备和线路的对地绝缘必须按能承受线电压 考虑设计，从而相应地增加了投资。
我国各地资源分布和经济发展很不平衡: 从一次能源分布看, 水能资源 主要集中于西部和西南部地区, 可开发容量占全国83% , 煤炭资源集 中在于华北和西北部地区, 占全国80% ; 从各地区发展和电力消费水 平看, 中部和东部沿海地区经济总量占全国82% , 电力消费占78% ,而 西部地区则分别只占18%和22%。这种资源和经济发展的不平衡客观 上要求必须加快全国联网, 推动西电东送和南北互供, 以促进全国范围 内的资源优化配置。早在1989 年, 就已形成了7 个跨省电网: 东北电 网、华北电网、华东电网、华中电网、西北电网、西南电网、南方互 联电网(含香港电网和澳门电网) 。在经历了从省网发展到大区电网的 积累后, 跨大区电网互联工程大步推进。1989 年9 月, 华中华东电网 之间的±500 kV 超高压直流输电工程( 1 .2 GW)投入运行, 在中国首 次实现非同步跨大区联网。“ 十五”期间全国联网取得实质性进展。 2005年前后, 将以三峡工程为中心, 以华中电网为依托, 向东西南北四 个方向辐射, 建设四个方向的联网和输电线路, 同时不断扩大北中南三 个主要西电东送通道规模。届时, 除新疆、西藏、海南、台湾外, 全国 互联电网格局基本形成。
2.1 中性点不接地的三相系统
适用范围
（１）3～10kV钢筋混凝土或金属杆塔的架空线路 构成的系统和所有35kV、66kV系统，不直接连接 发电机的系统；当接地电流IC＜10A时；
（２）3～10kV非钢筋混凝土或非金属杆塔的架空 线路构成的系统，电压为3kV时，接地电流IC＜ 30A；电压为6kV时，接地电流IC＜20A；
坝后式水电厂 1—坝;2—压力水管;3—厂房
河床式水电厂 1—进水口;2—厂房;3—溢流坝
1.2 发电厂和变电站概述
引水式
引水式水电厂 1—堰;2—引水渠;3—压力水管;4—厂房
1.2 发电厂和变电站概述
抽水蓄能电厂
抽水蓄能电厂 1—压力水管;2—厂房;3—坝
1.2 发电厂和变电站概述
3核电厂
压水堆核电厂发电方式示意图 1—核反应堆;2—稳压器;3—蒸汽发生器; 4—汽轮发电机组;5—给水加热器;6—给水泵;7—主循环泵 4其它发电方式 利用其他一次能源发电的, 有风力发电、潮汐发电、地热发电、太阳 能发电等。此外, 还有直接将热能转换成电能的磁流体发电等。
1.2 发电厂和变电站概述
2.变电站
中国风能资源非常丰富, 尤其是西北、东北和沿海地区。 为此, 中国有关部门已作出规划,到2005 年中国风力发电 装机总量将达到100 万kW, 到2010 年将达到400 万kW, 到2020 年将达到2 000 万kW, 届时在全国电力能源结构 中的比例将占到2%。
1.1 我国电力工业发展简况
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U vk U v U n U v U w
非故障相的对地电压升高到线电压，即升高为相电压的 倍3。
系统三相的线电压仍保持对称且大小不变。因此，对接于线电压 的用电设备的工作并无影响，无须立即中断对用户供电。
2.1 中性点不接地的三相系统
Ｗ相接地时，W相对地电容被短接，Ｗ相的对地电容电流 为零。未接地U、V相的对地电容电流的有效值为：
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各相导线对地的电容相等并等于C，正常时各相对地电容电流的有效值 也相等，且有 ICU＝ICV＝ICW＝ωCUph
中性点不接地系统的正常运行情况时的相量图
2.1 中性点不接地的三相系统
思考题
1 . 我国电力工业发展的方针是什么? 2 . 发电厂、变电所的类型有哪些? 各有什么特点? 3 . 哪些设备属于一次设备? 其功能是什么?
第二章 电力系统中性点的运行方式
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 本章小结 思考练习
中性点不接地的三相系统 中性点经消弧线圈接地的三相系统 中性点直接接地的三相系统 中性点经阻抗接地的三相系统 主变压器和发电机中性点接地方式
1.3 发电厂和变电站电气设备概述
3． 主要电气设备 母线：汇总接受和分配电能的装置。 断路器、隔离开关：断路器是用来接通和断开电路。隔离开关不能用于接 通或断开有负荷电流的电路，因其无灭弧装置，作用是使需要停电设备与 带电部分可靠地隔开。 互感器：把一次电路的高电压和大电流变换为二次设备所需要的低电压和 小电流，同时实现了一次与二次的隔离。 电容器：补充系统无功功率缺额的电气设备。
中性点有效接地包括中性点直接接地和中性点经小阻 抗接地的系统，因发生单相接地时接地电流很大，故 又称为大接地电流系统。
2.1 中性点不接地的三相系统
一、正常运行情况
中性点不接地系统的正常运行情况时的电路图
2.1 中性点不接地的三相系统
电力系统正常运行时，一般认为三相系统是对称的，若三相导线经过完 全换位，则各相的对地电容相等，相对地电压分别为：
火电站中装机容量最大的为福建漳州后石电厂, 为360 万 kW。水电站装机容量最大的是在建的三峡水电站, 为1 820 万kW。核电站中装机容量最大的为广东岭澳核电站, 为198万kW。新能源的开发方面, 中国电力企业联合会的 统计显示, 经过近10 年以年均55%的快速增长后, 至2003 年底, 中国内地已建成的风力电厂达40 个, 风力发电机组 达1 042 台, 累计装机总容量为56 .7 万kW。300 MW 火 力机组已成为我国主力发电机组, 目前我国已具备600 MW 级及以上容量火力发电机组的设备制造能力, 单机容 量为600 MW 机组的电厂目前已开始相继投建。
发电厂变电站电气设备
发电厂变电站电气设备
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 第十二章 第十三章 第十四章
绪论 电力系统中性点的运行方式 电弧及电气触头的基本知识 低压电器 熔断器 高压开关电器 互感器 母线、电力电缆及绝缘子 电力电容器和电抗器 电气主接线 自用电接线 配电装置 接地装置 电气设备的选择
电力工业应满足国民经济发展的需要, 因此, 在国民经济中保持电力工 业适度的超前发展是十分必要的。
中国经济的持续快速发展大大推动了电力行业的发展。“十五” （ 2001～2005 年） 后期至2020 年, 中国电力工业将进入一个新的发 展时期, 全国电力装机容量将会实现大幅增长。截至2003 年底, 中国 电力装机容量达到3 .8 亿kW, 预计到2005 年将达到4 .5 亿kW 以上, 2010年将达到6 .5 亿kW 左右, 2020 年将达到9 .5 亿kW 左右。
中性点不接地系统发生单相接地故障时产生的影响：
单相接地时，在接地处有接地电流流过，会引起电弧， 此电弧的强弱与接地电流的大小成正比。
当接地电流不大时，交流电流过零时电弧将自行熄灭， 接地故障随之消失，电网即可恢复正常运行；
当接地电流超过一定值时，将会产生稳定的电弧，形成 持续的电弧接地，高温的电弧可能损坏设备，甚至可能 导致相间短路，尤其在电机或电器内部发生单相接地出 现电弧时最危险；
电力系统中性点是三相绕组作星形连接的变压器和发 电机的中性点。
电力系统中性点与大地间的电气连接方式，称为电力 系统中性点接地方式（即中性点运行方式）。
电力系统中性点的运行方式，可分为中性点非有效接 地和中性点有效接地两大类。
中性点非有效接地包括中性点不接地、中性点经消弧 线圈接地和中性点经高电阻接地的系统，当发生单相 接地时，接地电流被限制到较小数值，故又称为小接 地电流系统；
太阳能风能互补发电
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1.3 发电厂和变电站电气设备概述
1． 主要电气设备 一次设备：直接生产和输配电能的设备称为一次设备。 二次设备：对一次设备的工作进行监察测量和控制保护的辅助设备成为二 次设备。 2． 电气主接线 一次设备连成的电路称为电气主接线或一次电路（主电路）。 二次设备连成的电路成为二次电路（副电路）。 电路图是用一定的图形符号描绘成三线图或单线图，主接线图通常画成单 线图。 几种典型的主接线（单母线、双母线、桥式接线、单元接线）
1.2 发电厂和变电站概述
一、发电厂
发电厂是把各种一次能源转换成电能的工厂。 1火力发电厂 燃料的化学能—蒸汽的热能—机械能—电能
火电厂布置图 1—煤场;2—锅炉房;3—汽机房; 4—主控制室;5—办公楼;6—烟囱;7—屋外高压配电装置
1.2 发电厂和变电站概述
2水力发电厂 堤坝式（坝后式、河床式）
2.1 中性点不接地的三相系统
中性点不接地系统的单相接地时的相量图
当发生不完全接地时，即通过一定的电阻接地时，接地 相的相对地电压大于零而小于相电压，未接地相的对地电 压大于相电压而小于线电压，中性点电压大于零而小于相 电压，线电压仍保持不变，此时的接地电流要比完全接地 时小一些。
2.1 中性点不接地的三相系统
目前中国百万千瓦以上的水、火、核电站的总数已达到107 座, 比 2000 年初增加27 座。中国已形成以大型发电厂和高效大容量发电机 组为骨干的电力生产体系。进入21 世纪的中国电力工业发展已步入 了大电网、大机组、高参数、超高压和自动化、信息化及全国联网的 新阶段。
1.1 我国电力工业发展简况