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输变电知识讲解 湖北长江电气有限公司新员工培训课程主讲 陈吉军2009 11 18 2020 3 18 湖北长江电气有限公司 1 输变电知识讲解目录 1 电是如何输送和分配的 2 输变电系统是由什么设备组成的 3 高压输电系统为什么要用不同的电压等级 4 为什么要采用特高压输电 5 为什么要将变电站设置在城市人口密集地区 6 我公司产品的市场定位及主要客户介绍 2020 3 18 湖北长江电气有限公司 2 一 电是如何输送和分配的 发电 输电 用电 配电 10kV 380 220V 750 500 220 110kV 10kV 2020 3 18 湖北长江电气有限公司 3 大规模的电能从生产到使用要经过发电 输电 配电和用电四个环节 这四个环节组成了电力系统 所以说 电力系统就是由分布在辽阔地域的发电厂 变电站 输配电线路 用电设备等组成的大型互联系统 也是最大的人造能量传送系统 现代电力系统具有规模巨大 结构复杂 运行方式多变 非线性因素众多 扰动随机性强等基本特征 2020 3 18 湖北长江电气有限公司 4 1 常见的发电方式 火力发电 利用燃烧煤炭 石油 液化天然气等燃料产生的热能 使锅炉水管中的水受热成为高温高压的蒸汽 并推动汽轮机转动 进而带动发电机发电 水力发电 通过筑坝将位于高处的水向低处流动时的位能转换为动能 此时装设在水道低处的水轮机受到水流的推动而转动 将水轮机和发电机相连接 带动发电机转动 将机械能转换为电能 核能发电 如利用核能将反应堆中的水加热产生蒸汽 在蒸汽的推动下 汽轮机带动发电机转动产生电能 风力发电 利用风力推动风车带动发电机发电 太阳能热发电 利用聚热装置将太阳热能聚集并加热水管中的水产生蒸汽 进而带动涡轮发电机发电 太阳能光发电 将具有光电效应的硅材料制成太阳能电池板 通过接受太阳光能的照射将光能转变成电能 此外 还有磁流体发电 潮汐发电 海洋温差发电 波浪发电 地热发电 生物质能发电等多种发电方式 但是目前大规模的发电方式主要还是火力发电 水力发电和核能发电 2020 3 18 湖北长江电气有限公司 5 2 输电方式及输变电设备 输电方式主要有交流输电和直流输电两种 通常所说的交流输电是指三相交流输电 直流输电则包括两端直流输电和多端直流输电 绝大多数的直流输电工程都是两端直流输电 在输电网中输电线 杆塔 绝缘子串 架空线路等称为输电设备 变压器 电抗器 电容器 断路器 隔离开关 接地开关 避雷器 电压互感器 电流互感器 母线等变电一次设备和确保安全 可靠输电的继电保护 监视 控制和电力通信等变电二次设备等要集中在变电站内的设备统称为变电设备 2020 3 18 湖北长江电气有限公司 6 3 配电网及配电设备 配电是在消费电能的地区接受输电网受端的电力 然后进行再分配 输送到城市 郊区 乡镇和农村 并进一步分配和供给工业 农业 商业 居民以及特殊需要的用电部门 与输电网类似 配电网主要由电压相对较低的配电线路 开关设备 互感器和配电变压器等构成 配电网几乎都是采用三相交流配电网 2020 3 18 湖北长江电气有限公司 7 4 用电 用电主要是通过安装在配电网上的变压器 将配电网上电压进一步降低到380V线电压的三相电或220V相电压的单相电 然后经过用电设备将电能转换为其他形式的能量 2020 3 18 湖北长江电气有限公司 8 二 输变电系统的设备组成 变压器 导线 绝缘子 互感器 避雷器 隔离开关 断路器 1 变压器2 导线3 绝缘子4 互感器5 避雷器6 隔离开关7 断路器 2020 3 18 湖北长江电气有限公司 9 输变电系统的基本电气设备主要有 变压器 导线 绝缘子 互感器 避雷器 隔离开关 断路器等设备组成 2020 3 18 湖北长江电气有限公司 10 变压器是利用电磁感应原理对变压器两侧交流电压进行变换的电气设备 为了大幅度地降低电能远距离传输时在输电线路上的电能损耗 发电机发出的电能需要升高电压后再进行远距离传输 而在输电线路的负荷端 输电线路上的高电压只有降低等级后才能便于电力用户使用 导线的主要功能就是引导电能实现定向传输 绝缘子是用于支撑或悬挂高电压导体 起对地隔离作用的一种特殊绝缘件 2020 3 18 湖北长江电气有限公司 11 互感器的主要功能是将变电站高电压导线对地电压或流过高电压导线的电流按照一定的比例转换为低电压和小电流 从而实现对变电站高电压导线对地电压和流过高电压导线的电流的有效测量 对于大电流 高电压系统 不能直接将电流和电压测量仪器或表计接入系统 这就需要将大电流 高电压按照一定的比例变换为小电流 低电压 通常利用互感器完成这种变换 互感器分为电流互感器和电压互感器 分别用于电流和电压变换 避雷器主要用于保护变电站电气设备免遭雷击损害 避雷器主要安装在变电站输电线路的进出端 当来自输电线路的雷电波的电压超过一定幅值时 它就首先动作 把部分雷电流经避雷器及接地网泄放到大地中 从而起到保护电气设备的作用 2020 3 18 湖北长江电气有限公司 12 开关设备的主要作用是连接或隔离两个电气系统 高压开关是一种电气机械 其功能就是完成电路的接通和切断 达到电路的转换 控制和保护的目的 高压开关比常用低压开关重要得多 复杂得多 常见的日用开关才几两重 而高压开关有的重达几十吨 高达几层楼 这是因为它们之间承受的电压和电流大小很悬殊 按照接通及切断电路的能力 高压开关可分为好几类 最简单的是隔离开关 它只能在线路中基本没有电流时 接通或切断电路 但它有明显的断开间隙 一看就知道线路是否断开 因此凡是要将设备从线路断开进行检修的地方 都要安装隔离开关以保证安全 断路器也是一种开关 它是开关中较为复杂的一种 它既能在正常情况下接通或切断电路 又能在事故下切断和接通电路 除了隔离开关和断路器以外 还有在电流小于或接近正常时切断或接通电路的负荷开关 电流超过一定值时切断电路的熔断器以及为了确保高压电气设备检修时安全接地的接地开关等都属于高压开关 2020 3 18 湖北长江电气有限公司 13 三 高压输电系统为什么要用不同的电压等级 输电系统的电压等级一般分为高压 超高压和特高压 在国际上 对于交流输电系统 通常把35 220kV的输电电压等级称为高压 HV 把330 750 765 kV的输电电压等级称为超高压 EHV 而把1000kV及以上的输电电压等级通称为特高压 UHV 另外 一般把 500kV电压等级的直流输电系统称为高压直流输电系统 HVDC 对我国目前绝大多数交流电网来说 高压电网指的是110kV和220kV电压等级的电网 超高压电网指的是330 500kV和750kV电压等级的电网 特高压电网指的是已经建成的1000kV交流电压等级和 800kV直流电压等级的输电系统 2020 3 18 湖北长江电气有限公司 14 电功率 电流在单位时间内所做的功叫做电功率 用字母P表示 电功率的单位是瓦特 简称瓦 符号W 常用单位是 千瓦 符号kw 它是一个反映电流做功快慢的物理量 计算公式P W t UI 根据欧姆定律 在同一电路中 导体中的电流跟导体两端的电压成正比 跟导体的电阻阻值成反比I U R 可得出P U2 R和P I2R 式中 U为施加在该电阻系统的电压 R为该电阻系统的等效电阻 根据上述公式 可以看出 当电阻一定时输送功率与输电电压的平方成正比 如果输电电压提高1倍 输送功率将提高4倍 资料 三峡工程共计划安装32台70万千瓦水轮发电机组 其中左岸电站14台 右岸电站12台 地下电站6台 2020 3 18 湖北长江电气有限公司 15 四 为什么要采用特高压输电 如上表所示 全国可开发的水电资源近2 3在西部的四川 云南 西藏 煤炭保有量的2 3分布在山西 陕西 内蒙古 而全国2 3的用电负荷却分布在东部沿海和京广铁路沿线以东的经济发达地区 2020 3 18 湖北长江电气有限公司 16 我国是电能的生产和使用大国 地域广阔 发电资源分布和经济发展极不平衡 西部能源供给基地与东部能源需求中心之间的距离将达到2000 3000km 我国发电能源分布和经济发展极不均衡的基本国情 决定了能源资源必须在全国范围内优化配置 只有建设特高压电网 才能适应东西2000 3000km 南北800 2000km远距离 大容量电力输送需求 促进煤电就地转化和水电大规模开发 实现跨地区 跨流域的水电与火电互济 将清洁的电能从西部和北部大规模输送到中 东部地区 满足我国经济快速发展对电力的需求 除了实现电能的大规模和远距离输送的需求之外 特高压电网还可以大幅度提高电网自身的安全性 可靠性 灵活性和经济性 具有显著的社会 经济效益 2020 3 18 湖北长江电气有限公司 17 五 为什么要将变电站设置在城市人口密集地区 目前 我国中压配电网绝大部分均为10kV电压等级 其对应的输送容量为0 2 2 0MW 对应的输送距离为6 20km 简单地计算一下 输送距离6km对应的一个圆形区域的面积为113 04km2 而一回10kV线路输送容量为2 0MW 对应的负荷密度只为0 018MW km2 即使考虑向同一个区域送出20回10kV线路 对应的负荷密度也仅为0 35MW km2 这远小于现在我国城市的平均负荷密度 更是远远小于我国城市人口密集区的负荷密度 为满足我国城市区域特别是人口密集区高负荷密度的用电需求 只能大幅缩小供电半径 城市人口密集地区其实就是负荷密度极高的地区 为了满足城市人口密集地区不断增加的电力需求 确保供电质量与电力供应的可靠性 必须考虑变电站与变电站之间的电气连接 从上述需要出发 两个110kV变电站之间的最大距离大概就是供电半径的两倍 因此 人口密集区建设110kV变电站乃至220kV变电站及与之相配套的进出线 已成为必然的要求 2020 3 18 湖北长江电气有限公司 18 六 我公司产品的市场定位及主要客户 发电 输电 用电 配电 10kV 380 220V 750 500 220kV 10kV 我公司产品的市场 2020 3 18 湖北长江电气有限公司 19 公司经营范围 湖北长江电气有限公司是从事35KV及以下高低压配电设备 电力自动化设备的研发 设计 生产和销售的国家定点骨干企业 也是从事35KV及以下电力工程大包即供电方案设计 电力工程施工 检测调试至正常投运的供电工程一条龙服务国家高新技术企业 2020 3 18 湖北长江电气有限公司 20 公司主要客户 供电系统如 武汉供电公司及所辖武昌 洪山 青山 东新 江夏 汉阳 沌口 蔡甸 汉口 硚口 江汉 江岸 阳逻 新洲等供电公司 武汉市路灯分局 襄樊供电公司 孝感供电公司等等 厂矿企业如 武钢 武船 富士康 神龙汽车 黄麦岭磷矿等 大专院校如 武汉大学 武汉理工大学 华中科技大学等 部队公安如 61726部队 武警3604工厂 湖北省公安厅等 各类医院如 武汉儿童医院 武汉中山医院 武汉市一医院等 铁路系统如 武汉铁路局武汉北编组站 中铁电气化局二公司 中铁十一局 武汉地铁公司等 房地产类如 恒大华府 金地中心城 咸宁温泉谷 君临天下 武汉城开建设 光谷建设投资等 2020 3 18 湖北长江电气有限公司 21 水利系统如 武汉水务集团 长沙自来水公司 洪湖大沙泵站 咸宁水务公司污水处理场等 机场后勤如 北京首都机场 武汉天河机场及各类军用机场等 城中村改造如 高农集团太子水榭 光