电力系统简介

1、Fundamentals of Electrical Apparatuses海南大学机电工程学院教学讲义海南大学机电工程学院教学讲义20152016学年第一学期学年第一学期电气工程及其自动化电气工程及其自动化2013级级张玲张玲 ling_张冠生著张冠生著,电器理论基础电器理论基础: 机械工业出版社机械工业出版社, 1989.10松浦虔士松浦虔士,电力传输工程电力传输工程: 科学出版社科学出版社, 2001 过增元过增元 著著, 电弧和热等离子体电弧和热等离子体 : 科学出版社科学出版社,1986 Lafferty J.M.,真空电弧理论及其应用真空电弧理论及其应用:机械工业出机械工业出版社版

2、社, 1985 王其平王其平, 电器电弧理论电器电弧理论: 机械工业出版社机械工业出版社, 1991.5第第1章章 绪论绪论第第2章章 电器的发热理论电器的发热理论第第3章章 电器的电动力理论电器的电动力理论第第4章章 电器的电接触理论电器的电接触理论第第5章章 电器的电弧理论电器的电弧理论第第6章章 电器的电磁机构理论电器的电磁机构理论课堂表现课堂表现（20）考试成绩考试成绩（70）作业作业（10）第第1章章 绪论绪论-电力系统简介电力系统简介第第2章章 电器的发热理论电器的发热理论第第3章章 电器的电动力理论电器的电动力理论第第4章章 电器的电接触理论电器的电接触理论第第5章章 电器的电弧

3、理论电器的电弧理论第第6章章 电器的电磁机构理论电器的电磁机构理论电力系统的组成和特点电力系统的组成和特点电力的产生电力的产生电力的传输电压电力的传输电压电力的传输方式电力的传输方式输电系统的构成输电系统的构成电力系统是指完成电力系统是指完成电能电能的的生产生产、输送输送、分配分配和和消费消费的统一整体。的统一整体。电电力力系系统统发电站发电站输电系统输电系统配电系统配电系统配电系统配电系统负荷负荷负荷负荷负荷负荷负荷负荷负荷负荷负荷负荷发电站发电站输电系统输电系统配电系统配电系统负荷负荷变电站变电站升压升压降压降压降压降压电能不易储藏（一般生产和消费必须同时进行）电能不易储藏（一般生产和消费

4、必须同时进行）过渡过程非常短暂（需要自动的控制和保护）过渡过程非常短暂（需要自动的控制和保护）地区性特点较强（资源分布、工业布局、城市规划）地区性特点较强（资源分布、工业布局、城市规划）与国民经济和人民生活密切相关（保证电能质量和可靠性）与国民经济和人民生活密切相关（保证电能质量和可靠性）电力系统的特点电力系统的特点对电力系统的要求对电力系统的要求对用户连续供电（北美：对用户连续供电（北美：10年停电少于年停电少于1天）天）保证电能质量（电压偏移保证电能质量（电压偏移5%；频率偏移；频率偏移0.2Hz；谐波抑制）谐波抑制）经济性（节约能源）经济性（节约能源）防止环境污染（大气、噪声、电磁）防止

5、环境污染（大气、噪声、电磁）电力系统的组成和特点电力系统的组成和特点电力的产生电力的产生电力的传输电压电力的传输电压电力的传输方式电力的传输方式输电系统的构成输电系统的构成电能的产生电能的产生石化能源石化能源（Fossil）自然能源自然能源（Natural）核能核能（Nuclear）煤、石油、天然气煤、石油、天然气水、风、太阳水、风、太阳裂变裂变(Fission)聚变聚变(Fusion)发电厂发电厂电能电能热电子发射热电子发射电力系统的组成和特点电力系统的组成和特点电力的产生电力的产生电力的传输电压电力的传输电压电力的传输方式电力的传输方式输电系统的构成输电系统的构成传输电压的选择传输电压的选

6、择线间电压：线间电压：V (V)线路电流：线路电流：I (A)负载功率：负载功率：P (W)负载功率因数：负载功率因数： cosf f单线电阻：单线电阻：R(W W)线路功率损耗：线路功率损耗： Pl (W)损耗率：损耗率：lPPcosPVIf22lPI R2222coslP RPVf22s2coPRVf线路损耗与电压平方成反比，与功率因数平方成反比。线路损耗与电压平方成反比，与功率因数平方成反比。因此，为提高送电效率，电压越高越好。但也非任何情况下电压都是越因此，为提高送电效率，电压越高越好。但也非任何情况下电压都是越高越好，电压升高会增加电力设备的绝缘要求而成本提高。高越好，电压升高会增加

7、电力设备的绝缘要求而成本提高。输电电压的提高输电电压的提高输电电压的提高输电电压的提高晋东南南阳荆门晋东南南阳荆门示范工程示范工程送电电压等级与输送的自然功率送电电压等级与输送的自然功率自然功率自然功率是在输电线路末端接上相当于是在输电线路末端接上相当于 的波阻抗负载时线路所输送的功率的波阻抗负载时线路所输送的功率00CLZc20cPVZ不同电压等级单回线路的自然功率输送能力不同电压等级单回线路的自然功率输送能力电压电压 (kV)3305007651100功率功率 (MW)29588522105180计算计算输电电压的经济数值输电电压的经济数值Still式，根据线路全长和受端功率式，根据线路全

8、长和受端功率（kV, km, kW)5.5 0.6100RPVl200-300100000150000架空线路架空线路22050-1501000050000架空线路架空线路11020-50200010000架空线路架空线路3510以下以下5000以下以下电缆线路电缆线路108-153000以下以下架空线路架空线路108以下以下3000以下以下电缆线路电缆线路65-102000以下以下架空线路架空线路60.35以下以下175以下以下电缆线路电缆线路0.380.25以下以下100以下以下架空线路架空线路0.380.2以下以下100以下以下电缆线路电缆线路0.220.15以下以下50以下以下架空线路

9、架空线路0.22输送距离（输送距离（km）输送功率（输送功率（kW）线路结构线路结构额定线电压（额定线电压（kV）各级电压电力线路合理的输送功率和输送距离各级电压电力线路合理的输送功率和输送距离频率频率我国：我国：50Hz欧洲：欧洲：50Hz美国：美国：60Hz日本：日本：50Hz（东京电力）；东京电力）；60Hz（关西电力关西电力）电力系统的组成和特点电力系统的组成和特点电力的产生电力的产生电力的传输电压电力的传输电压电力的传输方式电力的传输方式输电系统的构成输电系统的构成交流输电交流输电很容易通过变压器进行升压、降压。很容易通过变压器进行升压、降压。有单相有单相2线制、单相线制、单相3线制

10、，三相线制，三相3线制、三相线制、三相4线制。其线制。其中中三相三相3线线制被最广泛地利用，有以下制被最广泛地利用，有以下优点优点：容易产生动力源（交流电动机）的重要旋转磁场；容易产生动力源（交流电动机）的重要旋转磁场；可以从三相交流电中得到单相；可以从三相交流电中得到单相；在相同电压、电流时，在相同电压、电流时，1条电线所送出的功率是单相条电线所送出的功率是单相2线线制的制的1.15倍；倍；在相同的电压、功率、损耗、距离时所需的电线重量为在相同的电压、功率、损耗、距离时所需的电线重量为单相单相2线制的线制的75。交流输电交流输电方式方式连线连线传输容量传输容量每条电线传输容量每条电线传输容量

11、比率比率单相单相2线制线制cosVIfcos2VIf1单相单相3线制线制2cosVIf2cos3VIf1.33三相三相3线制线制3cosVIf3cos3VIf1.15三相三相4线制线制3cosVIf3cos4VIf0.87交流输电交流输电单相单相2线制线制三相三相3线制线制电流：电流：I1 (A)单线电阻：单线电阻：R1 (W)导线截面：导线截面：S1 (m2)电线质量：电线质量：M1 (kg)电流：电流：I3 (A)单线电阻：单线电阻：R3 (W)导线截面：导线截面：S3 (m2)电线质量：电线质量：M3 (kg)1cosPIVf33 cosPIVf133II221 13 323lPR IR

12、 I312RR333113332754%MSSMSS132SS线间电压：线间电压：V (V)送电功率：送电功率：P (W)功率因数：功率因数：cosf f线路功率损耗：线路功率损耗： Pl (W)传输距离：传输距离：L (m)直流输电直流输电优点：优点：在相同有效电压时，与交流相比振幅小（在相同有效电压时，与交流相比振幅小（ ），利于），利于绝缘；绝缘；12缺点：缺点：电压电压升降升降不易实现；不易实现；与交流相比，难于开断。与交流相比，难于开断。输送相同功率时，线路造价低；输送相同功率时，线路造价低；在送受端不存在交流输电时的相位差，输电稳定性高；在送受端不存在交流输电时的相位差，输电稳定性

13、高；没有电容电流，不存在介质损耗，有利于电缆送电。没有电容电流，不存在介质损耗，有利于电缆送电。直流输电原理直流输电原理换流变压器换流变压器1整流器整流器逆变器逆变器换流变压器换流变压器2交流电交流电力系统力系统1交流电交流电力系统力系统2 换流站换流站1（整流站）整流站） 换流站换流站2（逆变站）逆变站）直流输电线路直流输电线路直流输电系统直流输电系统直流输电的回路方式直流输电的回路方式单极大地回线方式单极大地回线方式单极金属回线方式单极金属回线方式双极两端中性点接地方式双极两端中性点接地方式（3 种单极运行方式）种单极运行方式）1极换流站和线路停运：单极大地回线方式极换流站和线路停运：单极

14、大地回线方式1极换流站和接地极停运：单极金属回线方式极换流站和接地极停运：单极金属回线方式1极换流站停运：单极双导线并联大地回线方式极换流站停运：单极双导线并联大地回线方式我国的直流输电系统我国的直流输电系统线路名称线路名称电压电压(kV)电流电流(A)容量容量(MW)距离距离(km)单极投单极投运时间运时间双极投双极投运时间运时间葛洲坝上海葛洲坝上海50012001200105219891990天生桥天生桥广州广州500180018009602000.122001.06三峡三峡常州常州500300030008902003.012003.06三峡三峡广东广东500300030009562003

15、.122004.04贵州贵州广东广东500300030009002004.062004.10云南广东云南广东8003125500015002009.122010.6向家坝向家坝-上海上海800400064001906.72010.7锦屏锦屏苏南苏南8004500720020592012.12哈密南哈密南-郑州郑州8005000800022102014.1溪洛渡溪洛渡浙江浙江800800016802014.7宁东宁东-浙江浙江800800017202014.8.5核准，核准，9.23开工开工电力系统的组成和特点电力系统的组成和特点电力的产生电力的产生电力的传输电压电力的传输电压电力的传输方式电力

16、的传输方式输电系统的构成输电系统的构成交流输电系统的构成交流输电系统的构成发电机发电机升压变压器升压变压器降压变压器降压变压器负载负载负载负载负载负载断路器断路器断路器断路器断路器断路器断路器断路器断路器断路器断路器断路器断路器断路器直流输电系统的构成直流输电系统的构成送电端送电端受电端受电端整流器整流器逆变器逆变器平波电抗器平波电抗器变压器变压器变压器变压器平波电抗器平波电抗器断路器断路器断路器断路器断路器断路器断路器断路器直流输电系统的构成直流输电系统的构成交流滤波场交流滤波场平波电抗器平波电抗器穿墙套管穿墙套管直流输电系统的构成直流输电系统的构成直流输电系统的构成直流输电系统的构成可控硅

17、阀可控硅阀送电线路送电线路架空线（架空线（Overhead Line)经济、适合于远距离送电经济、适合于远距离送电构成：构成：电线电线Conductor 绝缘子绝缘子Insulator 杆塔杆塔Tower电线一般用钢芯铝绞线电线一般用钢芯铝绞线:aluminum cable steel reinforced ACSR，架空配电线也有采用绝缘电线。架空配电线也有采用绝缘电线。送电线路送电线路送电线路送电线路2008年年1月月17日三峡电力动脉安徽段遭严重冰灾日三峡电力动脉安徽段遭严重冰灾线路盘形悬式绝缘子线路盘形悬式绝缘子复合针式绝缘子复合针式绝缘子复合棒式绝缘子复合棒式绝缘子送电线路送电线路送

18、电线路送电线路电缆（电缆（Power Cable)地下送配电用，最高电压地下送配电用，最高电压500kV。固体电缆、充油电缆、气体绝缘管道固体电缆、充油电缆、气体绝缘管道 (GIL)、超导电缆超导电缆 Superconductor Cable高压配电网接线高压配电网接线单回路放射式单回路放射式双回路放射式双回路放射式高压配电网接线高压配电网接线单回路树干式单回路树干式双回路树干式双回路树干式高压配电网接线高压配电网接线普通环式普通环式局部线路故障时的运行状态局部线路故障时的运行状态高压配电网接线高压配电网接线拉手环式拉手环式低压配电网接线低压配电网接线单回路放射式单回路放射式双回路放射式双回路

19、放射式低压配电网接线低压配电网接线单回路树干式单回路树干式双回路树干式双回路树干式低压配电网接线低压配电网接线环式环式变电站变电站作用：作用：电压的变化和调整电压的变化和调整电力的集中和分配，电力的集中和分配，电力潮流控制、系统保护电力潮流控制、系统保护构成：构成：输送电能的设备输送电能的设备：主变压器、开关电器、母线、调相设：主变压器、开关电器、母线、调相设备、避雷装置、互感器等。（备、避雷装置、互感器等。（一次设备一次设备）监测、保护、控制设备监测、保护、控制设备：配电盘、继电保护盘、遥测遥：配电盘、继电保护盘、遥测遥控装置等。控装置等。 （二次设备二次设备）目的：目的：不中断地供应电力不

20、中断地供应电力维持适当的电压维持适当的电压提高运行效率提高运行效率主变压器（主变压器（Transformer）类型：双绕组变压器、三绕组变压器、自耦变压器、有类型：双绕组变压器、三绕组变压器、自耦变压器、有载调压变压器；载调压变压器；主变压器连接方式：通常为主变压器连接方式：通常为Y-Y-D ，Y连接的绕组中性连接的绕组中性点能够接地。点能够接地。 D连接可以抑制三次谐波。连接可以抑制三次谐波。YYD主变压器（主变压器（Transformer）开关（开关（Switchgear）和母线（和母线（Busbar）断路器（断路器（Circuit breaker）控制和保护控制和保护隔离开关（隔离开关（

21、Disconnector）切换电力流向切换电力流向故障隔离故障隔离母线（汇流排）（母线（汇流排）（Busbar）实现受电线、引出线与变压器进行连接或分离实现受电线、引出线与变压器进行连接或分离变电站主接线变电站主接线单母线接线（一路电源）单母线接线（一路电源）单母线接线（二路电源）单母线接线（二路电源）单母线分段接线（单母线分段接线（2种工作方式）种工作方式）分段断路器分段断路器变电站主接线变电站主接线变电站主接线变电站主接线单断路器双母线单断路器双母线变电站主接线单断路器双母线变电站主接线单断路器双母线倒排倒排操作操作第第1步步第第2步步第第2步步第第3步步变电站主接线单断路器双母线变电站主接线单断路器双母线倒排倒排操作操作第第3步步变电站主接线单断路器双母线