电力系统简介

电器理论基础FundamentalsofElectricalApparatuses海南大学机电工程学院教学讲义2015~2016学年第一学期电气工程及其自动化2013级张玲ling_kexin313@163.com参考书籍张冠生著,电器理论基础:机械工业出版社,1989.10松浦虔士,电力传输工程:科学出版社,2001过增元著,电弧和热等离子体:科学出版社,1986LaffertyJ.M.,真空电弧理论及其应用:机械工业出版社,1985王其平,电器电弧理论:机械工业出版社,1991.51/682023年1月15日授课内容第1章绪论第2章 电器的发热理论第3章 电器的电动力理论第4章 电器的电接触理论第5章 电器的电弧理论第6章 电器的电磁机构理论2/682023年1月15日课堂表现（20％）考试成绩（70％）作业（10％）考核方式3/682023年1月15日电器理论基础第1章绪论--电力系统简介第2章 电器的发热理论第3章 电器的电动力理论第4章 电器的电接触理论第5章 电器的电弧理论第6章 电器的电磁机构理论4/682023年1月15日绪论 电力系统简介电力系统的组成和特点电力的产生电力的传输电压电力的传输方式输电系统的构成5/682023年1月15日1.电力系统的组成和特点电力系统是指完成电能的生产、输送、分配和消费的统一整体。电力系统发电站输电系统配电系统配电系统负荷负荷负荷负荷负荷负荷发电站输电系统配电系统负荷变电站升压降压降压6/682023年1月15日1.电力系统的组成和特点电能不易储藏（一般生产和消费必须同时进行）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）与国民经济和人民生活密切相关（保证电能质量和可靠性）电力系统的特点对电力系统的要求对用户连续供电（北美：10年停电少于1天）保证电能质量（电压偏移<5%；频率偏移<0.2Hz；谐波抑制）经济性（节约能源）防止环境污染（大气、噪声、电磁）7/682023年1月15日绪论 电力系统简介电力系统的组成和特点电力的产生电力的传输电压电力的传输方式输电系统的构成8/682023年1月15日2.电力的产生电能的产生石化能源（Fossil）自然能源（Natural）核能（Nuclear）煤、石油、天然气水、风、太阳裂变(Fission)聚变(Fusion)发电厂电能9/682023年1月15日2.电力的产生热电子发射10/682023年1月15日绪论 电力系统简介电力系统的组成和特点电力的产生电力的传输电压电力的传输方式输电系统的构成11/682023年1月15日3.电力的传输电压传输电压的选择线间电压： V(V)线路电流： I(A)负载功率： P(W)负载功率因数： cosf单线电阻： R(W)线路功率损耗： Pl(W)损耗率： 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高越好，电压升高会增加电力设备的绝缘要求而成本提高。12/682023年1月15日3.电力的传输电压输电电压的提高13/682023年1月15日3.电力的传输电压输电电压的提高晋东南－南阳－荆门示范工程14/682023年1月15日3.电力的传输电压送电电压等级与输送的自然功率自然功率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不同电压等级单回线路的自然功率输送能力电压(kV)3305007651100功率(MW)2958852210518015/682023年1月15日3.电力的传输电压计算输电电压的经济数值Still式，根据线路全长和受端功率（kV,km,kW)200-300100000~150000架空线路22050-15010000~50000架空线路11020-502000~10000架空线路3510以下5000以下电缆线路108-153000以下架空线路108以下3000以下电缆线路65-102000以下架空线路60.35以下175以下电缆线路0.380.25以下100以下架空线路0.380.2以下100以下电缆线路0.220.15以下50以下架空线路0.22输送距离（km）输送功率（kW）线路结构额定线电压（kV）各级电压电力线路合理的输送功率和输送距离16/682023年1月15日3.电力的传输电压频率我国： 50Hz欧洲： 50Hz美国： 60Hz日本： 50Hz（东京电力）；60Hz（关西电力）17/682023年1月15日绪论 电力系统简介电力系统的组成和特点电力的产生电力的传输电压电力的传输方式输电系统的构成18/682023年1月15日4.电力的传输方式交流输电很容易通过变压器进行升压、降压。有单相2线制、单相3线制，三相3线制、三相4线制。其中三相3线制被最广泛地利用，有以下优点：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；在相同电压、电流时，1条电线所送出的功率是单相2线制的1.15倍；在相同的电压、功率、损耗、距离时所需的电线重量为单相2线制的75％。19/682023年1月15日4.电力的传输方式交流输电方式连线传输容量每条电线传输容量比率单相2线制1单相3线制1.33三相3线制1.15三相4线制0.8720/682023年1月15日4.电力的传输方式交流输电单相2线制三相3线制电流： I1(A)单线电阻： R1(W)导线截面： S1(m2)电线质量： M1

(kg)电流： I3(A)单线电阻： R3(W)导线截面： S3(m2)电线质量： M3(kg)线间电压： V(V)送电功率： P(W)功率因数： cosf线路功率损耗： Pl(W)传输距离： L(m)21/682023年1月15日4.电力的传输方式直流输电优点：在相同有效电压时，与交流相比振幅小（），利于绝缘；缺点：电压升降不易实现；与交流相比，难于开断。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；没有电容电流，不存在介质损耗，有利于电缆送电。22/682023年1月15日4.电力的传输方式直流输电原理换流变压器1整流器逆变器换流变压器2交流电力系统1交流电力系统2

换流站1（整流站）

换流站2（逆变站）直流输电线路直流输电系统23/682023年1月15日4.电力的传输方式直流输电的回路方式单极大地回线方式单极金属回线方式双极两端中性点接地方式（3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1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24/682023年1月15日5.输电系统的构成我国的直流输电系统线路名称电压(kV)电流(A)容量(MW)距离(km)单极投运时间双极投运时间葛洲坝－上海±50012001200105219891990天生桥—广州±500180018009602000.122001.06三峡—常州±500300030008902003.012003.06三峡—广东±500300030009562003.122004.04贵州—广东±500300030009002004.062004.10云南－广东±8003125500015002009.122010.6向家坝-上海±800400064001906.7——2010.7锦屏—苏南±800450072002059——2012.12哈密南-郑州±800500080002210——2014.1溪洛渡—浙江±800——80001680——2014.7宁东-浙江±800——800017202014.8.5核准，9.23开工25/682023年1月15日绪论 电力系统简介电力系统的组成和特点电力的产生电力的传输电压电力的传输方式输电系统的构成26/682023年1月15日5.输电系统的构成交流输电系统的构成发电机升压变压器降压变压器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27/682023年1月15日5.输电系统的构成28/682023年1月15日5.输电系统的构成直流输电系统的构成送电端受电端整流器逆变器平波电抗器变压器变压器平波电抗器断路器断路器断路器断路器29/682023年1月15日5.输电系统的构成直流输电系统的构成交流滤波场30/682023年1月15日5.输电系统的构成平波电抗器穿墙套管直流输电系统的构成31/682023年1月15日5.输电系统的构成直流输电系统的构成可控硅阀32/682023年1月15日5.输电系统的构成送电线路架空线（OverheadLine)经济、适合于远距离送电构成： 电线 Conductor

绝缘子 Insulator

杆塔 Tower电线一般用钢芯铝绞线:aluminumcablesteelreinforced–ACSR，架空配电线也有采用绝缘电线。33/682023年1月15日5.输电系统的构成送电线路34/682023年1月15日5.输电系统的构成送电线路2008年1月17日三峡电力动脉安徽段遭严重冰灾35/682023年1月15日线路盘形悬式绝缘子复合针式绝缘子复合棒式绝缘子5.输电系统的构成送电线路36/682023年1月15日5.输电系统的构成送电线路电缆（PowerCable)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(GIL)、超导电缆SuperconductorCable37/682023年1月15日5.输电系统的构成高压配电网接线单回路放射式双回路放射式38/682023年1月15日5.输电系统的构成高压配电网接线单回路树干式双回路树干式39/682023年1月15日5.输电系统的构成高压配电网接线普通环式局部线路故障时的运行状态40/682023年1月15日5.输电系统的构成高压配电网接线拉手环式41/682023年1月15日5.输电系统的构成低压配电网接线单回路放射式双回路放射式42/682023年1月15日5.输电系统的构成低压配电网接线单回路树干式双回路树干式43/682023年1月15日5.输电系统的构成低压配电网接线环式44/682023年1月15日5.输电系统的构成变电站作用：电压的变化和调整电力的集中和分配，电力潮流控制、系统保护构成：输送电能的设备：主变压器、开关电器、母线、调相设备、避雷装置、互感器等。（一次设备）监测、保护、控制设备：配电盘、继电保护盘、遥测遥控装置等。（二次设备）目的：不中断地供应电力维持适当的电压提高运行效率45/682023年1月15日5.输电系统的构成主变压器（Transformer）类型：双绕组变压器、三绕组变压器、自耦变压器、有载调压变压器；主变压器连接方式：通常为Y-Y-D，Y连接的绕组中性点能够接地。D连接可以抑制三次谐波。46/682023年1月15日5.输电系统的构成主变压器（Transformer）47/682023年1月15日5.输电系统的构成48/682023年1月15日5.输电系统的构成开关（Switchgear）和母线（Busbar）断路器（Circuitbreaker）控制和保护隔离开关（Disconnector）切换电力流向故障隔离母线（汇流排）（Busbar）实现受电线、引出线与变压器进行连接或分离49/682023年1月15日5.输电系统的构成50/682023年1月15日5.输电系统的构成51/682023年1月15日5.输电系统的构成52/682023年1月15日5.输电系统的构成变电站主接线单母线接线（一路电源）单母线接线（二路电源）53/682023年1月15日5.输电系统的构成单母线分段接线（2种工作方式）分段断路器变电站主接线54/682023年1月15日5.输电系统的构成变电站主接线单断路器双母线55/682023年1月15日5.输电系统的构成变电站主接线－单断路器双母线倒排操作第1步第2步56/682023年1月15日5.输电系统的构成第2步第3步变电站主接线－单断路器双母线倒排操作57/682023年1月15日第3步5.输电系统的构成变电站主接线－单断路器双母线倒排操作第4步58/682023年1月15日5.输电系统的构成变电站主接线－单断路器双母线倒排操作第4步第5步59/682023年1月15日5.输电系统的构成