電力系統(tǒng)簡介

1、Fundamentals of Electrical Apparatuses海南大學機電工程學院教學講義海南大學機電工程學院教學講義20152016學年第一學期學年第一學期電氣工程及其自動化電氣工程及其自動化2013級級張玲張玲 ling_張冠生著張冠生著,電器理論基礎電器理論基礎: 機械工業(yè)出版社機械工業(yè)出版社, 1989.10松浦虔士松浦虔士,電力傳輸工程電力傳輸工程: 科學出版社科學出版社, 2001 過增元過增元 著著, 電弧和熱等離子體電弧和熱等離子體 : 科學出版社科學出版社,1986 Lafferty J.M.,真空電弧理論及其應用真空電弧理論及其應用:機械工業(yè)出機械工業(yè)出版社版

2、社, 1985 王其平王其平, 電器電弧理論電器電弧理論: 機械工業(yè)出版社機械工業(yè)出版社, 1991.5第第1章章 緒論緒論第第2章章 電器的發(fā)熱理論電器的發(fā)熱理論第第3章章 電器的電動力理論電器的電動力理論第第4章章 電器的電接觸理論電器的電接觸理論第第5章章 電器的電弧理論電器的電弧理論第第6章章 電器的電磁機構理論電器的電磁機構理論課堂表現(xiàn)課堂表現(xiàn)（20）考試成績考試成績（70）作業(yè)作業(yè)（10）第第1章章 緒論緒論-電力系統(tǒng)簡介電力系統(tǒng)簡介第第2章章 電器的發(fā)熱理論電器的發(fā)熱理論第第3章章 電器的電動力理論電器的電動力理論第第4章章 電器的電接觸理論電器的電接觸理論第第5章章 電器的電弧

3、理論電器的電弧理論第第6章章 電器的電磁機構理論電器的電磁機構理論1.電力系統(tǒng)的組成和特點電力系統(tǒng)的組成和特點2.電力的產(chǎn)生電力的產(chǎn)生3.電力的傳輸電壓電力的傳輸電壓4.電力的傳輸方式電力的傳輸方式5.輸電系統(tǒng)的構成輸電系統(tǒng)的構成電力系統(tǒng)是指完成電力系統(tǒng)是指完成電能電能的的生產(chǎn)生產(chǎn)、輸送輸送、分配分配和和消費消費的統(tǒng)一整體。的統(tǒng)一整體。電電力力系系統(tǒng)統(tǒng)發(fā)電站發(fā)電站輸電系統(tǒng)輸電系統(tǒng)配電系統(tǒng)配電系統(tǒng)配電系統(tǒng)配電系統(tǒng)負荷負荷負荷負荷負荷負荷負荷負荷負荷負荷負荷負荷發(fā)電站發(fā)電站輸電系統(tǒng)輸電系統(tǒng)配電系統(tǒng)配電系統(tǒng)負荷負荷變電站變電站升壓升壓降壓降壓降壓降壓1.電能不易儲藏（一般生產(chǎn)和消費必須同時進行）電能

4、不易儲藏（一般生產(chǎn)和消費必須同時進行）2.過渡過程非常短暫（需要自動的控制和保護）過渡過程非常短暫（需要自動的控制和保護）3.地區(qū)性特點較強（資源分布、工業(yè)布局、城市規(guī)劃）地區(qū)性特點較強（資源分布、工業(yè)布局、城市規(guī)劃）4.與國民經(jīng)濟和人民生活密切相關（保證電能質量和可靠性）與國民經(jīng)濟和人民生活密切相關（保證電能質量和可靠性）電力系統(tǒng)的特點電力系統(tǒng)的特點對電力系統(tǒng)的要求對電力系統(tǒng)的要求1.對用戶連續(xù)供電（北美：對用戶連續(xù)供電（北美：10年停電少于年停電少于1天）天）2.保證電能質量（電壓偏移保證電能質量（電壓偏移5%；頻率偏移；頻率偏移0.2Hz；諧波抑制）諧波抑制）3.經(jīng)濟性（節(jié)約能源）經(jīng)濟性

5、（節(jié)約能源）4.防止環(huán)境污染（大氣、噪聲、電磁）防止環(huán)境污染（大氣、噪聲、電磁）1.電力系統(tǒng)的組成和特點電力系統(tǒng)的組成和特點2.電力的產(chǎn)生電力的產(chǎn)生3.電力的傳輸電壓電力的傳輸電壓4.電力的傳輸方式電力的傳輸方式5.輸電系統(tǒng)的構成輸電系統(tǒng)的構成電能的產(chǎn)生電能的產(chǎn)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、天然氣煤、石油、天然氣水、風、太陽水、風、太陽裂變裂變(Fission)聚變聚變(Fusion)發(fā)電廠發(fā)電廠電能電能熱電子發(fā)射熱電子發(fā)射1.電力系統(tǒng)的組成和特點電力系統(tǒng)的組成和特點2.電力的產(chǎn)生電力的產(chǎn)生3.電力的傳輸電壓電力的傳輸電

6、壓4.電力的傳輸方式電力的傳輸方式5.輸電系統(tǒng)的構成輸電系統(tǒng)的構成傳輸電壓的選擇傳輸電壓的選擇線間電壓：線間電壓：V (V)線路電流：線路電流：I (A)負載功率：負載功率：P (W)負載功率因數(shù)：負載功率因數(shù)： cosf f單線電阻：單線電阻：R(W W)線路功率損耗：線路功率損耗： Pl (W)損耗率：損耗率：lPPcosPVIf22lPI R2222coslP RPVf22s2coPRVf線路損耗與電壓平方成反比，與功率因數(shù)平方成反比。線路損耗與電壓平方成反比，與功率因數(shù)平方成反比。因此，為提高送電效率，電壓越高越好。但也非任何情況下電壓都是越因此，為提高送電效率，電壓越高越好。但也非任

7、何情況下電壓都是越高越好，電壓升高會增加電力設備的絕緣要求而成本提高。高越好，電壓升高會增加電力設備的絕緣要求而成本提高。輸電電壓的提高輸電電壓的提高輸電電壓的提高輸電電壓的提高晉東南南陽荊門晉東南南陽荊門示范工程示范工程送電電壓等級與輸送的自然功率送電電壓等級與輸送的自然功率自然功率自然功率是在輸電線路末端接上相當于是在輸電線路末端接上相當于 的波阻抗負載時線路所輸送的功率的波阻抗負載時線路所輸送的功率00CLZc20cPVZ不同電壓等級單回線路的自然功率輸送能力不同電壓等級單回線路的自然功率輸送能力電壓電壓 (kV)3305007651100功率功率 (MW)29588522105180計

8、算計算輸電電壓的經(jīng)濟數(shù)值輸電電壓的經(jīng)濟數(shù)值Still式，根據(jù)線路全長和受端功率式，根據(jù)線路全長和受端功率（kV, km, kW)5.5 0.6100RPVl200-300100000150000架空線路架空線路22050-1501000050000架空線路架空線路11020-50200010000架空線路架空線路3510以下以下5000以下以下電纜線路電纜線路108-153000以下以下架空線路架空線路108以下以下3000以下以下電纜線路電纜線路65-102000以下以下架空線路架空線路60.35以下以下175以下以下電纜線路電纜線路0.380.25以下以下100以下以下架空線路架空線路0.

9、380.2以下以下100以下以下電纜線路電纜線路0.220.15以下以下50以下以下架空線路架空線路0.22輸送距離（輸送距離（km）輸送功率（輸送功率（kW）線路結構線路結構額定線電壓（額定線電壓（kV）各級電壓電力線路合理的輸送功率和輸送距離各級電壓電力線路合理的輸送功率和輸送距離頻率頻率我國：我國：50Hz歐洲：歐洲：50Hz美國：美國：60Hz日本：日本：50Hz（東京電力）；東京電力）；60Hz（關西電力關西電力）1.電力系統(tǒng)的組成和特點電力系統(tǒng)的組成和特點2.電力的產(chǎn)生電力的產(chǎn)生3.電力的傳輸電壓電力的傳輸電壓4.電力的傳輸方式電力的傳輸方式5.輸電系統(tǒng)的構成輸電系統(tǒng)的構成交流輸電

10、交流輸電1.很容易通過變壓器進行升壓、降壓。很容易通過變壓器進行升壓、降壓。2.有單相有單相2線制、單相線制、單相3線制，三相線制，三相3線制、三相線制、三相4線制。其線制。其中中三相三相3線線制被最廣泛地利用，有以下制被最廣泛地利用，有以下優(yōu)點優(yōu)點：容易產(chǎn)生動力源（交流電動機）的重要旋轉磁場；容易產(chǎn)生動力源（交流電動機）的重要旋轉磁場；可以從三相交流電中得到單相；可以從三相交流電中得到單相；在相同電壓、電流時，在相同電壓、電流時，1條電線所送出的功率是單相條電線所送出的功率是單相2線線制的制的1.15倍；倍；在相同的電壓、功率、損耗、距離時所需的電線重量為在相同的電壓、功率、損耗、距離時所需

11、的電線重量為單相單相2線制的線制的75。交流輸電交流輸電方式方式連線連線傳輸容量傳輸容量每條電線傳輸容量每條電線傳輸容量比率比率單相單相2線制線制cosVIfcos2VIf1單相單相3線制線制2cosVIf2cos3VIf1.33三相三相3線制線制3cosVIf3cos3VIf1.15三相三相4線制線制3cosVIf3cos4VIf0.87交流輸電交流輸電單相單相2線制線制三相三相3線制線制電流：電流：I1 (A)單線電阻：單線電阻：R1 (W)導線截面：導線截面：S1 (m2)電線質量：電線質量：M1 (kg)電流：電流：I3 (A)單線電阻：單線電阻：R3 (W)導線截面：導線截面：S3

12、(m2)電線質量：電線質量：M3 (kg)1cosPIVf33 cosPIVf133II221 13 323lPR IR I312RR333113332754%MSSMSS132SS線間電壓：線間電壓：V (V)送電功率：送電功率：P (W)功率因數(shù)：功率因數(shù)：cosf f線路功率損耗：線路功率損耗： Pl (W)傳輸距離：傳輸距離：L (m)直流輸電直流輸電優(yōu)點：優(yōu)點：在相同有效電壓時，與交流相比振幅?。ㄔ谙嗤行щ妷簳r，與交流相比振幅?。?），利于），利于絕緣；絕緣；12缺點：缺點：電壓電壓升降升降不易實現(xiàn)；不易實現(xiàn)；與交流相比，難于開斷。與交流相比，難于開斷。輸送相同功率時，線路造價低；

13、輸送相同功率時，線路造價低；在送受端不存在交流輸電時的相位差，輸電穩(wěn)定性高；在送受端不存在交流輸電時的相位差，輸電穩(wěn)定性高；沒有電容電流，不存在介質損耗，有利于電纜送電。沒有電容電流，不存在介質損耗，有利于電纜送電。直流輸電原理直流輸電原理換流變壓器換流變壓器1整流器整流器逆變器逆變器換流變壓器換流變壓器2交流電交流電力系統(tǒng)力系統(tǒng)1交流電交流電力系統(tǒng)力系統(tǒng)2 換流站換流站1（整流站）整流站） 換流站換流站2（逆變站）逆變站）直流輸電線路直流輸電線路直流輸電系統(tǒng)直流輸電系統(tǒng)直流輸電的回路方式直流輸電的回路方式單極大地回線方式單極大地回線方式單極金屬回線方式單極金屬回線方式雙極兩端中性點接地方式雙

14、極兩端中性點接地方式（3 種單極運行方式）種單極運行方式）1極換流站和線路停運：單極大地回線方式極換流站和線路停運：單極大地回線方式1極換流站和接地極停運：單極金屬回線方式極換流站和接地極停運：單極金屬回線方式1極換流站停運：單極雙導線并聯(lián)大地回線方式極換流站停運：單極雙導線并聯(lián)大地回線方式我國的直流輸電系統(tǒng)我國的直流輸電系統(tǒng)線路名稱線路名稱電壓電壓(kV)電流電流(A)容量容量(MW)距離距離(km)單極投單極投運時間運時間雙極投雙極投運時間運時間葛洲壩上海葛洲壩上海50012001200105219891990天生橋天生橋廣州廣州500180018009602000.122001.06三峽

15、三峽常州常州500300030008902003.012003.06三峽三峽廣東廣東500300030009562003.122004.04貴州貴州廣東廣東500300030009002004.062004.10云南廣東云南廣東8003125500015002009.122010.6向家壩向家壩-上海上海800400064001906.72010.7錦屏錦屏蘇南蘇南8004500720020592012.12哈密南哈密南-鄭州鄭州8005000800022102014.1溪洛渡溪洛渡浙江浙江800800016802014.7寧東寧東-浙江浙江800800017202014.8.5核準，核準，9

16、.23開工開工1.電力系統(tǒng)的組成和特點電力系統(tǒng)的組成和特點2.電力的產(chǎn)生電力的產(chǎn)生3.電力的傳輸電壓電力的傳輸電壓4.電力的傳輸方式電力的傳輸方式5.輸電系統(tǒng)的構成輸電系統(tǒng)的構成交流輸電系統(tǒng)的構成交流輸電系統(tǒng)的構成發(fā)電機發(fā)電機升壓變壓器升壓變壓器降壓變壓器降壓變壓器負載負載負載負載負載負載斷路器斷路器斷路器斷路器斷路器斷路器斷路器斷路器斷路器斷路器斷路器斷路器斷路器斷路器直流輸電系統(tǒng)的構成直流輸電系統(tǒng)的構成送電端送電端受電端受電端整流器整流器逆變器逆變器平波電抗器平波電抗器變壓器變壓器變壓器變壓器平波電抗器平波電抗器斷路器斷路器斷路器斷路器斷路器斷路器斷路器斷路器直流輸電系統(tǒng)的構成直流輸電系統(tǒng)

17、的構成交流濾波場交流濾波場平波電抗器平波電抗器穿墻套管穿墻套管直流輸電系統(tǒng)的構成直流輸電系統(tǒng)的構成直流輸電系統(tǒng)的構成直流輸電系統(tǒng)的構成可控硅閥可控硅閥送電線路送電線路架空線（架空線（Overhead Line)經(jīng)濟、適合于遠距離送電經(jīng)濟、適合于遠距離送電構成：構成：電線電線Conductor 絕緣子絕緣子Insulator 桿塔桿塔Tower電線一般用鋼芯鋁絞線電線一般用鋼芯鋁絞線:aluminum cable steel reinforced ACSR，架空配電線也有采用絕緣電線。架空配電線也有采用絕緣電線。送電線路送電線路送電線路送電線路2008年年1月月17日三峽電力動脈安徽段遭嚴重冰災

18、日三峽電力動脈安徽段遭嚴重冰災線路盤形懸式絕緣子線路盤形懸式絕緣子復合針式絕緣子復合針式絕緣子復合棒式絕緣子復合棒式絕緣子送電線路送電線路送電線路送電線路電纜（電纜（Power Cable)地下送配電用，最高電壓地下送配電用，最高電壓500kV。固體電纜、充油電纜、氣體絕緣管道固體電纜、充油電纜、氣體絕緣管道 (GIL)、超導電纜超導電纜 Superconductor Cable高壓配電網(wǎng)接線高壓配電網(wǎng)接線單回路放射式單回路放射式雙回路放射式雙回路放射式高壓配電網(wǎng)接線高壓配電網(wǎng)接線單回路樹干式單回路樹干式雙回路樹干式雙回路樹干式高壓配電網(wǎng)接線高壓配電網(wǎng)接線普通環(huán)式普通環(huán)式局部線路故障時的運行狀

19、態(tài)局部線路故障時的運行狀態(tài)高壓配電網(wǎng)接線高壓配電網(wǎng)接線拉手環(huán)式拉手環(huán)式低壓配電網(wǎng)接線低壓配電網(wǎng)接線單回路放射式單回路放射式雙回路放射式雙回路放射式低壓配電網(wǎng)接線低壓配電網(wǎng)接線單回路樹干式單回路樹干式雙回路樹干式雙回路樹干式低壓配電網(wǎng)接線低壓配電網(wǎng)接線環(huán)式環(huán)式變電站變電站作用：作用：電壓的變化和調整電壓的變化和調整電力的集中和分配，電力的集中和分配，電力潮流控制、系統(tǒng)保護電力潮流控制、系統(tǒng)保護構成：構成：輸送電能的設備輸送電能的設備：主變壓器、開關電器、母線、調相設：主變壓器、開關電器、母線、調相設備、避雷裝置、互感器等。（備、避雷裝置、互感器等。（一次設備一次設備）監(jiān)測、保護、控制設備監(jiān)測、保

20、護、控制設備：配電盤、繼電保護盤、遙測遙：配電盤、繼電保護盤、遙測遙控裝置等?？匮b置等。 （二次設備二次設備）目的：目的：不中斷地供應電力不中斷地供應電力維持適當?shù)碾妷壕S持適當?shù)碾妷禾岣哌\行效率提高運行效率主變壓器（主變壓器（Transformer）類型：雙繞組變壓器、三繞組變壓器、自耦變壓器、有類型：雙繞組變壓器、三繞組變壓器、自耦變壓器、有載調壓變壓器；載調壓變壓器；主變壓器連接方式：通常為主變壓器連接方式：通常為Y-Y-D ，Y連接的繞組中性連接的繞組中性點能夠接地。點能夠接地。 D連接可以抑制三次諧波。連接可以抑制三次諧波。YYD主變壓器（主變壓器（Transformer）開關（開關（

21、Switchgear）和母線（和母線（Busbar）斷路器（斷路器（Circuit breaker）控制和保護控制和保護隔離開關（隔離開關（Disconnector）切換電力流向切換電力流向故障隔離故障隔離母線（匯流排）（母線（匯流排）（Busbar）實現(xiàn)受電線、引出線與變壓器進行連接或分離實現(xiàn)受電線、引出線與變壓器進行連接或分離變電站主接線變電站主接線單母線接線（一路電源）單母線接線（一路電源）單母線接線（二路電源）單母線接線（二路電源）單母線分段接線（單母線分段接線（2種工作方式）種工作方式）分段斷路器分段斷路器變電站主接線變電站主接線變電站主接線變電站主接線單斷路器雙母線單斷路器雙母線變電站主接線單斷路器雙母線變電站主接線單斷路器雙母線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步步變電站主接線單斷路器雙母線變電站主接線單斷路器雙母線倒排倒排操作操作第第3步步變電站主接線單斷路器雙母線變電站主接線單斷路器雙母線倒排倒排操作操作第第4步步變電站主接線單斷路器雙母線變電站主接線單斷路器雙母線倒排倒排操作操作第第4步步第第5步步變電站主接線單斷路器雙母線變電站主接線單斷路器雙母線倒排倒排操作操作第第5步步第第6步步變電站主接線單斷路器雙母線變電站主接線單斷路器雙母線倒排