供配電系統(tǒng)分析與設計課件

供配電系統(tǒng)分析與設計緒論:從電力系統(tǒng)的事故說起電力系統(tǒng)的重要性電力作為一種涉及國計民生的基礎性資源，對于社會的正常生產及民眾的日常生活具有極為重要的意義.現代社會，電力是現代社會和經濟運行的神經中樞、動力之源,是社會和經濟運行的總開關，沒有了電，一切便迅速陷入全面癱瘓。從現代軍隊的軍事能力和戰(zhàn)術手段上說又容易實現：電力系統(tǒng)龐大脆弱，難以嚴密防御，容易使用飛機和導彈予以摧毀。其中，湖南、湖北、貴州、廣西、江西、安徽6省受災最為嚴重。1億人口停電，給經濟、社會和人民生活造成了極為嚴重的影響。電力系統(tǒng)-現代戰(zhàn)爭的攻擊重點2006年11月4日晚，西歐多國遭遇特大停電事故，約1000萬人受到影響。具有成本低廉、破壞力大、防衛(wèi)不易等優(yōu)點.如果臺灣使用石墨炸彈攻擊大陸城市，將會造成大陸城市的所有電力供應癱瘓。其選用特殊處理的純碳纖維絲制成,直徑小可在高空中長時間漂浮,具有強導電性,沒有粘性卻能附在一切物體表面。近幾年全球發(fā)生的重大停電事故令人震驚的是:南聯盟承認戰(zhàn)敗時，它的人民軍還保持著90%的基本完整。2008年1月10日，中國南部和中部19個省普降大暴雨和大暴雪，持續(xù)時間長達20多天，低溫、雨雪和冰凍的共同交織，造成了中國50年以來最嚴重的冰雪凍雨災害。攻擊電力系統(tǒng)，既為戰(zhàn)爭貼上“人道”標簽，又迅速打垮對方軍民抵抗意志。俄羅斯有關專家認為，莫斯科當天斷電與俄電力系統(tǒng)老化有關,專家建議及時更新電力基礎設施。在嚴重覆冰時,桿塔會遭到破壞.08年凍雨災害對中國電力系統(tǒng)影響近幾年全球發(fā)生的重大停電事故2003年8月14日，美國東北部部分地區(qū)以及加拿大東部地區(qū)出現的大范圍停電。這是北美歷史上最大范圍的停電.停電使城市公共交通設施癱瘓，造成61.8GW負荷損失；在216個電廠中切除了531臺發(fā)電機；給用戶造成了約70億美元的損失，受影響的人估計:加拿大有一千萬（三分之一的人口）在美國有四千萬。體制原因:，我國電網調控按照“先錯峰、后避峰、再限電、最后拉閘”的原則來保證重要部門、單位和人民生活用電需要。美國是市場化運作，供電用電嚴格遵守合同規(guī)定。因此即使用電負荷大幅度增加，美國的電網也得頂著，容易事故。近幾年全球發(fā)生的重大停電事故2003年8月28日，英國首都倫敦和英格蘭東南部部分地區(qū)突然發(fā)生重大停電事故，嚴重擾亂了交通運輸，倫敦近三分之二地鐵停運，大約25萬人被困在地鐵中。大約在停電兩個半小時后倫敦恢復電力供應。

英國電網官員稱，事故是由國家電網出現故障引起,電網設施落后,自動裝置不能有效切除故障。

倫敦市長：斷電是恥辱多達50萬人可能受影響。

近幾年全球發(fā)生的重大停電事故2005年1月8日9日，瑞典西南部遭遇颶風襲擊，導致當地40多萬戶家庭或機構停電，直接損失達數十億瑞典克朗。2006年5月25日，俄羅斯首都莫斯科南部、西南和東南城區(qū)及郊區(qū)發(fā)生大面積停電，給莫斯科市造成至少10億美元的損失。俄羅斯有關專家認為，莫斯科當天斷電與俄電力系統(tǒng)老化有關,專家建議及時更新電力基礎設施。

近幾年全球發(fā)生的重大停電事故2006年11月4日晚，西歐多國遭遇特大停電事故，約1000萬人受到影響。法國約500萬人的電力供應被切斷。德國停電影響了至少100萬人。事故還波及意大利,比利時和西班牙等地多個城市。直接起因是德國為了讓一艘船出廠切斷了兩條高壓線，造成歐洲電網東部電力輸出負荷過重，西部電力輸入嚴重不足，引發(fā)歐洲電網連鎖反應。歐洲目前使用統(tǒng)一供電網，任何一個環(huán)節(jié)出現問題，就可能對多個國家造成大范圍影響。歐洲大停電事故，暴露了歐洲電力供應方面的缺陷。歐洲官員呼吁各國加強能源合作，制定統(tǒng)一的電力政策，建立電力供應管理機構，加大電力建設投資等。

電力系統(tǒng)-現代戰(zhàn)爭的攻擊重點1991年海灣戰(zhàn)爭開始，戰(zhàn)爭不再以殺傷對方有生力量為重點(現代戰(zhàn)爭和傳統(tǒng)戰(zhàn)爭的本質區(qū)別)。美軍“五環(huán)打擊”:政府首腦、電力、交通、通信等戰(zhàn)略設施是攻擊的重點，軍隊和軍事設施是最次要的目標。戰(zhàn)爭是政治的繼續(xù)不是生命屠殺。攻擊電力系統(tǒng)，既為戰(zhàn)爭貼上“人道”標簽，又迅速打垮對方軍民抵抗意志。從現代軍隊的軍事能力和戰(zhàn)術手段上說又容易實現：電力系統(tǒng)龐大脆弱，難以嚴密防御，容易使用飛機和導彈予以摧毀。電力系統(tǒng)這一特性使其成為戰(zhàn)爭被攻擊的重點。

電力系統(tǒng)-現代戰(zhàn)爭的攻擊重點1999年科索沃戰(zhàn)爭，空襲前期主要是摧毀南聯盟的戰(zhàn)略設施，南軍民頑強堅持。從5月2日起，以美國為首的北約開始轟炸南聯盟供電系統(tǒng)，并使用石墨炸彈使南聯盟電網徹底癱瘓，由此造成整個南聯盟經濟的崩潰。30天后，南聯盟被迫接受了美國及北約的城下之盟。令人震驚的是:南聯盟承認戰(zhàn)敗時，它的人民軍還保持著90%的基本完整。美國空軍反思:如果一開始轟炸就對準南聯盟的電力系統(tǒng)，戰(zhàn)爭也許不需要進行78天。打擊電力系統(tǒng)就此成為美軍最大的戰(zhàn)爭心得。非殺傷性武器_碳纖維炸彈

電力系統(tǒng)-現代戰(zhàn)爭的攻擊重點碳纖維炸彈又稱石墨炸彈,軟炸彈，俗稱“電力殺手””斷電炸彈”，不以殺傷敵方兵員為目的,但對供電系統(tǒng)有強大破壞力。具有成本低廉、破壞力大、防衛(wèi)不易等優(yōu)點.其選用特殊處理的純碳纖維絲制成,直徑小可在高空中長時間漂浮,具有強導電性,沒有粘性卻能附在一切物體表面。只要搭落在電力線或變壓器等電力設施上，會發(fā)生短路燒毀，造成大范圍停電。會破壞電力設備原有的絕緣性能，使其長期受損，難以修復。石墨炸彈由于火藥量少，不會殺害人員和生物，是非殺傷性武器,因而不受“大規(guī)模毀滅性武器”相關公約的限制。

電力系統(tǒng)-現代戰(zhàn)爭的攻擊重點石墨炸彈在海灣戰(zhàn)爭“沙漠風暴”行動中首次登場,使伊拉克全國供電系統(tǒng)85%癱瘓。科索沃戰(zhàn)爭美國空軍對南斯拉夫的空襲中使用的石墨炸彈纖維更細更易導電，對電力破壞性更大。首次攻擊就造成南斯拉夫全國70%的地區(qū)斷電。北約發(fā)言人宣稱：“我們掌握了南聯盟的電力開關?！?007年臺灣《聯合報》稱，臺灣“中科院”正著手研制石墨炸彈，導彈的覆蓋范圍包括大陸的北京和上海。如果臺灣使用石墨炸彈攻擊大陸城市，將會造成大陸城市的所有電力供應癱瘓。08年凍雨災害對中國電力系統(tǒng)影響2008年1月10日，中國南部和中部19個省普降大暴雨和大暴雪，持續(xù)時間長達20多天，低溫、雨雪和冰凍的共同交織，造成了中國50年以來最嚴重的冰雪凍雨災害。民政部數據:凍雨災害中，農作物受災面積1.78億畝；倒塌房屋48.5萬間；因災直接經濟損失1516.5億元;造成129人死亡，4人失蹤，緊急轉移安置166萬人。其中，湖南、湖北、貴州、廣西、江西、安徽6省受災最為嚴重。08年凍雨災害對中國電力系統(tǒng)影響凍雨災害對電力系統(tǒng)破壞嚴重,導致大面積供電中斷.由于電力受損、煤炭運輸受阻（煤炭占電力發(fā)電的主導地位），不少地區(qū)用電中斷，電信、通訊、供水、取暖均受到不同程度影響，某些重災區(qū)甚至面臨斷糧危險。本次凍雨災害正逢春運期間，大量旅客滯留在站場港埠，社會秩序一度混亂。氣象災害中斷了多條鐵路動脈，幾十萬名乘客守候在廣州火車站廣場.但短路故障如果在多條線路同時頻繁發(fā)生，或者線路覆冰融化時，發(fā)生線路斷線、倒塔等事故，對電網安全和可靠供電將造成嚴重威脅?，F代社會，電力是現代社會和經濟運行的神經中樞、動力之源,是社會和經濟運行的總開關，沒有了電，一切便迅速陷入全面癱瘓。08年凍雨災害對中國電力系統(tǒng)影響電線覆冰融化中，線路絕緣水平大大下降，設備可能產生“冰閃”放電現象，會引起設備故障跳閘。凍雨天氣對電力系統(tǒng)危害的直接原因首次攻擊就造成南斯拉夫全國70%的地區(qū)斷電。凍雨與冷暖氣流相遇有關，形成通常需要兩個條件：《110～500kV架空送電線路設計技術規(guī)程》設計氣象條件規(guī)程：“應根據沿線的氣象資料和附近已有線路的運行經驗，110千伏到330千伏送電線路按15年的重現期確定，500千伏送電線路按30年的重現期確定。從現代軍隊的軍事能力和戰(zhàn)術手段上說又容易實現：電力系統(tǒng)龐大脆弱，難以嚴密防御，容易使用飛機和導彈予以摧毀。電力系統(tǒng)-現代戰(zhàn)爭的攻擊重點凍雨災害對電力系統(tǒng)破壞嚴重,導致大面積供電中斷.電線覆冰融化中，線路絕緣水平大大下降，設備可能產生“冰閃”放電現象，會引起設備故障跳閘。凍雨災害對電力系統(tǒng)破壞嚴重,導致大面積供電中斷.嚴重覆冰會使輸電線路出現斷線情況:冰載過大使電線弧垂大幅度增加，電線與地或周圍其他物體（如樹木、建筑物等）的安全距離減小，當距離不滿足電氣間隙要求時電線會對地或樹木放電而燒斷電線。歐洲官員呼吁各國加強能源合作，制定統(tǒng)一的電力政策，建立電力供應管理機構，加大電力建設投資等。貴州某地區(qū)的凍雨圖:雙回線這樣的(鐵塔)的重量大概是6噸，但是結了冰以后，重量大概達到50噸，是原來的6倍.凍雨附在電塔上凝結成冰后，時間一長就可能壓垮電塔.清理附冰最有效辦法是人爬上去敲掉冰掛，工作具有危險性，湖南有三個烈士為此殉職。近幾年全球發(fā)生的重大停電事故但短路故障如果在多條線路同時頻繁發(fā)生，或者線路覆冰融化時，發(fā)生線路斷線、倒塔等事故，對電網安全和可靠供電將造成嚴重威脅。08年凍雨災害對中國電力系統(tǒng)影響1億人口停電，給經濟、社會和人民生活造成了極為嚴重的影響?！?10～500kV架空送電線路設計技術規(guī)程》設計氣象條件規(guī)程：“應根據沿線的氣象資料和附近已有線路的運行經驗，110千伏到330千伏送電線路按15年的重現期確定，500千伏送電線路按30年的重現期確定。標準提高到50毫米覆冰時，塔材耗量將提高5.2008年1月10日，中國南部和中部19個省普降大暴雨和大暴雪，持續(xù)時間長達20多天，低溫、雨雪和冰凍的共同交織，造成了中國50年以來最嚴重的冰雪凍雨災害。2006年11月4日晚，西歐多國遭遇特大停電事故，約1000萬人受到影響?！钡衲旮脖鶠暮ι踔脸^了50年一遇。在嚴重覆冰時,桿塔會遭到破壞.具有成本低廉、破壞力大、防衛(wèi)不易等優(yōu)點.攻擊電力系統(tǒng)，既為戰(zhàn)爭貼上“人道”標簽，又迅速打垮對方軍民抵抗意志。凍雨遇到固體表面立刻結冰。電線上的附冰使電線載荷加重拉倒電線桿；此外融冰期，因為電線融冰速度不同（如陽側的冰先融化），也會造成電線桿張力不平衡而倒塌?！?10～500kV架空送電線路設計技術規(guī)程》設計氣象條件規(guī)程：“應根據沿線的氣象資料和附近已有線路的運行經驗，110千伏到330千伏送電線路按15年的重現期確定，500千伏送電線路按30年的重現期確定。電線覆冰融化中，線路絕緣水平大大下降，設備可能產生“冰閃”放電現象，會引起設備故障跳閘。法國約500萬人的電力供應被切斷。歐洲官員呼吁各國加強能源合作，制定統(tǒng)一的電力政策，建立電力供應管理機構，加大電力建設投資等。在嚴重覆冰時,桿塔會遭到破壞.凍雨遇到固體表面立刻結冰。2006年11月4日晚，西歐多國遭遇特大停電事故，約1000萬人受到影響。凍雨開始時以雪的形式落下，在下降過程中遇到暖氣流層而融化為雨滴，隨后在更低高度又遇到溫度低于零攝氏度的冷氣流層，此時雨滴不再凝結，而是形成過冷雨滴?！?10～500kV架空送電線路設計技術規(guī)程》設計氣象條件規(guī)程：“應根據沿線的氣象資料和附近已有線路的運行經驗，110千伏到330千伏送電線路按15年的重現期確定，500千伏送電線路按30年的重現期確定。凍雨在物體表面形成一層透明的冰覆蓋層，這種冰覆蓋層被稱作"雨凇"，又稱"冰掛"。首次攻擊就造成南斯拉夫全國70%的地區(qū)斷電。事故還波及意大利,比利時和西班牙等地多個城市。什么是凍雨

凍雨指過冷卻水落在地面或暴露物體時，迅速凝結為冰的天氣現象。凍雨與冷暖氣流相遇有關，形成通常需要兩個條件：(1)水汽充足。美國的東北部和加拿大中東部地區(qū)是世界著名的凍雨災害區(qū)，靠近它們的五大湖區(qū)正是暖濕氣流的來源。(2)地面溫度低于0℃，高空則有逆溫層。下冷上熱的氣溫條件使雪落到地面之前融化為水滴，而地面低溫使水滴落地時又能迅速凝結成冰。凍雨在物體表面形成一層透明的冰覆蓋層，這種冰覆蓋層被稱作"雨凇"，又稱"冰掛"。歐洲目前使用統(tǒng)一供電網，任何一個環(huán)節(jié)出現問題，就可能對多個國家造成大范圍影響。30天后，南聯盟被迫接受了美國及北約的城下之盟。《110～500kV架空送電線路設計技術規(guī)程》設計氣象條件規(guī)程：“應根據沿線的氣象資料和附近已有線路的運行經驗，110千伏到330千伏送電線路按15年的重現期確定，500千伏送電線路按30年的重現期確定。原有的設計標準無法滿足極端災害情況。從現代軍隊的軍事能力和戰(zhàn)術手段上說又容易實現：電力系統(tǒng)龐大脆弱，難以嚴密防御，容易使用飛機和導彈予以摧毀。2008年1月29日全國范圍內因燃料供應不足而停機共4171萬千瓦。如:以10毫米覆冰設計為標準，標準提高到20毫米覆冰時，塔材耗量將提高1.首次攻擊就造成南斯拉夫全國70%的地區(qū)斷電。凍雨在物體表面形成一層透明的冰覆蓋層，這種冰覆蓋層被稱作"雨凇"，又稱"冰掛"。2008年1月10日，中國南部和中部19個省普降大暴雨和大暴雪，持續(xù)時間長達20多天，低溫、雨雪和冰凍的共同交織，造成了中國50年以來最嚴重的冰雪凍雨災害。凍雨與冷暖氣流相遇有關，形成通常需要兩個條件：在216個電廠中切除了531臺發(fā)電機；兩冷包夾一暖的"三明治"氣層是凍雨的理想"溫床"。凍雨開始時以雪的形式落下，在下降過程中遇到暖氣流層而融化為雨滴，隨后在更低高度又遇到溫度低于零攝氏度的冷氣流層，此時雨滴不再凝結，而是形成過冷雨滴。過冷雨滴一旦遇到低于0℃的任何物體就會立刻凝結，形成細長條狀的冰掛。

凍雨天氣對電力系統(tǒng)危害的直接原因在全國范圍電網造成36740條10kV及以上電力線路、2016座35kV及以上變電站停運,10kV及以上桿塔倒塌及損壞310321基，其中110-500kV8381基，導致3330多萬戶、約1.1億人口停電，給經濟、社會和人民生活造成了極為嚴重的影響。煤、電、路三者的問題循環(huán):煤電運緊張形勢由來已久，災害前多個地區(qū)已因電廠存煤量不足出現缺電。災害中冰雪對道路交通的破壞導致電煤生產運輸阻礙，發(fā)電廠因燃料供應不足而停機問題突出。2008年1月29日全國范圍內因燃料供應不足而停機共4171萬千瓦。大面積輸電線路損壞，阻礙了電氣化鐵路的運營，又恰逢春運高峰，導致在遇災初期運力嚴重不足，進一步加劇了電煤緊缺的局面。如果臺灣使用石墨炸彈攻擊大陸城市，將會造成大陸城市的所有電力供應癱瘓。此外融冰期，因為電線融冰速度不同（如陽側的冰先融化），也會造成電線桿張力不平衡而倒塌。攻擊電力系統(tǒng)，既為戰(zhàn)爭貼上“人道”標簽，又迅速打垮對方軍民抵抗意志。從5月2日起，以美國為首的北約開始轟炸南聯盟供電系統(tǒng)，并使用石墨炸彈使南聯盟電網徹底癱瘓，由此造成整個南聯盟經濟的崩潰。08年凍雨災害對中國電力系統(tǒng)影響1億人口停電，給經濟、社會和人民生活造成了極為嚴重的影響。凍雨遇到固體表面立刻結冰。凍雨災害對電力系統(tǒng)破壞嚴重,導致大面積供電中斷.俄羅斯有關專家認為，莫斯科當天斷電與俄電力系統(tǒng)老化有關,專家建議及時更新電力基礎設施。凍雨附在電塔上凝結成冰后，時間一長就可能壓垮電塔.當溫度與濕度條件都具備時，風速的大小和風向成為決定覆冰厚度的重要參數，最適宜覆冰產生的風速一般為2米/秒到7米/秒。災害中冰雪對道路交通的破壞導致電煤生產運輸阻礙，發(fā)電廠因燃料供應不足而停機問題突出。凍雨天氣對電網傷害的形成導致輸電線路上覆冰的主要的氣象因素有氣溫、空氣濕度和風。當溫度與濕度條件都具備時，風速的大小和風向成為決定覆冰厚度的重要參數，最適宜覆冰產生的風速一般為2米/秒到7米/秒。覆冰首先在電線迎風面上產生，當迎風面達到某一覆冰厚度時，在不平衡重力的作用下產生扭矩，使電線發(fā)生扭轉，從而使電線的另一側成為迎風面而產生覆冰，如此反復多次后在電線上形成圓形或橢圓形的覆冰。凍雨天氣對電網傷害的形成這次凍雨氣候平均覆冰約在30～60mm，局部地區(qū)最大覆冰厚度達到80mm，使得鐵塔的垂直荷載和縱向張力大大超過其設計能力，導致大量倒塔事故。線路覆冰后，垂直荷載大，同時桿塔兩側電線的不均勻覆冰產生一定的縱向張力差，使桿塔的受力情況比較嚴重復雜.在嚴重覆冰時,桿塔會遭到破壞.嚴重覆冰會使輸電線路出現斷線情況:冰載過大使電線弧垂大幅度增加，電線與地或周圍其他物體（如樹木、建筑物等）的安全距離減小，當距離不滿足電氣間隙要求時電線會對地或樹木放電而燒斷電線。當然斷線更多的是因為桿塔串倒而拉斷。凍雨天氣對電網傷害的形成電力系統(tǒng)在覆冰融化中可能會出現以下問題:電線覆冰融化中，線路絕緣水平大大下降，設備可能產生“冰閃”放電現象，會引起設備故障跳閘。電線冰凌融化不均勻，導致電線出現大幅度舞動。帶電線路舞動中對地面或對周圍物體放電，引起短路跳閘。大風時，舞動的線路產生“共振”效應足以拉倒重達幾十噸的鋼制塔架，對輸變電設備造成二次破壞。對于線路覆冰融化時產生的單次短路故障，電網的輸變電設備可以自動在零點幾秒的時間內重合閘，幾乎不會對供電產生影響。但短路故障如果在多條線路同時頻繁發(fā)生，或者線路覆冰融化時，發(fā)生線路斷線、倒塔等事故，對電網安全和可靠供電將造成嚴重威脅。災害后的反思《110～500kV架空送電線路設計技術規(guī)程》設計氣象條件規(guī)程：“應根據沿線的氣象資料和附近已有線路的運行經驗，110千伏到330千伏送電線路按15年的重現期確定，500千伏送電線路按30年的重現期確定?！钡衲旮脖鶠暮ι踔脸^了50年一遇。電網建設中制定的規(guī)程規(guī)范都有一定的適用范圍，此次罕見的覆冰災害敲響了極端氣候條件下電網安全的警鐘。國家電網公司和南方電網公司正在分別制定災后重建的方案，按照國家電網公司的估計，僅重建修復電網的資金就需要300億元。其選用特殊處理的純碳纖維絲制成,直徑小可在高空中長時間漂浮,具有強導電性,沒有粘性卻能附在一切物體表面。碳纖維炸彈又稱石墨炸彈,軟炸彈，俗稱“電力殺手””斷電炸彈”，不以殺傷敵方兵員為目的,但對供電系統(tǒng)有強大破壞力。首次攻擊就造成南斯拉夫全國70%的地區(qū)斷電。如果臺灣使用石墨炸彈攻擊大陸城市，將會造成大陸城市的所有電力供應癱瘓。電力系統(tǒng)-現代戰(zhàn)爭的攻擊重點具有成本低廉、破壞力大、防衛(wèi)不易等優(yōu)點.當然斷線更多的是因為桿塔串倒而拉斷。在嚴重覆冰時,桿塔會遭到破壞.2006年11月4日晚，西歐多國遭遇特大停電事故，約1000萬人受到影響。