電力系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1、Fundamentals of Electrical Apparatuses海南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院教學(xué)講義海南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院教學(xué)講義20152016學(xué)年第一學(xué)期學(xué)年第一學(xué)期電氣工程及其自動(dòng)化電氣工程及其自動(dòng)化2013級(jí)級(jí)張玲張玲 ling_張冠生著張冠生著,電器理論基礎(chǔ)電器理論基礎(chǔ): 機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)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(xué)出版社科學(xué)出版社, 2001 過(guò)增元過(guò)增元 著著, 電弧和熱等離子體電弧和熱等離子體 : 科學(xué)出版社科學(xué)出版社,1986 Lafferty J.M.,真空電弧理論及其應(yīng)用真空電弧理論及其應(yīng)用:機(jī)械工業(yè)出機(jī)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(jī)械工業(yè)出版社機(jī)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(dòng)力理論電器的電動(dòng)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(jī)構(gòu)理論電器的電磁機(jī)構(gòu)理論課堂表現(xiàn)課堂表現(xiàn)（20）考試成績(jī)考試成績(jī)（70）作業(yè)作業(yè)（10）第第1章章 緒論緒論-電力系統(tǒng)簡(jiǎn)介電力系統(tǒng)簡(jiǎn)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(dòng)力理論電器的電動(dòng)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(jī)構(gòu)理論電器的電磁機(jī)構(gòu)理論電力系統(tǒng)的組成和特點(diǎn)電力系統(tǒng)的組成和特點(diǎn)電力的產(chǎn)生電力的產(chǎn)生電力的傳輸電壓電力的傳輸電壓電力的傳輸方式電力的傳輸方式輸電系統(tǒng)的構(gòu)成輸電系統(tǒng)的構(gòu)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(fèi)消費(fèi)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(fù)荷負(fù)荷負(fù)荷負(fù)荷負(fù)荷負(fù)荷負(fù)荷負(fù)荷負(fù)荷負(fù)荷負(fù)荷負(fù)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(fù)荷負(fù)荷變電站變電站升壓升壓降壓降壓降壓降壓電能不易儲(chǔ)藏（一般生產(chǎn)和消費(fèi)必須同時(shí)進(jìn)行）電能不易儲(chǔ)藏（一般生產(chǎn)和消費(fèi)

4、必須同時(shí)進(jìn)行）過(guò)渡過(guò)程非常短暫（需要自動(dòng)的控制和保護(hù)）過(guò)渡過(guò)程非常短暫（需要自動(dòng)的控制和保護(hù)）地區(qū)性特點(diǎn)較強(qiáng)（資源分布、工業(yè)布局、城市規(guī)劃）地區(qū)性特點(diǎn)較強(qiáng)（資源分布、工業(yè)布局、城市規(guī)劃）與國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活密切相關(guān)（保證電能質(zhì)量和可靠性）與國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活密切相關(guān)（保證電能質(zhì)量和可靠性）電力系統(tǒng)的特點(diǎn)電力系統(tǒng)的特點(diǎn)對(duì)電力系統(tǒng)的要求對(duì)電力系統(tǒng)的要求對(duì)用戶連續(xù)供電（北美：對(duì)用戶連續(xù)供電（北美：10年停電少于年停電少于1天）天）保證電能質(zhì)量（電壓偏移保證電能質(zhì)量（電壓偏移5%；頻率偏移；頻率偏移0.2Hz；諧波抑制）諧波抑制）經(jīng)濟(jì)性（節(jié)約能源）經(jīng)濟(jì)性（節(jié)約能源）防止環(huán)境污染（大氣、噪聲、電磁）防止

5、環(huán)境污染（大氣、噪聲、電磁）電力系統(tǒng)的組成和特點(diǎn)電力系統(tǒng)的組成和特點(diǎn)電力的產(chǎn)生電力的產(chǎn)生電力的傳輸電壓電力的傳輸電壓電力的傳輸方式電力的傳輸方式輸電系統(tǒng)的構(gòu)成輸電系統(tǒng)的構(gòu)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(fēng)、太陽(yáng)水、風(fēng)、太陽(yáng)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)射電力系統(tǒng)的組成和特點(diǎn)電力系統(tǒng)的組成和特點(diǎn)電力的產(chǎn)生電力的產(chǎn)生電力的傳輸電壓電力的傳輸電壓電力的傳輸方式電力的傳輸方式輸電系統(tǒng)的構(gòu)成輸電系統(tǒng)的構(gòu)成傳輸電壓的選擇傳輸電壓的選

6、擇線間電壓：線間電壓：V (V)線路電流：線路電流：I (A)負(fù)載功率：負(fù)載功率：P (W)負(fù)載功率因數(shù)：負(fù)載功率因數(shù)： cosf f單線電阻：?jiǎn)尉€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。但也非任何情況下電壓都是越高越好，電壓升高會(huì)增加電力設(shè)備的絕緣要求而成本提高。高越好，電壓升高會(huì)增加

7、電力設(shè)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(yáng)荊門晉東南南陽(yáng)荊門示范工程示范工程送電電壓等級(jí)與輸送的自然功率送電電壓等級(jí)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(dāng)于是在輸電線路末端接上相當(dāng)于 的波阻抗負(fù)載時(shí)線路所輸送的功率的波阻抗負(fù)載時(shí)線路所輸送的功率00CLZc20cPVZ不同電壓等級(jí)單回線路的自然功率輸送能力不同電壓等級(jí)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(jì)算計(jì)算輸電電壓的經(jīng)濟(jì)數(shù)值輸電電壓的經(jīng)濟(jì)數(shù)值Still式，根據(jù)線路全長(zhǎng)和受端功率式，根據(jù)線路全

8、長(zhǎng)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0.380.2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

9、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(jié)構(gòu)線路結(jié)構(gòu)額定線電壓（額定線電壓（kV）各級(jí)電壓電力線路合理的輸送功率和輸送距離各級(jí)電壓電力線路合理的輸送功率和輸送距離頻率頻率我國(guó)：我國(guó)：50Hz歐洲：歐洲：50Hz美國(guó)：美國(guó)：60Hz日本：日本：50Hz（東京電力）；東京電力）；60Hz（關(guān)西電力關(guān)西電力）電力系統(tǒng)的組成和特點(diǎn)電力系統(tǒng)的組成和特點(diǎn)電力的產(chǎn)生電力的產(chǎn)生電力的傳輸電壓電力的傳輸電壓電力的傳輸方式電力的傳輸方式輸電系統(tǒng)的構(gòu)成輸電系統(tǒng)的構(gòu)成交流輸電交流輸電很容易通過(guò)變壓器進(jìn)行升壓、降壓。很容易通過(guò)變壓器進(jìn)行升壓、降壓。有單相有單相2線制、單相線制、單相3線制

10、，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(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：容易產(chǎn)生動(dòng)力源（交流電動(dòng)機(jī)）的重要旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；容易產(chǎn)生動(dòng)力源（交流電動(dòng)機(jī)）的重要旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；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(shí)，在相同電壓、電流時(shí)，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(shí)所需的電線重量為在相同的電壓、功率、損耗、距離時(shí)所需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

11、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：?jiǎn)尉€電阻：R1 (W)導(dǎo)線截面：導(dǎo)線截面：S1 (m2)電線質(zhì)量：電線質(zhì)量：M1 (kg)電流：電流：I3 (A)單線電阻：?jiǎn)尉€電阻：R3 (W)導(dǎo)線截面：導(dǎo)線截面：S3 (m2)電線質(zhì)量：電線質(zhì)量：M3 (kg)1cosPIVf33 cosPIVf133II221 13 323lPR IR

12、 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(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：在相同有效電壓時(shí)，與交流相比振幅?。ㄔ谙嗤行щ妷簳r(shí)，與交流相比振幅?。?），利于），利于絕緣；絕緣；12缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：電壓電壓升降升降不易實(shí)現(xiàn)；不易實(shí)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(shí)，線路造價(jià)低；輸送相同功率時(shí)，線路造價(jià)低；在送受端不存在交流輸電時(shí)的相位差，輸電穩(wěn)定性高；在送受端不存在交流輸電時(shí)的相位差，輸電穩(wěn)定性

13、高；沒有電容電流，不存在介質(zhì)損耗，有利于電纜送電。沒有電容電流，不存在介質(zhì)損耗，有利于電纜送電。直流輸電原理直流輸電原理?yè)Q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(diǎn)接地方式雙極兩端中性點(diǎn)接地方式（3 種單極運(yùn)行方式）種單極運(yùn)行方式）1極換流站和線路停運(yùn)：?jiǎn)螛O大地回線方式極換流站和線路停運(yùn)：?jiǎn)螛O

14、大地回線方式1極換流站和接地極停運(yùn)：?jiǎn)螛O金屬回線方式極換流站和接地極停運(yùn)：?jiǎn)螛O金屬回線方式1極換流站停運(yùn)：?jiǎn)螛O雙導(dǎo)線并聯(lián)大地回線方式極換流站停運(yùn)：?jiǎn)螛O雙導(dǎo)線并聯(lián)大地回線方式我國(guó)的直流輸電系統(tǒng)我國(guó)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(yùn)時(shí)間運(yùn)時(shí)間雙極投雙極投運(yùn)時(shí)間運(yùn)時(shí)間葛洲壩上海葛洲壩上海50012001200105219891990天生橋天生橋廣州廣州500180018009602000.122001.06三峽三峽常州常州500300030008902003.012003.06三峽三峽廣東廣東500300030009562003

15、.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(zhǔn)，核準(zhǔn)，9.23開工開工電力系統(tǒng)的組成和特點(diǎn)電力系統(tǒng)的組成和特點(diǎn)電力的產(chǎn)生電力的產(chǎn)生電力的傳輸電壓電力的傳輸電壓電力的傳輸方式電力

16、的傳輸方式輸電系統(tǒng)的構(gòu)成輸電系統(tǒng)的構(gòu)成交流輸電系統(tǒng)的構(gòu)成交流輸電系統(tǒng)的構(gòu)成發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)升壓變壓器升壓變壓器降壓變壓器降壓變壓器負(fù)載負(fù)載負(fù)載負(fù)載負(fù)載負(fù)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(gòu)成直流輸電系統(tǒng)的構(gòu)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(gòu)成直流輸電系統(tǒng)的構(gòu)成交流濾波場(chǎng)交流濾波場(chǎng)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(gòu)成直流輸電系統(tǒng)的構(gòu)成直流輸電系統(tǒng)的構(gòu)成直流輸電系統(tǒng)的構(gòu)成可控硅

17、閥可控硅閥送電線路送電線路架空線（架空線（Overhead Line)經(jīng)濟(jì)、適合于遠(yuǎn)距離送電經(jīng)濟(jì)、適合于遠(yuǎn)距離送電構(gòu)成：構(gòu)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(dòng)脈安徽段遭嚴(yán)重冰災(zāi)日三峽電力動(dòng)脈安徽段遭嚴(yán)重冰災(zāi)線路盤形懸式絕緣子線路盤形懸式絕緣子復(fù)合針式絕緣子復(fù)合針式絕緣子復(fù)合棒式絕緣子復(fù)合棒式絕緣子送電線路送電線路送

18、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(dǎo)電纜超導(dǎo)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(shí)的運(yùn)行狀態(tài)局部線路故障時(shí)的運(yùn)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

19、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(diào)整電壓的變化和調(diào)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(hù)電力潮流控制、系統(tǒng)保護(hù)構(gòu)成：構(gòu)成：輸送電能的設(shè)備輸送電能的設(shè)備：主變壓器、開關(guān)電器、母線、調(diào)相設(shè)：主變壓器、開關(guān)電器、母線、調(diào)相設(shè)備、避雷裝置、互感器等。（備、避雷裝置、互感器等。（一次設(shè)備一次設(shè)備）監(jiān)測(cè)、保護(hù)、控制設(shè)備監(jiān)測(cè)、保護(hù)、控制設(shè)備：配電盤、繼電保護(hù)盤、遙測(cè)遙：配電盤、繼電保護(hù)盤、遙測(cè)遙控裝置等?？匮b置等。 （二次設(shè)備二次設(shè)備）目的：目的：不中斷地供應(yīng)電力不

20、中斷地供應(yīng)電力維持適當(dāng)?shù)碾妷壕S持適當(dāng)?shù)碾妷禾岣哌\(yùn)行效率提高運(yùn)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(diào)壓變壓器；載調(diào)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(diǎn)能夠接地。點(diǎn)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(guān)（開關(guān)（Switchgear）和母線（和母線（Busbar）斷路器（斷路器（Circuit breaker）控制和保護(hù)控制和保護(hù)隔離開關(guān)（隔離開關(guān)（

21、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(shí)現(xiàn)受電線、引出線與變壓器進(jìn)行連接或分離實(shí)現(xiàn)受電線、引出線與變壓器進(jìn)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