配电系统对高压开关元件及成套设备的要求.ppt

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1、配电系统对高压开关元件及成套配电系统对高压开关元件及成套设备的要求设备的要求PDS-CB2前言前言1.内容及课时按排内容及课时按排2.讲课特点讲课特点3.讲义、参考书讲义、参考书4.对学员的要求对学员的要求PDS-CB3配电系统对高压开关元件及配电系统对高压开关元件及成套设备的要求成套设备的要求(讲课大纲讲课大纲)一一.电力系统电力系统基础知识基础知识二二.配电系统对高压开关的要求配电系统对高压开关的要求三三.配电系统对高压成套设备及其他高压元件配电系统对高压成套设备及其他高压元件的要求的要求4/20/2024PDS-CB4一一.电力系统基础知识电力系统基础知识(1).(1).电力系统的组成与

2、功能电力系统的组成与功能;配电系统的主要功能配电系统的主要功能,重要性重要性;(2).(2).电气参数电气参数 和主要电力设备和主要电力设备 (发电机发电机,变压器变压器););(3).(3).电能的特点电能的特点;电能质量及其控制电能质量及其控制.(4).(4).我国电力工业的发展我国电力工业的发展;4/20/2024PDS-CB5二二.配电系统对高压开关的要配电系统对高压开关的要求求(1).(1).断路器断路器,负荷开关在电力系统中的负荷开关在电力系统中的作用作用(2).(2).配电系统中的短路配电系统中的短路 (3).(3).配电系统中的各种电压配电系统中的各种电压 (4).(4).高压

3、开关中的绝缘高压开关中的绝缘4/20/2024PDS-CB6三三.配电系统对高压成套设备及其他高配电系统对高压成套设备及其他高压元件的要求压元件的要求(1).几种高压成套设备在配电系统中的作用几种高压成套设备在配电系统中的作用(2).高压成套设备中的几种主接线高压成套设备中的几种主接线(3).其他高压元件其他高压元件:电压互感器电压互感器,电流互感电流互感器器,避雷器避雷器,熔断器熔断器,隔离开关等的功用和主要隔离开关等的功用和主要性能性能4/20/2024PDS-CB7参考书参考书1。高压断路器原理和应用。高压断路器原理和应用清华大学徐国政,张节容,钱家骊,黄瑜珑2。电力工程。电力工程西安交

4、通大学尹克宁3。电工学电工学(上册,电工技术)秦曾煌4。电路。电路西安交通大学邱关源5。电力系统基础。电力系统基础华北电力学院杨以涵6。发电厂电气部分。发电厂电气部分华中工学院范锡普7。水电站电气部分。水电站电气部分河海大学季一峰4/20/2024PDS-CB8一一.电力系统基础知识电力系统基础知识(1).电力系统的组成与功能电力系统的组成与功能;配电系统的主要功能配电系统的主要功能,重要性重要性;(2).主要电力设备主要电力设备(发电机发电机,变压器变压器);(3).电能的特点电能的特点;电能质量及其控制电能质量及其控制.(4).我国电力工业的发展我国电力工业的发展;4/20/2024PDS

5、-CB91-1.电力系统电力系统的组成和的组成和功能功能配电系统的主要功能配电系统的主要功能1-2.电力设备和电力设备和电气参数电气参数(发电机发电机,变压器等变压器等)1-3.电能的特点电能的特点;电能质量要求电能质量要求1-4.我国电力工业的发展我国电力工业的发展4/20/2024PDS-CB101-1.电力系统的电力系统的组成和功能组成和功能1-1-1电能的产生、传输与使用电能的产生、传输与使用电力系统的电力系统的组成组成电力系统的功能电力系统的功能1-1-2配电系统的配电系统的重要性重要性配电系统的配电系统的主接线主接线;4/20/2024PDS-CB111-1-1.电能的产生、传输与

6、使用电能的产生、传输与使用输电系统输电系统及配电系统及配电系统电气负荷电气负荷(用户用户)发电厂发电厂电能的传输电能的传输与分配与分配机械能转变机械能转变为电能为电能电能转变为机械能电能转变为机械能及其他能及其他能4/20/2024PDS-CB124/20/2024PDS-CB13电力系统的电力系统的组成组成发电厂发电厂输电系统输电系统配电系统配电系统用户用户4/20/2024PDS-CB14断路器断路器输电线输电线,母线母线(三相三相)变压器变压器隔离开关隔离开关同歩发电机同歩发电机,发电厂发电厂4/20/2024PDS-CB15电力系统示意图电力系统示意图发电厂发电厂变电站变电站4/20/

7、2024PDS-CB16供电特点：供电特点：1.稳定电压和频繁，随时供应稳定电压和频繁，随时供应2.电力负荷变动巨大电力负荷变动巨大3.不间断供电不间断供电4.兼供有功及无功功率兼供有功及无功功率4/20/2024PDS-CB17以以经济成本经济成本发电，对发电，对环境环境影响很小。影响很小。以最高以最高效率效率可靠可靠地向用户提供电压和频率地向用户提供电压和频率稳定稳定的电能的电能.电力系统的功能电力系统的功能4/20/2024PDS-CB18配电系统的配电系统的重要性重要性1。直接影响客户用电。直接影响客户用电2。设备价格与技术提高。设备价格与技术提高3。可靠性及自动化要求增加。可靠性及自

8、动化要求增加配电系统配电系统4/20/2024PDS-CB19配电系统的主接线配电系统的主接线1.放射形线路放射形线路2.环形线路环形线路3.网格形线路网格形线路4/20/2024PDS-CB201.放放(辐辐)射形配电系统射形配电系统简单简单,成本低成本低,易于扩建发展易于扩建发展线路简单线路简单可靠性高可靠性高(?)4/20/2024PDS-CB21G10.1km2.6km0.4kmT4:500kVA*(10.6km)F7Ar8.22.6kmT7:50kVA*(15.8km)Ar7PEAdistributionnetworkT6:50kVA(13.2km)Ar6F6F2T5:100kVA(

9、10.5km)Ar5F7F10.3km0.2kmAr8.1Ar4F8F4放射型配电系统(农村或居民区)典型的配电系统典型的配电系统(工业地区工业地区)4/20/2024PDS-CB232.环形配电系统环形配电系统比同回路数比同回路数单单,双母线少一台断路器双母线少一台断路器不用操作隔离开关不用操作隔离开关一路检修需开断两台断路器一路检修需开断两台断路器任何母线或断路器故障都不会导致其他线路停任何母线或断路器故障都不会导致其他线路停电电有较高的可靠性和灵活性有较高的可靠性和灵活性4/20/2024PDS-CB243.网格形配电系统网格形配电系统4/20/2024PDS-CB251-2-1电力系统

10、的主要电气参数电力系统的主要电气参数电力系统中四个重要参数电力系统中四个重要参数:电流电流I,电压电压U(包括幅值和相位包括幅值和相位),有功功率有功功率P无功功率无功功率Q.1-2.电力设备和电力设备和 电气参数电气参数 4/20/2024PDS-CB26电压电压VoltageV;电流电流CurrentI;频率频率Frequencyf=/2;功率功率PowerS=P+jQP-有功功率有功功率Q-无功功率无功功率阻抗阻抗ImpedanceZ=R+jX;（阻抗阻抗）4/20/2024PDS-CB27电力线路的三亇主要电气参数电力线路的三亇主要电气参数:R电阻电阻-欧姆欧姆()L-电感电感-亨利亨

11、利(H)(感抗感抗 L)C-电容电容-法拉法拉(F)(容抗容抗1/C)4/20/2024PDS-CB28电阻电阻R(Resistance)2.只有电流流过，电阻上才会有压降只有电流流过，电阻上才会有压降U=IR1.电流流过电阻，就会发热，损耗能量电流流过电阻，就会发热，损耗能量P=I2R4/20/2024PDS-CB29U=RIIR?4/20/2024PDS-CB30电感电感L(Inductance)1.电感不消耗能量，当交流电流过电感时，有电感不消耗能量，当交流电流过电感时，有压降，压降压降，压降(阻抗阻抗)与频率有关与频率有关(L)。2.电感是储能元件：当流过电流时储存磁场能电感是储能元件

12、：当流过电流时储存磁场能量量3.向电感线圈施加电压时，电流不能突变。向电感线圈施加电压时，电流不能突变。当开断带电的电感线圈时会向电容释放能量，当开断带电的电感线圈时会向电容释放能量，产生过电压。产生过电压。4/20/2024PDS-CB31RLEKCEULiLUL=Ee-t/Ti=I(1e-t/T)T=L/R4/20/2024PDS-CB32电容电容C(Capacitance)1.电容也是储能元件。电容也是储能元件。2.向电容施加电压时，电容上的电压不向电容施加电压时，电容上的电压不能突变。建立电压需要一定的时间。能突变。建立电压需要一定的时间。建立电场能量：建立电场能量：3.开断电容会释放

13、能量，将电场能量变开断电容会释放能量，将电场能量变为磁场能量。也会引起过电压。为磁场能量。也会引起过电压。4/20/2024PDS-CB33RLEKC4/20/2024PDS-CB34RKECE/RUCiCUC=E(1-e-t/T)i=E/Re-t/TT=RC4/20/2024PDS-CB351-2.电力设备和电力设备和 电气参数电气参数 1-2-2.主要电力设备主要电力设备发电机发电机-产生电力产生电力(三相交流电或直流电三相交流电或直流电)变压器变压器 改变电压改变电压(升压变压器及降压变压器升压变压器及降压变压器)4/20/2024PDS-CB36断路器断路器-开开,合正常负荷及开断故障

14、电流合正常负荷及开断故障电流;电压、电流互感器电压、电流互感器测量电压测量电压,电流电流;提供保护信息提供保护信息;输输,配电线路配电线路 传送及分配电力传送及分配电力.4/20/2024PDS-CB37发电机发电机与与发电厂发电厂4/20/2024PDS-CB38同歩发电机同歩发电机什么是同歩什么是同歩?发电机发电原理发电机发电原理:电、电、磁、力磁、力的关系的关系右手定则右手定则:要发电要有要发电要有磁磁,有有力力.发电机发电机4/20/2024PDS-CB39磁从哪里获得磁从哪里获得:磁石磁石,励磁机励磁机-由电产生由电产生(电电磁铁原理磁铁原理)力从哪里获得力从哪里获得:火电厂火电厂:

15、烧煤烧煤,烧油烧油,烧气烧气核电厂核电厂:核反应核反应:(裂变裂变)水电厂水电厂:水的位能变成动能水的位能变成动能风力发电风力发电:风能风能4/20/2024PDS-CB40同步发电机的等值回路同步发电机的等值回路XdE4/20/2024PDS-CB41发电机的短路阻抗发电机的短路阻抗4/20/2024PDS-CB42Xd发电机阻抗发电机阻抗Xd发电机暂态阻抗发电机暂态阻抗Xd”发电机超暂态阻抗发电机超暂态阻抗发电机短路阻抗和短路电流发电机短路阻抗和短路电流4/20/2024PDS-CB43系数系数：断路器开断时间:8cycle(0.16s),系数为1;断路器开断时间:3cycle(0.06s

16、),系数为1.2;断路器开断时间:2cycle(0.04s),系数为1.4;断路器开断时间与开断短路电流的断路器开断时间与开断短路电流的关系关系4/20/2024PDS-CB44变压器变压器 与变电站与变电站 4/20/2024PDS-CB45变压器变压器怎样改变电压怎样改变电压电电磁磁电电激磁电流提供激磁电流提供(产生产生)输出电压输出电压额定输入电流提供输出电流额定输入电流提供输出电流4/20/2024PDS-CB464/20/2024PDS-CB47TransformerE1r1X1rCXmE2r2X2rLXLLoad变压器的等值回路变压器的等值回路4/20/2024PDS-CB48r1

17、X1a2rLa2XLa2r2a2X2E1r1X1rCXmE2r2X2rLXLLoad变压器的等值回路变压器的等值回路a=U1/U2=I2/I1a2=Z1/Z24/20/2024PDS-CB49r1X1a2rLa2XLa2r2a2X2a2rLa2XLXe变压器的等值回路变压器的等值回路4/20/2024PDS-CB50开断空载变压器时的过电压开断空载变压器时的过电压4/20/2024PDS-CB51CBGiLCiCLSLuCuL开断空载变压器时的过电压开断空载变压器时的过电压4/20/2024PDS-CB52变电站变电站变电站的组成变电站的组成:变压器变压器,断路器断路器,隔离开隔离开关关,接地

18、开关，负荷开关接地开关，负荷开关,熔断器熔断器,电压电压互感器互感器,电流互感器电流互感器,避雷器避雷器母线：硬母线、软母线母线：硬母线、软母线杆塔：铁塔、水泥杆塔杆塔：铁塔、水泥杆塔4/20/2024PDS-CB534/20/2024PDS-CB54110kV220kV10kV变电站变电站典型布置典型布置4/20/2024PDS-CB55XL2XL4XL3XL1MIMIMIIMII110kV10kVB1B2FD地区变电站主接线地区变电站主接线4/20/2024PDS-CB56输电线路输电线路杆塔杆塔:铁塔,水泥柱杆,木杆绝缘子绝缘子:悬式,针式,柱式(棒式),合成绝缘子导线导线:电缆电缆:油

19、纸绝缘,交联聚乙烯,4/20/2024PDS-CB571-1-1.输电系统的电压等级输电系统的电压等级电力系统电压等级与传送功率电力系统电压等级与传送功率,传送传送距离距离功率损耗功率损耗,电压降电压降4/20/2024PDS-CB58传输功率传输功率P=UI送电电压送电电压降降U=IR线路损耗线路损耗P=I2RI送电电流送电电流R导线电阻导线电阻提高送电电压、减少电流提高送电电压、减少电流能降低损耗能降低损耗电压过高可能投资太大电压过高可能投资太大4/20/2024PDS-CB59国家标准中有有关输配电线路电压等级国家标准中有有关输配电线路电压等级与电器设备的额定电压与电器设备的额定电压的规

20、定的规定输配电线路电压输配电线路电压等级等级(kV)3610203566110220330500750电器设备的额定电器设备的额定电压电压(kV)3.67.2122440.572.51262523635508004/20/2024PDS-CB60LinesStep-upTransformerStep-downTransformerLoad1.1UN1.05UNUNUN4/20/2024PDS-CB61影响选择电压等级的影响因素影响选择电压等级的影响因素:*降低线路上的电能损耗*减少导体成本(小直径);*增加送电距离和功率;#增加送电线路投资(铁塔及绝缘子较大);#增加电力设备的投资(提高设备绝

21、缘);#增加变电站成本(空间构架);4/20/2024PDS-CB62500kV线路通常每串需要线路通常每串需要24-27片标准悬式绝缘子片标准悬式绝缘子.每片绝缘子重约每片绝缘子重约5kg.每串绝缘子重约每串绝缘子重约100多公斤多公斤.400kV铁塔高约50m,宽约20m750kV铁塔高约40m,宽约43m.变压器的重量和体积按其额定电压的三次方增加变压器的重量和体积按其额定电压的三次方增加4/20/2024PDS-CB63额定电压与传输功率、传送距离间的关系额定电压与传输功率、传送距离间的关系额定电压额定电压(kV)传输功率传输功率(kW)传送距离传送距离(km)610012004151

22、02002,000620352,00010,000205011010,00050,00050150220100,000500,000100300500200,0001,000,0002006004/20/2024PDS-CB641-3.电能的特点电能的特点;电能质量要求电能质量要求对电能质量的要求对电能质量的要求:电压电压:(5-10)%额定电压额定电压;频率频率:(0.2-0.5)Hz额定值额定值(50or60Hz);波形波形:;正弦波正弦波（谐波）（谐波）4/20/2024PDS-CB65经济发展与电气化经济发展与电气化-对电能量的需求:工业工业（包括交通（包括交通);商业商业;居住居住.

23、对电能质的要求:-电压电压,频率频率,谐波谐波;可靠性可靠性.4/20/2024PDS-CB66负荷的改变负荷的改变:照明照明;?马达;?家用电器:收音机收音机,TV,录放机录放机,?空调或或取暖器取暖器;?计算机,数字设备数字设备;-敏感负荷。敏感负荷。4/20/2024PDS-CB67电源波形电源波形4/20/2024PDS-CB684/20/2024PDS-CB691-4.中国电力工业发展中国电力工业发展4/20/2024PDS-CB70GDP(atCurrentPrice)andGDPPerCapitainChina,1990-20017.0%4/20/2024PDS-CB71GDP(

24、atCurrentPrice)GrowthRateinChina,1991-20014/20/2024PDS-CB72DistributionofMajorSourcesandLoadCentersMajorCoalSourceMajorHydropowerSourceThreeGorgesShanghaiBeijingGuangzhou,HongKongMajorLoadCenterWuhan4/20/2024PDS-CB73InstallationincludingNuclear2100MW.)InstallationinChina,1949-1997Hydro-PowerThermalP

25、ower19974/20/2024PDS-CB74PowerGenerationinChina,1949-1997ThermalgenerationIncludingNuclear:138TWh143TWh144TWhHydro-PowerThermalPower4/20/2024PDS-CB75TheShareRateofPowerGenerationinChina,TheShareRateofPowerGenerationinChina,1998(16.85%)(81.82%)(1.23%)4/20/2024PDS-CB76ElectricityInstallationandGenerat

26、ioninChina(1993-2001)4/20/2024PDS-CB77Uptoendof2001ThetotalCapacityInstallation:3.3860108kWThetotalGenerationin2001:14839108kwh4/20/2024PDS-CB78ThermalPowerPlantsDistributioninChina4/20/2024PDS-CB79Uptoendof2000morethan70ThermalPowerPlantswithover1000MWcapacityaroundChinaareonoperation.TwoNuclearThe

27、rmalPowerPlantsTypicalunitsare:300MW;600MW;800MW.4/20/2024PDS-CB80Hydro-PowerPlantsDistributioninChina4/20/2024PDS-CB81Uptoendof2000morethan17HydroPowerStationswithover1000MWcapacityaroundChinaareonoperation.Typicalunitsare:300MW;550MW.IncludingtwoPumpedStorageStations4/20/2024PDS-CB82NuclearPowerSt

28、ationinChina秦山秦山firstunit300MWin1994大亚湾大亚湾twounits900MWin1994秦山秦山secondunit600MWin2002岭澳岭澳(Guangdong)firstunit900MWin2002TotalInstallation(end0f2002):3600MWNewUnitsonConstriction:岭澳岭澳secondphase900MWin2002田湾田湾(连云港连云港)TotalInstallation(2005):8550MW4/20/2024PDS-CB83DistributionofElectricPowerSystemsin

29、Chinabefore1976NWPNNEPNECPNNCPNSWPNSCPN4/20/2024PDS-CB84DistributionofElectricPowerSystemsinChinabefore2000NEPNNCPNNWPNECPNCCPNXJPGXZPGGZPGHNPGGZPGGXPGFJPGCQPGSDPGSCPGYNPG4/20/2024PDS-CB85DistributionofMajorSourcesandLoadCentersMajorCoalSourceMajorHydropowerSourceThreeGorgesShanghaiBeijingMajorLoadC

30、enter4/20/2024PDS-CB86HVDCConnection(Back-to-back)betweenNetworks4/20/2024PDS-CB87LoadCenterandHVDCLinesinChinaBeijingGuangzhou,HongKongWuhanShanghaiHVDConConstructionCompletedHVDC4/20/2024PDS-CB88DiagramofPowerfromMajorSourcestoLoadCentersMajorCoalSourceMajorHydropowerSourceThreeGorgesShanghaiBeiji

31、ngGuangzhou,HongKongMajorLoadCenterWuhanPowerfromW.toE.4/20/2024PDS-CB89Ahydroelectricplantmaycombineotherobjectivesasamulti-purposeproject:1.Floodcontrol;洪水控制洪水控制2.Irrigation;灌溉灌溉3.Publicwatersupply;供水供水4.Navigation;航运航运5.Aquiculture.水产水产4/20/2024PDS-CB90LocationMapofThreeGorgesDamGezhoubaHydro-pow

32、erStation4/20/2024PDS-CB91ViewofGezhoubaHydro-PowerStation(246.5kW)4/20/2024PDS-CB92TheLocationbeforeProjectConstruction4/20/2024PDS-CB93ModelofThreeGorgesDam4/20/2024PDS-CB94ArrangementofThreeGorgesProject4/20/2024PDS-CB95三峡工程的主要功能三峡工程的主要功能洪水控制洪水控制洪水控制容量为洪水控制容量为22.15立方米立方米.改善航运改善航运万吨轮照可从宜昌直达重庆万吨轮照可

33、从宜昌直达重庆.发电发电装机容量：装机容量：18.2GW;发电量发电量:84.68TWh.4/20/2024PDS-CB96三峡工程的主要参数三峡工程的主要参数水库容量水库容量39.31012立方米埧长埧长1983米埧高埧高185米发电机单机容量发电机单机容量700兆瓦装机容量装机容量18200兆瓦年发电量年发电量84.7109度移民移民一百万人4/20/2024PDS-CB97工程进度计划工程进度计划工程准备及第一期建设工程准备及第一期建设5年(1993-1997)截流截流1998.11工程第二期建设工程第二期建设6年(1998-2003)(开始发电)工程第三期建设工程第三期建设6年(200

34、32009)(安装24台机组)-总计17年4/20/2024PDS-CB984/20/2024PDS-CB994/20/2024PDS-CB100今年已完成项目：今年已完成项目：1.上、下游围堰破堰上、下游围堰破堰大埧基坑进水大埧基坑进水2.大埧泄洪埧导流底孔过水大埧泄洪埧导流底孔过水3.永久船闸安装完成、调试永久船闸安装完成、调试4.11月导流明渠截流月导流明渠截流1.年底永久船闸有水联动年底永久船闸有水联动2.2003年年6月月水库开始蓄水水库开始蓄水3.2003年年10月月开始发电开始发电下一步计划下一步计划:4/20/2024PDS-CB101EndofPart14/20/2024PDS-CB1024/20/2024PDS-CB103