配電系統(tǒng)對高壓開關(guān)元件及成套設(shè)備的要求

PDS-CB1前言

1.內(nèi)容及課時按排2.講課特點3.講義、參考書4.對學(xué)員的要求PDS-CB2配電系統(tǒng)對高壓開關(guān)元件及成套設(shè)備的要求

(講課大綱)

一.

電力系統(tǒng)基礎(chǔ)知識二.

配電系統(tǒng)對高壓開關(guān)的要求三.

配電系統(tǒng)對高壓成套設(shè)備及其他高壓元件 的要求3/11/2025PDS-CB3一.電力系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(1).電力系統(tǒng)的組成與功能;配電系統(tǒng)的主要功能,重要性;(2).電氣參數(shù)和主要電力設(shè)備(發(fā)電機(jī),變壓器);(3).電能的特點;電能質(zhì)量及其控制.(4).我國電力工業(yè)的發(fā)展;3/11/2025PDS-CB4二.

配電系統(tǒng)對高壓開關(guān)的要求(1).斷路器,負(fù)荷開關(guān)在電力系統(tǒng)中的作用(2).配電系統(tǒng)中的短路(3).配電系統(tǒng)中的各種電壓(4).高壓開關(guān)中的絕緣3/11/2025PDS-CB5三.

配電系統(tǒng)對高壓成套設(shè)備及其他高壓元件的要求(1).幾種高壓成套設(shè)備在配電系統(tǒng)中的作用(2).高壓成套設(shè)備中的幾種主接線(3).其他高壓元件:電壓互感器,電流互感器,避雷器,熔斷器,隔離開關(guān)等的功用和主要性能3/11/2025PDS-CB6參考書

1。高壓斷路器原理和應(yīng)用清華大學(xué)徐國政,張節(jié)容,錢家驪,黃瑜瓏2。電力工程西安交通大學(xué)尹克寧3。電工學(xué)(上冊,電工技術(shù))秦曾煌4。電路西安交通大學(xué)邱關(guān)源5。電力系統(tǒng)基礎(chǔ)華北電力學(xué)院楊以涵6。發(fā)電廠電氣部分華中工學(xué)院范錫普7。水電站電氣部分河海大學(xué)季一峰3/11/2025PDS-CB7一.電力系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(1).電力系統(tǒng)的組成與功能;配電系統(tǒng)的主要功能,重要性;(2).主要電力設(shè)備(發(fā)電機(jī),變壓器);(3).電能的特點;電能質(zhì)量及其控制.(4).我國電力工業(yè)的發(fā)展;3/11/2025PDS-CB8

1-1.

電力系統(tǒng)的組成和功能

配電系統(tǒng)的主要功能1-2.

電力設(shè)備和電氣參數(shù)(發(fā)電機(jī),變壓器等)1-3.電能的特點;電能質(zhì)量要求1-4.我國電力工業(yè)的發(fā)展3/11/2025PDS-CB91-1.

電力系統(tǒng)的組成和功能1-1-1電能的產(chǎn)生、傳輸與使用電力系統(tǒng)的組成電力系統(tǒng)的功能1-1-2配電系統(tǒng)的重要性配電系統(tǒng)的主接線;3/11/2025PDS-CB101-1-1.電能的產(chǎn)生、傳輸與使用輸電系統(tǒng)及配電系統(tǒng)電氣負(fù)荷(用戶)發(fā)電廠電能的傳輸與分配

機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?/p>

電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能及其他能3/11/2025PDS-CB113/11/2025PDS-CB12電力系統(tǒng)的組成發(fā)電廠輸電系統(tǒng)配電系統(tǒng)用戶3/11/2025PDS-CB13斷路器輸電線,母線(三相)變壓器隔離開關(guān)同歩發(fā)電機(jī),發(fā)電廠3/11/2025PDS-CB14電力系統(tǒng)示意圖發(fā)電廠變電站3/11/2025PDS-CB15供電特點：穩(wěn)定電壓和頻繁，隨時供應(yīng)電力負(fù)荷變動巨大不間斷供電兼供有功及無功功率3/11/2025PDS-CB16以經(jīng)濟(jì)成本發(fā)電，對環(huán)境影響很小。以最高效率可靠地向用戶提供電壓和頻率穩(wěn)定的電能.

電力系統(tǒng)的功能3/11/2025PDS-CB17配電系統(tǒng)的重要性1。直接影響客戶用電2。設(shè)備價格與技術(shù)提高3?？煽啃约白詣踊笤黾优潆娤到y(tǒng)3/11/2025PDS-CB18配電系統(tǒng)的主接線1.放射形線路2.環(huán)形線路3.網(wǎng)格形線路3/11/2025PDS-CB191.放(輻)射形配電系統(tǒng)簡單,成本低,易于擴(kuò)建發(fā)展線路簡單—可靠性高(?)3/11/2025PDS-CB20G10.1km2.6km0.4kmT4:500kVA*(10.6km)F7Ar8.22.6kmT7:50kVA*(15.8km)Ar7PEAdistributionnetwork

T6:50kVA(13.2km)Ar6F6F2T5:100kVA(10.5km)Ar5F7F10.3km0.2kmAr8.1Ar4F8F4放射型配電系統(tǒng)(農(nóng)村或居民區(qū))典型的配電系統(tǒng)(工業(yè)地區(qū))3/11/2025PDS-CB222.環(huán)形配電系統(tǒng)比同回路數(shù)單,雙母線少一臺斷路器不用操作隔離開關(guān)一路檢修需開斷兩臺斷路器任何母線或斷路器故障都不會導(dǎo)致其他線路停電有較高的可靠性和靈活性3/11/2025PDS-CB233.網(wǎng)格形配電系統(tǒng)3/11/2025PDS-CB241-2-1電力系統(tǒng)的主要電氣參數(shù)電力系統(tǒng)中四個重要參數(shù):

電流

I,

電壓

U(包括幅值和相位),

有功功率

P

無功功率

Q.1-2.

電力設(shè)備和電氣參數(shù)

3/11/2025PDS-CB25

電壓Voltage V;

電流Current I;

頻率Frequencyf=

/2

;

功率PowerS=P+jQ

P-

有功功率

Q-無功功率

阻抗

ImpedanceZ=R+jX;（阻抗）

3/11/2025PDS-CB26電力線路的三亇主要電氣參數(shù):

R–電阻

-

歐姆(

)

L-電感-亨利(H)(感抗

L)

C-電容-法拉(F)(容抗1/

C)

3/11/2025PDS-CB27電阻R(Resistance)2.只有電流流過，電阻上才會有壓降

U=IR電流流過電阻，就會發(fā)熱，損耗能量

P=I2R

3/11/2025PDS-CB28U=RIIR?3/11/2025PDS-CB29電感L(Inductance)1.電感不消耗能量，當(dāng)交流電流過電感時，有壓降，壓降(阻抗)與頻率有關(guān)

(

L)。2.電感是儲能元件：當(dāng)流過電流時儲存磁場能量–3.向電感線圈施加電壓時，電流不能突變。當(dāng)開斷帶電的電感線圈時會向電容釋放能量，產(chǎn)生過電壓。3/11/2025PDS-CB30RLEKCEULiLUL=Ee-t/Ti=I(1–e-t/T

)T=L/R3/11/2025PDS-CB31電容C(Capacitance)電容也是儲能元件。向電容施加電壓時，電容上的電壓不能突變。建立電壓需要一定的時間。建立電場能量：3.開斷電容會釋放能量，將電場能量變?yōu)榇艌瞿芰?。也會引起過電壓。3/11/2025PDS-CB32RLEKC3/11/2025PDS-CB33RKECE/RUCiCUC=E(1-e-t/T)i=E/R

e-t/T

T=RC3/11/2025PDS-CB34

1-2.

電力設(shè)備和電氣參數(shù)

1-2-2.主要電力設(shè)備

發(fā)電機(jī)

-產(chǎn)生電力(三相交流電或直流電)

變壓器

–

改變電壓(升壓變壓器及降壓變壓器)

3/11/2025PDS-CB35斷路器

-開,合正常負(fù)荷及開斷故障電流;

電壓、電流互感器

–測量電壓,電流;提供保護(hù)信息;輸,配電線路

–

傳送及分配電力.

3/11/2025PDS-CB36發(fā)電機(jī)與發(fā)電廠3/11/2025PDS-CB37同歩發(fā)電機(jī)

什么是同歩?

發(fā)電機(jī)發(fā)電原理:電、磁、力的關(guān)系

右手定則:要發(fā)電要有磁,有力.發(fā)電機(jī)3/11/2025PDS-CB38磁從哪里獲得:磁石,勵磁機(jī)-由電產(chǎn)生(電磁鐵原理)力從哪里獲得:火電廠:燒煤,燒油,燒氣核電廠:核反應(yīng):(裂變)水電廠:水的位能變成動能風(fēng)力發(fā)電:風(fēng)能3/11/2025PDS-CB39同步發(fā)電機(jī)的等值回路XdE3/11/2025PDS-CB40發(fā)電機(jī)的短路阻抗3/11/2025PDS-CB41Xd

發(fā)電機(jī)阻抗Xd’

發(fā)電機(jī)暫態(tài)阻抗Xd”

發(fā)電機(jī)超暫態(tài)阻抗發(fā)電機(jī)短路阻抗和短路電流3/11/2025PDS-CB42系數(shù)：斷路器開斷時間:8cycle(0.16s),系數(shù)為1;

斷路器開斷時間:3

cycle(0.06s),系數(shù)為1.2;

斷路器開斷時間:

2cycle(0.04s),系數(shù)為1.4;斷路器開斷時間與開斷短路電流的關(guān)系3/11/2025PDS-CB43變壓器與變電站3/11/2025PDS-CB44變壓器怎樣改變電壓電–磁–電激磁電流提供(產(chǎn)生)輸出電壓額定輸入電流提供輸出電流3/11/2025PDS-CB453/11/2025PDS-CB46TransformerE1r1X1rCXmE2r2X2rLXLLoad變壓器的等值回路3/11/2025PDS-CB47r1X1a2rLa2XLa2r2a2X2E1r1X1rCXmE2r2X2rLXLLoad變壓器的等值回路a=U1/U2

=I2/I1a2=Z1/Z23/11/2025PDS-CB48r1X1a2rLa2XLa2r2a2X2a2rLa2XLXe變壓器的等值回路3/11/2025PDS-CB49開斷空載變壓器時的過電壓3/11/2025PDS-CB50CBGiL

CiC

LS

LuCuL開斷空載變壓器時的過電壓3/11/2025PDS-CB51變電站變電站的組成:變壓器,斷路器,隔離開關(guān),接地開關(guān)，負(fù)荷開關(guān),熔斷器,電壓互感器,電流互感器,避雷器母線：硬母線、軟母線桿塔：鐵塔、水泥桿塔3/11/2025PDS-CB523/11/2025PDS-CB53110

kV220

kV10

kV變電站典型布置3/11/2025PDS-CB54XL2XL4XL3XL1MIMIMIIMII110kV10kVB1B2FD地區(qū)變電站主接線3/11/2025PDS-CB55輸電線路桿塔:鐵塔,水泥柱桿,木桿絕緣子:懸式,針式,柱式(棒式),合成絕緣子導(dǎo)線:電纜:油紙絕緣,交聯(lián)聚乙烯,3/11/2025PDS-CB561-1-1.

輸電系統(tǒng)的電壓等級

電力系統(tǒng)電壓等級與傳送功率,傳送距離

功率損耗,電壓降3/11/2025PDS-CB57傳輸功率

P=UI送電電壓降U=IR線路損耗P=I2RI–送電電流R–導(dǎo)線電阻提高送電電壓、減少電流能降低損耗電壓過高可能投資太大3/11/2025PDS-CB58國家標(biāo)準(zhǔn)中有有關(guān)輸配電線路電壓等級

與電器設(shè)備的額定電壓的規(guī)定

輸配電線路電壓等級(kV)3610203566110220330500750電器設(shè)備的額定電壓(kV)3.67.2122440.572.51262523635508003/11/2025PDS-CB59LinesStep-upTransformerStep-downTransformerLoad1.1UN1.05UNUN

UN

3/11/2025PDS-CB60影響選擇電壓等級的影響因素:

*降低線路上的電能損耗

*減少導(dǎo)體成本(小直徑);

*增加送電距離和功率;

#增加送電線路投資(鐵塔及絕緣子較大);

#增加電力設(shè)備的投資(提高設(shè)備絕緣);

#增加變電站成本(空間構(gòu)架);3/11/2025PDS-CB61500kV線路通常每串需要24-27片標(biāo)準(zhǔn)懸式絕緣子.每片絕緣子重約5kg.每串絕緣子重約100多公斤.400kV鐵塔高約50m,寬約20m750kV鐵塔高約40m,寬約43m.變壓器的重量和體積按其額定電壓的三次方增加3/11/2025PDS-CB62額定電壓與傳輸功率、傳送距離間的關(guān)系額定電壓(kV)傳輸功率

(kW)傳送距離(km)6100

12004

1510200

2,0006

20352,000

10,00020

5011010,000

50,00050

150220100,000

500,000100

300500200,000

1,000,000200

6003/11/2025PDS-CB631-3.電能的特點;電能質(zhì)量要求對電能質(zhì)量的要求:

電壓:

(5-10)%

額定電壓;

頻率:(0.2-0.5)Hz額定值(50or60Hz);波形

:;正弦波（諧波）

3/11/2025PDS-CB64

經(jīng)濟(jì)發(fā)展與電氣化

-

對電能量的需求:

工業(yè)（包括交通);

商業(yè);

居住.

對電能質(zhì)的要求:-

電壓

,

頻率,

諧波;

可靠性.

3/11/2025PDS-CB65負(fù)荷的改變:

照明;?

馬達(dá);?

家用電器:收音機(jī),TV,錄放機(jī),…?

空調(diào)或取暖器;?

計算機(jī),數(shù)字設(shè)備;---敏感負(fù)荷。

3/11/2025PDS-CB66電源波形3/11/2025PDS-CB673/11/2025PDS-CB681-4.中國電力工業(yè)發(fā)展3/11/2025PDS-CB69GDP(atCurrentPrice)andGDPPerCapita

inChina,1990-20017.0%3/11/2025PDS-CB70GDP(atCurrentPrice)GrowthRate

inChina,1991-20013/11/2025PDS-CB71DistributionofMajorSourcesandLoadCentersMajorCoalSourceMajorHydropowerSourceThreeGorgesShanghaiBeijingGuangzhou,HongKongMajorLoadCenterWuhan3/11/2025PDS-CB72InstallationincludingNuclear2100MW.)InstallationinChina,1949-1997Hydro-PowerThermalPower19973/11/2025PDS-CB73PowerGenerationinChina,1949-1997ThermalgenerationIncludingNuclear:138TWh143TWh144TWhHydro-PowerThermalPower3/11/2025PDS-CB74TheShareRateofPowerGeneration

inChina,1998(16.85%)(81.82%)(1.23%)3/11/2025PDS-CB75ElectricityInstallationandGenerationinChina(1993-2001)3/11/2025PDS-CB76Uptoendof2001

ThetotalCapacityInstallation:

3.3860108kW

ThetotalGenerationin2001:

14839108kwh3/11/2025PDS-CB77ThermalPowerPlantsDistributioninChina3/11/2025PDS-CB78Uptoendof2000morethan70ThermalPowerPlantswithover1000MWcapacityaroundChinaareonoperation.TwoNuclearThermalPowerPlantsTypicalunitsare:300MW;600MW;800MW.3/11/2025PDS-CB79Hydro-PowerPlantsDistributioninChina3/11/2025PDS-CB80Uptoendof2000morethan17HydroPowerStationswithover1000MWcapacityaroundChinaareonoperation.Typicalunitsare:300MW;550MW.IncludingtwoPumpedStorageStations3/11/2025PDS-CB81NuclearPowerStationinChina秦山firstunit300MWin1994大亞灣twounits900MWin1994秦山secondunit600MWin2002嶺澳(Guangdong)firstunit900MWin2002

TotalInstallation(end0f2002):3600MWNewUnitsonConstriction:嶺澳secondphase900MWin2002田灣(連云港)

TotalInstallation(2005):8550MW3/11/2025PDS-CB82DistributionofElectricPowerSystemsinChinabefore1976NWPNNEPNECPNNCPNSWPNSCPN3/11/2025PDS-CB83DistributionofElectricPowerSystemsinChinabefore2000NEPNNCPNNWPNECPNCCPNXJPGXZPGGZPGHNPGGZPGGXPGFJPGCQPGSDPGSCPGYNPG3/11/2025PDS-CB84DistributionofMajorSourcesandLoadCentersMajorCoalSourceMajorHydropowerSourceThreeGorgesShanghaiBeijingMajorLoadCenter3/11/2025PDS-CB85HVDCConnection(Back-to-back)betweenNetworks3/11/2025PDS-CB86LoadCenterandHVDCLinesinChinaBeijingGuangzhou,HongKongWuhanShanghaiHVDConConstructionCompletedHVDC3/11/2025PDS-CB87DiagramofPowerfromMajorSourcestoLoadCentersMajorCoalSourceMajorHydropowerSourceThreeGorgesShanghaiBeijingGuangzhou,HongKongMajorLoadCenterWuhanPowerfromW.toE.3/11/2025PDS-CB88Ahydroelectricplantmaycombineotherobjectivesasamulti-purposeproject:

1.

Floodcontrol;洪水控制

2.

Irrigation;灌溉

3.

Publicwatersupply;供水

4.

Navigation;航運

5.Aquiculture.水產(chǎn)3/11/2025PDS-CB89LocationMapofThreeGorgesDamGezhoubaHydro-powerStation3/11/2025PDS-CB90ViewofGezhoubaHydro-PowerStation

(246.5kW)3/11/2025PDS-CB91TheLocationbeforeProjectConstruction3/11